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Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder, insbesondere für ein geregeltes Bremssystem, mit wenigstens einem, in einem Gehäuse verschiebbaren Kolben, der mittels eines, in einer Ringnut des Gehäuses angeordneten Dichtelementes gegenüber einem Druckraum abgedichtet ist, welcher durch im Kolben ausgebildete Steuerdurchlässe mit einem drucklosen Nachlaufraum verbindbar ist, wobei die Steuerdurchlässe in einem ringförmigen Stufenabschnitt des Kolbens vorgesehen sind und wobei das Dichtelement eine dynamisch beaufschlagte Innendichtlippe, welche an dem Kolben anliegt, und eine statisch beaufschlagten Außendichtlichte, welche an einem Boden der Ringnut anliegt, aufweist.
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Ein Hauptzylinder, welcher insbesondere für ein geregeltes Bremssystem geeignet ist, ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 057 137 A1 bekannt, wobei die Steuerdurchlässe als radiale Querbohrungen mit kleinem Querschnitt vorgesehen sind und auf einer Innenseite im Bereich der Querbohrungen eine umlaufende Innennut ausgebildet ist, um den Leerweg des Hauptzylinders möglichst klein zu halten und gleichzeitig den Drosselwiderstand durch Reduzieren der Länge der Querbohrungen zu verringern. Dabei ist ein Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Kolben möglichst klein ausgeführt, um einen erhöhten Manschettenverschleiß zu vermeiden.
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Bei der Verwendung in einem geregelten Bremssystem, wie beispielsweise ein Bremssystem mit Antriebsschlupfregelung (ASR) oder Elektronischem-Stabilitäts-Programm (ESP), wird im Falle eines Regeleingriffes von einer Pumpe Druckmittel von einem Druckmittelbehälter über den Hauptzylinder nachgesaugt. Nachteilig hierbei ist, dass der kleine Querschnitt der Querbohrungen einen zu großen Durchflusswiderstand erzeugt und das benötigte Druckmittel der Pumpe nicht schnell genug bereitgestellt werden kann.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, schlagen
DE 10 2005 047 039 A1 oder
WO 2011/ 006 305 A1 vor, dass die Steuerdurchlässe in einem ringförmigen Stufenabschnitt des Kolbens vorgesehen sind, wobei die Innendichtlippe in jeder Kolbenstellung an dem Kolben anliegt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen in Hinblick auf die genannten Nachteile des bekannten Hauptzylinders weiter verbesserten Hauptzylinder bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in dem ringförmigen Stufenabschnitt des Kolbens eine umlaufende Nut vorgesehen ist und die Steuerdurchlässe in der Nut angeordnet sind.
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Hierdurch kann der Spalt zwischen Kolbenaußendurchmesser und Gehäuse klein ausgestaltet und durch den Abstand zwischen Gehäuse und Nutgrund ein großer Durchflussquerschnitt beim Nachsaugen bereitgestellt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung hervor.
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Es zeigt jeweils stark schematisiert:
- 1 einen bekannten Hauptzylinder gemäß der DE 10 2004 057 137 A1 im Längsschnitt;
- 2 einen Kolben eines erfindungsgemäßen Hauptzylinders in räumlicher Darstellung und
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Kolbens gemäß 2.
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1 zeigt im Längsschnitt einen gemäß der
DE 10 2004 057 137 A1 bekannten Hauptzylinder 1, welcher beispielsweise in einem geregelten Bremssystem mit Antischlupfregelung (ASR) und/oder Elektronischem-Stabilitäts-Programm (ESP) Verwendung findet und in Plunger- und Tandembauweise ausgebildet ist.
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Der Hauptzylinder 1 umfasst einen ersten und einen zweiten, in einem Gehäuse 2 verschiebbaren Kolben 3,4, wobei in einer Ringnut 23,24 des Gehäuses 2 ein kreisringförmiges Dichtelement 5,6 mit einer dynamisch beaufschlagten Innendichtlippe 26,27 sowie mit einer statisch beaufschlagten Außendichtlippe 28,29 vorgesehen ist. Die dynamisch beaufschlagte Innendichtlippe 26,27 liegt mit einer ersten Dichtfläche an dem Kolben 3,4 an und die statisch beaufschlagte Außendichtlippe 28,29 liegt mit einer zweiten Dichtfläche an einem Boden der Ringnut 23,24 an. Eine Außenseite 30,31 der Kolben 3,4 dient als Führungsfläche.
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Ein erster und ein zweiter Druckraum 7,8 sind in einem, in 1 dargestellten, unbetätigten Zustand des Hauptzylinders 1 über einen Druckmittelkanal 32,33 und einen Nachlaufraum 11,12 im Gehäuse 2 sowie über als Querbohrungen ausgestaltete Steuerdurchlässe 9,10 in einer topfförmigen Wandung 21,22, die an einer Seite 36,37 des ersten und des zweiten Kolbens 3,4 vorgesehen ist, mit einem nicht dargestellten, drucklosen Druckmittelbehälter verbunden. Je nach Ausführung des Hauptzylinders 1 weist dieser zwischen vier und vierundzwanzig Querbohrungen 9,10 am Umfang des Kolbens 3,4 auf. Die Kolben 3,4 sind dabei mittels Druckfedern 34,35 vorgespannt.
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Die Druckfeder 34,35 ist zumindest teilweise innerhalb der topfförmigen Wandung 21,22 angeordnet. Die Wandung 21,22 wird mittig von einem zentrischen Zapfen 38,39 durchragt, der vor seinem axialen Austritt aus der Wandung 21,22 endet. Dieses Ende 40,41 ist mit einem Anschlag 42,43 für eine Hülse 17,18 versehen, der mit einem Kragen 19,20 derart zusammenwirkt, dass die Hülse 17,18 relativ zu dem Zapfen 38,39 begrenzt teleskopierbar ist. Mit anderen Worten wird die Hülse 17,18 mit der Druckfeder 34,35 bei Betätigung in das Kolbeninnere gedrängt. Wie zu ersehen ist, handelt es sich bei dem Anschlag 42,43 vorzugsweise um eine, an den Zapfen 38,39 angenietete - insbesondere Taumelvernietete - Ringscheibe. Das anderseitige Ende der Hülse 17,18 verfügt über den tellerartigen Kragen 44,45 zur Anlage der Druckfeder 34,35.
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Zur Betätigung des Hauptzylinders 1 wird der erste Kolben 3 in Betätigungsrichtung A verschoben. Dabei wird die Bewegung des ersten Kolbens 3 über die Druckfeder 34 auf den zweiten Kolben 4 übertragen. Sobald sich die Querbohrungen 9,10 im Bereich der Dichtelemente 5,6 befinden, also die steuernde Bohrungs-Seitenkante überfahren ist, ist der sogenannte Leerweg des Hauptzylinders 1 durchfahren, da kein Druckmittel mehr von den Nachlaufräumen 11,12 durch die Querbohrungen 9,10 in die Druckräume 7,8 gelangen kann. Die Verbindung der Druckräume 7,8 mit dem Druckmittelbehälter ist unterbrochen und in den Druckräumen 7,8 wird Druck aufgebaut.
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Die zwei hintereinander angeordneten Kolben 3,4 des Hauptzylinders 1 sind in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise nahezu identisch, so dass nur der erste Kolben 3 weiter beschrieben wird.
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Bei einem ASR- oder ESP-Eingriff kann es notwendig sein, bei unbetätigtem oder betätigtem Kolben 3 Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter über den Druckraum 7 in Richtung Radbremsen nachzusaugen, was vorzugsweise mittels einer Pumpe erfolgt, deren Eingang wahlweise mit den Druckräumen 7,8 des Hauptzylinders 1 oder mit den Radbremsen verbindbar ist, um in Richtung Radbremsen oder in Richtung Hauptzylinder 1 zu fördern (Rückförderprinzip). Hierzu wird bei einem ASR oder ESP-Eingriff in unbetätigtem Zustand des Hauptzylinders 1 das Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter über den Druckmittelkanal 32, den Nachlaufraum 11, die Querbohrungen 9 und den Druckraum 7 nachgesaugt. Bei einem ESP-Eingriff in betätigtem Zustand des Hauptzylinders 1 erfolgt die Nachsaugung zusätzlich durch Überströmen der Außendichtlippe 28 des Dichtelementes 5, indem diese durch den Saugdruck in Richtung Innendichtlippe 26 umklappt und hierdurch die Dichtfläche der Außendichtlippe 28 nicht mehr am Boden der Ringnut 23 anliegt. Um der Pumpe bei einem ASR- oder ESP-Eingriff insbesondere in unbetätigter Stellung des Hauptzylinders 1 schnell genügend Druckmittel zur Verfügung zu stellen, ist es notwendig, den Durchflusswiderstand der Querbohrungen 9 so gering wie möglich zu halten, wobei jedoch auch der Leerweg des Hauptzylinders 1 möglichst klein gehalten werden soll.
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Im Bereich der Querbohrungen 9,10 ist jeweils eine radiale, umlaufende Innennut 15,16 auf einer Innenseite 13,14 des Kolbens 3,4 vorgesehen, welche die Länge der Querbohrungen 9,10 verkürzt. Dadurch soll der Drosselwiderstand verringert werden. Als nachteilig stellt sich jedoch zum einen der fertigungstechnische Herstellungsaufwand der Innennut 15,16 dar. Zum anderen ist der Durchflusswiderstand der Querbohrungen 9,10 unmittelbar vom Bohrungsdurchmesser abhängig, so dass die Innennut 15,16 keine Verringerung des Durchflusswiderstandes ermöglicht. Ferner kann die Stabilität des Kolbens 3,4 bei vielen vorgesehenen Querbohrung 9,10 negativ beeinflusst werden.
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Bei der Verwendung des Hauptzylinders in einem geregelten Bremssystem, wie beispielsweise ein Bremssystem mit Antriebsschlupfregelung (ASR) oder Elektronischem-Stabilitäts-Programm (ESP), wird im Falle eines Regeleingriffes von einer Pumpe Druckmittel von einem Druckmittelbehälter über den Hauptzylinder nachgesaugt. Nachteilig hierbei ist, dass der kleine Querschnitt der Querbohrungen einen zu großen Durchflusswiderstand erzeugt und das benötigte Druckmittel der Pumpe nicht schnell genug bereitgestellt werden kann.
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Den 2 und 3 sind ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hauptzylinders zu entnehmen, welcher sich zum bekannten Hauptzylinder gemäß 1 grundsätzlich in Funktion und Aufbau nicht unterscheidet. Lediglich die Kolben sind im Unterschied zum bekannten Hauptzylinder gemäß 1 modifiziert, so dass auf eine wiederholte Beschreibung der Funktion und des Aufbaus verzichtet werden kann und im nachfolgenden nur ein dem vorstehend beschriebenen Kolben 3 entsprechender Kolben 46 des erfindungsgemäßen Hauptzylinders beschrieben wird.
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Um den Hauptzylinder insbesondere hinsichtlich seiner Nachsaugefähigkeit von Druckmittel während eines Regeleingriffes zu verbessern, sind die im Kolben 46 ausgebildeten Steuerdurchlässe 47 in einem ringförmigen Stufenabschnitt 48 des Kolbens 46 angeordnet, in welchem eine umlaufende Nut 49 vorgesehen ist. Dabei sind die Steuerdurchlässe 48 in der Nut 49 angeordnet. Hierdurch kann ein Spalt zwischen einem Kolbenaußendurchmesser 50 und dem Gehäuse 2 klein ausgestaltet und durch den Abstand zwischen dem Gehäuse 2 und einem Nutgrund 51 ein großer Durchflussquerschnitt beim Nachsaugen bereitgestellt werden, wenn sich der Kolben 46 in einer unbetätigten Stellung befindet.
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Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, welche einen vergrößerten Ausschnitt des Kolbens 46 zeigt, sind die Steuerdurchlässe 47 als radial zur Kolbenachse X ausgebildete Querbohrungen vorgesehen, welche in einfacher Weise in den Kolben 46 eingebracht werden können.
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Da die umlaufende Nut 49 eine axiale Nutbreite b aufweist, welche geringer ist als eine axiale Breite der Innendichtlippe 26, kann eine Ferse des Dichtelementes 5 nicht komplett in die Nut 49 absinken, so dass ein umlaufend großer Bereich zum Nachsaugen von Druckmittel entsteht.
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Der ringförmige Stufenabschnitt 48 kann gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsform an einem Ende des Kolbens 46 vorgesehen sein. In dem gemäß den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der ringförmige Stufenabschnitt 48 jedoch in einem Endbereich des Kolbens 46 vorgesehen, wobei der Stufenabschnitt 46 durch eine umlaufende Ausnehmung des Kolbens 46 ausgebildet ist, so dass der Kolben 46 an seinem Ende einen umlaufenden Bereich 52 aufweist, dessen Durchmesser dem Kolbenaußendurchmesser 50 entspricht.
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Weiter kann der ringförmige Stufenabschnitt 48 in Bezug auf die Kolbenachse X parallel oder konisch vorgesehen sein. Die konische Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass der Spalt zwischen Gehäuse 2 und dem Stufenabschnitt 48 in unbetätigter Stellung und am Anfang einer Betätigung des Kolbens 46 größer ist.
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Es wird bei diesem erfindungsgemäßen Hauptzylinder die Tatsache zu Grunde gelegt, dass erst mit zunehmendem Hub das Druckniveau im Hauptzylinder steigt und kleinere Spaltmaße nötig macht.
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Im Umkehrschluss bedeutet dieses auch, dass bei kleinem Hub bzw. in Ausgangsposition des Kolbens 46 durchaus größere Spaltmaße zwischen Kolben 46 und Gehäuse 2 vorhanden sein dürfen, ohne die Robustheit gegenüber Verschleiß spürbar zu mindern.
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Die umlaufende Nut 49 definiert somit einen sich axial erstreckenden Bereich mit großem Spalt zwischen Nutgrund 51 und Gehäuse 2. Sich daraus ergebende technisch nutzbare Vorteile des nun anfänglich größeren Spalts sind sowohl ein geringerer Durchflusswiderstand für Fahrdynamik-Regelungssysteme als auch ein besseres Nachströmen bei Volumenmangel bei schnellem Rückhub des Kolbens 46. Speziell das verbesserte Nachströmen bei Volumenmangel verhindert wirkungsvoll die Entstehung von so genannten Kavitationsgeräuschen.
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Wie oben bereits beschrieben wurde, sind bei einem Tandemhauptzylinder die zwei hintereinander angeordneten Kolben 46,4 in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise nahezu identisch. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kolbens 46 ist auch auf den zweiten Kolben 4 anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptzylinder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Kolben
- 5
- Dichtelement
- 6
- Dichtelement
- 7
- Druckraum
- 8
- Druckraum
- 9
- Steuerdurchlass
- 10
- Steuerdurchlass
- 11
- Nachlaufraum
- 12
- Nachlaufraum
- 13
- Innenseite
- 14
- Innenseite
- 15
- Innennut
- 16
- Innennut
- 17
- Hülse
- 18
- Hülse
- 19
- Kragen
- 20
- Kragen
- 21
- Wandung
- 22
- Wandung
- 23
- Ringnut
- 24
- Ringnut
- 26
- Innendichtlippe
- 27
- Innendichtlippe
- 28
- Außendichtlippe
- 29
- Außendichtlippe
- 30
- Außenseite
- 31
- Außenseite
- 32
- Druckmittelkanal
- 33
- Druckmittelkanal
- 34
- Druckfeder
- 35
- Druckfeder
- 36
- Seite
- 37
- Seite
- 38
- Zapfen
- 39
- Zapfen
- 40
- Ende
- 41
- Ende
- 42
- Anschlag
- 43
- Anschlag
- 44
- Kragen
- 45
- Kragen
- 46
- Kolben
- 47
- Steuerdurchlass
- 48
- Stufenabschnitt
- 49
- Nut
- 50
- Kolbenaußendurchmesser
- 51
- Nutgrund
- 52
- Bereich
- A
- Betätigungsrichtung
- b
- Nutbreite
- X
- Kolbenachse
