DE4104070A1 - Bremszylinderdichtung mit ausnehmung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Dichtung für den Sat­ tel einer Scheibenbremse, insbesondere eine den Kolben um­ greifende Dichtung innerhalb des Bremssattels, wobei diese Dichtung sowohl zu Dichtzwecken dient, als auch eine Roll­ back-Funktion hat.

Scheibenbremsen und Sättel für Scheibenbremsen sind bekannt und im benutzten Stand der Technik weit verbreitet. Derarti­ ge Anordnungen enthalten typischerweise ein Sattelgehäuse, welches den Bremsscheibenrotor übergreift, wobei das Gehäuse ein Paar Bremsklötze auf beiden Seiten der Bremsscheibe ent­ hält. Ein Kolben ist gleitend in einem nach innen gerichte­ ten Teil des Bremsgehäuses angeordnet. Der Kolben wird hy­ draulisch über eine Bremsleitung betätigt, die an das Sat­ telgehäuse angeschlossen ist. Nach der Betätigung ist der Kolben verschoben und der innere Sattelteil, welcher den Bremsklotz in Reibeingriff mit der Bremsscheibe bringt, zieht gleichzeitig das äußere Ende des Gehäuses gegen den äußeren Bremsklotz in einen Reibeingriff mit der Bremsschei­ be, wobei die Bremsscheibe an dem Fahrzeugrad befestigt ist.

Bei derartigen Einrichtungen wird ein Dichtring in einer Ge­ häusenut des Sattels eingesetzt, welcher an der Außenfläche des Kolbens angreift. Die Dichtung hat eine wesentliche Funktion nach der Betätigung der Bremse und der daraus er­ folgenden Deformation des Dichtrings gegenüber dem inneren Bremsklotz durch das Zurückholen des Kolbens durch einen so­ genannten Rollback des Dichtrings. Dabei zieht der Dichtring den Kolben in seine Ausgangslage zurück und schafft hier­ durch ein Lüftspiel für das Bremsensystem. Das richtige Lüftspiel ist wesentlich, um einerseits zu verhindern, daß die Bremse bei zu geringem Lüftspiel zu rauh arbeitet und umgekehrt um zu verhindern, daß die Bremse bei zu großem Lüftspiel zu schwammig wirkt.

In den bekannten Systemen ist der Dichtring in einer Nut in dem Sattelgehäuse eingesetzt, wobei die Nut eine wesentliche Abschrägung entlang der Nutkanten des Bremsgehäuses auf­ weist. Diese Abschrägung schafft Bereiche für den Dichtring, in die er bei der Betätigung der Bremse ausweichen kann und aus denen er sich nach beendeter Bremsenbetätigung entspan­ nen kann. Die Entspannung des Dichtrings dient zur Rückho­ lung des Kolbens in seine Ausgangsstellung, wodurch das be­ nötigte Lüftspiel erzeugt wird, wie weiter oben schon ge­ schildert.

Es wurde gefunden, daß das notwendige Rückholen zum Errei­ chen eines Lüftspiels in den bekannten Bremsensätteln unbe­ friedigend ist, weil die Bremsen nach diesem Vorgang entwe­ der zu hart oder zu weich auf eine Bremspedalbetätigung rea­ gieren.

Aus der DE-OS 32 47 052 sind Maßnahmen bekannt, die ein kon­ stantes Lüftspiel unabhängig vom Druck und von dem Kolbenweg bei einer Scheibenbremse bewirken sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, weitere Maßnahmen in dieser Richtung vorzuschlagen, die die bekannten Maßnahmen verein­ fachend ersetzen können oder auch wahlweise zusätzlich zur Verbesserung des Ergebnisses eingesetzt werden können.

Die Erfindung geht daher aus von einer Dichtung der sich aus dem im Oberbegriff des Hauptanspruches ergebenden Gattung und löst die Aufgabe durch im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs definierten Merkmalskombination. Die Erfin­ dung besteht im Prinzip also darin, die Auflagefläche des Bremsrings auf dem Kolben gezielt zu vermindern, um zum ei­ nen den Flüssigkeitsreibungsanteil der Dichtringfläche auf den Kolben zu erhöhen und dabei den ungünstigen Klebeefekt des Dichtrings auf dem Kolben zu vermindern und um anderer­ seits in einfacher Weise Raum zu schaffen für eine Ausweich­ bewegung des Dichtrings bei einer Relativbewegung des Kol­ bens, so daß der dem Kolben zugewandte Teil des Dichtrings diesen im gewünschten Maße zu folgen vermag.

Will man in einfacher Weise einen Raum zur Aufnahme der durch die Bewegung des Kolbens verschobenen Dichtringteile erhalten, so läßt sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination gemäß Anspruch 2 einset­ zen. In diesem Falle läßt sich die Gehäuseringnut relativ einfach herstellen, da auf die andernfalls notwendigen Ab­ schrägungen an dem dem Kolben zugewandten Ende der Nut ver­ zichtet werden kann. Ein derartiger Schrägraum ist in der o.g. Patentanmeldung DE-OS 32 47 052 in Verbindung mit dem Raum 17 des dortigen Ausführungsbeispiels beschrieben. Man erhält somit eine Gehäuseringnut mit einfachen, im wesentli­ chen rechteckiger Querschnittsfläche, die aufgrund der feh­ lenden Abschrägungen am unteren Ende relativ wenig Platz be­ ansprucht.

Eine besonders einfache Ausgestaltung für den Dichtring er­ gibt sich durch Anwendung der Merkmale nach Anspruch 3.

Durch die Verwendung der Merkmale nach Anspruch 4 kann der Ring in jeder Lage verbaut werden. Da es weiterhin üblich ist, Abschrägungen an beiden Seiten der Gehäuseringnut vor­ zusehen, werden dementsprechend auch die beiden Ausnehmungen bei Verzicht auf diese Abschrägungen in beiden Richtungen wirksam.

Zusätzlich, aber auch ohne die Ausnehmung an der Seitenflä­ che, können in Weiterbildungen die Merkmale nach Anspruch 5 Verwendung finden. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise der Anteil der Flüssigkeitsgleitreibung des Dichtrings auf dem Kolben erhöhen, so daß eine gleichmäßigere Bewegung des Dichtrings auf dem Kolben gewährleistet ist, der andernfalls erst ankleben und bei einer entsprechend weiten Bewegung des Kolbens vom Kolben dann losreißen kann. Durch spezielle Ge­ staltung und Optimierung der Nut in Verbindung mit richtig gewählter Härte des Dichtringmaterials gelingt es, die Ver­ formung des Dichtringes unter hydraulischem Druck so zu op­ timieren, daß das Lüftspiel nach Größe und Streuung be­ herrschbar wird. Dies gelingt aufgrund der Tatsache, daß in Abhängigkeit vom hydraulischen Druck die unterschiedlichen Dichtringbereiche gezielt zur Wirkung gebracht werden kön­ nen, indem man die vorgesehene Nut aber auch ggf. mehrere parallel zueinander angeordnete Nuten entsprechend auslegt.

Ein besonders einfaches Herstellungsverfahren für den Dicht­ ring ergibt sich gemäß Anspruch 7, wobei die dort angegebene Form auch die Dauerbelastbarkeit des Ringes erhöht.

Um die Gleichmäßigkeit der Reibung des Dichtrings auf dem Kolben und die Rückholwirkung noch zu verbessern, empfiehlt sich die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 8. Während ei­ nerseits durch die Erhöhung des Druckes der Dichtring gegen die bremsscheibenseitige Flanke der Gehäuseringnut gepreßt wird und damit sich die Reibung auf dem Kolben an sich er­ höht, wird andererseits durch die Vergrößerung der Tiefe der Nut auf dieser Seite Raum geschaffen, was die Verformung des Dichtrings hinsichtlich der Reibwirkung ausgleicht. Durch eine Druckerhöhung ändert sich also die rückholende Kraft­ wirkung des Reibringes nicht wesentlich nach dem Ende der Bremsdruckbelastung. Damit bleibt das Lüftspiel unabhängig vom Druck gleich.

Die Maßnahme nach Anspruch 9 schlägt hierzu eine besonders einfach Formgebung vor.

Durch die Abmessungen gemäß Anspruch 10 lassen sich die ge­ wünschten Wirkungen in optimaler Weise erreichen. Fig. 11 beschreibt Maßnahmen zur Vereinfachung der Montage des Dichtrings.

Anspruch 12 gibt Maßnahmen für einen Dichtring an, der er­ findungsgemäß ausgestaltet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 und 2 in Rückansicht und teilweise geschnittener Seitenansicht eine Scheibenbremse, bei der die Lage der erfindungsgemäßen Dichtung zu erkennen ist,

Fig. 3 in teilweise geschnittener und gebrochener Darstellung einen an sich bekannten Aufbau einer Dichtung, deren Lage in Fig. 2 ange­ deutet ist,

Fig. 4 eine erste Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Dichtung,

Fig. 5a bis 5c Ansichten des Dichtungsrings in Vorderan­ sicht, geschnittener Seitenansicht und ver­ größerter geschnittener Seitenansicht,

Fig. 6a bis 6c eine zweite Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Dichtrings unter unterschiedlichen Bremsdruckbelastungen.

Die erfindungsgemäße Dichtung vermeidet vorteilhaft die Not­ wendigkeit, Abschrägungen in das Gehäuse hineinzuarbeiten, wo­ bei durch die Erfindung das resultierende Lüftspiel opti­ miert und Abweichungen von dem optimalen Lüftspiel möglichst klein gehalten werden.

Es wurde befunden, daß die vorliegende Erfindung eine we­ sentliche Verbesserung in der Veränderlichkeit des Lüft­ spiels erreicht, welches möglichst konstant, d. h. druckunab­ hängig, sein sollte. Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Tabelle 1.

Tabelle 1

Fig. 1 und 2 zeigen eine allgemeine Ansicht einer Scheiben­ bremse 10, wodurch die Umgebung der vorliegenden Erfindung illustriert wird. Die Scheibenbremse 10 von Fig. 1 zeigt ei­ nen Gehäusesattel 12, welcher durch einen Kolben 14 betätigt wird, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Kol­ ben 14 wird über einen hydraulischen Eingang bewegt, wie ebenfalls aus Fig. 2 zu erkennen. Durch die Anwendung des hydraulischen Drucks verschiebt sich der Kolben 14 zu dem Bremsklotz 18 des Bremssattels und bewegt diesen gegen die Bremsscheibe 20. Hieraus resultiert eine Rückwärtsbewegung in entgegengesetzter Richtung des Sattelgehäuses 12, so daß der außere Bremsklotz 22 in gleicher Weise in Reibeingriff mit der Bremsscheibe 20 gelangt, wodurch die Bremswirkung er­ reicht wird. Der Dichtring 24 liegt ganz allgemein in einer sich ringförmig erstreckenden Nut des Gehäuses 12, die im we­ sentlichen durch den Außendurchmesser des Kolbens 14 begrenzt wird. Diese Dichtung hat eine wichtige Funktion darin, daß nach der Bewegung des Kolbens 14 im Gehäuse 12 nach der Bremsbetätigung der Kolben zu seiner Ausgangsposition durch die Wirkung des Dichtrings zurückgeholt wird. Das bedeutet, daß der Dichtring den Kolben 14 für eine nachfolgende Brem­ senbetätigung in seine Ausgangslage bringt und hierdurch für das notwendige Lüftspiel zwischen Kolben und Bremsklotz 18 sorgt und dementsprechend auch für ein Lüftspiel zwischen dem äußeren Bremsklotz 22 und der Bremsscheibe 20. Auf diese Wei­ se wird das Rückholen des Kolbens 14 ohne zusätzliche Mittel allein durch die Verformungcharakteristik des Dichtrings selbst erreicht, welcher gleichzeitig auch für das notwendige Dichten zwischen dem Kolben und dem Bremsengehäuse sorgt.

Fig. 3 zeigt einen Dichtring 24 gemäß dem Stand der Technik, wie er bisher eingesetzt wurde, um die notwendigen Dicht- und Rückholfunktionen auszuführen. Der Innendurchmesser der Zy­ linderbohrung des Sattelgehäuses 12 ist mit 12b in Fig. 2 angegeben, während der Außendurchmesser des Kolbens 14 mit 14a in Fig. 3 gekennzeichnet ist. Es zeigt sich, daß der Dichtring 24, nachdem er erst einmal unter Druck steht, an­ nähernd in eine Lage verformt wird, wie sie durch die gestri­ chelten Linien in Fig. 3 angegeben ist. Um Raum für eine derartige Verformung zu schaffen, muß eine recht große Ab­ schrägung 12a im Gehäuse 12 vorgesehen werden. Die Toleranzen in der Herstellung dieser Abschrägung tragen zu den relativ großen Abweichungen in dem Rückholweg innerhalb einer Serie bei.

Fig. 4 zeigt nun eine Dichtung für einen Bremsscheibensat­ tel, wie er gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung vorge­ schlagen wird. Die Dichtung von Fig. 4 wird ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 124 bezeichnet und enthält einen Gum­ midichtring für den Kolben, welcher im wesentlichen eine rechteckige Querschnittsfläche hat. Selbstverständlich kann die Querschnittsfläche des Dichtrings 24 irgend eine andere polygone Gestaltung aufweisen, die sich von der dargestellten unterscheidet.

Der Außendurchmesser des Kolbens 14 ist hier mit 14a bezeich­ net während die Querschnittsfläche der Gehäusenut das Bezugs­ zeichen 13 besitzt. Es zeigt sich, daß der Dichtring 124 an seinem dem Kolben zugewandten Teil Ausnehmungen zur Entspan­ nung 126, 128 besitzt, die in die parallelen Seitenflächen des Dichtrings in dem Bereich eingearbeitet sind, welcher an den Außendurchmesser 14a des Kolbens 14 angrenzt. Der Dichtring 124 besitzt weiterhin eine umlaufende zentrale Nut 130 in dem mittleren Teil der Seite des Dichtrings 124, welcher an dem Außendurchmesser des Kolbens 14 angreift.

Auf diese Weise ist der Dichtring mit eine Ausdehnung ermög­ lichenden Entspannungsabschnitten an den Enden der parallelen Seiten des Dichtrings versehen, welche an den Außendurchmes­ ser des Kolbens angrenzen. Der zentrale Teil der Seite des Dichtrings, welcher an der Außenfläche des Kolbens angrenzt besitzt wie schon erwähnt, eine umlaufende Nut 130. Die be­ schriebenen Ausnehmungen stellen einen einfach herzustellen­ den und berechenbaren Platz für den Dichtring dar, welcher in einer Nut mit zueinander parallelen senkrechten Seitenflächen zur Verfügung steht, wodurch die Notwendigkeit zur Herstel­ lung von Abschrägungen in der Gehäusenut vermieden wird. Durch Einstellen der Größe des festgelegten Ausdehnungsraumes 126 am Dichtring läßt sich die Größe des Rollbackweges ein­ stellen und auf einen geeigneten optimalen Wert festlegen. Die umlaufende Nut 130 im Mittelteil des Dichtrings wird bei großem Bremsdruck wirksam, wie beispielsweise bei einer Not­ fallbremsung, wodurch ein zusätzlicher Rollback notwendig wird und hierdurch wird der andernfalls auftretende Verlust des notwendigen Lüftspiels vermindert.

Die Fig. 5a bis 5c zeigen genauere Einzelheiten des Dicht­ rings 124 in Verbindung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es zeigt sich aus Fig. 5a, daß der Dichtring 124 ganz allgemein eine ringförmige Gestalt hat und eine spezifi­ sche Querschnittsfläche besitzt, wie sie sich genauer aus Fig. 5b ergibt. Fig. 5c zeigt die Querschnittsfläche des Dichtrings 124 in entspanntem Zustand, wobei auch die Ent­ spannungsausnehmungen und die Nut gemäß der vorliegenden Er­ findung zu erkennen sind. Wie aus Fig. 5c zu erkennen, sind die Entspannungsausnehmungen und die Mittelnut an dem radial inneren Teil des Dichtrings 124 angeordnet, dessen Arbeits­ weise weiter oben schon beschrieben wurde.

Wie im Zusammenhang mit Tabelle 1 schon erläutert, stellt die vorliegende Erfindung eine erhebliche Verbesserung bei der Einstellung des Lüftspiels sowohl bei hohem Bremsdruck bzw. Notbremssituationen als auch im Normalbetrieb dar, indem in all diesen Bremsarten die Höhe des Lüftspiels möglichst gleich gehalten wird. Hierdurch werden Klagen hinsichtlich eines schwammig oder anderseits rauh wirkenden Bremspedals vermieden, bei welchem einmal das Lüftspiel zu groß und zu anderen besonders gering ist.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich wurde gefunden, daß bei norma­ lem Bremsdruck (annähernd 20 bar) das Lüftspiel gemäß dem Stand der Technik um ± 0,26 mm um den nominalen Wert von 0,35 mm schwankt. Im Gegensatz hierzu wird das Lüftspiel durch den erfindungsgemäßen Dichtring nur um ± 0,06 mm um den nominalen Wert 0,18 mm schwanken. Ähnliche Resultate wurden bei hohem Bremsdruck (annähernd 100 bar) erreicht.

Die Erfindung beschreibt daher eine Dichtung für einen Brems­ sattel für Scheibenbremsen, bei dem der Dichtring sich durch eine einfache Gestaltung und ein optimiertes Lüftspiel aus­ zeichnet, welches nur in Abhängigkeit von der Betriebsform der Bremse geringen Schwankungen unterliegt. Hierdurch werden die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermie­ den. Die Erfindung ist aber nicht nur bei einem Bremszylinder anwendbar, sondern auch bei allen anderen zylinderförmigen Körpern, die eine Rollback-Funktion aufweisen, beispielsweise bei rückholenden Bolzen in Bremssattelführungen.

Fig. 6a bis 6c zeigt eine zweite Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Dichtrings, bei dem eine umlaufende Nut 60 vor­ gesehen ist, die an der Innenfläche des Dichtringes ange­ bracht ist. Der Dichtring 61 liegt in einer Gehäusenut 62 und ist aus einem elastomeren Werkstoff, z. B. ERDM. Im ausgebau­ ten Zustand hat der Dichtring eine im wesentlichen rechteck­ förmige Querschnittsfläche. Die Bodenfläche 64 der Gehäusenut 62 ist derart geneigt, daß die Nut in Richtung zur Öffnung des Zylinders 63 in dem Gehäuse 65 immer tiefer wird, so daß eine im wesentlichen keilförmige Querschnittsfläche aufwei­ sender Raum 66 entsteht, welcher zur Aufnahme von verformten Teilen des Dichtringes zur Verfügung steht.

Die Breite B des Dichtrings ist etwas geringer als die Breite C der Gehäuseringnut, so daß hierdurch der Dichtring 61 leichter montiert werden kann.

Die Nut 60 hat einen im wesentlichen bogenförmigen Quer­ schnitt, soweit gemäß Fig. 6a der Bremsdruck noch nicht auf­ gebracht wird. Der Dichtring 61 liegt mit den Flächenab­ schnitten 68, 69 auf dem Kolben 70 dichtend auf, wobei die Oberfläche des zylinderförmigen Kolbens nur durch eine Linie angedeutet ist.

Fig. 6b zeigt nun die Ausgestaltung des Dichtrings 61 bei niedrigem hydraulischen Druck, der über den Spalt 72 zwischen Kolben 70 und Gehäuse 65 auf den Dichtring einwirkt. Als Fol­ ge davon werden die unteren Enden 74, 75 des Dichtrings 61 in Richtung des Druckes umgebogen.

Fig. 6c zeigt die Kontur des Dichtrings 61 bei hohem hydrau­ lischen Druck, wobei unter Wirkung dieses Druckes der Kolben 70 sich gleichzeitig noch unter dem Dichtring 61 in Richtung des Doppelpfeiles bewegt.

Die Auslenkung der unteren Enden 74, 75 dient nach dem Ab­ schalten des Bremsdruckes dazu den Kolben entgegen der Rich­ tung des Doppelpfeiles um einen bestimmten Betrag zurückzuho­ len, der dem Lüftspiel der Bremsklötze auf der Bremsscheibe entspricht.

Claims (12)

1. Dichtung für eine Scheibenbremse mit einem Bremskolben (14), der in dem Bremszylinder eines Bremsgehäuses (12, 65) geführt ist, wobei in dem Zylinder eine umlau­ fende Ringnut (13, 62) zur Aufnahme eines ringförmigen Dichtrings (61, 124) vorgesehen ist, der einen im wesent­ lichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (61, 24, 124) zumindest eine umlaufende Ausnehmung (62, 126, 128) aufweist, die an die Außenfläche des Brems­ kolbens (14, 14a, 70) angrenzt.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die umlaufende Ausnehmung (126, 128) sowohl zur Kolbenfläche (14a, 70) als auch zur Seitenwand der Gehäusenut (13, 62) hin offen ist.

3. Dichtung nach Anpruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (62, 126, 128) eine im wesentlichen rechteckige Profilfläche besitzt.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Seitenbe­ reiche des Dichtrings (61, 124) eine Ausnehmung (126, 128) vorgesehen ist.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (60, 130) eine an der Innenfläche des Dichtrings angeord­ nete, sich im wesentlichen in der Symmetrieebene des Dichtrings (24, 124, 61) erstreckende Dichtringnut ist.

6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtringnut (60, 130) im we­ sentlichen rechteckförmig ist.

7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Boden der Dichtringnut (60, 130) abgerundet ist.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (64) der Ge­ häuseringnut (62) derart geneigt ist, daß der Bodenbe­ reich zur Öffnung des Bremszylinders (63) hin tiefer liegt als der der Zylinderöffnung abgewandte Bereich.

9. Dichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Boden (64) einen Konus bildet.

10. Dichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im eingebauten druck­ freien Zustand der Nutdurchmesser (60, 130) des Dicht­ rings im wesentlichen bogenförmig ist, wobei der Bogen 0,5 bis 1 mm, vorzugsweise 0,8 mm breit und 0,3 bis 0,8 mm vorzugsweise 0,5 mm tief ist (Typ 6a).

11. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (C) der Ge­ häuseringnut (62) größer ist als die Breite (B) des Dichtrings (61).

12. Dichtring zur Abdichtung eines durch einen Bremskolben und einen Bremszylinder umschlossenen Raumes für eine Scheibenbremse, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest an einer Seitenfläche (126, 128) und/oder an seiner Innenfläche (68, 69) mit einer zu sei­ ner Mittelachse hin offenen umlaufenden Ausnehmung ver­ sehen ist.