专利名称：用于液压制动系统的活塞和装配有该活塞的主缸的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆液压制动系统的具有阀门装置的活塞，它包括贯穿该活塞的活塞通道；围绕着该活塞通道的开口形成的阀座；以及阀门元件，该阀门元件可以相对于该活塞移动，并且可以按照相对于阀座流体密封的方式定位以便密封该活塞通道，其中密封座采取在密封部件上的环形凸起形式，该密封部件包括弹性密封元件和用来使该密封元件稳定的支撑元件。
背景技术：
这种活塞从EP 0 607 370 B2中可以得知，并且根据该背景技术其安装在车辆制动系统的主制动缸中。该活塞与主制动缸一起包围着一压力腔室。在制动动作之前的预备位置，阀门装置处于打开状态，其中压力腔室与液压流体容器连通。在车辆的驾驶员开始制动操作时，活塞在主制动缸内移动。在所述情况中，阀门装置关闭，这是因为阀门元件自身按照相对于密封座流体密封的方式定位，从而中断了在压力腔室和液压流体容器之间的流体连通。因此，在压力腔室中形成高液压，并且导致车辆制动回路动作以及车辆制动器动作。在制动操作完成时，活塞运动回到其预备位置，其中阀门装置打开并且在压力腔室中的压力降低。
在现代车辆制动系统中，除了前述的制动引起的压力增大之外，另外在自动制动压力产生系统(例如，车辆牵引力调节系统或车辆稳定控制系统)启动时，在压力腔室中会出现相当大的压力增大。这种自动制动压力产生系统用于独立于驾驶员的主动制动操作而选择地驱动制动回路以便启动各个车轮制动器，从而提高车辆安全性。在压力腔室中的压力增大例如通过附加的液压泵来实现。这样，必须通过打开阀门装置来降低这样增大的压力。
已经显示出，根据本领域现有技术的弹性密封元件，其在压力腔室中暴露于加压的液压流体，趋于弹性变形并且尤其在施加高液压压力条件下趋于“流动”。如果在液压腔室中施加高液压压力，则活塞运动回到其预备位置，然后在阀门装置开始打开时，即在阀门元件开始运动时，密封元件在该液压压力作用下在密封座区域中按照这样的方式变形，从而使密封座与该阀门元件一起扩展并运动，以便部分提升阀门元件。在设计阀门装置时必须允许密封元件的这个行为。因此，必须提供足够大的升程以保证阀门装置可靠打开，而不管阀座的与压力相关的变形。但是，阀门元件在制动操作启动期间也必须完成该升程，从而延迟了制动系统的响应。
为了防止在密封元件处出现这种由压力引起的变形，从EP 0607370B2中还已知提供一种附加的阀门，它在压力形成(build up)期间使压力腔室与阀门装置分开，并因此防止了在阀门装置处出现高液压压力。但是，该解决方案使制造成本明显更高，并且在操作中更容易出故障。
DE 39 32 248 A1和US 2,136,835均披露了一种具有阀门装置的活塞，在该活塞中，阀门元件在压力形成期间被环形凸缘(bead)压到密封元件中。这些解决方案容易由于作用在密封元件上的高机械负载而磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开始所述类型的活塞，它允许在压力腔室中快速形成压力，且其结构简单并且非常耐磨损。
该目的是根据本发明通过用于车辆液压制动系统的具有阀门装置的活塞来实现的，其中活塞包括贯穿该活塞的活塞通道；围绕着该活塞通道的开口形成的阀座；以及阀门元件，该阀门元件可以相对于该活塞移动，并且可以按照相对于阀座流体密封的方式定位以便密封该活塞通道，其中所述密封座采取在密封部件上的环形凸起形式，该密封部件包括弹性密封元件和用来使该密封元件稳定的支撑元件。为了实现前述目的，根据本发明还设置使所述支撑元件在靠近所述密封凸起的区域中设有相应的环形凹槽。
该环形凹槽的作用是接收在密封座区域中在高压作用下变形的密封元件材料，并且因此将该变形导向支撑元件。这样实现的原因还尤其在于，与前面所述的现有技术的情况相比，在所述环形凹槽区域中的支撑元件表面能够使密封元件的材料稳定性更好并且保持其尺寸更加稳定。与现有技术的情况相比，通过利用环形凹槽来扩大支撑元件的表面，从而实现对密封元件的弹性材料的更好加强。
根据本发明可以进一步增加密封元件的尺寸稳定性，这是因为密封元件与支撑元件粘接。这进一步降低了密封元件的变形能力，并且使整个密封元件稳定。该粘接可以通过将密封元件粘结或硫化到支撑元件上来实现。
在本发明的改进方案中，环形密封凸起当从横截面看时具有一圆形轮廓，并且具有沿着压力腔室方向的薄的后侧面。密封凸起的横截面轮廓的圆形连续延伸防止了在密封凸起处出现压力峰值而导致局部非常大的机械应力集中。具体地说，所述薄的后侧面(trailing flank)在受到高压力作用的区域中确保了在相对较大区域中压力分布均匀，因此使得变形减小。
为了还通过环形凹槽的结构将由压力和变形引起的机械负载尽可能均匀地分布在密封元件的材料中，在本发明的改进方案中，环形凹槽当从横截面看时具有圆形(优选为圆弧段形(circular-segment-round))轮廓。但是可选的是，该环形凹槽当从横截面看时具有多边形(优选为梯形)轮廓。在后一情况中，侧面用作对弹性密封元件材料变形或流动的机械阻力。
上面已经说明，通过环形凹槽的形状可以影响密封元件材料的变形和流动行为。作为用于有目的地控制密封元件在压力负载下的变形的另一个措施，在本发明的改进方案中，该环形凹槽相对于密封凸起设置得更靠近活塞通道的开口。换句话说，这意味着密封凸起相对于环形凹槽更靠近压力腔室。如果在压力腔室中存在高压，则在位于压力腔室和活塞通道之间的密封元件处存在相对较高的压力差。该压力差导致在密封凸起区域中的阀门元件材料沿着活塞通道的方向变形。通过密封凸起和环形凹槽的偏置布置，密封凸起的材料最初沿着径向方向被压入到环形凹槽中，从而可以防止出现如现有技术的情况一样、密封元件沿着轴向方向的不期望的升程增大变形。
对于阀门装置而言，在本发明的改进方案中，阀门元件包括在引导元件中被引导的阀挺杆，和与密封座相互作用的阀盘。还可以如此设置，使得引导元件设置在形成于密封部件的接收通道中，并且阀盘具有基本上平坦的表面，该表面与密封座相互作用。因此，阀门元件和密封部件设计简单并且制造成本廉价，同时非常实用。至于引导元件的详细结构，在本发明的改进方案中，该引导元件包括用来引导阀挺杆的导套，其中该导套通过至少一个保持腹板优选地被保持在密封部件的中心位置，并且其中在导套和密封部件之间形成有流体通道。
为了保证阀门装置在制动操作期间可靠且迅速地关闭，根据本发明还可以如此设置，通过偏压装置将阀门元件偏压到密封位置，在该位置它按照相对于阀座流体密封的方式设置。在活塞的预备位置，阀门元件从其密封位置移出，从而阀门装置打开。阀门元件被保持在该打开位置，直到活塞运动以便在压力腔室中形成压力。该偏压装置然后使阀门元件移到密封位置，同时降低了卡住或阻塞的危险。
根据本发明，密封元件可以由柔性塑料材料(尤其由弹性体材料)形成，并且支撑元件可以由比柔性塑料材料更硬的材料(尤其由金属材料)形成。
本发明还涉及一种主制动缸装置，它包括主缸；前面所述类型的活塞，其在该主缸中可被引导运动；限定了活塞的预定正常位置的止动装置；以及用来将活塞偏压到所述正常位置的偏压装置，其中活塞与主缸一起包围着一压力腔室，另外其中在所述正常位置，阀门元件被提升离开密封座，并且压力腔室通过活塞通道与流体容器流体连通，并且其中在活塞抵抗偏压装置的作用移离其正常位置时，阀门元件将自身设置成抵靠在密封座上，并且在压力腔室中形成制动压力。
下面将参照附图以示例的方式对本发明进行说明。在这些附图中图1为根据本发明的主缸装置的包含轴线的局部剖视图；图2为从左看的活塞的平面图；和图3为由图1中的III表示的阀门元件的放大详视图。
具体实施例方式
在图1中，根据本发明的活塞以包含轴线的局部剖视图显示出，并且总体上由10表示。该活塞10在主缸的缸外壳12中沿着轴线A的方向被可动地引导。该活塞10设有阶梯状活塞通道14，该通道轴向贯穿活塞。包括密封元件18和支撑元件20的密封部件16通过压配粘接安装在活塞通道14中。下面将对密封部件16进行额外详细说明。
密封部件16同样设有中央阶梯状通道22，引导元件24接收并且压配在其中从而被锁住而不能移动。在引导元件24中，阀门元件26按照轴向可动的方式被引导。阀门元件26包括阀挺杆28和阀盘30。为了在引导元件24中引导阀门元件26，阀挺杆28以微间隙容纳在引导元件24的相应导套32中(参见图2)。导套32通过保持腹板34被压入到并且轴向保持在密封部件16的通道22中。通过设置在导套32和设有锁紧衬垫37的阀挺杆28的自由端之间的复位弹簧35，按照这样的方式来偏压阀门元件26，从而阀盘30被挤压成使其下面36抵靠在位于面对着阀盘30的端部40上的阀座38上。
为了进一步说明密封部件16，参照图3，该图为图1中由III表示的局部细节的放大图。密封部件16包括密封元件18和支撑元件20。这两个元件在它们共同的接触表面42处，例如通过将密封元件18硫化到支撑元件20上或通过将它们彼此胶粘结而使它们相互粘接。
密封元件18在其端面40上具有为环形密封凸起形式的阀座38。从面对着通道22的径向内侧当从包含轴线的横截面看时，密封元件的轮廓基本上以圆弧段形状延伸，然后在由46表示的区域中通过倾斜侧面而逐渐变细。密封元件18在其外周面44上还包括多个沿着圆周方向环形延伸的凸缘状密封凸起48，以及沿着圆周方向环形延伸并且靠近阀座设置的凸缘状支撑凸起50。如图1所示，密封凸起48用来使得密封部件16能够按照流体密封的方式压配到活塞10中。支撑凸起50还通过支撑抵靠在活塞通道14的内壁上而使密封元件18的端部40的区域稳定。
支撑元件20在其面对着端部40的断不区域52中具有沿着围绕着轴线的圆周方向延伸的环形凹槽54。该环形凹槽54当从包含轴线的横截面看时，其大部分具有这样的轮廓，该轮廓类似圆弧段并且具有均匀圆化的过渡部分。环形凹槽54填充有密封元件18的弹性材料。在其径向外部区域中，支撑元件20具有圆周稳定边缘56，其用来使密封元件18的径向外部区域稳定。在密封部件16的径向内部区域中，支撑元件20的端面部分58没有被密封元件18的材料覆盖。
返回到图1，可以看出，活塞10容纳在其一端封闭的缸外壳12的圆柱形空腔60中，并且与缸外壳12一起包围着填充有液压流体的压力腔室61。在图1中活塞10被弹簧62向右偏压到图1中所示的其预备位置，并且因此在偏压作用下抵靠在止动螺栓64上，该止动螺栓64横向延伸穿过缸外壳12并且固定在其中。在缸外壳12中，设有一连接端口66，空腔60通过该连接端口与未示出的流体容器连通。缸外壳12还包括未示出的另一个连接端口，压力腔室61通过该连接端口与机动车的制动回路连接。
在活塞10的外围处设有一流体密封件68，用来防止当活塞10在缸外壳12中轴向运动时流体沿着活塞10的外围流动，因此使得活塞能够在缸体中流体密封引导。
根据图1的装置如下进行操作。在驾驶员开始制动操作之前，活塞10处于图1中所示的其预备位置。在该预备位置，活塞10被弹簧62压靠在止动螺栓64上。在所述情况中，阀挺杆28使其自由端压靠在止动螺栓64上。弹簧62的弹簧力超过复位弹簧35的弹簧力，从而阀门元件26占据了图1中所示的其打开位置，在该位置阀盘30被提升离开阀座38。因此，该压力腔室61与活塞通道14的远离压力腔室的端部流体连接。
在制动器启动时，活塞10在图1中根据箭头P1向左移动。在所述情况中，阀盘30运动得越来越靠近阀座38运动直到两者最终相互接触。从那时开始，在活塞沿着箭头P1的方向进一步运动时，在压力腔室61中形成高于大气压的压力，并且该压力传递给制动回路。在制动操作完成时，活塞10按照箭头P2运动回到在图1中所示的其正常位置。在所述情况中，阀门元件26再次占据在图1中所示的其打开位置。
在逐渐增大的液压作用下，阀门元件26或者更确切地说其阀盘30以增大的强度被压到阀座38上，结果阀座38在该压力下变形。另外，在高于大气压的压力作用下的液压流体作用在侧面区域46上，该区域与该液压流体接触并且因此同样变形。在施加非常高的液压压力的情况下，在该区域中甚至会出现密封元件18的材料流动。
因为侧面区域46和支撑元件20的端部区域52的形状，所以上述变形并不会导致当阀盘30在压力腔室61中的高压作用下被提升离开密封座38时，密封座38根据箭头P1沿着轴向方向变形，并且因为该轴向发生的变形防止了阀盘底面36和密封座38快速脱离从而使压力腔室61中的压力快速降低。相反，密封元件18的材料在压力腔室61中的液压压力的作用下按照这样一种方式变形，即穿透到环形凹槽54中并从而沿着径向向内的方向进一步移动。另外，侧面46的浅行程(shallowcourse)使得阀盘底面36和阀座38快速脱开。因此，即使在压力腔室61中存在高液压压力，本发明也通过阀门元件26的小升程而保证了阀盘30迅速提升离开阀座38。这样，可以改善制动系统的响应特性。
本发明披露了一种用来设计用于车辆制动系统的具有中央阀门的活塞的简单而有效的方法，其中即使在自动系统(例如，牵引力调节系统或稳定程序)在压力腔室中任意引起了高液压压力的情况下，该方法也能够保证在制动操作完成时使压力迅速降低。这具体通过与阀座形状相关的措施来实现，从而可以在大范围抑制阀座出现不期望有的与液压压力相关的变形。
权利要求
1.一种用于车辆液压制动系统的具有阀门装置的活塞(10)，它包括贯穿所述活塞(10)的活塞通道(14)；阀座(38)，它围绕着所述活塞通道(14)的开口(22)形成；以及阀门元件(26)，它可以相对于活塞(10)移动，并且可以按照相对于阀座(38)流体密封的方式定位以便密封活塞通道(14)，其中，所述阀座(38)采取在密封部件(16)上的环形凸起形式，该密封部件包括弹性密封元件(18)和用来使该密封元件稳定的支撑元件(20)，其特征在于，所述支撑元件(20)在靠近所述密封凸起(38)的区域中设有相应的环形凹槽(54)。
2.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述密封元件(18)与所述支撑元件(20)粘接。
3.如权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，所述环形密封凸起(38)当从横截面看时具有圆形轮廓，并且具有沿着压力腔室(61)的方向延伸的薄侧面(46)。
4.如权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述环形凹槽(54)当从横截面看时具有圆形、优选为圆弧段形轮廓。
5.如权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述环形凹槽当从横截面看时具有多边形、优选为梯形轮廓。
6.如前面权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述环形凹槽(54)设置成相对于所述密封凸起(38)更靠近活塞通道(14)的开口(22)。
7.如前面权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述阀门元件(26)包括在引导元件(24)中被引导的阀挺杆(28)，和与所述密封座(38)相互作用的阀盘(30)。
8.如权利要求7所述的活塞，其特征在于，所述引导元件(24)布置在形成于所述密封部件(16)中的接收通道(22)中，并且所述阀盘(30)具有一基本上平坦的表面(36)，该表面与所述密封座(38)相互作用。
9.如权利要求7或8所述的活塞，其特征在于，所述引导元件(24)包括一导套(32)，该导套用来引导所述阀挺杆(28)，其中所述导套(32)通过至少一个保持腹板(34)被保持在密封部件(16)的优选中央位置，并且其中在导套(32)和密封部件(16)之间形成有一流体通道(22)。
10.如前面权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，通过偏压装置(35)将所述阀门元件(26)偏压到密封位置，在该位置中，所述阀门元件按照流体密封的方式压靠在阀座(38)上。
11.如前面权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述密封元件(18)由柔性塑料材料、尤其由弹性材料形成，并且所述支撑元件(20)由比所述柔性塑料材料更硬的材料、尤其由金属材料形成。
12.一种用于车辆液压制动系统的主缸装置，它包括主缸(12)；根据前面权利要求中任一项所述的活塞(10)，它在所述主缸(12)中被引导；止动装置(64)，它限定了活塞(10)的预定正常位置；以及偏压装置(62)，将活塞(10)偏压到所述正常位置，其中，所述活塞(10)与所述主缸(12)一起包围着一压力腔室(61)，其中，在所述正常位置，所述阀门元件(26)还被提升离开阀座(38)，并且所述压力腔室(61)通过活塞通道(14)与一流体容器流体连通，并且其中，在所述活塞(10)抵抗偏压装置(62)的作用移离其正常位置时，所述阀门元件(26)将自身定位成抵靠在密封座(38)上，并且在所述压力腔室(61)中形成制动压力。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆液压制动系统的具有阀门组件的活塞(10)，它包括贯穿所述活塞(10)的活塞通道(14)；围绕着活塞通道(14)的开口(22)形成的阀座(38)；以及阀门元件(26)，它可以相对于活塞(10)移动，并且可以按照相对于阀座(38)流体密封的方式设置以便闭合所述活塞通道(14)。所述阀座(38)设置成在密封部件(16)上的环形凸起形式，该密封部件包括弹性密封元件(18)和用来使该密封元件稳定的支撑元件(20)。所述支撑元件(20)在靠近所述密封凸起(38)的区域中设有相应的环形凹槽(54)。
文档编号F15B15/00GK1726144SQ200380106138
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月9日 优先权日2002年12月16日
发明者马库斯·马尔曼, 迪尔克·伦克尔, 凯姆·朱 申请人:卢卡斯汽车股份有限公司