用於液壓制動系統的活塞和裝配有該活塞的主缸的製作方法

2023-12-08 03:06:26 2

專利名稱：用於液壓制動系統的活塞和裝配有該活塞的主缸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於車輛液壓制動系統的具有閥門裝置的活塞，它包括貫穿該活塞的活塞通道；圍繞著該活塞通道的開口形成的閥座；以及閥門元件，該閥門元件可以相對於該活塞移動，並且可以按照相對於閥座流體密封的方式定位以便密封該活塞通道，其中密封座採取在密封部件上的環形凸起形式，該密封部件包括彈性密封元件和用來使該密封元件穩定的支撐元件。
背景技術：
這種活塞從EP 0 607 370 B2中可以得知，並且根據該背景技術其安裝在車輛制動系統的主制動缸中。該活塞與主制動缸一起包圍著一壓力腔室。在制動動作之前的預備位置，閥門裝置處於打開狀態，其中壓力腔室與液壓流體容器連通。在車輛的駕駛員開始制動操作時，活塞在主制動缸內移動。在所述情況中，閥門裝置關閉，這是因為閥門元件自身按照相對於密封座流體密封的方式定位，從而中斷了在壓力腔室和液壓流體容器之間的流體連通。因此，在壓力腔室中形成高液壓，並且導致車輛制動迴路動作以及車輛制動器動作。在制動操作完成時，活塞運動回到其預備位置，其中閥門裝置打開並且在壓力腔室中的壓力降低。
在現代車輛制動系統中，除了前述的制動引起的壓力增大之外，另外在自動制動壓力產生系統(例如，車輛牽引力調節系統或車輛穩定控制系統)啟動時，在壓力腔室中會出現相當大的壓力增大。這種自動制動壓力產生系統用於獨立於駕駛員的主動制動操作而選擇地驅動制動迴路以便啟動各個車輪制動器，從而提高車輛安全性。在壓力腔室中的壓力增大例如通過附加的液壓泵來實現。這樣，必須通過打開閥門裝置來降低這樣增大的壓力。
已經顯示出，根據本領域現有技術的彈性密封元件，其在壓力腔室中暴露於加壓的液壓流體，趨於彈性變形並且尤其在施加高液壓壓力條件下趨於「流動」。如果在液壓腔室中施加高液壓壓力，則活塞運動回到其預備位置，然後在閥門裝置開始打開時，即在閥門元件開始運動時，密封元件在該液壓壓力作用下在密封座區域中按照這樣的方式變形，從而使密封座與該閥門元件一起擴展並運動，以便部分提升閥門元件。在設計閥門裝置時必須允許密封元件的這個行為。因此，必須提供足夠大的升程以保證閥門裝置可靠打開，而不管閥座的與壓力相關的變形。但是，閥門元件在制動操作啟動期間也必須完成該升程，從而延遲了制動系統的響應。
為了防止在密封元件處出現這種由壓力引起的變形，從EP 0607370B2中還已知提供一種附加的閥門，它在壓力形成(build up)期間使壓力腔室與閥門裝置分開，並因此防止了在閥門裝置處出現高液壓壓力。但是，該解決方案使製造成本明顯更高，並且在操作中更容易出故障。
DE 39 32 248 A1和US 2,136,835均披露了一種具有閥門裝置的活塞，在該活塞中，閥門元件在壓力形成期間被環形凸緣(bead)壓到密封元件中。這些解決方案容易由於作用在密封元件上的高機械負載而磨損。

發明內容
本發明的目的在於提供一種開始所述類型的活塞，它允許在壓力腔室中快速形成壓力，且其結構簡單並且非常耐磨損。
該目的是根據本發明通過用於車輛液壓制動系統的具有閥門裝置的活塞來實現的，其中活塞包括貫穿該活塞的活塞通道；圍繞著該活塞通道的開口形成的閥座；以及閥門元件，該閥門元件可以相對於該活塞移動，並且可以按照相對於閥座流體密封的方式定位以便密封該活塞通道，其中所述密封座採取在密封部件上的環形凸起形式，該密封部件包括彈性密封元件和用來使該密封元件穩定的支撐元件。為了實現前述目的，根據本發明還設置使所述支撐元件在靠近所述密封凸起的區域中設有相應的環形凹槽。
該環形凹槽的作用是接收在密封座區域中在高壓作用下變形的密封元件材料，並且因此將該變形導向支撐元件。這樣實現的原因還尤其在於，與前面所述的現有技術的情況相比，在所述環形凹槽區域中的支撐元件表面能夠使密封元件的材料穩定性更好並且保持其尺寸更加穩定。與現有技術的情況相比，通過利用環形凹槽來擴大支撐元件的表面，從而實現對密封元件的彈性材料的更好加強。
根據本發明可以進一步增加密封元件的尺寸穩定性，這是因為密封元件與支撐元件粘接。這進一步降低了密封元件的變形能力，並且使整個密封元件穩定。該粘接可以通過將密封元件粘結或硫化到支撐元件上來實現。
在本發明的改進方案中，環形密封凸起當從橫截面看時具有一圓形輪廓，並且具有沿著壓力腔室方向的薄的後側面。密封凸起的橫截面輪廓的圓形連續延伸防止了在密封凸起處出現壓力峰值而導致局部非常大的機械應力集中。具體地說，所述薄的後側面(trailing flank)在受到高壓力作用的區域中確保了在相對較大區域中壓力分布均勻，因此使得變形減小。
為了還通過環形凹槽的結構將由壓力和變形引起的機械負載儘可能均勻地分布在密封元件的材料中，在本發明的改進方案中，環形凹槽當從橫截面看時具有圓形(優選為圓弧段形(circular-segment-round))輪廓。但是可選的是，該環形凹槽當從橫截面看時具有多邊形(優選為梯形)輪廓。在後一情況中，側面用作對彈性密封元件材料變形或流動的機械阻力。
上面已經說明，通過環形凹槽的形狀可以影響密封元件材料的變形和流動行為。作為用於有目的地控制密封元件在壓力負載下的變形的另一個措施，在本發明的改進方案中，該環形凹槽相對於密封凸起設置得更靠近活塞通道的開口。換句話說，這意味著密封凸起相對於環形凹槽更靠近壓力腔室。如果在壓力腔室中存在高壓，則在位於壓力腔室和活塞通道之間的密封元件處存在相對較高的壓力差。該壓力差導致在密封凸起區域中的閥門元件材料沿著活塞通道的方向變形。通過密封凸起和環形凹槽的偏置布置，密封凸起的材料最初沿著徑向方向被壓入到環形凹槽中，從而可以防止出現如現有技術的情況一樣、密封元件沿著軸向方向的不期望的升程增大變形。
對於閥門裝置而言，在本發明的改進方案中，閥門元件包括在引導元件中被引導的閥挺杆，和與密封座相互作用的閥盤。還可以如此設置，使得引導元件設置在形成於密封部件的接收通道中，並且閥盤具有基本上平坦的表面，該表面與密封座相互作用。因此，閥門元件和密封部件設計簡單並且製造成本廉價，同時非常實用。至於引導元件的詳細結構，在本發明的改進方案中，該引導元件包括用來引導閥挺杆的導套，其中該導套通過至少一個保持腹板優選地被保持在密封部件的中心位置，並且其中在導套和密封部件之間形成有流體通道。
為了保證閥門裝置在制動操作期間可靠且迅速地關閉，根據本發明還可以如此設置，通過偏壓裝置將閥門元件偏壓到密封位置，在該位置它按照相對於閥座流體密封的方式設置。在活塞的預備位置，閥門元件從其密封位置移出，從而閥門裝置打開。閥門元件被保持在該打開位置，直到活塞運動以便在壓力腔室中形成壓力。該偏壓裝置然後使閥門元件移到密封位置，同時降低了卡住或阻塞的危險。
根據本發明，密封元件可以由柔性塑料材料(尤其由彈性體材料)形成，並且支撐元件可以由比柔性塑料材料更硬的材料(尤其由金屬材料)形成。
本發明還涉及一種主制動缸裝置，它包括主缸；前面所述類型的活塞，其在該主缸中可被引導運動；限定了活塞的預定正常位置的止動裝置；以及用來將活塞偏壓到所述正常位置的偏壓裝置，其中活塞與主缸一起包圍著一壓力腔室，另外其中在所述正常位置，閥門元件被提升離開密封座，並且壓力腔室通過活塞通道與流體容器流體連通，並且其中在活塞抵抗偏壓裝置的作用移離其正常位置時，閥門元件將自身設置成抵靠在密封座上，並且在壓力腔室中形成制動壓力。


下面將參照附圖以示例的方式對本發明進行說明。在這些附圖中圖1為根據本發明的主缸裝置的包含軸線的局部剖視圖；圖2為從左看的活塞的平面圖；和圖3為由圖1中的III表示的閥門元件的放大詳視圖。
具體實施例方式
在圖1中，根據本發明的活塞以包含軸線的局部剖視圖顯示出，並且總體上由10表示。該活塞10在主缸的缸外殼12中沿著軸線A的方向被可動地引導。該活塞10設有階梯狀活塞通道14，該通道軸向貫穿活塞。包括密封元件18和支撐元件20的密封部件16通過壓配粘接安裝在活塞通道14中。下面將對密封部件16進行額外詳細說明。
密封部件16同樣設有中央階梯狀通道22，引導元件24接收並且壓配在其中從而被鎖住而不能移動。在引導元件24中，閥門元件26按照軸向可動的方式被引導。閥門元件26包括閥挺杆28和閥盤30。為了在引導元件24中引導閥門元件26，閥挺杆28以微間隙容納在引導元件24的相應導套32中(參見圖2)。導套32通過保持腹板34被壓入到並且軸向保持在密封部件16的通道22中。通過設置在導套32和設有鎖緊襯墊37的閥挺杆28的自由端之間的復位彈簧35，按照這樣的方式來偏壓閥門元件26，從而閥盤30被擠壓成使其下面36抵靠在位於面對著閥盤30的端部40上的閥座38上。
為了進一步說明密封部件16，參照圖3，該圖為圖1中由III表示的局部細節的放大圖。密封部件16包括密封元件18和支撐元件20。這兩個元件在它們共同的接觸表面42處，例如通過將密封元件18硫化到支撐元件20上或通過將它們彼此膠粘結而使它們相互粘接。
密封元件18在其端面40上具有為環形密封凸起形式的閥座38。從面對著通道22的徑向內側當從包含軸線的橫截面看時，密封元件的輪廓基本上以圓弧段形狀延伸，然後在由46表示的區域中通過傾斜側面而逐漸變細。密封元件18在其外周面44上還包括多個沿著圓周方向環形延伸的凸緣狀密封凸起48，以及沿著圓周方向環形延伸並且靠近閥座設置的凸緣狀支撐凸起50。如圖1所示，密封凸起48用來使得密封部件16能夠按照流體密封的方式壓配到活塞10中。支撐凸起50還通過支撐抵靠在活塞通道14的內壁上而使密封元件18的端部40的區域穩定。
支撐元件20在其面對著端部40的斷不區域52中具有沿著圍繞著軸線的圓周方向延伸的環形凹槽54。該環形凹槽54當從包含軸線的橫截面看時，其大部分具有這樣的輪廓，該輪廓類似圓弧段並且具有均勻圓化的過渡部分。環形凹槽54填充有密封元件18的彈性材料。在其徑向外部區域中，支撐元件20具有圓周穩定邊緣56，其用來使密封元件18的徑向外部區域穩定。在密封部件16的徑向內部區域中，支撐元件20的端面部分58沒有被密封元件18的材料覆蓋。
返回到圖1，可以看出，活塞10容納在其一端封閉的缸外殼12的圓柱形空腔60中，並且與缸外殼12一起包圍著填充有液壓流體的壓力腔室61。在圖1中活塞10被彈簧62向右偏壓到圖1中所示的其預備位置，並且因此在偏壓作用下抵靠在止動螺栓64上，該止動螺栓64橫向延伸穿過缸外殼12並且固定在其中。在缸外殼12中，設有一連接埠66，空腔60通過該連接埠與未示出的流體容器連通。缸外殼12還包括未示出的另一個連接埠，壓力腔室61通過該連接埠與機動車的制動迴路連接。
在活塞10的外圍處設有一流體密封件68，用來防止當活塞10在缸外殼12中軸向運動時流體沿著活塞10的外圍流動，因此使得活塞能夠在缸體中流體密封引導。
根據圖1的裝置如下進行操作。在駕駛員開始制動操作之前，活塞10處於圖1中所示的其預備位置。在該預備位置，活塞10被彈簧62壓靠在止動螺栓64上。在所述情況中，閥挺杆28使其自由端壓靠在止動螺栓64上。彈簧62的彈簧力超過復位彈簧35的彈簧力，從而閥門元件26佔據了圖1中所示的其打開位置，在該位置閥盤30被提升離開閥座38。因此，該壓力腔室61與活塞通道14的遠離壓力腔室的端部流體連接。
在制動器啟動時，活塞10在圖1中根據箭頭P1向左移動。在所述情況中，閥盤30運動得越來越靠近閥座38運動直到兩者最終相互接觸。從那時開始，在活塞沿著箭頭P1的方向進一步運動時，在壓力腔室61中形成高於大氣壓的壓力，並且該壓力傳遞給制動迴路。在制動操作完成時，活塞10按照箭頭P2運動回到在圖1中所示的其正常位置。在所述情況中，閥門元件26再次佔據在圖1中所示的其打開位置。
在逐漸增大的液壓作用下，閥門元件26或者更確切地說其閥盤30以增大的強度被壓到閥座38上，結果閥座38在該壓力下變形。另外，在高於大氣壓的壓力作用下的液壓流體作用在側面區域46上，該區域與該液壓流體接觸並且因此同樣變形。在施加非常高的液壓壓力的情況下，在該區域中甚至會出現密封元件18的材料流動。
因為側面區域46和支撐元件20的端部區域52的形狀，所以上述變形並不會導致當閥盤30在壓力腔室61中的高壓作用下被提升離開密封座38時，密封座38根據箭頭P1沿著軸向方向變形，並且因為該軸向發生的變形防止了閥盤底面36和密封座38快速脫離從而使壓力腔室61中的壓力快速降低。相反，密封元件18的材料在壓力腔室61中的液壓壓力的作用下按照這樣一種方式變形，即穿透到環形凹槽54中並從而沿著徑向向內的方向進一步移動。另外，側面46的淺行程(shallowcourse)使得閥盤底面36和閥座38快速脫開。因此，即使在壓力腔室61中存在高液壓壓力，本發明也通過閥門元件26的小升程而保證了閥盤30迅速提升離開閥座38。這樣，可以改善制動系統的響應特性。
本發明披露了一種用來設計用於車輛制動系統的具有中央閥門的活塞的簡單而有效的方法，其中即使在自動系統(例如，牽引力調節系統或穩定程序)在壓力腔室中任意引起了高液壓壓力的情況下，該方法也能夠保證在制動操作完成時使壓力迅速降低。這具體通過與閥座形狀相關的措施來實現，從而可以在大範圍抑制閥座出現不期望有的與液壓壓力相關的變形。
權利要求
1.一種用於車輛液壓制動系統的具有閥門裝置的活塞(10)，它包括貫穿所述活塞(10)的活塞通道(14)；閥座(38)，它圍繞著所述活塞通道(14)的開口(22)形成；以及閥門元件(26)，它可以相對於活塞(10)移動，並且可以按照相對於閥座(38)流體密封的方式定位以便密封活塞通道(14)，其中，所述閥座(38)採取在密封部件(16)上的環形凸起形式，該密封部件包括彈性密封元件(18)和用來使該密封元件穩定的支撐元件(20)，其特徵在於，所述支撐元件(20)在靠近所述密封凸起(38)的區域中設有相應的環形凹槽(54)。
2.如權利要求1所述的活塞，其特徵在於，所述密封元件(18)與所述支撐元件(20)粘接。
3.如權利要求1或2所述的活塞，其特徵在於，所述環形密封凸起(38)當從橫截面看時具有圓形輪廓，並且具有沿著壓力腔室(61)的方向延伸的薄側面(46)。
4.如權利要求3所述的活塞，其特徵在於，所述環形凹槽(54)當從橫截面看時具有圓形、優選為圓弧段形輪廓。
5.如權利要求3所述的活塞，其特徵在於，所述環形凹槽當從橫截面看時具有多邊形、優選為梯形輪廓。
6.如前面權利要求中任一項所述的活塞，其特徵在於，所述環形凹槽(54)設置成相對於所述密封凸起(38)更靠近活塞通道(14)的開口(22)。
7.如前面權利要求中任一項所述的活塞，其特徵在於，所述閥門元件(26)包括在引導元件(24)中被引導的閥挺杆(28)，和與所述密封座(38)相互作用的閥盤(30)。
8.如權利要求7所述的活塞，其特徵在於，所述引導元件(24)布置在形成於所述密封部件(16)中的接收通道(22)中，並且所述閥盤(30)具有一基本上平坦的表面(36)，該表面與所述密封座(38)相互作用。
9.如權利要求7或8所述的活塞，其特徵在於，所述引導元件(24)包括一導套(32)，該導套用來引導所述閥挺杆(28)，其中所述導套(32)通過至少一個保持腹板(34)被保持在密封部件(16)的優選中央位置，並且其中在導套(32)和密封部件(16)之間形成有一流體通道(22)。
10.如前面權利要求中任一項所述的活塞，其特徵在於，通過偏壓裝置(35)將所述閥門元件(26)偏壓到密封位置，在該位置中，所述閥門元件按照流體密封的方式壓靠在閥座(38)上。
11.如前面權利要求中任一項所述的活塞，其特徵在於，所述密封元件(18)由柔性塑料材料、尤其由彈性材料形成，並且所述支撐元件(20)由比所述柔性塑料材料更硬的材料、尤其由金屬材料形成。
12.一種用於車輛液壓制動系統的主缸裝置，它包括主缸(12)；根據前面權利要求中任一項所述的活塞(10)，它在所述主缸(12)中被引導；止動裝置(64)，它限定了活塞(10)的預定正常位置；以及偏壓裝置(62)，將活塞(10)偏壓到所述正常位置，其中，所述活塞(10)與所述主缸(12)一起包圍著一壓力腔室(61)，其中，在所述正常位置，所述閥門元件(26)還被提升離開閥座(38)，並且所述壓力腔室(61)通過活塞通道(14)與一流體容器流體連通，並且其中，在所述活塞(10)抵抗偏壓裝置(62)的作用移離其正常位置時，所述閥門元件(26)將自身定位成抵靠在密封座(38)上，並且在所述壓力腔室(61)中形成制動壓力。
全文摘要
本發明涉及一種用於車輛液壓制動系統的具有閥門組件的活塞(10)，它包括貫穿所述活塞(10)的活塞通道(14)；圍繞著活塞通道(14)的開口(22)形成的閥座(38)；以及閥門元件(26)，它可以相對於活塞(10)移動，並且可以按照相對於閥座(38)流體密封的方式設置以便閉合所述活塞通道(14)。所述閥座(38)設置成在密封部件(16)上的環形凸起形式，該密封部件包括彈性密封元件(18)和用來使該密封元件穩定的支撐元件(20)。所述支撐元件(20)在靠近所述密封凸起(38)的區域中設有相應的環形凹槽(54)。
文檔編號F15B15/00GK1726144SQ200380106138
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月9日 優先權日2002年12月16日
發明者馬庫斯·馬爾曼, 迪爾克·倫克爾, 凱姆·朱 申請人:盧卡斯汽車股份有限公司