DE3533731A1 - Dichtungsanordnung fuer eine kolben-zylindereinheit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit ist aus einer älteren Patentanmeldung der Anmelderin P 34 45 261.3 bekannt. Diese Anordnung weist eine Federanordnung auf, die entgegen der Betätigungsrichtung des Kolbens in der Zylinderbohrung auf eine Dichtringmanschette mit Vorspannung einwirkt und die in einer Ringnut zwischen der Dichtringmanschette und einer ringnutraumseitigen Seitenfläche eines Federtellers angeordnet ist. Die Federanordnung wird dabei durch eine Spiraldruckfeder, die radial innerhalb von im Kolben verlaufenden Verbindungskanälen an der Dichtringmanschette angreift, oder vorne am freien Ende der Dichtringmanschette angeordneten Noppen gebildet, die an der ringnutraumseitigen Seitenfläche federnd anliegen.

Bei einer derartigen Kolben-Zylindereinheit ist es jedoch weniger vorteilhaft anzusehen, daß die Verwendung von Federanordnungen bauliche Änderungen der bestehenden Teile sowie eine Erhöhung der Herstellungs- und Montagekosten zur Folge hat.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung für eine Kolben-Zylindereinheit der eingangs genannten Gattung anzugeben, die baulich einfacher ist und kostengünstig hergestellt bzw. zusammengesetzt werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch kennzeichnende Merkmal gelöst.

Bei einer derartigen Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die beim Nachsaugen auftretenden Probleme (mögliches Verkeilen der Dichtringmanschette zwischen dem Federteller und der Wandung der Zylinderbohrung, insbesondere unter extremen Temperaturbedingungen) weitgehend verhindert werden.

Eine vorteilhafte Ausführung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß die innere elastische Vorspannung durch Einspannen der Dichtringmanschette zwischen die Füllscheibe und den Federteller bewirkt wird. Dadurch wird die Dichtungsanordnung besonders raumsparend. Dabei ist es von Vorteil, wenn die radial innere Dichtlippe der Dichtringmanschette mit ihrer radial äußeren Dichtlippe mittels eines in Ausgangsstellung der Anordnung schräg oder konkav bzw. konvex gekrümmt verlaufenden Wandabschnitts verbunden ist, der mit der Längsachse des Kolbens einen Winkel von 50° bis 80°, vorzugsweise 65° einschließt.

Eine einwandfreie Funktion der Kolben-Zylindereinheit wird dadurch gewährleistet, daß die innere elastische Vorspannung der Dichtringmanschette so gewählt ist, daß sie beim Nachsaugen ein Abheben der Füllscheibe von der Seitenwand des Kolbens ermöglicht. Die in der Dichtringmanschette aufgrund ihrer elastischen Vorspannung wirkende Kraft ist dabei größer als die zur Überwindung der zwischen der Wandung der Zylinderbohrung und der radial äußeren Dichtlippe auftretenden Reibung erforderliche Verschiebekraft.

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

Die Kolben-Zylindereinheit besteht aus einem Hauptzylinder 1 und aus einem Zylindergehäuse 2, in dem in der 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 4 angeordneten Ringbund 9 gebildet. Der Ringbund 9 weist am Umfang gleichmäßig verteilte Verbindungskanäle 10 auf, die im wesentlichen parallel zur Längsachse 11 des Kolbens 4 verlaufen und die in dem 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 Füllscheibe 13 angrenzen. An der in der Zeichnung linken Stirnfläche 14 der Füllscheibe 13 liegt die Primärdichtringmanschette 6 an. Der Nachlaufraum 12 ist über eine im Zylindergehäuse 2 verlaufende und in die Zylinderbohrung 3 einmündende Nachlaufbohrung 16 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten und unter Atmosphärendruck stehenden Nachlaufbehälter verbunden.

Von einem in der Ausgangsstellung der Anordung schräg verlaufenden Wandabschnitt 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 im Querschnitt die Form eines horizontal liegenden U's aufweist, wobei das offene Ende auf die Seitenwand gerichtet ist, die an einem Federteller 31 ausgebildet ist. Die radial innere Mantelfläche 19 der inneren Dichtlippe 17 liegt an der in der Ringnut 5 ausgebildeten zylindrischen Mantelfläche 20 druckdicht an. Die in der Zeichnung linke Stirnfläche 21 am Ende der radial inneren Dichtlippe 17 stützt sich in Axialrichtung an der Seitenwand 8 des Federtellers 31 ab. Durch das Einspannen der Primärdichtringmanschette 6 zwischen den Federteller 31 und die Füllscheibe 13 wird eine innere elastische Vorspannung der Primärdichtringmanschette 6 hervorgerufen, deren Wirkung im nachfolgenden Text näher erläutert wird.

Die radial äußere Dichtlippe 18 verläuft mit ihrer 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 Nachsaugvorgang über die Verbindungskanäle 10 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 in der Zeichnung nach links eine nach außen kegelig verlaufende Mantelfläche 24 an, deren Dichtkante 28 an der Wandung der Zylinderbohrung 3 druckdicht anliegt. An die Dichtkante 28 der Mantelfäche 24 schließt, etwa im Winkel von 90° zur Mantelfäche 24 verlaufend, eine Stirnfläche 25 an, deren Flächenabschnitt Teil eines Kegels ist. Die 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 Dichtlippe 18 radial nach innen begrenzt.

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

In der Zeichnung links von der Stirnfläche 21 ist am Kolben 4 eine Stufe 30 kleineren Durchmessers ausgebildet, 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 gedrückt. 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 Kupplungsbetätigungseinrichtung, verbunden.

An die Seitenwand 8 des Federtellers 31 schließt radial nach außen eine Mantelfläche 34 an, die im wesentlichen parallel und in geringem Abstand zu der gegenüberliegenden Stirnfläche 25 der radial äußeren Dichtlippe 18 verläuft. Diese Mantelfläche 34 ist in Radialrichtung nach außen hin durch eine Umfangsfläche 37 begrenzt, die parallel im Abstand zur Wandung der Zylinderbohrung 3 verläuft.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 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 Dichtkante 28 der radial äußeren Dichtlippe 18 das Schnüffelloch 36. Bei weiterer Betätigung des Kolbens 4 kann sich nur 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 gedrückt, 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 Dichtkante 28 das Schnüffelloch 36 überfahren hat, so kann die radial außenliegende Dichtlippe 18 der Primärdichtringmanschette 6 in der Zeichnung so weit nach links gehen, bis ihre Stirnfläche 25 an der Manteloberfläche 34 des Federtellers 31 anliegt. Hierbei hebt der Wandabschnitt 15 von der Stirnfläche 14 der Füllscheibe 13 ab.

Es besteht nun eine Druckmittelverbindung von dem Nachlaufraum 12 über die Verbindungskanäle 10 und dem sich zwischen der Füllscheibe 13 und der Seitenwand 7 bildenden Ringspalt zum Raum 23 hin. Das Druckgefälle übt auf die radial äußere Dichtlippe 18 eine radial zur Längsachse 11 des Kolbens 4 gerichtete Kraft aus, die bewirkt, daß die äußere Dichtlippe 18 radial nach innen verschwenkt. Hierbei hebt die äußere Dichtlippe 18 von der Wandung der Zylinderbohrung 3 ab, sodaß eine Nachlaufverbindung von dem Nachlaufraum 12 zum Druckraum 29 hergestellt wird.

Beim Verschwenken der äußeren Dichtlippe 18 nach innen hebt der größte Teil der Stirnfläche 25 von der Mantelfläche 34 des Federtellers 31 ab. Durch die Zwangssteuerung der äußeren Dichtlippe 18 infolge der erfindungsgemäßen Vorspannung wird ein Verklemmen dieser Teile vermieden, so daß die Stirnfläche 25 in diesem Betriebszustand nicht an der Mantelfläche 34 des Federtellers 31 anhaften kann. Außerdem kann der Abschnitt der Stirnfläche 25, der radial außerhalb der Umfangsfläche 25 des Federtellers 31 liegt, nicht an der Spitze am übergang der Umfangsfläche 37 zur Mantelfläche 34 des Federtellers 31 eingequetscht werden.

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

Durch ihre innere elastische Vorspannung wird anschließend in Ausgangsstellung des Kolbens 4 die Primärdichtringmanschette 6 in die dargestellte Ausgangsstellung zurückgebracht. Hierdurch kann bei einer anschließenden Betätigung des Hauptzylinders 1 sofort nach Überfahren des Schnüffelloches 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 deren elastische Vorspannung bewirkt hat. Hierdurch wird eine Verringerung des Leerweges des Hauptzylinders 1 erreicht.

Claims (6)

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 gegeüber 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 an dessen dem Nachlaufraum abgewandter Seitenwand eine Füllscheibe anliegt, einer von der Nachlaufkammer zum äußeren Rand der äußeren Dichtlippe verlaufenden Nachlaufverbindung, die bei einem Druckgefälle von der Nachlaufkammer zur Druckkammer hin ein Nachströmen von Druckflüssigkeit über die äußere Dichtlippe in den Druckraum zuläßt, sowie mit einem gegen die Betätigungsrichtung des Kolbens mittels einer Kolbenrückstellfeder gegen eine am Kolben ausgebildet vorgesehene Stufe gedrückten Federteller, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringmanschette (6) am Kolben (4) mit innerer axialer, elastischer Vorspannung angeordnet ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorspannung durch Einspannen der Dichtringmanschette (6) zwischen die Füllscheibe (13) und den Federteller (31) bewirkt wird.

3. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorspannung so gewählt ist, daß sie ein Abheben der Füllscheibe (13) von der Seitenwand (7) des Kolbens (4) beim Nachsaugen ermöglicht.

4. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringmanschette (6) aufgrund ihrer elastischen Vorspannung wirkende Kraft größer ist, als die zur Überwindung der zwischen der Wandung der Zylinderbohrung (3) und der Dichtkante (28) der real äußeren Dichtlippe (18) auftretenden Reibung erforderliche Verschiebekraft.

5. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innere Dichtlippe (17) mit der radial äußeren Dichtlippe (18) mittels eines in Ausgangsstellung der Anordnung schräg oder konkav bzw. konvex gekrümmt verlaufenden Wandabschnitts (15) verbunden ist.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (15) mit der Längsachse (11) des Kolbens (4) einen Winkel von 50° bis 80°, vorzugsweise 65° einschließt.