DE3932248C3 - Kolben mit Zentralventil für hydraulische Fahrzeug-Bremsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben mit Zentralventil für hydraulische Fahrzeug-Bremsanlagen, mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1.

Ein solcher Kolben ist aus der US-PS 4,132,093 bekannt.

Der Ventilsitz des Zentralventils eines Kolbens für hydrau­ lische Fahrzeug-Bremsanlagen gemäß der US 41 32 073 stützt sich mit seiner Rückseite am Boden einer axialen Kolbenbohrung und an seiner Umfangsfläche - funktionsnotwendig dichtend - an der Innenwand dieser Kolbenbohrung ab. Dabei ist der eigentliche Ventilsitz als elastische, ringförmige Dichtung ausgebildet, welche die Mündung einer zentralen Bohrung im Kolben umgibt. Die ringförmige Dichtung ist als elastischer Teil des Ventil­ sitzes in einem kreisringförmigen, rinnenartigen Körper auf­ genommen. Die innere zylindrische Fläche dieses Körpers weist den gleichen Durchmesser auf wie die zentrale Bohrung im Kolben und bildet mit dieser einen Teil einer Kanalverbindung zwischen dem Druckraum des Hauptzylinders und dem Vorratsbe­ hälter. Diesem Körper kommt offensichtlich eine den elastischen Teil des Ventilsitzes stützende Funktion zu, um z. B. beim Schließen des Zentralventils eine unkontrol­ lierte Deformation des elastischen Teils des Ventilsitzes nach innen in die vorgenannte Kanalverbindung zwischen Druckraum und Vorratsbehälter hinein zu verhindern. Der mit dem Ventil­ sitz zusammenwirkende Ventilkörper verfügt zu seiner Führung über einen Ventilstößel, der in dem Kolben stattdessen umfangsseitig an der Innenwand der Kolben­ bohrung längsverschieblich geführt ist. Eine den Ventilkörper in irgend­ einer Weise führende Funktion des dünnwandigen Stützkörpers geht aus dieser Druckschrift nicht hervor.

Aus zahlreichen Druckschriften, beispielsweise der DE 34 24 513 A1 und der DE 37 15 209 A1, sind Hauptbremszylinder für Fahrzeug-Bremsanlagen bekannt, die Kolben mit je einem Zentralventil aufweisen. Dabei ist der Ventilsitz jeweils vom Boden eines Hohlraums des betreffenden Kolbens gebildet und der Ventilkörper hat eine Gummikappe, an welcher der mit dem Ventilsitz zusammenwirkende ringförmige Vorsprung ausgebildet ist. Zu Beginn jeder Bremsbetätigung werden die Zentralventile durch Federkraft geschlossen und dann zusätzlich durch den Bremsdruck geschlossen gehalten, der sich in einem Raum vor dem betreffenden Kolben aufbaut.

Nach einer Bremsbetätigung soll jedes der Zentralventile dadurch geöffnet werden, daß bei Rückkehr des zugehörigen Kolbens in seine Ruhestellung der zugehörige Ventilstößel gegen einen Anschlag stößt und dadurch den zugehörigen Ventilkörper gegen den noch vor ihm herrschenden Restdruck von seinem Ventilsitz abhebt.

Es hat sich herausgestellt, daß die Kolbenstellung, bei der bekannte Zentralventile öffnen, von Faktoren abhängen, die nicht von vorneherein für die gesamte Lebensdauer bekannter Kolben mit Zentralventil beherrschbar sind und damit zusammenhängen, daß der Ventilkörper gegen einen Restdruck geöffnet werden muß und dabei seine Gummikappe, an welcher der gegen den Ventilsitz abdichtende ringförmige Vorsprung ausgebildet ist, sich im Laufe der Zeit immer mehr verformt.

Aus der US-PS 21 36 835 ist ein Kolben mit Zentralventil bekannt, bei dem der aus einem elastischen Werkstoff bestehende Ventilsitz aus einer O-Ringdichtung besteht, die in einer kreisringförmigen Nut angeordnet ist. Der ringförmige, starre Vorsprung weist einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf, dessen Durchmesser größer ist als die Nutbreite, so daß der Vorsprung auch bei großer Druckdifferenz am Zentralventil nur so weit in die Nut eindringen kann, bis die Kanten der Nut in Kontakt mit dem Vorsprung geraten.

Bei pendelndem Druck im Hauptbremszylinder werden durch diesen Metall zu Metall-Kontakt unerwünschte Geräusche erzeugt. Auch ist die in der US-PS 21 36 835 beschriebene Anordnung nicht dazu geeignet, mit Bremsanlagen zusammenzuarbeiten, die mit einem Antiblockiersystem (ABS) und/ oder einer Antischlupfregelung (ASR) ausgerüstet sind. Damit eine ordnungsgemäße Regelfunktion der ABS/ASR-Einrichtung einer derartigen Bremsanlage gewährleistet ist, muß in manchen Betriebszuständen ein gewisses Maß an Überdruck aus dem Bremssystem abgelassen werden. Beispielsweise muß das Zentralventil sich öffnen können, obwohl die Bremsanlage gerade stark betätigt wird. Das in der US-PS 21 36 835 beschriebene Zentralventil kann in einem solchen Fall nicht öffnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben mit Zentralventil für hydraulische Fahrzeug-Bremsanlagen derart weiterzubilden, daß das Zentralventil für Bremsanlagen geeignet ist, die mit einer ABS/ASR-Einrichtung ausgerüstet sind. Weiterhin soll das Zentralventil geräuscharm arbeiten und ein während seiner gesamten Lebensdauer gut reproduzierbares Öffnungsverhalten aufweisen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Kolben mit Zentralventil der eingangs beschriebenen Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit dieser Anordnung des Zentralventils im Kolben des Hauptbremszylinders wird erreicht, daß das Zentralventil zusammen mit dem Kolben in die Ruhestellung geschoben wird. Dies ist z. B. der Fall, wenn beim Ansprechen des Antiblockiersystems Bremsflüssigkeit von den Bremsen in den Hauptbremszylinder zurückgepumpt wird und der entstehende Überdruck den Kolben im Hauptbremszylinder gegen eine die Bremse betätigende Kraft zurückdrängt. In dem Moment, in dem der Ventilstößel gegen einen Querstift stößt, öffnet sich das Zentralventil gegen den Überdruck und der überschüssige Druck in der Bremsanlage wird abgelassen. Somit kann die ordnungsgemäße Regelfunktion des ABS nicht durch Überdruck im Hauptbremszylinder behindert werden.

Die starke Belastung des Ventilsitzes, die auftritt, wenn Bremsflüssigkeit unter hohem Druck durch den schmalen Spalt des sich öffnenden Zentralventils strömt, können den Ventilsitz nicht zerstören, sondern pressen ihn nur noch fester gegen den Einsatz und die ihn umgebende Kolbenwand.

Elastische Verformungen irgendwelcher Dichtungsteile haben keinen nennenswerten Einfluß auf das Öffnen oder Schließen des Zentralventils. Dessen Öffnungs- und Schließverhalten ist auch deshalb genau reproduzierbar, weil der Ventilstößel in der axialen Bohrung des Einsatzes geführt ist und dadurch den Ventilkörper daran hindert, sich in bezug auf den Ventilsitz schrägzustellen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Tandem-Hauptbremszylinder einer hydraulischen Fahrzeug- Bremsanlage,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 und

Fig. 3 eine weiter vergrößerte Einzelheit aus Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Tandem-Hauptbremszylinder hat ein tiefgezogenes Zylinderrohr 10, in dem ein Primärkolben 12 und ein Sekundärkolben 14 hintereinander angeordnet sind und zwei Druckräume 16 und 18 begrenzen. Die beiden Druckräume 16 und 18 haben je einen Anschluß 20 bzw. 22 für einen ersten bzw. zweiten Bremskreis; außerdem ist den beiden Druckräumen je ein Anschluß 24 bzw. 26 für einen nicht dargestellten Behälter zugeordnet, worin Bremsflüssigkeit in Reserve gehalten wird. Zwischen den beiden Kolben 12 und 14 ist eine erste Rückstellfeder 28 angeordnet; der Sekundärkolben 14 stützt sich über eine weitere Rückstellfeder 30 am geschlossenen, in Fig. 1 linken Ende des Zylinderrohrs 10 ab.

Jeder der beiden Kolben 12 und 14 hat einen diametralen Schlitz 32 bzw. 34, der einen Querstift 36 bzw. 38 aufnimmt. Der Querstift 36 des Primärkolbens 12 liegt in dessen Ruhestellung, die in Fig. 1 abgebildet ist, an einer Hülse 40 an, die am rechten Ende des Zylinderrohrs 10 befestigt ist. Der Querstift 38 des Sekundärkolbens 14 ist von einer geschlitzten Federhülse gebildet. Insoweit ist der dargestellte Tandem-Hauptbremszylinder von üblicher Bauart.

Die im folgenden beschriebenen Merkmale sind an beiden Kolben 12 und 14 in gleicher Weise vorhanden; der Einfachheit halber wird von diesen Kolben nur noch der erste ausdrücklich erwähnt.

Der Kolben 12 hat einen einseitig - in Fig. 1 nach links - offenen, zylindrischen Hohlraum 42, an den sich eine ebenfalls zylindrische Vertiefung 44 von etwas geringerem Durchmesser, und auf diese folgend eine zentrale zylindrische Bohrung 46 von erheblich geringerem Durchmesser und schließlich eine noch engere axiale Bohrung 48 anschließt. In der Vertiefung 44 sind ein starrer Einsatz 50 und eine elastische ringförmige Schürze 52 aufgenommen, die beide rotationssymmetrisch gestaltet sind. Der Einsatz 50 besteht im dargestellten Beispiel aus hartem Metall und hat einen Flansch 51 sowie einen von diesem nach vorne, in den Zeichnungen nach links, vorspringenden zentralen ringförmigen Anschlag 53; die ringförmige Schürze 52 besteht aus Dichtungsgummi und ist auf den Einsatz 50 derart aufgespritzt oder aufvulkanisiert, daß sie den Flansch 51 umhüllt und nur dessen Rückseite freiläßt.

Ehe der Einsatz 50 samt daran befestigter Schürze 52 in den Kolben 12 eingebaut wird, hat die Schürze 52 gemäß Fig. 3 eine wellenförmig profilierte äußere Mantelfläche 54, deren Wellenberge einen etwas größeren und deren Wellentäler einen etwas kleineren Durchmesser haben als die zylindrische Vertiefung 44 im Kolben 12. Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Einsatz 50 samt der ringförmigen Schürze 52 derart in die Vertiefung 44 eingepreßt, daß das Wellenprofil der Mantelfläche 54 im wesentlichen flachgedrückt ist.

Die ringförmige Schürze 52 ist einstückig mit einem aus demselben Dichtungsgummi bestehenden Ventilsitz 56 ausgebildet, der die gesamte vordere Stirnseite des Flansches 51 bedeckt und nur den schmalen ringförmigen Anschlag 53 freiläßt. An der entgegengesetzten Seite des Einsatzes 50 ist ein aus dem gleichen Metall wie dieser bestehender, im wesentlichen zylindrischer Zapfen 58 ausgebildet, der an seiner äußeren Mantelfläche eine wendelförmige Nut 60 aufweist. Der Zapfen 58 bildet mit der zentralen Bohrung 46 einen engen Paßsitz und ist in axialer Richtung ausreichend lang bemessen, um den Einsatz 50 bei der Montage zu zentrieren, ehe dieser die Vertiefung 44 erreicht.

Beim Einpressen des Einsatzes 50 schiebt die Schürze 52, die gegen den Kolben 12 vollständig abdichtet, die bis dahin in der Vertiefung 44 enthaltene Luft vor sich her; die wendelförmige Nut 60 läßt diese Luft entweichen, so daß sich zwischen der hinteren, in den Zeichnungen rechten Stirnseite des Flansches 51 und dem Boden der Vertiefung 44 kein Luftpolster bilden kann. Dadurch wird gewährleistet, daß der Einsatz 50 die abgebildete Stellung erreicht und beibehält, in der die hintere Stirnseite des Flansches 51 fest am Boden der Vertiefung 44 anliegt.

Durch den Einsatz 50 und seinen Zapfen 58 erstreckt sich eine axiale Bohrung 62 hindurch, die zusammen mit dem vom Zapfen 58 nicht ausgefüllten inneren Abschnitt der zentralen Bohrung 46 und mit der engeren Bohrung 48 einen zentralen Kanal 64 bildet. Dieser Kanal 64 steht ständig mit dem Anschluß 24 bzw. 26 für den Bremsflüssigkeits-Behälter in Verbindung.

Vor dem Einsatz 50 ist ein Ventilkörper 66 angeordnet, der ebenfalls aus hartem Metall besteht und einen einstückig an ihm ausgebildeten ringförmigen Vorsprung 68 aufweist. In der Ruhestellung des Kolbens 12 hat der ringförmige Vorsprung 68 einen axialen Abstand vom Ventilsitz 56, so daß Bremsflüssigkeit durch den zentralen Kanal 64 in den vorgelagerten Druckraum 16 bzw. 18 strömen kann.

Am Ventilkörper 66 ist ein Ventilstößel 70 einstückig ausgebildet, der sich durch den zentralen Kanal 64 hindurcherstreckt und in üblicher Weise mit dem zugehörigen Querstift 36 bzw. 38 zusammenwirkt. Der Ventilstößel 70 ist in der axialen Bohrung 62 geführt, jedoch derart profiliert, daß er weder diese axiale Bohrung noch einen anderen Abschnitt des zentralen Kanals 64 verschließen kann.

Am offenen, in den Zeichnungen linken Ende des Hohlraums 42 ist ein Flansch 72 befestigt, der an einer im Hohlraum 42 gleichachsig angeordneten Hülse 74 ausgebildet ist. Zwischen dem Flansch 72 und dem Ventilkörper 66 ist eine Druckfeder 76 eingespannt, die auf der Hülse 74 und auf einem Vorsprung 78 des Ventilkörpers 66 zentriert und ständig bestrebt ist, den Ventilkörper in seiner Schließstellung gemäß Fig. 2 zu halten.

Die Wirkungsweise des dargestellten Tandem-Hauptbremszylinders ist die übliche und deshalb nicht erläuterungsbedürftig. Jedes der dargestellten Zentralventile arbeitet folgendermaßen:

Bei Beginn einer Bremsbetätigung nimmt der Ventilkörper 66 die in Fig. 2 abgebildete Stellung ein, in der sein ringförmiger Vorsprung 68 dichtend am Ventilsitz 56 anliegt. In dem Maß, in dem bei weiterer Bremsbetätigung ein Druck im zugehörigen Druckraum 16 bzw. 18 aufgebaut wird, drückt sich der ringförmige Vorsprung 68 in den Ventilsitz 56 ein. Im äußersten Fall kann es dazu kommen, daß die vom ringförmigen Vorsprung 68 umschlossene Fläche des Ventilkörpers 66 sich an den ringförmigen Anschlag 53 des Einsatzes 50 anlegt. Dadurch ist der ringförmige Vorsprung 68 daran gehindert, weiter in den Ventilsitz 56 einzudringen und den Flansch 51 des Einsatzes 50 zu erreichen. Der Ventilsitz 56 ist auf diese Weise zuverlässig vor Beschädigung geschützt.

Claims (6)

1. Kolben mit Zentralventil für hydraulische Fahrzeug- Bremsanlagen, mit

• - einem im Kolben (12) ausgebildeten Hohlraum (42), der an einem Kolbenende offen ist,
• - einem von dem Hohlraum (42) in Richtung auf das andere Kolbenende ausgehenden zentralen Kanal (64),
• - einem rings um den Anfang des zentralen Kanals (64) angeordneten, aus elastischem Werkstoff bestehenden Ventilsitz (56),
• - einem Einsatz (50), der im Kolben (12) befestigt und gegen ihn abgedichtet ist, den Ventilsitz (56) abstützt,
• - einem Ventilkörper (66), der einen an den Ventilsitz (56) anlegbaren ringförmigen, star­ ren Vorsprung (68) aufweist, und
• - einem Ventilstößel (70), der in dem Kolben (12) geführt ist und sich zum Betätigen des Ventilkörpers (66) durch den zentralen Kanal (64) hindurch­ erstreckt,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Ventilsitz (56) an dem starren Einsatz (50) befestigt ist,
• - der Einsatz (50) im Kolben (12) starr ist
  und eine axiale Bohrung (62) aufweist, die mindestens einen Teil des zentralen Kanals (64) bildet,
  und
• - der Ventilstößel (70) in der axialen Bohrung (62) des Einsatzes (50) geführt ist.

2. Kolben mit Zentralventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (56) einstückig an einer ringförmigen Schürze (52) aus elastischem Werkstoff ausgebildet ist, die den Einsatz (50) umschließt und gegen den Kolben (12) abdichtet.

3. Kolben mit Zentralventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Schürze (52) vor dem Einbau in den Kolben (12) eine wellenförmige äußere Mantelfläche (54) aufweist und beim Einbau derart in eine Vertiefung (44) des Hohlraums (42) eingepreßt ist, daß die Wellenform ihrer Mantelfläche (54) im wesentlichen flachgedrückt ist.

4. Kolben mit Zentralventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (50) einen den Ventilsitz (56) tragenden Flansch (51) aufweist sowie einen von diesem aus in Richtung zum Ventilkörper (66) vorspringenden Anschlag (53), der das Eindrücken des ringförmigen Vorsprungs (68) in den Ventilsitz (56) begrenzt.

5. Kolben mit Zentralventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (50) an seiner vom Ventilsitz (56) abgewandten Seite einen Zapfen (58) aufweist, der in einer zentralen Bohrung (46) des Kolbens (12) zentriert ist.

6. Kolben mit Zentralventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (58) an seiner Außenseite eine wendelförmige Nut (60) aufweist.