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Title:
SEALING RING FOR A PISTON PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/025202
Kind Code:
A1
Abstract:
A sealing ring (38) for a piston pump (10) of a vehicle braking system, the ring having a sealing face (52) for placement against the piston outer surface (36) of an associated piston (14), is characterised according to the invention in that the sealing ring (38) is formed from a first and a second sealing ring portion (40, 42) that are integrally connected, and in that the first sealing ring portion (40) is located on the side of the sealing ring (38) facing the piston outer surface (36) and is made of a first material and the second sealing ring portion (42) is located on the side of the sealing ring (38) facing away from the piston outer surface (36) and is made of a second material.

Inventors:
SCHULLER WOLFGANG (DE)
Application Number:
EP2018/069647
Publication Date:
February 07, 2019
Filing Date:
July 19, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
F04B1/04; F04B53/02; F04B53/14; F04B53/16
Foreign References:
DE102015105933A12016-10-20
DE102009045634A12011-04-14
DE3606886A11987-09-10
EP1847736A12007-10-24
DE10123038A12002-11-14
DE102005045937A12007-03-29
DE102013224832A12015-06-11
DE3606886A11987-09-10
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Claims:
Ansprüche

1. Dichtring (38) einer Kolbenpumpe (10) einer Fahrzeugbremsanlage, der eine Dichtfläche (52) zum Anlegen an eine Kolbenaußenfläche (36) eines zugehörigen Kolbens (14) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (38) aus einem ersten und einem zweiten Dichtringabschnitt (40, 42) gebildet ist, die einstückig miteinander verbunden sind, und der erste Dichtringabschnitt (40) an der der

Kolbenaußenfläche (36) zugewandten Seite des Dichtrings (38) angeordnet und aus einem ersten Material hergestellt sowie der zweite Dichtringabschnitt (42) an der der Kolbenaußenfläche (36) abgewandten Seite des Dichtrings (38) angeordnet und aus einem zweiten Material hergestellt ist.

2. Dichtring nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen größeren Härtegrad aufweist, als das zweite Material.

3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Thermoplast, insbesondere Poytetrafluorethylen ist.

4. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein Elastomer ist.

5. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Dichtringabschnitt (40) mindestens eine Durchgansöffnung (46) ausgebildet, die mit zweitem Material des zweiten Dichtringabschnitts (42) gefüllt ist.

6. Dichtring nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtringabschnitt (40) ringförmig gestaltet ist und die mindestens eine Durchgangsöffnung (46) am radial außen liegendenTeil (44) des ersten Dichtringabschnitts (40) ausgebildet ist.

7. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (52) mit einer zu einem abzudichtenden Raum (22) gewandten steilen Dichtflanke (54) und einer vom abzudichtenden Raum (22) abgewandten flachen Dichtflanke (56) gestaltet ist.

8. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtringabschnitt (40) mit einer der Dichtfläche (52) benachbarten Kolbenführung (60) ebenfalls zum Anlegen an die Kolbenaußenfläche (36) gestaltet ist.

9. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtringabschnitt (40) mit einer radial nach außen gewandten, konkaven Wanne (48) gestaltet ist.

10. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dichtringabschnitt (42) mit einer zu einem abzudichtenden Raum (22) gewandten Drucknut (50) gestaltet ist.

Description:
Beschreibung Titel

DICHTRING EINER KOLBENPUMPE

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Dichtring einer Kolbenpumpe, insbesondere für eine Fahrzeugbremsanlage, der eine Dichtfläche zum Anlegen an eine

Kolbenaußenfläche eines zugehörigen Kolbens aufweist.

Dichtringe für hydraulische Kolbenpumpen zum Abdichten eines mit einem Hydraulikfluid gefüllten, abzudichtenden Raums innerhalb eines Gehäuses weisen üblicherweise eine im Wesentlichen glatte Dichtfläche auf, die an einem in einem Zylinderinnenraum ein- und ausfahrbaren Kolben anliegt. Dabei entsteht Reibung zwischen der Dichtfläche des Dichtrings und der Kolbenaußenfläche, was zu einem Verschleiß des Dichtrings führen kann.

Kolbenpumpen bei Fahrzeugbremsanlagen, insbesondere ABS/ESP

Hydraulikeinheiten, werden zur Förderung von Druckmitteln innerhalb des Hydrauliksystems der Fahrzeugbremsanlage verwendet. Diese Kolbenpumpen werden auch als Pumpenelemente bezeichnet. Typischerweise umfassen diese Pumpenelemente in ihrem Gehäuse einen Ansaugraum, einen

Pumpeninnenraum bzw. Druckraum sowie einen Kolben, dessen

Kolbenaußenfläche bzw. Kolbenlauffläche hochdruckseitig oft als Zylinder ausgebildet ist. Einlass- und Auslassventile sowie Dichtelemente

vervollständigen das Pumpenelement. Die Ventile dienen zur Fluidsteuerung bei der Pumpbewegung des Kolbens. Hierbei dient das Einlassventil dazu, die Flüssigkeit während der Verdichtungsphase nicht in den Ansaugraum

zurückströmen zu lassen. Das Auslassventil verhindert eine Rückströmung der Flüssigkeit von der Druckseite des Pumpenelements in den Pumpeninnenraum. Typischenweise ist die Kolbenführungen innerhalb des Gehäuses

niederdruckseitig mit einem Führungsring, Dichtring und einem Stützring ausgebildet und wird von einem Pumpenfilter in ihrer Stellung gehalten.

Aus DE 36 06 886 AI ist eine Hydraulikdichtung für Kolben und Stangen mit mindestens einem Dichtring bekannt, der mittels eines Spannrings gegen den zugehörigen Kolben gedrängt ist und an seiner Dichtfläche mit einer zu einem abzudichtenden Raum steilen Dichtflanke und einer vom abzudichtenden Raum abgewandten flachen Dichtflanke gestaltet ist. Zwischen den beiden Dichtflanken ist die eigentliche Dichtkante ausgebildet.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Dichtring einer Kolbenpumpe zu schaffen, der bei vergleichsweise geringen Herstellungskosten eine hohe Laufzeit und ein gutes NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness) aufweist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Dichtring einer Kolbenpumpe einer Fahrzeugbremsanlage gelöst, der eine Dichtfläche zum Anlegen an eine abzudichtende Kolbenaußenfläche eines zugehörigen Kolbens aufweist und aus einem ersten und einem zweiten Dichtringabschnitt gebildet ist, die einstückig miteinander verbunden sind, wobei der erste Dichtringabschnitt an der der Kolbenaußenfläche zugewandten Seite des Dichtrings angeordnet und aus einem ersten Material hergestellt sowie der zweite Dichtringabschnitt an der der Kolbenaußenfläche abgewandten Seite des Dichtrings angeordnet und aus einem zweiten Material hergestellt ist.

Die Erfindung schafft zunächst Vorteile hinsichtlich der Maßhaltigkeit seiner Außenmaße, weil der erfindungsgemäß aus zwei Abschnitten einteilig zusammengesetzte Dichtring bei seiner Herstellung als eine Gesamteinheit mit besonders geringen Maßtoleranzen herzustellen ist. Ferner ist der

erfindungsgemäße erste Dichtringabschnitt besonders gezielt auf die damit angestrebte Dicht- Funktion und der zweite Dichtringabschnitt besonders gezielt auf die damit angestrebte Nachstell- Funktion auszulegen und abzustimmen. So ist in nur einem Bauteil eine vorteilhafte Funktionstrennung möglich, wobei beide Funktionen einzeln hinsichtlich Materialwahl, Formgebung und Größenwahl abzustimmen sind. Insgesamt kann so ein über die Lebensdauer hinweg besonders stabil angeordnet und zugleich dauerhaft leckagefrei abdichtender Dichtring geschaffen werden.

Das erste Material des ersten Dichtringabschnitts weist dabei vorteilhaft einen größeren Härtegrad auf, als das zweite Material des zweiten Dichtringabschnitts.

Der erste Dichtringabschnitt weist damit eine höhere Abriebsfestigkeit auf, während der zweite Dichtringabschnitt eine höhere Elastizität für das Nachstellen der Dichtfläche hin zur Kolbenaußenfläche bereitstellt.

Das erste Material ist besonders bevorzugt ein Thermoplast, insbesondere Polytetrafluorethylen. Thermoplaste sind Kunststoffe, die aus langen linearen Molekülen bestehen. Durch Energiezufuhr werden diese Materialien beliebig oft weich und formbar (plastisch) und schmelzen schließlich. Sie können durch verschiedene Ur- und Umformverfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Nachdem das Werkstück abgekühlt ist, behält es seine Form bei.

Ursache für dieses Verhalten sind fadenförmige, lineare Makromoleküle.

Es können auch zwei oder mehrere (miteinander verträgliche) Thermoplaste vermischt werden (Polyblend). Polytetrafluorethylen (Kurzzeichen PTFE, gelegentlich auch Polytetrafluorethen) ist ein unverzweigtes, linear aufgebautes, teilkristallines Polymer aus Fluor und Kohlenstoff. Umgangssprachlich wird dieser Kunststoff oft mit dem Handelsnamen Teflon der Firma Du Pont bezeichnet.

PTFE gehört zu den Thermoplasten, obwohl es auch Eigenschaften aufweist, die eine eher für duroplastische Kunststoffe typische Verarbeitung bedingen. Das Thermoplast ist formstabil, schafft eine hohe Dichtungsqualität und stellt sicher, dass der Dichtring zwischen benachbarten Bauteilen nicht durch Verpressen oder Verklemmen aufgrund von Scherkräften zwischen Kolben und Dichtung beschädigt werden kann. Bei dem derartigen erfindungsgemäßen Dichtring kann dann auf einen benachbarten Stützring verzichtet werden. Das zweite Material ist vorzugsweise ein Elastomer. Durch Druck oder Dehnung können Elastomere ihre Form kurzzeitig verändern. Nach Beendigung von Druck oder Dehnung nimmt das Elastomer schnell wieder seine ursprüngliche Form an. Die Elastomere sind weitmaschig vernetzt und daher flexibel. Zu den

Elastomeren gehören alle Arten von vernetztem Kautschuk. Die Vernetzung erfolgt beispielsweise durch Vulkanisation mit Schwefel, mittels Peroxiden, Metalloxiden oder Bestrahlung. Bevorzugte Elastomere sind Naturkautschuk (N R), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Chloropren- Kautschuk (CR), Butadien- Kautschuk (BR) und Ethylen-Propylen- Dien- Kautschuk (EPDM). Das Elastomer gleicht Bewegungen des ersten Dichtringabschnitts am Kolben aus, stellt diesen bei Einfluss von Wärme und Kälte nach und schafft insgesamt eine verbesserte Kolbenführung bereit.

Am ersten Dichtringabschnitt ist besonders bevorzugt mindestens eine

Durchgangsöffnung ausgebildet, die mit dem zweitem Material des zweiten Dichtringabschnitts gefüllt ist. Mittels der mindestens einen Durchgangsöffnung und dem darin eingefüllten Material des zweiten Dichtringabschnitts ist eine formschlüssige Verbindung des ersten Dichtringabschnitts mit dem zweiten Dichtringabschnitt herzustellen. Eine solche formschlüssige Verbindung ist über die Lebensdauer des Dichtrings hinweg besonders formstabil.

Der erste Dichtringabschnitt ist vorzugsweise ringförmig gestaltet und die mindestens eine Durchgangsöffnung ist am radial außen liegendenTeil des ersten Dichtringabschnitts ausgebildet. Besonders bevorzugt sind für eine dauerhaft formschlüssige Verbindung zwischen den beiden erfindungsgemäßen Dichtringabschnitten mehrere am Umfang des ersten Dichtringabschnitts gleichmäßig verteilt angeordnete Durchgangsöffnungen vorgesehen, die sich dann vorteilhaft in axialer Richtung erstrecken.

Die Dichtfläche ist vorteilhaft mit einer zu einem abzudichtenden Raum gewandten steilen Dichtflanke und einer vom abzudichtenden Raum

abgewandten flachen Dichtflanke gestaltet. Zwischen den beiden Dichtflanken befindet sich vorteilhaft die eigentliche Dichtkante mit einem vordefinierten Dichtradius. Der derartige Dichtring stellt eine dauerhafte Schmierung der Dichfläche sicher. Der Dichtring ist dabei dennoch dicht, denn der nach außen geschleppte Flüssigkeitsfilm wird wieder vollständig in den abzudichtenden Raum zurückgeschleppt. Die derartige asymmetrische Kontur der

erfindungsgemßen Fläche steht im Hinblick auf die Kolbenaußenfläche bei nicht montiertem Kolben zunächst leicht über, wird also bei und nach der Montage des Kolbens von dem insbesondere elastischen zweiten Dichtringabschnitt gegen den Kolben gedrängt. Die Abdichtung an der Kolbenaußenfläche, insbesondere an der zylindrischen Mantelfläche des zugehöringe Kolbens, ergibt sich aus dieser Vorspannung bei der Montage.

Diese Leckage kann dabei vorteilhaft derart eingestellt sein, dass sie einen definierten Schmierfilm an der Dichtfläche zur Verfügung stellt, so dass die

Dichtfläche mit relativ wenig Reibung an der Dichtkante vorbeigleitet, ohne dass es zu einem signifikanten Verschleiß der Dichtkante kommt. Zum anderen kann die Leckage so gering bzw. eine Rückforderung des Fluids von der Dichtfläche in den abzudichtenden Druckraum eingestellt sein, dass kein nennenswerter Leckageverlust auftritt, der zu funktionalen Beeinträchtigungen benachbarter

Bauteile führen könnte.

Insbesondere kann die Kontur der Dichtfläche damit auch der Geschwindigkeit des Kolbens an dem erfindungsgemäßen Dichtring angepasst sein. Dabei kann die Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens verschieden sein zu der

Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens. Eine unterschiedliche Ein- und

Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens kann über eine Asymmetrie eines den Kolben antreibenden Exzenters eingestellt sein. Ein Verhältnis, bei dem die Einfahrgeschwindigkeit größer ist als die Ausfahrgeschwindigkeit, wird eingestellt, wenn keine oder nur eine geringe Leckage bzw. eine Rückforderung des Fluids gewünscht ist. Ein Verhältnis, bei dem die Einfahrgeschwindigkeit geringer ist als die Ausfahrgeschwindigkeit wird hingegen eingestellt, wenn eine höhere Leckage, beispielsweise zur Bildung eines Schmierfilms, gewünscht ist. Die Kontur der erfindungsgemäßen Dichtfläche ist in Bezug auf das Verhältnis von Ein- zu Ausfahrgeschwindigkeit stets derart angepasst, dass eine definierte Leckage zur Verfügung gestellt ist.

Der erste Dichtringabschnitt ist vorzugsweise mit einer der Dichtfläche benachbarten Kolbenführung ebenfalls zum Anlegen an die Kolbenaußenfläche gestaltet. Die Kolbenführung befindet sich bevorzugt an der vom abzudichtenden

Raum abgewandten Seite der Dichtfläche in axialer Richtung neben dieser. Diese Konstruktion führt zu einer vereinfachten Montage des nur einen Dichtrings und zu einer zugleich verbesserten Kolbenführung. Die Kolbenführung ist dabei insbesondere mit einem flexiblen Elastomerunterbau gestaltet, der vom zweiten Dichtringabschnitt gebildet ist, und einem stabilen, am Kolben anliegenden Kunststoffüberbau, der vom ersten Dichtringabschnitt gebildet ist.

Der erste Dichtringabschnitt ist ferner vorteilhaft mit einer radial nach außen gewandten, konkaven Wanne gestaltet. Die Wanne stabilisiert den

erfindungsgemäßen ersten Dichtringabschnitt mit ihren nach radial außen und damit hin zum umgebenden Gehäuse gerichteten Wannenrändern den ersten Dichtringabschnitt innerhalb des Gehäuses zusätzlich.

Der zweite Dichtringabschnitt ist bevorzugt mit einer zu einem abzudichtenden Raum gewandten Drucknut gestaltet. Die Drucknut führt zu einer zusätzlichen Druckunterstützung vom abzudichtenden Raum aus gegen den zweiten

Dichringabschnitt. Auf diese Weise kann die Dichtheit am Außendurchmesser des erfindungsgemäßen Dichtrings weiter verbessert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt einer Kolbenpumpe mit einer

Dichtungsanordnung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen teilweisen Längschnitt einer Kolbenpumpe mit einem Dichtring gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Längsschnitt des Dichtrings gemäß Fig. 2,

Fig. 4 den Schnitt IV - IV gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 den Längsschnitt des Dichtrings gemäß Fig. 3 in vergrößerter

Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Kolbenpumpe 10 einer Fahrzeugbremsanlage mit ihrem

Gehäuse 12 und einem darin verschiebbar gelagerten Kolben 14 dargestellt. Der Kolben 14 ist dabei mittels eines Exzenters 16 innerhalb einer im Gehäuse 12 ausgebildeten Kolbenbohrung 18 zu bewegen.

In der Kolbenbohrung 18 ist an einer zugehörigen Stufe eine

Dichtungsanorndung 20 angeordnet, die einerseits radial außen am Gehäuse 12 anliegt und andererseits radial innen am Kolben 14. Die Dichtungsanordnung 20 trennt dadurch einen abzudichtenden Raum 24, in dem beim Betrieb der Kolbenpumpe 10 ein Pumpendruck entsteht, von einem Raum 24 mit

Umgebungsdruck. Der Kolben 14 ist dabei zum Druckaufbau längs seiner Kolbenachse 26 in den abzudichtenden Raum 24 hinein verschiebbar.

Die Dichtungsanordnung 20 ist mit einem Führungsring 28, einem Stützring 30 und einem Dichtring 32 gestaltet. Von einem Pumpenfilter 34 ist die

Dichtungsanordnung 20 in axialer Richtung in dem Gehäuse 12 zurückgehalten.

Der Führungsring 28 befindet sich an der dem Raum 24 zugewandten Seite der Dichtungsanordnung 20. Der Führungsring 28 ist radial außen am Gehäuse 12 abgestützt und liegt radial innen an einer zylinderförmigen Kolbenaußenfläche 36 des Kolbens 14 an. Auf diese Weise ist der Kolben 14 bei seiner Bewegung gezielt geführt und quer zur Kolbenachse 26 abgestützt.

Der Stützring 30 befindet sich zwischen dem Führungsring 28 und dem Dichtring 32 und verhindert, dass der Dichtring 32 beim Verschieben des Kolbens unter dem Führungsring 28 eingeklemmt werden könnte. Der Dichtring 32 stellt die eigentliche Fluiddichtung zwischen dem Raum 22 und dem Raum 24 her.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein erfindungsgemäßer Dichtring 32 dargestellt, wie er an einer solchen Kolbenpumpe 10 verbaut ist. Der Dichtring 32 umgibt dabei ebenfallls die zylinderförmige Kolbenaußenfläche 36 eines Kolbens 14 und stützt sich dabei radial außen an einem Gehäuse 12 ab.

Der Dirchtring 38 ist aus einem ersten Dichtringabschnitt 40 und einem zweiten Dichtringabschnitt 42 gebildet. Die Dichtringabschnitte 40 und 42 sind einstückig miteinander verbunden. Dazu ist der zweite Dichtringabschnitt 42 außen auf den ersten Dichtringabschnitt 40 mittels eines Spritzgießverfahrens aufgebracht worden.

Der erste Dichtringabschnitt 40 befindet sich an der der Kolbenaußenfläche 36 zugewandten, radial inneren Seite des Dichtrings 38 und ist aus einem ersten Material, nämlich einem Thermoplast, hergestellt. Der zweite Dichtringabschnitt 42 befindet sich an der von der Kolbenaußenfläche 36 abgewandten, radial äußeren Seite des Dichtrings 32 und ist aus einem zweiten Material, nämlich einem Elastomer, hergestellt. Das Thermoplast weist dabei einen größeren Härtegrad auf, als das Elastomer.

Der erste Dichtringabschnitt 40 weist einen radial außen liegenden Teil 44 in Gestalt einer Ringscheibe auf, in dem über dessen Umfang in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt insgesamt zwölf Durchgangsöffnungen 46 jeweils in Richtung der Kolbenachse 26, also in axialer Richtung, ausgebildet sind. Die Durchgangsöffnungen 46 sind mit Material des zweiten Dichtringabschnitts 42 gefüllt und schaffen so eine stabile, formschlüssige Verbindung zwischen den Dichtungsabschnitten 40 und 42.

Der erste Dichtringabschnitt 40 ist ferner radial außen mit einer sich im

Querschnitt betrachtet als konkave Wanne 48 darstellenden Außenkontur gestaltet. Mit dieser Außenkontur ist erreicht, dass der erste Dichtringabschnitt 40 an seinen axialen Endbereich relativ weit nach radial außen ragt. Damit ergibt sich für den vergleichsweise steif gestalteten ersten Dichtringabschnitt 40 an diesem Endbereich eine im Gehäuse 12 besonders stabil abgestützte

Positionierung. Zugleich ergibt es sich, dass der zweite Dichtringabschnitt 42 in dieser Wanne 48 eingebettet und auf diese Weise die beiden Dichtringabschnitte 40 und 42 relativ zueinander positioniert und stabilisiert sind.

An der dem abzudichten Raum 22 zugewandten Stirnseite des zweiten

Dichtringabschnitts 42 befindet sich eine konkave Drucknut 50, mittels der der zweite Dichtringabschnitt 42 bei Druckanstieg im abzudichtenden Raum 22 radial außen zusätzlich gegen das Gehäuse 12 gedrängt ist.

Radial innen ist an dem ersten Dichtringabschnitt 40 an dessen zum

abzudichtenden Raum 22 gewandten Bereich eine Dichtfläche 52 ausgestaltet, die an der Kolbenaußenfläche 36 abdichtend anliegt. Die Dichtfläche 52 ist mit einer zum abzudichtenden Raum 22 gewandten steilen Dichtflanke 54 und einer zum Raum 24 mit Umgebungsdruck gewandten flachen Dichtflanke 56 gestaltet. Zwischen den beiden Dichtflanken 54 und 56 befindet sich die eigentliche, an der Kolbenaußenfläche anliegende Dichtkante 58. An dem dem Raum 24 zugewandten axialen Bereich neben der Dichtfläche 52 befindet sich an dem Dichtring 32 eine Kolbenführung 60. Die Kolbenführung 60 ist im Querschnitt betrachtet als ein Block gestaltet, der mit einem

vergleichsweise langen, geraden Seitenabschnitt an der Kolbenaußenfläche 36 anliegt.