-
Titel: Hydraulischer Hauptzylinder für Fahrzeug-
-
Hydraulikanlagen
Beschreibung Hydraulischer Hauptzylinder
für Fahrzeug-Hydraulikaniagen Die Erfindung betrifft hydraulische Hauptzylinder
für Fahrzeugkupplungs- oder -bremsanlagen, bei denen ein Druckraum in einer Bohrung
eines Gehäuses vor einem in der Bohrung arbeitenden Kolben ausgebildet ist und das
Gehäuse eine aus dem Druckraum herausführende Auslaßöffnung und eine FUllleitung
aufweist, über die der Druckraum mit einem Behälter für Hydraulikflüssigkeit zumindest
in einer zurückgezogenen Ruhestellung des Kolbens in Verbindung steht, wobei eine
anfängliche Bewegung des Kolbens in der Bohrung in einer Betätigungsrichtung die
Fülleitung verschließt, um den Druckraum vom Behälter zu trennen, und eine nachfolgende
Bewegung des Kolbens in derselben Richtung Hydraulikflüssigkeit im Druckraum unter
Druck setzt und zur Auslaßöffnung fördert.
-
Bei einigen bekannten Hauptzylindern dieser Art ist die Füllleitung
von einer an ihrem inneren Ende gesenkten Füllöffnung in der Wand des Gehäuses gebildet.
Wenn der Kolben in der Betätigungsrichtung bewegt wird, verschließt
ein
am Kolben angeordnetes Dichtglied, zweckmäßigerweise eine Lippendichtung, die Füllöffnung,
um den Druckraum vom Behälter zu trennen. Theoretisch muß beim Betätigen des Kolbens
das Dichtglied zum Verschließen der Füllöffnung bewegt werden, bevor Flüssigkeit
im Druckraum unter Druck gesetzt werden kann. In der Praxis jedoch kann eine sehr
rasche Bewegung des Kolbens in der Betätigungsrichtung Druck im Druckraum erzeugen,
bevor die Füllöffnung vollständig verschlossen ist.
-
Die Lippendichtung ist zu diesem Zeitpunkt nicht abgestützt 'und in
Gefahr, bei Einwirkung eines solchen Druckes zu reißen.
-
Der axiale Abstand zwischen der Füllöffnung und der Lippendichtung
muß in der Fertigung sehr sorgfältig überwacht werden, um Hubverluste in annehmbaren
Grenzen zu halten. Dies macht eine genaue und teuere Überwachung der Bearbeitung
nicht nur des Gehäuses, sondern auch des Kolbens und des von ihm getragenen Dichtgliedes
nötig, die zusammen eine Kolben-Unterbaugruppe bilden. Bei der Herstellung einer
an ihrem inneren Ende gesenkten Füllöffnung ist es üblich, die Öffnung von innen
in die Wand des Gehäuses einzuarbeiten und dazu ein Werkzeug zu benutzen, das die
geforderte Größe der Senkung "prägt". Dieser Arbeitsgang muß als Präzisionsbearbeitung
in einer sehr späten Phase der Gehäusebearbeitung durchgeführt werden, und in dieser
Phase stellt ein Ausschußteil wegen der Kosten des Gehäuses selbst und der dazuzurechnenden
Bearbeitungskosten einen erheblichen finanziellen Verlust dar.
-
Um ferner bei solchen bekannten Hauptzylindern einen Hydraulikdruckeinschluß
oder -pfropfen zu vermeiden, weist das Gehäuse eine zweite Entlastungsöffnung von
beträchtlichem Durchmesser auf, um bei allen Stellungen des Kolbens in der Bohrung
eine Verbindung zwischen dem Behält er und einem hinter dem Dichtglied gelegenen
Abschnitt der Bohrung herzustellen.
-
Bei den meisten bekannten Hauptzylindern der eingangs beschriebenen
Gattung schafft die Füllöffnung eine direkte,
uneingeschränkte Verbindung
zwischen dem Behälter und dem Druckraum. Bei dem in der US-PS 3 199 299 beschriebenen
Hauptzylinder ist jedoch in der Wand des Gehäuses zwischen der Füllöffnung und dem
Behälter ein Stopfen aus porösem Werkstoff angeordnet. Dieser Werkstoff des Stopfens
ermöglicht Flüssigkeitsdurchgang durch den Stopfen bei niedrigen Austrittsdrücken,
begrenzt aber Druckverlust während dieser Durchströmung so, daß, wenn im Hauptzylinder
hoher Druck herrscht, an dieser Seite eine Druckzunahme stattfindet.
-
Wenngleich dies einen raschen Druckaufbau im Hauptzylinder ermöglicht,
wirkt solcher Druck noch immer auf eine am Kolben angeordnete Lippendichtung und
kann auch hier ein Reißen der Lippendichtung hervorrufen, weil diese, wie oben beschrieben,
wegen des Vorhandenseins der Füllöffnung zu diesem Zeitpunkt nicht abgestützt ist.
-
Erfindungsgemäß ist bei einem hydraulischen Hauptzylinder der eingangs
beschriebenen Gattung die Fülleitung von einem Stopfen aus porösem Werkstoff gebildet,
der in einer Öffnung in der Wand des Gehäuses aufgenommen ist, wobei der Außenumfangsrand
des inneren Endes des Stopfens an die Krümmung der Bohrung am inneren Ende der Öffnung
angepaßt ist und das äußere Ende des Stopfens mit Hydraulikflüssigkeit im Behälter
in direkter Berührung ist.
-
Der poröse Stopfen ermöglicht es, daß er von Flüssigkeit bei niedrigen
Drücken durchströmt wird, begrenzt jedoch einen Druckverlust während dieser Durchströmung
so, daß beim Betätigen des Hauptzylinders der Flüssigkeitsdruck im Druckraum rasch
ansteigen kann, noch bevor die voreilende Kante des am Kolben angeordneten Dichtgliedes
den Flächenabschnitt des Stopfens überschritten hat, der in der zurückgezogenen
Stellung des Kolbens vor dem Kolben angeordnet ist.
-
Die Nichtverwendung einer Füllöffnung verringert die Abnutzung
des
am Kolben angeordneten Dichtgliedes, und der Stopfen stützt das Dichtglied in allen
Stellungen ab in denen das Dichtglied über dem inneren Ende des Stopfens steht.
Weil das innere Ende des Stopfens mit der Bohrung flächengleich ist, kann das Dichtglied
über es hinweggleiten, ohne Schaden zu nehmen, und wird von ihm abgestützt, um Beschädigungen
zu verhindern, wenn das Dichtglied dem Druck im Druckraum ausgesetzt wird, bevor
es, wie oben beschrieben, mit seiner voreilenden Kante den Stopfen überschritten
hat.
-
Die Abstützung des Dichtgliedes mit dem porösen Stopfen mildert die
Abnutzung des Dichtgliedes und dient insbesondere zur Abnutzungsminderung, wenn
der Kolben im Betrieb unter Druckeinwirkung in die zurückgezogene Stellung zurückgedrängt
wird, beispielsweise infolge eines Druckanstiegs im Druckraum, der eintreten kann,
wenn der Hauptzylinder in eine Bremsanlage mit Blockierschutzeinrichtung eingebaut
ist.
-
Weil der poröse Stopfen selbst eine herkömmliche Füllöffnung ersetzt,
wird eine Präzisionsbearbeitung zur Herstellung der Füllöffnung durch einen einfachen,
unkritischen Arbeitsgang zur Herstellung der den Stopfen aufnehmenden Öffnung ersetzt.
-
Vorzugsweise ist der Stopfen ausreichend breit, um eine Verbindung
zwischen den beiderseits des Dichtgliedes gelegenen Abschnitten der Bohrung und
dem Behälter herzustellen, wenn der Kolben in seine Ruhestellung zurückgezogen ist.
-
Dies macht die Ausbildung einer zweiten Entlastungsöffnung in der
Wand des Gehäuses entbehrlich, weil der Stopfen eine Verbindung zwischen dem Behälter
und dem hinter dem Dichtglied gelegenen Abschnitt der Bohrung herstellt. Folglich
wird durch die Weglassung der zweiten Entlastungsöffnung die Fertigung vereinfacht
und die Kolbenlänge verringert, weil das Dichtglied wenigstens zum Teil über den
Stopfen streichen kann.
-
Zweckmäßigerweise ist der Stopfen aus einem gesinterten Werkstoff,
insbesondere aus einem Sintermetall hergestellt.
-
Vorzugsweise beträgt der Porenanteil des gesinterten Werkstoffs etwa
20%.
-
Der Mittelabschnitt des inneren Endes des Stopfens ist vorzugsweise
von konkaver Außengestalt mit einem Krümmungsradius, der kleiner ist als der Krümmungsradius
der Bohrung des Gehäuses, wobei der Außenumfangsrand des inneren Endes an das Profil
des Randes in der Wand des Gehäuses angepaßt'ist, der die den Stopfen aufnehmende
Öffnung umgibt.
-
Der Stopfen kann in die Öffnung in der Wand des Gehäuses mit Festsitz
so eingepreßt sein, daß der zylindrisch gerundete Außenumfangsrand in die vorgeschlichtete
Bohrung des Gehäuseshineinragt. Von einer nachfolgenden Fertigbearbeitung, insbesondere
von einem Glätten oder. Rollen, wird nur der Außenumfangsrand betroffen, wodurch
nahezu alle Poren offen bleiben.
-
Vorzugsweise ist der Stopfen von kreisrundem Querschnitt. Um eine
ordnungsgemäße Äusrichtung des Stopfens in der Öffnung sicherzustellen, weist sein
äußeres Ende einen Schraubendreherschlitz auf, mittels dessen der Stopfen in der
Öffnung in eine ordnungsgemäße Stellungsrichtung gebracht werden kann.
-
Beipielsweise kann der Schraubendreherschlitz in eine Linie mit der
Längsachse der Bohrung gebracht werden.
-
Der Schraubendreherschlitz kann in einen vergrößerten Kopf am äußeren
Ende des Stopfens eingearbeitet sein. Bei einer solchen Ausbildung wirkt der vergrößerte
Kopf als Filter und ermöglicht es, daß eine größtmögliche Werkstoffoberfläche der
Flüssigkeit im Behälter ausgesetzt ist.
-
Wenn der Hauptzylinder als Tandem-Hauptzylinder ausgebildet
ist
und einen Primärkolben, der in der Bohrung arbeitet, und einen Sekundärkolben hat,
der in einem zwischen dem Primärkolben und einer Abschlußwand des Gehäuses gelegenen
Abschnitt der Bohrung arbeitet, sind wenigstens zwei Fülleitungen zwischen einem
Behälter und einem zwischen den Kolben gelegenen Primärdruckraum und zwischen einem
Behälter und einem zwischen dem Sekundärkolben und der Abschlußwand gelegenen Sekundärdruckraum
je von einem Stopfen aus porösem Werkstoff gebildet.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
einen hydraulischen Hauptzylinder, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht, mit Blick in
Richtung-der 'Hauptlängsachse des Gehäuses, eines Stopfens für den in'Fig. 1 dargestellten
Hauptzylinder, Fig. 3 eine Ansicht desselben Stopfens mit gegenüber Fig. 2 um 90O
versetzter Blickrichtung und Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Tandem-Hauptzyl.inder.
-
Der in Fig. 1 dargestellte Hauptzylinder hat ein Gehäuse 1 mit einer
längsgerichteten Bohrung 2, die an einem Ende durch eine Abschlußwand 3 verschlossen
ist. In der Bohrung 2 arbeitet ein pedalbetätigter Kolben 4. Das nicht dargestellte
Pedal wirkt auf den Kolben 4 über eine Kolbenstange 5, die mit axialem Zwischenabstand
angeordnete, das entgegengesetzte offene'Ende der Bohrung 2 abdichtende Dichtglieder
6 durchdringt.
-
Auf das innere Ende des Kolbens 4 wirkt eine Rückstelldruckfeder 7,
um ihn normalerweise in einer zurückgezogenen Ruhestellung zu halten, in der er
an einem Anschlagring 8 anliegt.
-
Am inneren Ende des Kolbens 4 ist an einem Abschnitt von
verkleinertem
Durchmesser ein beim gezeigten Beispiel als Lippendichtung ausgebildetes Dichtglied
9 angeordnet, und die Rückstelldruckfeder 7 stützt sich an einem Rückhalteglied
10 am inneren Ende des Kolbens 4 so ab, daß ein rückwärts gerichteter Finger 11
am Rückhalteglied 10 als Anschlag wirkt, um eine Bewegung des Dichtgliedes 9 relativ
weg vom Kolben 4 zu begrenzen.
-
In der Bohrung 2 ist zwischen dem Dichtglied 9 und der Abschlußwand
3 ein Druckraum 12 ausgebildet. Dieser steht normalerweise über eine Fülleitung
13 mit einem vergrößerten Auslaß 14 in Verbindung, der in einem radialen Vorsprung
an der Wand des Gehäuses 1 ausgebildet ist und in offener Verbindung mit einem nicht
dargestellten Behälter für Flüssigkeit steht. Der Druckraum 12 ist über eine nicht
dargetellte Auslaßöffnung ständig mit der Kupplung oder der bzw. den Bremsen verbunden.
-
Die Fülleitung 13 ist von einem Stopfen 15 aus einem porösen Werkstoff,
zweckmäßigerweise aus einem Sintermetall, gebildet, der in einer die Wand des Gehäuses
1 durchsetzenden radialen Öffnung 16 angeordne't ist. Der Stopfen 15 ermöglicht
es-Flüssigkeit und Luft, ihn mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten ohne wesentlichen
Druckabfall zu durchströmen. RUckströme zum' Behälter, verursacht, beispielsweiE.e,
durch räumliche Ausdehnung erwärmter Bremsflüssigkeit, können über lange Zeiträume
von beispielsweise bis zu einer Minute fließen. Wenn der Kolben 4 mit annehmbaren
Geschwindigkeiten betätigt wird, ist die vom Stopfen 15 erzeugte Drosselung jedoch
so, daß in der äußerst kurzen Zeitspanne, die das Dichtglied 9 zum vollständigen
Überschreiten des Stopfens 15 benötigt, nahezu keine Flüssigkeit durch den Stopfen
15 hindurch an den Behälter verlorengeht. Der gesamte Kolbenhub bleibt für die Flüssigkeitsförderung
zu den Bremsen wirksam.
-
Versuche haben gezeigt, daß gute Ergebnisse mit einem Stopfen aus
gesintertem Werkstoff mit einem Porenanteil von 20% erzielt werden.
-
Der Stopfen 15 karin außen entsprechend Fig. 2 und 3 gestaltet und
mit einem Schaft 17 von kreisrundem Querschnitt versehen sein, der die Öffnung 16
durchdringt und von einem vergrößeren Kopf 18 getragen wird.
-
Das innere Ende des Schaftes 17 weist einen konkav vertieften Mittelabschnitt
19 mit einem Radius r auf, der kleiner ist als der Radius R der Bohrung 2, so daß
beim Fertigbearbeiten der Bohrung 2, zweckmäßigerweise durch Honen oder Rollen,
nur ein kleiner Bereich des Schaftes 17 am Außenumfangsrand seines inneren Endes
betroffen wird, das in jedem Falle genau an das Profil am inneren Ende der Öffnung
16 angepaßt ist. Dies stellt sicher, daß nahezu alle Poren offen bleiben.
-
Der Kopf 18 weist einen Schraubendreherschlitz 20 auf, der bei Fluchtung
mit der Hauptlängsachse der Bohrung 2 die richtige Ausrichtung des Stopfens 15 in
der Öffnung 16 festlegt.
-
Der Kopf 18 wirkt als Flüssigkeitsfilter.
-
In der dargestellten zurückgezogenen Ruhestellung ist das Dichtglied
9 an der Rückseite des Stopfens 15 angeordnet und über eine Entlastungsöffnung 21
in der Wand des Gehäuses 1 besteht eine ständige unbeschränkte Verbindung zwischen
dem Behälter und einem hinter dem Dichtglied 9 gelegenen Abschnitt der Bohrung 2,
um beim Vorschieben des Kolbens 4 in der Bohrung 2 die Entstehung eines Druckpfropfens
zu verhindern.
-
Durch eine betriebsmäßige Bewegung des Kolbens 4 in einer Betätigungsrichtung
wird zur Versorgung der Kupp-lung oder der Bremse vorgesehene Flüssigkeit im Druckraum
12 unter
Druck gesetzt. Dies geschieht, noch bevor das Dichtglied
9 den Stopfen 15 vollständig abgedeckt hat, um den Behälter völlig vom Druckraum
12 zu trennen. Bei dieser Bewegung wird das Dichtglied 9 vollständig durch den Stopfen
15 abgestützt und bewegt sich weich über das innere Ende des Schaftes 17, weil wenigstens
ein an seinem Außenumfangsrand endender Abschnitt mit der zylindrischen Wand der
Bohrung 2 flächengleich ist.
-
Durch Vergrößern der Abmessungen des Stopfens 15 können in der zurückgezogenen
St-ellung des Kolbens 4 beide Seiten des Dichtgliedes 9 mit dem Behälter in Verbindung
stehen. Dies ist deshalb möglich, weil der Stopfen 15 das Dichtglied 9 abstützt.
Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Entlastungsöffnung 21 weggelassen werden
kann und die Gesantiänqe des Hauptzylinders dadurch verringert wird.
-
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Tandem-Hauptzylinder ist zwischen
dem Kolben 4 und der Abschlußwand 3 ein Sekundärkolben 30 angeordnet, eines der
Dichtglieder 6 ist am hinteren Ende des Kolbens 4 angeordnet, die Rückstelldruckfeder
7 ist zwischen dem Kolben 4 und einem beweglichen Anlageglied 31 eingespannt, das
an den Sekundärkolben 30 anlegbar ist, und zwischen dem Sekundärkolben 30 und der
Abschlußwand 3 ist ein Sekundärdruckraum 33 ausgebildet, in dem eine zweite Feder
32 angeordnet ist. Der Sekundärdruckraum 33 steht mit einer Auslaßöffnung 34 in
Verbindung. Die Feder 32 stützt sich an einem Rückhalteglied 35 ab. Dieses hat einen
rückwärts gerichteten Finger 36, der eine Relativbewegung zwischen dem Sekundärkolben
30 und einem beim gezeigten Beispiel als Lippendichtung ausgebildeten Dichtglied
37 zu begrenzen vermag. Das Dichtglied 37 ist an einem Verlängerungsstück 38 am
vorderen Ende des Sekundärkolbens 30 angeordnet, und an einem Verlängerungsstück
40 am hinteren Ende des Sekundärkolbens 30 ist ein als Lippendichtung ausgebildetes
zweites Dichtglied 39 angeordnet.
-
Bei den in Fig.4 dargestellten Tandem-HaßptzylXnder sind die Abmessungen
des Stopfens 15 so vergrößert, daß der Stopfen 15 über die Position, die das Dichtglied
9 am vorderen Kolben 4 zumindest in dessen zurückgezogener Stellung einnimmt, sowohl
nach vorn als auch nach hinten hinausragt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Stopfen
15 mit einem Durchmesser ausgebildet ist, der größer ist als die axiale Länge des
Dichtgliedes 9, so daß in der gezeichneten zurückgezogenen Stellung beiderseits
des Dichtgliedes 9 gelegene Abschnitte der Bohrung 2 mit dem Behälter in Verbindung
stehen. Analog ist ein ähnlicher Stopfen 41 aus porösem Werkstoff, der eine Fülleitung
zwischen dem Sekundärdruckraum 33 und einem zum Behälter führenden Auslaß 42 bildet,
mit ausreichendem Durchmesser ausgebildet, um in der gezeichneten zurückgezogenen
Stellung des Sekundärkolbens 30 eine Verbindung zwischen dem Behälter und beiden
Seiten des Dichtgliedes 37 herzustellen.
-
Die Vergrößerung der relativen Abmessungen des Stopfens 15 (und des
Stopfens 41) macht eine der Entlastungsöffnung 21 im Hauptzylinder gemäß Fig. 1
entsprechende zweite Entlastungsöffnung (oder mehrere solche Entlastungsöffnungen)
entbehrlich, wodurch die Bearbeitung vereinfacht wird. Sie erleichtert auch das
Verkürzen beider Kolben 4 und 30, weil jedes hintere Dichtglied 6 und 39 wenigstens
zum Teil einen zugehörigen Stopfen 15 bzw. 41 überfahren kann, wogegen es bei einer
herkömmlichen Ausbildung nicht zulässig wäre, ein Dichtglied eine Entlastungsöffnung
überfahren zu lassen. Weil die wirksamen Längen beider Kolben 4 und 30 verhältnismäßig
kleiner sein können, kann der Hauptzylinder selbst verkürzt werden, jedoch bleibt
der Hubweg der gleiche. Dies ist nur deshalb möglich, weil die Dichtglieder 6 und
39, ohne selbst Schaden zu nehmen, mit Abschnitten der Stopfen 15 und 41 in Berührung
kommen können, die Äquivalente zu Entlastungsöffnungen sind.
-
Beim Betätigen eines nicht dargestellten Pedals werden beide 'Kolben
4 und 30 in der Bohrung 2 vorgeschoben, um, wie im Zusammenhang mit dem Kolben 4
gemäß Fig. 1 beschrieben, je die Flüssigkeit in den Druckräumen 12 und 33 unter
Druck zu setzen.
-
Aufbau und Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Tandem-Hauptzylinders
sind im übrigen die gleichen wie bei dem Hauptzylinder gemäß Fig. 1.