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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Bremssystemdämpfer mit einem Raum, in dem mit einem Medium ein hydraulischer Druck anzulegen ist und der mittels einer Trennfläche in eine Mediumkammer und eine Dämpferkammer geteilt ist.
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Fahrzeugbremssysteme, insbesondere Hydraulikbremssysteme, dienen zum Verzögern der Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeugen, wie etwa PKWs und LKWs. Im Betrieb solcher Bremssysteme treten verschiedene dynamische Effekte auf, unter anderem Druckschwankungen, die zu Schwingungen und dadurch zu unerwünschten Geräuschen und Vibrationen führen können. Um solche Schwingungen zu minimieren, werden Bremssystemdämpfer, im Folgenden auch Dämpfer genannt, eingesetzt. Diese Dämpfer umfassen einen Raum, in dem hydraulischer Druck anzulegen ist. Der Druck stammt von hydraulischer Kraft, die über ein zugehöriges hydraulisches, also inkompressibles Medium, insbesondere Bremsflüssigkeit, in einer Leitung übertragen wird. In der Literatur wird hierbei von Membrandämpfern, Schwingungsdämpfern oder Pulsationsdämpfern gesprochen, siehe
DE 19948444 A1 .
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Bekannt sind Dämpfer mit einer Membran, sogenannte Membrandämpfer. Die Membran trennt in der Art einer Trennfläche die Dämpferkammer in eine Mediumkammer zum Aufnehmen des hydraulischen Mediums und in eine Dämpferkammer zum Erzeugen einer Dämpfungswirkung auf dieses Medium. Neben scheibenförmigen Membranen, siehe
DE 19544223 B4 , oder ebenen Membranen, siehe
DE 4336464 A1 , existieren auch topfförmige Membrane, siehe
DE 19594920 A1 oder
EP 0907533 Bl. Im Dokument
DE 19594920 A1 wird bezüglich einer topfförmigen Membran von mehreren Vorteilen gesprochen. Beispielsweise erstreckt sich das erforderliche Volumen zur Schwingungsdämpfung auf einen Raum mit kleinem Durchmesser. Als Nachteil ist der Totalausfall der Dämpfungswirkung beim Ausfall der Membran zu nennen. Die Membran ist oftmals aus einem Elastomer hergestellt, das heißt aus einem formfesten, aber elastisch verformbaren Kunststoff. Membrandämpfer existieren in verschiedenen Formen. Verwendet werden beispielsweise scheibenförmige, ebene oder topfartige Membranen. Die Membran trennt also den unter hydraulischem Druck stehenden Raum von einer Dämpferkammer ab, in der sich in allgemein bekannter Weise ein gasförmiges und damit kompressibles Medium befindet. Als kompressibles Medium wird aus Gründen der Einfachheit der Gesamtanordnung oftmals Luft verwendet.
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Generell werden nicht nur bei Fahrzeugbremssystemen überall dort Dämpfer eingesetzt, wo hochfrequente Fluid-Druckpulsationsanteile und/oder nichtlineare Fluid-Volumenströme linearisiert werden müssen. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich daher nicht nur auf Fahrzeugbremssysteme, sondern kann bei jeder Art System zum Einsatz kommen, innerhalb welchem nichtlineare Volumenströme linearisiert bzw. gedämpft werden sollen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in einem Bremssystem bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung ist ein Bremssystemdämpfer mit einem Raum geschaffen, in dem mit einem Medium ein hydraulischer Druck anzulegen ist und der mittels einer Trennfläche in eine Mediumkammer und eine Dämpferkammer geteilt ist. Dabei ist erfindungsgemäß in der Dämpferkammer mindestens ein Schaumdämpfer vorgesehen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Bremssystemdämpfer bzw. einem allgemeinen Dämpfungselement, welches gemäß den erfindungsgemäßen Merkmalen gestaltet ist, ist sichergestellt, dass in einem System entstehende hochfrequente Fluid-Pulsationsanteile sowie nichtlineare Volumenströme linearisiert werden können.
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Die Erfindung basiert dabei auf folgender Erkenntnis: Um eine ausreichende Dämpfungswirkung zu erzielen, muss das Dämpfungselement eine ausreichende Elastizität zur Verfügung zu stellen. Das Volumen der Räume ist im Wesentlichen abhängig von der Fluidquelle, wie z.B. einem Pumpen-Hubvolumen, sowie der hydraulischen Elastizität des von der Fluidquelle zu Schwingung angeregten Systems. Oftmals ist bei solchen Systemen eine Dämpfungskomponente unmittelbar nach der Fluidquelle auf deren Druckseite positioniert. Aus Gründen der Gewichts- und Kosteneinsparung sind in nahezu allen Systemen eine Verkleinerung des Bauvolumens und eine dicht gepackte Anordnung der Systemkomponenten gefordert, sodass stets nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. Dämpfungslösungen benötigen hingegen immer einen bestimmten Bauraum, der möglichst groß sein sollte, um das benötigte zu komprimierende Volumen zur Dämpfung aufbringen zu können. Die Geometrie des Dämpfungselements muss dabei so gewählt sein, dass dieses fertigungstechnisch vorteilhaft hergestellt werden kann.
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Hier setzt nun die erfindungsgemäße Lösung an, indem sie in einem Dämpfungselement eine Variante zur Realisierung einer Elastizität in Form eines Schaumdämpfers integriert. Gemäß der Erfindung wird, insbesondere zusätzlich zu einem bereits vorhandenen Basis-Dämpfungselement, ein Dämpfer in Form eines geschäumten Körpers integriert. Der Schaumdämpfer ist besonders vorteilhaft aus geschäumtem Kunststoff, insbesondere EPDM, hergestellt. EPDM ist ein Kunststoff, der bei Bremssystemen bereits Verwendung findet, weil er resistent gegen Bremsflüssigkeit ist. Der erfindungsgemäße geschäumte Dämpfungskörper ist besonders bevorzugt in einen ansonsten luftgefüllten Raum zwischen oder neben einem Basis-Dämpfungselement eingebracht.
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Entsprechend ist gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der mindestens eine Schaumdämpfer vorzugsweise mit mindestens einem Gasdämpfer oder Federdämpfer parallel geschaltet. Auf diese Weise können funktional besonders vorteilhafte und zugleich bauraumsparende Anordnungen geschaffen werden.
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Ferner ist der mindestens eine Schaumdämpfer bevorzugt mit mindestens einem Gasdämpfer oder Federdämpfer in Reihe geschaltet. Auch dies führt zu besonders optimalen Gesamtlösungen.
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Die Erfindung schafft damit insbesondere eine wesentliche Verbesserung bestehender Dämpferkonzepte mittels zusätzlichen Einsatzes mindestens eines Schaumkörpers. Erfindungsgemäß wird dabei ein Basis-Dämpfungselement so konzipiert, dass es bei anliegendem Fluiddruck eine gewisse Druck-Volumen-Charakteristik erzeugen kann. Die Volumenaufnahme darf nicht zu schnell und nicht zu träge erfolgen. Danach erfolgt gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Optimierung dieser Charakteristik unter Einbeziehung mindestens eines Schaumkörpers. Es können also erfindungsgemäß nicht allein Gaskammern, wie etwa Luftfedern, als kompressible Elemente genutzt werden. Mit dem mindestens einen erfindungsgemäßen Schaumkörper ergeben sich weit mehr Möglichkeiten eine optimale Charakteristik, insbesondere auch unter Einbeziehung von umliegenden Gaskammern, zu realisieren. Eine passende Wahl einer Schaumhärte bzw. Schaumkompressibilität in Kombination mit einer vorliegenden Luftkompressibilität ermöglicht es, eine weiter verbesserte Druck-Volumen-Charakteristik zu erzielen. Darüber hinaus schafft die Erfindung eine nahezu 100%-ige Sicherheit, dass es bei dem zugehörigen Dämpfungssystem nicht zu einem Totalausfall kommen kann.
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Die Trennfläche ist vorteilhaft als eine topfförmige Membran mit einer Topfwandung und einem Topfboden gestaltet. Eine solche topfartige bzw. topfförmige Membran ermöglicht eine weite Kompressibilität bei geringem Einfluss auf die Federcharakteristik und dies bei besonders kleinem Bauraum.
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Die Topfwandung ist bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung mit mindestens einer außenseitigen, ringförmigen Aussparung versehen. Eine solche Aussparung kann sowohl als Luftfeder oder als Schaumkörperfeder genutzt werden, wie nachfolgend erläutert ist.
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Der mindestens eine Schaumdämpfer ist dabei vorzugsweise ringförmig und die Topfwandung umgebend gestaltet und dabei insbesondere in der mindesten einen Aussparung angeordnet. Der ringförmige Schaumkörper weist ein vergleichsweise großes Volumen bei geringem Bauraumverbrauch auf. Die Anzahl solcher Schaumkörper kann leicht angepasst und damit eine Variation der Dämpfungswirkung erzielt werden. Verschiedenartige Dämpfervarianten können sehr einfach erprobt und auch hergestellt werden. Solche ringförmigen Dämpfer schaffen an der Membran eine Dämpfungswirkung in Radialrichtung.
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Der mindestens eine Schaumdämpfer ist ferner vorzugsweise hohlzylindrisch und die Topfwandung umgebend gestaltet ist. Der hohlzylindrische Schaumdämpfer schafft in nur einem Bauteil ein besonders großes Dämpfervolumen.
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Der mindestens eine Schaumdämpfer ist als zusätzliches Dämpfelement oder alternativ ferner vorteilhaft den Topfboden flächig abstützend gestaltet. Mit einer Anordnung an einem Topfboden kann eine in Axialrichtung gerichtete Dämpfungswirkung erzielt werden. Diese kann besonders stark und mittels Auswahl einer anderen Schaumkompressibilität auch besonders hart ausgebildet sein.
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Bei einer ebenfalls sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist bei dem Bremssystemdämpfer die Dämpferkammer linsenförmig gestaltet. Solche linsenförmigen Dämpferkammern erzeugen an zwei gegenüberliegenden Seiten Dämpfungswirkung. Es können vorteilhaft mehrere Linsen zur Abstimmung unterschiedlicher Dämpfungswirkungen zum Einsatz kommen.
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Die Membran des erfindungsgemäßen Bremssystemdämpfers ist aus Metall gebildet. Solche Membranen sind besonders langlebig und betriebssicher.
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Zusammenfassend ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Lösung besondere Vorteile gegenüber herkömmlichen Dämpfungssystemen aufweist:
- - Eine Wunsch-Charakteristik im Druck-Volumen-Verlauf des Dämpfers kann durch eine gezielte Kombination von Luft- und Schaumfedern optimal eingestellt werden.
- - Die Dämpfungsleistung bzw. Performance innerhalb einer Bauraumgröße kann ohne einer Bauraum-Erhöhung und/oder Neu-Auslegung eines bereits vorhandenen Basis-Dämpfungselements weiter erhöht werden;
- - Es bedarf für eine vorteilhafte Ausbildung verschiedener Dämpfervarianten insbesondere nur eines Basis-Dämpfungselement, eines oder mehrerer gleichartiger Schaumkörper, entweder am Umfang der Membranwandung als Dämpfungsring oder an der Stirn des Membranbodens als Dämpfungsscheibe;
- - Eine Adaption der Performance je nach Kundenanforderung ist damit leicht realisierbar. Es kann der einzelne Schaumkörper in Materialauswahl oder Schäumgrad variiert werden.
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Mit Hilfe von einem oder mehreren Schaumkörpern mit einer geschäumten inneren Zellstruktur lässt sich gemäß der Erfindung insgesamt eine Volumenkompressibilität generieren. Durch gezielte Geomtrieanpassung der Schaumkörper können Kundenwünsche hinsichtlich der Performance sowie Bauraumvorgaben leicht angepasst werden. So lässt sich bei dem genannten hohlzylindrischen Schaumkörper, der auch als Schaumschlauch bezeichnet werden könnte, dessen Innendurchmesser an einen Außendurchmesser eines bereits bestehenden Basis-Dämpfungselements anpassen und die Wandstärke des Schaumschlauches ebenfalls gezielt anpassen.
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Der mindestens eine erfindungsgemäße Schaumkkörper wird vorteilhaft mittels Extrusion aus Kunststoff hergestellt. Ferner lässt sich der Schaumkörper als geschäumtes Elastomerprodukt mittels Spritzgießen herstellen. In beiden Fällen wird erfindungsgemäße vorteilhaft ein chemisches Treibmittel verwendet, welches bei einem Unterschreiten eines bestimmten Druckniveaus zu einem Aufschäumen im Inneren des Schaumkörpers führt und somit zu einer inneren Zellstruktur. Die Größe der einzelnen Zellen sowie deren Häufigkeit im Produkt hängen stark von einer Compoundzusammensetzung und den Prozessparametern ab.
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Hinsichtlich der Materialauswahl wird gemäß der Erfindung wie erwähnt EPDM bevorzugt, welches unter anderem bei Kontakt mit Bremsflüssigkeiten eingesetzt wird und sich zugleich sehr gut zu einem geschäumten Extrudat verarbeiten lässt. Vorteilhaft sind ferner thermoplastische Elastomere, die das Performancespektrum nochmals erweitern können.
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Besonders vorteilhaft ist bei dem Konzept gemäß der Erfindung, dass es bei der Handhabung der konstruktiven Umsetzung sowie der Montage sehr einfach umzusetzen ist. Je nach Gesamtanforderungen kann z.B. neben der Wanddicke eines Schlauches auch die Schaumstruktur im Inneren variiert werden. Auch die Wahl des Werkstoffs mit entsprechender Härte lässt eine „Maßschneiderung“ der Performance auf den Anwendungsfall sehr einfach zu. Die Montage gelingt z.B. mittels eines einfachen Überstülpens eines oder mehrerer Schaum-Schläuche oder -Ringe über ein bereits bestehendes Basis-Dämpfungselement.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen perspektivischen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaumdämpfers,
- 2 eine perspektivische Ansicht des Schaumdämpfers gemäß 1,
- 3 einen Längsschnitt des Schaumdämpfers gemäß 1 im eingebauten Zustand,
- 4 perspektivischen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaumdämpfers,
- 5 eine perspektivische Ansicht des Schaumdämpfers gemäß 4,
- 6 einen Längsschnitt des Schaumdämpfers gemäß 4 im eingebauten Zustand bei drei Einbauvarianten,
- 7 einen perspektivischen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaumdämpfers,
- 8 eine perspektivische Ansicht des Schaumdämpfers gemäß 7,
- 9 einen Längsschnitt des Schaumdämpfers gemäß 7 im eingebauten Zustand,
- 10 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bremssystemdämpfers und
- 11 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bremssystemdämpfers.
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In den 1 bis 3 ist eine Bauart eines Bremssystemdämpfer 10 dargestellt, der ein topfförmiges Gehäuse 12 mit kreiszylindrischer Gehäusewand aufweist. Das Gehäuse 12 umschließt einen Raum 14 der von der offen Gehäuseseite aus mittels eines hydraulischen Fluids, vorliegend Bremsflüssigkeit, unter Druck gesetzt werden kann. Der Druck ist in 3 mit einem Pfeil 16 veranschaulicht.
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In dem Raum 14 befindet sich eine ebenfalls topfförmige Membran als Trennfläche 18. Die Trennfläche 18 unterteilt den Raum 14 in eine Mediumkammer 20 und eine Dämpferkammer 22. In der Mediumkammer 20 befindet sich dabei das oben genannte hydraulische und damit inkompressible Fluid, während sich in der Dämpferkammer 22 ein kompressibles Medium, wie insbesondere Luft als Gas, befindet.
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Die Trennfläche 18 wirkt zwischen der Mediumkammer 20 und der Dämpferkammer 22 als eine elastische Membran, die die Dämpferkammer 22 fluiddicht abschließt und dabei eine Änderung des Volumens der Dämpferkammer 22 zulässt, wenn sich in der Mediumkammer 20 der Druck, insbesondere aufgrund von Druckschwankungen, Druckschwingungen und Druckstößen, verändert. Mit der Änderung des Volumens der Dämpferkammer 22 ergibt sich eine Bewegung der Trennfläche 18, die zur Dämpfung der genannten Druckschwankungen, Druckschwingungen und Druckstöße beiträgt.
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Die Membran bzw. Trennfläche 18 ist topfförmig mit einer Topfwandung 24 und einem Topfboden 26 gestaltet. In der Topfwandung 24 befinden sich dabei außenseitig der Topfform eine sich über nahezu die gesamte Höhe der Topfwandung 24 erstreckende, umlaufende Vertiefung 28. Die Vertiefung 28 weist im in 3 dargestellten Längsschnitt eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Radial innerhalb von der Vertiefung 28 befinden sich an der Topfwandung 24 außenseitig der Topfform ferner insgesamt sechs übereinanderliegende, ringförmige und dabei umlaufende Aussparungen 30.
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In die Vertiefung 28 ist ein ringförmiger und dabei hohlzylindrischer Schaumdämpfer 32 derart eingesetzt, dass er die rechteckige Querschnittsfläche der Vertiefung 28 vollständig ausfüllt. Die Aussparungen 30 sind hingegen leer belassen und entsprechend allein mit kompressiblem Medium gefüllt.
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Der Schaumdämpfer 32 ist aus einem elastischen Kunststoff mittels eines Schäumungsverfahrens hergestellt und dabei mit einer Vielzahl gasdichter Poren versehen. In den Poren befindet sich ein Gas, vorliegend Luft. Die dann ebenfalls elastischen Wandungen der Poren ermöglichen damit eine Kompression und Expansion der einzelnen Poren und so auch eine elastische Verformung des gesamten Schaumdämpfers 32.
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In den 4 bis 6 ist ein Bremssystemdämpfer 10 veranschaulicht, der gleich zu dem in 1 bis 3 dargestellten ist, außer dass die Vertiefung 28 und der dort eingelegte, hohlzylindrische Schaumdämpfer 32 fehlt. Stattdessen sind bei diesem Bremssystemdämpfer 10 gemäß den 4 bis 6 entweder ein (6, linkes Bild), drei (6, mittleres Bild) oder sechs (6, rechtes Bild) ringförmige Schaumdämpfer 32 eingesetzt, wie einer in den 4 und 5 gezeigt ist. Ein solcher Schaumdämpfer 32 weist eine halbkreisförmige Querschnittsfläche auf und ist dabei so dimensioniert, dass er eine zugehörige Aussparung 30 vollständig ausfüllt.
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Die 7 bis 9 zeigen einen Bremssystemdämpfer 10, dessen Trennfläche 18 ebenfalls sechs Aussparungen 30 aufweist und bei dem außen- und stirnseitig von dem Topfboden 26 ein kreiszylindrischer Schaumdämpfer 32 angeordnet ist. Dabei können in den Aussparungen 30 wahlweise weitere Schaumdämpfer 32 eingesetzt sein, wie sie in den 4 und 5 veranschaulicht sind.
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Die 10 zeigt innerhalb eines weiter nicht dargestellten Bremssystemdämpfers dessen Trennfläche 18, die linsenförmig bzw. im dargestellten Längsschnitt elliptisch gestaltet ist. Außerhalb der Trennfläche 18 befindet sich das hydraulische Medium, während das Innere der linsenförmigen Trennfläche 18 zur einen Hälfte mit einem Schaumdämpfer 32 und zur anderen Hälfte mit einem Gasvolumen 34 gefüllt ist. Beide derartigen Volumen sind damit elastisch kompressibel und verleihen dem derart erzeugen Dämpferelement die gewünschte Dämpfwirkung. Das derartige Dämpferelement kann in weitgehend jeder Art von Raum 14 bzw. Gehäuse 12 untergebracht werden.
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In der 11 ist schließlich eine Version eines Bremssystemdämpfers 10 dargestellt, der in klassischer Bauweise mit einem Kolben 36 gestaltet ist, der innerhalb eines zugehörigen Gehäuses 12 mittels einer Feder 38 vorgespannt ist. Der Kolben 36 und die Feder 38 befinden sich dabei in einem Raum 14 der oben genannten Funktion. Die Feder 38 ist als Spiralfeder ausgebildet und belastet den Kolben 36 stirnseitig. Innerhalb dem derart von der Feder 38 umschlossenen, zylindrischen Innenraum befindet sich ein ebenfalls zylindrischer Schaumkörper 32. Der derartige Schaumkörper 32 ist damit zu der als mechanischer Dämpfer bzw. Federdämpfer wirkenden Feder 38 parallel geschaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19948444 A1 [0002]
- DE 19544223 B4 [0003]
- DE 4336464 A1 [0003]
- DE 19594920 A1 [0003]
- EP 0907533 [0003]
