AT512511B1 - Druckmittelbetätigte Kolben-Zylinder-Einheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Kolben-Zylinder-Einheit (1) mit einem Gehäuse, mit einem Kolben (4), der in einem Zylinder (3) in Richtung einer Kolbenachse (4b) verschiebbar gelagert und gegen Verdrehen um die Kolbenachse (4b) durch eine Verdrehsicherung (20) gesichert ist, wobei die Verdrehsicherung (20) in einem vom Mantel (3a, 4a) des Zylinders (3) und des Kolbens (4) radial beabstandeten Bereich zwischen einer mit dem Kolben (4) drehfest verbundenen Kolbenstange (8) und dem Gehäuse (2) angeordnet ist, und wobei zumindest ein Sicherungsteil (21) durch zumindest einen Wälzkörper (22) gebildet ist, welcher im Gehäuse (2) - vorzugsweise in einer Tasche (24) des Gehäuses(2) drehbar angeordnet ist und welcher in eine parallel zur Kolbenachse (4b) ausgebildete Längsnut (25) in der Mantelfläche (8a) der Kolbenstange (8) hineinragt. Um mit geringem Fertigungs- und Bauaufwand die Position und den Hub des Kolbens (4) ermitteln zu können, ist vorgesehen, dass der Wälzkörper (22) über ein vorzugsweise Kugeln aufweisendes Wälzlager (26) in der Tasche (24) des Gehäuses (2) drehbar gelagert ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 512 511 B1 2013-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Gehäuse, mit einem Kolben, der in einem Zylinder in Richtung einer Kolbenachse verschiebbar gelagert und gegen Verdrehen um die Kolbenachse durch eine Verdrehsicherung gesichert ist, wobei die Verdrehsicherung in einem vom Mantel des Zylinders und des Kolbens radial beab-standeten Bereich zwischen einer mit dem Kolben drehfest verbundenen Kolbenstange und dem Gehäuse angeordnet ist, und wobei zumindest ein Sicherungsteil durch zumindest einen Wälzkörper gebildet ist, welcher im Gehäuse - vorzugsweise in einer Tasche des Gehäuses -drehbar angeordnet ist und welcher in eine parallel zur Kolbenachse ausgebildete Längsnut in der Mantelfläche der Kolbenstange hineinragt.

[0002] Es ist bekannt, bei Kolben-Zylinder-Einheiten die Kolben mit einem oder mehreren Permanentmagneten zu bestücken, um den Kolbenweg und/oder die Kolbenposition erfassen zu können. Das von den Magneten aufgebaute Feld ermöglicht es, bei Verwendung geeigneter Sensoren die Kolbenposition passiv zu delektieren. Um dies unabhängig von eventuellen Kolbenverdrehungen durchführen zu können, werden üblicherweise Ringmagnete eingesetzt.

[0003] Weiters ist es bekannt, insbesondere bei Kupplungsaktuatorkolben, sogenannte "Tauchsensoren" einzusetzen, welche zentral in einem Kupplungssteller-Gehäuse angeordnet sind und mittels eines kleines Ringmagneten die Position des Kolbens detektieren. Diese einfache Lösung bringt aber relativ große Platzprobleme mit sich.

[0004] Die Verwendung von Segmentmagneten an Stelle von Ringmagneten bringt Kostenvorteile - ein Segmentmagnet kostet zum Beispiel ein Zehntel eines Ringmagneten - und verursacht weniger Probleme bei der Platzaufteilung. Da aber Segmentmagnete nur in bestimmen Umfangsbereichen des Kolbens angeordnet sind, muss der Kolben allerdings gegen Verdrehung im Zylinder gesichert werden, was mit zusätzlichem konstruktivem Aufwand verbunden ist.

[0005] In der DE 33 19 522 A wird beispielsweise eine druckmittelbetätigte Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Kolben vorgeschlagen, der einen Permanentmagneten trägt und einen oder mehrere magnetempfindliche Sensoren an der Peripherie des Zylinders aufweist. Der Permanentmagnet steht dabei in radialer Richtung vom Kolben ab und ist in einer Längsnut des Zylindermantels geführt, um dabei eine Verdrehsicherung für den Kolben auszubilden.

[0006] Nachteilig ist dabei, dass zusätzliche Bearbeitungsschritte bei der Herstellung der Ver-drehsicherung für die Kolben-Zylinder-Einheit erforderlich sind und dass die Abdichtung mittels ein oder mehrerer Dichtringe zwischen Zylindereinheit und Kolben nicht realisierbar ist.

[0007] Aus der JP 62-202 504 U ist eine Verdrehsicherung mit Kugeln bekannt, die in eine Längsnut einer Mantelfläche einer Kolbenstange eingreifen.

[0008] Die EP 1 602 544 A1 beschreibt einen Hydraulikzylinder für ein hydraulisches System, wobei der Hydraulikzylinder ein Sensorsystem zur Sensierung einer Kolbenstellung in dem Hydraulikzylinder aufweist, welches einen an den Kolben angeordneten Permanentmagneten und mindestens einen ortsfest angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensor umfasst.

[0009] Die GB 2 109 888 A offenbart eine Kolben-Zylinder-Anordnung für einen Kupplungsbetätigungsmechanismus, wobei der Kolben gegenüber einem Zylinder-Gehäuse durch eine mit dem Kolben und dem Gehäuse drehfest verbundene Feder verdrehgesichert ist.

[0010] Die JP 2010-236 623 A offenbart einen Arbeitszylinder mit einer Rückstellfeder, wobei zum Ausfahren der Kolbenstange die im Arbeitszylinder angeordnete Arbeitskammer mit Unterdrück beaufschlagt wird. Die durch eine Schraubenfeder gebildete Rückstellfeder ist mit dem Kolben und den zylinderbodenseitigen Ende des Arbeitszylinders verbunden.

[0011] Die DE 37 44 628 A1 beschreibt eine Kolben/Zylinder-Einheit mit verdrehsicherem Kolben, wobei die Verdrehsicherung durch eine exzentrisch den Kolben durchsetzende Stange gebildet ist, deren beiden Enden an den Stirnseiten des Zylinders eingespannt ist. 1 /8 österreichisches Patentamt AT512 511B1 2013-09-15 [0012] Nachteilig hierbei ist, dass relativ große Reibungsverluste durch die Verdrehsicherung bei axialer Bewegung des Kolbens auftreten.

[0013] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und mit geringem Ferti-gungs- und Bauaufwand die Position und den Hub des Kolbens einer Kolben-Zylinder-Einheit zu ermitteln. Insbesondere soll auf möglichst einfache Weise eine Verdrehsicherung für den Kolben realisiert werden.

[0014] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Wälzkörper über ein vorzugsweise Kugeln aufweisendes Wälzlager in der Tasche des Gehäuses drehbar gelagert ist. Durch den Wälzkörper lassen sich Friktionsverluste äußerst klein halten, insbesondere, wenn der Wälzkörper durch eine Kugel gebildet ist.

[0015] Dadurch, dass die Verdrehsicherung in einem vom Mantel des Zylinders oder des Kolbens beabstandeten Bereich zwischen dem Kolben oder einer mit dem Kolben drehfest verbundenen Kolbenstange und dem Gehäuse angeordnet ist, sind keine weiteren Eingriffe im Zylinder erforderlich. Der Mantel des Kolbens sowie der Mantel des Zylinders können ohne vorspringende bzw. einspringende Bereiche ausgeführte werden, was die Fertigung wesentlich erleichtert.

[0016] Die Messung des Kobenhubes bzw. der Position des Kolbens kann auf einfache Weise erfolgen, wenn zur Wegmessung in einem Umfangsbereich des Kolbens zumindest ein - vorzugsweise genau ein - Magnetsegment angeordnet ist, welches mit einem gehäusefesten Wegsensor zusammenwirkt.

[0017] Die Erfindung wird im Folgenden Anhand der Figuren näher erläutert.

[0018] Es zeigen [0019] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit in einer ersten Ausführungsva riante in einem Schnitt gemäß der Linie l-l in Fig. 3, [0020] Fig. 2 das Detail I aus Fig. 1, [0021] Fig. 3 die Kolben-Zylinder-Einheit in einem Schnitt gemäß der Linie lll-lll in Fig. 1, [0022] Fig. 4 das Detail IV aus Fig. 3, [0023] Fig. 5 eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit in einer zweiten Ausführungs variante in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 7, [0024] Fig. 6 das Detail VI aus Fig. 5, [0025] Fig. 7 die Kolben-Zylinder-Einheit in einem Schnitt gemäß der Linie Vll-Vll in Fig. 5, [0026] Fig. 8 das Detail VIII aus Fig. 7, [0027] Fig. 9 eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit in einer dritten Ausführungsva riante in einem Schnitt gemäß der Linie IX-IX in Fig. 10, [0028] Fig. 10 [0029] Fig. 11 die Kolben-Zylinder-Einheit in einem Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 9 oder 12, die Kolben-Zylinder-Einheit in einem Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig. 9 oder 12, [0030] Fig. 12 die Kolben-Zylinder-Einheit in einem Schnitt gemäß der Linie Xll-Xll in Fig. 11 und [0031] Fig. 13 das Detail XIII aus Fig. 12, Fig. 14 das Detail XIV aus Fig. 12.

[0032] Die Fig. zeigen eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit 1, beispielsweise zum Betätigen einer nicht weiter dargestellten Kupplung eines Fahrzeuges.

[0033] Die Kolben-Zylinder-Einheit 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Zylinder 3 auf, in welchem ein Kolben 4 in Richtung der Kolbenachse 4b verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 4 kann 2/8 österreichisches Patentamt AT 512 511 B1 2013-09-15 durch Einspeisung eines Druckmittels, beispielsweise von Druckluft, über die Druckleitung 5 in den Druckraum 6 ausgelenkt werden. Die Feder 7 dient zur Vorspannung des kompletten Systems, insbesondere um ein Anliegen aller beweglichen Teile der Zylinder-Kolbeneinheit 1 bis zur Kupplung (Spielausgleich) zu gewährleisten. Mit dem Kolben 4 ist fest eine Kolbenstange 8 verbunden. Die Bewegung des Kolbens 4 kann über diese Kolbenstange 8 weiter über eine Schubstange 9, beispielsweise an einen Kupplungsausrückhebel, übertragen werden, welcher an einem nicht weiter dargestellten Auslenkelement, beispielsweise für eine Kupplung, angreift.

[0034] Am äußeren Mantel 4a des Kolbens 4 ist ein Magnetsegment 12 angeordnet, welches im Wesentlichen mit der äußeren Mantelfläche 4a des Kolbens 4 abschließt, also von der Mantelfläche 4a keinesfalls hervorspringt. Außen am Gehäuse 2 ist ein Wegsensor 13 angeordnet, welcher die magnetische Feldstärke des Magnetsegmentes 12 erfasst und somit die Position und den Hub des Kolbens 4 ermittelt.

[0035] Der Kolben 4 ist über eine Verdrehsicherung 20 verdrehgesichert in Bezug auf die Kolbenachse 4b ausgebildet, wobei die Verdrehsicherung 20 in einem vom Mantel 3a des Zylinders 3 oder des Kolbens 4 beabstandeten Bereich entweder zwischen dem Kolben 4 und dem Gehäuse 2, oder zwischen der Kolbenstange 8 und dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Mantel 4a des Kolbens 4 bzw. der Mantel 3a des Zylinders 3 braucht für die Herstellung der Verdrehsicherung 20 nicht eigens bearbeitet werden. Dadurch können Leckagen zwischen Kolben 4 und Zylinder 3 vermieden werden.

[0036] Die Verdrehsicherung 20 wird in den Ausführungsbeispielen durch zumindest einen beweglichen oder elastischen Sicherungsteil 21 gebildet.

[0037] Bei den in den Fig. 1 bis 8 dargestellten ersten und zweiten Ausführungsvarianten ist der Sicherungsteil 21 durch einen Wälzkörper 22, insbesondere eine Kugel 23 gebildet, welche in einer in das Gehäuse 2 eingeformten Tasche 24 drehbar angeordnet ist. Die Tasche 24 ist in einem der Kolbenstange 8 benachbarten Bereich des Gehäuses 2 eingeformt. Der Wälzkörper 22 ragt in eine parallel zur Kolbenachse 4a in der Mantelfläche 8a der Kolbenstange 8 eingeformte Längsnut 25 hinein, so dass Wälzkörper 22 und Längsnut 25 eine formschlüssige Drehsicherung bilden.

[0038] Die in den Fig. 5 bis 8 gezeigte zweite Ausführungsvariante unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführung dadurch, dass der beispielsweise durch eine Kugel 23 gebildete Wälzkörper 22 über ein Kugeln aufweisendes Wälzlager 26 in der Tasche 24 des Gehäuses 2 drehbar gelagert ist.

[0039] Die Fig. 9 bis 14 zeigen eine dritte Ausführungsvariante, bei der der Sicherungsteil 21 durch die Feder 7 gebildet ist, also ein Element, welches sowieso zur Herstellung der Vorspannung des kompletten Systems vorzusehen ist, insbesondere um ein Anliegen aller beweglichen Teile der Zylinder-Kolbeneinheit 1 bis zur Kupplung (Spielausgleich) zu gewährleisten. Somit können separate Sicherungsteile entfallen und die Anzahl der Bauteile klein gehalten werden. Die Feder 7 wird dabei verdrehgesichert einerseits mit dem Kolben 4, andererseits mit dem Gehäuse 2 verbunden. Eine Möglichkeit zur Herstellung einer drehfesten Verbindung ist im Detail in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Dabei ist das erste Ende und das zweite Ende 7a, 7b der Feder 7 aufgebogen und in einer ersten bzw. zweiten Aufnahmebohrung 27, 28 des Kolbens 4 bzw. des Gehäuses 2 eingeschoben. Die Aufnahmebohrungen 27, 28 können dabei durch etwa parallel zur Kolbenachse 4a angeordnete Sacklöcher gebildet sein.

[0040] Bei der beschriebenen Kolben-Zylinder-Einheit 1 können kostengünstige Magnetsegmente 12 anstelle von Ringmagneten verwendet werden, wobei der bauliche Aufwand zur Herstellung einer Verdrehsicherung für den Kolben 4 auf ein Minimum beschränkt werden kann. 3/8

Claims (4)

1. österreichisches Patentamt AT 512 511 B1 2013-09-15 Patentansprüche 1. Druckmittelbetätigte Kolben-Zylinder-Einheit (1) mit einem Gehäuse, mit einem Kolben (4), der in einem Zylinder (3) in Richtung einer Kolbenachse (4b) verschiebbar gelagert und gegen Verdrehen um die Kolbenachse (4b) durch eine Verdrehsicherung (20) gesichert ist, wobei die Verdrehsicherung (20) in einem vom Mantel (3a, 4a) des Zylinders (3) und des Kolbens (4) radial beabstandeten Bereich zwischen einer mit dem Kolben (4) drehtest verbundenen Kolbenstange (8) und dem Gehäuse (2) angeordnet ist, und wobei zumindest ein Sicherungsteil (21) durch zumindest einen Wälzkörper (22) gebildet ist, welcher im Gehäuse (2) - vorzugsweise in einer Tasche (24) des Gehäuses (2) - drehbar angeordnet ist und welcher in eine parallel zur Kolbenachse (4b) ausgebildete Längsnut (25) in der Mantelfläche (8a) der Kolbenstange (8) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (22) über ein vorzugsweise Kugeln aufweisendes Wälzlager (26) in der Tasche (24) des Gehäuses (2) drehbar gelagert ist.
2. 2. Kolben-Zylinder-Einheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (22) durch eine Kugel (23) gebildet ist.
3. 3. Kolben-Zylinder-Einheit (1) nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wegmessung in einem Mantelbereich des Kolbens (4) zumindest ein -vorzugsweise genau ein - Magnetsegment (12) angeordnet ist, welches mit einem gehäusefesten Wegsensor (13) zusammenwirkt. Hierzu
4. 4 Blatt Zeichnungen 4/8