DE3445261A1

DE3445261A1 - Dichtungsanordnung fuer eine kolben-zylindereinheit

Info

Publication number: DE3445261A1
Application number: DE19843445261
Authority: DE
Inventors: Peter 6100 Darmstadt Volz
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH
Priority date: 1984-12-12
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1986-07-31

Description

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Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit, insbesondere für hydraulische Betätigungssysteme in Kraftfahrzeugen, mit einem in einem Zylindergehäuse in einer Zylinderbohrung ausgebildeten Kolben, der auf seiner Mantelfläche in einer Ringnut eine einen Druckraum gegenüber einem Nachlaufraum abdichtende Dichtringmanschette mit einer radial inneren, am Boden der Ringnut anliegenden und mit einer radial äußeren, in der Zylinderbohrung gleitenden Dichtlippe aufweist und mit einer von der Nachlaufkammer zum äußeren Rand der äußeren Dichtlippe verlaufenden Nachlaufverbindung, die bei einem Druckgefälle von der Nachlaufkammer zur Druckkammer ein Nachströmen von Druckflüssigkeit vorbei an der äußeren Dichtlippe in den Druckraum zuläßt.

Eine derartige Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit ist aus der DE-OS 31 42 981 bekannt. Diese Dichtungsanordnung weist eine in einer Ringnut am Kolben befestigte Primärdichtringmanschette auf, die in der dargestellten Ausgangsstellung des Hauptzylinders mit ihrer radial äußeren Dichtlippe kurz vor dem Schnüffelloch an der Wandung der Zylinderbohrung druckdicht anliegt. Die Primärdichtringmanschette trennt den Druckraum von dem Nachlaufraum. An einer Stufe am Kolben stützt sich ein durch die Kraft einer Kolbenrückstellfeder beaufschlagter Federteller ab, der am Umfang verteilte, in den U-förmig ausgebildeten Freiraum

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der Primardichtringmanschette hineinragende Vorsprünge aufweist. Durch die Kolbenrückstellfeder wird gewährleistet, daß zum einen der Federteller stets an der Stirnfläche des Kolbens anliegt und dabei den Kolben in Lösestellung des Hauptzylinders stets in seiner Ausgangsstellung hält und zum anderen die Dichtringmanschette am Kolben fixiert.

Die Primardichtringmanschette arbeitet nach dem Prinzip eines Rückschlagventils, das bei Betätigung des Kolbens den Druckraum druckdicht vom Nachlaufraum trennt und das bei der Rückzugsbewegung des Kolbens eine Strömungsmittelverbindung vom Nachlaufraum über den radial äußeren Rand der radial äußeren Dichtlippe zum Druckraum zuläßt, wenn im Druckraum ein geringerer Druck vorhanden ist als im Nachlaufraum.

Die axiale Breite der radial inneren Dichtlippe ist geringfügig kleiner als die Breite der Ringnut. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich beim Nachsaugevorgang die Primardichtringmanschette in der Zeichnung nach links gegen den druckraumseitigen Anschlag am Federteller bewegen kann und sich dabei von der Zylinderbohrung löst, damit. Druckmittel aus dem Nachlaufraum über die im Ringbund des Kolbens ausgebildeten Axialbohrungen und über den äußeren Rand der Dichtlippe zum Druckraum nachlaufen kann.

Bei dieser Kolben-Zylindereinheit ist es also weniger vorteilhaft anzusehen, daß bei einem Nachsaugevorgang bzw. während eines Rückhubs die Primardichtringmanschette gegen den druckraumseitigen Anschlag am Federteller verschoben

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wird, so daß, wenn der Kolben seine Ausgangsstellung erreicht hat, die Primärdichtringmanschette immer noch am Federteller anliegt. Erst nach einem sich anschließenden Hub des Kolbens zum Druckraum hin wird die Primärdichtringmanschette gegen den den Nachlaufraum begrenzenden Ringbund verschoben. Ebenfalls wird während eines Nachsaugevorgangs die radial äußere Dichtlippe in den Druckraum hingezogen und bleibt, nachdem der Kolben wieder seine Ausgangsstellung erreicht hat, in dieser Position stehen. Dies hat den Nachteil, daß bei einer sich anschließenden Betätigung des Kolbens zum Druckraum hin die Primärdichtringmanschette erst in die in der Zeichnung dargestellte Ausgangsposition gebracht werden muß, bevor der Kolben die Primärdichtringmanschette verschieben kann. Hierdurch wird ein erhöhter Leerweg am Kolben erzeugt, der sich aufgrund der Kebelübersetzung am Pedal noch vergrößert.

Diese aufgezeigten Probleme verstärken sich noch bei erhöhten Betriebstemperaturen des Hauptzylinders. Es kann sogar beim Nachsaugevorgang dazu führen, daß die radial äußere Dichtlippe an dem in die U-förmige Ausnehmung der Primärdichtringmanschette hineinragenden Abschnitt des Federtellers zur Anlage gelangt und aufgrund von Saugwirkung derart anhaftet, daß, nachdem der Kolben wieder seine Ausgangsstellung erreicht hat, die radial äußere Dichtlippe im Bereich des Vorsprungs nicht mehr an der Zylinderbohrung zur Anlage gelangt. Hierdurch kann möglicherweise ein Totalausfall des Hauptzylinders hervorgerufen werden, da das Druckmittel vom Druckraum über den radial äußeren Rand der äußeren Dichtlippe in den unter Atmosphärendruck stehenden Nachlaufraum strömen kann.

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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hauptzylinder gemäß dem Oberbegriff zu schaffen, der insbesondere auch bei Temperatureinwirkung stets sicher und zuverlässig abdichtet und der gleichzeitig einen geringeren Leerweg bei Betätigung des Kolbens aus seiner Ruhelage heraus aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entgegen der Betätigungsrichtung des Kolbens in der Zylinderbohrung eine auf die Dichtringmanschette mit Vorspannung einwirkende Federanordnung ausgebildet ist. Hierdurch wird erreicht, daß auch nach einem Nachsauge-Vorgang in Ausgangsstellung des Hauptzylinders die Primärdichtringmanschette stets gegen den den Nachlaufraum begrenzenden Ringbund am Kolben gedrückt wird, und dadurch gleichzeitig die radial äußere Dichtlippe zur Anlage an der Wandung der Zylinderbohrung gelangt. Durch diese erfindungsgemäße Federanordnung wird die Primärdichtringmanschette, sobald sich der Kolben aus seiner Ausgangsstellung heraus bewegt, sofort vom Kolben mitgenommen. Dies reduziert den Leerweg der Kolben-Zylindereinheit.

Besonders raumsparend wird die Federanordnung dadurch, daß sie in der Ringnut zwischen der Dichtringmanschette und der ringnutraumseitigen Seitenfläche ausgebildet ist. Dabei ist es von Vorteil, daß die Federanordnung von einer Spiraldruckfeder gebildet wird, die radial innerhalb von im Kolben verlaufenden Verbindungskanälen an der Dichtringmanschette angreift. Hierdurch wird erreicht, daß das radial außerhalb der Spiraldruckfeder liegende Ende im Bereich des Fußes der Primärdichtringmanschette

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sich von der nachlaufraumseitigen Stirnfläche des Ringbundes 9 abheben kann und dadurch Druckmittel vom Nachlaufraum über die Nachlaufverbindungen zum Druckraum hin einströmen kann.

Eine weitere Variante der Federanordnung ist dadurch möglich/ daß die Federanordnung von an dem freien Ende der Dichtringmanschette angeordneben Noppen gebildet wird, die an der ringnutraumseitigen Seitenfläche der Ringnut federnd anliegen. Beim Nachsaugevorgang werden hierbei die Noppen elastisch zusammengedrückt, so daß sich in Ausgangsstellung des Kolbens die Primärdichtringmanschette wieder an der druckraumseitigen Seitenfläche am Ringbund des Kolbens abstützt. Durch diese Federanordnung ist die radial äußere Dichtlippe während eines Nachsaugevorgangs besonders gut radial nach innen zur Mittellinie des Kolbens hin verschwenkbar, da die Biegesteifigkeit der radial äußeren Dichfclippe klein ist. Es ist aber auch möglich, falls sich hieraus Vorteile ergeben, zusätzlich zu den Noppen noch die Spiraldruckfeder auf die Dichtringmanschette einwirken zu lassen.

Damit der Federteller stets an der druckraumseitigen Stufe des Kolben sicher anliegt, ist die auf die Dichtringmanschette einwirkende Federkraft nicht viel größer als die zur Überwindung der Dichtringmanschettenreibung erforderliche Verschiebekraft.

Ein einziges Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolben-Zylindereinheit ist im Teillängsschnitt der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

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Die Kolben-Zylindereinheit besteht aus einem Hauptzylinder 1 und aus einem Zylindergehäuse 2, in dem in einer Zylinderbohrung 3 ein Kolben 4 axial verschiebbar geführt wird. Der Kolben 4 weist eine Ringnut 5 auf, in der eine Primärdichtringmanschette 6 geführt wird. Die Ringnut 5 ist seitlich von je einer Seitenwand 7,8 begrenzt. Die in der Zeichnung rechte Seitenwand 7 wird von einem am Kolben angeordneten Ringbund 9 gebildet. Der Ringbund 9 weist am Umfang gleichmäßig verteilte Verbindungskanäle 10 auf, die im wesentlichen parallel zur Mittellinie 11 verlaufen und die von dein in der Zeichnung rechts von dem Ringbund 9 ausgebildeten Nachlaufraum 12 beginnen und an eine in Ausgangsstellung des Hauptzylinders 1 an der Seitenwand 7 anliegenden Scheibe 13 angrenzen. An der in der Zeichnung linken Stirnfläche 14 des Ringbundes 9 stützt sich das in der Zeichnung rechte Ende 15 der Primärdichtringmanschefcte 6 ab. Der Nachlaufraum 12 ist über eine im Zylindergehäuse 2 verlaufende und in die Zylinderbohrung 3 einmündene Nachlaufbohrung 16 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten und unter Atmosphärendruck stehenden Nachlaufbehälter verbunden.

Von dem scheibenförmigen Ende 15 der Primärdichtringmanschette 6 aus erstrecken sich in der Zeichnung nach links, eine radial innere Dichtlippe 17 und eine radial äußere Dichtlippe 18 derart, daß die Primärdichtringmanschette 6 die Form eines horizontal liegenden U's aufweist, wobei das offene Ende auf die Seitenwand 8 gerichtet ist. Die radial innere

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Mantelfläche 19 der inneren Dichtlippe 17 liegt an der im Nutgrund der Ringnut 5 ausgebildeten zylindrischen Mantelfläche 20 druckdicht an. Die in der Zeichnung linke Stirnfläche 21 am Ende der radial inneren Dichtlippe 17 verläuft in geringem Abstand zu der Seitenwand 8 der Ringnut 5.

Die radial äußere Dichtlippe 18 verläuft mit seiner radial äußeren Mantelfläche 22 parallel und in geringem Abstand zur Zylinderbohrung 3. Der von der radial äußeren Mantelfläche 22 und der Zylinderbohrung 3 gebildete Raum 23 ist beim Nachsaugevorgang über die Vebindungskanäle mit dem Nachlaufraum 12 verbunden. Der Nachlaufraum 12, die Verbindungskanäle 10 und der Raum 23 bilden die NachlaufVerbindung des Hauptzylinders 1.

An die radial äußere Mantelfläche 22 schließt sich in der Zeichnung nach links eine nach außen kegelig verlaufende Mantelfläche 24 an, deren linkes Ende an der Wandung der Zylinderbohrung 3 druckdicht anliegt. An das linke Ende der Mantelfläche 24 schließt sich, etwa im Winkel von zur Mantelfläche 24 verlaufend, eine Stirnfläche 25 an, deren Flächenabschnitt Teil eines Kegels ist. Das radial innere Ende der Stirnfläche 25 wird von einer ebenfalls kegelig verlaufenden Mantelfläche 26 begrenzt, die mit ihrem Abschnitt kleineren Durchmessers in die Begrenzungsfläche 27 einläuft, die die radial innere Dichtlippe 17 radial nach außen und die radial äußere Dichtlipe 18 radial nach innen begrenzt. Die Begrenzungsfläche 27 ist U-förmig ausgebildet.

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Die an der Wandung der Zylinderbohrung 3 anliegende Dichtfläche 28 der radial äußeren Dichtlippe 18 ist in der dargestellten Ausgangsstellung des Hauptzylinders 1 in geringem Abstand rechts von dem Schnüffelloch 36 angeordnet. Das Schnüffelloch 36 verbindet in Ausgangsstellung des Hauptzylinders 1 den Nachlaufbehälter mit dem in der Zeichnung links von der Dichtfläche 28 in der Zylinderbohrung 3 ausgebildeten Druckraum 29. Die Dichtfläche 28 der radial äußeren Dichtlippe 18 liegt mit Vorspannung an der Wandung der Zylinderbohrung 3 an.

In der Zeichnung links von der Stirnfläche 21 schließt sich am Kolben 4 zum Druckraum 29 hin eine radial nach innen verkleinernde Stufe 30 an, an der sich der Federteller 31 abstützt. Der Federteller 31 wird von einer an der druckraumseitigen Stirnfläche 33 anliegenden Kolbenrückstellfeder 32 gegen die Stufe 30 gedruckt. Die Kolbenrückstellfeder 32 durchdringt den Druckraum 29 und liegt mit ihrem in der Zeichnung nicht dargestellten, linken Ende an dem ebenfalls nicht dargestellten geschlossenen Ende der Zylinderbohrung 3 an. Bei einem Tandemhauptzylinder stützt sich die Kolbenrückstellfeder 32 an dem in der Zeichnung nicht dargestellten schwimmenden Kolben ab.

Der Druckraum 29 ist über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Druckmittelleitung mit einem oder mehreren hydraulischen Nehmerzylindern, beispielsweise den Nehmerzylindern von Bremsen oder dem Nehmerzylinder einer Kupplungsbetätigungeinrichtung, verbunden.

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An die Seitenwand 8 des Federtellers 31 schließt radial nach außen eine Mantelfläche 34 an, deren Flächenabschnitt Teil eines Kegels ist, der sich radial nach innen verjüngt. Die Mantelfläche 34 verläuft im wesentlichen parallel und im geringen Abstand zu der gegenüberliegenden Stirnfläche 25 der radial äußeren Dichtlippe 18. Der Abschnitt des Federtellers 31 im Bereich der Manetlfläche 34 ist in Richtung der Primärdichtringrnanschette 6 gekröpft.

An der Seitenwand 8 und an der stirnseitigen Begrenzungsfläche 27 stützt sich eine Druckfeder 35 ab, die in Ausgangsstellung des Hauptzylinders 1 die Primärdichtringmanschette 6 gegen die Strinfläche 14 des Kolbens 4 drückt. Die Kraft der Druckfeder 35 ist dabei größer als die an der Primärdichtringmanschette 6 auftretende Reibungskraft und kleiner als die Kraft der Kolbenrückstellfeder 32.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Hauptzylinders ist folgende:

In Ausgangsstellung des Hauptzylinders 1 verbindet das Schnüffelloch 36 den Druckraum 29 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Nachlaufbehälter. Hierdurch ist der Druckraum 29 in Ausgangsstellung des Kolbens 4 drucklos und es kann auch Druckflüssigkeit aus dem Nachlaufbehälter in den Druckraum 29 einströmen.

Beim Betätigen des Kolbens 4 in der Zeichnung nach links überfährt die Dichtfläche 28 der radial äußeren Dichtlippe

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18 das Schnüffelloch 36. Bei weiterer Betätigung des Kolbens 4 kann sich nun im Druckraum 29 ein Druck aufbauen, der über eine Druckleitung einem oder mehreren Nehmerzylindern zugeführt wird. Durch den Druckaufbau im Druckraum 29 wird entsprechend der Höhe des hydraulischen Drucks die radial äußere Dichtlippe 18 in den Raum 23 hineingepreßt. Je höher der hydraulische Druck im Druckraum 29 ist, desto stärker werden die radial äußere Dichtlippe 18 an die Wandung der Zylinderbohrung 3 und die radial innere Dichtlippe 17 an die innere Mantelfläche 19 der Ringnut 5 am Kolben 4 gedruckt, wodurch die Dichtigkeit der Primärdichtringmanschette 6 zunimmt.

Beim Lösevorgang des Hauptzylinders 1, d.h., wenn sich der Kolben 4 in der Zeichnung nach rechts bewegt, baut sich der Druck im Druckraum 29 entsprechend der Bewegung des Kolbens 4 ab. Sollte sich im Druckraum 29 während eines Entlüftungsvorganges oder aufgrund von erhöhtem Wege oder Verschleiß an den Radbremsen oder an der Kupplung ein Unterdruck einstellen, bevor die Dichtfläche 28 das Schnüffelloch 36 überfahren hat, so verschiebt sich die Primärdichtringmanschette 6 in der Zeichnung soweit nach links, bis ihre Stirnfläche 25 an der Mantelfläche 34 des Federtellers 31 anliegt. Hierbei hebt das Ende 15 von der Stirnfläche 14 der Scheibe 13 ab.

Es besteht nun eine Druckmittelverbindung von dem Nachlaufraum 12 über die Verbindungskanäle 10 und dem sich zwischen der Scheibe 13 und der Stirnfläche 14 bildenden Ringspalt zum Raum 23 hin. Das Druckgefälle übt auf die radial äußere Dichtlippe 18 eine radial zur Mittellinie gerichtete Kraft aus, die bewirkt, daß sich die äußere

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Dichtlippe 18 um den Fuß 15 radial nach innen verschwenkt. Hierbei hebt die äußere Dichtlippe 18 von der Wandung der Zylinderbohrung 3 ab, so daß eine Nachlaufverbindung von der Nachlaufkammer 12 zur Druckkammer 29 hergestellt wird.

Beim Verschwenken der äußeren Dichtlippe 18 nach innen hebt der größte Teil der Stirnfläche 25 von der Mantelfläche 34 ab. Durch die Zv/angssteuerung der äußeren Dichtlippe 18 infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der Flächen 25 und 34 wird eine Selbsthemmung an diesen Teilen vermieden, so daß die Stirnfläche 25 in diesem Betriebszustand nicht an der Mantelfläche 34 anhaften kann. Dieser Effekt kann erfindungsgemäß noch dadurch verbessert werden, daß am radial äußeren Rand der Stirnfläche 25 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vertiefung vorgesehen ist, deren radial innerer Rand bereits in Höhe der Mantelfläche 34 beginnt. Hierdurch kann der Abschnitt der Stirnfläche 25, der radial außerhalb der Umfangsflache 37 des Federtellers 31 liegt, nicht an der Spitze am Übergang der Umfangsflache 37 zur Mantelfläche 34 eingequetscht werden.

Nach Beendigung des Nachsaugevorgangs überfährt die Dichtfläche 28 wieder das Schnüffelloch 36 und es kann weiteres Druckmittel, falls der Nachsaugevorgang noch nicht beendet ist, über das Schnüffelloch 36 in den Druckraum 29 nachströmen.

Durch die Ausbildung der Druckfeder 35 wird anschließend in Ausgangsstellung des Kolbens 4 die Primärdichtringmanschette 6 in die dargestellte Ausgangsstellung zurückgedrückt. Hierdurch kann bei einer

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anschließenden Betätigung des Hauptzylinder 1 sofort nach Überfahren des Schnüffellochs 36 Druck im Druckraum 29 aufgebaut werden. Es muß also nicht erst ein Leerweg vom Kolben 4 zurückgelegt werden, um die Primärdichtringmanschette 6 in ihre Ausgangsstellung zu bringen, da dies bereits die Druckfeder 35 bewirkt hat. Hierdurch wird eine Verringerung des Leerweges des Hauptzylinders erreicht. Anstelle der Druckfeder 35 können auch an der Stirnfläche 21 hervorspringende Noppen angebracht sein, die den gleichen Federeffekt hervorrufen.

Claims

ALFRED TEVES GMBH 11. Dez. .1984 Frankfurt am Main ZL/Fe/be P 5709 / 1456P Dr. P. VoIz - 11 Patentansprüche

1. Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit, insbesondere für hydraulische Betätigungssysteme in Kraftfahrzeugen, mit einem in einem Zylindergehäuse in einer Zylinderbohrung ausgebildeten Kolben, der auf seiner Mantelfläche in einer Ringnut eine einen Druckraum gegenüber einem Nachlauframn abdichtende Dichtringmanschette mit einer radial inneren, am Boden der Ringnut anliegenden und mit einer radial äußeren, .in der Zylinderbohrung gleitenden Dichtlippe aufweist und mit einer von der Nachlaufkammer zum äußeren Rand der äußeren Dichtlippe verlaufenden Nachlaufverbindung, die bei einem Druckgefälle von der Nachlaufkainmer zur Druckkammer hin ein Wachscröinen von Druckflüssigkeit über die äußere Dichtlippe in den Druckraum zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß entgegen der Betatigungsrichtung des Kolbens (4) in der Zylinderbohrung (3) eine auf die Dichtringmanschette (6) mit Vorspannung einwirkende Federanordnung (35) ausgebildet ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (35) in der Ringnut (5) zwischen der Dichtringmanschette (6) und der ringnutraumseitigen Seitenfläche (8) ausgebildet ist.

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Dichtungsanordnung nach den Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß die Federanordnung (35) von einer Spiraldruckfeder gebildet wird, die radial innerhalb von im Kolben (4) verlaufenden Verbindungskanälen (10) an der Dichtringmanschette (6) angreift.

Dichtungsanordnung nach den Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gek ennze i chnet, daß die Federanordnung (35) von an dem freien Ende der Dichtringmanschette (6) angeordneten Noppen gebildet wird, die in der ringnutraumseitigen Seitenfläche (8) der Ringnut (5) federnd anliegen.

Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet, daß die auf die Dichtringmanschette (6) einwirkende Federkraft nicht viel größer ist, als die zur Überwindung der Dichtringmanschettenreibung erforderliche Verschiebekraft.