CN101134461A - 用于车辆制动系统的制动缸的密封元件 - Google Patents

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Abstract

用于车辆制动系统的制动缸的密封元件。本发明涉及一种用于密封压力活塞(20)的密封元件(30)，压力活塞(20)可运动地布置在制动缸(10)的壳体(12)中，可以将密封元件(30)插到设置在壳体(13)的环形槽(13)中。密封元件(30)包括：用于与环形槽(13)的底部(13c)接触的外密封唇(32)，用于与压力活塞(20)接触的内密封唇(34)，以及密封元件背部(31)。根据本发明，至少一个非密封分隔元件(39)设置在密封元件背部(31)上。本发明还涉及一种特别用于液压机动车辆制动系统的制动缸，在所述制动缸中，非密封分隔元件(39)设置在密封元件(31)和环形槽(13)的壁(13b)之间。

Description

用于车辆制动系统的制动缸的密封元件
技术领域
本发明涉及一种用于密封压力活塞的密封元件，所述压力活塞可运动地布置在制动缸的壳体中，可以将密封元件插入到设置在壳体中的环形槽中。密封元件包括用于与环形槽的底部接触的外密封唇、用于与压力活塞接触的内密封唇、和密封元件背部。本发明还涉及一种制动缸，特别是用于液压发动机车辆制动系统的制动缸，用于密封可运动地布置的压力活塞的这种密封元件被插入到所述制动缸中。
背景技术
例如，在WO2005/019007中描述了上面提及的类型的密封元件和制动缸。当压力活塞运动，并从而在制动缸的压力室中建立起液压时，密封元件的背部被压到环形槽的侧壁上，所述密封元件插入到所述环形槽中。以这种方式，除了通过内密封唇动态密封可运动地布置的压力活塞和通过外密封唇密封环形槽之外，产生了额外的至少临时不变的密封区域。在制动松开时压力活塞返回运动的情况下，满足密封元件背部和槽壁之间的密封功能的这个区域至少临时防止流体流出储液室(fluid reservoir)、通过槽进入到压力室中(所谓的溢流)，从而在压力室和储液室之间产生必要的压力平衡。流体不能通过设置在压力活塞中的溢出孔流到制动缸的压力室中，直到溢出孔不再被密封元件的内密封唇密封。
如果使制动踏板快速回位而突然松开制动，则由于压力活塞的快速返回运动导致的临时后果可能是制动缸的压力室内的压力快速下降，这是因为密封区域仍保持于密封元件背部和槽壁之间，并阻止密封元件的为了必要的压力平衡的溢流。在这种情况下，后果可能是压力室中的压力明显低于未增压的储液室中的大气压力。一旦流体能够通过设置在压力活塞中的溢出孔流出储液室、流到制动缸的压力室中，就平衡了压力室和储液室之间的这个压力差。因为这个压力平衡发生得很快，所以可能出现流动噪声，并且在乘客舱(passenger compartment)中可以听到所述流动噪声。这个压力平衡也可能便随空化效应，空化效应会导致损坏或磨损增加。
从DE 10 2004 057 253 A1中，得知一种用于密封压力活塞的密封套环，所述压力活塞布置在车辆制动系统的主缸中。密封套环背部具有连续的突起或槽，以防止当压力活塞快速复位时密封圈粘到槽壁上。
在德国专利申请DE 196 15 157 A1的公开版本中描述了另一环形形式的密封元件。环形密封元件用于液压制动系统的主缸的中央阀，并具有弹性体材料制成的第一部分和刚性材料制成的第二部分。弹性体第一部分包括圆顶形的隆起，每个圆顶形隆起精确地设置在刚性第二部分的针形延续部分之上并在轴向上运行。圆顶形隆起的目的是在驱动滑动调节循环的情况下即使抵抗高的过压也要可靠地打开中央阀，并与直接关于活塞的位置精确限定的开口一致。
因此，本发明基于提供一种用于机动车辆制动系统的制动缸的改进的密封元件的目的，所述密封元件避免了当制动快速松开时由于压力室和储液室之间的压力迅速平衡而产生的流动噪声，并且即使外密封唇的密封功能失效，也继续确保壳体槽和压力活塞之间充分密封。
发明内容
通过权利要求1和权利要求10的主题实现这个目的。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于密封压力活塞的密封元件，所述压力活塞可运动地布置在制动缸的壳体中，可以将所述密封元件插到设置在所述壳体的环形槽中。所述密封元件具有：外密封唇，用于与所述环形槽的底部接触；内密封唇，用于与所述压力活塞接触；以及密封元件背部，至少一个非密封分隔元件设置在所述密封元件背部上。根据本发明，所述目的实现于，在所述密封元件背部上设置密封环，并且所述密封环径向布置于所述分隔元件之内，所述分隔元件在轴向上突出超过所述密封环。
重要的是，通过所述分隔元件避免了上面描述的临时不变的密封区域，所述临时不变的密封区域在所述密封元件背部和槽壁之间，并由于在压力室中的压力累积使得所述密封元件背部被吸到槽壁上而发生，从而使得在所述压力活塞的溢出孔仍然被所述密封元件的内密封唇密封时密封元件就已经可以溢流。由于根据本发明的分隔元件是非密封的，与密封元件没有非密封分隔元件的情况相比，在更早的时候发生压力平衡，所以在压力活塞的返回运动的很早阶段就可以使得带有增压介质的密封元件溢流。以这种方式，至少减少了或者避免了由于其它方式很快地进行压力平衡而导致的流动噪声。
根据本发明，在所述密封元件背部上布置密封环。这个密封环在轴向上从所述密封元件背部突出，并代表外密封唇的密封表面的冗余。如果外密封唇由于损坏或增压介质中的尘粒而不再能够确保充分密封，则这个冗余是特别重要的。在这种情况下，首先，分隔元件与环形槽的壁接触。如果压力进一步增加，则弹性的分隔元件被压缩。最终，设置在所述密封元件背部上的密封环与环形槽的壁接触，使得环形槽被密封。在这种情况下，当在弹性变形期间存储在分隔元件中的能量小于作用在密封环上的压力时，所述能量确保密封环能够再次将其自身从环形槽的壁松开，以沿着所述密封元件背部再次产生用于增压介质的通道。所述密封环径向布置于所述分隔元件之内。
在本发明的有益的进一步开发中，所述分隔元件凸起地形成在所述密封元件背部上。然而，也已经考虑到所述密封元件背部可以具有槽形凹陷，所述槽形凹陷在径向上穿过所述密封元件背部，增压介质可以流过所述槽形凹陷，以使得即使所述分隔元件与所述槽壁接触，所述密封元件也可以溢流。
在本发明的优选形式中，所述分隔元件与所述密封元件形成为一体。以这个方式，密封元件和设置在密封元件背部上的分隔元件可以在一个制造工艺中制造，例如通过注模工艺制造。因此，显著简化了这种密封元件的制造，并且降低了制造成本。
优选地，所述分隔元件为弹簧形式。
根据本发明的有益的进一步开发，多个分隔元件相互以等角度间隔布置在所述密封元件背部上。因为分隔元件相互以等角度间隔布置，所以密封元件可以在外密封唇的区域中均匀地溢流。因此，压力平衡所需的增压介质的量自身均匀地分布在外密封唇的整个圆周上。从而增压介质的流速由于增大的流动截面而减小，这又降低了压力平衡期间的流动噪声。
实现的密封元件的尤其简单的方式为：在所述密封元件背部上将多个分隔元件布置在圆周上。
优选地，在所述外密封唇和所述内密封唇之间布置承载环，这有助于密封元件的鲁棒性。所述承载环可以为单独的部件的形式或者可以将所述承载环与所述密封元件集成为一体。在为单独的部件的形式的情况下，所述承载环的强度比制造所述密封元件的内密封唇和外密封唇的材料的强度高。
根据本发明的另一优选实施例，所述轴承环在轴向上突起超过外密封唇和内密封唇。这确保整个密封元件在轴向上不会因为增压介质储备室和压力室之间的压力差而发生运动，从而可以防止静态受压的外密封唇和动态受压的内密封唇的在环形槽的壁上的不期望的接触。
优选地，在所述承载环的自由轴端设置至少一个缺口(breach)。
本发明的第二方面涉及一种制动缸，特别用于液压机动车辆制动系统，所述制动缸包括：至少一个压力活塞和密封元件，所述压力活塞可运动地布置在所述制动缸的壳体中，以及所述密封元件设置在所述壳体的环形槽中。所述密封元件具有：外密封唇，用于与所述环形槽的底部接触，内密封唇，用于与所述压力活塞接触，以及密封元件背部，至少一个非密封分隔元件设置在所述密封元件背部上。根据本发明，在所述密封元件背部上设置密封环，所述密封环径向布置于所述分隔元件之内，所述分隔元件在轴向上突出超过所述密封环。
关于抑制在传统的制动缸的情况下由于压力室和增压介质储备室之间的快速压力平衡而发生的流动噪声，重要的是，例如以弹性橡胶部分的形式，在密封元件的密封元件背部上设置非密封分隔元件。因而，这些弹性橡胶部分执行非密封分隔元件的功能，并且在压力活塞的返回运动期间，在设置在压力活塞中的溢出孔仍然被内密封唇密封时就已经使得外密封唇可以溢流。
附图说明
下面，将参照附图在优选实施例的基础上示例性描述本发明。
图1示出了平衡状态下的制动缸的轴向剖面，其中，根据本发明的密封元件被容纳在制动缸壳体的环形槽中；
图2示出了图1中所示的制动缸处于非平衡状态下的轴向剖面；
图3示出了在图1和图2中所示的密封元件的密封元件背部的平面图；
图4示出了在图1和图2中所示的密封元件的轴向剖面。
优选实施方式
图1以轴向剖面示出了制动缸，作为用于液压机动车辆制动系统的主制动缸10，制动缸例如可以为柱塞或者级联形式。在级联主制动缸的情况下，一前一后布置的两个压力回路在它们的构造和功能上几乎相同。因此，下面的描述只限于一个压力回路。下面，由于主制动缸10的功能对于本领域技术人员是公知的，所以只描述的这样的主制动缸的与本发明相关的那些特征。
图1以轴向剖面示出了主制动缸10，主制动缸10具有圆柱形壳体12，压力活塞20可以运动地布置在壳体12中。利用连接在压力活塞20和制动踏板之间的制动助力器(未示出)，通过制动踏板将力施加到压力活塞20。如果主制动缸是级联构造，则压力活塞20的运动通过液体柱传递到第二压力回路(未示出)。
壳体12具有增压介质通道14，增压介质通道14连接到增压介质储备室(未示出)。从增压介质通道14中，增压介质到达中间空间16，并通过设置在压力活塞20中的过流孔22从中间空间16到达压力室11。
密封套环(密封元件)30容纳在壳体12的环形槽13中。环形槽13具有两个槽壁13a和13b以及槽底部13c。在槽壁13b和中间空间16之间，设置通道18，增压介质可以通过通道18流到槽13中。
参照图4，密封套环30包括带有密封唇隆起的外密封唇32，所述外密封唇隆起设置在外密封唇32的径向外侧，并且布置成近似指向外密封唇的自由轴端。这个密封唇隆起通过压力室11中形成的压力与槽底部13c接触，从而相对于槽13密封压力室11。
密封套环30还包括与压力活塞20接触的内密封唇34，内密封唇34布置在主制动缸10的壳体12中，从而相对于压力活塞20密封压力室11。
密封套环30还具有轴向突起，在剖面图中示出了所述轴向突起并称为承载环36。缺巳38设置在承载环36的自由轴端上，并确保流体在径向上流动。承载环36的轴向长度突出超过外密封唇32的轴向长度以及内密封唇34的轴向长度。承载环36近似布置在外密封唇32和内密封唇34之间的中部。
在外密封唇32和承载环36之间，以及在内密封唇34和承载环36之间，设置凹陷，所述凹陷在一侧开口并有利于密封环30的密封效果。
在图1中所示的右侧端，将外密封唇32、承载环36和内密封唇34连在一起的部分形成密封套环背部31。在多个区域中，密封套环背部31是平坦的形式。在与压力活塞20接触的密封表面的区域中，密封套环背部31具有台阶。这个台阶形成圆形密封环37(还是见图3)。
参照图3，在密封套环30的密封套环背部3l上设置多个旋钮形分隔元件39。旋钮形分隔元件39布置在背部31的径向外区域中。在图3中，还可以看到，在密封套环30的密封套环背部31上，旋钮形的分隔元件39被以等角间隔地布置在圆周中。在分隔元件39之间设置中间间隔，并确保密封套环背部31的非密封功能。
根据这里描述的实施例的密封套环30通过注模法由弹性材料制成。特别适合密封套环30使用的材料是例如橡胶。分隔元件39与外密封唇32、轴向突起36、内密封唇34和密封环37形成为一体。承载环36与密封元件30一体地形成。可选地，承载环36可以由强度比形成外密封唇32和内密封唇34的材料的强度高的材料制成，并结合到密封套环30。
图1示出了未增压状态下的主制动缸10。换言之，在压力室11中的压力与增压介质通道14和中间空间16中的压力相对应，所述压力又等于增压介质储备室中的压力。溢出孔22将增压介质储备室(未示出)与压力室11可流体地相连。
一旦压力活塞20的溢出孔22被密封套环30的内密封唇34密封，压力室11中的压力就上升。由于流体能够经由增压介质通道14、中间空间16并穿过溢出孔22在增压介质储备室和压力室11之间交换，所以直到这个点压力活塞20已行进的距离也称为主制动缸10的“自由程”。一旦溢出孔22被内密封唇34完全密封，并且压力活塞20进一步移向图1中的左侧，压力室11中的压力就上升，并且这个压力的效果在于，通过与主制动缸10的压力室儿相连的液压单元驱动机动车辆的轮制动器。同时，压力室中压力增加的效果在于，内密封唇34，除了由它的固有初始张力引起的状态之外，被更加坚固地压到压力活塞20的外表面上，外密封唇32被更加坚固地相对于环形槽13的底部13c挤压，使得压力室11相对于储备室13和压力活塞20可靠地密封。
当在压力室11中建立起压力的情况下，密封套环30被在轴向上推到环形槽13的壁13b上。密封套环30的套环背部31上的分隔元件39确保在未受压状态下在密封环37和环形槽13的壁13b之间保持距离d。然而，随着压力室11中的压力增加，由于密封套环30因为压力而移位，所以分隔元件39被压缩。分隔元件39的压缩达到这样的程度，密封圈37最终与壁13c接触，执行附加的密封功能。
如果机动车辆的驾驶员现在松开制动，则结果为根据图2的情况。因为压力活塞20的返回运动，所以压力室11的容积增大，使得压力室儿中的压力迅速下降。最终，来自压力室11的过压负载不再作用在密封套环30上。如果制动踏板被快速松开，则压力室11中的结果可能为出现低于大气压的压力。在这种情况下，在压力套环上发生“压力负载反向”，并导致外密封唇32自身从环形槽13的底部13c脱离。在这种情况下，来自增压介质储备室的增压介质可以穿过介质通道14、中间区域16、通道18、在分隔元件39之间、密封环37处的间隙、然后通过外密封唇32到达压力室11。因此，压力在压力介质储备室和压力室11之间得到平衡。
在这里描述的密封套环的情况下，因为增压介质可以流过37处的间隙，所以即使压力室11与它的储液室仍然被密封套环30的内密封唇34分隔开，也发生这个压力平衡，从而确保外密封唇32的溢流。所述压力平衡还比如果密封套环背部31与环形槽13的壁13b接触的情况更早地发生，从而此时，外密封唇32还不可能溢流。由于在分隔元件39之间设置了中间间隔，增压介质可以流过所述中间间隔，所以通过分隔元件39确保了在压力活塞20的返回运动期间这个早期时间外密封唇32的溢流。这个早期压力平衡防止当压力活塞20中的溢出孔22对于储液室打开时压力室11中压力过度降低和压力突然释放。
在这个时间段中，如果外密封唇32例如由于增压介质中的尘粒而不再确保足够的密封功能，则分隔件旋钮39的弹性变形使得密封环37与环形槽13的壁13b接触。从而，密封环37执行外密戴唇32的密封功能，这在压力室11中为高压的情况下是特别重要的。在作用在密封套环30上的压力下冲(undershooting)的情况下，弹性变形期间存储的能量确保密封环37自身与壁13b再次分离，从而恢复密封环37和壁13b之间的距离d。
分隔件旋钮39防止套环背部31被吸到环形槽13的壁13b上。从而在压力活塞20的返回运动中，增压介质可以穿过通道18并通过外密封唇32上的间隙d更早地到达压力室11，使得与套环背部31上没有分隔件旋钮39的情况下相比压力在更早的时间平衡。在更早的时间开始压力平衡，使得避免了当压力活塞20中的溢出孔22从密封套环30的内密封唇34松开时立即出现的压力室11中的压力剧烈释放。以这种方式，避免了当迅速松开制动时发生的流动噪声。
本领域技术人员明白，分隔件旋钮39不仅可以如这里描述的实施例中那样布置在密封套环30的套环背部31上。另外，分隔件旋钮39还可以布置在环形槽13的壁13b上。例如，橡胶部分可以插入到环形槽13的侧壁13b中的径向运行槽(running groove)中；从壁13b的表面测量的它们的高度不应突出超过密封环37的轴向长度。这些橡胶部分应该直接终止于密封环37之上，以确保密封环37的冗余密封功能。
此外，分隔件旋钮39不是必须如这里所示地在套环背部31上以等角度间隔布置在圆周上。分隔件旋钮39在套环背部31上的其它布置是可以的，只要它们防止圈背部由于在压力室11中建立起压力而被吸到槽壁13b上。
此外，本领域技术人员能够明白，这里作为例子描述的主制动缸10和容纳在环形槽13中的密封套环30确保主制动缸10的ESP(电子稳定程序)和/或ABS(防锁死制动系统)功能。例如，在ESP介入的情况下，可能必须将增压介质吸出增压介质储备室，经过增压介质通道14、中间空间16、穿过通道18并越过外密封唇32，到压力室11中。这优选地通过连接到主制动缸1O的压力室11的泵来执行。为了这个目的，通过使外密封唇32在内密封唇34的方向上折叠来使外密封唇32溢流。增压介质可以在分隔件旋钮39之间流过，从而达到压力室11。

Claims (11)

1.一种用于密封压力活塞(20)的密封元件(30)，所述压力活塞(20)可运动地布置在制动缸(10)的壳体(12)中，可以将所述密封元件(30)插到设置在所述壳体(13)的环形槽(13)中，所述密封元件(30)包括：
外密封唇(32)，用于与所述环形槽(13)的底部(13c)接触，
内密封唇(34)，用于与所述压力活塞(20)接触，以及
密封元件背部(31)，至少一个非密封分隔元件(39)设置在所述密封元件背部(31)上，
其特征在于，在所述密封元件背部(31)上设置密封环(37)，所述密封环(37)径向布置于所述分隔元件(39)之内，所述分隔元件(39)在轴向上突出超过所述密封环(37)。
2.根据权利要求1所述的密封元件，其特征在于，所述分隔元件(39)是在所述密封元件背部(31)上的凸起的形式。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的密封元件，其特征在于，所述分隔元件(39)与所述密封元件(30)形成为一体。
4.根据前面的权利要求之一所述的密封元件，其特征在于，所述分隔元件(39)为弹性形式。
5.根据前面的权利要求之一所述的密封元件，其特征在于，设置多个所述分隔元件(39)，并且在所述密封元件背部(31)上相互等角度间隔地布置多个所述分隔元件(39)。
6.根据权利要求5所述的密封元件，其特征在于，在所述密封元件背部(31)上将所述多个分隔元件(39)布置为圆形。
7.根据前面的权利要求之一所述的密封元件，其特征在于，在所述外密封唇(32)和所述内密封唇(34)之间布置承载环(36)。
8.根据权利要求7所述的密封元件，其特征在于，所述承载环(36)在轴向上突出超过所述外密封唇(32)和内密封唇(34)。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的密封元件，其特征在于，在所述承载环(36)的自由轴端上设置至少一个缺口(38)。
10.一种制动缸(10)，特别用于液压机动车辆制动系统，所述制动缸(10)包括：
可运动地布置在所述制动缸(10)的壳体(12)中的至少一个压力活塞(20)，以及
设置在所述壳体(12)的环形槽(13)中的至少一个密封元件(30)，所述密封元件(30)具有：外密封唇(32)，用于与所述环形槽(13)的底部(13c)接触，内密封唇(34)，用于与所述压力活塞(20)接触，以及密封元件背部(31)，至少一个非密封分隔元件(39)设置在所述密封元件背部(31)上，其特征在于，在所述密封元件背部(31)上设置密封环(37)，所述密封环(37)径向布置于所述分隔元件(39)之内，所述分隔元件(39)在轴向上突出超过所述密封环(37)。
11.根据权利要求10所述的制动缸，其特征在于，所述密封元件(30)为根据权利要求2至权利要求9之一所述的形式。
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