DE3024299A1

DE3024299A1 - Dichtung, insbesondere von zylinderkolben fuer scheibenbremsen

Info

Publication number: DE3024299A1
Application number: DE19803024299
Authority: DE
Inventors: John A Burke; James B Gross
Original assignee: Greene Tweed and Co
Current assignee: Greene Tweed of Delaware Inc
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1981-01-08
Also published as: CA1134875A; GB2051973B; FR2460430A1; DE3024299C2; JPS5610865A; FR2460430B1; GB2051973A; JPS5939629B2; US4229013A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch 0 2 A 2 9 9 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach ^Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D -8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

27. Juni I98O

Datum: ' ·*

Unser Zeichen: l6 862 - K/Ap Anmelder: Greene, Tweed A Co., Inc.

North Wales, Pa. 19454 USA

Titel: Dichtung, insbesondere von ZyIInderkolben für Scheibenbremsen

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Bei gewissen Vorrichtungen, z.B. bei Scheibenbrerasen, wird ein Bremsbelag in Berührung mit der Bremsscheibe unter der Wirkung eines Kolbens gebracht. Es ist üblich, eine Feder vorzusehen, um den Kolben in seine Ausgangsstellung zurückzuführen. Unter gewissen Umständen arbeiten diese Federn nicht zuverlässig, wodurch der Reibungsschluß zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsbelag selbst dann erhalten bleibt, wenn die Kolben nicht mehr mit Druck belastet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem dadurch zu lösen, daß ein Dichtring vorgesehen wird,.der den Kolben um einen vorbestimmten Abstand zurückführt^der ausreicht um die Reibungsberührung zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe aufzuheben. In der US-PS 40 58 084 ist die Nut für den Dichtungsring in von der herkömmlichen Form abweichender Form ausgebildet, und/oder es wird eine Feder in der Nut zusammen mit dem Dichtring eingelegt. Der erfindungsgemäße Dichtring ist demgegenüber so ausgebildet, daß er in einer genormten Nut untergebracht werden kann, wobei der Dichtring die zusätzliche Wirkung der Rückführung übernimmt und wie eine Rückzugsfeder arbeitet. In diesem Zusammenhang wird noch auf die US-PS 37 71 80I verwiesen, in der eine Dichtung beschrieben ist, die jedoch nur bei oberflächlicher Betrachtung gemeinsame Merkmale mit der erfindungsgemäßen Dichtung besitzt.

Gemäß der Erfindung ist eine Dichtung vorgesehen, die aus einem Dichtring aus elastischem Material und einem passenden Stützring besteht. Die Dichtung besitzt eine radial verlaufende Stirnseite, die die Druckseite des Aufbaus definiert. Der Dichtring besitzt eine innere Umfangsoberfläche, die durch drei diskrete Abschnitte definiert ist. Der erste Abschnitt konvergiert von jener Stirnseite mit einem Winkel zwischen 3° und 10° gegenüber der Achse des Dichtringes.

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Der zweite Abschnitt schließt an den ersten Abschnitt an und weist eine konische Oberfläche auf, die in einem Winkel zwischen 20° und 40° gegenüber einem Radius des Dichtrings angestellt ist. Der dritte Abschnitt schließt an den zweiten Abschnitt an, und besteht aus einem axial verlaufenden Flansch in der Nähe des äußeren Umfangs des Dichtungsrings. Der Stützring liegt radial innerhalb des dritten Abschnitts und besitzt radial angeordnete Stirnflächen.

Die Erfindung bezweckt weiterhin die Schaffung einer neuartigen Dichtung, bei der der Dichtring eine Doppelfunktion ausübt und sowohl als Dichtung als auch als Rückzugsfeder arbeitet.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines neuartigen Dichtungsaufbaus zur Benutzung in Verbindung mit einem stationären Teil einer Vorrichtung, wobei der Dichtring in der Lage ist, einen Kolben um einen kurzen Abstand zurückzuziehen, wenn der auf dem Kolben lastende Druck nachgelassen wird, wobei der gesamte Dichtungsaufbau in einer konventionellen Dichtungsnut untergebracht werden kann.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Dichtungsaufbaus, die ein Problem löst, welches darin besteht, daß Bremsen hängen bleiben und dieses Problem wird auf einfache billige und betriebssichere Art gelöst.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine Schnittansicht eines typischen Bremsaufbaus, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann;

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Teilschnitt der die in eine Nut eingesetzte Dichtung zeigt, bevor eine Berührung zwischen der Dichtung und dem Kolben stattfindet;

Fig. j5 eine der Figur 2 entsprechende Schnittansicht, bei der die einzelnen Teile in jener Stellung befindlich sind, die sie einnehmen wenn die innere Umfangsoberfläche des Dichtungsrings die äußere Umfangsoberfläche des Kolbens berührt;

Fig. H- eine der Figur 3 entsprechende Schnittansicht, welche die Orientierung der Bauteile erkennen läßt, nachdem der Kolben voll unter Druck gesetzt ist;

Fig. 5 eine grafische Darstellung des Federrückweges in Abhängigkeit von dem Druck, der dem Kolben eines BremsZylinders zugeleitet ist.

Figur 1 zeigt eine Scheibenbremse, die ein typisches Anwendungsbeispiel darstellt, bei der die erfindungsgemäße Dichtung Anwendung finden kann. Die Bremse 10 ist von herkömmlicher Bauart und bildet nicht Gegenstand der Erfindung.

Die Bremse weist ein Gehäuse 12 auf und besitzt eine Scheibe 14, die zwischen zwei Bremsbelägen 16 und 18 läuft. Der

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Bremsbelag 16 wird vom Kolben 20 beaufschlagt, und der Bremsbelag 18 vom Kolben 22. Jeder Kolben kann eine Rückzugsfeder aufweisen, die koaxial angeordnet und die Kolben und die zugeordneten Bremsbeläge zurückzieht, wenn kein Bremsdruck vorhanden ist, jedoch sind solche Federn nicht unbedingt erforderlich.

Der Strömungsmitteldruck kann auf die linke Stirnfläche des Kolbens 20 und die rechte Stirnfläche des Kolbens 22 über Strömungsmittelleitungen 24 im Gehäuse 12 aufgebracht werden. Im stationären Teil des Gehäuses 12 ist eine Dichtung 26 angeordnet, um eine Dichtungsberührung mit dem äußeren Umfang des Kolbens 20 herzustellen. Eine ähnliche Dichtung ist für den Kolben 22 vorgesehen. Die Dichtungen 26 und 28 sind einander gleich, und daher wird nur die Dichtung 28 im einzelnen beschrieben.

Figur 2 zeigt das Gehäuse 12, welches mit einer üblichen Nut 50 zur Aufnahme der Dichtung 28 ausgestattet ist. Die Dichtung 28 weist einen Dichtring 32 und einen Stützring 34 auf. Der Dichtring 32 weist eine radiale Stirnfläche 36 an der Druckseite auf. D.h. die Oberfläche 36 ist jene Oberfläche, die dem Druck ausgesetzt wird, der auf den Kolben 22 wirkt. Der innere Umfang des Dichtrings 32 wird durch drei glatt ineinander übergehende Oberflächen definiert, nämlich durch die Oberflächen 38, 40 und 42. Die Oberfläche 38 konvergiert nach der Oberfläche 36 in einem Winkel zwischen 3 und 10° gegenüber der Achse des Dichtrings 32. Die bevorzugte Abschrägung liegt zwischen 4 und 6%. Es hat sich gezeigt, daß eine Abschrägung von weniger als 4° für die Oberfläche 38 unerwünscht ist, da dann der Kolben durch den Dichtungsring unzulänglich erfaßt wird. Es hat sich weiter gezeigt, daß eine Abschrägung von mehr als 10° unerwünscht ist, da dann der Dichtungsring am Kolben blockiert wird,

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Der Schnitt der Oberflächen 38 und 40 ist, wie aus Figur ersichtlich, abgerundet. Die Oberfläche 40 verläuft unter einem Winkel zwischen 20° und 40° gegenüber einem Radius des Dichtrings 32. Der bevorzugte Winkel für die Oberfläche 40 liegt zwischen 28 und 32° gegenüber einem Radius auf dem Dichtring 32. Die Oberfläche 42 definiert den inneren Umfang eines axial verlaufenden Flansches 43 des Dichtrings 32. Die axiale Dicke der Dichtung 28 ist geringer als die Breite der Nut 30, wodurch ein Raum 44 auf der Druckseite der Nut 30 verbleibt. Die Ecken am Grunde der Nut 30 können abgerundet sein, wobei eine gewisse Fehlan passung an eine abgerundete - Ecke des Flansches 43 günstig sein kann, um einen im Querschnitt mondsichelförmigen Zwischenraum 36 zu belassen.

Der Stutzring 34 weist radiale Seitenflächen 48 und 50 auf. Die Dichtung besitzt einen im Querschnitt dreieckigen Raum 52 am inneren Umfang, der durch die schräge Oberfläche 40 und die stirnfläche 50 definiert ist. Die äußere Umfangsecke des Rings 34, die diesem Raum 52 zugewandt ist, wird durch eine gekrümmte Oberfläche 54 definiert. Der Schnitt der Oberflächen 42 und 40 wird durch eine gekrümmte Oberfläche 56 definiert.

Der Krümmungsradius der Oberflächen 54 und 56 ist gleich, aber die Mittelpunkte sind versetzt zueinander, was dazu führt, daß der Raum 52 am äußeren Umfang einen gekrümmten Schwanzabschnitt zwischen den Oberflächen 54 und 56 aufweist.

Der Innere Durchmesser des Diohtrings 32 ist kleiner als der äußere Durchmesser des zugeordneten Kolbens, beispielsweise des Kolbens 22. Wenn der Kolben 22 so bewegt wird,

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daß er koaxial zu dem Dichtring 32 liegt und von diesem umschlossen wird, dann deformiert sich der Dichtring 32 und nimmt die aus Figur 3 ersichtliche Gestalt an. Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß sich der Dichtring 32 so deformiert hat, daß die Oberfläche J>6 sich nach außen in den Raum 44 ausgebaucht hat. Auch die Oberfläche 40 hat sich deformiert, und zwar derart, daß der Raum 52 kleiner wird, jedoch hat dieser noch immer etwa die gleiche Gestalt. Der bevorzugte Quetschbereich liegt zwi schen 11 und

Wenn der Kolben 22 unter Druck gesetzt wird und sich von rechts nach links gemäß Fig. 3 und 4 bewegt, dann deformiert sich der Dichtring 32 in die aus Figur 4 ersichtliche Form. Die Räume 52 und 46 sind verschwunden, während der Raum 44 beträchtlich größer geworden ist. Wenn der Druck nachläßt, dann nimmt der Dichtring 32 wieder die aus Fig. 3 ersichtliche Stellung ein und zieht den Kolben 22 von links nach rechts. Das Ausmaß dieser RUckzugsbewegung des Kolbens 22 durch den Dichtring 32 ist eine Funktion des dem Kolben zugeftihrten Strömungsmitteldrucks. Wie aus Figur 5 ersichtlich, zieht der Dichtring 32 den Kolben 22 zwischen 0,254 mm (0,01") wenn der Druck 3,45 bar (50 psi) beträgt und 0,56 mm (0,022") zurück, wenn der Druck 27,6 bar (400 psi) beträgt. Überraschenderweise hat die Erhöhung des Druckes bis auf 41,3 bar (600 psi) oder höher keine Wirkung auf das Ausmaß der Rückstellung des Kolbens durch den Dichtring 32. Die obigen Werte stellen Meßergebnisse für eine spezifische Dichtungsgröße von einem 0,22 Querschnitt dar, d.h. von einem Nennquerschnitt von 4,76 mm.

Das bevorzugte Material für die Dichtung 32 ist Gummimaterial aus der Familie Äthylen-Propylen im Hinblick auf eine Kompatibilität mit Bremsflüssigkeiten, die bei Kraftfahrzeugen

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Anwendung finden. Andere elastische Gummimaterialien können jedoch Anwendung finden, wenn dies die zur Verwendung kommenden Flüssigkeiten oder extreme Temperaturen erfordern. Wichtig ist es, ein hochelastisches Gummimaterial zu wählen, welches eine minimale Kompressionscharakteristik besitzt. Der Stützring 34 besteht vorzugsweise aus einem Material, das kommerziell unter der Bezeichnung "NY^-LATRON¹¹ verfügbar ist und in die erforderliche Form gegossen, oder spanabhebend bearbeitet ist. Der Stützring 34 kann auch aus anderem herkömmlichem Material bestehen, beispielsweise aus Tetrafluoräthylen, Nylon, Phenolharzen, Metall, je nach dem Anwendungszweck.

Der Raum 44 sollte groß genug sein, um eine thermische Expansion der Dichtung unter maximalen Betriebstemperaturen zu ermöglichen. Um einen einfachen Zusammenbau zu gewährleisten und eine Verzerrung des Dichtringes 32 zu ermöglichen, hat der Raum 44 zweckmäßigerweise eine Breite, die 5 bis 15# der axialen Länge der Dichtungsnut beträgt.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Dichtrings 32 besitzt dieser einen äußeren Nenndurchmesser von 20 mm (3,143") mit einer radialen Länge der Oberfläche 36 in Fig. von 5,5 mm (0,215"). Wenn der Dichtring 32 radial nach außen durch den Kolben 22 verzerrt ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, dann hat sich die Oberfläche 36 längs eines Radius um etwa 0,64 bis 0,76 mm (0,025 bis 0,30") verkürzt. Demgemäß hat sich die Länge der Oberfläche ~^6 längs eines Radius verkleinert, der zwischen etwa 8 und 14# liegt, und zwar infolge der Deformation durch den Kolben 20, wenn man die Figuren 2 und 3 vergleicht. Es hat sich gezeigt, daß ein auf diese Weise aufgebauter Ring den Kolben wiederholt so weit zurückzieht, daß eine Berührung der Bremsbeläge 16, 18 mit der Scheibe 14 verhindert wird, wenn der Druck nachläßt.

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Eine getrennte Feder ist dann nicht erforderlich und die Nut 30 ist eine genormte Dichtungsnut, die keine spezielle spanabhebende Bearbeitung oder Formgebung erfordert. Die gekrümmten Oberflächen 54, 56 verhindern die Konzentration von Spannungen, wenn der Dichtring 32 die in Fig. 4 dargestellte Stellung einnimmt.

Der Stützring 34 muß einen Innendurchmesser besitzen, der gleich oder etwas größer ist als der maximale äußere Durchmesser des ihm zugeordneten Kolbens. Die axiale Dicke des Stützrings 34 im Hinblick auf die axiale Länge der Nut 30 kann zwischen I5 und 25# liegen. Die Dichtung gemäß vorliegender Erfindung kann eine Stecker- oder eine Buchsen-Dichtung sein, so lange die dafür vorgesehene Nut stationär ist.

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it.

ZUSAMMENPASSUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pederdichtung in Gestalt eines Dichtrings, der dicht einen sich bewegenden Kolben erfaßt und die normale Dichtungsfunktion durchführt. Wenn der Druck auf .den Kolben nachläßt, dann bewirkt der Dichtring eine Rückführung des Kolbens, so daß er in eine Ausgangslage zurückgeführt wird. Der Dichtring ist so gestaltet, daß er in eine herkömmliche Dichtungsnut oder eine O-Ringnut einpaßt, ohne daß es erforderlich wäre, die Nut zu modifizieren.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Dichtung, bestehend aus einem ringförmigen Dichtring aus elastischem deformierbaren Material und einem passenden Stützring, wobei der Dichtring eine radial liegende Stirnseite besitzt, die die Druckseite der Dichtung definiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring eine innere Umfangsoberfläche aufweist, die durch drei aneinanderschließende Abschnitte definiert ist, nämlich einem ersten Abschnitt (38), der nach der Stirnfläche (36) konvergiert, wobei der Konuswinkel zwischen 3 und 10° gegenüber der Achse des Dichtringes beträgt, einem zweiten Abschnitt (40) mit einer im Winkel angestellten Oberfläche, der von dem ersten Abschnitt in einem Winkel zwischen 20 und 40° gegenüber einem Radius des Dichtungsringes nach außen verläuft, und einem dritten Abschnitt (42), der als axial verlaufender Plansch in der Nähe des äußeren Umfangs des Dichtrings ausgebildet ist, und daß der Stützring (34) radial innerhalb des dritten Abschnitts liegt und radial angeordnete Seitenflächen (48, 50) besitzt, wobei eine Stirnfläche (50) des Stützrings mit dem zweiten Abschnitt (40) des Dichtringes zusammenwirkt, um einen allgemein dreiecksförmig gestalteten Raum (52) am inneren Umfang der Dichtung zu schaffen, wobei der Scheitel des dreieckförmig gestalteten Raums sich radial nach außen erstreckt.

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2. Dichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (56) von zweitem und drittem Abschnitt durch eine gekrümmte Oberfläche definiert ist, und daß eine gegenüberliegende Ecke (5²I-) des Stützrings eine ähnlich gekrümmte Oberfläche aufweist.
3. Dichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser des Dichtrings in Ruhelage kleiner ist als der innere Durchmesser des Stützrings.
4. Dichtung nach Anspruch 1, mit einem stationären Gehäuseabschnitt, der eine Ringnut enthält, in der die Dichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, _, daß die axiale Länge der Nut (30) größer ist als die axiale Länge der Dichtung, so daß ein freier Raum (44) gebildet wird, der an die Stirnfläche (36) des Dichtrings anschließt, daß ein Kolben (22) den inneren Umfang des Dichtringes deformiert, so daß diese Stirnfläche in den zuletzt erwähnten Raum (44) ausgebaucht wird und der Dichtring infolge der Berührung zwischen dem ersten Abschnitt des Dichtrings und der UmfangsOberfläche des Kolbens unter Spannung gesetzt wird, derart, daß der Dichtring weiter am Kolben angreift und diesen in die Ausgangslage zurückzieht, wenn der Druck auf den Kolben nachläßt.

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