JP5653475B2 - シール装置を備えたピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、スリップコントロール可能な液圧式の車両ブレーキ装置の液圧ユニットのピストンポンプであって、シール装置が設けられていて、該シール装置が、シリンダエレメントと、該シリンダエレメント内に受容されていて駆動されて軸方向に往復動させられるピストンと、該ピストンとシリンダエレメントとによって画成された作業室をシールするシールエレメントとから成っており、該シールエレメントがシール側と、該シール側とは反対側に位置している支持側と、シールされる作業室に向けられた高圧側と、作業室とは反対の側に位置している低圧側とを有しており、シール側が、大きさの異なったフランク角を有していて互いに収斂する２つのシールフランクによって形成された少なくとも１つのシールリップを有している形式のものに関する。

従来技術に基づいて、均一な材料によって製造された一体のシールエレメントが公知である。このようなシールエレメントは、当該分野においてエラストマシールエレメントと呼ばれ、異なった横断面形状のものを市場において得ることができる。例えばＯリング、方形リング（Quad-Ring）又は溝付リング（Nut-Ring）が公知である。方形リング及び溝付リングはその周囲に沿って圧力負荷可能なシールリップを有している。そしてこのシールリップは圧力負荷の増大に連れて高まるシール作用を発揮する。しかしながらこのようなシールエレメントは、ある程度の圧力媒体漏れを阻止することができず、特に、運転条件に基づいてシールエレメントに時々負圧が作用するような場合に、圧力媒体漏れを阻止することができない。このような負圧の発生は、シリンダユニットにおいてピストンをシールするためのシール装置において一般的に見られることである。ピストンシリンダユニットでは、シールエレメントに対して別の技術的な要求、つまり静的な状態（ピストンエレメントが動いていない静止している状態）においても動的な状態（ピストンエレメントが軸方向において作動している状態）においても良好なシールが達成されねばならない、という要求がある。

従来技術は、特別にこのような事例に対応するために複雑な構成を有しかつ複数部分から形成されたシールユニット、例えばばねリングによって予負荷されたプラスチックリング又はテフロンリング又はスリーブパッキンアッセンブリ（Manschettensaetze）のようなシールユニットを開示している。

このような公知のシールユニットは通常、非対称的に形成されたシールフランクを有していて、相応に非対称的な接触圧プロフィルを生ぜしめる。非対称的なシールプロフィルの大きな利点としては、走入及び走出するピストン運動時に互いに異なった流体力学的なドラッグ流を生ぜしめ、前記ピストン運動に基づいて、シールされる作業室内への媒体の戻し搬送を達成することができる。ピストンがこの作業室内に進入運動する場合（作業行程）には、比較的強いドラッグ作用が得られる。これに対してピストンがシールされる作業室から外に進出運動する場合（吸込み行程）には、非対称のプロフィルを備えたシールエレメントは、外方に向かって特に僅かなドラッグ流しか生ぜしめない。これによって作業室内への媒体の効果的な戻し搬送が得られ、結果として高いシール作用が得られる。上に述べた戻し搬送作用が基づく物理的な基本原理は、科学的に調査されており、従来技術とみなされる（例えばＤＥ１０３６０６０１Ａ１参照）。しかしながら上記作用形式はシールエレメントの位置適正な取付けを前提としている。

ＤＥ１０３６０６０１Ａ１

本発明の課題は、高いシール作用を得ることができると共に、シールエレメントの位置適正な取付けを保証することができるシール装置、を備えたピストンポンプを提供することである。

この課題を解決するために本発明によるピストンポンプでは、冒頭に述べた形式のピストンポンプにおいて、シールエレメントが、一体に形成された部材であり、均一なエラストマ材料から成っていて、シールエレメントの位置適正な取付けを確認するための少なくとも１つのマーキングを有しており、該マーキングが、シールエレメントの高圧側に配置されていて、肩部もしくは凹部なしにシール側の第１のシールフランクに移行しており、さらにピストンの往復動の方向においてシールエレメントから突出している環状の隆起部として形成されているようにした。

本発明によるシール装置のシールエレメントは、一体に形成されていて、エラストマシールエレメントの有利な製造特性と非対称のシールジオメトリのもつ有利な戻し搬送特性とを併せ持っている。本発明におけるシールエレメントは、非対称の接触圧プロフィルを生ぜしめるが、この非対称の接触圧プロフィルは単に、組付け空間におけるシールエレメントの機械的な予負荷と、シールエレメントの弾性的な材料特性及びシール横断面のジオメトリとによって生ぜしめることができる。つまりシールエレメントの機械的な予負荷を得るための別のエレメントは、不要である。

位置適正な取付けを確認するために、シールエレメントは少なくとも１つのマーキングを備えている。このマーキングはシールエレメントに安価に一体成形することができ、シールエレメントに隣接した部材と有利な形式で共働し、シールエレメントの正確な取付け時には付加的な構造空間をまったく要求しないが、誤った取付け時には付加的な構造空間を要求することになる。これによってエラーを伴って取り付けられた構成群は、例えば、技術的に簡単に実施可能な測定検査又は光学式の検査によって、容易に確認することができる。両方の検査形式は少なくとも部分的に自動化されて実施可能であり、ゆえに大量生産のために良好に適している。

本発明の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明によるシールエレメントの１実施形態を示す断面図である。

次に図面を参照しながら本発明によるピストンポンプにおけるシールエレメントの実施形態を説明する。

図１に示されたシールエレメント１００は、シリンダエレメント１０４の孔１０２内において支持リング１０６と制限エレメント１０８との間に位置固定に配置されている。シールエレメント１００は、リング状に形成されていて、例えばその内周部でピストン１１０の外周面をシールし、かつ外周部でシリンダエレメント１０４の孔壁をシールする。ピストン１１０はシールエレメント１００に対して、往復動Ｈするように駆動可能であり、かつそのために制限エレメント１０８内において摺動可能に案内されている。往復動Ｈの方向は、孔１０２の軸線方向に延びている。シールエレメント１００によってシールされる作業室１１２は、ピストン１１０とシリンダエレメント１０４とによって画成されていて、図１には単に略示されているだけである。

本発明によるシールエレメント１００は一体に形成されていて、横断面で見てほぼ正方形の基本形状を有している。このシールエレメント１００は、均一なエラストマ材料、有利にはＥＰＤＭから成っている。横断面形状は、少なくともほぼ互いに直角に方向付けられた４つのシールエレメント辺から成っており、この場合シールエレメント辺はそれぞれ異なった構成もしくは形状を有している。

図１において下方を向いた第１のシールエレメント辺は、ピストン１１０の外周面に接触していて、シールエレメント１００の内輪郭を形成している。このシールエレメント辺は以下においてはシール側と呼ぶ。このシール側の形状は、互いに収斂する２つのシールフランク１３０，１３２によって規定されていて、両シールフランク１３０，１３２は、各シールフランク１３０，１３２とピストン１１０の外周面との間の角度である、互いに異なった大きさのフランク角１３４，１３６を有している。そしていずれか一方のシールフランク１３２，１３０から他方のシールフランク１３０，１３２への移行部には、シールリップ１３８が形成されている。このシールリップ１３８は、０.１〜０.４の間の大きさの移行半径によって形成される。両方のフランク角１３４，１３６が互いに異なった大きさを有していることに基づいて、シールリップ１３８はシールエレメント１００の、往復動Ｈの方向に対して垂直に延びる中心軸線１４０に対して、図１において左に向かってずらされて位置していて、シールエレメント１００に対して非対称の横断面形状を与えている。

第１のシールフランク１３０はシールエレメント１００の、作業室１１２に向けられた側に位置している。この第１のシールフランク１３０のフランク角１３４は５０°〜７０°の間である。これに対して第２のシールフランク１３２は、１０°〜４５°の小さなフランク角１３２を有していて、シールすべき作業室１１２とは反対の側で、シールエレメント１００の低圧側に配置されている。両シールフランク１３０，１３２は例えば直線的に形成されている。

シールエレメント１００の、シール側とは反対の側は、支持側と呼ばれる。この支持側は、図示の実施形態では中心軸線１４０に対して鏡面対称に形成されていて、低圧側及び高圧側の縁部においてそれぞれ突出した隆起部１５０によって画成されている。この両方の隆起部１５０は、孔１０２の壁に支持されている。そしてシールエレメント１００の両方の隆起部１５０の間には、中心軸線１４０の両側において対称的に延びている凹部もしくは切欠き１５２が位置している。この切欠き１５２は凹面状に内方に向かって湾曲している。

シールエレメント１００の、ピストン１１０とシリンダエレメント１０４とによって画成された作業室１１２とは反対側に位置する低圧側は、図示の実施形態では真っ直ぐな側面１５４として形成されている。

シールエレメント１００の、作業室１１２に向けられていて高圧側と呼ばれる側は、低圧側とは反対の側に位置している。この高圧側は部分的に真っ直ぐな側面１５６として形成されていて、一体成形された凸部もしくはマーキング１６０を備えている。このマーキング１６０は、シールエレメント１００の位置適正な取付けを保証すること、もしくは誤って取り付けられたシールエレメント１００を容易に認識することができる。

マーキング１６０は、例えば、ピストン１１０の往復動Ｈの方向に対してほぼ平行に突出する環状の隆起部によって実現されている。この隆起部は、高圧側の一部にわたって延びていて、シール側の第１のシールフランク１３０に肩部もしくは凹部なしに移行している。

制限エレメント１０８はシールエレメント１００に向けられた側に、環状の隆起部に対して相補的に成形された切欠きとして形成された対応マーキング１６２を有しており、この対応マーキング１６２は、マーキング１６０を完全に受容している。従って図示の状態においてマーキング１６０は、ガイドエレメント１０８と支持リング１０６との間に存在する組込み空間を増大させない。

もちろん、シールエレメント１００におけるマーキング１６０を択一的に切欠きとして形成することも可能であり、この場合にはこの切欠き内に、制限エレメント１０８に一体成形された突出部が係合しており、これによって、位置適正に取り付けられていないシールエレメント１００を、シールエレメント１００とガイドエレメント１０８とから成る組付けユニットのための増大させられた所要構造空間によって、確認することができる。

シールエレメント１００の外寸は、シリンダエレメント１０８の内寸もしくはピストン１１０の外寸に合わせられていて、シール装置の無圧状態においてかつピストン１１０が作動しておらず静止している場合に、シールエレメント１００の圧縮が８％〜２５％の間に調節されるようになっている。シールエレメント１００の幅Ｂと厚さＳとの比は、シールエレメント１００が圧力負荷されていない状態にある場合に、０.５〜２.０の間の範囲に位置している。図１には、単にこの状態においてしか前記横断面形状を認識することができないので、シールエレメント１００の横断面が圧縮されていない状態において示されている。

シールリップ１３８を形成するシールフランク１３０，１３２の異なった大きさのフランク角１３４，１３６と相俟って、シールエレメント１００の圧縮に基づいて、予め規定された接触圧プロフィル、つまりシールエレメント１００がピストン１１０の外周面に押し付けられる接触圧の勾配形状が生ぜしめられる。シールエレメント１００はそのシールリップ１３８の領域において最大の接触圧をピストン１１０に加える。軸方向においてシールリップ１３８を挟んで片側及び反対側で、接触圧は連続的に減少し、この場合接触圧減少の勾配は、所属のシールフランク１３０，１３２のフランク角１３４，１３６の大きさと直接的に関連しており、予め与えられた角度範囲内におけるフランク角１３４，１３６と共に連続的に増大する。すなわち、大きなフランク角を有するシールフランクは、小さなフランク角（小さな勾配）のシールフランクに比べて急激な接触圧の低下（大きな勾配）を生ぜしめる。既に述べたように、高圧側のシールフランク１３０は、低圧側のシールフランク１３２に比べて大きなフランク角１３４を有し、ひいては大きな勾配を有している。

異なった勾配は、高圧側へのピストン１１０の運動時に、つまり作業室１１２内へのピストン１１０の進入時に、大きなドラッグ流（Schleppstroemung）を生ぜしめるので、予め流出した圧力媒体は、ピストン１１０とシリンダエレメント１０４とによって画成された作業室１１２内へと戻し搬送される。

シールエレメント１００の外側はそれぞれの縁部において連続的に、つまり段部や鋭い縁部又はこれに類したものなしに、互いへと移行している。連続的な移行は一方では、製造時において型からのシールエレメント１００の良好な離型を可能にし、かつ他方では、使用時におけるシールエレメント１００のシール特性に関して有利な影響を及ぼすことができる。

もちろん、本発明の基本思想を逸脱することなしに、上に述べた実施形態の変更又は補足が可能である。本発明によるシールエレメントは、特に、スリップコントロール可能な液圧式の車両ブレーキ装置の液圧ユニットにおけるピストンポンプ又は蓄圧器における使用のために適している。

１００ シールエレメント、 １０２ 孔、 １０４ シリンダエレメント、 １０６ 支持リング、 １０８ 制限エレメント、 １１０ ピストン、 １１２ 作業室、 １３０，１３２ シールフランク、 １３４，１３６ フランク角、 １３８ シールリップ、 １４０ 中心軸線、 １５０ 隆起部、 １５２ 切欠き、 １５４，１５６ 側面、 １６０ マーキング、 １６２ 対応マーキング

Claims (3)

1. スリップコントロール可能な液圧式の車両ブレーキ装置の液圧ユニットのピストンポンプであって、シール装置が設けられていて、該シール装置が、シリンダエレメント（１０４）と、該シリンダエレメント（１０４）内に受容されていて駆動されて軸方向に往復動させられるピストン（１１０）と、該ピストン（１１０）とシリンダエレメント（１０４）とによって画成された作業室（１１２）をシールするシールエレメント（１００）とから成っており、該シールエレメント（１００）がシール側と、該シール側とは反対側に位置している支持側と、シールされる作業室（１１２）に向けられた高圧側と、作業室（１１２）とは反対の側に位置している低圧側とを有しており、シール側が、大きさの異なったフランク角（１３４，１３６）を有していて互いに収斂する２つのシールフランク（１３０，１３２）によって形成された少なくとも１つのシールリップ（１３８）を有している形式のものにおいて、
   シールエレメント（１００）が、一体に形成された部材であり、均一なエラストマ材料から成っていて、シールエレメント（１００）の位置適正な取付けを確認するための少なくとも１つのマーキング（１６０）を有しており、
   該マーキング（１６０）が、シールエレメント（１００）の高圧側に配置されていて、肩部もしくは凹部なしにシール側の第１のシールフランク（１３０）に移行しており、さらにピストン（１１０）の往復動（Ｈ）の方向においてシールエレメント（１００）から突出している環状の隆起部として形成されていることを特徴とするピストンポンプ。
2. 前記エラストマ材料がＥＰＤＭである、請求項１記載のピストンポンプ。
3. マーキング（１６０）が、シールエレメント（１００）に隣接した部材（１０８）における対応マーキング（１６２）と共働し、該対応マーキング（１６２）とマーキング（１６０）とは、シールエレメント（１００）と該シールエレメントに隣接した前記部材（１０８）とが必要とする構造空間を増大させることなしに、互いに係合する、請求項１又は２記載のピストンポンプ。

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