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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Reibungsbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, bei der unter Verwendung der Kolben-Zylinder-Einheit gemäß Anspruch 1 eine Feststellbremse ausgebildet ist.
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Kolben-Zylinder-Einheiten sind für die verschiedensten Anwendungen bekannt. Sie weisen einen Kolben auf, der axial verschieblich in einem Zylinder aufgenommen ist, wobei der Kolben durch Druckbeaufschlagung mit einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) axial im Zylinder bewegt wird und/oder eine Axialkraft ausübt. Umgekehrt kann der Kolben zur Druckerzeugung durch einen mechanischen Antrieb beispielsweise mit einem Pleuel im Zylinder axial verschoben werden. Wird der Kolben quer beaufschlagt, was bei Verwendungen von Kolben-Zylinder-Einheiten der Fall sein kann, liegt der linienförmige Kolben an einer Umfangsstelle am Zylinder an. An einer gegenüberliegenden Umfangsstelle wird ein Spalt zwischen Kolben und Zylinder vergrößert. Die Spaltvergrößerung kann zum Abheben einer Dichtung des Kolbens und somit zu einer Undichtigkeit führen. An der Umfangsstelle, an der der Kolben am Zylinder anliegt, wird eine Dichtung, die den Kolben im Zylinder abdichtet, zusammengedrückt, und es kann insbesondere bei Gummi- oder Kunststoffdichtungen zu dauerhaften Verformungen der Dichtung kommen. Wird der Kolben entlastet und richtet sich wieder koaxial im Zylinder aus kann es dadurch im Bereich der Entlastung der Dichtung zu einer Undichtigkeit kommen.
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Eine Einrichtung, die den Kolben im Sinne des Oberbegriffs des Anspruchs 1 in Querrichtung beaufschlagen kann, wird in der
DE 1 216 630 A bzw. in der
DE 1 273 933 A gezeigt.
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Erläuterung und Vorteile der Erfindung
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Der Kolben der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Dichtungshalter auf, an dem eine Dichtung angeordnet ist, die zwischen dem Kolben und dem Zylinder abdichtet. Der Dichtungshalter ist radial beweglich gegenüber dem Kolben, in axialer Richtung ist der Dichtungshalter unbeweglich mit dem Kolben verbunden oder höchstens begrenzt beweglich, d. h. in axialer Richtung bewegen sich der Dichtungshalter und die Dichtung mit dem Kolbenmit, wobei eine Axialbewegung des Dichtungshalters um ein Axialspiel zwischen dem Dichtungshalter und dem Kolben und eine Axialbewegung der Dichtung zusätzlich um ein Axialspiel der Dichtung gegenüber dem Dichtungshalter verkürzt sein kann. Durch die Radialbeweglichkeit des Dichtungshalters gegenüber dem Kolben verbleibt der Dichtungshalter mit der Dichtung koaxial im Zylinder wenn der Kolben durch eine Querbeaufschlagung radial im Zylinder bewegt wird. Die Radialbeaufschlagung des Kolbens wird nicht auf den Dichtungshalter und damit auch nicht auf die Dichtung übertragen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Dichtung des Kolbens bei einer Querbeaufschlagung und einer Querbewegung des Kolbens nicht an einer Umfangsstelle zusammengedrückt und an einer gegenüberliegenden Umfangsstelle entlastet wird. Die Dichtung wird wie bei einem ausschließlich axial beaufschlagten Kolben beansprucht. Derartige Dichtungsbeanspruchungen werden beherrscht. Die Gefahr einer Undichtigkeit während und nach einer Querbeaufschlagung des Kolbens ist verringert, eine Lebensdauer der Dichtung ist erhöht.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Anspruch 5 ist auf eine Reibungsbremse mit einer Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Bremse gerichtet. Die Reibungsbremse ist beispielsweise eine Scheibenbremse, sie kann durch ein Druckmittel, d. h. insbesondere hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Auch eine mechanische oder elektromechanische Betätigung ist denkbar. Mit einer Feststelleinrichtung, mit der die Betätigungseinrichtung in einer betätigten Stellung der Reibungsbremse arretierbar ist, ist die Reibungsbremse zu einer Feststellbremse (Parkbremse) ausgebildet. Derartige Reibungsbremsen sind an sich bekannt. Erfindungsgemäß weist die Feststelleinrichtung der Reibungsbremse eine Kolben-Zylinder-Einheit gemäß Anspruch 1 auf. Der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit weist eine Ausnehmung an seinem Umfang auf, die mit einem Feststellelement, beispielsweise einem Stößel, zusammenwirkt. In einer axialen Stellung des Kolbens befindet sich die Ausnehmung in Deckung mit dem Feststellelement, so dass das Feststellelement mit einem Ende in die Ausnehmung des Kolbens hineinbeweglich ist. In einer anderen axialen Stellung des Kolbens befindet sich die Ausnehmung seitlich neben dem Feststellelement, so dass das Feststellelement nicht in die Ausnehmung des Kolbens hineinbewegt werden kann, sondern außerhalb eines Umfangs des Kolbens gehalten wird. In dieser Stellung arretiert das Feststellelement die Betätigungseinrichtung der Reibungsbremse, hält also beispielsweise einen Bremskolben der Reibungsbremse in einer vorgeschobenen Stellung, in der der Bremskolben einen Reibbremsbelag an einen zu bremsenden Bremskörper, beispielsweise eine Bremsscheibe, drückt. Dadurch ist die Betätigungseinrichtung der Reibungsbremse in betätigter Stellung arretiert und der Bremskörper wird gebremst. Die Arretierung der Betätigungseinrichtung ist selbsthaltend, es ist keine Druck- oder Kraftbeaufschlagung zur Aufrechterhaltung der Feststellbremskraft erforderlicht.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Betätigungseinrichtung einer Reibungsbremse mit einer Feststelleinrichtung, die eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit aufweist, im Achsschnitt in gelöster Stellung;
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2 die Betätigungseinrichtung aus 1 in betätigter und arretierter Stellung; und
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3 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß Pfeil III in 2.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine Betätigungseinrichtung 10 einer im übrigen nicht dargestellten Reibungsbremse. Die Reibungsbremse ist als Scheibenbremse ausgebildet und zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung 10 weist einen Bremskolben 12 auf, der in einem Zylinder 14 aufgenommen ist. Durch Druckbeaufschlagung mit einem Druckmittel durch einen ersten Druckanschluss 16 wird der Bremskolben 12 aus dem Zylinder 14 herausverschoben und drückt dadurch in an sich bekannter Weise einen nicht dargestellten Reibbremsbelag gegen eine ebenfalls nicht dargestellte Bremsscheibe. Das Druckmittel ist Bremsflüssigkeit oder auch Druckluft. Eine Kolbendichtung 18, die in eine umlaufende Nut des Bremskolbens 12 eingesetzt ist, dichtet zwischen dem Bremskolben 12 und dem Zylinder 14 ab. Im bisher beschriebenen Umfang ist die Betätigungseinrichtung 10 Stand der Technik.
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Quer zum Bremszylinder 14 ist ein weiterer Zylinder 20 angeordnet, in dem ein weiterer Kolben 22 axial verschieblich aufgenommen ist. Der weitere Zylinder 20 und der weitere Kolben 22, nachfolgend auch Zylinder 20 und Kolben 22 genannt, bilden eine Kolben-Zylinder-Einheit 20, 22 gemäß der Erfindung. Eine Axialverschiebung des Kolbens 22 im Zylinder 20 erfolgt durch Druckbeaufschlagung jeweils einer Stirnseite des Kolbens 22 durch Druckanschlüsse 24, 26 des Zylinders 20.
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Der Kolben 22 weist eine Ausnehmung 28 an einer Stelle seines Umfangs auf, die mit einem Stößel 30 zusammenwirkt, der auf einer dem weiteren Kolben 22 zugewandten Stirnfläche des Bremskolbens 12 aufgesetzt ist. Der Stößel 30 bildet ein Feststellelement, er ist in einer Bohrung verschiebbar aufgenommen, die durch eine Trennwand 32 zwischen dem Bremszylinder 14 und dem weiteren Zylinder 20 hindurch geht.
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Die Form der Ausnehmung 28 des Kolbens 22 ist in 2 gut erkennbar, sie weist eine Anlaufschräge 34 auf. Diese Form der Ausnehmung 28 ist allerdings nicht zwingend.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 20, 22 und der Stößel 30 bilden eine Feststelleinrichtung, mit der die Betätigungseinrichtung 10 in einer betätigten Stellung arretierbar ist: Zum Betätigen der im übrigen nicht dargestellten Scheibenbremse wird wie bereits ausgeführt der Bremskolben 12 durch Druckbeaufschlagung aus dem Zylinder 14 heraus verschoben und drückt einen nicht dargestellten Reibbremsbelag, der auf einer der Kolben-Zylinder-Einheit 20, 22 abgewandten Stirnseite am Bremskolben 12 anliegt, gegen eine nicht dargestellte Bremsscheibe, wodurch die Scheibenbremse betätigt ist. In dieser betätigten Stellung des Bremskolbens 12 wird der weitere Kolben 22 aus der in 1 dargestellten Stellung durch Druckbeaufschlagung durch den einen Druckanschluss 26 des Zylinders 20 in die in 2 dargestellte Stellung, in der Zeichnung also nach rechts, verschoben. Der Stößel 30 befindet sich jetzt seitlich zur Ausnehmung 28 des Kolbens 22 versetzt, der Stößel 30 liegt am Umfang des Kolbens 22 an und lässt sich deswegen nicht mehr in den Zylinder 20 hineinverschieben. Der Stößel 30 hält auf diese Weise den Bremskolben 12 in der in 2 dargestellten, aus dem Bremszylinder 14 herausverschobenen, betätigten Stellung. Dieser Zustand ist drucklos stabil, die nicht dargestellte Scheibenbremse ist mit der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit 20, 22 zu einer Feststellbremse (Parkbremse) ausgebildet, die eine einmal aufgebrachte Bremskraft drucklos aufrecht erhält.
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Zum Lösen der Feststelleinrichtung wird der weitere Kolben 22 durch Druckbeaufschlagung durch den anderen Druckanschluss 24 des Zylinders 20 in seine in 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückverschoben, so dass der Stößel 30 in Deckung mit der Ausnehmung 28 des Kolbens 22 gelangt und dadurch in die Ausnehmung 28 hineinbewegbar ist. Dadurch wird die Arretierung des Bremskolbens 12 gelöst, der Bremskolben 12 lässt sich im Zylinder 14 zurückverschieben und die Scheibenbremse dadurch lösen. Zu einer Betriebsbremsung wird der Bremskolben 12 in an sich bekannter Weise mit Druckmitteln beaufschlagt ohne dass der weitere Kolben 22 verschoben wird.
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In der in 2 dargestellten, arretierten Stellung drückt der Stößel 30 den weiteren Kolben 22 radial zum weiteren Zylinder 20 von innen gegen den Zylinder 20. Der Kolben 22 wird gegen eine dem Bremskolben 12 abgewandte Umfangsstelle des Zylinders 20 gedrückt. Der Bremskolben 12 und der Stößel 30 können deswegen als Einrichtung bezeichnet werden, die den Kolben 22 in einer Querrichtung beaufschlägt. In der in 3 dargestellten Ausschnittsvergrößerung ist eine Radialverlagerung des Kolbens 22 im Zylinder 20 übertrieben stark dargestellt.
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Auf beiden Stirnseiten des Kolbens 22 ist je ein Dichtungshalter 36 angeordnet, der mit dem Kolben 22 radial beweglich verbunden ist. Der Dichtungshalter 36 ist ein zylindrisches Bauteil mit einer umlaufenden Nut 38, in der ein Dichtring 40 als Dichtung für den Kolben 22 einliegt. Zur Verbindung des Dichtungshalters 36 mit dem Kolben 22 weist der Kolben 22 einen Zapfen 42 mit einem Kopf 44 auf, der in eine komplementäre Ausnehmung 46 des Dichtungshalters 36 eingeschnappt ist. Die Ausnehmung 46 weist einen größeren Durchmesser als der Zapfen 42 bzw. dessen Kopf 44 auf, so dass der Dichtungshalter 36 radial beweglich mit dem Kolben 22 verbunden ist. Außerdem lässt das Übermaß der Ausnehmung 46 im Dichtungshalter 36 gegenüber dem Zapfen 42 mit dem Kopf 44 eine begrenzte Beweglichkeit des Dichtungshalters 36 gegenüber dem Kolben 22 in axialer Richtung zu. Die axiale Beweglichkeit ist allerdings nicht zwingend. Durch die radial bewegliche Verbindung des Dichtungshalters 36 mit dem Kolben 22 verlagert sich der Dichtungshalter 36 nicht radial wenn der Kolben 22 in Querrichtung beaufschlagt wird, wie dies in 2 und 3 dargestellt ist. Der Dichtring 40 hält den Dichtungshalter 36 koaxial im Zylinder 20 ausgerichtet, der Dichtring 40 ist von der Querbeaufschlagung des Kolbens 22 entkoppelt. Es wird vermieden, dass durch eine Querbeaufschlagung des Kolbens 22 der den Kolben 22 im Zylinder 20 abdichtende Dichtring 40 an einer Stelle seines Umfangs stärker zusammengedrückt und auf der gegenüberliegenden Umfangsstelle entlastet wird. Durch die Entkopplung des Dichtrings 40 von einer Querbeaufschlagung des Kolbens 22 wird der Dichtring 40 wie bei einem ausschließlich axial beaufschlagten Kolben beansprucht.
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Auf den Zapfen 42 des Kolbens 22 ist ein schlauchförmiger Gummiring 48 aufgesetzt, der in die Ausnehmung 46 des Dichtungshalters 36 eingreift. Der Gummiring 48 bildet ein in radialer Richtung wirkendes Feder- und/oder Dämpferelement, das den Kolben 22 axial im Zylinder 20 ausrichtet wenn der Kolben 22 nicht in Querrichtung beaufschlagt wird. Die axiale Ausrichtung erfolgt über den Dichtungshalter 36, der über seinen Dichtring 40 axial im Zylinder 20 ausgerichtet ist.
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In einer dem Kolben 22 zugewandten Stirnfläche weist der Dichtungshalter 36 eine umlaufende Nut auf, in der ein O-Ring 50 einliegt, der an einer zugewandten Stirnfläche des Kolbens 22 anliegt. Dieser O-Ring 50 bildet ein in axialer Richtung wirkendes Feder- und/oder Dämpferelement, das auf den Dichtungshalter 36 ausgeübte Druckstöße dämpft.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 20 ist zum Arretieren oder Verriegeln auch in anderen Anwendungen verwendbar, beispielsweise in Werkzeugmaschinen oder sonstigen Geräten. Die Kolben-Zylinder-Einheit 20, 22 mit den quer beweglich mit dem Kolben 22 verbundenen Dichtungshaltern 36 kann immer dann zum Einsatz kommen, wenn unterschiedliche oder gleiche Medien mit unterschiedlichen oder gleichen Druckniveaus voneinander getrennt gehalten werden sollen und der Kolben 22 einer Querbeanspruchung ausgesetzt sein kann.
