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Die Erfindung betrifft einen Ringkolben und Nehmerzylinder für eine Kupplung.
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Nehmerzylinder werden vorwiegend in der Kraftfahrzeugtechnik genutzt, um Kupplungs- und Bremssysteme zu betätigen. Dazu wird ein Ringkolben des Nehmerzylinders bewegt, indem ein im Gehäuse des Nehmerzylinders ausgebildeter Druckraum mit einem Hydraulikfluid gefüllt wird. Der Ringkolben trägt dabei eine Dichtung, welche den Druckraum abdichtet. Über ein mit dem Ringkolben verbundenes Ausrücklager wird das Kupplungs- oder Bremssystem betätigt.
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In einer Kupplung können Taumelbewegungen auftreten, welche über das Ausrücklager auf den Ringkolben wirken. Diese Taumelbewegungen werden bisher über das Spiel zwischen Ringkolben und Gehäuse sowie die im Druckraum dicht mit dem Gehäuse abschließende Dichtung aufgefangen. Dies führt aber zu bedeutenden mechanischen Belastungen der Dichtung, welche einen erhöhten Verschleiß der Dichtung zur Folge haben. Beeinträchtigung oder Verlust der Dichtfunktion am Druckraum sind die Folge, was letztlich zu einem Funktionsverlust des Nehmerzylinders und damit der Kupplung führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ringkolben und einen Nehmerzylinder so auszugestalten, dass ein erhöhter Verschleiß der Dichtung durch die oben genannten Taumelbewegungen vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Ringkolbens gelöst durch einen Ringkolben nach Anspruch 1, und hinsichtlich des Nehmerzylinders durch einen Nehmerzylinder nach Anspruch 7.
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Der erfindungsgemäße Ringkolben für einen Nehmerzylinder weist einen ersten Kolbenabschnitt und einen zweiten Kolbenabschnitt auf. Dabei ist der zweite Kolbenabschnitt gegen den ersten Kolbenabschnitt neigbar. Auf diese Weise können Taumelbewegungen der Kupplung, welche auf den zweiten Kolbenabschnitt einwirken, wirksam vom ersten Kolbenabschnitt ferngehalten werden. Der erste Kolbenabschnitt und der zweite Kolbenabschnitt können insbesondere separate, miteinander nicht verbundene Bauteile sein.
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In einer Ausführungsform hat der erste Kolbenabschnitt eine erste Gleitfläche ausgebildet, der zweite Kolbenabschnitt hat eine zweite Gleitfläche ausgebildet. Die zweite Gleitfläche ist der ersten Gleitfläche zugewandt. Die zweite Gleitfläche ist insbesondere dazu vorgesehen, in Kontakt mit der ersten Gleitfläche gegen die erste Gleitfläche zu gleiten, so dass der erste Kolbenabschnitt den zweiten Kolbenabschnitt zwar in einer axialen Richtung stützen kann, jedoch von etwaigen Taumelbewegungen des zweiten Kolbenabschnitts entkoppelt ist.
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Vorteilhaft ist dabei in einer Ausführungsform die erste Gleitfläche konkav und die zweite Gleitfläche konvex ausgebildet. In einer Weiterbildung weisen sowohl die erste Gleitfläche als auch die zweite Gleitfläche jeweils eine sphärische Krümmung auf; ein Krümmungsradius der ersten Gleitfläche ist dabei gleich einem Krümmungsradius der zweiten Gleitfläche. Der jeweilige Krümmungsradius kann dabei insbesondere größer als ein Radius des Ringkolbens sein.
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Der erfindungsgemäße Nehmerzylinder zeichnet sich durch einen erfindungsgemäßen Ringkolben der vorstehend beschriebenen Art aus. Dabei trägt der erste Kolbenabschnitt eine Dichtung für einen Druckraum des Nehmerzylinders. Der erste Kolbenabschnitt ist dabei derjenige Teil des Ringkolbens, welcher durch Einleiten eines Hydraulikfluids in den Druckraum bewegt wird. Der erste Kolbenabschnitt verschiebt dann seinerseits den zweiten Kolbenabschnitt. Der zweite Kolbenabschnitt ist in Ausführungsformen mit einem Ausrücklager des Nehmerzylinders verbunden. Taumelbewegungen einer Kupplung, die sich über das Ausrücklager auf den zweiten Kolbenabschnitt übertragen, greifen aufgrund der zweiteiligen Bauweise des Ringkolbens nicht oder nur in vermindertem Maße auf den ersten Kolbenabschnitt über. Damit wird auch eine Dichtung für den Druckraum am ersten Kolbenabschnitt durch die Taumelbewegungen gegenüber dem Stand der Technik nur in reduziertem Ausmaß oder überhaupt nicht belastet. Der im Stand der Technik auftretende Verschleiß dieser Dichtung aufgrund der Taumelbewegungen ist damit reduziert oder vermieden.
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Um eine Neigung des zweiten Kolbenabschnitts gegen den ersten Kolbenabschnitt zu ermöglichen, benötigt der zweite Kolbenabschnitt entsprechend Platz. Daher ist vorteilhaft ein Innenradius des zweiten Kolbenabschnitts größer als ein Innenradius des ersten Kolbenabschnitts. Ebenso vorteilhaft ist ein Außenradius des zweiten Kolbenabschnitts kleiner als ein Außenradius des Druckraums des Nehmerzylinders. In beiden Fällen entsteht jeweils ein Zwischenraum zwischen dem zweiten Kolbenabschnitt und diesen umgebenden Gehäuseabschnitten. Jeder dieser Zwischenräume ermöglicht eine Neigung des zweiten Kolbenabschnitts, bis dieser gegen das Gehäuse des Nehmerzylinders stößt. Die Abmessungen der Zwischenräume begrenzen daher einen Öffnungswinkel eines Kegels um eine Mittelachse des ersten Kolbenabschnitts, innerhalb dessen sich eine Mittelachse des zweiten Kolbenabschnitts neigen kann.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile noch durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
- 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nehmerzylinder mit maximal ausgerücktem konzentrisch ausgerichtetem Ausrücklager in Schnittansicht.
- 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Nehmerzylinder mit minimal ausgerücktem konzentrisch ausgerichtetem Ausrücklager in Schnittansicht.
- 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Nehmerzylinder mit maximal ausgerücktem geneigtem Ausrücklager in Schnittansicht.
- 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Nehmerzylinder mit minimal ausgerücktem geneigtem Ausrücklager in Schnittansicht.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nehmerzylinder 1 mit einem erfindungsgemäßen Ringkolben 2 in einer Schnittansicht. Der Ringkolben 2 weist einen ersten Kolbenabschnitt 21 und einen zweiten Kolbenabschnitt 22 auf. Der Ringkolben 2 ist in einem Druckraum 3 in einer axialen Richtung 102 beweglich, parallel zu einer Mittelachse 103 des Nehmerzylinders 1. Der Druckraum 3 ist hier in einem Gehäuse 5 des Nehmerzylinders 1 ausgebildet. Ein Gehäuseteil 51 schließt den Druckraum 3 in einer radialen Richtung 101 nach innen, in Richtung auf die Mittelachse 103 hin, ab. Ein Faltenbalg 4 ist als Schutz vor Verschmutzung vorgesehen. Der erste Kolbenabschnitt 21 ist mit einer Dichtung 31 verbunden, welche den Druckraum 3 abdichtet. Der zweite Kolbenabschnitt 22 ist mit einem Ausrücklager 6 verbunden, welches einen ersten Lagerring 61, einen zweiten Lagerring 62 und Wälzkörper 63 umfasst.
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In der gezeigten Ausführungsform weist der erste Kolbenabschnitt 21 eine konkav ausgebildete erste Gleitfläche 23 auf, und weist der zweite Kolbenabschnitt 22 eine konvex ausgebildete zweite Gleitfläche 24 auf. Erste Gleitfläche 23 und zweite Gleitfläche 24 sind in Kontakt. Wird ein Hydraulikfluid in den Druckraum 3 eingeleitet, so wird dadurch der erste Kolbenabschnitt 21 in der axialen Richtung 102 verschoben (gezeigt ist bereits der Zustand maximaler Verschiebung), und verschiebt seinerseits den zweiten Kolbenabschnitt 22 und damit das mit dem zweiten Kolbenabschnitt 22 verbundene Ausrücklager 6. Zwischen dem zweiten Kolbenabschnitt 22 und dem Gehäuseteil 51 ist ein Zwischenraum 25 vorgesehen, welcher eine Neigbarkeit des zweiten Kolbenabschnitts 22 gegen den ersten Kolbenabschnitt 21 und damit gegen die Mittelachse 103 begünstigt. Der Zwischenraum 25 kann insbesondere dadurch erhalten werden, dass ein Innenradius 28 des zweiten Kolbenabschnitts 22 größer gewählt wird als ein Innenradius 27 des ersten Kolbenabschnitts 21.
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Die 1 zeigt den Nehmerzylinder 1 mit in axialer Richtung 102 maximal ausgerücktem Ausrücklager 6, wobei der zweite Kolbenabschnitt 22 und das Ausrücklager 6 nicht gegen die Mittelachse 103 geneigt sind. Erster Kolbenabschnitt 21, zweiter Kolbenabschnitt 22 und Ausrücklager 6 sind konzentrisch zur Mittelachse 103 angeordnet.
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2 zeigt den Nehmerzylinder 1 aus 1 bei in axialer Richtung 102 minimaler Ausrückung des Ausrücklagers 6 in einer Schnittansicht. Auch in der in 2 dargestellten Situation sind erster Kolbenabschnitt 21, zweiter Kolbenabschnitt 22 und Ausrücklager 6 konzentrisch zur Mittelachse 103 angeordnet. Der zweite Kolbenabschnitt 22 und das Ausrücklager 6 sind nicht gegen die Mittelachse 103 geneigt. Die in 2 dargestellten Elemente wurden bereits in 1 erläutert. In der 2 ist ferner zu erkennen, dass in der gezeigten Ausführungsform ein Außenradius 26 des zweiten Kolbenabschnitts 22 kleiner ist als ein Außenradius 32 des Druckraums 3, so dass ein Zwischenraum 29 zwischen dem zweiten Kolbenabschnitt 22 und einer Außenwandung 52 des Druckraums 3 vorliegt. Der Zwischenraum 25 und der Zwischenraum 29 begünstigen die Neigbarkeit des zweiten Kolbenabschnitts 22 gegen den ersten Kolbenabschnitt 21.
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3 entspricht weitgehend der 1, nur ist in der in 3 gezeigten Situation der zweite Kolbenabschnitt 22, und damit das Ausrücklager 6, gegen die Mittelachse 103 geneigt. Anders ausgedrückt schließt eine Mittelachse 104 des zweiten Kolbenabschnitts 22 mit der Mittelachse 103 des Nehmerzylinders 1 einen Winkel 105 ein. Die Mittelachse 103 des Nehmerzylinders 1 stellt auch die Mittelachse 103 für den ersten Kolbenabschnitt 21 dar.
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Die zweite Gleitfläche 24 am zweiten Kolbenabschnitt 22 kann gegen die erste Gleitfläche 23 am ersten Kolbenabschnitt 21 gleiten, wodurch sich ein Winkel 105 zwischen der Mittelachse 103 des ersten Kolbenabschnitts 21 und des Nehmerzylinders 1 und der Mittelachse 104 des zweiten Kolbenabschnitts 22 einstellen kann. Eine entsprechende Beweglichkeit des zweiten Kolbenabschnitts 22 ist durch den Zwischenraum 25 ermöglicht. Die Ausdehnung dieses Zwischenraums 25 in radialer Richtung 101 bei konzentrischer Anordnung von erstem Kolbenabschnitt 21 und zweitem Kolbenabschnitt 22 (siehe 1) wirkt sich auf den maximal möglichen Neigungswinkel 105 aus. Je größer diese Ausdehnung in radialer Richtung 101, desto größer der maximale Neigungswinkel 105. Der maximale Neigungswinkel 105 wird nämlich unter anderem dadurch begrenzt, dass der zweite Kolbenabschnitt 22 bei zunehmendem Neigungswinkel 105 schließlich gegen Gehäuseteil 51 stößt.
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Bei Einsatz in einem Kraftfahrzeug ist das Ausrücklager 6 mit einer Kupplung verbunden. Taumelbewegungen der Kupplung übertragen sich auf das Ausrücklager 6. Bei Nehmerzylindern nach dem Stand der Technik überträgt sich diese Taumelbewegung weiter auf den mit dem Ausrücklager verbundenen Ringkolben. Wie bereits erwähnt, wird dadurch der Verschleiß einer am Ringkolben angebrachten Dichtung für den Druckraum des Nehmerzylinders gefördert. Bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Nehmerzylinder 1 überträgt sich eine Taumelbewegung des Ausrücklagers 6 zwar auch auf den Ringkolben 2, genauer jedoch zunächst nur auf den mit dem Ausrücklager 6 verbundenen zweiten Kolbenabschnitt 22. Der zweite Kolbenabschnitt 22 ist aber, wie vorstehend erläutert, gegen den ersten Kolbenabschnitt 21, welcher die Dichtung 31 für den Druckraum 3 trägt, neigbar, so dass sich ein Winkel 105 zwischen der Mittelachse 104 des zweiten Kolbenabschnitts 22 und der Mittelachse 103 des ersten Kolbenabschnitts 21 einstellen kann. Daher wird eine Taumelbewegung des zweiten Kolbenabschnitts 22 nicht, oder allenfalls in reduziertem Ausmaß, auf den ersten Kolbenabschnitt 21 übertragen. Die Dichtung 31 wird daher durch solche Taumelbewegungen weniger belastet, der entsprechende Verschleiß wird reduziert.
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Die 3 zeigt eine Schnittansicht des Nehmerzylinders 1, bei welcher die Schnittebene die Ebene ist, in welcher der Winkel 105 liegt. Allgemein kann bei dem erfindungsgemäßen Ringkolben 2 und dem erfindungsgemäßen Nehmerzylinder 1 die Neigung in beliebige Richtung gegen die Mittelachse 103 des Nehmerzylinders 1 erfolgen, das heißt, die Mittelachse 104 des zweiten Kolbenabschnitts 22 kann jede Neigung innerhalb eines Kegels um die Mittelachse 103 des Nehmerzylinders 1 einnehmen.
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4 entspricht weitgehend der 2, nur ist in der in 4 gezeigten Situation der zweite Kolbenabschnitt 22, und damit das Ausrücklager 6, gegen die Mittelachse 103 geneigt. Die Mittelachse 104 des zweiten Kolbenabschnitts 22 und die Mittelachse 103 des ersten Kolbenabschnitts 21 schließen einen Winkel 105 ein. Ebenso ist die in 4 gezeigte Situation analog zu der in 3 gezeigten, lediglich ist im Gegensatz zur 3 hier Nehmerzylinder 1 aus 3 bei in axialer Richtung 102 minimaler Ausrückung des Ausrücklagers 6 gezeigt. Auch bei minimaler Ausrückung des Ausrücklagers 6 kann die Neigung des zweiten Kolbenabschnitts 22 in beliebige Richtung gegen die Mittelachse 103 des Nehmerzylinders 1 erfolgen, das heißt, die Mittelachse 104 des zweiten Kolbenabschnitts 22 kann jede Neigung innerhalb eines Kegels um die Mittelachse 103 des Nehmerzylinders 1 einnehmen. Der Öffnungswinkel dieses Kegels ist unter anderem durch die Abmessungen der Zwischenräume 25 und 29 in radialer Richtung 101 begrenzt.
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Ferner ist noch ein Krümmungsradius 72 dargestellt, welcher in der gezeigten Ausführungsform der Krümmungsradius der ersten Gleitfläche 23 und der zweiten Gleitfläche 24 ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Krümmungsradius 72 ferner größer als ein Radius 71 des Ringkolbens 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nehmerzylinder
- 2
- Ringkolben
- 3
- Druckraum
- 4
- Faltenbalg
- 5
- Gehäuse
- 6
- Ausrücklager
- 21
- erster Kolbenabschnitt
- 22
- zweiter Kolbenabschnitt
- 23
- erste Gleitfläche
- 24
- zweite Gleitfläche
- 25
- Zwischenraum
- 26
- Außenradius des zweiten Kolbenabschnitts
- 27
- Innenradius des ersten Kolbenabschnitts
- 28
- Innenradius der zweiten Kolbenabschnitts
- 29
- Zwischenraum
- 31
- Dichtung
- 32
- Außenradius des Druckraums
- 51
- Gehäuseteil
- 52
- Außenwandung des Druckraums
- 61
- erster Lagerring
- 62
- zweiter Lagerring
- 63
- Wälzkörper
- 71
- Radius des Ringkolbens
- 72
- Krümmungsradius
- 101
- radiale Richtung
- 102
- axiale Richtung
- 103
- Mittelachse des ersten Kolbenabschnitts
- 104
- Mittelachse des zweiten Kolbenabschnitts
- 105
- Winkel
