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Dichtungshülse, insbesondere für Spreizzylinder einer hydraulischen Bremseinrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft Dichtungshülsen und bezieht sich insbesondere, obgleich sie sich auch für andere Zwecke eignet, auf die Anwendung derselben bei den sogenannten Radhilfszylindern einer hydraulischen Bremseinrichtung, wie solche bei Fahrzeugen allgemein üblich sind.
Die Erfindung betrifft eine Manschette aus Leder od. dgl., die mit den gegeneinander beweglichen Teilen des Radhilfszylinders (d. h. dem Zylinder und dem Kolben) so verbunden ist, dass sie die Einrichtung wirksam abdichtet und das Entweichen des darin enthaltenen Druckmittels, sowie das Eindringen von Luft verhindert.
Unter anderm bezieht sich die Erfindung auch auf die Anordnung einer solchen Manschette, die eine längere Lebensdauer besitzt und bei der Risse und Abschürfungen auf ein Mindestmass herabgesetzt werden.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung zu diesem Zweck auf die Anordnung einer Manschette mit einer Wandstärke von solcher Grösse, dass die Manschette bei dem Unterdruck, der nach dem Loslassen des Bremspedals entsteht, nicht zusammenfällt, ferner auf die Anordnung einer sich verjüngenden Seitenwand, wodurch der Innendruck in der Weise wirkt, dass er die Reibung zwischen der äusseren Seitenwand der Manschette und dem Zylinder überwindet, ferner auf eine Verbesserung in der Abmessung des Eckteils, d. i. der Teil, der sich an der Vereinigung der Seitenwand und dem domförmigen Kopf befindet, und endlich auf eine Verbesserung in der Abmessung des Kopfes entsprechend der Manschettengrösse.
Obige und andere Zwecke und Vorteile ergeben sich noch deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen der hydraulischen Radhilfszylinder mit zwei verbesserten Dichtungsmanschetten in Verbindung mit Zylinder und Kolben, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Manschettenanordnung nach der Erfindung, jedoch von kleinerer Grösse als in Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung, Fig. 4 die Entwicklung der Manschette und der Abänderungen für verschiedene Grössen in schematischer Darstellung, Fig. 5 eine andere schematische Darstellung, und Fig. 6 noch eine andere schematische Darstellung.
In der Zeichnung bezeichnen 11, 13, und 15 einen Radzylinder, bei dem die Teile 13 in den Teil 11 eingeschraubt sind und zur Befestigung der dazwischen angeordneten ringförmigen Flansche 15 von Gummimanschetten dienen. Die Gummimanschetten besitzen Seitenwände 77, die in domformige Enden 79 übergehen. Die Seitenwände liegen neben den inneren Wänden von Teilen 13, 13 und die domförmigen Teile 19 schmiegen sich an Hohlflächen 21 von Kolben 23 an, die in den Teilen 13 verschiebbar gelagert sind. Diese Kolben besitzen abgesetzte Enden 25, die durch in den sonst geschlossenen Enden der Teile 13 vorgesehene Öffnungen 27 hindurch vorspringen.
Die abgesetzten Enden 25 sind mit einer Bohrung zur Aufnahme einer darin frei beweglichen Schraube 28 versehen, deren äusseres Ende gegen die Bremsschuh in der Weise stösst, dass sie sich nicht verdrehen kann, wie bei 29,29 in einer Teilansicht gezeigt. Einstellmuttern 31 sind auf die Schraube 28 aufgeschraubt. Diese Muttern sollen gegen die Enden der Teile 13 stossen und hiedurch die Bewegung der Bremsschuh beim Lösen der Bremse begrenzen. Gegen die genannten Muttern stossen auch die Kolbenenden 25. Wenn die Kolben durch die Ausdehnung der Gummimanschetten unter dem Einfluss des hineingedrückten Druckmittels nach aussen gedrückt werden, so stossen die Kolbenenden 25 gegen die Muttern und drücken diese nach aussen, wobei die Muttern dann die Bremsschuh durch die Schrauben 28 gegen die Bremstrommel andrücken.
Durch Drehen einer dieser Muttern lässt sich die Schraube 28 axial bewegen und das Spiel des Bremsschuhes verändern, da die Schraube 28 durch ihre Verbindung mit dem Bremsschuh gegen Drehung gesichert ist.
Es wurde bereits bemerkt, dass die Manschette dann eine längere Lebensdauer besitzt, wenn der äussere Halbmesser des domförmigen Teiles grösser ist als der Halbmesser der Seitenwand und wenn der äussere Halbmesser der Manschette an der Verbindungsstelle zwischen Manschette und Dom geringer ist als der Halbmesser der Seitenwand. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Merkmale der Manschette nach der Erfindung wünschenswert sind, wobei sich die genannte Manschette noch durch weitere Merkmale kennzeichnet.
In erster Linie hat es sich gezeigt, dass man nicht nur den besten Erfolg dann erzielt, wenn die Halbmesser in der oben angegebenen Weise gewählt werden, sondern auch dass es auf die Wandstärke der Manschette sowohl an der Seite als auch am domförmigen Kopf sehr ankommt. Beim Lösen der Bremse kann sich der Kolben des Hauptzylinders rascher zurückziehen als die Radzylinderkolben in ihre Rückzugsstellung zurückkehren. Hiedurch sucht sich ein gewisser Unterdruck in der Einrichtung zu bilden. Wenn nun die Gummiwände nicht stark genug sind, um die Druckänderung auszuhalten, so können sie zusammenfallen und mit den Metallwänden ausser Berührung kommen.
Hiedurch entsteht
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ein Spielraum, der dann beim Beginn des nächsten Vorwärtshubes des Pedals und Hauptkolbens ausgeglichen werden muss. hat zur Folge, dass zum Anziehen der Bremse ein übermässig langer Pedalhub nötig ist. Um diesem Übelstand abzuhelfen, sollen die Wände sowohl auf der Seite als auch im Dom stark genug sein, damit sie unter den etwa entstehenden Saugwirkungen nicht zusammenfallen.
Es ist nun gefunden worden, dass diese Schwierigkeit dann überwunden werden kann, wenn die Wände einem Unterdruck von etwa 0'2 kgjcm3 widerstehen, wobei die Stärke, die nötig ist, um einem solchen Unterdruck zu widerstehen, natürlich von den Eigenschaften des Gummis abhängig ist. Wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, sind die Manschetten A und B dünnwandig und fallen unter dem Einfluss des Unterdruckes zusammen. Die Manschette C dagegen, die kürzere Seitenwände und einen stärkeren Eckteil besitzt, hat nicht nachgegeben.
Es ist ferner zu bemerken, dass die Kolben 25 bei ihrer Rückkehrbewegung die Gummimanschette etwas zusammendrücken, so dass Gummi beim Arbeiten von einem zusammengedrückten Zustand über einen neutralen Zustand zu einem gestreckten Zustand übergeht. Es wurde nun gefunden, dass die zusammengedrückte Manschette bestrebt ist, sich dann in der Dommitte nach innen zu wölben, wenn die Manschettenwände nicht genügend stark genug sind, um einer solchen Wirkung zu widerstehen. Die Länge der entlasteten Manschette ist genügend gross, um den Kolben in seiner gegenüber dem Zylinderdeckel etwas vorspringenden Stellung zu halten.
Die Rückzugfedern bringen den Kolben so weit zurück, dass er mit der Zylinderwand bündig abschliesst, und drücken hiebei das Gummi etwas zusammen, das jedoch genügend steif gemacht wird, damit es unter diesem Druck nicht nachgibt.
Diese Ausführung hat den Zweck, die mögliche Hublänge ohne Beschädigung des Gummis zu erhöhen.
Um das Strecken des Gummis in der axialen Richtung und die Reibung zwischen der Gummiwand und der anliegenden Metallwand zu berücksichtigen, ist die Seitenwand der Manschette so ausgebildet, dass ihre Wandstärke von der neben dem Befestigungsflansch liegenden Stelle an nach dem domförmigen Kopf allmählich zunimmt.
Der Grund, warum die betreffende Manschette eine längere Lebensdauer besitzt, lässt sich wie folgt erklären. Die Seitenwand wird durch den auf den Kopf wirkenden Druck gestreckt, der eine
Zugwirkung in axialer Richtung bewirkt. Die Seitenwand kann als eine Reihe von ringförmigen in der Fig. 3 mit 1, 2 und 3 bezeichneten Streifen betrachtet werden. Wenn diese Streifen gleichmässig dick wären, und wenn keine Reibung vorhanden wäre, so würde das axiale Strecken der einzelnen
Streifen ein gleichmässiges sein. Da jeder Streifen jedoch von seiner Ruhestellung aus der gleichen Zunahme im axialen Strecken ausgesetzt ist, so wird der Streifen 2 nicht nur eine Längenzunahme von a erleiden, sondern sich auch wegen des Streckens des Streifens 1 um die Länge 2 a bewegen.
Desgleichen wird der Streifen 3 eine Längenzunahme von a erleiden und ausserdem wegen der Ausdehnung der
Streifen 1 und 2 eine Bewegung 2 a längs der Wand ausführen. Der auf die Seitenwand wirkende gleichmässige Druck erzeugt eine Reibungskraft zwischen der äusseren Seitenwand und der Zylinderwand, und da für jeden aufeinanderfolgenden Streifen eine grössere Bewegung stattfindet, so ist eine grössere Axialkraft nötig, um den grösseren Reibungswiderstand zu überwinden.
Dadurch, dass die
Innenfläche in der Weise kegelförmig ausgebildet ist, dass deren Wandstärke von der neben dem Manschettenflansch befindlichen Stelle an nach dem Dom zunimmt, wird erreicht, dass der radiale Druck gegen die kegelförmige Stelle trifft, so dass die Kraft eine axiale Komponente erhält, die in dem Masse zunimmt, wie der Abstand zwischen dem Befestigungsmittel und dem Dom selbst grösser wird. Diese zunehmende axiale Komponente genügt, um den zusätzlichen Reibungswiderstand auszugleichen, der durch den grösseren Axialschlupf der aufeinanderfolgenden Streifen längs der Zylinderwand bedingt ist.
Die Angaben über Beschaffenheit des Gummis im Eckteil und die Verbindung des Kopfes mit der Seitenwand bilden eine Regel, die durch die vorliegende Erfindung gegeben wird. Um den besten Erfolg zu erzielen, soll sich das Strecken auf die Seitenwand beschränken und nicht auf den Kopf oder den Eckteil ausdehnen. Bei den früheren Ausführungsformen, bei denen eine Flüssigkeit als Druckmittel verwendet wurde, war die Anordnung eine solehe, dass der Mittelpunkt des Domes der Gummimanschette dem Kolben folgte und die Umgebung des Eckteiles und das anliegende Ende der Seitenwand vom Zylinder abzuheben suchte. Hiebei hatte ein zusätzlicher Druck, nachdem die Bremsschuhe gegen die Bremstrommel angedrückt worden waren, nur eine geringe weitere Kolbenbewegung zur Folge.
Durch diese höheren Drücke wurde die Reibung auf der Seitenwand erhöht und gleichzeitig dem Strecken der Seitenwand ein Widerstand entgegengesetzt. Die Manschette blieb allmählich hinter der Zylinderwand zurück und schliesslich entstand ein örtliches Strecken im Eckteil. Bei den früheren Manschetten, wo der Manschettenquerschnitt gleichmässig stark war, wurde der Kopfteil selbst so gestreckt, dass ein Teil des Domes selbst verschoben wurde, um mit der Zylinderwand in Berührung zu kommen. Diese Verschiebung äusserte sich in einer Durchscheuerung des Gummis auf dem Kopf ganz in der Nähe der Seitenwand. Es wurde nun gefunden, dass die Lösung dieser Schwierigkeit in der Verstärkung des Kopfes und des Eckteiles liegt.
Dieser Wechsel in der Kopf-und Eckteilstärke erfolgt ganz langsam mit der Verjüngung der Seitenwand, wie ohne weiteres aus der Zeichnung ersichtlich. Wenn der Kopf verstärkt wird, so hört das Bestreben desselben auf, sich zu strecken. Durch das Verstärken des Eckteils kommt mehr Material in die Gegend, wo Abschürfungen stattfinden könnten und hiedurch wird ferner
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verhindert, dass der neben der Seitenwand liegende Kopf den Eckteil umgeht und einen Teil der Seitenwand bildet. Durch diese Verstärkung erhält der Eckteil auf der Innenseite einen längeren Halbmesser.
Solange der innere Halbmesser klein war, bestand das Bestreben einer Rippenbildung gerade gegen- über der Stelle, wo das Abschürfen auf der Aussenseite erfolgt.
Die Verstärkung des Eckteiles in der oben erwähnten Weise, d. h. dadurch, dass der Innenwand desselben ein grösserer Halbmesser und eine Form gegeben wird, die eine plötzliche Wandstärken- änderung vermeidet, trägt dazu bei, die Bildung einer inneren örtlichen Spannung zu verhindern.
Dieses ist wichtig, weil die Oberfläche der Innenseite notwendigerweise bedeutend kleiner ist als die Oberfläche der Aussenseite und die Spannung oder Beanspruchung während der Bewegung infolgedessen grösser wird. Es ist auch zu bemerken, dass die Reibung zwischen der Flüssigkeit und der inneren Wand vernachlässigt werden kann, während die Reibung zwischen der Aussenwand und dem Zylinder wegen des hohen Druckes und der Streckwirkung beträchtlich ist. Die Innenwand und die Aussenwand suchen daher bei Anwendung einer Flüssigkeit als Druckmittel eine gegenseitige axiale Bewegung auszuführen.
Durch einen grösseren Halbmesser für den Eckteil und eine sich allmählich ändernde Wandstärke wird der Nachteil einer solchen Wirkung verringert.
Es ist ferner zu bemerken, dass der auf den Kopf wirkende Druck die Seitenwand strecken soll, ohne dass irgendeine Verschiebung zwischen Kopf und Seitenwand entsteht, und auch dass eine solche Verschiebung durch eine Verstärkung der Kopf-und Eckteile bewirkt wird. Da sieh die Oberfläche der Seitenwand mit dem Halbmesser direkt, während sich die Oberfläche des Kopfes mit dem Quadrat des zugehörigen Halbmessers ändert, so ist es klar, dass für kleinere Manschettengrössen eine unverhältnismässig starkwandige Domgegend nötig ist, während bei Manschetten von grösserem Durchmesser der Gesamtdruck wegen der grossen Kopfoberfläche genügt, um die Seitenwände dann zu strecken, wenn der Druck je Oberflächeneinheit genügend gering ist, um die Gefahr einer Verschiebung des Kopfes nach der Seite zu vermeiden.
Aus diesem Grund sind die Manschetten von geringerem Durchmesser mit einem verhältnismässig starken Kopf und auch mit einem starken Eckteil versehen. Bei den grösseren Manschetten soll der Eckteil aus den bereits angegebenen Gründen dickwandig sein, ohne jedoch das Arbeiten zu hindern, während der mittlere Kopfteil dünner gehalten werden kann. Es ist nämlich vorteilhaft, diesen Teil deshalb dünner zu machen, weil dieses eine grössere Innenfläche zur Folge hat, so dass das Strecken je Oberflächeneinheit geringer und ein örtliches Strecken verhindert wird.
Es wurde gefunden, dass Manschetten, die nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind, eine bedeutend längere Lebensdauer als die bisherigen Manschetten besitzen. Die wesentlichen Merkmale umfassen die kegelförmige Ausbildung der Seitenwände, die Verstärkung des Kopfes und des Eckteiles, und die Anordnung eines verhältnismässig dünneren Kopfes bei Manschetten von grösserem Durchmesser. Diese verschiedenen Merkmale werden dadurch erhalten, dass man das Innere der Manschette ändert ; mit andern Worten : die Wandstärkenänderungen erfolgen durch eine Änderung der Innenwand in der Weise, dass die Aussenwand, wie oben beschrieben, einen kleinen Eckteilhalbmesser und einen Kopf mit einem grossen Halbmesser besitzt.
Fig. 4 zeigt bei A und B zwei von den erstgenannten Manschetten als Beispiele für die Entwicklung der Erfindung. Jede Manschette besitzt eine durchwegs gleichmässige Wandstärke ; die eine besitzt ferner einen schlechten rechtwinkeligen Eckteil, und es ist die Stelle, wo eine Rippenbildung zu entstehen sucht, mit einem Pfeil bezeichnet. Dieses Eckgebiet sucht ferner zu "gefrieren" und an der Wand kleben zu bleiben, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, dass die Zugwirkung in der Längsrichtung nicht genügend gross war, um den Reibungswiderstand zu überwinden. Die betreffende Manschette hatte nur eine ungenügende Wandstärke und war bestrebt, bei einem Unterdruck zusammenzufallen. Bei der mit B bezeichneten Manschette war ein kugelförmiger Dom vorgesehen. Auch diese Manschette war bestrebt, zusammenzufallen.
Diese Kopfform war ferner mit einem Kolben verbunden, dessen Rand dünn war und der das Gummi durchzuschneiden suchte.
Die mit a bezeichnete Manschette war eine Entwicklung der Manschetten A und B. Sie kennzeichnet sich hauptsächlich durch den neuartigen Umriss der Aussenseite. Der Kopf ist domförmig ausgebildet und hiebei ist die axiale Länge der Manschette geringer, während der scharfe Kolbenrand vermieden wurde. Diese Manschette weist die Vorteile des verhältnismässig grossen äusseren Kopfhalbmessers und des verhältnismässig kleinen äusseren Eckteilhalbmessers im Vergleich mit dem Seitenwandhalbmesser auf. Durch diese Form erhält die Manschette eine bedeutend grössere Lebensdauer als irgendeine der vorhergehenden. Bei Dauerprüfungen versagt sie an der Stelle, die durch einen Pfeil bezeichnet ist und wo Abschürfungen stattfanden.
Infolgedessen wurde zwischen den grösseren und den kleineren Manschetten eine Änderung im Verhältnis zwischen der Kopfoberfläche und der Seitenwandoberfläche bei den beiden Manschettenarten vorgenommen. Bei einer kleineren Manschette D wurde der Kopf dicker gemacht als bei einer grösseren Manschette E, und dieses erfolgte durch eine Änderung der Innenseite der Manschette. Es wurde gefunden, dass dieses bei der kleineren Manschette nötig ist, um die gleiche Lebensdauer wie für die grössere Manschette a zu erhalten. Bei beiden Manschetten wurde schliesslich doch die Gegend neben Kopf und Wand durchgescheuert.
Der Eckteil wurde dann bei den beiden Manschetten, d. h. sowohl bei der kleineren als auch bei der grösseren verstärkt, wodurch die mit F und G bezeichneten
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Manschetten erhalten wurden. Diese Manschetten F und G zeigen auch die kegelförmigen Seitenwände. Bei der Manschette F sind Kopf und Eckteil verstärkt, während bei der Manschette G nur die Eekteil- gegend verstärkt ist, da es sich zeigte, dass eine volle Kopfverstärkung unnötig war.
Die mit H und I bezeichneten Manschetten zeigen zwei Manschettengrössen, die einem Durchmesser von 27 bzw. 33 mm entsprechen. Diese Manschetten besitzen die Merkmale der Manschette F einschliesslich der vollen Kopfverstärkung. Die Manschetten J und K besitzen die Merkmale der Manschette G, bei der die Stärke des mittleren Kopfteiles verringert wurde. Versuche haben gezeigt, dass es bei den grösseren Manschetten besser ist, den Kopf in der gezeigten Weise auszubilden, während
EMI4.1
Die Aufgaben des vorigen Absatzes können durch das Verhältnis zwischen Seitenwand-und Kopfoberfläche bedingt sein. Bei einer Manschette, deren Kopfoberfläche ungefähr die gleiche ist wie die Seitenwandoberfläche, dürfte die Verringerung der Wandstärke in der Kopfmitte auf die Lebensdauer der Manschette ohne wesentlichen Einfluss sein. Manschetten, deren Durchmesser allmählich kleiner wird, erfordern allmählich stärker werdende Köpfe, damit der Druck je Oberflächeneinheit, der bei den kleineren Manschetten notwendigerweise grösser ist, den Kopf über die Seitenwand nicht überstülpen kann. Bei Manschetten mit allmählich grösser werdendem Durchmesser kann die Kopfstärke verringert werden, und eine solche Verringerung ist aus den oben erwähnten Gründen wünschenswert.
Die Fläche, auf welcher die Wandstärke verringert wird, kann im Umriss kreisförmig sein, wobei der Mittelpunkt derselben in der Kopfmitte liegt, während deren Halbmesser so gewählt wird, dass die Fläche der verringerten Kopfstärke gleich ist der Seitenwandfläche weniger der Gesamtkopffläche.
Fig. 6 zeigt diese Manschettenmerkmale. Es soll durch diese Figur gezeigt werden, dass, wenn die Seitenwandoberfläche im wesentlichen mit der Kopfoberfläche gleich ist, zwischen der Seitenwandstärke und der Kopfstärke kein wesentlicher Unterschied vorhanden zu sein braucht. Dieses wird durch das Diagramm gezeigt, das sich auf eine Manschette mit einem Durchmesser von ungefähr 31-32 mm bezieht. Bei Manschetten mit allmählich kleiner werdenden Durchmessern nimmt die Kopfoberfläche in einem grösseren Verhältnis als die Seitenwandoberfläche ab, und aus diesem Grund sind stärkere Köpfe nötig. Bei Manschetten mit allmählich grösser werdendem Durchmesser nimmt die Kopfoberfläche schneller zu als die Seitenwandoberfläche, so dass der mittlere Kopfteil vorteilhaft dünner gehalten werden kann.
Das Diagramm der Fig. 5 zeigt mehrere Manschetten von verschiedener Form für jeden der verschiedenen Durchmesser. Die Manschetten, bei denen die besten Ergebnisse hinsichtlich der Lebensdauer erzielt wurden, sind durch eine stärkere Linie angegeben. Aus diesem Diagramm ist es ferner ersichtlich, dass bei mittleren Grössen, wie z. B. 33 mm Durchmesser, die Lebensdauer im wesentlichen gleich lang ist, ob der Kopfmittelteil in der Wandstärke dünner gehalten wird oder nicht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dichtungshülse, insbesondere für Spreizzylinder einer hydraulischen Bremseinrichtung mit einem domartigen Teil und einem festgeklemmten Randflansch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Seitenwand von dem Randflansch gegen die Verbindungsstelle der Seitenwand mit dem Kopf der Hülse zunimmt.