DE4110542A1 - Kolben, insbesondere fuer druckluftbremsgeraete insbesondere an kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen in einer zylindrischen Lauffläche dichtend verschiebbaren Kolben, insbesondere für Druckluftbremsgeräte insbesondere an Kraftfahrzeugen, mit einem zylindrischen Kolbenkörper, der im Anschluß an eine Zylinderfläche eine eine Hinterschneidung bildende Nut zur Aufnahme eines an der Lauffläche anliegenden Dichtrings aufweist. Solche Kolben werden in den verschiedensten Ausführungsformen und für ganz verschiedene Zwecke bei Geräten unterschiedlichster Art eingesetzt, beispielsweise bei Anhängerbrems- oder Anhängersteuerventilen, bei Relaisventilen oder durchsteuernden Ventilen, bei Druckabschneidern oder Steuerventilen oder auch bei Betätigungszylindern.

Aus der DE-OS 19 51 213 ist ein Relaisventil für Druckmittelbrems- oder -steueranlagen bekannt, bei dem in einem Gehäuse ein Kolben als Steuerkolben dichtend verschieblich vorgesehen ist, der die Merkmale des Oberbegriffs des geltenden Anspruchs 1 aufweist. Dieser Kolben besteht aus Metall und ist spanend bearbeitet, um an seinem äußeren Umfang eine Zylinderfläche zu erzeugen, von der eine Nut ausgeht, die zur Aufnahme eines Dichtrings bestimmt ist. Die Nut weist in definiertem Abstand zwei Seitenflächen auf, zwischen denen der Dichtring aufgenommen ist. Die Nut besitzt einen Grund im Anschluß an die Seitenflächen. Der Durchmesser des Nutgrunds unterscheidet sich von dem Durchmesser der Zylinderfläche. Dieses radiale Maß wird als Nuttiefe bezeichnet. Eine solche Nut läßt sich an einem metallenen Kolben nur durch eine spanende Bearbeitung in Form einer Hinterschneidung herstellen. Zwar erscheint es auch möglich, einen Kolben durch ein kompliziertes Spritzwerkzeug mit radial verfahrbaren Formteilen als Kunststoffspritzteil herzustellen. Auch in diesem Fall ist es jedoch erforderlich, die Nut zumindest durch einen anschließenden spanenden Bearbeitungsvorgang nachzuarbeiten, um insbesondere Trennstege in der Nut, die die Anordnung des Dichtungsrings behindern würden, zu entfernen. Solche Nuten, die zur Aufnahme des Dichtrings bestimmt sind, lassen sich aufgrund der beachtlichen Nuttiefe nicht mehr durch Spritzen einer axial geteilten Form herstellen, weil eine solche Form sich nicht öffnen läßt.

Aus dem DE-GM 71 46 719 ist es bekannt, den Doppelventilkörper - nicht den Kolben - des Relaisventils gemäß der DE-OS 19 51 213 in zwei Teile zu unterteilen und mindestens einen Teil des Doppelventilkörpers als Kunststofformteil auszubilden. Die beiden Teile des Doppelventilkörpers werden durch eine Schnapp- oder Quetschverbindung miteinander druckdicht verbunden. Damit wird die Montage erleichtert. Ein solcher Doppelventilkörper weist keinen Dichtring auf, wie es an einem Kolben der Fall ist. Ein Doppelventilkörper erfüllt insoweit lediglich eine Folgesteuerung, bei der zunächst ein Auslaßventil geschlossen und dann ein Einlaßventil geöffnet wird. Weiterhin besitzen Doppelventilkörper in aller Regel einen wesentlich kleineren maximalen Durchmesser im Vergleich zu Kolben, die beispielsweise als Steuerkolben oder Relaiskolben ausgebildet sind. Doppelventilkörper hingegen weisen meist eine größere axiale Länge auf als Kolben, so daß hier eine relativ lange Kontaktfläche für die Verbindung der beiden Teile des Doppelventilkörpers gegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, der eine definierte, eine Hinterschneidung mit beachtlicher radialer Tiefe bildende Nut zur Aufnahme eines Dichtrings aufweist, die unter Vermeidung einer aufwendigen spanenden Bearbeitung herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Kolbenkörper zwei durch eine Schnapp- oder Quetschverbindung aneinandergehaltene Teile aufweist, deren Trennebene an den Grund der Nut anschließt, daß zumindest der Teil des Kolbenkörpers, der den wesentlichen Teil des Grunds der Nut trägt, als Kunststofformteil ausgebildet ist, welches in einer in der Trennebene oder dazu parallelen Ebene axial geteilten Form gespritzt ist, und daß entweder die Schnappverbindung mindestens einen Vorsprung und eine hinterschnittene Vertiefung aufweist, deren radiale Tiefe wesentlich geringer als die radiale Tiefe der Nut ist, oder die Quetschverbindung eine Preßpassung aufweist.

Damit wird es möglich, einen einfach gestalteten Kolben bereitzustellen, bei dem übliche Dichtringe, z. B. O-Ringe, mit all ihren Vorteilen verwendbar sind. Die beiden Teile des Kolbenkörpers lassen sich leicht und preiswert herstellen, wobei zumindest einer der Teile als Kunststofformteil ausgebildet ist. Auch die beiden Teile des Kolbenkörpers lassen sich einfach montieren. Der Teil des Kolbenkörpers, der als Kunststofformteil gespritzt hergestellt wird, kann in einer einfachen Form, die auch als Naturform bezeichnet wird, als Massenteil hergestellt werden. Bei Verwendung einer Schnappverbindung für die beiden Teile des Kolbenkörpers wird die radiale Tiefe der Nut durch eine radial wesentlich reduzierte Tiefe an dem Vorsprung und der Vertiefung der Schnappverbindung ersetzt. Wird schließlich eine Quetschverbindung angewendet, so ist nur noch die Anordnung einer Preßpassung erforderlich und es reduziert sich damit gleichsam die zu überbrückende Tiefe der hinterschnittenen Nut für den Dichtring auf Null. Die neue Konstruktion des Kolbens läßt sich auch dort anwenden, wo eine spanende Bearbeitung aus Platzgründen nicht mehr anwendbar ist, beispielsweise bei der Gestaltung eines Stufenkolbens, bei dem die beiden Durchmesser sehr nahe beieinanderliegen und auch axial kaum gegeneinander versetzt sind. Mit der neuen Gestaltung wird es möglich, die Vorteile einer Kunststoffertigung nunmehr auch bei einem Kolben auszunutzen.

Die Trennebene der beiden den Kolbenkörper bildenden Teile kann radial fluchtend zu einer der beiden Seitenwandungen der Nut angeordnet sein. Dabei vereinfacht sich die Herstellung der Form nochmals. Die Trennebene zwischen den beiden den Kolbenkörper bildenden Teilen wird dabei so gelegt, daß der Grund der Nut in dem Teil erscheint, welches als Kunststofformteil ausgebildet ist.

Es ist aber auch möglich, die Trennebene der beiden den Kolbenkörper bildenden Teile auf jeweils halber Entfernung zwischen den beiden Seitenwandungen der Nut anzuordnen. Dabei werden zweckmäßig beide Teile als Kunststofformteile ausgebildet. Es tritt der weitere Vorteil auf, daß der Dichtring dann die Stelle abdichtet, an der sich die beiden Teile, die den Kolbenkörper bilden, berühren. Damit wird gleichzeitig eine druckdichte Verbindung zwischen den beiden Teilen geschaffen, ohne daß dies von der Ausbildung der Schnapp- oder Quetschverbindung abhängig wäre.

Vorteilhaft können sämtliche Teile des Kolbenkörpers als Kunststofformteile ausgebildet sein, wobei in der Trennebene Anschlagflächen zur Festlegung des Abstands der Seitenwandungen der Nut bei montiertem Kolbenkörper vorgesehen sind. Diese Anschlagflächen erstrecken sich zweckmäßig nicht über die gesamte radiale Ausdehnung zwischen den beiden Teilen des Kolbenkörpers, sondern nur über einen radialen Teil, so daß hier der definierte Abstand zwischen den Seitenwandungen der Nut festgelegt wird.

Zumindest einer der Teile des Kolbenkörpers kann auch kreisringförmig ausgebildet sein. Es ist auch möglich, beide Teile kreisringförmig auszubilden, so daß insoweit ein Hohlkolben entsteht. Die Erfindung läßt sich ein- oder mehrfach an einem Kolben verwirklichen. So kann beispielsweise ein Stufenkolben aus insgesamt drei Teilen bestehen und insoweit zwei Nuten zur Aufnahme je einer Dichtung besitzen.

Die Schnapp- oder Quetschverbindung kann selbst auch druckdicht ausgebildet sein. In der Regel ist dies nicht erforderlich; in entsprechenden Anwendungsfällen ist dies jedoch sinnvoll.

Die Schnapp- oder Quetschverbindung kann ringförmig umlaufend um die Achse des Kolbenkörpers ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Schnapp- oder Quetschverbindung in einzelne Verbindungsstellen aufgelöst ist, die über den Umfang örtlich verteilt angeordnet sind. Bei der zuletzt aufgezeigten Möglichkeit werden druckknopfartige oder pilzförmige Verbindungsstellen geschaffen, die über den Umfang insbesondere regelmäßig verteilt angeordnet sind. Solche Verbindungsstellen lassen sich dann günstig herstellen, wenn beide oder alle Teile des Kolbenkörpers als Kunststoffspritzteile ausgebildet sind.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Halbschnitt durch eine erste grundsätzliche Ausführungsform des Kolbens,

Fig. 2 einen Halbschnitt zur Verdeutlichung des Spritzwerkzeugs für einen ersten Teile des Kolbens gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Halbschnitt zur Verdeutlichung des Spritzwerkzeugs für einen zweiten Teil des Kolbens gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines einfachen Kolbens im Halbschnitt,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein Anhängerbremsventil mit Voreileinrichtung und Notbremseinrichtung,

Fig. 6 einen Halbschnitt durch einen Stufenkolben,

Fig. 7 einen Halbschnitt durch einen Stufenkolben mit Mehrfachanwendung der Erfindung,

Fig. 8 einen Halbschnitt durch einen Kolben mit zwei durch eine Quetschverbindung zusammengehaltenen Teilen und

Fig. 9 einen Halbschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Kolbens.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Gehäuses 1 dargestellt, welches eine zylindrische Lauffläche 2 besitzt, in welcher ein Kolbenkörper 3 als Bestandteil eines Kolbens, der mit einer Kolbenstange o. dgl. verbunden sein kann, gleitend und dichtend verschiebbar ist. Der Kolbenkörper 3 weist mindestens zwei Teile 4 und 5 auf. Der Teil 4 ist durchgehend scheibenartig ausgebildet, während der Teil 5 Kreisringform besitzt.

Am Kolbenkörper 3 zwischen den Teilen 4 und 5 wird eine umlaufende Nut 6 zur Aufnahme eines Dichtrings 7, insbesondere als O-Ring, gebildet. Die Nut 6 besitzt die beiden Seitenwandungen 8 und 9 sowie den Grund 10. Die Tiefe 11 der Nut 6 ergibt sich aus der Differenz des Radiusses der Lauffläche 2 zum Grund 10 entsprechend der Lage der Achse 12 des Kolbenkörpers 3.

Die beiden Teile 4 und 5 des Kolbenkörpers 3 sind über eine Schnappverbindung 13 aneinander gehalten, wobei der Teil 4 einen ringförmig umlaufenden Vorsprung 14 und der Teil 5 eine ringförmig umlaufende Vertiefung 15 aufweist. Die Tiefe 16 als Differenz der Radien im, Bereich des Vorsprungs 14 und der Vertiefung 15 ist erheblich geringer als die Tiefe 11 der Nut 6. Dieser Unterschied zwischen der Tiefe 11 und der Tiefe 16 ist bedeutungsvoll. Die Tiefe 11 läßt sich mit einem nur in axialer Richtung geteilten Formwerkzeug, in welchem Kunststoffteile gespritzt werden, nicht mehr überbrücken; jedoch ist eine solche Überbrückung hinsichtlich der Tiefe 16 noch erzielbar. Dies sei anhand der Fig. 2 und 3 verdeutlicht. Fig. 2 zeigt die Spritzform zur Herstellung des Teils 4, Fig. 3 die Spritzform für das Teil 5. Die Form gemäß Fig. 2 besitzt die beiden Formhälften 17 und 18, die im Bereich der Seitenwandung 8 der Nut 6 geteilt sind und gemäß den Pfeilen 19 und 20 nach dem Spritzvorgang geöffnet werden. Es versteht sich, daß es hier nur auf die Relativbewegung ankommt und somit eine der Formhälften 17 oder 18 auch feststehend angeordnet sein kann. Die Spritzform gemäß Fig. 2 ist so geteilt, daß die Teilungsebene 21 fluchtend zu der Seitenwandung 8 der Nut 6 liegt. Trotz des eingeformten Vorsprungs 14 läßt sich nicht nur die Form ohne Weiteres öffnen, sondern vor allen Dingen auch der Teil 4 aus der Formhälfte 18 herausziehen, ohne daß dabei der Vorsprung 14 zerstört oder unzulässig verformt wird. Das Herausziehen des Teils 4 aus der Form geschieht in der Regel noch in warmem Zustand unmittelbar nach dem Spritzvorgang, bei dem das Teil 4 noch elastisch verformbar ist und sich damit auch nach dem Entformen zurückstellt. Gleiches gilt für die beiden Formhälften 22 und 23, die die Spritzform für das Teil 5 bilden. Die Teilungsebene 24 ist hier so gelegt, daß sie mit der äußeren Oberfläche des Teils 5 außerhalb der Nut 6 zusammenfällt. Die Seitenwandung 9 des Teils 5 wird damit vertieft in der Formhälfte 22 gebildet. Die Form gemäß Fig. 3 könnte auch so geteilt sein, daß die Teilungsebene 24 mit der Seitenwandung 9 fluchtet bzw. an diese fluchtend anschließt. Zwischen den Teilen 4 und 5 wird eine Trennebene 25 (Fig. 1) gebildet, die hier fluchtend zu der Seitenwandung 9 verläuft. In dieser Trennebene 25 können Anschlagflächen zwischen den Teilen 4 und 5 gebildet sein, so daß durch die Anlage der Teile in montiertem Zustand, also bei eingerasteter Schnappverbindung 13, die Breite der Nut 6 und damit die Entfernung zwischen den Seitenwandungen 8 und 9 festgelegt ist. Um die Anschlagflächen in der Trennebene 25 voll zur Wirkung kommen zu lassen, kann ansonsten zwischen den Teilen 4 und 5 Spiel 26 vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kolbenkörpers 3. Hier ist die Trennebene 25 so gelegt, daß sie sich - gesehen in axialer Richtung - etwa auf der halben Entfernung zwischen den beiden Seitenwandungen 8 und 9 der Nut 6 erstreckt, also jedenfalls in einem Bereich, in welchem sich der Dichtring 7 an den Grund 10 der Nut 6 anlegt, so daß dadurch die Trennebene 25 abgedichtet oder zusätzlich abgedichtet wird. Die Schnappverbindung 13 kann auch hier als über den Umfang umlaufender Rand ausgebildet sein. Eine andere Gestaltung besteht darin, daß örtliche Verbindungsstellen 42 in pilzartiger Gestaltung vorgesehen sein, die über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind, wie dies durch gestrichelte Andeutung verdeutlicht ist. Bei einer solchen Gestaltung sind beide Teile 4 und 5 als Kunststoffspritzteile ausgebildet, während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 das Teil 5 ggf. als Metallteil ausgebildet sein kann.

Fig. 5 zeigt ein Anhängerbremsventil mit Voreileinrichtung und Notbremseinrichtung. Der Kolbenkörper 3 ist hier als Stufenkolben ausgebildet und die Erfindung ist nur einmal an dem Kolbenkörper 3 im Bereich des kleineren, gestuften Durchmessers verwirklicht. Hiermit soll aufgezeigt werden, daß die erfindungsgemäße Ausbildung eine Gestaltung des Kolbenkörpers 3 gestattet, die mit einer spanenden Bearbeitung nicht mehr herstellbar ist. Der Teil 4 besteht hier aus Kunststoff und ist als Spritzteil hergestellt. Der Teil 5 kann aus Kunststoff, also als Spritzteil, hergestellt sein, andererseits aber auch als Metallteil ausgebildet sein. Eine äußere Dichtung 27 ist in einer Nut 28 untergebracht, die mit einem radial geteilten Backenwerkzeug hergestellt werden kann. Selbstverständlich könnte die Erfindung auch im Bereich der Nut 28 angewendet werden. Die Teile 4 und 5 können jedoch nicht einstückig aus Metall hergestellt werden, weil der geringe Durchmesserunterschied zwischen den Dichtungen 7 und 27 nicht ausreicht, um die Nut 6 spanend zu bearbeiten.

Fig. 6 verdeutlicht eine Ausbildung des Kolbenkörpers 3 gemäß Fig. 5, bei dem die Erfindung zweimal angewendet wird, und zwar im Bereich der Dichtungen 7 und 27. Der Kolbenkörper besteht hier aus den Teilen 4, 5 und 29, wobei die Teile 5 und 29 kreisringförmig ausgebildet sind.

Fig. 7 zeigt eine Kolbenkörper 3, an dem die Erfindung mehrfach verwirklicht ist. Hierzu sind die Teile 4 und 5 zusammengefügt, die die Nut 6 zur Aufnahme des Dichtrings 7 bilden. Mit dem Teil 4 ist weiterhin ein Teil 30 verbunden, wobei zwischen diesen beiden Teilen keine Dichtung eingeschlossen wird, sondern ein Spalt 31 entsteht. Dem Teil 30 ist ein Teil 32 zugeordnet, so daß hier ein Dichtring 33 aufgenommen wird. Der Kolbenkörper 3 besitzt einen weiteren Teil 34 zur Aufnahme eines Dichtrings 35. Schließlich ist noch ein Teil 36 und ein eingeschlossener Dichtring 37 vorgesehen.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des Kolbenkörpers 3 aus zwei Teilen 4 und 5, die durch eine Quetschverbindung 38 miteinander verbunden sind. Im Bereich dieser Quetschverbindung 38 ist eine Preßpassung vorgesehen, so daß die Tiefe 16 der Verbindungsstelle gleichsam zu Null reduziert ist, während andererseits die Nut 6 ihre normale Tiefe 11 aufweist. Auch hier ist im Bereich der Trennfläche 25 die Anlage der Teile 4 und 5 aneinander über die Anschlagflächen verwirklicht, während andererseits Spiel 26 vorgesehen ist. Schrägflächen 39 und 40 dienen dem erleichterten Einführen der Teile 4 und 5 aneinander vor dem axialen Verpressen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 für den Kolbenkörper 3 werden die Teile 4 und 5 aus Kunststoff gespritzt. Diesen ist ein Fixierteil 41 zugeordnet, welches aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Ansonsten wird auch hier die Quetschverbindung 38 realisiert. Man erkennt ohne Weiteres, daß auch hier die Teile 4 und 5 in Formen, wie sie im Prinzip in Fig. 2 und 3 dargestellt sind, herstellbar sind.

Bezugszeichenliste

 1 Gehäuse
 2 Lauffläche
 3 Kolbenkörper
 4 Teil
 5 Teil
 6 Nut
 7 Dichtring
 8 Seitenwandung
 9 Seitenwandung
10 Grund
11 Tiefe
12 Achse
13 Schnappverbindung
14 Vorsprung
15 Vertiefung
16 Tiefe
17 Formhälfte
18 Formhälfte
19 Pfeil
20 Pfeil
21 Teilungsebene
22 Formhälfte
23 Formhälfte
24 Teilungsebene
25 Trennebene
26 Spiel
27 Dichtung
28 Nut
29 Teil
30 Teil
31 Spalt
32 Teil
33 Dichtring
34 Teil
35 Dichtung
36 Teil
37 Dichtring
38 Quetschverbindung
39 Schrägfläche
40 Schrägfläche
41 Fixierteil
42 Verbindungsstelle

Claims (8)

1. In einer zylindrischen Lauffläche dichtend verschiebbarer Kolben, insbesondere für Druckluftbremsgeräte insbesondere an Kraftfahrzeugen, mit einem zylindrischen Kolbenkörper, der im Anschluß an eine Zylinderfläche eine eine Hinterschneidung bildende Nut zur Aufnahme eines an der Lauffläche anliegenden Dichtrings aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper (2) durch eine Schnapp- oder Quetschverbindung (13, 38) aneinandergehaltene Teile (4, 5) aufweist, deren Trennebene (25) an den Grund (10) der Nut (6) anschließt, daß zumindest der Teil (4) des Kolbenkörpers (3), der der wesentlichen Teil des Grunds (10) der Nut (6) trägt, als Kunststofformteil ausgebildet ist, welches in einer in der Trennebene (25) oder dazu parallelen Ebene axial geteilten Form gespritzt ist, und daß entweder die Schnappverbindung (13) mindestens einen Vorsprung (14) und eine hinterschnittene Vertiefung (15) aufweist, deren radiale Tiefe (16) wesentlich geringer als die radiale Tiefe (11) der Nut (6) ist, oder die Quetschverbindung (38) eine Preßpassung aufweist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennebene (25) der beiden den Kolbenkörper (3) bildenden Teile (4, 5) radial fluchtend zu einer der beiden Seitenwandungen (8, 9) der Nut (6) angeordnet ist.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennebene (25) der beiden den Kolbenkörper (3) bildenden Teile (4, 5) auf jeweils halber Entfernung zwischen den beiden Seitenwandungen (8, 9) der Nut (6) angeordnet ist.

4. Kolben nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Teile (4, 5) des Kolbenkörpers (3) als Kunststofformteile ausgebildet sind und in der Trennebene (25) Anschlagflächen zur Festlegung des Abstands der Seitenwandungen (8, 9) der Nut (6) bei montiertem Kolbenkörper (3) vorgesehen sind.

5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Teile (5) des Kolbenkörpers (3) kreisringförmig ausgebildet ist.

6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnapp- oder Quetschverbindung (13, 38) druckdicht ausgebildet ist.

7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnapp- oder Quetschverbindung (13, 38) ringförmig umlaufend um die Achse (12) des Kolbenkörpers (3) ausgebildet ist.

8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnapp- oder Quetschverbindung (13, 38) in einzelne Verbindungsstellen (42) aufgelöst ist, die über den Umfang örtlich verteilt angeordnet sind.