Kolbenstanqenanbindung

Die Erfindung betrifft eine Kolbenstangenanbindung und findet insbesondere zur Befestigung einer Kolbenstange an einem Pedal z.B. für die Kupplungs- oder Bremsbetätigung eines Kraftfahrzeuges Anwendung.

Aus DE 195 23 215 B4 ist die Ausbildung eines Kolbens für einen Geberzylinder bekannt, wobei der Kolben aus einer Kolbenschafthülse mit einem Boden und zwei in der Kolbenschafthülse spielfrei angeordneten Halteschalen besteht, und die Halteschalen am pedalseiti- gen Ende der Kolbenschafthülse eine kugelpfannenartige Ausnehmung aufweisen, in der ein Kugelkopf einer Kolbenstange verschnappt und kraftschlüssig gehalten ist. Die Kolbenstange kann durch ihre Befestigung mittels des Kugelkopfes eine Schwenkbewegung ausführen.

In DE 199 60 335 A1 wird ein Geberzylinder beschrieben, bei welchem der Kolben ebenfalls zwei Halteschalen umfasst, die in einer Kolbenschafthülse sitzen. Die Halteschalen bilden auch hier eine kugelkalottenförmige Ausnehmung für die Aufnahme eines Kugelkopfes der Kolbenstange.

Die konstruktive Gestaltung der vorgenannten Lösungen ist relativ aufwendig. Weiterhin ist das Dämpfungsverhalten dieser Ausführungen ungenügend, so dass es bei stoßartigen Belastungen zum Bruch kommen kann.

Die Befestigung der Kolbenstange eines Geberzylinders erfolgt pedalseitig mittels einer gelenkigen Verbindung, die oft aufwendig herstellbar ist und eine ungenügende Haltbarkeit aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Kolbenstangenanbindung eines Kolbens eines Geberzylinders an ein Pedal z.B. für die Kupplungs- oder Bremsbetätigung, zu entwickeln, die einen einfachen Aufbau aufweist, leicht montierbar und demontierbar ist und eine hohe Lebensdauer und Funktionalität gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Kolbenstangenanbindung, insbesondere in Form einer Verbindung zwischen einer Kolbenstange eines Kolbens eines Geberzylinders und einem Pedal, ist die Kolbenstange mit einem Kugelkopf pedalseitig in einer Gelenkpfanne schwenkbar gelagert, wobei der Kugelkopf mittels eines Halteelementes axial gesichert ist.

Der Kugelkopf weist dabei erstmalig zwei wirksame Kugelsegmentbereiche mit unterschiedlichen Durchmessern auf, wobei ein erster Kugelsegmentbereich in der Gelenkpfanne gelagert ist und an dem zweiten Kugelsegmentbereich das Halteelement anliegt.

Der zweite Kugelsegmentbereich besitzt einen ersten Außendurchmesser, der am Innendurchmesser der Gelenkpfanne anliegt und der zweite Kugelsegmentbereich einen zweiten Außendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des ersten Kugelsegmentbereiches.

Beide Kugelsegmentbereiche sind bevorzugt halbkugelförmig ausgebildet.

Der durch die unterschiedlichen Durchmesser gebildete übergang vom ersten Kugelsegmentbereich zum zweiten Kugelsegmentbereich ist als eine in Richtung zur Kolbenstange weisende ringförmige Anschlagfläche ausgebildet, welche bei einer Schwenkbewegung oder einer Zugbewegung der Kolbenstange am Halteelement anlegbar ist.

Vorteilhafter Weise kann in der Anschlagfläche mindestens eine Ausnehmung vorgesehen sein, in welche das Halteelement zumindest teilweise eingreifbar ist, so dass ein unerwünschtes Auffedern des Halteelementes bei axialer Belastung verhindert wird.

Zur Montage oder Demontage ist das Halteelement soweit aufspreizbar dass der erste Kugelsegmentbereich durch das Halteelement schiebbar ist.

Bevorzugt wird das Halteelement in der Form eines Klemmbügels gestaltet der aus zwei aufspreizbaren Schenkeln gebildet wird, die sich jeweils aus Teilbereichen zusammensetzen und vorteilhafterweise spiegelbildlich aufgebaut sind.

Zur Bildung eines Bügels werden die beiden Schenkel über weitere Teilbereiche miteinander verbunden, die sich aus geraden und gekrümmten Bereichen zusammensetzen.

Die beiden Schenkel besitzen mindestens zwei gegenüberliegende, spiegelbildlich konvex gekrümmte Bereiche, die im montierten Zustand am zweiten Kugelsegmentbereich anliegen und diesen axial fixieren.

Dazu wird das Halteelement pedalseitig axial fixiert so befestigt, dass die beiden Schenkel durch sich gegenüberliegende Schlitze greifen und so am zweiten Kugelsegmentbereich anliegen können.

Die Gelenkpfanne und die axiale Befestigung des Halteelementes sind in einem pedalseitig angeordneten Gehäuse ausgebildet.

Die Teilbereiche des als Klemmbügel ausgebildeten Halteelements sind dabei so angeordnet, dass jeweils gegenüberliegende Teilbereiche parallel zueinander verlaufen. Aus Platz- und Funktionsgründen sind die den Bügel bildenden Teilbereiche des Halteelements unter einem Winkel zu dem übrigen Teil der Schenkel gebogen. Dieser Winkel entspricht dabei dem im Gehäuse vorgesehenen Winkel. Dadurch ist es möglich, dass im vormontierten Zustand dieser Teil des Halteelements eine Anschlagfunktion auf die Kolbenstange ausübt und dabei selbst nicht aus dem Gehäuse herausragt.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine überraschend einfache konstruktive und flexible Ausführung der Kolbenstangenanbindung möglich. Durch die Auslegung der einzelnen Maße sowie durch die Dimensionierung des Halteelementes z.B. hinsichtlich Werkstoff und Dicke kann auf einfache Art und Weise eine lastabhängige Baugruppe hergestellt werden. Durch die Federwirkung des Halteelementes und die erfindungsgemäße Befestigung der Kolbenstange werden Vibrationen und Laststöße gedämpft bzw. eliminiert. Insgesamt kann dadurch die Lebensdauer der Kolbenstangenanbindung wesentlich verlängert werden.

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Gleichzeitig wird die Montage und Demontage vereinfacht und durch die Verwendung des Halteelementes eine Montagekontrolle gewährleistet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einzelteile in dreidimensionaler Darstellung, in Form von Kolbenstange 1, pedalseiti- gem Gehäuse 3 und Klemmbügel 4 in demontiertem Zustand,

Fig. 1a dreidimensionale Darstellung eines auf dem Gehäuse montierten Klemmbügels vor Montage der Kolbenstange,

Fig. 1b dreidimensionale Darstellung eines auf dem Gehäuse montierten Klemmbügels und im Gehäuse montierte Kolbenstange,

Fig. 2 Schnittdarstellung (Längsschnitt gem. Fig. 1a),

Fig. 3 Schnittdarstellung bei beginnender Montage der Kolbenstange,

Fig. 4 Schnittdarstellung bei Montage, wobei der Klemmbügel soweit gespreizt ist, dass der erste Kugelsegmentbereich durchgeschoben werden kann,

Fig. 5 fertig montierte Kolbenstangenanbindung gem. Fig. 1b im Längsschnitt,

Fig. 6 Kolbenstangenanbindung im Längsschnitt mit maximalem Schwenkwinkel α der Kolbenstange,

Fig. 7 Kolbenstangenanbindung bei maximaler auf die Kolbenstange wirkender Zugkraft F,

Fig. 8 ähnliche Darstellung wie in Fig. 7, jedoch mit einer Ausnehmung in der Anlagefläche,

Fig. 9 eine Ausführungsvariante eines Klemmbügels,-

Fig. 10 Kolbenstange, Gehäuse und Klemmbügel vor der Montage,

Fig. 11 eine in eine Gelenkpfanne eines Gehäuses eingesetzte Kolbenstange, wobei ein Eindrücken der Kolbenstange in die Gelenkpfanne durch einen in diese eingeschobenen Klemmbügel vorarretiert wird,

Fig. 12 vollständig ausgeführte Anbindung der Kolbenstange an das Gehäuse mit dem sich in seiner Endstellung befindenden Klemmbügel.

Alle Einzelteile in Form von Kolbenstange 1 , pedalseitigem Gehäuse 3 und Klemmbügel 4 sind im demontierten Zustand und in dreidimensionaler Darstellung in Fig. 1 dargestellt.

Die Kolbenstange 1 weist einen Kugelkopf 2 mit einem Kugelsegmentbereich 2.1 und einem zweiten Kugelsegmentbereich 2.2 auf. Der Außendurchmesser D1 des ersten Kugelsegmentbereiches ist größer als der Außendurchmesser D2 des zweiten Kugelsegmentbereiches 2.2. Der übergang zwischen beiden Kugelsegmentbereichen 2.1 und 2.2 ist als eine Anschlagfläche 2.3 ausgebildet. Beide Kugelsegmentbereiche 2.1 und 2.2 sind in etwa halbkugelförmig ausgebildet.

Das im oder am nicht näher dargestellten Pedal ausgebildete Gehäuse 3 weist eine Gelenkpfanne 3.1 zur Aufnahme des ersten Kugelsegmentbereiches 2.1 der Kolbenstange 1 auf. Im Gehäuse 3 sind senkrecht zur Längsachse A des Gehäuses 3 zwei einander gegenüberliegende Schlitze 3.2 eingebracht, die bis in die Ausnehmung 3.1 reichen. Der Innendurchmesser d1 der Ausnehmung entspricht dem Außendurchmesser D1 des ersten Kugelsegmentbereiches 2.1. Zur Herstellung der Verbindung zwischen Kolbenstange 1 und pedalseitigem Gehäuse 3 dient ein Halteelement in Form eines Klemmbügels 4, der hier außer Eingriff ist. Der Klemmbügel 4 weist zwei aufspreizbare Schenkel 5 auf, die über einen gebogenen Bereich 6 miteinander verbunden sind. Beide Schenkel 5 weisen jeweils einen konvex gekrümmten Bereich auf 5.1 auf, der im montierten Zustand am zweiten Kugelsegmentbereich 2.2 anliegt. Der Durchmesser des Querschnitts des Klemmbügels 4 entspricht in etwa der Breite der Schlitze 3.2.

In Fig. 1a wurde der Klemmbügel 4 mit seinen Schenkeln 5 in den Nuten 3.2 des Gehäuses 3 positioniert, der gebogene Bereich 6 ist außen am Gehäuse 3 angeordnet und begrenzt somit das Einschieben des Klemmbügels 4. Die Kolbenstange 1 wurde noch nicht montiert.

Figur 1 b zeigt die dreidimensionale Darstellung eines auf dem Gehäuse 3 montierten Klemmbügels 3 und die im Gehäuse 3 montierte Kolbenstange 1. Der Klemmbügel 4 wirkt gegen den zweiten Kugelsegmentbereich2.2 und fixiert die Kolbenstange 1 axial im Gehäuse 3. Der Kugelkopf 2 ist somit pedalseitig in der Gelenkpfanne 3.1 schwenkbar mittels des Halteelementes in Form eines Klemmbügels 4 axial gesichert.

Die Schnittdarstellung des Gehäuses im Längsschnitt gem. Fig. 1 a mit auf dem Gehäuse 3 montierten Klemmbügel 4 ist in Figur 2 dargestellt. Die Kolbenstange 1 befindet sich außer Eingriff.

Figur 3 zeigt die Schnittdarstellung des Gehäuses 3 bei beginnender Montage der Kolbenstangel und Figur 4 die Schnittdarstellung bei Montage, wobei der Klemmbügel 4 soweit gespreizt ist, dass der erste Kugelsegmentbereich 2.1 der Kolbenstange 1 durchgeschoben werden kann.

Die fertig montierte Kolbenstangenanbindung gem. Figur 1b mit dem Gehäuse 3 im Längsschnitt zeigt Fig. 5. Dabei ist erkennbar, dass der erste Kugelsegmentbereich 2.1 in der Gelenkpfanne 3.1 sitzt und der Klemmbügel 4 am zweiten Kugelsegmentbereich 2.2 anliegt und somit den Kugelkopf 2 im Gehäuse 3 axial fixiert.

Die Kolbenstangenanbindung mit dem Gehäuse 3 im Längsschnitt, wobei die Kolbenstange 1 in einem maximalen Schwenkwinkel α geneigt ist, zeigt Fig. 6. Der Kugelkopf 2 wird dabei ebenfalls so geneigt, dass die Anschlagfläche 2.3 zwischen erstem Kugelsegmentbereich 2.1 und zweitem Kugelsegmentbereich 2.2 am Klemmbügel 4 anliegt und somit dessen Schwenkbewegung begrenzt.

Wirkt auf die Kolbenstange 1 gem. Fig. 7 eine sehr große Zugkraft F, so wird die Kolbenstange 1 mit dem Anschlag 2.3 des Kugelkopfes 2 bis zum Klemmbügel 4 gezogen und kommt dort zur Anlage. Der Klemmbügel 4 wird dabei etwas aufgeweitet.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 7. Jedoch ist hier in der Anlagefläche eine umlaufende Ausnehmung vorgesehen, in welche das Halteelement 4 zumindest teilweise eingreifbar ist und die einen Anschlag gegen ein weiteres Aufspreizen des Klemmbügels 4 bildet.

Eine weitere Ausführungsform des Klemmbügels 4 wird in der Figur 9 gezeigt. Dieser Klemmbügel 4 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Klemmbügel 4 gemäß Figur 1 darin, dass der gebogene Bereich 6 sich aus den Teilbereichen 6.1 , 6.2 und 6.3 zusammensetzt. Der weitere Unterschied besteht darin, dass dessen freie Enden der Schenkel 5 derart abgewinkelt sind, dass sie in etwa parallel zu dem abgewinkelten Teilbereich 6.1 verlaufen. Weiterhin geht aus der Figur 9 hervor, dass die Teilbereiche 6.2 über den Teilbereich 6.3 miteinander verbunden sind. Sowohl die Teilbereiche 6.1 als auch die Teilbereiche 6.2 verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Die Teilbereiche 6.2 sind zu den Teilbereichen 6.1 unter einem Winkel ß gebogen.

In der Figur 10 sind die miteinander zu verbindenden Bauteile, Kolbenstange 1, pedalseitiges Gehäuse 3 und Klemmfeder 4 räumlich dargestellt.

Aus der Figur 11 ist der vormontierte Zustand der Anbindung der Kolbenstange 1 an das Gehäuse 3 erkennbar. Dabei ist ersichtlich, dass das Gehäuse 3 bzw. dessen Gelenkpfanne 3.1 zur Aufnahme der Kolbenstange 1 und deren nachfolgender Fixierung mittels des in diesem Zustand eingeschobenen Klemmbügels 4 vorbereitet ist. Der Klemmbügel 4 bildet in dieser Stellung für die Kolbenstange 1 mittels seines Teilbereiches 6.2 eine Arretierung im Kugelsegmentbereich 2.1 des Kugelkopfes 2, die durch weiteres Eindrücken der Kolbenstange 1 in die Gelenkpfanne 3.1 zu überwinden ist.

Ein weiteres Eindrücken der Kolbenstange 1 in das Gehäuse 3 bewirkt, dass dabei die Schenkel 5 des Klemmbügels 4 nach außen gespreizt werden, wobei sich die konvex gekrümmten Bereiche 5.1 ebenfalls aufspreizen zur Aufnahme des Kugelkopfes 2, um nach überwindung dessen Durchmessers D1 hinter diesem wieder ihre Ausgangsstellung einzunehmen. Aus dieser Figur 11 ist ebenfalls ersichtlich, dass das Gehäuse 3 zur Aufnahme der gebogenen Teilbereiche 6.1 und 6.2 des Klemmbügels 4 eine entsprechende Ausnehmung 7 aufweist.

Die Figur 12 zeigt die vollständig ausgeführte Kolbenstangenanbindung. Dabei ist ersichtlich, dass der Kugelkopf 2 der Kolbenstange 1 vollständig von der Gelenkpfanne 3.1 aufgenommen ist. Zur Erreichung dieser Endstellung hat sich der Klemmbügel 4 durch die radial wirkenden Druckkräfte, ausgehend vom Kugelkopf 2, ebenfalls in seine Endstellung bewegt, wobei die konvex gekrümmten Bereiche 5.1 des Klemmbiigels 4 hinter den Kugelsegmentbereich 2.2 geschnappt sind, da der Durchmesser des Kugelsegmentbereiches 2.2 kleiner ist als der Durchmesser D1 des Kugelkopfes 2 (analog zu Figur 1b). Bei diesem Montagevorgang hat sich der Klemmbügel 4 so weit radial von der Achse A weg bewegt, dass dessen Teilbereich 6.3 am Durchmesser D1 des Kugelkopfes 2 zur Anlage kommt. Da der Klemmbügel 4 nunmehr aus der Aussparung des Gehäuses 3 herausragt, ist dadurch für einen Betrachter ersichtlich, dass der Montagevorgang abgeschlossen und die Kolbenstange 1 im Gehäuse 3 fixiert ist.

Bezuqszeichenliste

1 Kolbenstange

2 Kugelkopf

2.1 Kugelsegmentbereich (erster)

2.2 Kugelsegmentbereich (zweiter)

2.3 Anschlagfläche

2.3' Ausnehmung

3 Gehäuse

3.1 Gelenkpfanne

3.2 Schlitze

4 Klemmbügel / Halteelement

5 Schenkel

5.1 konvex gekrümmter Bereich

6 gebogener Bereich

6.1 Teilbereich

6.2 Teilbereich

6.3 Teilbereich

6.4 gekrümmter Teilbereich

6.5 gekrümmter Teilbereich

7 Ausnehmung

A Längsachse d1 Innendurchmesser

D1 Außendurchmesser

D2 Außendurchmesser

D3 Durchmesser des Gehäuses

α Schwenkwinkel ß Biegewinkel