DE10053571B4

DE10053571B4 - Primärdichtungen für Geber-Nehmerzylinder-Systeme

Info

Publication number: DE10053571B4
Application number: DE10053571A
Authority: DE
Inventors: Klaus Krappmann; André Dipl.-Ing. Gemeinhardt; Hai Dr.-Ing. Sui; Dieter Dipl.-Ing. Gebauer (Fh); Boleslaw Dipl.-Ing. Tulaczko; Volker Dipl.-Ing. Stampf
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-10-28
Filing date: 2000-10-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2020-10-29
Also published as: DE10053571A1; US6712362B2; FR2816024A1; US20020050686A1; FR2816024B1

Abstract

Hydraulische Anlage zur Betätigung einer Bremse oder einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Geberzylinder mit einem Gehäuse (11 und einem darin verschiebbaren Kolben (2), einen Nehmerzylinder mit einem Gehäuse (3) und einem darin verschiebbaren Kolben (4), sowie eine diese Gehäuse verbindende Hydraulikleitung, wobei ein variabler Druckraum (5) zwischen den beiden Kolben (2, 4) über die Hydraulikleitung entsteht, der durch jeweils mindestens eine dem Druckraum (5) zugewandte Primärdichtung (6, 7) gegenüber den Kolben (2, 4) abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärdichtung (6, 7) gegenüber dem Gehäuse (1, 3) axial fest angeordnet ist und eine erste Schräge (8, 11) aufweist, die durch ihr Zusammenwirken mit einer zweiten Schräge (9, 12) einer unterstützenden ringförmigen Anformung (10, 13) bei Druckaufbau im Druckraum (5) durch die Eigenschaft der Primärdichtungen (6, 7) durch die Keilwirkung in Druckrichtung geringfügig auf den Schrägen (8, 11) aufzugleiten, zu einer Konzentration der Anpresskräfte (14) im Bereich einer Dichtlippe...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Anlage zur Betätigung einer Bremse oder einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit dem deutschen Patent DE 37 38 512 C2 ist eine Dichtung vorzugsweise für hydraulische Anlagen bekannt geworden, mit der die Reibung auch bei hohen Drücken klein zu halten ist. Hierfür ist ein konischer Stützring aus starrem Material vorgesehen, der im Durchmesser geringfügig kleiner, ist als die Gehäusebohrung und eine Winkel α besitzt, der zwischen 45 und 80° beträgt, wobei der Winkel β des die Dichtlippe tragenden Dichtrings im angebauten Zustand um ca. 1–10° kleiner ist als α und die aus dem Stützring axial herausragende Breite des Dichtrings weniger als ca. 40° der gesamten Dichtung beträgt. Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Dichtung zu schaffen, die bei kompakten Abmaßen eine geringere Reibung auch bei hohen Drücken aufweist. Der L-förmige Dichtring wird bei höheren Drücken in die vom Stützring vorgegebene Form gedreht, wobei die an der Dichtlippenkante an der Gehäusebohrung wirkende Kraft in vorbestimmten Grenzen gehalten wird. Eine Weitergabe des Hauptteils der Normalkraft über den Stützring an die Gehäusebohrung ist ausgeschlossen, weil der Stützring von der Gehäusebohrung beabstandet und starr ist. Hierdurch verformt sich der Dichtring nicht übermäßig, so dass schlanke L-förmige Dichtringe verwendet werden können, die nur einen kleineren Bauraum benötigen.

Darüber hinaus sind Geberzylinder (z.B. DE 198 50 560 A1 ) bekannt, bei denen eine Primärdichtung auf einem Halteteil axial beweglich gegenüber dem angehörigen Gehäuse und auch gegenüber dem abzudichtenden Kolben geführt ist. Es soll sich bei einem kurzzeitigen Unterdruck im Druckraum das Halteteil zusammen mit der Primärdichtung in Richtung des Druckraumes verschieben bevor die Primärdichtung des Nehmerzylinders angesaugt wird.

Dem gegenüber werden gemäß der vorliegenden Erfindung Primärdichtungen vorgeschlagen, die zum Kolben hin eine Schräge aufweisen, die mit einer parallel verlaufenden Schräge einer Anformung an einem starren Bauteil zusammenwirken, wobei die Primärdichtungen in ihrer Position festgelegt sind und sich lediglich durch den Einfluss hoher Drücke im mit Hydraulikfluid befüllten Druckraum plastisch bewegen können. Ringförmige Anformungen werden sowohl für den Geberzylinder als auch für den Nehmerzylinder vorgeschlagen, wobei die erste Primärdichtung des Geberzylinders durch die Montage eines Abstandsringes und die zweite Primärdichtung des Nehmerzylinders durch die Montage einer Führungshülse bewerkstelligt wird. Es wird darauf geachtet, dass die Primärdichtungen im Einbauzustand ohne Druckbeaufschlagung bereits eine Dichtwirkung erzeugen, die sich insbesondere auf der Seite der Primärdichtungen auswirkt, die vom Druckraum abgewandt ist.

Kernpunkt der Erfindung ist das Zusammenwirken zwischen einer Dichtlippe, die auf einem verschiebbaren Kolben, mit den vorgenannten Schrägen aufgleiten kann, die insbesondere bei Druckbeaufschlagung eine Keilwirkung erzeugen, durch die die Primärdichtung in ihren dem Druckraum abgewandten Sitz hineingepresst wird, wodurch sich die Dichtlippen geringfügig auf die Anformungen zu bewegen und den Abstand und somit ihre Reibungswiderstände verringern. Der Bereich der Primärdichtung, in dem die Dichtlippe angeordnet ist, ist als einziger beweglich und schwenkt gegen den Kolben, wobei sich im Bereich der Dichtlippe die größten Anpressdrücke aufbauen. In Richtung Schräge gehen diese Kräfte alsbald gegen Null und verursachen keine Reibungswiderstände mehr, die der Betätigungskraft entgegenstehen und den Verschleiß erhöhen.

Für den Fall der ersten Befüllung beim Einbaukunden erweist es sich als vorteilhaft, die erste Schräge mit der zweiten Schräge mit einer gewissen Anpresskraft dichtend auszuführen, was insbesondere bei der Druck/Unterdruckbefüllung verhindert, dass Hydraulikfluid hinter die Primärdichtung an die dem Druckraum abgewandte Seite strömt. Schließlich begünstigt die im Geberzylinder nur in einem schmalen ringförmigen Bereich am Kolben anliegende Dichtlippe die Rückförderung von Hydraulikfluid, was die Funktion der hydraulischen Anlage auch bei Mehrfachbetätigung sicher macht.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine Primärdichtung für hydraulische Anlagen der eingangs genannten Art, insbesondere für Geber- und Nehmerzylinder zu schaffen, die Vorteile hinsichtlich der Reibung, der Befüllung und der Rückförderung von Hydraulikfluid bei Mehrfachbetätigung aufweisen.

Die Lösung der Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele von Primärdichtungen für Geber/Nehmerzylinder sind drei Teilschnittzeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 Ein Gehäuse mit einem Kolben eines Geberzylinders und eine zwischen diesen wirkende erste Primärdichtung im Teilschnitt;
2 ein Gehäuse und einen Kolben eines Nehmerzylinders mit einer zwischen diesen wirkenden zweiten Primärdichtung im Teilschnitt;
3 die zweite Primärdichtung gemäß 2 mit einem Kräfteschaubild.
Die 1 zeigt ein Gehäuse 1 eines Geberzylinders, in dem ein Kolben 2 verschieblich zur Begrenzung eines Druckraumes 5 angeordnet ist. Der Kolben 2 lässt sich in einer Führung des Gehäuses 1 verschieben und ist in einer Totpunktlage mit dem größtmöglichen Druckraum 5 dargestellt. Der Druckraum 5 wird durch eine erste Primärdichtung 6 gegen die Atmosphäre abgedichtet, wobei dieses im Gehäuse 1 durch einen Abstandsring 20 fest verankert ist und eine zum Kolben 2 gerichtete erste Dichtlippe 15 aufweist, die den Druckraum 5, für den Fall, dass der Kolben 2 aus der vorbeschriebenen Totpunktlage verschoben wird, abdichtet. Die erste Primärdichtung 6 weist eine erste Schräge 8 auf, die an einer zweiten Schräge 9 einer ersten ringförmigen Anformung 10 flächig anliegt und die Berührungsfläche mit dem Abstandsring 20 weitgehend abdichtet. Die Schrägen 8 und 9 haben gegenüber der Bewegungsrichtung des Kolbens 2 einen Winkel 17, der bei der Verschiebung des Kolbens 2 aus seiner Totpunktlage heraus für die Anpresskraft der Dichtlippe eine entscheidende Rolle spielt, wobei bei höheren Drücken im Druckraum 5 ein Optimum zu finden ist zwischen der Auflage der Dichtlippe 15 auf dem Außendurchmesser des Kolbens 2 und den ausreichend hohen Anpresskräften der Dichtlippe 15 auf der beschriebenen Ringfläche des Kolbens 2. Es hat sich gezeigt, dass ein Winkel 17 mit 32° die vorgenannten Forderungen am besten erfüllt. Für den Fall einer Druck/Unterdruckbefüllung erweist sich die vorgeschlagene Konstruktion mit der ersten ringförmigen Anformung 10 als vorteilhaft, da die Flüssigkeit von einem außerhalb liegenden Gefäß über den Weg des Abstandsrings 20 an der Dichtlippe 15 vorbei zum Druckraum 5 gelangt, ohne durch die Auflage der ersten Primärdichtung 6 am Abstandsring 20, dank der Schrägen 8 und 9, zu gelangen.
Die Vorteile der ersten Primärdichtung 6 mit seiner ersten Dichtlippe 15 liegen darin, dass die Dichtlippe 15 im Bereich einer relativ schwach ausgebildeten ringförmigen Partie angeordnet ist, die hohe Elastizität in radialer Richtung entwickelt. Sie ist es auch, die eine Rückförderung von Hydraulikfluid bei Mehrfachbe tätigung des Kolbens 2 begünstigt und die Maximaldrücke im Ringraum 5 in etwa konstant hält.
Gemäß 2 wird zwischen einem Gehäuse 3 eines Nehmerzylinders und einem darin verschieblichen Kolben 4 eine zweite Primärdichtung 7 beschrieben, die über eine Führungshülse 19 im Gehäuse 3 fixiert ist, wobei die Führungshülse 19 eine zweite Schräge 12 aufweist, die mit einer ersten Schräge 11 an der zweiten Primärdichtung 7 zusammenwirkt. Die zweite Schräge 12 gehört zu einer zweiten ringförmigen Anformung 13, die mit der Führungshülse 19 verbunden ist. Der Nehmerzylinder ist mit dem Geberzylinder über eine Hydraulikleitung verbunden, so dass die zweite Primärdichtung 7 den Druckraum 5 im Nehmerzylinder gegen die Atmosphäre abdichten muss. Zur Reibungsverminderung an der zweiten Dichtlippe 16 ist wieder ein Winkel 18 angeordnet, dem die erste Schräge 11 der zweiten Primärdichtung 7 und die zweite Schräge 12 der zweiten ringförmigen Anformung 13 folgen. Auch dieser Winkel 18 ist hinsichtlich seiner Anpresskraft einer zweiten Dichtlippe 16 und deren erzeugten Reibung auf der Außenfläche des Kolbens 4 mit 40° optimiert, wobei von diesem Wert bei Veränderung der Einflussfaktoren, wie Durchmesserverhältnisse oder dergleichen geringfügige Veränderungen herbeiführen können.
Gemäß 3 wird der Kräfteverlauf in einem Schaubild rund um die zweite Primärdichtung 7 dargestellt. Dort ist als Folge des gleichmäßigen Druckes vom Druckraum 5 her ein Kräfteaufbau an der dem Druckraum 5 gegenüberliegenden Umfangsfläche zu erkennen, die insbesondere im Bereich der zweiten Dichtlippe 16 Anpresskräfte 14 zeigt, die in Richtung zur ersten Schräge 11 stark abfallen und lediglich dort eine zum Druckaufbau im Druckraum 5 entsprechende Anpresskräfte 14 entwickeln.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung liegt neben der geringstmöglichen Reibung im Bereich der Dichtlippen 15 und 16 in der Möglichkeit beim Geberzylinder, eine komplikationsfreie Druck/Unterdruckbefüllung durchzuführen, sowie in der Eigenschaft der Primärdichtungen 6, 7 durch die Keilwirkungen in Druckrichtung an den Schrägen 9 und 12 der ringförmigen Anformungen 10 und 13 aufzugleiten und die ringförmige Auflagerfläche der Dichtlippen 15 und 16 reibungsoptimiert zu verringern.

1: Gehäuse
2: Kolben
3: Gehäuse
4: Kolben
5: Druckraum
6: erste Primärdichtung
7: zweite Primärdichtung
8: erste Schräge
9: zweite Schräge
10: erste ringförmige Anformung
11: erste Schräge
12: zweite Schräge
13: zweite ringförmige Anformung
14: Anpresskräfte
15: erste Dichtlippe
16: zweite Dichtlippe
17: Winkel
18: Winkel
19: Führungshülse
20: Abstandsring
21: ringförmige Partie

Claims

Hydraulische Anlage zur Betätigung einer Bremse oder einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Geberzylinder mit einem Gehäuse (11 und einem darin verschiebbaren Kolben (2), einen Nehmerzylinder mit einem Gehäuse (3) und einem darin verschiebbaren Kolben (4), sowie eine diese Gehäuse verbindende Hydraulikleitung, wobei ein variabler Druckraum (5) zwischen den beiden Kolben (2, 4) über die Hydraulikleitung entsteht, der durch jeweils mindestens eine dem Druckraum (5) zugewandte Primärdichtung (6, 7) gegenüber den Kolben (2, 4) abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärdichtung (6, 7) gegenüber dem Gehäuse (1, 3) axial fest angeordnet ist und eine erste Schräge (8, 11) aufweist, die durch ihr Zusammenwirken mit einer zweiten Schräge (9, 12) einer unterstützenden ringförmigen Anformung (10, 13) bei Druckaufbau im Druckraum (5) durch die Eigenschaft der Primärdichtungen (6, 7) durch die Keilwirkung in Druckrichtung geringfügig auf den Schrägen (8, 11) aufzugleiten, zu einer Konzentration der Anpresskräfte (14) im Bereich einer Dichtlippe (15, 16) und somit zur Minimierung von Reibung beim Verschieben des Kolbens (2, 4) führt.
Hydraulische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schräge (8) der ersten Primärdichtung (6) mit der zweiten Schräge (9) der ersten ringförmigen Anformung (10) einen gemeinsamen Winkel (17) bilden.
Hydraulische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (17) eine Größe von +20° bis +40° aufweist.
Hydraulische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schräge (11) der zweiten Primärdichtung (7) mit der zweiten Schräge (12) der zweiten ringförmigen Anformung (13) einen gemeinsamen Winkel (18) bilden.
Hydraulische Anlage nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (18) eine Größe von +30° bis +40° aufweist.
Hydraulische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste ringförmige Anformung (10) an einem Abstandsring (20) angeordnet ist.
Hydraulische Anlage nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite ringförmige Anformung (13) an einem Teil des Gehäuses (3) angeordnet ist.
Hydraulische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schräge (8) der ersten Primärdichtung (6) mit der zweiten Schräge (9) der ersten ringförmigen Anformung (10) eine Dichtung mit geringer Vorspannung bilden.