DE3800679C2 - Dichtring einer Kolben-Zylinder-Einheit sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring einer Kolben-Zylin­ der-Einheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Auf der Seite 148 der 9. Auflage 1986 des Ate-Bremsenhandbuches ist die Wirkungsweise eines solchen Dicht­ ringes beschrieben. Der in einer Nut eines Sattelgehäuses be­ findliche Gummidichtring, der einen Kolben mit Vorspannung um­ faßt, wird bei einer Bremsbewegung des Kolbens durch eine vor­ handene Haftreibung infolge seiner Elastizität seitlich ver­ spannt. Der Kolben wird nach dem Lösen des Bremspedales infolge der seitlichen Verspannung sowie der Elastizität des Gummi­ dichtringes von diesem in seine Lösestellung zurückgezogen (Roll-back-Verhalten). Speziell bei Einsatz von Gummi für diese Dichtung zeigt sich ein starkes bzw. zumindest sehr variables und auch zeitabhängiges Klebverhalten des Gummis auf der Kolbenoberfläche, obwohl die Dichtungen vor bzw. bei der Monta­ ge mit Schmiermittel benetzt werden. Dieses Verhalten führt zu vergrößerten Lüftspielen, welche durch die Roll-back-Bewegung bei der Zusammenarbeit zwischen Kolben und Dichtung erzeugt werden, zumindest aber zu großen Streuungen der Lüftspiele (Lüftspiel ist die freie Distanz der Beläge zwischen Scheibe und Belagoberfläche, welche sich nach der Bremsbetätigung ein­ stellt). Gleiche Verhaltensweise besteht beim Knock-back-Verhalten des Kolbens. Die Knock-back-Bewegung ist die der Roll-back-Bewegung entgegengesetzt ausgeführte Bewegung des Kolbens bei Kurvenfahrt oder bei Scheibenschlag. Schlechtes Roll-back- und Knock-back-Verhalten führt zu großen Pedalhüben, welches gleichermaßen sowohl ein Sicherheitsrisiko als auch ein Komfortproblem darstellt.

Ergänzend dazu ist es aus der DE-AS 16 00 008 bekannt, das Rückstellverhalten eines gattungsgemäßen Dichtringes durch Er­ höhung des Reibungskoeffizienten zwischen Dichtring und Kolben zu beeinflussen. Dazu wird vorgeschlagen, den Kolben entweder komplett oder aber zumindest an seiner Mantelfläche nicht aus Metall, sondern aus Kohle bzw. Graphit herzustellen. Dies er­ fordert einen aufwendig zu fertigenden Kolben, der hinsichtlich seiner thermischen und mechanischen Eigenschaften nicht für alle Anwendungsfälle zufriedenstellende Ergebnisse liefert.

Schließlich ist der DE-OS 22 61 414 eine Dichtvorrichtung zu entnehmen, bei der ein Dichtungsring zur Unterbindung von Lec­ kagen an seiner einem beweglichen Bauteil zugewandten Laufflä­ che eine aufgerauhte Zone aufweist. Hierbei muß die genannte Aufrauhung aufwendig und toleranzgenau in die Lauffläche des Dichtungsringes eingeformt werden, um tatsächlich eine Verbes­ serung der Dichtwirkung erreichen zu wollen. In jedem Falle steigt der Aufwand zur Herstellung des Dichtungsringes erheb­ lich.

Der Erfindung liegt ausgehend davon die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring für eine Kolben-Zylinder-Einheit einer Scheibenbremse und seine Wirkungsweise zu verbessern.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Herstellungsverfahren zur Er­ findung sind im Nebenanspruch 3 sowie in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispieles in der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Kolben-Zylinder-Einheit mit Dichtring in Ruhestellung,

Fig. 2 eine Kolben-Zylinder-Einheit bei Bremsbetätigung,

Fig. 3 einen Dichtring,

Fig. 4 ein Vulkanisationswerkzeug für einen Scheiben­ bremsdichtring und

Fig. 5 einen Werkzeugkern in einer Gummihülse.

Fig. 1 zeigt eine Kolben-Zylinder-Einheit in Schnittdar­ stellung. Ein Sattelgehäuse 1 weist eine aus einem Kolben 2 und einem Zylinder 3 bestehende Kolben-Zylinder-Einheit 2, 3 auf. In einer Nut 4 des Sattelgehäuses 1 ist ein Dichtring 5 angeordnet. Der Zylinder 3 weist einen Boden 6 mit einer Ringnut 7 auf. Zu der Ringnut 7 ist ein Boh­ rungskanal 8 geführt.

Fig. 2 zeigt eine Kolben-Zylinder-Einheit 2, 3, die Teil einer Scheibenbremse ist, bei Bremsbetätigung. Beim Betä­ tigen des Bremspedals wird in einem hydraulischen System (Rohrleitungen, Bremsschlauchleitungen und Zylinder) vor­ handene Bremsflüssigkeit durch die auf den Hauptzylinder­ kolben übertragene Bremspedalkraft unter hydraulischen Überdruck gesetzt. Infolge des so entstandenen Überdruckes schieben die Kolben 2 einer Scheibenbremse unter Überwin­ dung des Lüftspiels zwischen Belag und Bremsscheibe die vor ihnen angeordneten Bremsbeläge von beiden Seiten gleichzeitig gegen die Reibflächen der umlaufenden Brems­ scheibe und pressen sie gleich stark an. Das Maß der Bremswirkung wird u. a. durch die Stärke der Belaganpres­ sung bestimmt. Die Belaganpressung wiederum steigt mit der auf das Bremspedal wirkenden Fußkraft bzw. mit dem er­ zeugten hydraulischen Überdruck. Beim Lösen des Bremspe­ dals wird der Hauptzylinderkolben durch seine Druckfeder in die Ausgangsstellung zurückgeschoben, das hydraulische System zur Scheibenbremse wird vollkommen drucklos. Der in einer Nut des Sattelgehäuses befindliche Gummidichtring, der den Kolben mit Vorspannung umfaßt, wurde bei der Bremsbewegung des Kolbens durch die vorhandene Haftreibung infolge seiner Elastizität seitlich verspannt. Der Kolben wird, nach dem Lösen des Bremspedals, infolge der seit­ lichen Verspannung sowie der Elastizität des Gummidicht­ ringes von diesem in seine Lösestellung zurückgezogen. Das Luftspiel zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag beträgt auf jeder Seite der Bremsscheibe max. 0,15 mm. (Auch bei Be­ lagverschleiß bleibt das Lüftspiel durch die selbsttätige Nachstellung erhalten). Die Bremsscheibe kann sich nach dem Lösen der Bremse wieder frei drehen. Bei größer wer­ dendem Lüftspiel durch Belagverschleiß muß der Kolben einen größeren Weg als bisher zurücklegen, wobei er dann durch den Gummiring rutscht, weil dessen Rückspannkraft kleiner als die Reibkraft geworden ist. Das Nachstellen erfolgt also somit stufenlos, dem jeweiligen Verschleiß angepaßt.

Fig. 3 zeigt einen Vierkant-Gummidichtring 5. Der Gummi­ dichtring 5 weist eine Breite 9 von 3 ±0,2 mm, eine Dicke 10 von 3 ±0,1 mm und einen Durchmesser 11 von 61 mm auf. Für geschliffene Ringe 5 ist an einer Außenkante 12 eine Rauhtiefe von 25 Micrometern maximal zulässig. Die Innen­ seite 13 des Dichtringes 5, im folgenden Lauffläche ge­ nannt, weist eine Rauhtiefe von 2-12 Micrometern auf. Die Vierkant-Dichtringe sind vorteilhaft aus Gummi in ver­ schiedenen Qualitäten, z. B. SBR, Styrol-Butagien-Rubber (Kautschuk) für einen Wirkungsbereich von -50°C bis +100°C und EPDM, Ethylen-Propylen-Dien Rubber für einen Wirkungsbereich von -50°C bis +130°C für Glykolbrems­ flüssigkeitsbetrieb vorgesehen.

Die Rauhtiefe von 2-12 Micrometern auf der Lauffläche wird durch Sandstrahlen eines Werkzeugkernes hergestellt. Die Lauffläche ist die dem Kolben zugewandte Seite. Die Lauffläche weist Taschen auf, deren Tiefe durch die Sand­ bestrahlung regulierbar ist. Damit ist eine Charakteristik für Bewegungsabläufe zwischen Kolben und Dichtring her­ stellbar. Die Taschen nehmen Bremsflüssigkeit auf. Damit sind gute Eigenschaften zur Relativbewegung, insbesondere eine verbesserte Gleiteigenschaft, zwischen Kolben und Dichtring gegeben.

Versuche zeigen, daß der Streubereich der "Roll-back-Hübe" des Kolbens und auch des "Knock-back-Hubes" über längere Zeiträume wesentlich enger gehalten werden können. Hier­ durch wird als Folge der Tothub des Pedales verringert und in engen Grenzen gehalten. Weil bei Fahrzeugen mit Schei­ benbremsen an der Vorderachse jeglicher Einfluß vom Volu­ menverbrauch über den Hauptzylinder auf den Pedalweg wegen des hohen Anteils des Volumenverbrauchs der relativ großen Scheibenbremskolben besonders gespürt wird, wird der klein gehaltene Pedal-Tothub gegenüber einem "tiefen" Pedal als besonders komfortabel beim Kunden (Kfz-Benutzer) empfun­ den. Ein sehr tiefes Pedal, d. h. mit großem Tothub, kann andererseits ein gewisses Sicherheitsrisiko darstellen, weil bei sehr kräftigen (Not-)Bremsungen das Reservevo­ lumen des Hauptzylinders aufgebraucht wurde und u. U. im als elastisch zu betrachtenden Bremssystem nicht genügend Druck aufgebaut werden kann. Verlängerte Bremswege und Un­ fallgefahren sind mit dem "tiefen" Pedal verbunden.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind denkbar für Manschet­ ten im Tandem-Hauptzylinder, um Reibungsverluste zu senken (Wirkungsgradverbesserung), für Dichtungen im Regler, um die Regelpräzision zu verbessern, und für Führungsele­ mente, welche in geschmierten Gummilagern laufen, z. B. Dämpfungshülsen für Scheibenbremsen.

Fig. 4 zeigt eine Vulkanisierwerkzeug 14, auch Vul­ kanisationswerkzeug genannt, für Scheibenbremsdichtringe bzw. -rohre 15. Das Vulkanisierwerkzeug 14 weist einen Kolben 16, ein Mittelteil 17, ein Bodenteil 18 und einen Behälter 19 mit einem Einfüllstutzen 20 und einem Werk­ zeuginnenkern 21 mit einer Kernoberfläche 22 auf. In einem rohrförmigen Innenraum 23 zwischen dem Kern 21 und dem Mittelteil 17 verfestigt sich das Scheibenbremsdichtrohr 15. Der Werkzeugkern 21 ist an seiner zylindrischen Außen­ fläche 22 sandbestrahlt, anschließend verchromt und damit gegenüber dem Gummi neutral und chemisch geschützt. Das Verfahren ist so, daß der innere Kern 21 des Werkzeuges durch Sandbestrahlen und anschließendem Verchromen eine bestimmte Rauhtiefe und -charakteristik erhält. Diese Oberflächencharakteristik bildet sich dann als Negativ-Fläche auf der Innenseite des Gummirohres 15 ent­ sprechend ab. Damit erhalten die Gummidichtringe eine de­ finierte Rauhtiefe und Oberflächengestalt auf der Fläche, welche fit dem bewegten Teil, normalerweise dem Kolben, in Kontakt ist. Diese bestimmte Rauhtiefe sollte aufgrund von Versuchsergebnissen zwischen 4 und 10 mm liegen. Wichtig ist auch, daß die Oberflächengestalt möglichst gleichmäßig ausgeführt wird. Dies könnte z. B. durch Innenschleifen oder -bürsten der Primat-Gummirohre, aus denen später die Dichtringe geschnitten werden, hergestellt werden. Beste Ergebnisse erzielt man aber, wenn der Innenkern 21 des Vulkanisationswerkzeuges 14 durch einen Sandstrahlvorgang gleichmäßig aufgerauht wird. Zweckmäßigerweise ist es hierbei vorteilhaft, den Innenkern 21, welcher normaler­ weise aus Stahl gefertigt ist, anschließend an das Sand­ strahlen hart zu verchromen, damit während des fortlau­ fenden Produktionsprozesses das Gummi nicht an der Kern­ oberfläche anhaftet und die Oberflächengestalt wieder ver­ fälscht und auch bei notwendigen Reinigungsvorgängen die Oberflächengestalt durch Materialabtrag verändert, so daß sie glatt wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Oberflächencharakteristik des Gummirohres 15, auch Gummihülse genannt, das von einem Sandstrahlwerkzeugkern 24 bearbeitet wird. Der Werkzeugkern 24 ist an seiner Oberfläche hart verchromt und damit gegenüber dem Gummi 15 neutral und chemisch geschützt, so daß das Gummi 15 und der Werkzeugkern 24 nicht miteinander verkleben. Der Werk­ zeugkern 24 weist eine zweite Rauhtiefe auf. Der Werkzeug­ kern 24 weist eine Düse 25 auf, aus der ein Sandstrahl 26 mit einer Sandkorngröße von 30-40 (1/1000 Inch) gegen die Lauffläche 13 gestrahlt wird. Die Gummihülse 15 und der Werkzeugkern 24 führen axiale und radiale Relativbe­ wegungen in Richtungen 27-30 gegeneinander aus. Nach Ar­ beitsgangende wird das Gummi 15 in Gummidichtringe 5 zer­ teilt.

Claims (5)

1. Dichtring einer Kolben-Zylinder-Einheit in einer Scheiben­ bremse, mit einer dem Kolben zugewandten, aufgerauhten Lauffläche, die Taschen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (13) als Negativ-Fläche von einer durch Sandstrahlen mit einer definierten Rauhtiefe versehenen Außenfläche (22) eines Werkzeugkernes (21) abgebildet ist.

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe der Lauffläche (13) 2-12 Micrometer beträgt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Dichtringes nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch folgende Ver­ fahrensschritte:

• 1. der Werkzeugkern (21) wird an seiner Außenfläche (22) durch Sandstrahlen mit einer definierten Rauhtiefe ver­ sehen,
• 2. anschließend wird der Werkzeugkern (21) an seiner Oberfläche hart verchromt,
• 3. die Lauffläche (13) des Dichtringes (5) wird als Negativ-Fläche von der Außenfläche des Werkzeugkernes (21) abgebildet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Dichtringhülsen (15) aus Gummi ein Vulkani­ sationswerkzeug (14) Verwendung findet.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringhülse (15) in Dichtringe (5) zerteilbar ist.