DE4445859A1 - Kolben-Gehäuse-Einheit - Google Patents

Description

Erfindungsgemäß wird eine Kolben-Gehäuse-Einheit nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 vorgeschlagen.

Eine derartige Kolben-Gehäuse-Einheit ist beispielsweise aus der US 5,251,446 bekannt. Bei dieser bekannten Kolben-Gehäu­ se-Einheit erfolgt ein Nachsaugen von Druckmittel aus einem Nachlaufraum in den Druckraum bei nicht vollständig zurückge­ stelltem Kolben über die äußere Lippe der Dichtmanschette, wobei Druckmittel zunächst durch einen Ringspalt zwischen Buchse und Gehäuse fließt und erst nach einem axialen Abheben des Backrings von der Buchse auch durch den axialen Füllkanal fließen kann.

Als nachteilig an dieser bekannten Kolben-Gehäuse-Einheit ist der relativ breite Ringspalt zwischen Buchse und Gehäuse anzusehen, in dem die Dichtmanschette bei großem Druckunterschied zwischen Druckraum und Nachlaufraum hineingepreßt werden kann, was zu ihrer Zerstörung und damit dem Funktionsausfall der Kolben-Gehäuse-Einheit führen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das axiale Abheben des Backrings keine definierte axiale Position der inneren Dichtlippe im zurückgestellten Zustand des Kolbens ermöglicht. Somit ist ein relativ großer Tothub des Kolbens bis zum sicheren Verschließen der als Bohrung im Kolben ausgebildeten Mittel zum direkten Verbinden von Nachlaufraum und und Druckraum einzukalkulieren. Zudem liegt in diesem Fall kein gleichmäßig reproduzierbarer Tothub vor, der im Druckraum aufgebaute Druck hängt also nicht reproduzierbar mit der Kolbenposition zusammen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine gattungsgemäße Kolben- Gehäuse-Einheit vorzuschlagen, bei der die oben genannten Nachteile durch möglichst einfache Maßnahmen behoben werden können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 angegebene Maßnahme gelöst.

Die erfindungsgemäße Druckmittelverbindung ermöglicht einen hohen Druckmittelvolumenfluß und besteht vorzugsweise zwischen der Axialbohrung und der äußeren Dichtlippe der Dichtmanschette, deren innere Dichtlippe über den Backring axial unverschieblich an der Buchse anliegt. Dies ermöglicht eine extrem geringe Toleranz für die zurückgestellte Position des Kolbens und somit die Einstellung eines extrem geringen Tothubs.

Es ist aber auch möglich, die Druckmittelverbindung zur inneren Dichtlippe der Dichtmanschette hin auszubilden. Der Backring kann dann axial unverschieblich ausgebildet sein, wodurch ein im Betrieb unabhängig von den herrschenden Druckverhältnissen gleichmäßiges Verhalten erreicht wird. Dies ermöglicht eine geringe Toleranz zur zurückgestellten Position der Nachlaufbohrung. Dies gilt auch, wenn statt einer Dichtmanschette ein anderes geeignetes Dichtelement, beispielsweise ein entsprechender O-Ring oder ein Dichtring mit rechteckigem Querschnitt verwendet wird.

Auf besonders einfache Art und Weise wird die erfindungsgemäße Druckmittelverbindung dadurch ermöglicht, daß die der Dichtmanschette zugewandte, druckraumseitige Ringfläche der Buchse zumindest teilweise eine Abschrägung aufweist. Dabei nimmt die axiale Ausdehnung der Buchse mit zunehmendem Abstand von der Gehäuselängsachse zu bzw. ab, wobei hier eine beliebige geeignete Form möglich ist. Als besonders geeignet hat es sich erwiesen, einen im Schnitt keilförmigen Bereich auszubilden, in dem die Ringfläche eine der Oberfläche eines Kegelstumpfs entsprechende Abschrägung aufweist.

Wird der Backring axial flexibel ausgebildet, so kann er sich bei Druckaufbau im Druckraum an die Abschrägung anlegen, und bei Druckgleichheit zwischen Druckraum und Nachlaufraum bzw. einem Unterdruck im Druckraum von der Abschrägung abheben und somit die Druckmittelverbindung ermöglichen. Der Backring kann dazu aus elastischem Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl bestehen.

Wird der Backring als Tellerfeder ausgebildet, so kann das Abheben von der Abschrägung bereits bei Druckgleichheit zwischen Druckraum und Nachlaufraum bzw. bei einem geringen Überdruck im Druckraum ermöglicht werden, d. h. die erfindungsgemäße Druckmittelverbindung wird aktiv geöffnet. Dabei kann der Backring sowohl mit einer eine Abschrägung aufweisenden Buchse verwendet werden, wobei er im drucklosen Zustand umklappt, als auch mit einer Buchse, die keine Abschrägung aufweist, wobei er hier im drucklosen Zustand aktiv von der Buchse abhebt und somit die Druckmittelverbindung herstellt.

Weist der Backring einen geringeren Außendurchmesser als die Dichtmanschette auf, so kann diese in den relativ breiten Spalt zwischen Backring und Gehäuse eingepreßt werden, ohne daß eine Zerstörung an dieser Stelle erfolgt.

Dies ist auch dann noch der Fall, wenn der Backring partiell, d. h. in wenigen Bereichen seines Umfangs, bis an das Gehäuse heranreicht.

Die Buchse dagegen kann dann einen paßgenauen Sitz zum Gehäuse aufweisen, so daß hier kein Spalt auftritt, in den die Dichtmanschette eindringen könnte. Eine Zerstörung der Dichtmanschette tritt nicht auf, wenn ein ihr benachbarter Spalt, eine Abmessung aufweist, die größer bzw. kleiner als ein kritischer Bereich ist.

Daher ist weiterhin vorgesehen, den Innendurchmesser des Backrings nur geringfügig größer als den Außendurchmesser des Kolbens auszubilden, so daß der hier auftretende Spalt unterhalb des kritischen Bereichs liegt.

Die Mittel zur Verbindung des Nachlaufraums mit dem Druckraum im zurückgestellten Zustand des Kolbens können vorteilhaft durch Bohrungen im Kolben, insbesondere Radialbohrungen, oder durch an der Außenseite des Kolbens angeordnete Axialnuten gebildet sind.

Vorteilhafterweise bildet die erfindungsgemäße Kolben- Gehäuse-Einheit einen Geberzylinder oder einen Tandemhauptzylinder. Weitere Anwendungen sind aber auch in einem Regler, Ventilblock oder Kraftverstärker denkbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt in geschnittener Darstellung den Bereich zwischen Kolben 3 und Gehäuse 1 einer erfindungsgemäßen Kolben-Gehäuse-Einheit. Im Gehäuse 1 ist eine durchgehende zylindrische Ausnehmung 2 ausgebildet, in der ein einen Druckraum 9 begrenzender Kolben 3 geführt wird. Der Kolben 3 ist als mit einem hohlzylindrischen Bereich 4 versehener Plunger ausgebildet, dessen Symmetrieachse 5 mit derjenigen der Ausnehmung übereinstimmt.

Der unbetätigte, zurückgestellte Zustand des Kolbens 3 ist schematisch angedeutet durch einen gehäusefesten Anschlag 21 von dem aus der Kolben 3 mittels einer ebenfalls schematisch angedeuteten, an seinem Boden 22 angreifenden Kolbenstange 23 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 24 zur Betätigung nach links verschoben wird.

Der Kolben 3 ist mit mindestens einer Radialbohrung 6 versehen, (Fig. 1 oberhalb der Symmetrieachse 5) die in der dargestellten, zurückgestellten Position des Kolbens 3 sich hinter einer Dichtmanschette 7 befindet.

Alternativ dazu können auch Axialnuten 20 vorgesehen sein, die sich, wie in dem unterhalb der Symmetrieachse 5 befindlichen Teil von Fig. 1 abgebildet, vom druckraumseitigen Ende des Kolbens 3 bis auf eine den Radialbohrungen 6 entsprechende Höhe erstrecken. Es ist ebenfalls möglich, auf dieser Höhe mündende schräge Bohrungen vorzusehen, was es ermöglicht, den Kolben ohne Hohlraum auszubilden.

Die Dichtmanschette 7 trennt einen Nachlaufraum 8 vom Druckraum 9 ab, wenn der Kolben 3 soweit nach links verschoben ist, daß die Radialbohrung 6 die innere Dichtlippe 10 der Dichtmanschette 7 überfahren hat. Die äußere Dichtlippe 11 liegt am Gehäuse 1 an und kann im Falle eines im Druckraum 9 niedrigeren Drucks als im Nachlaufraum 8 abheben und somit einen Nachlauf von Druckmittel vom Nachlaufraum 8 zum Druckraum 9 ermöglichen. Im Nachlaufraum 8 ist eine Buchse 15 angeordnet, die mit radialen Bohrungen 12 und von diesen in Richtung Dichtmanschette 7 abgehenden Füllbohrungen 13 versehen ist. Eine im Gehäuse angebrachte Nachlaufbohrung 14 stellt eine Verbindung vom Nachlaufraum 8 zu einem nicht dargestellten drucklosen Behälter her.

Die der Dichtmanschette 7 zugewandte Ringfläche 16 der Buchse 15 weist eine Abschrägung 17 auf, die in ihrer Gesamtheit der Oberfläche eines Kegelstumpfs entspricht. Die Füllbohrungen 13 münden im Bereich der Abschrägung 17 in einem zwischen dieser und einem Backring 18 gebildeten, im Schnitt keilförmigen Bereich. Der Backring 18 ist zwischen Buchse 15 und Dichtmanschette 7 angeordnet. Er ist axial flexibel ausgebildet, d. h. sein radial äußerer Bereich kann in Axialrichtung (in der Abbildung nach rechts) umklappen.

Funktion der Kolben-Gehäuse-Einheit:
Im dargestellten, nicht betätigten Zustand der erfindungsgemäßen Kolben-Gehäuse-Einheit besteht über die Radialbohrungen 6 eine Verbindung vom Druckraum 9 zum Nachlaufraum 8. Wird der Kolben 3 betätigt, d. h. durch die Kolbenstange 23 vom gehäusefesten Anschlag 21 in der Abbildung nach links verschoben, so überfahren die Radialbohrungen 6 die innere Dichtlippe 10, wodurch diese Verbindung unterbrochen wird. Der bei einer weiteren Verschiebung des Kolbens 3 erfolgende Druckaufbau im Druckraum 9 bewirkt, daß die Dichtmanschette 7 an den Backring 18 angepreßt wird, welcher sich an die Abschrägung 17 der Buchse 15 anlegt und dabei die Füllbohrungen 13 verschließt. Die äußere Dichtlippe 11 kann daher nicht in die Füllbohrungen 13 eingepreßt werden, eine Beschädigung ist somit ausgeschlossen. Auch eine Beschädigung durch Eindringen in den extrem geringen Spalt 19 zwischen Buchse 15 und Gehäuse 1 tritt aufgrund von dessen geringer Abmessung nicht auf.

Beim Zurücksetzen des Kolbens 3, d. h. in der Abbildung nach rechts, wird der im Druckraum 9 herrschende Druck abgebaut. Liegt dieser Druck unterhalb des im Nachlaufraum 8 herrschenden Atmosphärendrucks bevor die Radialbohrungen 6 die Dichtlippe 10 überfahren haben, so kann durch Abheben des Backrings 18 von der Abschrägung 17 und der äußeren Dichtlippe 11 von der Wandung des Gehäuses 1 Druckmittel nachgesaugt werden, so daß kein Unterdruck im Druckraum 9 entsteht. Aufgrund des im Vergleich zu den Radialbohrungen 6 großen möglichen Querschnitts, der Füllbohrungen 13 ist auch im zurückgesetzten Zustand des Kolbens 3 über diesen Weg ein hoher Volumenfluß vom Nachlaufraum 8 in den Druckraum 9 möglich. Ein derartig hoher Volumenfluß kann dann erforderlich sein, wenn die erfindungsgemäße Kolben-Gehäuse- Einheit als Hauptzylinder in einem geregelten Bremssystem eingesetzt wird, welches in bestimmten Betriebszuständen das Nachsaugen eines großen Volumenstroms Druckmittel vom Druckraum 8 in den Druckraum 9 erforderlich macht. Dies kann auch dann erforderlich sein, wenn der Kolben 3 nicht vollständig zurückgestellt ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser des Backrings 18 nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Kolbens 3 ausgebildet, so daß der Backring 18 am Kolben 3 radial ausgerichtet ist. Der extrem geringe Spalt zwischen Backring 18 und Kolben 3 verhindert auch hier eine die Dichtmanschette 7 möglicherweise zerstörende Extrusion in diesem Spalt.

Bei der erfindungsgemäßen Kolben-Gehäuse-Einheit bewirkt ein hinter einer mit einer Abschrägung 17 versehenen Buchse 15 angeordneter Backring 18, daß im drucklosen Zustand Füllbohrungen 13 freigegeben werden, durch die Druckmittel von einem Nachlaufraum 8 in einen Druckraum 9 nachgesaugt werden kann, während sich im druckbeaufschlagten Zustand der Backring 18 vor die Füllbohrungen 13 legt und somit eine Beschädigung der Dichtmanschette 7 durch Eindringen in die Füllbohrungen 13 verhindert. Durch diese Lösung ist es weiterhin möglich, die Spaltmaße, die für die Lebensdauer der Dichtmanschette 7 von entscheidender Bedeutung sind, auf ein Minimum zu verkleinern, da der Nachsaugvorgang sich über die Füllbohrungen 13 vollzieht und nicht über zwischen Buchse 15 und dem Gehäuse 1 bzw. dem Kolben 3 befindliche Spalte.

Claims (11)

1. Kolben-Gehäuse-Einheit mit einer in einem Gehäuse (1) ausgebildeten Ausnehmung (2), in der ein Druckraum (9) durch einen in dieser geführten Kolben (3) gebildet ist, wobei der Kolben (3) mittels einer mit der Außenseite des Kolbens (3) und dem Gehäuse (1) in Kontakt stehenden Dichtmanschette (7) abgedichtet ist, und Mittel (6,20) aufweist, die im zurückgestellten Zustand des Kolbens (3) eine Druckmittelverbindung vom Druckraum (9) zu einem auf der dem Druckraum (9) abgewandten Seite der Dichtmanschette (7) ausgebildeten Nachlaufraum (8) ermöglichen, einer in dem Nachlaufraum (8) angeordneten Buchse (15), die zumindest eine axiale Füllbohrung (13) aufweist, die den Nachlaufraum (8) mit der dem Druckraum (9) abgewandten Seite der Dichtmanschette (7) verbindet, und einem zwischen dieser und der Buchse (15) angeordneten Backring (18), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die zumindest im unbetätigten Zustand des Kolbens (3) eine Druckmittelverbindung zwischen dem druckraumseitigen Ende der Füllbohrung (13) und einer der Dichtlippen (10, 1) der Dichtmanschette (7) ermöglichen.

2. Kolben-Gehäuse-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Dichtmanschette (7) zugewandte Ringfläche (16) der Buchse (15) zumindest teilweise eine Abschrägung (17) aufweist.

3. Kolben-Gehäuse-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (16) eine der Oberfläche eines Kegelstumpfes entsprechende Abschrägung (17) aufweist.

4. Kolben-Gehäuse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Backring (18) axial flexibel ausgebildet ist.

5. Kolben-Gehäuse-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Backring (18) als Tellerfeder ausgebildet ist.

6. Kolben-Gehäuse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Backring (18) einen geringeren Außendurchmesser aufweist, als die Dichtmanschette (7).

7. Kolben-Gehäuse-Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Backring (18) partiell bis an das Gehäuse (1) heranreicht.

8. Kolben-Gehäuse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Backrings (18) nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Kolbens (3).

9. Kolben-Gehäuse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (6,20) zur Verbindung des Nachlaufraums (8) mit dem Druckraum (9) im zurückgestellten Zustand des Kolbens (3) durch Bohrungen im Kolben (3), insbesondere Radialbohrungen (6), oder durch an der Außenseite des Kolbens (3) angeordnete Axialnuten (20) gebildet sind.

10. Kolben-Gehäuse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß statt einer Dichtmanschette ein geeignetes anderes Dichtelement eingesetzt, ist dessen äußerer bzw. innerer Bereich den jeweiligen Dichtlippen entsprechen.

11. Kolben-Gehäuse-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben- Zylinder-Einheit einen Geberzylinder eines Kraftfahrzeugs oder einen Tandemhauptzylinder einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage bildet.