DE19538615A1 - Hydraulische Bremsanlage mit Pulsationsdämpfer - Google Patents
Hydraulische Bremsanlage mit PulsationsdämpferInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanlage
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Bremsanla
ge ist beispielsweise in der WO 95/11824 beschrieben. Es handelt
sich dabei um eine Bremsanlage, die zur Bremsschlupf- und An
triebsschlupfregelung geeignet ist. Bei einer Bremsschlupfrege
lung arbeitet sie nach dem Rückförderprinzip und ist zur An
triebsschlupfregelung mit einer selbstansaugenden Rückförderpum
pe ausgestattet, welche mit ihrer Saugseite an die Bremsleitung
zwischen Hauptzylinder und Trennventil anschließt. Während der
Antriebsschlupfregelung ist das Trennventil in der Bremsleitung
für gewöhnlich geschlossen. Wenn jedoch der Fahrer bei laufender
Antriebsschlupfregelung das Bremspedal betätigt, so wird das
elektromagnetisch betätigte Trennventil geöffnet. Die Druckspit
zen des von der selbstansaugenden Rückförderpumpe geförderten
Druckmittels können sich dann bis zum Hauptzylinder, aber auch
in die zur Bremsleitung gelegte Saugleitung der Pumpe fortpflan
zen. Um diese Druckspitzen abzudämpfen, weist die Bremsanlage in
der Bremsleitung zwischen Hauptzylinder und Anschluß der Saug
leitung sowie in der Saugleitung selbst jeweils einen Pulsa
tionsdämpfer auf, welcher mit einer eingespannten, verformbaren
Membran versehen ist, die eine druckmittelgefüllte, an die je
weilige Leitung angeschlossene Kammer von einer luftgefüllten
Kammer trennt. Die luftgefüllte Kammer wird von einem Stützkör
per begrenzt, an welchen sich die Membran anlegt, wenn in der
druckmittelgefüllten Kammer ein Druck aufgebaut wird. Der Stütz
körper begrenzt die luftgefüllte Kammer zur Atmosphäre hin und
ist wahlweise luftdicht oder luftdurchlässig gestaltet, so daß
ein Luftaustausch mit der Atmosphäre unmöglich oder möglich ist.
Wenn der Stützkörper luftdicht ist, dient die luftgefüllte Kam
mer als Luftfeder zur Rückstellung der Membran und zur Dämpfung
von Druckspitzen. Auf Dauer kommt es jedoch zur Permeation der
Luft durch die Membran hindurch in die druckmittelgefüllte Kam
mer, so daß der Luftfedereffekt nachläßt und sich die Membran
dauerhaft an den Stützkörper anlegt. Dann ist eine wirksame
Dämpfung von Druckspitzen durch die Membran nicht mehr möglich.
Wenn andererseits der Stützkörper luftdurchlässig ist, so be
steht zwar nicht die Gefahr, daß sich die Membran dauerhaft an
den Stützkörper anlegt - ausgetretene Luft wird durch atmosphä
rische Luft ersetzt -, jedoch entsteht bei einer Beschädigung
der Membran eine Leckage von Druckmittel in die Atmosphäre. Die
Wahl einer geschlossenen gasgefüllten Kammer ist daher vorzu
ziehen, da es zwar möglicherweise später im Laufe der Zeit zu
einer höheren Geräuschentwicklung kommt, eine sicherheitskri
tische Situation aber nicht auftreten kann, da bei Beschädigung
der Membran das Druckmittel höchstens die dichte Kammer ausfül
len kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bremsanlage
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die genann
ten Ermüdungserscheinungen durch Permeation nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird gelöst in Verbindung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1. Wenn man davon ausgeht, daß bei einer
dichten Kammer gemäß dem Stand der Technik in der luftgefüllten
Kammer derselbe Druck herrscht wie in der druckmittelgefüllten
Kammer, was bei vollem Bremsdruck bis zu 200 bar sein können, so
entstehen unter der Annahme, daß kein Wärmeaustausch möglich
ist, Gastemperaturen von kurzzeitig über 800 Grad Celsius. Bei
derart hohen Temperaturen ist der Volumenverlust in der luft
dichten Kammer durch Permeation durch die Membran besonders
groß. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht also darin,
derart hohe Temperaturen dadurch zu vermeiden, daß die luftge
füllte Kammer nicht auf das Volumen 0 zusammengedrückt werden
kann. Das jenseits der Membran im zweiten Abschnitt der luftge
füllten Kammer befindliche Volumen kann durch die Membran nicht
komprimiert werden. Dadurch ist der Druck in der luftgefüllten
Kammer je nach Volumenverhältnis der beiden Abschnitte aufeinen
bestimmten Wert begrenzt. Entsprechend niedriger sind auch die
damit verbundenen Gastemperaturen. Hierdurch wird die Permeation
durch die Membran deutlich kleiner. Wenn der zweite Abschnitt
beispielsweise ein Viertel des Volumens des ersten Abschnitts
aufweist, so wird der Druck in der luftgefüllten Kammer auf ca.
5-7 bar begrenzt. Die zuzuordnende Temperatur liegt dann bei
etwa 200 Grad Celsius. Je größer der zweite Abschnitt bemessen
ist, desto niedriger ist der entstehende Druck in der luftge
füllten Kammer. Wenn der zweite Abschnitt so groß ist, daß nur
noch ein Druckanstieg von wenigen Zehntel bar möglich ist, dann
käme das annähernd einem Atmosphärenanschluß mit seinem positi
ven Einfluß auf die Langzeitwirksamkeit des Pulsationsdämpfers
gleich. Da der zweite Abschnitt hierzu jedoch nur ein Volumen
von höchstens 1 cm³ benötigt, ist ein Ausfall der Bremsanlage
auch bei einer Beschädigung der Membran nicht zu befürchten.
Weitere vorteilhafte Merkmale enthalten die Unteransprüche sowie
die nun folgende Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen jeweils eine Ausführungsform eines Pul
sationsdämpfers für eine erfindungsgemäße Bremsanlage.
Allen Figuren ist gemeinsam, daß die Membran jeweils rotati
onssymmetrisch um die Mittelachse aufgebaut ist und daß sich in
den Figuren jeweils unter der Membran Druckmittel und oberhalb
der Membran Gas befindet. Im Normalfall wird dieses Gas Luft
sein. Die Membranen der Fig. 1 bis 4 besitzen annähernd die
selbe Form, wobei auch der Abschnitt der luftgefüllten Kammer,
welcher der Membran zugänglich ist, jeweils dieselbe Form be
sitzt.
Die Membran 1 in Fig. 1 hat eine Kreisscheibe als Grundform. An
ihrem Umfang besitzt sie einen axialen, nach oben gerichteten
Ringwulst 2 und in der Mitte eine Verdickung 3, welche sich in
beide Richtungen ausdehnt, jedoch mehr in die Richtung, in wel
che auch der Ringwulst 2 weist. Auf der Seite des Ringwulstes 2
und der Kuppe 4 der Verdickung 3 ist eine luftgefüllte Kammer 5
angeordnet, welche durch ein Einlegeblech 6, das die Form eines
umgedrehten Tellers besitzt, in zwei Abschnitte 7 und 8 unter
teilt ist. Der erste Abschnitt 7 bildet den Tellerinnenraum und
ist der Membran 1 zugewandt, so daß die Membran 1 sich in diesen
ersten Abschnitt 7 hineinbewegen kann, wenn im Bereich 9 unter
halb der Membran ein Druckmitteldruck aufgebaut wird. Der zweite
Abschnitt 8 bildet einen Ringraum jenseits des Tellerrandes des
Einlegeblechs 6. In diesen Ringraum 8 kann die Membran 1 nicht
eindringen. Er besitzt etwa ein Viertel des Volumens des ersten
Abschnitts 7. Der erste Abschnitt 7 und der zweite Abschnitt 8
sind durch kleine Bohrungen 10, die den Tellerrand durchlaufen,
miteinander verbunden. Die Bohrungen 10 sind deshalb klein zu
wählen, damit die Membran auch unter Druck nicht in die Bohrun
gen eindringen und beschädigt werden kann.
Das den Pulsationsdämpfer umgebende Gehäuse 11 bildet zusammen
mit dem Tellerrand des Einlegeblechs 6 eine umlaufende axiale
Ringnut, in welche der Ringwulst 2 der Membran 1 eingelegt ist.
Die Membran 1 ist im Gehäuse 11 befestigt, indem ein loser
Blechring 12 mit einer bestimmten Kraft auf die Membran 1 ge
drückt wird, so daß zunächst einmal eine toleranzunabhängige
Dichtkraft der Membran 1 sichergestellt ist. Sodann ist der Ring
formschlüssig dadurch fixiert worden, indem spitze Stifte radial
von innen nach außen in den Ring 12 eingedrückt wurden, bis sich
eine plastische Verformung des Blechrings 12 und der umgebenden
Gehäusewand eingestellt hat.
In der dargestellten Grundstellung des Pulsationsdämpfers liegt
die Kuppe 4 der Verdickung 3 am Tellerboden des Einlegeblechs 2
an. Bei Unterdruck im Raum 9 hebt die Kuppe 4 vom Einlegeblech 6
ab, während bei Überdruck im Raum 9 die Membran zum Einlegeblech
6 hin bewegt wird. Das Volumenverhältnis zwischen dem ersten
Abschnitt 7 und dem zweiten Abschnitt 8 der Kammer 5 ergibt sich
ein maximal erzielbarer Druck von 5-7 bar in der Kammer 5.
Hoher Druck und hohe Temperatur, die zur Permeation des Gases
bzw. der Luft in der Kammer 5 durch die Membran 1 hindurch füh
ren, bleiben aus.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem
nach Fig. 1 hinsichtlich der Form des Einlegebleches 106 sowie
der Art der Befestigung mittels eines auf Tiefenmaß eingepreßten
Metallringes 112. Der Metallring 112 wird also nicht mehr mit
einer definierten Kraft eingeführt, sondern in eine definierte
Position gebracht. Das Einlegeblech 106 ist flächig gestaltet,
so daß die den Ringwulst 2 aufnehmende Ringnut 113 vom Gehäuse
11 gebildet wird. Während in Fig. 1 das Einlegeblech 6 zusammen
mit der Membran 1 vom Blechring 12 gehalten wird, ist in Fig. 2
das Einlegeblech 106 in das Gehäuse 11 eingepreßt. Vom Metall
ring 112 wird lediglich die Membran 1 gehalten. Jenseits des
Einlegeblechs 106 befindet sich als zweiter Abschnitt der Kammer
105 ein kleiner zentral angeordneter axialer Fortsatz des ersten
Abschnitts 107. Auch das Einlegeblech 106 ist mit kleinen Boh
rungen versehen, die die beiden Abschnitte 107 und 108 mitein
ander verbinden.
Die Befestigung der Membran 1 im Gehäuse 11 erfolgt im Ausfüh
rungsbeispiel nach Fig. 3 genauso wie in dem nach Fig. 2. Der
Unterschied zu Fig. 2 besteht darin, daß das Gehäuse 11 ledig
lich den ersten Abschnitt 207 der Kammer 205 umschließt, während
der zweite Abschnitt 208 der Kammer 205 sich außerhalb des Ge
häuses 11 befindet und mittels eines mit dem Gehäuse 11 druck
dicht verstemmten Deckels 214 von der Atmosphäre abgetrennt ist.
Die den Gasaustausch bzw. Luftaustausch zwischen den beiden Ab
schnitten 207 und 208 ermöglichenden Bohrungen 210 sind entspre
chend durch das Gehäuse 11 geführt.
Auch in Fig. 4 wird vom Gehäuse 11 zunächst der erste Abschnitt
307 der Kammer 305 begrenzt. Der zweite Abschnitt 308 wird von
einer in das Gehäuse 11 geführten Bohrung gebildet, welche mit
dem ersten Abschnitt 307 über eine kleine enge Bohrung 310 ver
bunden ist. Die den zweiten Abschnitt 308 bildende Bohrung ist
gestuft ausgeführt und erweitert sich zum Rand des Gehäuses 11
hin. Von außen ist sie mittels einer Stahlkugel 315 gegen die
Atmosphäre verschlossen.
In Fig. 3 und Fig. 4 ist der zweite Abschnitt 208 bzw. 308 der
Kammer 205 bzw. 305 im Vergleich zum ersten Abschnitt 207 bzw.
307 sehr groß ausgefallen. Das bedeutet, daß innerhalb der Kam
mer 305 bzw. 205 nur ein sehr geringer Druckanstieg zu vermerken
ist, wenn im Raum 9 unterhalb der Membran 1 ein Druckanstieg
erfolgt, der die Membran dazu bringt, vollständig das Gas oder
die Luft aus dem ersten Abschnitt 207 bzw. 307 zu verdrängen.
Ein derart niedriger Druckanstieg kommt annähernd einem Atmo
sphärenanschluß gleich, bringt jedoch den Vorteil, daß auch bei
Beschädigung der Membran 1 ein Druckmittelaustritt aus dem Sy
stem nicht zu befürchten ist.
In Fig. 5 ist noch eine vorteilhafte Art der Vormontage des Pul
sationsdämpfers dargestellt. Membran 401, Einlegeblech 406 und
Metallring 412 sind nicht direkt in das Gehäuse, sondern in ei
nen Blechtopf 416 eingelegt, welcher anschließend nach vollende
ter Vormontage in das Gehäuse eingesetzt werden kann. Der Me
tallring 412 ist mit dem Blechtopf 416 formschlüssig verbunden,
indem der Rand des Blechtopfes unterhalb des Metallrings 412
mehrfach eingekerbt ist und somit der Metallring 412 gegen den
Ringwulst 402 der Membran 401 gedrückt wird. Das Einlegeblech
406 wird hier, wie in Fig. 1, von der Membran 401 im Blechtopf
416 gehalten. Das Gehäuse wird in der Regel ein Ventilblock
sein, in welchen auch Magnetventile und andere Funktionselemente
integriert werden. Durch die Vormontage des Pulsationsdämpfers
ist eine parallele Fertigung möglich.
In diesem Falle ist jedoch die Formgebung der Membran 401 eine
andere. In ihrer Grundstellung ist sie zum druckmittelgefüllten
Raum 409 hin gewölbt, so daß der erste Abschnitt 407 durch einen
flächigen Bereich des Einlegeblechs 406 begrenzt sein kann und
nicht eine Wölbung aufweisen muß wie in den Fig. 1 bis 4.
Die Art der Befestigung nach Fig. 5 ist aber unabhängig von der
Formgebung der Membran 401. Sie kann genauso gut auf die Membran
1 der Fig. 1 bis 4 angewandt werden.
Ebenso können auch andere Kammeraufteilungen und Befestigungs
arten untereinander kombiniert werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind nicht dargestellt.
Es kommen hierfür in Frage beispielsweise der Ersatz der Ein
legebleche 6, 106 und 406 durch poröses Sintermetall, wobei dann
auch der gesamte Bereich der zweiten Abschnitte 8, 108 und 408
durch das Sintermetall ausgefüllt sein können, da dieses in sich
genügend Gasvolumen bzw. Luftvolumen zur Druckbegrenzung ent
hält. Des weiteren können auch die Einlegebleche 6, 106 und 406
durch ein Kunststofformteil ersetzt werden, welches ebenfalls
die zweiten Abschnitte 8, 108 und 408 ausfüllen kann, sofern es
mit einer genügenden Anzahl kleiner Löcher versehen ist, welche
einerseits ein Eindringen der Membran 1 bzw. 401 verhindern,
andererseits aber ein ausreichend großes Luft- bzw. Gasvolumen
aufweisen, um eine wirksame Druckbegrenzung innerhalb der Kammer
5, 105 und 405 zu bewirken.
Claims (9)
1. Hydraulische Bremsanlage mit einer Einrichtung zur Aktiv
bremsung,
- - mit einem pedalbetätigten Hauptzylinder, der an einen Vorratsbehälter angeschlossen ist,
- - mit mindestens einer Bremsleitung vom Hauptzylinder zu mindestens einer Radbremse,
- - mit einem Trennventil in der Bremsleitung,
- - mit einer Pumpenanordnung, die mit ihrer Saugseite über eine erste Saugleitung an die Bremsleitung zwischen Hauptzylinder und Trennventil und über eine Drucklei tung an die Bremsleitung zwischen Trennventil und Rad bremse angeschlossen ist,
wobei zwischen Hauptzylinder und Saugseite der Pumpenanord
nung mindestens ein Pulsationsdämpfer angeordnet ist, wel
cher eine verformbare Membran (1, 401) aufweist, die einen
druckmittelgefüllten Bereich 9 von einem gasgefüllten Be
reich trennt, wobei der gasgefüllte Bereich eine geschlosse
ne Kammer (5) konstanten Volumens bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß die gasgefüllte Kammer (5, 105, 205, 305, 405) einen ersten Abschnitt (7, 107, 207, 307, 407) aufweist, der für die Membran (1, 401) zugänglich ist, und einen zweiten Abschnitt (8, 108, 208, 308, 408), der für die Membran nicht zugänglich ist, wobei ein Gasaustausch zwischen den beiden Abschnitten möglich ist.
dadurch gekennzeichnet, daß die gasgefüllte Kammer (5, 105, 205, 305, 405) einen ersten Abschnitt (7, 107, 207, 307, 407) aufweist, der für die Membran (1, 401) zugänglich ist, und einen zweiten Abschnitt (8, 108, 208, 308, 408), der für die Membran nicht zugänglich ist, wobei ein Gasaustausch zwischen den beiden Abschnitten möglich ist.
2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Abschnitt (8, 108, 208, 308, 408) mindestes 20% des Vo
lumens des ersten Abschnitts besitzt.
3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Abschnitte (7, 8; 107, 108; 407, 408) durch ein
gelochtes Blech (6, 106, 406) voneinander getrennt sind.
4. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Abschnitte durch einen Körper aus porösem,
gasdurchlässigem Sintermetall voneinander getrennt sind.
5. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Abschnitte durch ein gelochtes Kunststofform
teil voneinander getrennt sind.
6. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Abschnitt von den Poren eines Körpers aus
Sintermetall gebildet ist.
7. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Abschnitt von einer Vielzahl kleiner Löcher
in einem Kunststofformteil gebildet wird.
8. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Abschnitt (308) von einer mit dem ersten Ab
schnitt (307) verbundenen, zur Atmosphäre hin verschlossenen
Gehäusebohrung gebildet wird.
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