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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindung eines radial äußeren Umfangsrands
eines Kolbens einer Zylinder-Kolben-Einheit mit einem radial inneren
Umfangsrand einer elastischen Ringmembrane, nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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In
der
DE 716 359 A ist
eine zusammengesetzte Biegehaut zum elastischen Abschließen von Säurepumpen
offenbart, deren radial äußerer Umfangsrand
im Querschnitt aufgeweitet und zwischen Teilen eines Pumpengehäuses geklemmt
ist.
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Die
DE 14 30 486 B beschreibt
ein hydropneumatisches Federbein für Fahrzeuge mit einer Membran,
welche einen mit Druckgas gefüllten
Behälterraum
von einem mit Flüssigkeit
gefüllten
Behälterraum
trennt. Der im Querschnitt erweiterte radial äußere Umfangsrand der Membran
ist dabei zwischen der Behälterwand
und einem durch einen Sprengring gesicherten Ring geklemmt.
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Die
DE 23 33 432 A beschreibt
einen Zylinder-Kolbentrieb mit einer Rollmembran, die an einer Kolbenstange
befestigt ist.
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In
der
US 2 929 216 A wird
ein Bremskraftverstärker
mit einer Membran beschrieben, deren radial äußerer Umfangsrand im Querschnitt
erweitert und zwischen zwei Gehäuseteilen
geklemmt ist.
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Aus
der betrieblichen Praxis ist der Anmelderin ein Federspeicherbremszylinder
bekannt, mit einer Ringmembrane, welche sich von der Zylinderwandung,
in welcher ihr radial äußerer Umfangsrand befestigt
ist, bis zu einem radial äußeren Umfangsrand
des Federspeicherbremskolbens erstreckt, an welchem dann ihr radial
innerer Umfangsrand gehalten wird. Dabei ist der radial innere Umfangsrand
der Membrane quadratisch ausgebildet und greift in eine komplementär geformte
Stufe am radial äußeren Umfangsrand
des Ringkolbens ein. Dabei sind der quadratische Querschnitt der
Ringmembrane und das radial äußere Ende
des Federspeicherbremskolbens von einer Metallklammer mit C-förmigem Querschnitt übergriffen,
um eine Verbindung zwischen diesen Bauteilen herzustellen. Da die
Klammer mit C-förmigem
Querschnitt jedoch keine Hinterschneidungen in Bezug zu den durch
sie aneinander zu befestigenden Bauteilen aufweist, besteht die
Gefahr, dass sich die Klammer löst
und dadurch die Verbindung zwischen der Ringmembrane und dem Federspeicherbremskolben
aufgelöst
wird. Dies führt
zu Undichtigkeiten in einer be- und entlüftbaren Federspeicherbremskammer,
welche den Federspeicherbremskolben mit Druckluft be- oder entlastet,
so dass eine solches Lösen
der Klammer zu einem Totalausfall der Federspeicherbremse führt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindung zwischen
einer Ringmembrane und einem Kolben einer Zylinder-Kolben-Einheit
zu schaffen, welche eine höhere
Sicherheit gegen Undichtigkeit und Lösen aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung schlägt
vor, dass die radial innere Auflagefläche der Ringmembrane wenigstens eine
sich nach radial innen erstreckende Ringschulter aufweist, welche
in eine radial äußere Ausnehmung
in der radial äußeren Auflagefläche des
Kolbens eingreift, sowie wenigstens eine weitere, sich axial erstreckende
Ringschulter, welche in eine axiale Ausnehmung an einer senkrecht
zur Auflagefläche des
Kolbens angeordnete axiale Anschlagfläche des Kolbens eingreift,
wobei der radial innere Umfangsrand der Ringmembrane zumindest im
Bereich der sich nach radial innen erstreckenden Ringschulter von
einem im Durchmesser elastisch aufweitbaren Klemmring unter radialer
Spannung umgriffen ist, welcher auf dem radial äußeren Umfangsrand des Kolbens
durch einen mittels wenigstens einer Hinterschneidung zustande gekommenen
Formschluss axial gesichert ist.
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Zur
Montage der Verbindung wird daher zunächst der radial innere Umfangsrand
der Membrane axial soweit entlang der Auflagefläche des Kolbens geschoben,
bis einerseits die sich axial erstreckende Ringschulter und die
sich nach radial innen erstreckende Ringschulter in die zugeordneten
Ausnehmungen am radial äußeren Umfangsrand
des Kolbens eingreifen und das Ende der Ringmembrane an der Anschlagfläche des
Kolbens anschlägt.
Dies ist aufgrund der Elastizität
der Ringmembrane möglich. Sodann
wird der Klemmring unter elastischer Aufweitung ebenfalls axial
auf den radial äußeren Umfangsrand
des Kolbens geschoben, bis der Formschluss durch Hinterschneidung
zustande kommt.
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Dabei
sorgen die sich in die entsprechenden Ausnehmungen am Kolben erstreckenden
Ringschultern der Ringmembrane für
eine formschlüssige Ver bindung,
welche durch den Klemmring gesichert ist. Die Lage des Klemmrings
am Kolben ist wiederum durch die einen Formschluss ausbildende Hinterschneidung
gesichert. Insgesamt ergibt sich daher eine Verbindung mit einer
hohen Sicherheit gegen Lösen.
Aufgrund des Ineinandergreifens der Ringschultern der Ringmembrane
mit den zugeordneten Ausnehmungen im Kolben ergibt sich weiterhin
eine große
Dichtfläche,
welche als hermetische Dichtung und/oder als Spalt- oder Labyrinthdichtung
wirkt.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den
unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Erfindung möglich.
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Besonders
bevorzugt weist der Klemmring wenigstens einen keilförmigen Abschnitt
auf, der gegen wenigstens einen komplementären keilförmigen Abschnitt der Ringmembrane
mittels des Formschlusses des Klemmrings mit dem radial äußeren Umfangsrand
des Kolbens axial gekontert ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung weist der radial äußere Umfangsrand
des Kolbens eine schräge,
in die Auflagefläche
mündende
Anlauffläche
für eine axiale
Montage des Klemmrings auf. Dies stellt eine Montagehilfe für den Klemmring
dar, welcher sich beim Aufschieben auf die sich allmählich im
Durchmesser erweiternde Anlauffläche
elastisch aufweiten kann. Der Formschluss kommt dann durch die elastische
Durchmesseraufweitung mit anschließender Durchmesserreduzierung
bei der axialen Montage des Klemmrings unter Ausbildung der Hinterschneidung
zustande.
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Die
Hinterschneidung umfasst bevorzugt wenigstens ineinander greifende
gestufte Querschnitte.
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Der
Klemmring kann aus einem elastischen Kunststoff gefertigt sein,
der insbesondere faserverstärkt
ist.
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Nicht
zuletzt betrifft die Erfindung auch eine Zylinder-Kolbeneinheit
beinhaltend eine vorangehend beschriebene Verbindung zwischen einer
Ringmembrane und einem Kolben.
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Genaueres
wird im Rahmen der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung deutlich.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt
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1 eine
Querschnittsdarstellung eines Kombizylinders einer Bremsanlage eines
Fahrzeugs;
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2 den
vergrößerten Ausschnitt
II der Querschnittsdarstellung von 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder 1,
nachfolgend Kombizylinder genannt, dargestellt. Der Kombizylinder 1 besteht
aus einem Betriebsbremszylinder 2 und aus einem mit diesem
baulich und funktionell verbundenen Federspeicherbremszylinder 4.
Der Betriebsbremszylinder 2 und der Federspeicherbremszylinder 4 sind
durch eine Zwischenwand 6 voneinander getrennt. Innerhalb
des Federspeicherbremszylinders 4 ist ein Federspeicherbremskolben 8 verschiebbar
angeordnet, wobei der Federspeicherbremskolben 8 durch
eine Speicherfeder 10 in Bremszuspannrichtung belastet
ist. Die Speicherfeder 10 stützt sich einerseits an einem
Federteller 16 des Federspeicherbremskolbens 8 ab,
welcher an einem dem Betriebsbremszylinder 2 zugewandten Ende
einer Kolbenstange 18 angeordnet ist und andererseits an
der Zwischenwand 6. Mit dem vom Betriebsbremszylinder 2 abgewandten
Ende der Kolbenstange 18 ist der Federspeicherbremskolben 8 beispielsweise
verschraubt. Die Zwischenwand 6 bildet durch eine Ausbauchung
in Richtung des Federspeicherbremskolbens 8 eine Federkammer 14 für die Speicherfeder 10 aus.
Der Federspeicherbremskolben 8 ist komplementär zu der
ausgebauchten Zwischenwand 6 geformt, so dass er in Bremszuspannstellung
die Zwischenwand 6 teilweise umschließen kann.
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Zwischen
der ausgebauchten Zwischenwand 6 und dem Federspeicherbremskolben 8 ist eine
Federspeicherbremskammer 12 ausgebildet, welche mit einem
aus Maßstabsgründen nicht
gezeigten Druckregelmodul in Verbindung steht, um diese zu belüften oder
zu entlüften.
Bei Belüftung wird
der Federspeicherbremskolben 8 unter Verspannung der Speicherfeder 10 axial
in die in 1 gezeigte Lösestellung der Feststellbremse
verschoben. Dann nimmt der Federspeicherbremskolben 8 die
in 1 dargestellte linke Lage ein. Wird dagegen zum
Zwecke der Abbremsung die Federspeicherbremskammer 12 entlüftet, dann
vermag die Speicherfeder 10 den Federspeicherbremskolben 8 in
Zuspannstellung zu verschieben. Dann wird der Federspeicherbremskolben 8 in 1 nach
rechts verschoben. Folglich ist die Federspeicherbremse eine passive
Bremse, die durch Belüften
gelöst
und durch Entlüften
zugespannt und bevorzugt als Feststell- oder Parkbremse eingesetzt
wird.
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Der
Federteller 16 des Federspeicherbremskolbens 8 wird
durch die Druckkraft der Speicherfeder 10 gegen eine Membrane 24 als
Teil eines Betriebsbremskolbens gedrängt, welche an einem steifen
Membranteller 26 abgestützt
ist. Die Membrane 24 trennt eine mit Druckmittel be- und
entlastbare Betriebsbremskammer 20 des Betriebsbremszylinders 2 von
einer eine am Membranteller 26 abgestützte Rückholfeder 30 aufnehmenden
Federkammer 22. In die Betriebsbremskammer 20 mündet ein
nicht gezeigter Einlass, über
welchen zum Betätigen
des Betriebsbremszylinders 2 Druckluft eingelassen und
abgelassen wird. Zum Zuspannen der Betriebsbremse wirkt die Druckluft
auf die in den Betriebsbremszylinders 2 eingesetzte Membrane 24 ein,
wobei die Druckkraft auf den steifen Membranteller 26 übertragen
wird. Der Membranteller 26 ist mit einer Druckstange 28 verbunden,
die mit einem Bremsbetätigungsmechanismus
außerhalb
des Kombizylinders 1 zusammenwirkt. Hierbei kann es sich
beispielsweise um Betätigungselemente
einer Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs handeln.
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Der
Betriebsbremszylinder 2 ist ein aktiver Bremszylinder zum
Betätigen
der Betriebsbremse, d. h. dass die Betriebsbremse durch Belüften der
Betriebsbremskammer 20 zugespannt und durch Entlüften gelöst wird.
Die sich einerseits am Membranteller 26 und andererseits
am Boden des Betriebsbremszylinders 2 abstützende Rückholfeder 30 sorgt
dafür, dass
die Druckstange 28 bei entlüfteter Betriebsbremskammer 20 in
die Lösestellung
zurückgeholt wird.
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Der
Federspeicherbremskolben 8 reicht in radialer Richtung
gesehen nicht bis an den Federspeicherbremszylinder 4 heran,
vielmehr ist dazwischen eine lichte Weite vorhanden, welche von
einer elastischen Ringmembrane 32 überspannt wird. Unter einer
Ringmembrane 32 ist daher eine Membrane mit einer zentralen
Durchgangsöffnung
zu verstehen. Diese elastische Ringmembrane 32 sorgt für die Abdichtung
der Federspeicherbremskammer 12, wobei sie sich bei einer
axialen Bewegung des Federspeicherbremskolbens 8 verformt.
Die Ringmembrane 32 ist mit ihren radial äußeren Umfangsrand
am Federspeicherbremszylinder 4 gehalten.
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Wie
aus 2 hervorgeht, weist der radial innere Umfangsrand 31 der
Ringmembrane 32 eine radial innere, beispielsweise ebene
Auflagefläche 34 auf,
welche eine zugeordnete, radial äußere, beispielsweise
ebene Auflagefläche 36 am
radial äußeren Umfangsrand 33 des
Federspeicherbremskolbens 8 kontaktiert. Weiterhin weist
die radial innere Auflagefläche 34 der
Ringmembrane 32 wenigstens eine sich nach radial innen
erstreckende Ringschulter 38 auf, welche in eine radial äußere Ausnehmung 40 in
der Auflagefläche 36 des
Federspeicherbremskolbens 8 eingreift, sowie wenigstens
eine weitere, sich axial erstreckende Ringschulter 42,
welche in eine axiale Ausnehmung 44 an einer senkrecht
zur Auflagefläche 36 des
Federspeicherbremskolbens 8 angeordnete Anschlagfläche 46 eingreift.
Dabei ist der radial innere Umfangsrand 31 der Ringmembrane 32 zumindest
im Bereich der sich nach radial innen erstreckenden Ringschulter 38 von
einem im Durchmesser elastisch aufweitbaren Klemmring 48 unter
radialer Spannung umgriffen, welcher auf dem radial äußeren Umfangsrand 33 des
Federspeicherbremskolbens 8 durch einen mittels wenigs tens
eines hinterschnittenen Querschnitts 50 zustande gekommenen
Formschluss axial gesichert ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung weist der radial äußere Umfangsrand 33 des
Federspeicherbremskolbens 8 endseitig eine schräge, in die
beispielsweise ebene Auflagefläche 36 mündende Anlauffläche 52 für eine axiale
Montage des Klemmrings 48 auf. Dies stellt eine Montagehilfe
für den
Klemmring 48 dar, welcher sich beim axialen Aufschieben
auf die sich allmählich
im Durchmesser erweiternde Anlauffläche 52 elastisch aufweiten
kann. Der Formschluss kommt dann durch die anschließende Durchmesserreduzierung
des Klemmrings 48 zustande. Die Hinterschneidung umfasst
bevorzugt ineinander greifende gestufte Querschnitte 50 in
der radial äußeren Auflagefläche 36 des
Federspeicherbremskolbens 8 und am Innendurchmesser des
Klemmrings 48.
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Zur
Montage der Verbindung wird daher zunächst der radial innere Umfangsrand 31 der
Ringmembrane 32 axial soweit entlang der Auflagefläche 36 geschoben,
bis einerseits die sich axial erstreckende Ringschulter 42 und
die sich nach radial innen erstreckende Ringschulter 38 in
die zugeordneten Ausnehmungen 40, 44 am Federspeicherbremskolben 8 eingreifen.
Dies ist aufgrund der Elastizität der
Ringmembrane 32 möglich,
so dass sich die Ringschultern 38, 42 verformen
können,
um in die Ausnehmungen 40, 44 zu gelangen bzw.
dort unter elastischer Verformung gegen die Innenflächen der Ausnehmungen 40, 44 dichten.
Sodann wird der Klemmring 48 unter elastischer Aufweitung
ebenfalls axial über
die Anlauffläche 52 auf
die Auflagefläche 36 des
Federspeicherbremskolbens 8 geschoben, bis der Formschluss
durch die gestuften Querschnitte 50 zustande kommt.
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Besonders
bevorzugt weist der Klemmring 48 weiterhin wenigstens einen
radial inneren keilförmigen
Abschnitt 54 auf, der gegen wenigstens einen komplementären radial äußeren keilförmigen Abschnitt 56 am
radial inneren Umfangsrand 31 der Ringmembrane 32 mittels
des Formschlusses 50 zwischen dem Klemmring 48 mit
dem Federspeicherbremskolben 8 axial gekontert ist.
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Der
Klemmring 48 kann aus einem elastischen Kunststoff gefertigt
sein, der insbesondere faserverstärkt ist. Insbesondere kann
der Klemmring 48 aus Polyamid oder Acetal, jeweils faserverstärkt oder
nicht faserverstärkt
gefertigt sein.
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Die
Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung
zwischen der Ringmembrane 32 und dem Federspeicherbremskolben 8 ist
nicht auf einen Kolben in einem Federspeicherbremszylinder 4 oder in
einem kombinierten Betriebsbrems- und
Federspeicherbremszylinder 1 beschränkt, sondern eine solche Verbindung
kann selbstverständlich
bei jeglicher Art von Zylinder-Kolben-Einheit eingesetzt werden.
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- 1
- Betriebsbrems-
und Federspeicher
- 2
- Betriebsbremszylinder
- 4
- Federspeicherbremszylinder
- 6
- Zwischenwand
- 8
- Federspeicherbremskolben
- 10
- Speicherfeder
- 12
- Federspeicherbremskammer
- 14
- Federkammer
- 16
- Federteller
- 18
- Kolbenstange
- 20
- Betriebsbremskammer
- 22
- Federkammer
- 24
- Membrane
- 26
- Membranteller
- 28
- Druckstange
- 30
- Rückholfeder
- 31
- Radial
innerer Umfangsrand
- 32
- Ringmembrane
- 33
- radial äußerer Umfangsrand
- 34
- Auflagefläche
- 36
- Auflagefläche
- 38
- Ringschulter
- 40
- radiale
Ausnehmung
- 42
- Ringschulter
- 44
- axiale
Ausnehmung
- 46
- Anschlagfläche
- 48
- Klemmring
- 50
- hinterschnittener
Querschnitt
- 52
- Anlauffläche
- 54
- keilförmiger Abschnitt
- 56
- keilförmiger Abschnitt