DE102011018782A1 - Master brake cylinder for a vehicle brake system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Hauptbremszylinder (10) für eine Fahrzeugbremsanlage, mit – einem Gehäuse (12), – einer in dem Gehäuse (12) ausgebildeten Bohrung (14) mit einer Längsachse (A), in der wenigstens ein Druckkolben (16) zur Begrenzung einer Druckkammer (22) für Hydraulikfluid längs der Achse (A) verschiebbar geführt ist, – einer Ringnut (56) in dem Gehäuse (12), und – einem in der Ringnut (56) angeordneten ringförmigen Dichtelement (52), das einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden ersten, radial inneren ringförmigen Dichtelementschenkel (64) zur dichtenden Anlage an dem Druckkolben (16), einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden zweiten, radial äußeren ringförmigen Dichtelementschenkel (66) zur dichtenden Anlage an einem Boden (58) der Ringnut (56) und einen den ersten und den zweiten Dichtelementschenkel (64 und 66) in radialer Richtung miteinander verbindenden ringförmigen Dichtelementrücken (68) mit einer ebenen äußeren Rückenfläche (70) aufweist, die einen radial äußeren Umfangsrand (82) und einen radial inneren Umfangsrand (84) hat und einer Seitenwand (62) der Ringnut (56) zugewandt ist. Zur Erzielung einer einwandfreien Abdichtung und zur Vermeidung eines schlagartigen Druckausgleichs zwischen Atmosphärendruck und einem Unterdruck in der Druckkammer (22) nimmt ein Abstand (s) zwischen der äußeres Rückenfläche (70) und der Seitenwand (62) der Ringnut (56) vom radial äußeren Umfangsrand (82) zum radial inneren Umfangsrand (84) kontinuierlich zu.The invention relates to a master brake cylinder (10) for a vehicle brake system, with - a housing (12), - a bore (14) formed in the housing (12) with a longitudinal axis (A) in which at least one pressure piston (16) is used for limiting a pressure chamber (22) for hydraulic fluid is guided displaceably along the axis (A), - an annular groove (56) in the housing (12), and - an annular sealing element (52) arranged in the annular groove (56), which is located in the Essentially axially extending first, radially inner annular sealing element leg (64) for sealing contact with the pressure piston (16), a substantially axially extending second, radially outer annular sealing element leg (66) for sealing contact with a bottom (58) of the annular groove (56) ) and one of the first and second sealing element legs (64 and 66) in the radial direction interconnecting annular sealing element back (68) with a flat outer back surface (70) which has a radi al outer peripheral edge (82) and a radially inner peripheral edge (84) and facing a side wall (62) of the annular groove (56). To achieve a perfect seal and to avoid a sudden pressure equalization between atmospheric pressure and a negative pressure in the pressure chamber (22), a distance (s) between the outer back surface (70) and the side wall (62) of the annular groove (56) takes from the radially outer peripheral edge (82) to the radially inner peripheral edge (84) continuously.
Description
Die Erfindung betrifft einen Hauptbremszylinder für eine Fahrzeugbremsanlage, mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse ausgebildeten Bohrung mit einer Längsachse, in der wenigstens ein Druckkolben zur Begrenzung einer Druckkammer für Hydraulikfluid längs der Achse verschiebbar geführt ist, einer Ringnut in dem Gehäuse und einem in der Ringnut angeordneten ringförmigen Dichtelement, das einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden ersten, radial inneren ringförmigen Dichtelementschenkel zur dichtenden Anlage an dem Druckkolben, einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden zweiten, radial äußeren ringförmigen Dichtelementschenkel zur dichtenden Anlage an einem Boden der Ringnut und einen den ersten und den zweiten Dichtelementschenkel in radialer Richtung miteinander verbindenden, ringförmigen Dichtelementrücken mit einer ebenen äußeren Rückenfläche aufweist, die einen radial äußeren Umfangsrand und einen radial inneren Umfangsrand hat und einer Seitenwand der Ringnut zugewandt ist. Ein solcher Hauptzylinder ist beispielsweise aus der
In einem unbetätigten Ausgangszustand des Hauptbremszylinders befindet sich der üblicherweise zur Druckkammer hin hohl ausgebildete Druckkolben in einer Stellung, in der die Druckkammer durch eine in der Kolbenwand ausgebildete, sogenannte Nachlauföffnung in flüssigkeitsleitender Verbindung mit einem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid steht. In diesem Ausgangszustand kann somit ein Druckausgleich zwischen dem üblicherweise unter Atmosphärendruck stehenden Vorratsbehälter und der Druckkammer stattfinden und es kann, falls erforderlich, Hydraulikfluid aus dem Vorratsbehälter in die Druckkammer nachlaufen. Wird der Hauptbremszylinder zum Bremsdruckaufbau betätigt, verschiebt sich der Druckkolben in die Bohrung hinein, wodurch sich gleichzeitig die in der Kolbenwand ausgebildete Nachlauföffnung unter den ersten, radial inneren Dichtelementschenkel des Dichtelements bewegt und somit die flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der Druckkammer und dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid unterbrochen wird, um einen Druckaufbau in der Druckkammer zu ermöglichen.In an unactuated initial state of the master cylinder is usually the pressure chamber hollow toward the pressure piston in a position in which the pressure chamber is formed by a trained in the piston wall, so-called overrun in liquid-conducting connection with a reservoir for hydraulic fluid. In this initial state can thus take place pressure equalization between the usually under atmospheric pressure reservoir and the pressure chamber and it can, if necessary, trailing hydraulic fluid from the reservoir into the pressure chamber. If the master brake cylinder is actuated to build up the brake pressure, the pressure piston moves into the bore, whereby at the same time the overflow opening formed in the piston wall moves under the first, radially inner sealing element leg of the sealing element and thus the liquid-conducting connection between the pressure chamber and the reservoir for hydraulic fluid is interrupted to allow pressure buildup in the pressure chamber.
Bei heutigen Fahrzeugbremsanlagen ist zwischen dem Hauptbremszylinder und der bzw. den Radbremsen häufig eine Schlupfregeleinheit angeordnet, etwa eine ABS-Anlage, eine Antriebsschlupfregelung und/oder ein Fahrdynamikregelungssystem, dessen Regelventile Engstellen für das Hydraulikfluid darstellen und somit die Hydraulikfluiddurchflussraten begrenzen. Die genannten Engstellen bestimmen maßgeblich, welche Druckauf- und Druckabbauraten im gesamten Bremssystem möglich sind.In today's vehicle brake systems, a slip control unit is often arranged between the master brake cylinder and the wheel brakes, such as an ABS system, a traction control system and / or a vehicle dynamics control system whose control valves represent bottlenecks for the hydraulic fluid and thus limit the hydraulic fluid flow rates. The bottlenecks mentioned decisively determine which pressure build-up and pressure reduction rates are possible in the entire brake system.
Bei einem abrupten Lösen des Fahrzeugbremspedals (oder eines anderen den Hauptzylinder betätigenden Organs) nach einem Bremsvorgang kann es deshalb dazu kommen, dass der oder die Druckkolben im Hauptzylinder sich schneller zurückbewegen als es der durch die genannten Engstellen vorgegebenen maximal möglichen Druckabbaurate entspricht, wodurch sich in der dem Druckkolben zugeordneten Druckkammer des Hauptzylinders ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks einstellen kann. Wird dieser Druckunterschied erst beim Erreichen der eingangs beschriebenen Ausgangsstellung oder Ruhelage des Druckkolbens über die dann wieder offene Verbindung der Druckkammer zum Vorratsbehälter abgebaut, kann es zu einem Druckschlag kommen (ähnlich einem Wasserhammereffekt), der deutlich hörbare Geräusche und sogar Schwingungen im Bremspedal hervorrufen kann. Je höher der abzubauende Druckunterschied ist, desto stärker sind diese unerwünschten Begleiterscheinungen.In an abrupt release of the vehicle brake pedal (or another master cylinder actuating member) after a braking operation, it may therefore happen that the one or more pressure piston in the master cylinder move back faster than the maximum possible pressure reduction rate specified by said bottleneck, resulting in the pressure chamber associated with the pressure chamber of the master cylinder can set a pressure below atmospheric pressure. If this pressure difference is reduced only when reaching the initially described starting position or rest position of the pressure piston via the then open connection of the pressure chamber to the reservoir, there may be a pressure shock (similar to a water hammer effect), which can cause audible noise and even vibrations in the brake pedal. The higher the pressure difference to be degraded, the stronger are these unwanted side effects.
Zur Lösung des vorgenannten Problems ist es bereits bekannt, das den Druckkolben abdichtende Dichtelement so auszugestalten, dass es bei einem Auftreten von Unterdruck in der Druckkammer ein sogenanntes Überströmen ermöglicht, solange der Druckkolben seine Ausgangsstellung noch nicht wieder erreicht hat. Mit ”Überströmen” ist hier gemeint, dass Hydraulikfluid aus dem Vorratsbehälter an dem Dichtelement vorbei in die Druckkammer strömen kann, um den dort herrschenden Unterdruck abzubauen. Aus dem Stand der Technik sind zur Erreichung dieses Ziels verschiedene Lösungen bekannt. So wird in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hauptbremszylinder mit einer verbesserten Lösung des vorgenannten Problems bereitzustellen.The invention has for its object to provide a master cylinder with an improved solution to the above problem.
Diese Aufgabe ist ausgehend von einem eingangs genannten, gattungsgemäßen Hauptbremszylinder erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Abstand zwischen der äußeren Rückenfläche des Dichtelements und der Seitenwand der Ringnut vom radial äußeren Umfangsrand der Rückenfläche zum radial inneren Umfangsrand derselben kontinuierlich zunimmt. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der äußeren Rückenfläche und der Seitenwand der Ringnut am radial äußeren Umfangsrand zumindest annähernd gleich Null. Das bedeutet, dass der radial äußere Umfangsrand der Rückenfläche im unbetätigten Zustand des Hauptbremszylinders entweder an der Seitenwand der Ringnut anliegt oder sich zwischen dem äußeren Umfangsrand und der Seitenwand der Ringnut allenfalls ein kleiner Spalt befindet, der sich im betätigten Zustand des Hauptbremszylinders schließt, wenn der in der Druckkammer aufgebaute Druck auf das Dichtelement wirkt.This object is achieved on the basis of an aforementioned, generic master cylinder according to the invention in that a distance between the outer back surface of the sealing element and the side wall of the annular groove from the radially outer peripheral edge of the back surface to the radially inner peripheral edge thereof continuously increases. Preferably, the distance between the outer back surface and the side wall of the annular groove at the radially outer peripheral edge is at least approximately equal to zero. This means that the radially outer peripheral edge of the back surface in the unactuated state of the master cylinder rests either on the side wall of the annular groove or at most between the outer peripheral edge and the side wall of the annular groove is a small gap which closes in the actuated state of the master cylinder when the built in the pressure chamber pressure on the sealing element acts.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders erstreckt sich die Seitenwand der Ringnut rechtwinklig zur Längsachse der Bohrung, in der der Druckkolben geführt ist, und die äußere Rückenfläche des Dichtelements ist zu dieser Achse so geneigt, dass der radial äußere Umfangsrand der Rückenfläche der Seitenwand näher ist als der radial innere Umfangsrand der Rückenfläche. Alternativ kann die äußere Rückenfläche des Dichtelements sich im Ausgangszustand rechtwinklig zur Achse der Bohrung erstrecken, wobei dann die Seitenwand der Ringnut bezüglich dieser Achse so geneigt ist, dass der radial äußere Umfangsrand der Rückenfläche der Seitenwand näher ist als der radial innere Umfangsrand der Rückenfläche.In preferred embodiments of the master cylinder according to the invention, the side wall of the annular groove extends perpendicular to the longitudinal axis of the bore in which the pressure piston is guided, and the outer back surface of the sealing element is inclined to this axis so that the radially outer peripheral edge of the back surface of the side wall is closer than the radially inner peripheral edge of the back surface. Alternatively, the outer back surface of the sealing member may extend in the initial state perpendicular to the axis of the bore, in which case the side wall of the annular groove is inclined with respect to this axis so that the radially outer peripheral edge of the back surface of the side wall is closer than the radially inner peripheral edge of the back surface.
Mit den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen wird erreicht, dass die Rückenfläche des Dichtelements sich im Betrieb des Hauptbremszylinders, d. h. bei einem Druckaufbau in der Druckkammer, zunächst am radial äußeren Umfangsrand der Rückenfläche an die Seitenwand der das Dichtelement aufnehmenden Ringnut anlegt (falls dieser radial äußere Umfangsrand nicht bereits in der Ausgangsstellung an der Seitenwand anlag) und dadurch eine ringförmige Abdichtung bildet. Eine zweite ringförmige Abdichtung wird durch den radial äußeren Dichtelementschenkel gebildet, dessen äußere Umfangsseite am Boden der Ringnut dichtend anliegt. Weil das gesamte Dichtelement aus Elastomermaterial besteht und deshalb verformbar ist, legt sich bei steigendem Druck in der Druckkammer die ebene Rückenfläche des Dichtelements ausgehend von ihrem radial äußeren Umfangsrand sukzessive immer mehr an die Seitenwand der Ringnut an, bis bei einem ausreichend hohen Druck die gesamte ebene Rückenfläche dichtend an der Seitenwand der Ringnut anliegt. Sinkt der Druck in der Druckkammer des Hauptbremszylinders wieder, löst sich die Rückenfläche des Dichtelements beginnend an ihrem radial inneren Umfangsrand sukzessive von der Seitenwand der Ringnut. Kommt es in der Druckkammer zu einem Unterdruck, kann Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter somit ohne Behinderung hinter das Dichtelement strömen, wobei die Druckdifferenz dann dazu ausreicht, den radial äußeren Umfangsrand der Rückenfläche von der Seitenwand der Ringnut und den radial äußeren Dichtelementschenkel vom Boden der Ringnut abzuheben, so dass das Hydraulikfluid außen am Dichtelement vorbei bzw. um das Dichtelement herum in die Druckkammer strömen kann, um einen Druckausgleich zu bewirken.With the embodiments described above it is achieved that the back surface of the sealing element in the operation of the master cylinder, d. H. at a pressure build-up in the pressure chamber, initially at the radially outer peripheral edge of the back surface to the side wall of the sealing element receiving annular groove applies (if this radially outer peripheral edge is not already in the starting position on the side wall) and thereby forms an annular seal. A second annular seal is formed by the radially outer sealing element leg, the outer peripheral side of which bears sealingly against the bottom of the annular groove. Because the entire sealing element consists of elastomeric material and is therefore deformable, the planar back surface of the sealing element, starting from its radially outer peripheral edge successively more and more attached to the sidewall of the annular groove with increasing pressure in the pressure chamber until at a sufficiently high pressure, the entire level Back surface sealingly abuts the side wall of the annular groove. Decreases the pressure in the pressure chamber of the master cylinder again, the back surface of the sealing element dissolves, starting at its radially inner peripheral edge successively from the side wall of the annular groove. If there is a negative pressure in the pressure chamber, hydraulic fluid from the reservoir can thus flow without hindrance behind the sealing element, the pressure difference is then sufficient to lift the radially outer peripheral edge of the back surface of the side wall of the annular groove and the radially outer sealing element leg from the bottom of the annular groove , so that the hydraulic fluid can flow outside of the sealing element or around the sealing element around into the pressure chamber to effect a pressure equalization.
Ein weiterer Vorteil der vorbeschriebenen Ausgestaltungen gegenüber bekannten Lösungen besteht darin, dass in jedem Betriebszustand zwei ringförmige Abdichtungen vorhanden sind, eine gebildet durch die mehr oder weniger an der Seitenwand der Ringnut anliegende Rückenfläche des Dichtelements und die andere gebildet durch den am Boden der Ringnut anliegenden radial äußeren Dichtelementschenkel. Selbst wenn eine dieser beiden Abdichtungen, etwa die vom radial äußeren Dichtelementschenkel gebildete Abdichtung, aufgrund von Schmutzpartikeln, die sich im Bereich dieser Abdichtung ansammeln, nicht mehr einwandfrei abdichten sollte, bietet demnach die andere Abdichtung noch Gewähr für eine insgesamt funktionierende Abdichtung.Another advantage of the above-described embodiments over known solutions is that in each operating state, two annular seals are present, one formed by the more or less on the side wall of the annular groove adjacent the back surface of the sealing element and the other formed by the voltage applied to the bottom of the annular groove radially outer sealing element legs. Even if one of these two seals, such as the seal formed by the radially outer sealing element leg, should no longer seal properly due to dirt particles that accumulate in the region of this seal, therefore, the other seal still provides assurance for a total functioning seal.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders erstreckt sich zwischen dem radial inneren Dichtelementschenkel und dem radial äußeren Dichtelementschenkel von dem Dichtelementrücken ein ringförmiger Stützschenkel in axialer Richtung, dessen freies Ende zur Anlage an der der einen Seitenwand gegenüberliegenden, anderen Seitenwand der Ringnut ausgebildet ist. Durch geeignete Dimensionierung seiner Länge in axialer Richtung sorgt dieser Stützschenkel dafür, dass das gesamte Dichtelement in der Ringnut korrekt positioniert ist und beispielsweise der radial äußere Umfangsrand der Rückenfläche bereits in der Ausgangsstellung dichtend an der zugehörigen Seitenwand der Ringnut anliegt. Zudem verleiht der Stützschenkel dem gesamten Dichtelement eine größere Stabilität.In preferred embodiments of the master cylinder according to the invention extends between the radially inner sealing element leg and the radially outer sealing element leg of the sealing element back an annular support leg in the axial direction, the free end is formed to rest against the one side wall opposite, the other side wall of the annular groove. By suitable dimensioning of its length in the axial direction of this support leg ensures that the entire sealing element is positioned correctly in the annular groove and, for example, the radially outer peripheral edge of the back surface already in the initial position sealingly abuts the associated side wall of the annular groove. In addition, the support leg gives the entire sealing element greater stability.
Um einen möglichst ungehinderten Fluss des Hydraulikfluids beim Überströmen des Dichtelements zu gewährleisten, ist der ringförmige Stützschenkel vorzugsweise mit wenigstens einer radialen Durchgangsöffnung, besonders bevorzugt jedoch mit mehreren solcher radialer Durchgangsöffnungen versehen, die über den Umfang des Stützschenkels verteilt angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine radiale Durchgangsöffnung am freien Ende des Stützschenkels angeordnet, wobei weitere radiale Durchgangsöffnungen ebenfalls am freien Ende des Stützschenkels oder auch an anderen axialen Stellen des Stützschenkels angeordnet sein können.In order to ensure the most unhindered flow of the hydraulic fluid in the overflow of the sealing element, the annular support leg is preferably provided with at least one radial passage opening, but more preferably with a plurality of such radial passage openings which are arranged distributed over the circumference of the support leg. According to one embodiment, at least one radial passage opening is arranged at the free end of the support leg, wherein further radial passage openings can also be arranged at the free end of the support leg or at other axial locations of the support leg.
Zur besseren Abdichtung sind erfindungsgemäße Hauptbremsyzlinder vorzugsweise so ausgebildet, dass der radial innere Dichtelementschenkel auf seiner dem Druckkolben zugewandten Umfangsfläche wenigstens eine Dichtlippe aufweist. Eine solche Dichtlippe, beispielsweise in Gestalt eines ringförmigen Wulstes, der aus der Umfangsfläche des radial inneren Dichtelementschenkels hervorsteht, sorgt aufgrund einer relativ höheren Flächenpressung für eine gute Abdichtung und setzt gleichzeitig der gleitenden Bewegung des Druckkolbens einen nur geringen Widerstand entgegen. In analoger Weise ist bei bevorzugten Ausführungsformen auch der radial äußere Dichtelementschenkel auf seiner dem Boden der Ringnut zugewandten Umfangsfläche mit wenigstens einer Dichtlippe versehen.For better sealing Hauptbremsyzlinder invention are preferably designed so that the radially inner sealing element leg facing on its the pressure piston Peripheral surface has at least one sealing lip. Such a sealing lip, for example in the form of an annular bead, which protrudes from the peripheral surface of the radially inner sealing element leg, due to a relatively higher surface pressure for a good seal and at the same time opposes the sliding movement of the pressure piston only a small resistance. In an analogous manner, in preferred embodiments, the radially outer sealing element limb is also provided with at least one sealing lip on its circumferential surface facing the bottom of the annular groove.
Ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders wird im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:A currently preferred embodiment of a master cylinder according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying schematic figures. It shows:
In der Bohrung des Hauptzylindergehäuses
Eine erste Rückstellfeder
Der hier dargestellte Hauptzylinder
Zum Abdichten der Druckkolben
Das Dichtelement
Wie in
Zur Reibungsverminderung und besseren Abdichtung sind der zur dichtenden Anlage an dem Druckkolben
In
Bei einer Betätigung des Hauptzylinders
Wird ein Bremsvorgang abrupt beendet, kann es bei der Rückkehrbewegung der Druckkolben
Wird die Betätigung des Hauptzylinders
Kommt es im Verlauf der Rückkehrbewegung des Druckkolbens
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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