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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder für ein hydraulisches System, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem oder ein hydraulisches Bremssystem in einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen in einem Zylindergehäuse ausgebildeten zylindrischen Druckraum, in dem ein Kolben mit einer mit ihm gekoppelten Kolbenstange axial verschiebbar ist, wobei die Kolbenstange in ihrer Längserstreckung einen ersten, innerhalb des Zylindergehäuses angeordneten Abschnitt und einen zweiten, außerhalb des Zylindergehäuses angeordneten Abschnitt aufweist, wobei an dem zweiten Abschnitt der Kolbenstange eine an dem Zylindergehäuse fixierte Faltenbalgdichtung anliegt.
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Hydraulikzylinder werden in verschiedensten Anwendungsfällen innerhalb von Kraftfahrzeugen verwendet. So muss beispielsweise in Fahrzeugen mit manuell betätigten Trockenkupplungen, die vom Fahrer erzeugte Pedalkraft von einem Mechanismus verstärkt und auf die Kupplung übertragen werden. In modernen fußbetätigten Kupplungen wird üblicherweise eine hydraulische Kupplungsbetätigung eingesetzt, welche in der Regel aus einem Geberzylinder am Pedal, einer hydraulischen Leitung und einem Nehmerzylinder besteht.
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Ein Geberzylinder besteht in der Regel aus einem Geberzylindergehäuse, einem Geberzylinderkolben mit Geberzylinderkolbenstange und einer Anordnung aus zwei Dichtungen, einer Geberzylinderprimärdichtung und einer Geberzylindersekundärdichtung. Ein Geberzylinder besitzt einen hydraulischen Anschluss zur hydraulischen Druckleitung des Nehmerzylinders. Dieser kann beispielsweise als Schnellverbinder oder Schraubverbinder ausgeführt sein.
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Weiterhin besitzt der Geberzylinder einen Anschluss zur Versorgung des Systems mit Hydraulikflüssigkeit. Dieser ist oft über einen Verbindungsschlauch mit dem Flüssigkeitsreservoir der Bremse verbunden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Kupplungszylinder oder Bremszylinder ein eigenes Reservoir besitzt. Die Geberzylinderprimärdichtung trennt das Reservoir vom hydraulischen Druckraum. Sie ermöglicht den Druckaufbau zum Betätigen der Kupplung. Die Geberzylindersekundärdichtung trennt den Niederdruckraum des Reservoirs von der Umgebung ab. Bei entlastetem Kupplungspedal sorgt eine Feder am Kupplungspedalpedal oder im Geberzylinder dafür, dass der Geberzylinderkolben vollständig zurückbewegt wird. In dieser Ruheposition des Kupplungspedals ist die Verbindung zwischen dem Reservoir und dem Druckraum geöffnet, so dass in diesem Zustand im System eingeschlossene Luft entweichen und Hydraulikflüssigkeit nachströmen kann.
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Derartige Geberzylinder sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart beispielsweise die
EP 2 053 252 B1 eine solche Vorrichtung zum Ansteuern einer Kupplung eines Fahrzeugs. Der Geberzylinder umfasst ein Gehäuse mit einem Druckraum, in dem ein axial verschiebbarer Kolben angeordnet ist. Bei Betätigung des Geberzylinders wird der Kolben über eine an dem Kolben befestige Kolbenstange axial entgegen einer Federkraft einer Rückstellfeder verschoben, um einen entsprechenden Druck im Nehmerzylinder zur Ansteuerung der Kupplung aufzubringen. Der Kolben und die Kolbenstange sind dabei mittels eines Kugelgelenks miteinander verbunden, da die Kolbenstange in Abhängigkeit ihrer Strecke die Winkelstellung ändert.
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Zur Vermeidung von Schmutzeintrag in die beweglichen Teile des Geberzylinders, der zur Undichtheit zwischen den Gleitflächen, Geberzylinderkolben, Geberzylindergehäuse/Kolbenführungshülse usw. führt, dient eine Abdichtung zwischen deem Zylindergehäuse und der Kolbenstange, beispielsweise in Form eines Faltenbalges, wie dies in der
DE 37 20 410 A1 offenbart ist. Dieser Faltenbalg ist endseitig einerseits an der Kolbenstange befestigt und andererseits mit dem Gehäuse des Geberzylinders verbunden. Als Faltenbalg wird ein zusammenfaltender (ziehharmonikaartiger) Schlauch aus Kunststoff bezeichnet. Um die Bewegung der Kolbenstange nicht zu behindern, muss der Faltenbalg elastisch sein. Die Bewegung der Geberzylinderkolbenstange erfolgt beim Ein- und Ausfahren des Kolbens im Geberzylinder sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, um einen Schwenkwinkel (Auslenkung) zu realisieren, der bei der Betätigung des Kupplungspedals ausgeführt wird. Da der Faltenbalg sowohl an der Kolbenstange als auch an dem Zylindergehäuse des Geberzylinders befestigt ist, wird die Kolbenstange beim Ein- und Ausfahren des Geberzylinderkolbens in jeder Position gegen Schmutz abgedichtet.
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Der Kontaktbereich zwischen der Faltenbalgdichtung und der Kolbenstange ist naturgemäß reibungsbelastet. Ist diese Reibung zu hoch, kann es dazu kommen, dass die Faltenbalgdichtung an der Kolbenstange haftet, anstatt auf ihr zu gleiten. Dies kann zu einer zu starken Ausdehnung der Faltenbalgdichtung in Aktuierungsrichtung der Kolbenstange, was zu einer Rissbildung in der Faltenbalgdichtung führen kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diese Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben oder zumindest abzumildern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hydraulikzylinder für ein hydraulisches System, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem oder ein hydraulisches Bremssystem in einem Kraftfahrzeug, aufweisend einen in einem Zylindergehäuse ausgebildeten zylindrischen Druckraum, in dem ein Kolben mit einer mit ihm gekoppelten Kolbenstange axial verschiebbar ist, wobei die Kolbenstange in ihrer Längserstreckung einen ersten, innerhalb des Zylindergehäuses angeordneten Abschnitt und einen zweiten, außerhalb des Zylindergehäuses angeordneten Abschnitt aufweist, wobei an dem zweiten Abschnitt der Kolbenstange eine an dem Zylindergehäuse fixierte Faltenbalgdichtung anliegt, wobei die Faltenbalgdichtung im Kontaktbereich mit dem zweiten Abschnitt der Kolbenstange eine Dichtlippe aufweist, die an der Kolbenstange anliegt.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch die Dichtlippe, ein Minimum an Reibung im Kontaktbereich zwischen der Dichtlippe und der Kolbenstange eingestellt ist. Dies erlaubt aich eine leichtere Montage des Faltenbalgs in der Produktion des Hydraulikzylinders.
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Der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder kann als Geberzylinder oder Nehmerzylinder in einem hydraulischen System eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
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Ein hydraulisches Ausrücksystem verfügt in der Regel über einen Geberzylinder, der den am Geberzylinder erzeugten Druck über eine hydraulische Druckleitung an den Nehmerzylinder überträgt. Der Nehmerzylinder überträgt mittels eines axial verlagerbaren Kolbens und unter Zwischenschaltung eines Kupplungsausrücklagers den hydraulischen Druck auf ein Hebelsystem, das beispielsweise durch eine Tellerfeder gebildet sein kann. Die Tellerfeder beaufschlagt eine drehfest und axial verlagerbar mit einem Kupplungsgehäuse verbundene Kupplungsdruckplatte und ist gegen eine fest mit dem Kupplungsgehäuse verbundene Anpressplatte verspannt. Zwischen Anpressplatte und Kupplungsdruckplatte ist eine Kupplungsscheibe mit einem Kupplungsbelag angeordnet, die je nach Verspannung zwischen Anpress- und Kupplungsdruckplatte einen Reibschluss bilden und die Reibungskupplung schließen oder bei Aufhebung des Reibschlusses öffnen.
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Das hydraulische Kupplungsausrücksystem betätigt beispielsweise die Reibungskupplung des Kupplungssystems hydraulisch durch Beaufschlagung des Geberzylinders. Dies kann entweder mittels eines Aktors, der von einem Steuergerät gesteuert wird, erfolgen oder durch eine manuelle Betätigung durch den Fahrer mittels eines Kupplungspedals.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
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Ein Hydraulikzylinder besteht bevorzugt aus einem Zylindergehäuse, einem Kolben mit einer Kolbenstange und einer Anordnung aus zwei Dichtungen, einer Hydraulikzylinderprimärdichtung und einer Hydraulikzylindersekundärdichtung. Ein Hydraulikzylinder besitzt bevorzugt einen hydraulischen Anschluss zur hydraulischen Druckleitung eines korrespondierenden Geber- oder Nehmerzylinders. Dieser kann beispielsweise als Schnellverbinder oder Schraubverbinder ausgeführt sein.
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Weiterhin besitzt der Hydraulikzylinder bevorzugt einen niederdruckseitigen Anschluss zur Versorgung des Systems mit Hydraulikflüssigkeit. Dieser ist bevorzugt über eine hydraulische Niederdruckleitung mit dem Flüssigkeitsreservoir, beispielsweise der Bremse verbunden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Hydraulikzylinder ein eigenes Reservoir besitzt. Die Hydraulikzylinderprimärdichtung trennt das Reservoir vom hydraulischen Druckraum. Sie ermöglicht den Druckaufbau zum Betätigen beispielsweise einer Kupplung.
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Das Zylindergehäuse kann insbesondere den Kolben aufnehmen und einen Druckraum ausbilden, auf den der Kolben hydraulisch derart einwirkt, dass eine Druckerhöhung oder Druckreduktion im Druckraum durch eine Verschiebung des Kolbens innerhalb des Zylindergehäuses erzielt wird. Das Zylindergehäuse kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. An dem Zylindergehäuse können hydraulische und/oder mechanische Schnittstellen zur Kopplung mit weiteren Bauteilen vorgesehen sein.
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Der Kolben hat innerhalb eines hydraulischen Ausrücksystems die Funktion, durch eine lineare Verschiebung des Kolbens gegenüber dem Zylindergehäuse eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Druckraums zu bewirken. Durch diese vom Kolben hervorgerufene Volumenänderung wird eine Erhöhung oder Absenkung des hydraulischen Drucks bewirkt und innerhalb der hydraulischen Strecke übertragen.
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Der Kolben besitzt bevorzugt eine zylinderförmige Ausformung, wobei ein stirnseitiges, distale Ende des Kolbens in den Druckraum eingreift. Das diesem distalen Ende gegenüberliegende zweite distale Ende des Kolbens ist insbesondere mit der Kolbenstange gekoppelt, die die zum Verschieben des Kolbens notwendige Kraft mechanisch auf den Kolben überträgt und/oder umgekehrt. Der Kolben kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Abschnitt der Kolbenstange aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, gefertigt ist. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die gesamte Kolbenstange aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, gefertigt ist.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Dichtlippe an dem sich axial von dem Zylindergehäuse abgewandten Ende der Faltenbalgdichtung einen sich in Ausrückrichtung der Kolbenstange von dem Zylindergehäuse weg erstreckenden Dichtlippenabschnitt aufweist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Faltenbalgdichtung und die Dichtlippe monolithisch ausgeformt sind. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Faltenbalgdichtung aus einem elastomeren Material gebildet ist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Faltenbalgdichtung einen ersten inneren Durchmesser aufweist, der an dem Zylindergehäuse fixiert ist, einen zweiten inneren Durchmesser aufweist, der axial von dem ersten inneren Durchmesser beabstandet angeordnet ist, einen dritten inneren Durchmesser besitzt, der axial von dem zweiten inneren Durchmesser beabstandet ist und einen vierten inneren Durchmesser, der axial von dem dritten inneren Durchmesser beabstandet ist, wobei der erste innere Durchmesser größer ist als der dritte innere Durchmesser, der zweite innere Durchmesser größer ist als der vierte innere Durchmesser und kleiner ist als der dritte innere Durchmesser.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass an dem axial von dem Zylindergehäuse abgewandten Ende der Faltenbalgdichtung ein zylinderringförmiges Verstärkungselement monolithisch mit der Faltenbalgdichtung ausgeformt ist.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Faltenbalgdichtung, die Dichtlippe sowie zumindest der Kontaktbereich mit dem zweiten Abschnitt der Kolbenstange so konfiguriert sind, dass die Faltenbalgdichtung bei einem Versatz der Kolbenstange nicht in Ausrückrichtung der Kolbenstange gestreckt wird.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Dichtlippe eine orthogonal zur Ausrückrichtung der Kolbenstange wirkende Federelastizität aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 einen Hydraulikzylinder in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 einen Hydraulikzylinder in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
- 3 eine Detailansicht des Faltenbalgs in dem Hydraulikzylinder in einer schematischen Axialschnittdarstellung.
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Die 1-3 zeigen einen Hydraulikzylinder 1 für ein hydraulisches System, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem oder ein hydraulisches Bremssystem in einem Kraftfahrzeug.
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Der Hydraulikzylinder 1 besitzt einen in einem Zylindergehäuse 2 ausgebildeten zylindrischen Druckraum 3, in dem ein Kolben 5 mit einer mit ihm gekoppelten Kolbenstange 2 axial verschiebbar ist. Die Kolbenstange 2 ist aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, gefertigt und weist in ihrer Längserstreckung einen ersten, innerhalb des Zylindergehäuses 2 angeordneten Abschnitt 6 und einen zweiten, außerhalb des Zylindergehäuses 2 angeordneten Abschnitt 7 auf, dessen Längserstreckung natürlich je nach Ausrückposition der Kolbenstange 2 variieren kann. An dem zweiten Abschnitt 7 der Kolbenstange 2 liegt eine an dem Zylindergehäuse 2 fixierte Faltenbalgdichtung 8 an, wobei die Faltenbalgdichtung 8 im Kontaktbereich 9 mit dem zweiten Abschnitt 7 der Kolbenstange 2 eine Dichtlippe 10 aufweist, die an der Kolbenstange 2 anliegt.
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Die Faltenbalgdichtung 8, die Dichtlippe 10 sowie zumindest der Kontaktbereich 9 mit dem zweiten Abschnitt 7 der Kolbenstange 2 sind so konfiguriert, dass die Faltenbalgdichtung 8 bei einem Versatz der Kolbenstange 2 nicht in Ausrückrichtung der Kolbenstange 2 gestreckt wird.
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Die Dichtlippe 10 besitzt an dem sich axial von dem Zylindergehäuse 2 abgewandten Ende der Faltenbalgdichtung 8 einen sich in Ausrückrichtung der Kolbenstange 2 von dem Zylindergehäuse 2 weg erstreckenden Dichtlippenabschnitt 11 auf. Hierdurch weist die Dichtlippe 10 eine orthogonal zur Ausrückrichtung der Kolbenstange 2 wirkende Federelastizität auf. Die Faltenbalgdichtung 8 und die Dichtlippe 10 monolithisch aus einem elastomeren Material gebildet ist.
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An dem axial von dem Zylindergehäuse 2 abgewandten Ende der Faltenbalgdichtung 8 ist ein zylinderringförmiges Verstärkungselement 15 monolithisch mit der Faltenbalgdichtung 8 ausgeformt, wodurch die Federwirkung und Anpresskraft der Dichtlippe 10 kontrolliert und eingestellt werden kann.
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Die Faltenbalgdichtung 8 besitzt einen ersten inneren Durchmesser 11, der an dem Zylindergehäuse 2 fixiert ist, was gut aus der 3 ersichtlich wird. Ferner weist die Faltenbalgdichtung 8 einen zweiten inneren Durchmesser 12 auf, der axial von dem ersten inneren Durchmesser 12 beabstandet angeordnet ist sowie einen dritten inneren Durchmesser 13, der seinerseits axial von dem zweiten inneren Durchmesser 12 beabstandet ist. Schließlich verfügt die Faltenbalgdichtung 8 auch über einen vierten inneren Durchmesser 14, der axial von dem dritten inneren Durchmesser 13 beabstandet ist. Wie aus der 3 ersichtlich, ist der erste innere Durchmesser 11 größer ist als der dritte innere Durchmesser 13, der zweite innere Durchmesser 12 größer als der vierte innere Durchmesser 14 und kleiner als der dritte innere Durchmesser 13, wodurch sich sich die ziehharmonikaähnliche Kontur des Faltenbalgs 8 ergibt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikzylinder
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Druckraum
- 4
- Zylindergehäuse
- 5
- Kolben
- 6
- Abschnitt
- 7
- Abschnitt
- 8
- Faltenbalgdichtung
- 9
- Kontaktbereich
- 10
- Dichtlippe
- 11
- Durchmesser
- 12
- Durchmesser
- 13
- Durchmesser
- 14
- Durchmesser
- 15
- Verstärkungselement
- 16
- Dichtlippenabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2053252 B1 [0005]
- DE 3720410 A1 [0006]
