DE10113333A1 - Hauptzylinder mit gegenüber der Kolbenstange beweglich angeordneten Kolben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder (1) für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, wobei der Hauptzylinder (1) mit einem sogenannten zentralen Ventil versehen ist. Aufgabe der Erfindung ist es, den Kolben (4) eines derartigen Hauptzylinders (1) derart auszugestalten, dass er möglichst einfach aufgebaut ist und in Verbindung mit an den Kolben (4) angrenzenden Bauelementen sowohl die Funktionen des zentralen Ventils (18, 20) als auch die Trennfunktion (16) des Kolbens (4) voll erfüllt. Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass der Kolben (4) nicht wie bisher fest mit der Kolbenstange (12) verbunden wird und zusätzlich mit einer radial außen liegenden Dichtlippe (16) und einem zentralen Ventil (18, 20) versehen wird, sondern der Kolben (4) gegenüber der Kolbenstange (12) beweglich gehalten wird. Vorteilhafte Weiterbildung in der Erfindung beschreiben die durch die Erfindung mögliche Ausbildung des Kolbens (4) gleichzeitig als Ventilkörper des zentralen Ventils.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, wobei der Hauptzylinder mit einem soge­ nannten zentralen Ventil versehen ist. Die Funktionen von Hauptzylindern ist in der Fachwelt hinreichend bekannt und im übrigen in dem Bremsen-Handbuch Auflage 9.1, herausgege­ ben vom Autohausverlag GmbH Ottobrunn bei München auf den Seiten 33 bis 76 ausführlich beschrieben. Die Aufgabe und der bekannte Aufbau von zentral Ventilen wird an der genann­ ten Stelle auf den Seiten 74, 75 erläutert.

Der Aufbau der Kolbenstange eines Hauptzylinders mit Kolben und mit zentralem Ventil ist vergleichsweise komplex. An dem Kolben muß eine Dichtlippe zu Abdichtung des Druckraums ge­ genüber dem Nachlauf Raum befestigt sein. Der Kolben muß weiterhin eine Bohrung für einen Kanal für die mögliche Ver­ bindung zwischen Druckraum und Nachlaufraum besitzen. Ferner wird ein Ventilkörper mit Dichtung benötigt, um den genann­ ten Kanal ggf. verschließen zu können. Schließlich muß der Ventilkörper mittels einer gesonderten Feder vorgespannt werden und über einen Ansatz verfügen, über den das Ventil im Ruhezustand des Hauptzylinders geöffnet wird. Es werden somit eine große Anzahl einzelner Bauteile benötigt, die un­ ter erheblichen Montageaufwand zusammengefügt werden müssen, so daß sich eine komplexe Dichtungsanordnung für den Hauptzylinder ergibt, durch welche die gestellten Aufgaben erfüllt werden können.

Die Erfindung geht daher aus von einer Dichtungsanordnung der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gat­ tung. Unter Dichtungsanordnung sind hierbei diejenigen Mit­ tel zu verstehen, die benötigt werden um die Trennfunktion des Kolbens zwischen den durch den Kolben getrennten Räumen sowie die Funktion des zentralen Ventils zu ermöglichen. Die Erfindung ist hauptsächlich auf den von einer Kolbenstange betätigten primären Kolben des Hauptzylinders gerichtet, Elemente der Erfindung sind aber auch mit Vorteil für den sekundären Kolben eines mehrere Kolben aufweisenden Hauptzy­ linders geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es den Kolben eines Hauptzylinders derart auszugestalten, daß er möglichst einfach aufgebaut ist und in Verbindung mit den an den Kolben angrenzenden Bauelementen sowohl die Funktionen des zentralen Ventils als auch die Trennfunktion des Kolbens voll erfüllt.

Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, den Kolben nicht wie bislang fest mit der Kolbenstange zu verbinden und zu­ sätzlich mit einer radial außen liegenden Dichtlippe und ei­ nem in den Kolben eingefügten zentralen Ventil zu versehen sondern den Kolben selbst gegenüber der Kolbenstange beweg­ lich zu halten, so dass der einstückige Kolben in der Lage ist sowohl die herkömmliche Funktion eines Kolbens zu über­ nehmen als auch gleichzeitig als Ventilkörper des zentralen Ventils zu wirken. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist die Option für eine derartige Funktion durchaus gegeben, wie weiter unten noch erläutert wird.

Es besteht in die Möglichkeit in üblicher Weise in den er­ findungsgemäßen Kolben sowohl eine Dichtmanschette mit Dichtlippe als auch noch zusätzlich eine Dichtung für das zentralen Ventil einzufügen. Eine wesentliche Vereinfachung ergibt sich in Weiterbildung der Erfindung aber durch die Merkmale nach Anspruch 2 und 3, die nicht nur die genannten Bauelemente einstückig mit dem Kolben vereinen sondern gleichzeitig auch noch für eine feste Zuordnung der Bauteile zueinander sorgen, so daß diese sich nicht voneinander lösen können.

Die bisher bekannten zentralen Ventile zeichneten sich da­ durch aus, dass deren Ventilkörper gegenüber dem Kolben bzw. der mit dem Kolben vereinten Kolbenstangen beweglich ange­ ordnet waren. Damit bildeten die Ventilkörper gegenüber dem Kolben getrennte Bauteile, die zusammengefügt werden mußten und ggf. i. V. m. weiteren Bauteilen zu einer Montageeinheit vereint werden konnten. Gemäß der sich aus Anspruch 4 erge­ benden Fortbildung der Erfindung wirkt damit der zu der Dichtungsanordnung gehörende erfindungsgemäße Kolben quasi wie ein Ventilkörper des zentralen Ventils, welcher gleich­ zeitig die Funktion des Kolbens mit übernimmt. Es empfiehlt sich somit in Weiterbildung der Erfindung einen Anschlag vorzusehen, durch welchen beim Zurückziehen der Kolbenstan­ ge der Kolben in geeigneter Lage festgehalten wird, während sich die Kolbenstange hierdurch von dem Kolben und damit gleichzeitig dem Ventilkörper des zentralen Ventils ein Stück entfernen kann.

Damit der Ventilkörper des zentralen Ventils seine Funktion erfüllen kann, muß er dann in eine schließende Stellung gehen, wenn die Kolbenstange aus ihrer Ruhestellung in einer Arbeitsstellung gebracht wird. Da während dieses Zeitraums in dem Druckraum noch kein Druck herrscht, ist es zweckmäßig eine Kraft zu haben, welche das Ventil schließt, wenn der Ventilkörper durch den Anschlag nicht mehr in geöffneter Stellung gehalten wird. Hierzu wird die in Anspruch 5 aufge­ führte Kombination von Maßnahmen vorgeschlagen.

Es besteht die Möglichkeit, den Kanal zur Verbindung von Druckkammer und Nachlauf, im wesentlichen durch den Kern der Kolbenstange führen, in dem man entsprechende Bohrungen vor­ sieht. Dei Kanal kann dann beispielsweise axial aus der Kol­ benstange austreten und wird durch einen an dem Kolben ange­ brachten Dichtkörper ggf. verschlossen. Ein sehr viel einfa­ cherer Aufbau ist in Weiterbildung der Erfindung durch die Merkmale nach Anspruch 6 und 7 beschrieben. Dadurch, daß man die Stirnflächen von Kolben und Kolbenstange als Begrenzung für den Kanal einsetzt können Bohrungen in der Kolbenstange weitgehend entfallen. Gleichzeitig dient die aus der Stirn­ fläche des Kolbens vorspringende zweite Dichtfläche zum Ab­ dichten des durch die Stirnflächen gebildeten Durchtritts­ raums.

Damit der als Ventilkörper des zentralen Ventils wirkende Kolben beim Übergang der Kolbenstange in ihrer Ruhe Lage den Kanal zwischen Druckraums und Nachlauf Raum öffnet, ist ein Anschlag vorgesehen, welcher den Kolben an geeigneter Stelle festhält, während die Kolbenstange sich noch ein Stück zu­ rückzieht und damit das zentrale Ventil öffnet. An sich ist es denkbar, dass der Kolben abgesehen von der zweiten Dicht­ fläche, eine weitgehend ebene Stirnfläche besitzt, die an dem radialen Anschlag anschlägt. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird hierzu aber die Merkmalskombination nach Anspruch 8 vorgeschlagen, gemäß der der Kolben einen axial verlaufenden Ansatz besitzt, mit dem er an dem An­ schlagstück anschlägt. Der wesentliche Vorteil eines derar­ tigen Ansatzes, der aus mehreren parallel zueinander verlau­ fenden Stegen bestehen kann, besteht darin, daß die Ansätze sich an die Innenwand des Zylinders anlegen können somit von dieser geführt werden. Hierdurch übernehmen die Stege bzw. der Ansatz zusätzlich noch eine Funktion der Führung des Kolbens, so daß dieser an einem Kippen weitgehend gehin­ dert ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend and an­ hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung versehenen Hauptzylinders, der als Tan­ dem-Hauptzylinder ausgeführt sein kann und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts nach Fig. 1 zur Verdeutlichung der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. In in der Figur ist in dem lin­ ken Teil verkleinert ein Ausschnitt aus einem Tandem- Hauptzylinder gezeigt, wobei in dem rechten unteren Teil der Zeichnung die für die Erfindung wesentlichen Baugruppen ver­ größert dargestellt wurden. Der Hauptzylinder 1 besitzt ein Gehäuse 2 mit einer Zylinderöffnung 3, in der ein erster Kolben 4 und ein zweiter Kolben 5 geführt sind. Es Anschluß 6 für einen nicht dargestellten Ausgleichsbehälter ist über eine Nachlaufbohrung 7 mit einem Nachlaufraum 8 verbunden. Der Kolben 4 trennt den Nachlaufraum 8 von einem Druckraum 9 und wird von einer Rückstellfeder 10 zurückgestellt wenn die auf die Kolbenstange 12 ausgeübte Kraft zurückgenommen wird.

In dem vergrößerten Ausschnitt der Zeichnung sind nähere Einzelheiten von dem Kolben 4 und der Kolbenstange 12 zu er­ kennen. Der Kolben 4 besitzt einen festen Kolbenkern 13 vor­ zugsweise aus Kunststoff, oder metallischen Werkstoff an dem eine Dichtlippe 16 befestigt ist, welche als Primär- Manschette des Primär-Kolbens 12 gegenüber der Bohrung 3 wirkt. Die Dichtlippe 16 ist aus einer elastischen Dichtma­ sse 15 gebildet, die mit dem Kolbenkern 13 einstückig ver­ gossen ist. Insofern besitzt der Kolben einen mit dem Dicht­ paket 17 vergleichbaren Aufbau. Für den Kolben 4 ist es nun wesentlich, daß er gegenüber der Kolbenstange 12 bewegbar angeordnet ist. Neben der Dichtlippe 15 als erster Dichtflä­ che ist aus der Dichtmasse 15 noch eine zweite Dichtfläche 18 geformt, die über die rückwärts gerichtete Stirnfläche 19 des Kolbenkerns 13 vorsteht. Diese Dichtfläche dient als zentrales Ventil, wobei die Dichtfläche 18 mit der dritten Stirnfläche 20 der Kolbenstange 12 zusammenwirkt.

In der Figur ist weiterhin noch ein Anschlagstück 21 zu er­ kennen, welches als ein in die Bohrung 3 eingefügter An­ schlagring ausgestaltet ist. Der Kolben 4 ist weiterhin noch mit einem rückwärts gerichteten Ansatz 22 versehen, welcher aus mehreren zueinander parallelen Stegen bestehen kann, die an der Wand des Zylinders 3 geführt sein können und damit Kippen des Kolbens verhindern. Bei einer rückwärts gerichte­ ten Bewegung des Kolbens 4 schlägt der Anschlag 22 an dem Anschlagstück 21 an. Da der Kolben gegenüber der Kolben Stange 12 beweglich ist, löst sich bei einer Rückwärts- Bewegung der beiden zuletzt genannten Baugruppen der Kolben von der Kolbenstange, so daß auch die zweite Dichtfläche 18 von der dritten Stirnfläche 20 abhebt.

In der vergrößerten Darstellung rechts ist weiterhin noch ein mit einer Konsole 23 versehener Stift 24 dargestellt, wobei die Rückstellfeder 10 über einen Teller 25 und die Konsole 23 gefesselt ist. Eine Vorspannfeder 26 stützt sich an ihrem einen Ende an dem Teller 25 und mit ihrem anderen Ende an dem Kolbenkern 13 ab. Bei nachlassender in der Zeichnung nach linksgerichteter Kraft an der Kolbenstange 12 schiebt die Rückstellfeder 10 über den Teller 25, die Konso­ le 23 und den Vorsprung 27 die Kolbenstange 12 zurück.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist nun wie folgt. In der Figur ist die Dichtungsanordnung in ihrer Ruhelage gezeigt. Der Ansatz 22 des Kolbens 4 liegt an dem Anschlagstück 21 an. Die Kolbenstange 12 befindet sich in Folge der rückstellenden Kraft der Rückstellfeder 10 in ihrer Ausgangslage in der die beiden Stirnflächen 19, 20 zu­ einander beanstanden sind und in der die zweite Dichtfläche 18 im Abstand zu der dritten Stirnfläche 20 ist. Die zweite Dichtfläche 18 bildet den Ventilkörper für das zentrale Ven­ til, so daß aufgrund des Abstandes zwischen diesen Ventil­ körper und der Dichtfläche 20 des Ventils das zentrale Ven­ til geöffnet ist. Dies kommt auch dadurch, dass die Vor­ spannfeder 26 den Kolben 4 nicht zurückstellen kann, da der Kolben 4 mit seinem Ansatz 22 an dem Anschlag 21 anliegt. Es besteht nun eine durchgehende Verbindung zwischen dem Nach­ laufraum 8 und dem Druckraum 9, die über einen sich längst in der Kolbenstange 12 erstreckenden Kanal 28, einen zwi­ schen den beiden Stirnflächen 19, 20 aufgespannten Durch­ trittsraum 29 und eine Kernöffnung 30 erstreckt, durch welche auch im Abstand der Vorsprung 27 ragt.

Wird nun die Kolbenstange 12 in der Figur nach links gescho­ ben so bewegt sich hier zuerst der Stift 24 und es wird die Feder 10 etwas zusammen gedrückt. Die Vorspannfeder 26 hält aber den Kolben 4 über den Ansatz 22 vorerst noch in seiner ursprünglichen Lage, in der der Ansatz 22 an dem Anschlag­ stück 21 anliegt. Da sich die Lage des Kolbens 4 nicht ver­ ändert, die Kolbenstange aber um ein Stück nach links ver­ schoben wird, so legt sich die dritten Stirnfläche 20 an die zweite Dichtfläche 18 an, so daß das zentrale Ventil ge­ schlossen wird. Damit ist die Verbindung zwischen dem Druck­ raum 9 und dem Nachlaufraum 8 unterbrochen und die Dichtlip­ pe 16 kann nunmehr in dem Druckraum 9 einen Druck aufbauen. Durch den wachsenden Druck in dem Druckraum 9 liegt die zweite Dichtfläche 18 immer fester an der dritten Stirnflä­ che 20 der Kolbenstange 12 an, so daß das zentrale Ventil fest verschlossen ist.

Wird in die Kolbenstange aus dieser nicht dargestellten Ar­ beitsstellung in der Zeichnung nach rechts zurückgezogen, so liegt anfangs immer noch hinreichend Druck auf dem Kolben 4 um das zentrale Ventil geschlossen zu halten. Reicht die durch den Druck in dem Hauptezylinder entstehende Spannung zur Rückführung der Kolbenstange 12 nicht mehr aus so wird die hierfür notwendige Kraft durch die Rückstellfeder 10 aufgebracht, die über den Vorsprung 27 die Kolbenstange 12 zurück schiebt. Die Vorspannfeder 26 hält auch bei stark verminderten Druck in dem Druckraum das zentrale Ventil ge­ schlossen. Erst wenn der Ansatz 22 an dem Anschlagstück 21 anschlägt wird die Kraft der Vorspannfeder 26 überwunden und das zentrale Ventil geöffnet.

Wesentliche Merkmale der Erfindung lassen sich kurz nach­ folgend angeben.

Erfindungsgemäß wird ein Zentralventil für Hauptbremszy­ linder sowie Tandemhauptbremszylinder vorgeschlagen. Der Einsatz von Zentralventilen ist in diversen Ausführungsfor­ men bekannt. Sie haben die Aufgabe, beim Lösen der Bremse einen Druck- und Volumenausgleich herzustellen. Dabei ist es wichtig, daß auch ein Lösen und Überströmen unter Druck­ beaufschlagung möglich ist (Anforderung bei ABSIASR/ESP- Systemen). In vorliegenden Fall wird ein Bauteil, im fol­ genden Primärpaket bzw. Dichtungsanordnung genannt, vorge­ schlagen, das zum einen die Primärdichtung für den entspre­ chenden Bremskreis enthält und zum anderen auch die Dicht­ kontur für das Zentralventil.

Bei einer Bewegung des THZ-Kolbens in Betätigungsrichtung schließt sich das Zentralventil, da die Federkraft der Zen­ tralventilfeder und die Reibkraft der Primärmanschette das gesamte Primärpaket auf Anschlag halten und so eine Rela­ tivbewegung zwischen Kolben und Primärpaket entsteht. Wenn die Zentralventildichtung geschlossen ist und das Primärpa­ ket am Kolben anliegt, wird das Primärpaket vom Kolben dann mitbewegt. Während der Betätigung des Kolbens ist eine si­ chere Dichtheit des Zentralventils gegeben, da die Dicht­ kraft durch den hydraulischen Druck auf die Ringfläche gebildet durch die Primärdichtung und die Zentralventildichtung erzielt wird.

Beim Lösen bewegt sich der Kolben entgegengesetzt zur Betä­ tigungsrichtung. Dabei wird das Primärpaket gegen die An­ schlagscheibe gedrückt und durch eine Relativbewegung des Primärpaketes zum THZ-Kolben das Zentralventil wieder geöff­ net. Somit ist der Druck- und Volumenausgleich zwischen Bremskreis und Behälter gewährleistet. Da wie bei heutigen Zentralventilen beim Lösen eine Dichtkontur von einem Dicht­ sitz abheben muß und keine Kanten oder Löcher überfahren werden, ist auch ein Lösen und Überströmen unter Druck mög­ lich.

Beide Dichtungen 16,18 sind auf einem Träger 13 aus Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff angebracht. Es bietet sich an, die Dichtkonturen aus einem elastome­ ren Werkstoff in einem Arbeitsgang zu spritzen.

Die Erfindung zeigt im wesentlichen folgende Vorteile:

• - Reduzierung der Bauteileanzahl gegenüber heutigen THZ mit ZVU
• - Verkleinerung der Leerwegtoleranzen durch kürzere Maßkette
• - Verringerung der Baulänge
• - Vergrößerung des Zentralventilquerschnitts (besseres Nachsaugeverhalten)
• - Vereinfachung des THZ-Kolbens
• - Verringerung der Ansprechkraft des THZ
• - Darstellung der Zentralventil- und Primär­ dichtfunktion in einem Bauteil.

Claims (8)

1. Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit insbe­ sondere einen Hauptzylinder (1) für eine KFZ-Bremsanlage mit einem in einer Zylinderöffnung (3) dichtend geführten Kolben (4), welcher einen Druckraum (9) von einem Nach­ laufraum (8) trennt und mit einem zentral im Kolbenbe­ reich angeordneten Ventil (18, 20), über welches der Druckraum (9) mit dem Nachlaufraum (8) verbindbar ist und mit einer in die Zylinderöffnung (3) ragenden Kolbenstan­ ge (12), über die der Kolben (4) in Richtung des Druck­ raums (9) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) gegenüber der Kolbenstange (12) verschiebbar angeordnet ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Kolben (4) einen festen Kolbenkern (13) aufweist, der mit einer elastischen Dichtmasse (15) der­ art vergossen ist, daß sowohl an seiner dem Druckraum (9) zugewandten Fläche als auch auf seiner der Kolbenstange (12) zugewandten Fläche (19) eine Dichtfläche (18) ent­ steht.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die dem Druckraum (9) zugewandten erste Dicht­ fläche (16) eine an der Zylinderwand (33) anliegende Dichtlippe (15) ist und dass die der Kolbenstange (12) zugewandte zweite die Dichtung (18) für ein Ventil (18, 20) bildet, über welches das Druckmittel zwischen dem Nachlaufraum (8) und dem Druckraum (9) austauschbar ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass ein radial in den Nachlaufraum (8) ragendes An­ schlagstück (21) vorgesehen ist, dass weiterhin der Kol­ ben (4) bei einer aus dem Zylinder (3) heraus gerichteten Rückwärtsbewegung der Kolbenstange (12) von einer Kraft beaufschlagt ist, die in den Kolben (4) in Richtung Nach­ laufraum (8) verschiebt und dass bei einer derartigen Verschiebung der Kolben (4) vorzugsweise mit einem in Richtung Nachlaufraum (9) ragenden Ansatz an dem An­ schlagstück (21) anschlagen kann.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass der Kolben (4) bei der Rückwärtsbewegung durch die Kraft solange in Eingriff mit der Kolbenstange (12) gehalten wird, bis er durch das Anschlagstück (21) fest­ gehalten wird, wodurch die Kolbenstange (12) sich von dem Kolben (4) entfernt.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass die Kolbenstange (12) zumindest Teile eines dem Nachlaufraum (8) mit dem Druckraum (9) verbindenden Ka­ nals (28) bildet, der bei an der Kolbenstange (12) anlie­ genden Kolben (4) durch die zweite Dichtfläche (18) des Kolbens (4) verschlossen wird.

7. Dichtungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtfläche (18) ringförmig von der der Kolbenstange (12) zugewandten Fläche (19) des Kolbens absteht und dass die der Kolben­ stange (12) zugewandte Fläche (20) zusammen mit Abschnit­ ten der zum Kolben weisenden Stirnfläche (20) der Kolbenstange (12) einen Durchtrittsraum (29) für das zwischen Nachlaufraum (8) und Druckraum (9) austauschbare Druck­ mittel bildet, welcher durch die zweite Dichtfläche (18) verschließbar ist.

8. Dichtungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (22) des Kolbens (4) durch einen oder mehrere Stege gebildet ist, die radial außen an dem Kolben (4) angeordnet sind und an der Wand (3) des Zylinders sich in axialer Richtung er­ streckend geführt sind.