DE69412278T2

DE69412278T2 - Hydraulischer hauptzylinder

Info

Publication number: DE69412278T2
Application number: DE69412278T
Authority: DE
Inventors: Michael Gwent Np6 1Sy Williamson
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Carlisle Brake Products UK Ltd
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: EP0728087A1; IN185447B; WO1995013206A1; GB9323188D0; DE69412278D1; US5715681A; ES2120160T3; EP0728087B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen hydraulischen Hauptzylinder allgemeiner Art, der in erster Linie für ein Fahrzeugbrems- oder -kupplungsbetätigungssystem bestimmt ist, umfassend einen Zylinderkörper und einen Kolben, die relativ zueinander bewegbar sind, und eine Dichtungseinrichtung zwischen zueinander verschiebbaren Flächen des Zylinderkörpers und des Kolbens, die betätigbar ist, um eine Druckbeaufschlagung von Hydraulikflüssigkeit in einer Druckkammer während einer Relativbewegung des Körpers und des Kolbens in einer Betätigungsrichtung des Systems und eine Flüssigkeitsrückkehr in die Kammer über eine Rückkehröffnung während der umgekehrten Relativbewegung des Körpers und des Kolbens zu gestatten. Der größte Teil der zum Gebrauch in Fahrzeugen bestimmten Hauptzylinder weisen einen Kolben auf, der innerhalb eines feststehenden Zylinders durch Betätigung eines fahrerbetätigten Pedals bewegbar ist.
Herkömmliche Hauptzylinder sind üblicherweise mit flexiblen Druckdichtungen aus z. B. Gummi oder ähnlichem Material versehen, welche unter den meisten Einsatzbedingungen zufriedenstellend sind. Im Falle von Hochdruckzylindern jedoch, in welchen sehr hohe Betätigungsdrücke auftreten und die z. B. in Geländefahrzeugen verwendet werden, wurde festgestellt, daß ein übermäßig schneller Verschleiß der Druckdichtung auftreten kann, insbesondere wenn der Zylinder eine radiale Rückkehröffnung enthält, welche durch die Dichtung während der hin- und hergehende Bewegung des Kolbens gekreuzt wird.
Aus der GB-A-986091 ist es bekannt, einen hydraulischen Hauptzylinder mit einer Verbunddichtung zu versehen, die ein elastisches Teil und ein starres Teil aufweist, von denen beide an der Hauptzylinderbohrung angreifen und an dieser entlanggleiten.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen hydraulischen Hauptzylinder der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem das vorgenannte Problem beseitigt oder vermieden ist.
Erfindungsgemäß wird ein hydraulischer Hauptzylinder der vorgenannten Art mit einer Dichtungseinrichtung in Form einer Druckdichtungsanordnung versehen, die ein erstes Dichtungsteil aus relativ hartem Material, welches gegen eine der zusammenwirkenden Flächen verschiebbar ist, und ein relativ elastisches zweites Dichtungsteil aufweist, wobei das zweite Dichtungsteil hergerichtet ist, zwischen einer anderen der zusammenwirkenden Flächen und dem ersten Dichtungsteil zu wirken, um eine flüssigkeitsdichte Druckdichtung während der Beaufschlagung der Flüssigkeit in der Kammer zu schaffen, wobei die mit dem zweiten Dichtungsteil zusammenwirkende andere Fläche derart gestaltet ist, daß sie eine elastische Deformation des zweiten Dichtungsteils während einer Relativbewegung des Zylinderkörpers und des Kolbens in besagter einer Richtung herbeiführt, wobei das zweite Dichtungsteil gegen besagte zusammenwirkende Fläche abdichtet und eine radiale Deformation des ersten Dichtungsteils gegen seine benachbarte zusammenwirkende Fläche herbeiführt, um dessen Abdichtung zu verstärken.
Vorzugsweise liegt das zweite Dichtungsteil im wesentlichen radial innerhalb des ersten Dichtungsteils.
Die Druckkammer kann zweckmäßigerweise mit einer im wesentlichen radialen Rückkehröffnung versehen sein, die von der Dichtungsanordnung während der relativen Arbeitsbewegung des Körpers und des Kolbens gekreuzt wird, wobei radiale und/oder axiale Rückkehrdurchgänge in dem Kolben einen Flüssigkeitsfluß an der Dichtungsanordnung vorbei zwischen der Druckkammer und der Rückkehröffnung während der den Druckhub fördernden rela tiven Umkehrbewegung des Körpers und des Kolbens gestatten. Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Hauptzylinders darstellt;
Fig. 2-4 entsprechend vergrößerte Schnittansichten des eingekreisten Teils der Fig. 1 sind, welche den Hauptzylinder in unterschiedlichen Betriebszuständen darstellen und
Fig. 5 eine der Fig. 1 ähnelnde Ansicht ist, die eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptzylinders darstellt.
Der Hauptzylinder der Fig. 1 hat einen Zylinderkörper 1 mit einer Längsbohrung 2, innerhalb derer ein Druckkolben 3 gleitet, dessen vorderes Ende 4 mit der Bohrung und einer Stirnwand 5 des Zylinders eine Druckkammer 6 definiert. Die Betätigungskraft wird auf den Kolben mittels einer Kraftzufuhrstange 7 ausgeübt, die im Gebrauch zum Beispiel mit dem Fahrerfußpedal (nicht gezeigt) verbunden ist, wobei der Kolben in Richtung seiner dargestellten Ruhestellung durch eine Rückstellfeder 8 gedrückt wird, welche den Kolben und die Stange gegen eine Unterlegscheibe 9 hält, die mit einem Sicherungsring 9A oder dgl. zusammenwirkt, um als hinterer Anschlag zu dienen. Eine gewellte Schutzmanschette 10, die die Stange umgibt und mit einem eine Nut aufweisenden runden Vorsprung 11 des Körpers 1 in Eingriff steht, dichtet das offene Ende des Zylinders gegen das Eindringen von Fremdteilen ab. Der Körper 1 ist mit einem radial vorstehenden Montageflansch 12 versehen, der zur Aufnahme von Befestigungsschrauben oder dgl. Löcher 13 aufweist. Eine Druckauslaßöffnung 14 kommuniziert mit der Druckkammer 6 und ist für eine Verbindung mit eines oder mehreren Folgezylindern eines Arbeitssystems durch geeignete Leitungen hergerichtet. Eine Flüssigkeitseinlaßöffnung 15 ist im Gebrauch durch ein Anschlußstück 16 mit einem Flüssigkeitsreservoir verbunden und kann über eine Rückkehröffnung 17 mit dem Druckzylinder kommunizieren.
Der Kolben trägt benachbart seinem hinteren Ende eine Lippendichtung 18 herkömmlicher Form und ist benachbart seinem vorderen Ende mit einer Nut 19 ausgebildet, welche eine Druckdichtungsanordnung 20 enthält. Die Nut 19 ist an ihrem vorderen Ende durch einen einstückigen Flansch 21 des Kolbens begrenzt, wobei der Flansch Durchgangslöcher 22 aufweist, die über seinen Umfang verteilt sind. Die Nut 19 und die Dichtungsanordnung 20 sind in den Fig. 2 bis 4 detaillierter dargestellt, von denen Fig. 2 die Dichtungsanordnung in ihrer Ruhestellung zeigt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Es ist zu erkennen, daß die Dichtungsanordnung 20 eine im wesentlichen ringförmige erste Dichtung 23 umfaßt, die an ihrem vorderen Ende einen radialen Umfangsflansch 24 aufweist, obgleich das Vorsehen dieses Flansches optional ist. Die Dichtung 23 besteht aus einem relativ harten Material, wie etwa PTFE, hat jedoch einen Grad an Flexibilität, welche es ihr ermöglicht, für den nachfolgend beschriebenen Zweck geringfügig nach außen ausgedehnt zu werden. Um die Dichtung 23 herum ist eine weitere Dichtung 25 mit im wesentlichen zylindrischem Querschnitt montiert, wobei diese Dichtung aus einem relativ flexiblen Material besteht, wie etwa Gummi oder dergleichen, welches es ihr ermöglicht, unter Druck leicht deformiert zu werden. Die Nut 19 weist gegenüberliegend dem Flansch 21 einen Wandabschnitt 19A auf, welcher in Richtung der Arbeitsbewegung des Kolbens konisch zuläuft, wobei die Dichtung 25 zwischen dem Flansch 24 und diesem konischen Wandabschnitt liegt.
Fig. 2 stellt einen passiven Zustand der Dichtungen 23 und 25 dar, in welchem in dem Hauptzylinder kein Druck erzeugt wird und die Dichtung 23 leicht gegen die Radialfläche 3B des Kolbens 3 anliegt, wobei die Dichtung 25 leicht zwischen der konischen Kolbenfläche 19A und dem Flansch 24 der Dichtung 23 eingeschlossen ist. Wenn eine zugeführte Kraft über die Kraftzufuhrstange 7 auf den Kolben ausgeübt wird, gleitet der Kolben gegen den Widerstand der Rückstellfeder 8 nach vorne, und sobald die Dichtungsanordnung sich daraufhin ausreichend bewegt hat, um die Rückkehröffnung 17 zu sperren, beginnt der Druck sich in der Kammer 6 aufzubauen. Die Druckzunahme wird durch die Löcher 22 auf die Dichtungsanordnung ausgeübt und drückt die elastische Dichtung 25 entlang der Dichtung 23 in die Umkehrrichtung und in festen Dichtungsangriff mit der konischen Fläche 19A, wie aus Fig. 4 zu erkennen ist. Der zunehmende Druck drückt die Dichtung 25 in den im wesentlichen keilförmigen Spalt zwischen der Fläche 19A und der Dichtung 23, was dazu führt, daß die Dichtung 25 deformiert wird und eine elastisch hergeleitete Kraft radial nach außen gegen die Dichtung 23 ausgeübt wird, um letztere geringfügig nach außen flexibel gegen die Wand der Bohrung 2 zu drücken und deren Dichtungswirkung zu verstärken. Je größer daher der ausgeübte Druck ist, umso größer ist die auf die Dichtungen 23 und 25 wirkende Kraft, was eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinderkörper selbst bei sehr hohen Arbeitsdrücken sicherstellt.
Es ist zu erkennen, daß über einen wesentlichen Abschnitt des Arbeitsweges des Kolbens eine darin ausgebildete Rinne 3A in Verbindung mit einer Rückkehröffnung 17 liegt, wodurch es Flüssigkeit aus dem Reservoir möglich ist, den Kolben an der hinteren Seite der Dichtungsanordnung 20 zu umschließen.
Während des Rückholhubes des Kolbens bleibt die Dichtungsanordnung in der in Fig. 4 gezeigten Stellung, bis in der Kammer 6 ein geringerer Druck vorhanden ist als derjenige, der durch die Flüssigkeitssäule in dem Reservoir erzeugt ist. Wenn dies eintritt, wird sich die Dichtungsanordnung über die Nut 19 in Anlage mit dem Flansch 21 (Fig. 3) bewegen, wodurch Öl gestattet wird, zum Druckausgleich aus dem Reservoir über die Rinne 3A vorbei an der Dichtung und durch die Löcher 22 in die Druckkammer zu fließen. Mit der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Anordnung wird die anfängliche Vorwärtsbewegung des Kolbens vor der Druckerzeugung in der Kammer 6 jegliche Luftblasen, welche sich in dem oberen Bereich des Hauptzylinders angesammelt haben können, veranlassen, in das Reservoir ausgetrieben zu werden.
Die in Fig. 5 dargestellte alternative Ausführungsform gleicht im wesentlichen der vorherigen Ausführungsform, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen wie zuvor bezeichnet sind. Die Dichtungsanordnung 20 ist näher an dem axialen Mittelpunkt des Kolbens aufgenommen als in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei die Rückkehröffnungen 22 dieser Ausführungsform durch eine Mittelbohrung 22', welche über eine Anzahl von radialen Durchgängen 19' mit der Nut 19 kommuniziert, ersetzt sind. In diesem Fall besteht die relativ harte Dichtung 23 in Form eines ebenen Kreisrings, der den elastischen Dichtungsring 25 umgibt, welcher gegen eine nach vorne gewandte Konusfläche 19A der Nut 19 anliegt. Der Zylinderarbeitsdruck wird auf die Dichtungsanordnung über die Durchgänge 22' und 19' ausgeübt, um den elastischen Dichtungsteil 25 zusammenzudrücken und die Dichtung 23 gegen die Zylinderinnenwand auszudehnen.
Der andere prinzipielle Unterschied im Vergleich zu der vorherigen Ausführungsform besteht in der Verlängerung des Kolbens 3, um eine Nase 3C zu bilden, welche in der dargestellten Rückholstellung des Kolbens benachbart einer herkömmlich gestalteten Überleitungsventilanordnung 30 gelegen ist, welche im Gebrauch durch einen Überleitungsdurchgang 31 mit einem ähnlichen Überleitungsventil an einem anderen Zylinder verbunden ist, der einen Teil einer Zwillings-Hauptzylinder-Anordnung für die Verwendung z. B. bei Geländefahrzeugen bildet.
Eine derartige Hauptzylinderanordnung ermöglicht die Ausführung einer normalen Bremsung durch gleichzeitige Betätigung beider Hauptzylinder und eine Lenkunterstützung durch Einzelbetätigung des einen oder des anderen Hauptzylinders. Die Ventile 30 wirken mit den Verlängerungen 3C an den Kolben zusammen, um sicherzustellen, daß, wenn ein Zylinder bei geringem Druck einzeln betätigt wird, er durch sein Überleitungsventil von der Niederdruckkammer des anderen Zylinders getrennt ist, und daß, wenn die Zylinder gleichzeitig betätigt werden, sie über den Überleitungsdurchgang miteinander verbunden sind, um einen Druckausgleich zwischen den Zylindern und demzufolge eine ausgeglichene Bremsung sicherzustellen. Diese Wirkung wird den Fachleuten bekannt sein und nicht weiter beschrieben werden. Die Kolbennase 3C bildet eine Rinne 3D, die jedoch bis zu den radialen Durchgängen 19' verlängert sein kann, was gestattet, den Flüssigkeitsdruck durch die Rinne und/oder durch die Mitte des Kolbens auf die Dichtungsteile 23, 25 auszuüben.
Wie zuvor, wird die Druckbeaufschlagung bei der Betätigung beginnen, wenn die Dichtungsanordnung 20 den Rückkehrdurchgang 17 versperrt hat, wobei die elastische Dichtung danach gegen die schräggestellte Fläche 19A der Nut 19 gepreßt wird, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung mit dem Kolben zu bilden, während sie gleichzeitig den Ring 23 leicht flexibel nach außen gegen die Zylinderbohrung drückt, um, wie zuvor, eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu erzeugen. Wenn beim Zurückschieben der Druck in der Druckkammer 6 unter den Druck des Flüssigkeitsreservoirs fällt, wird der Flüssigkeit gestattet, zum Druckausgleich über die Rinne 3A vorbei an der Dichtungsanordnung und entlang der radialen Durchgänge 19' und des axialen Durchgangs 22' in den Zylinder zu fließen.
Die Verwendung der Dichtungsanordnung mit ihrer relativ harten, jedoch etwas flexiblen Dichtung 23 schafft einen geringen Reibkontakt mit der Fläche der Zylinderbohrung und widersteht auch einem Verschleiß, insbesondere beim Kreuzen der Rückkehröffnung 17, besser als eine herkömmliche flexible Dichtung. Dies kann besonders vorteilhaft in dem Fall sein, wenn eine stark ausgedehnte Bremsung eine übermäßige Erwärmung und demzufolge eine Ausdehnung der Flüssigkeit herbeiführt, was zu einem ungewöhnlichen Druck auf die Dichtung führt. Eine herkömmliche Dichtung kann dann einen hohen Verschleiß und eine mögliche Beschädigung erfahren, insbesondere beim Überqueren einer Flüssigkeitsrückkehröffnung, wohingegen der relativ harte Dichtungsteil 23 der Erfindung eine erhöhte Toleranz derartiger Bedingungen schafft. Die Verwendung der flexiblen Dichtung 25 in der Anordnung, welche die Zylinderbohrung nicht berührt, sondern auf die Dichtung 23 einwirkt und diese veranlaßt, sich flexibel nach außen zu dehnen, ermöglicht die Erlangung einer hervorragenden Hochdruck-Flüssigkeitsdichtung über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen.

Claims

1. Hydraulischer Hauptzylinder umfassend einen Zylinderkörper (1) und einen Kolben (3), die relativ zueinander bewegbar sind, und eine Dichtungseinrichtung (20) zwischen zusammenwirkenden Flächen des Zylinderkörpers und des Kolbens, die betätigbar ist, um eine Druckbeaufschlagung von Hydraulikflüssigkeit in einer Druckkammer (6) während einer Relativbewegung des Körpers und des Kolbens in einer Betätigungsrichtung des Systems und eine Flüssigkeitsrückkehr in die Kammer über eine Rückkehröffnung (17) während der umgekehrten Relativbewegung des Körpers und des Kolbens zu gestatten, wobei die Dichtungseinrichtung (20) in Form einer Druckdichtungsanordnung ausgebildet ist, die ein erstes Dichtungsteil (23) aus relativ hartem Material, welches gegen eine der zusammenwirkenden Flächen verschiebbar ist, und ein relativ elastisches zweites Dichtungsteil (25) aufweist, wobei das zweite Dichtungsteil hergerichtet ist, zwischen einer anderen (19A) der zusammenwirkenden Flächen und dem ersten Dichtungsteil (23) zu wirken, um eine flüssigkeitsdichte Druckdichtung während der Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit in der Kammer (16) zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem zweiten Dichtungsteil (25) zusammenwirkende andere Fläche (19A) derart gestaltet ist, daß sie eine elastische Deformation des zweiten Dichtungsteils (25) während einer Relativbewegung des Zylinderkörpers (1) und des Kolbens (3) in besagter einer Richtung herbeiführt, wodurch das zweite Dichtungsteil (25) gegen besagte zusammenwirkende Fläche abdichtet und eine radiale Deformation des ersten Dichtungsteils (23) gegen seine benachbarte zusammenwirkende Fläche herbeiführt, um dessen Abdichtung zu verstärken.

2. Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Dichtungsteil radial innerhalb des ersten Dichtungsteils liegt.

3. Hauptzylinder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (6) mit einer im wesentlichen radialen Rückkehröffnung (17) versehen ist, die von der Dichtungsanordnung (20) während der relativen Arbeitsbewegung des Körpers (1) und des Kolbens (3) gekreuzt wird, und daß radiale und/oder axiale Rückkehrdurchgänge (22) in dem Kolben einen Flüssigkeitsfluß an der Dichtungsanordnung vorbei zwischen der Druckkammer (6) und der Rückkehröffnung (17) während der dem Druckhub folgenden relativen Umkehrbewegung des Körpers und des Kolbens gestatten.

4. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper (1) eine Längsbohrung (2) aufweist, die einen darin verschiebbaren Kolben (3) enthält, die Dichtungsanordnung (20) den Kolben umgibt und mit jeweiligen gegenüberliegenden Flächen der Bohrung und des Kolbens zusammenwirkt, und die zusammenwirkende, gestaltete Fläche ein in Richtung der Kolbenarbeitsbewegung konisch zulaufender Flächenabschnitt (19A) des Kolbens (3) ist.

5. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dichtungsteil einen zylindrischen Körper (23), der dazu dient, das zweite Dichtungsteil (25) zu umgeben und zu tragen, und einen im wesentlichen radial vorstehenden Flansch (24), der dazu dient, das zweite Dichtungsteil in Richtung der Kolbenarbeitsbewegung zurückzuhalten, aufweist.

6. Hauptzylinder nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in besagter Richtung vor der Dichtungsanordnung mit einem im wesentlichen radial vorstehenden Flansch versehen ist, der mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, um bei einer Rückbewegung des Kolbens einen Flüssigkeitsrückfluß zu gestatten.

7. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dichtungsteil ein flacher KreisYing (23) ist und das zweite Dichtungsteil (25) innerhalb des ersten Teils dicht aufgenommen, wobei der Kammerdruck über mindestens einen radialen Durchgang (19') des Kolbens auf die Dichtungsanordnung (20) ausgeübt wird.