气动致动器的制作方法

本发明涉及一种气动致动器，特别是用于商用车辆的气动离合致动器，其包括用于致动功能元件的气动活塞并包括气动体，该气动体包括主体和用于引导气动活塞的引导轴，该引导轴具有中心孔口，该中心孔口用于使轴穿过气动致动器，其中气动腔室被至少部分地限定在引导轴与主体之间并绕引导轴布置，气动活塞被至少部分地接纳在气动腔室中，并且被以可滑动方式布置在引导轴上。本发明还涉及离合器组件和商用车辆。

背景技术：

1、在车辆中，特别是在商用车辆中，存在实施自动变速器的多种方式。除了自动化齿轮箱，也常常使用自动化手动变速器(amt)系统。amt系统包括被自动地致动的传统手动变速器齿轮箱。在amt系统中，将齿轮箱连接到车辆马达的驱动轴的离合器常常被自动地致动，以便消除对手动离合器致动的需要。离合致动器使离合器脱离接合，然后齿轮箱致动器换档。换档后，离合致动器释放离合器，并接合传动轴和齿轮箱。常用的离合致动器类型是机电式离合致动器、液压式离合致动器或气动离合致动器。

2、存在两种常见类型的气动离合致动器。标准活塞型气动致动器具有以可滑动方式布置在缸中的活塞。在致动时，缸被填充空气，并相对于缸移动活塞。活塞连接到致动杆，致动杆操作离合器。因为车辆马达的驱动轴需要与离合器和齿轮箱成一直线，所以标准活塞型气动致动器偏移地安装至离合器。因此，致动杆形成为垂直于活塞的致动方向延伸的叉型杆。然而，这种布置有许多缺点。为了提供所需的机械强度，这种致动系统需要非常大和重。此外，需要多个零件，导致复杂的系统，由此产生高成本。

3、因此，开发了同心离合致动器。同心气动离合致动器包括气动体和气动活塞，气动活塞以可移动方式布置在气动体的气动腔室中。气动活塞能在气动腔室中来回移动，并且适于致动功能元件。为了使轴穿过气动致动器，气动体包括中心孔口。因此，这种气动离合致动器能够绕轴布置，并且气动活塞能够直接致动离合器。消除了对分离的连接杆布置的需要。由于气动活塞能够直接致动离合器，机械应力减小，并且同心离合致动器可以制造得更小。此外，需要更少的零件，这降低了总成本。

4、通常，气动活塞以可滑动方式布置在气动体的引导轴上。当活塞在引导轴上来回移动时，引导轴和活塞会受到磨损。因此，已知同心离合致动器的气动体由钢制成。然而，钢在制造和重量方面有缺点。由于钢的机械性质，它很难加工。由于离合致动器的气动体具有复杂的多腔形状，因此导致制造成本增加。通常，制造成本和可靠性对于汽车和商用车辆行业中的部件来说是至关重要的。

技术实现思路

1、因此，本发明的一个目的是提供一种成本高效并且可靠的气动致动器。

2、为了解决这个目的，本发明在第一方面提出，主体和引导轴是独立元件，或是在操作上联接的元件，其中引导轴固定到主体的固定部分，并且其中主体由第一材料制成，且引导轴由耐磨性高于第一材料的第二材料制成。本发明提出了一种气动体的多部分构造，其适应于对气动体的不同要求。主体优选由易于使用和/或加工的第一材料制成。有利于主体的制造，并且降低了总制造成本，特别是工具作业成本、劳动力成本、机器运行时间成本。此外，可能使用不适合于钢的生产过程。优选地，第一材料是能够铸造的材料，特别优选能够压模铸造的材料。

3、引导轴的第二材料的耐磨性高于第一材料，并确保气动致动器的高可靠性。引导轴通常是线性体，优选是旋转对称体。发明人已经发现，由于其简单的形式，即使当使用高耐磨材料时，也能够容易地制造引导轴。通过对主体和引导轴使用不同的材料，气动致动器的制造成本得到有效降低。

4、此外，应用多部分构造进一步有利于制造。由于主体和引导轴对应地限定了气动腔室，因此消除了制造复杂内腔的需要，这进一步降低了制造成本。优选地，第二材料的耐磨性是第一材料的耐磨性的至少1.05至10倍，优选1.05至5倍，优选1.1至5倍，特别优选1.2至3倍。第二材料的耐磨性的值是第一材料的耐磨性的两倍意味着由第二材料制造的引导轴在相同条件下的总寿命是由第一材料制造的引导轴的寿命的两倍。

5、固定部分是主体的与引导轴相固定的部分。优选地，固定部分是主体的连续部分。然而，固定部分还可以包括多个子部分，引导轴固定到所述多个子部分。优选地，固定部分适于在空间上限定引导轴相对于主体的位置。应当理解，引导轴优选地包括对应于主体的固定部分的第二固定部分。

6、优选地能够从主体的第一侧接近气动腔室，并且固定部分被至少部分地限定在主体的与第一侧相反的第二侧上。能够接近意味着气动活塞能够从第一侧插入气动腔室中。应当理解，当组装气动致动器时，能够从第一侧接近的气动腔室仍能够被气动活塞关闭。气动活塞能够在气动腔室中来回移动，用于致动功能元件。气动腔室优选为环形腔室。还优选的是，气动腔室与中心孔口同心布置。通过将气动腔室与中心孔口同心布置，当气动致动器安装在驱动布置中时，该腔室也与接纳在中心孔口中的引导轴同心布置。气动活塞于是也与驱动轴同心和/或同轴地布置，并且能够均匀地致动功能元件。

7、气动活塞优选密封关闭气动腔室。因此，气动活塞可以包括至少一个密封元件，优选为唇形密封。然后能够在气动腔室中施加压力以移动气动活塞。当施加正压力，即大于气动致动器周围区域中的环境压力的压力时，气动活塞移出气动腔，执行正冲程。即使在其最外位置处，气动活塞仍然至少部分地布置在引导轴上。当施加负压力，即低于环境压力的压力时，活塞移动到气动腔室中，执行负冲程。优选地，气动活塞在正冲程方向上并且朝着第一侧被偏压。特别优选的是，气动致动器包括用于在正冲程方向上偏压气动活塞的弹簧元件。优选地，负冲程还可以由连接到气动活塞的偏压构件执行或辅助。

8、优选地，主体包括一个或多个紧固元件，用于将气动致动器固定到接口，优选马达、底盘、齿轮箱或离合器的接口。固定元件优选地形成为用于接纳螺钉的圈。主体还可以包括用于接纳螺钉的一个或多个螺纹。主体优选包括用于将空气导向到气动腔室中的一个或多个气动通道。附加地或备选地，活塞也可以包括用于将空气导向至气动腔室中的气动通道。优选地，主体包括空气入口，空气入口用于密封地连接空气供应源，特别优选空气供应源的空气分配板。加压空气然后可以经由空气供应源和一个或多个气动通道被施加到气动腔室。气动通道和/或空气入口优选地适于从气动腔室排出空气。然而，主体也可以包括单独的空气出口和/或单独的排气通道。

9、在第一优选实施例中，第一材料是铝。在这方面，铝还包括铝合金，并且可能包含杂质。发明人已经发现，由铝制成的主体能够大量地低成本制造，因为铝是非常适合压模铸造的材料。此外，铝提供足够的强度来抵抗气动腔室与周围区域之间的压力差，并且当与气动活塞的密封元件滑动接触时提供足够的耐磨性。此外，铝重量轻，并且相对廉价。优选地，第一材料选自由almgsi7、almgsi12、alcumgpb、alcubipb、almgsipb、almgsi0,5、almgsi1、al99,5、almg3、almg1的组。

10、在另一优选实施例中，第二材料是钢。钢提供高耐磨性，并且以低成本普遍易得。优选地，第二材料选自由x14crmops17 qt 650、x8crnis18-9、s235jr、s235、s275、s355、s275 n/nl、s355 n/nl、13crmo4-5的组。优选地，引导轴是旋转对称的引导轴。由此可以通过车削来制造引导轴，对于钢而言，车削是一种非常适合且成本高效的制造方法。特别优选的是，第二材料包括表面涂层。表面涂层优选为湿涂涂层、ptfe涂层、dlc涂层、陶瓷涂层和/或聚合物涂层。

11、优选地，引导轴包括径向轴环，径向轴环抵接主体。径向轴环基本垂直于引导轴的纵向轴线延伸。纵向轴线限定了布置在引导轴上的气动活塞的致动方向。这确保引导轴相对于主体在致动方向上的正确放置。此外，抵接主体的径向轴环适于将气动活塞在其移动时施加到引导轴上的力传递到主体。这允许引导轴相对主体的刚性构造和牢固固定。径向轴环也增加了引导轴与主体之间的总接触面积。

12、进一步优选的是，主体的固定部分包括径向凹部，该径向凹部抵接径向轴环。径向凹部易于制造，并且为引导轴提供了预定的接触表面。优选地，径向轴环被完全接纳在径向凹部中。由此，径向轴环被周围的主体有效地保护以免受损坏。还可以优选的是，固定部分包括突起，以用于抵接引导轴的径向轴环。这种突起从主体的周围表面突出，并提供容易接近的表面。

13、主体的固定部分优选包括径向内面，该径向内面抵接引导轴。抵接引导轴的径向内面防止引导轴相对于主体倾斜。施加到引导轴的径向力经由径向内面有效地传递到主体。径向内面优选是主体的连续面。优选地，径向内面适于将引导轴定心，特别优选地用于将引导轴相对于限定气动腔室的主体的表面定心。在这种情况下，径向内面限定引导轴相对于主体的径向位置(使引导轴定心)。优选地，径向内面抵接引导轴的轴部分。附加地或备选地，引导轴还可以由抵接径向凹部的径向轴环来定心。优选地，径向内面在纵向方向上的长度在引导轴总长度的0.01至0.5，优选0.05至0.5，优选0.05至0.4，优选0.05至0.3，特别优选0.05至0.2的范围内。

14、根据优选实施例，径向内面限定主体与引导轴之间的第一接触面积，该第一接触面积的值在500mm2至5000mm2，优选500mm2至4000mm2，优选500mm2至3000mm2，优选1000mm2至3000mm2，优选1000mm2至2500mm2，优选1500mm2至2500mm2，特别优选1500mm2至2000mm2的范围内。在另一优选实施例中，径向轴环限定主体与引导轴之间的第二接触面积，该第二接触面积的值在500mm2至5000mm2，优选500mm2至4000mm2，优选500mm2至3000mm2，优选1000mm2至3000mm2，优选1000mm2至2500mm2，优选1500mm2至2500mm2，特别优选2000mm2至2500mm2的范围内。在优选范围内的第二接触面积足够大，以当在纵向方向上施加到引导轴的力传递到主体时防止损坏径向轴环和/或主体。此外，这种力能够均匀地传递到主体，并且防止了表面压力峰值。

15、在特别优选的实施例中，主体与引导轴之间的总接触面积由第一接触面积和第二接触面积限定。优选地，总接触面积的值在1000mm2到10000mm2，优选1000mm2到8000mm2，优选1000mm2到6000mm2，优选2000mm2到6000mm2，优选2000mm2到5000mm2，优选3000mm2到5000mm2，特别优选3500mm2到4500mm2的范围内。优选地，第一接触面积和第二接触面积相连接。通过连接第一接触面积和第二接触面积，能够以高准确度制造固定部分。例如，主体的第一接触面积和第二接触面积然后可以从一侧制造，并且消除了在加工期间重新夹紧主体的需要。

16、根据另一优选实施例，引导轴被密封地固定到主体。优选地，密封元件夹在引导轴与主体之间。在特别优选的实施例中，密封元件夹在径向轴环与固定部分之间。然后，可以将引导轴螺纹连接到主体和/或用铆钉固定到主体。

17、优选地，引导轴被胶合到主体。通过将引导轴胶合到固定部分，实现了所述元件之间的耐久且密封的固定。胶能够渗透到小腔中，并提供有效的密封。消除了对独立的密封元件的需要。然而，用于密封引导轴与主体之间的过渡部的密封元件仍然是优选的。通过将引导轴胶合到主体，有利于气动体的制造。发明人已经发现，胶是将钢引导轴固定到铝主体的适当且耐久的固定方法。优选地，胶选自由氰基丙烯酸酯粘合剂、环氧树脂粘合剂和聚氨酯粘合剂的组。

18、根据备选实施例，引导轴被焊接到主体，优选地被摩擦焊接到主体。通过将引导轴焊接到主体，能够建立两个部件的牢固且高度耐久的连接。此外，焊接是连续的，使得引导轴被密封地连接到主体。摩擦焊接是一种适于大批量的快速制造过程。此外，摩擦焊接特别适于焊接不同的材料部件。

19、优选地，气动活塞包括一个或多个滑动引导环，所述一个或多个滑动引导环形成滑动表面，滑动表面接触引导轴，其中滑动引导环是具有钢芯和ptfe外层的复合滑动引导环。ptfe代表聚四氟乙烯。钢芯为引导环提供强度，而ptfe外层具有低摩擦阻力。优选地，滑动引导环以可更换方式布置在气动活塞上。由于可更换的滑动引导环廉价且易于替换，降低了气动致动器的寿命周期成本。通过应用ptfe外层，减少了引导轴上的磨损。具有嵌入的碳纤维和/或玻璃纤维的基体材料的复合滑动引导环也是优选的。例如，这种复合滑动引导环可以具有含嵌入碳纤维的ptfe基体。优选地，选择引导轴的第二材料和滑动引导环的外层的外层材料，使得引导轴的磨损率的值低于5μm/km，优选在0.05μm/km至5μm/km之间，优选0.05μm/km至4μm/km，优选0.05μm/km至3μm/km，优选0.05μm/km至2μm/km，优选0.1μm/km至2μm/km，优选0.1μm/km至1μm/km，特别优选0.18μm/km至0.7μm/km。在一个特别优选的实施例中，如果使用ptfe外层，则该优选范围中的磨损率适用。

20、根据本发明的第二方面，上述问题通过一种用于商用车辆的离合器组件来解决，该离合器组件包括离合器和根据本发明的第一方面的气动致动器。

21、在本发明的第三方面，上述问题通过一种包括根据本发明的第二方面的离合器组件的商用车辆来解决。应当理解，根据本发明的第一方面的气动致动器、根据本发明的第二方面的离合器组件和根据本发明的第三方面的车辆优选具有相似或相同的方面，特别是如它们在从属权利要求中所描述的。因此，参考对根据本发明的第一方面的气动致动器的上文描述。

22、为了更完整地理解本发明，现在将参照附图详细地描述本发明。详细描述将说明和描述被认为是本发明的优选实施例的内容。当然应该理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以容易地进行在形式或细节上的各种修改和改变。因此，意图是，本发明可以不限于本文示出和描述的确切形式和细节，也不限于比本文公开的和下文要求保护的本发明的全部少的任何物。此外，在公开本发明的说明书、附图和权利要求中描述的特征对于单独地或组合地考虑本发明可能是必要的。特别是，权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制本发明的范围。措辞“包括”不排除其他元件或步骤。单词“一”或“一个”不排除多个。措辞“多个”项目也包括数字1，即单个项目，以及其他数字，如2、3、4等等。