DE19754700A1

DE19754700A1 - Dichtung für einen Geberzylinder

Info

Publication number: DE19754700A1
Application number: DE19754700A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Ing Welter
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-06-17

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Geberzylinder für eine hydraulisch betätigte Kupp lung oder Bremse von Fahrzeugen mit einem Gehäuse, in dem ein Kolben verschiebbar geführt und durch zumindest eine Nutringdichtung abgedichtet ist, deren radial gespreizte Dichtlippen am Gehäuse und dem Kolben anliegen, und wobei der Kolben mittels einer Kolbenstange mit einer vorzugsweise manuell zu betätigenden Pedalvorrichtung bzw. einer elektromotorisch oder hydraulisch betätigten Hilfseinrichtung verbunden ist, wobei der Kolben mit dem Gehäuse stirnseitig einen im Volumen variablen Druckraum begrenzt, der unmittelbar mit einem Druckmittelanschluß und mittelbar mit einem Nachsaugeanschluß in Verbindung steht.

Hintergrund der Erfindung

Für die Funktion derartiger Ausrücksysteme ist sicherzustellen, daß ein Luftein schluß vermieden wird. Neben einer Entlüftung muß ein druckloser Druck mittelzufluß gewährleistet sein, um beispielsweise bei einem Druckmittelverlust das Ausrücksystem aufzufüllen. Dazu finden vorzugsweise sogenannte stirnseitig im Kolben eingesetzte Plattenventile Anwendung, die über einen Zuführkanal in Verbindung mit einem Ringkanal im Kolben über eine im Gehäuse einge brachte Zuführbohrung mit dem Reservoir verbunden sind. Die Konzeption des Plattenventils sieht vor, daß dieses bei einem Zurückschnellen des Ringkolbens in die Neutralstellung und dem sich dabei einstellenden Vakuum sich öffnet und damit falls erforderlich ein Druckmittelausgleich erzielbar ist.

Bei von schwimmend angeordneten Dichtungen für den Ringkolben im Neh merzylinder kann bei einem Zurückschnellen des Kupplungspedals sich kurzzei tig ein Vakuum bilden mit der Folge, daß sich die Dichtung vom Ringkolben verlagert und sich dadurch ein Wegverlust für das Ausrücklager einstellt.

Aus der DE 37 38 741 A1 ist ein Geberzylinder mit einem derartigen als Plattenventil gestalteten Einwegventil bekannt. Über Bohrungen im Kolben ist das Einwegventil mit einem Nachsaugeanschluß im Gehäuse verbunden. Eine Öffnung des Ventils erfolgt, sobald der Druck im Nachsaugeanschluß höher ist als der im Druckraum vorherrschende Druck. Das Einwegventil ermöglicht somit einen selbsttätigen Druckmittelausgleich im Druckraum. Diese bekannte Einwegventilanordnung nimmt Einfluß auf die axiale Baulänge des Kolbens und damit des Geberzylinders. Nachteilig beeinflußt das bekannte Ventil außerdem den Bauteileumfang sowie den Fertigungs- und Montageaufwand, wodurch sich insgesamt die Herstellkosten des Geberzylinders erhöhen.

Ein gattungsbildender Geberzylinder ist aus der DE 195 16 391 A1 bekannt. Die zur Abdichtung des Kolbens eingesetzte Primärdichtung ist als Nutringdich tung gestaltet, deren statische Dichtlippe an einer Bohrungswandung des Ge häuses dichtend anliegt, die dynamische Dichtlippe stützt sich unmittelbar an der Mantelfläche des Kolbens ab. Druckraumseitig ist die Mantelfläche des Kolbens in einem Endabschnitt radial nach innen gestuft, so daß bei nicht betätigtem Geberzylinder, d. h. in der Neutralstellung des Geberzylinders, die dynamische Dichtlippe mit einer verringerten Radialkraft am Kolben abgestützt ist. Mit dieser Maßnahme soll bei einem auftretenden Vakuum im Druckraum des Geberzylinders bzw. bei einer Druckdifferenz zwischen dem Nachsaugean schluß und dem Druckraum, Druckmittel selbsttätig aus dem Reservoir in den Druckraum nachströmen. Mit einem derartig gestalteten Kolben ergeben sich keine eindeutig definierten Nachsaugezustände aufgrund der Bauteil- bzw. Ein bautoleranzen. Zur Erzielung einer Mindestvorspannung der dynamischen Dichtlippe stellt sich folglich ein zu hoher Nachsaugdruck ein, d. h. ein Vaku um von mindestens - 0,3 bar. Damit ergibt sich eine relativ träge Wirkungs weise der dynamischen Dichtlippe, die für heute übliche Ausrücksysteme nicht ausreichend ist, bei denen die im Nehmerzylinder eingesetzte Dichtung schwimmend angeordnet ist. Außerdem ist eine derartige dynamische Dicht lippe einer hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, was sich nachteilig auf den Verschleiß und die Dauerfestigkeit der Dichtlippe auswirkt.

Aufgabe der Erfindung

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen Geberzylinder eine wirksame Primärdichtung zu schaffen, die einerseits einen geringen statischen Öffnungsdruck und dynamischen Druckabfall aufweist und andererseits bei Hochdruck eine verbesserte Abdichtung gewährleistet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Danach umfaßt die erfindungsgemäße Nutringdichtung eine radial vergrößerte, statische Dichtlippe, die außen mit zwei axial beabstandeten um laufenden Dichtkanten versehen ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen beabstan deten Dichtkanten ergibt sich eine vorteilhafte druckgestufte Abdichtung. Die am freien Ende außenseitig angeordnete Dichtkante bildet dabei eine sog. Niederdruckabdichtung, die auch als Vordichtung zu bezeichnen ist. Die nachgeschaltete, auch als Hochdruckdichtkante zu bezeichnende Abdichtung bewirkt bei höher auftretenden Drücken eine wirksame Abdichtung. Diesen erfindungsgemäß versetzt angeordneten Dichtkanten ist zumindest eine Zulauf nut bzw. ein Zuführkanal zugeordnet, der sich vom Dichtungsrücken bis zur Hochdruckdichtkante erstreckt. Über die Zulaufnut kann bei einem auftretenden Druckgefälle vom Druckmittelreservoir zum Druckraum ein Druckfluid nahezu ungehindert in den Druckraum nachströmen. Gemäß der Erfindung besitzt die erfindungsgemäße statische Dichtlippe eine relativ große Länge bei gleichzeitig relativ geringer Wandstärke. Damit kompensiert die Dichtlippe Bauteiltoleran zen, insbesondere vom Bohrungsdurchmesser des Geberzylindergehäuses. In vorteilhafter Weise ergibt sich durch die Erfindung eine druckgestufte Abdich tung im Bereich der statischen Dichtlippe, wodurch sich die Anlagefläche der Dichtlippe synchron zum Druckabfall im Druckraum des Geberzylinders ver kleinert.

Erfindungsgemäß hebt in einem ersten Druckbereich die Hochdruckdichtkante von der Gehäusewandung ab, bevor bei einem weiteren Druckabbau eine die Dichtkanten verbindende Flanke von der Gehäusewandung abhebt. Die Nieder druckdichtkante ist dagegen so konzipiert, daß sie erst bei einem im Druckraum sich einstellenden Vakuum bzw. einem Druckgefälle zwischen dem Druck mittelreservoir und dem Druckraum radial nach innen verlagert und damit ein ungehindertes Nachströmen von Druckmittel in den Druckraum ermöglicht. Dabei schließt die Erfindung ebenfalls eine ausreichend groß dimensionierte Gestaltung der Zulaufnuten ein, die zur Vermeidung eines Strömungswider standes. Damit ist auch bei einer schnellen Pedalbetätigung ein kurzzeitig großer Durchfluß von Druckmitteln in den Druckraum sicherstellt.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der statischen Dichtlippe bewirkt eine klar definierte örtliche Trennung der Hochdruck- von der Niederdruckdichtkante. Bei einem Vakuum im Druckraum und der sich dabei einstellenden Wirkungs weise der erfindungsgemäßen Nutringdichtung hat sich die Hochdruckdicht kante sowie die Flanke bereits von der Gehäusewandung verlagert, wodurch das Druckmittel lediglich die Niederdruckdichtkante passieren muß, was nahezu widerstandsfrei erfolgen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10, die nachfolgend erläutert werden.

Zur Bildung einer ersten Dichtkante, bezeichnet als Niederdruckkante ist die statische Dichtlippe am freien Ende mit einer radial nach außen gerichteten Wulst versehen, die zur Erzielung einer großen Elastizität schmal und relativ hoch gestaltet ist. Die axial zur ersten Dichtkante beabstandete zweite Dicht kante die Hochdruckdichtkante ist ebenfalls in Form einer radial nach außen gerichteten Wulst gestaltet, wobei deren Breite die der ersten Dichtkante über trifft. Gemäß der Erfindung ist die Hochdruckdichtkante im Bereich des Dicht lippenfußes der Nutringdichtung angeordnet. Eine Verbindung zwischen den Dichtkanten bildet ein dünnwandiger, elastischer Steg, dessen Mantelfläche eine Flanke darstellt, die sich bei einem abnehmenden Druck im Druckraum nach der Hochdruckdichtkante von der Gehäusewandung des Geberzylinders ver lagert.

Als vorteilhaft hat sich eine Gestaltung der statischen Dichtlippe erwiesen, bei der sich die Hochdruckdichtkante bei einem Differenzdruck von ≦ 3 bar vor und hinter der Dichtkante und die Flanke des Steges bei einem Differenzdruck von ≦ 0,5 bar vor und hinter der Dichtkante von der Gehäusewandung abhebt. Die Niederdruckkante verlagert sich dagegen erst bei einem im Druckraum auftretenden Vakuum radial nach innen und ermöglicht damit einen Durch trittsquerschnitt für ein aus dem Reservoir nachströmendes Druckmittel.

Aufgrund dieser druckraumabhängigen Dichtkantenanlage wird die Nachsauge funktion der statischen Dichtlippe verbessert, da bei einer auftretenden Druck differenz zwischen dem Druckraum und dem Reservoir in einem definierten Druckbereich sich ein gewünschter vorteilhafter schneller Druckmittelzustrom einstellt. Gemäß der Erfindung gelangt das Druckmittel bei einem Druckabfall auf einen Wert ≦ 1 bar bis an die Niederdruckdichtkante. Ein weiterer Druck abfall führt zu einem Abheben der Niederdruckdichtkante und ermöglicht aufgrund des großen Zuströmquerschnittes einen schnellen, kurzzeitigen Druck mittelausgleich im Druckmittelraum. Die erfindungsgemäße Dichtkantenausbil dung unterbindet weiterhin eine Vakuumbildung im Druckraum des Nehmer zylinders und vermeidet damit bei einer schwimmend angeordneten Ringkol bendichtung einen eventuellen Wegverlust des Ausrücklagers.

In einer weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Wulst der Dichtkanten einen gerundeten Kontaktbereich auf. Mit dieser Maßnahme ist eine verbesserte Anpassung an die Oberflächenbeschaffenheit der Gehäusewandung erzielbar, was die Dichtwirkung verbessert. Außerdem bewirkt eine derart gestaltete, gerundete, von der Bohrungswandung abgehobene Wulst keinen nachteiligen Strömungswiderstand auf die Druckmittelströmung, was den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen statischen Dichtlippe weiter verbessert.

Zur Erzielung einer hochflexiblen, elastischen statischen Dichtlippe besitzt diese eine relativ große Längserstreckung bei einer geringen Wandstärke. Dabei hat sich ein Maßverhältnis bewährt, bei dem die Dichtlippenlänge dem vierfachen Wert der Wandstärke der Dichtlippe entspricht.

Für die Ausbildung der Wulst, die der Hochdruck- und Niederdruckdichtkante zugeordnet ist, sieht die Erfindung ein vom Steg abhebendes Überstanzmaß vor, das ca. einem Viertel des Werts der Wandstärke entspricht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Nutringdichtung mit zumindest einer vom Dichtungsrücken bis zur Hochdruckdichtkante reichenden Zulaufnut versehen. Dabei ist diese Zulaufnut groß dimensioniert und weist insbesondere eine große Tiefe auf. Diese Gestaltung begünstigt einen schnellen Zustrom von Druckmittel durch die Zulaufnut, verbunden mit einem raschen Volumenaus gleich des Druckmittels im Druckraum. Bei Bedarf kann die Nutringdichtung ebenfalls mit mehreren Zulaufnuten versehen werden, die vorzugsweise sym metrisch umfangsverteilt angeordnet sind.

Die Erfindung sieht weiterhin eine asymmetrische Anordnung der statischen und dynamischen Dichtlippe vor, bei der die innere, dynamische Dichtlippe im Vergleich zur äußeren, statischen Dichtlippe kürzer gestaltet und mit einer größeren Wandstärke versehen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Nutringdichtung in Verbindung mit zugehörigen Bauteilen des Geberzylinders.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Aus der einzigen Figur ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Nutringdichtung 1 zu ersehen, die in eine Ringnut 2 eines Geberzylinders 3 eingesetzt und lagefixiert ist. Die Nutringdichtung 1 ist dabei in Richtung einer Druckraums 4 zeigend mit zwei radial gespreizten Dichtlippen, einer radial inneren dynami schen Dichtlippe 5 und einer radial äußeren statischen Dichtlippe 6 versehen. Die Dichtlippe 5 stützt sich dabei dichtend an einem im Geberzylinder 3 verschiebbaren Kolben 7 ab. Die Dichtlippe 6 liegt dagegen an einer Gehäuse wandung 8 des Geberzylinders 3 an. Die Nutringdichtung 1 liegt unter Vor spannung mit einer Mantelfläche 9 an der Gehäusewandung 8 an. Von einem Dichtungsrücken 10 ausgehend bis zu einer Hochdruckdichtkante 11 reichend ist in die Mantelfläche 9 eine Zulaufnut 12 eingebracht, die über eine Zuführ bohrung 13 im Gehäuse des Geberzylinders 3 mit einem in der Figur nicht dargestellten Druckmittelreservoir verbunden ist.

Die statische Dichtlippe 6 weist zwei jeweils als Wulst ausgebildete Dicht kanten auf. Neben der am Dichtlippenfuß 14 angeordneten Hochdruckdicht kante 11 ist dieser am freien Ende der statischen Dichtlippe 6 eine Nieder druckdichtkante 16 vorangestellt. Die Dichtkanten sind dabei durch einen Hülsenabschnitt 15 verbunden, der druckabhängig ebenfalls über eine Flanke 17 an der Gehäusewandung 8 dichtend anliegt. Bedingt durch die relativ lang gestreckte, dünnwandige statische Dichtlippe 6 ist diese elastisch und kann sich so abhängig von dem im Druckraum herrschenden Druck an die Gehäusewan dung 8 anlegen. Die Wirksamkeit der statischen Dichtlippe 6 unterstreichend ist diese mit drei Dichtzonen versehen, die druckgestuft eine Abdichtung zur Gehäusewandung sicherstellen.

Wirkungsweise

Bei einer Kupplungsbetätigung und einer damit verbundenen Verschiebung des Kolbens 7 baut sich ein Druck im Druckraum 5 auf. Die Niederdruckdichtkante 16 liegt an der Gehäusewandung 8 dichtend an, sobald der im Druckraum 4 herrschende Druck ≦ 0,5 bar größer ist als der im Reservoir herrschende atmo sphärische Druck. In einem Druckbereich von mehr als 1 bar im Druckraum 4 stützt sich die Flanke 17 dichtend an der Gehäusewandung 8 ab. Ein weiterer Druckanstieg auf 3 bar führt dazu, daß sich die Hochdruckdichtkante 11 dich tend an der Gehäusewandung 8 abstützt. Eine Umkehrung der Kolbenbewegung in die Neutral- oder Ausgangsstellung ist verbunden mit einem Druckabbau. Sobald der Druck 3 bar unterschreitet, verlagert sich die Hochdruckdichtkante 11 von der Gehäusewandung 8. Damit verbunden passiert das unter dem atmosphärischen Druck stehende Druckmittel aus dem Reservoir über die Zulaufnut 12 die Hochdruckdichtkante 11. Ein weiterer Druckabfall auf ca. 1 bar führt zu einem Abheben der Flanke 17 des Steges 15. Damit verbunden füllt sich ein kreisringförmiger Raum, der sich zwischen der Gehäusewandung 8 und der Flanke 17 einstellt. Bei einer weiteren Druckabnahme, bei der sich ein Druckgefälle vom Druckraum zum Reservoir einstellt, d. h. der im Druckraum vorherrschende Druck ist niedriger als der Druck im Druckmittelreservoir, verlagert sich die Niederdruckdichtkante 16 radial nach innen und ermöglicht einen Druckmittelstrom in den Druckraum 4.

Als Maßnahme zur Erzielung einer verbesserten Abdichtung sind die als Wulst gestaltete Niederdruckdichtkante 16 und die Hochdruckdichtkante 11 mit einer gerundeten Kontaktfläche 18, 19 versehen, wodurch die Wulst sich Unebenhei ten im Bereich der Gehäusewandung 8 besser anpassen kann. Die Gestaltung der Nutringdichtung 1 umfaßt weiterhin bestimmte Maßverhältnisse. Die Länge "l1" der statischen Dichtlippe 6 entspricht dabei dem vierfachen Wert der Wandstärke "h". Die Wulste zur Bildung der Niederdruckdichtkante 16 und der Hochdruckdichtkante 11 treten radial aus der Kontur der Flanke 17 hervor und besitzen dabei ein Höhenmaß "x" das nahezu einem Viertel der Wandstärke "h" entspricht. Weiterhin sind die Dichtlippen 5, 6 asymmetrisch zueinander angeordnet, wobei die eine größere Wandstärke aufweisende dynamische Dichtlippe 5 um das Maß "l2" gegenüber dem für die Dichtlippe 16 bestimmten Längenmaß "l1" verkürzt ist. Die Gestaltung der Zulaufnut 12 sieht ein Tiefen maß "t" vor, das ≧ der halben Wandstärke "h" der Dichtlippe 6 entspricht.

Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise der Hochdruckdichtkante 11 und der Niederdruckdichtkante 16 dient die nachfolgende tabellarische Gegenüber stellung:

Bezugszeichenliste

1

Nutringdichtung

2

Ringnut

3

Geberzylinder

4

Druckraum

5

Dichtlippe (dynamisch)

6

Dichtlippe (statisch)

7

Kolben

8

Gehäusewandung

9

Mantelfläche

10

Dichtungsrücken

11

Hochdruckdichtkante

12

Zulaufnut

13

Zuführbohrung

14

Dichtlippenfuß

15

Steg

16

Niederdruckdichtkante

17

Flanke

18

Kontaktfläche

19

Kontaktfläche

Claims

1. Abdichtung für einen Geberzylinder, der für eine hydraulisch betätigte Kupplung oder Bremse von Fahrzeugen bestimmt ist, wobei zwischen einer Innenmantelfläche, einer Gehäusewandung (8) des Geberzylinders und einem gegenüber dieser axial verschiebbaren Kolben (7) eine Nutringdichtung (1) eingesetzt ist, deren radial gespreizte Dichtlippen (5, 6) an der Gehäusewan dung (8) und dem Kolben (7) dichtend anliegen, wobei der Kolben (7) mittels einer Kolbenstange mit einer vorzugsweise manuell zu betätigenden Pedalvor richtung bzw. einer elektromotorisch oder hydraulisch betätigten Hilfseinrich tung verbunden ist und wobei der Kolben (7) mit dem Gehäuse des Geberzylin ders (3) stirnseitig einen im Volumen variablen Druckraum (4) begrenzt, der un mittelbar mit einem Druckanschluß und mittelbar mit einem Nachsaugean schluß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine radial äußere statische Dichtlippe (6) der Nutringdichtung (1) zur Erzielung einer druckgestuf ten Abdichtung zwei axial beabstandete Dichtkanten umfaßt, und zwar eine Hochdruckdichtkante (11) sowie eine Niederdruckdichtkante (16) und daß die Nutringdichtung (1) mit zumindest einer Zulaufnut (12) versehen ist, die sich in axialer Richtung von einem Dichtungsrücken (10) bis zur Hochdruckdichtkante (11) erstreckt.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statische Dichtlippe (6) zur Bildung einer Niederdruckdichtkante (16) am freien Ende eine radial nach außen gerichtete umlaufende Wulst aufweist.

3. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich eines Dichtlippenfußes (14) angeordnete Hochdruckdichtkante (11) als um laufende Wulst gestaltet ist.

4. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flanke (17) eines die Niederdruckdichtkante (16) mit der Hochdruckdichtkante (11) ver bindenden Stegs (15) bei einem im Druckraum (4) vorherrschenden Druck ≦ 1 bar von der Gehäusewandung (8) abhebt.

5. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hoch druckdichtkante (11) bei einem Druck ≦ 3 bar im Druckraum (4) von der Gehäusewandung (8) verlagert.

6. Abdichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wulst gestaltete Hochdruckdichtkante (11) und Niederdruckdichtkante (16) jeweils eine gerundete Kontaktfläche (18, 19) bilden.

7. Abdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Maßverhältnis der statischen Dichtlippe (6), dem zufolge die Dichtlippenlänge (11) dem vierfachen Wert der Wandstärke (h) entspricht.

8. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wulst der Hochdruckdichtkante (11) und der Niederdruckdichtkante (16) jeweils mit einem Überstandsmaß (x) von der Außenkontur im nichteingebauten Zustand abheben, wobei das Maß (x) einem Viertel der Wandstärke (h) der Dichtlippe (6) entspricht.

9. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufnut (12) ein Tiefenmaß (t) aufweist, das ≧ der halben Wandstärke (h) der Dichtlippe (6) entspricht.

10. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutring dichtung (1) asymmetrisch gestaltete Dichtlippen (5, 6) umfaßt, wobei die radial innenliegende statische Dichtlippe (5) gegenüber der Dichtlippe (6) über eine größere Wandstärke verfügt und deren Länge sich jedoch um das Maß (12) vom Längenmaß (11) der statischen Dichtlippe (6) unterscheidet.