DE102004018605B4 - Bremszylinder für druckluftbetriebene Bremsanlagen - Google Patents

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Abstract

Bremszylinder für druckluftbetriebene Bremsanlagen, mit einem einen mit einer Druckluftquelle (7) verbindbaren Druckraum (8) aufweisenden Gehäuse (6), welches sich aus mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Gehäuseteilen (6a, 6b, 6c) zusammensetzt, einer innerhalb des Gehäuses axial beweglichen und gegenüber zumindest einem der Gehäuseteile druckfest abgedichteten Wand (3), welche den Druckraum (8) an seinem einen Ende begrenzt, und einem gegen die Wand (3) abgestützten Druckübertragungselement (1), dessen anderes Ende zur Bremsbetätigung axial aus dem Gehäuse (6) herausgeführt ist, wobei das gemeinsam mit der beweglichen Wand (3) den Betriebsbremsraum (9) umschließende Gehäuseteil (6c) aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass als bewegliche Wand eine Membran (2, 3) zwischen einer an einem Gehäusezwischenstück (6b) ringförmig umlaufenden Dichtfläche (4) und einer ebenfalls ringförmig umlaufenden Anlagefläche (5) eines angrenzenden Gehäuseteils (6a, 6c) druckfest eingespannt ist, und die Membran (2, 3) auf die Dichtfläche (4) des aus Kunststoff gefertigten Gehäusezwischenstücks (6b) oder die Anlagefläche (5) des Gehäuseteils (6a, 6c) aufvulkanisiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bremszylinder für druckluftbetriebene Bremsanlagen mit einem einen mit einer Druckluftquelle verbindbaren Druckraum aufweisenden Gehäuse, welches sich aus mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Gehäuseteilen zusammensetzt, einer innerhalb des Gehäuses axial beweglichen und gegenüber zumindest einem der Gehäuseteile druckfest abgedichteten Wand, welche den Druckraum an seinem einen Ende begrenzt, und einem gegen die Wand abgestützten Druckübertragungselement, dessen anderes Ende zur Bremsbetätigung axial aus dem Gehäuse herausgeführt ist, wobei das gemeinsam mit der beweglichen Wand den Betriebsbremsraum umschließende Gehäuseteil aus Kunststoff besteht.
  • Derartige Betätigungszylinder sind aus der DE 30 26 596 A1 bekannt und werden wegen ihres Einsatzes zur Betätigung von Fahrzeug-Druckluftbremsen als Bremszylinder bezeichnet. Ihr Gehäuse ist mehrteilig ausgebildet und umschließt mindestens eine darin axial bewegliche Wand wie z. B. eine flexible Membran. Daran abgestützt ist ein als Druckübertragungselement dienender Stößel, der zur Bremsbetätigung aus dem Gehäuse herausgeführt ist.
  • Aufgrund der großen erforderlichen Betätigungsdrücke und häufigen Betätigung ergeben sich bei Bremszylindern besondere Anforderungen an deren Festigkeit, insbesondere die Wechselfestigkeit des Gehäusematerials. Zu den am Gehäuse angreifenden Kräften zählen nicht nur durch Druckdifferenzen resultierende, sondern auch mechanische Kräfte.
  • Aus der DE 198 30 136 C2 ist ein Bremszylinder bekannt, dessen Gehäuse mehrteilig aufgebaut ist mit einem Federspeichergehäuse, einem Gehäusezwischenstück sowie einem Betriebsteilgehäuse. Das Federspeichergehäuse und das Betriebsteilgehäuse sind aus tiefgezogenen Stahlblechen hergestellt, das Gehäusezwischenstück besteht aus Kunststoff.
  • Bei mehrteiligen Gehäusen dieser Art hat es sich als nachteilig erwiesen, daß innenliegende Komponenten des Bremszylinders nur unzureichend gegenüber Korrosion abgeschirmt sind, wodurch es mit zunehmender Lebensdauer zum Versagen dortiger mechanischen Elemente kommen kann. Zudem weisen die Betätigungszylinder wegen der aus Stahl hergestellten Gehäuseteile ein erhebliches Gewicht auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Bremszylinder der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß das Gehäuse bei zumindest gleicher Festigkeit die innenliegenden Komponenten besser gegenüber Korrosion abschirmt, und gleichzeitig das Gesamtgewicht des Bremszylinders reduziert wird.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß als bewegliche Wand eine Membran zwischen einer an einem Gehäusezwischenstück ringförmig umlaufenden Dichtfläche und einer ebenfalls ringförmig umlaufenden Anlagefläche eines angrenzenden Gehäuseteils druckfest eingespannt ist, und die Membran auf die Dichtfläche des aus Kunststoff gefertigten Gehäusezwischenstücks oder die Anlagefläche des Gehäuseteils aufvulkanisiert ist.
  • Hierdurch läßt sich das Gesamtgewicht des Bremszylinders reduzieren. Zudem treffen mit dem den Betriebsbremsraum umschließenden Gehäuseteil und dem vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Gehäusezwischenteil zwei Gehäuseteile artgleicher Werkstoffe aufeinander, wodurch sich auf preiswerte Art und Weise eine gegenseitige Abdichtung realisieren läßt, z. B. durch stoffschlüssige Verbindung. Die so entstehende gasdichte Verbindung ermöglicht ferner einen effizienten Korrosionsschutz des Betätigungszylinders, auch an normalerweise problematischen Stellen. Durch die druckfeste Einspannung kann keine Luft aus dem Innern entweichen. Durch das Aufvulkanisieren wird neben der mechanischen Festigkeit vor allem die Dichtigkeit der Verbindung gesteigert.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung eines dreiteiligen Gehäuses, bei der auch ein zusätzliches Federspeichergehäuse, welches eine weitere bewegliche Wand wie z. B. eine Membran umschließt, aus Kunststoff besteht. Da mit dieser Ausgestaltung ein Aufbau aller Gehäuseteile aus artgleichen Werkstoffen vorgeschlagen wird, lassen sich sowohl das Betriebsbremsgehäuse, das Gehäusezwischenstück wie auch das Federspeichergehäuse stoffschlüssig miteinander fügen.
  • Jedoch kann die Gehäuseverbindung auch durch einen Spannring erfolgen, der jeweils den Bereich der Dichtfläche des Gehäusezwischenteils, den Bereich der Anlagefläche benachbarter Gehäuseteile und die Membrane fixiert.
  • Des weiteren wird vorgeschlagen, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Kunststoff-Gehäuseteilen durch Ultraschall oder durch Laserstrahlung herzustellen, wodurch auf wirtschaftliche Weise zuverlässige Verbindungen erreicht werden.
  • Da die Gehäuseteile hohen Kräften ausgesetzt sind, wird im Hinblick auf ein möglichst ermüdungsarmes Festigkeitsverhalten vorgeschlagen, daß mindestens ein Gehäuseteil aus einem faserverstärkten Thermoplast besteht, wobei die Fasern im wesentlichen in Gehäuseumfangsrichtung ausgerichtet sind. Durch diese Ausrichtung der Fasern ist die Einleitung der mechanischen Kräfte in die Fasern besonders effizient, da diese parallel zum Kraftfluß ausgerichtet am stärksten belastbar sind.
  • Ferner wird vorgeschlagen, daß auch die Spannringe aus einem faserverstärkten Thermoplast bestehen, wobei die Fasern in Arbeitsrichtung des Bremszylinders ausgerichtet sind. Auch mit dieser Ausgestaltung wird die mechanische Belastbarkeit des Gehäuses erhöht.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben anhand der Beschreibung der nachfolgenden Zeichnungen, die lediglich beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung darstellen. Darin zeigen:
  • 1: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Bremszylinder mit einem aus drei Gehäuseteilen sowie zwei Spannringen zusammengesetzten Gehäuse bei vollständig zurück gefahrenem Betätigungselement;
  • 2: einen vergrößerten Ausschnitt eines Spannrings gemäß der Detailansicht A in 1;
  • 3: eine alternative Ausführungsform des Spannrings nach 2;
  • 4: eine Ausführungsform der Verbindung zweier Gehäuseteile, bei welcher Elemente an der Membran mit denen eines angrenzenden Gehäuseteils korrespondieren.
  • In der 1 ist ein aus drei Gehäuseteilen 6a, 6b und 6c sowie zwei Spannringen 11 aufgebautes Gehäuse 6 eines Bremszylinders in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Der Bremszylinder kommt im wesentlichen zur Betätigung einer Druckluftbremse zum Einsatz, sei dies nun eine Scheiben- oder Trommelbremse.
  • Die Gehäuseteile 6b und 6c gehören zum Betriebsbremsteil des Bremszylinders. Sie umschließen gemeinsam den unter anderem einen Druckraum 8 enthaltenden Betriebsbremsraum 9. In dem nach außen vollständig abgedichteten Druckraum 8 herrscht der Betriebsdruck des Bremszylinders.
  • Zur Übertragung der Betätigungskraft auf die Druckluftbremse ist am unteren Ende des Bremszylinders ein Druckübertragungselement 1 aus dem Gehäuseteil 6c des Betriebsbremsraums 9 herausgeführt. Rückseitig stützt sich das Druckübertragungselement 1 gegen eine bewegliche Wand ab, die hier durch eine flexible, druckdichte und gehäusefest eingespannten Membran 3 gebildet wird. Während der Randbereich der Membran 3 gehäusefest zwischen den Gehäuseteilen 6b und 6c eingespannt ist, ist dem zentralen Bereich der Membran 3, in welchem das Druckübertragungselement 1 angeordnet ist, eine axiale Verlagerung entlang der Längsachse des Gehäuses 6 möglich, abhängig von der Größe des Drucks im Druckraum 8.
  • Der auf der Zeichnung oberhalb des ersten Druckraums 8 angeordnete zweite Druckraum 12 befindet sich im Federspeicherteil 10 des Betätigungszylinders. Im Betrieb befindet sich der durch eine weitere Membran begrenzte Druckraum 12 stets auf einem konstanten Druckniveau welches ausreicht, eine innerhalb des Federspeichers 10 angeordnete Feder 13 zu spannen. Fällt der Druck in dem Druckraum 12 ab, so entspannt sich die Feder 13 und betätigt mechanisch das Druckübertragungselement 1, was wiederum zur Betätigung der Bremse führt.
  • An beiden Enden des aus Kunststoff, z. B. faserverstärktem Thermoplast, bestehenden Gehäusezwischenteils 6c sind ringförmig umlaufende Dichtflächen 4 hoher Oberflächenqualität ausgebildet, an welchen sich die Membranen 2 und 3 druckdicht abstützen. Auf der anderen Seite der Membranen 2, 3 sind die Anlageflächen 5 der angrenzenden Gehäuseteile 6a, 6c ausgebildet, die ebenfalls aus Kunststoff bestehen, vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff. Die Membranen 2, 3 sind hierbei zwischen den beteiligten Anlageflächen druckdicht eingespannt. Die Membranen 2, 3 können z. B. direkt auf die Dichtflächen 4 oder die Anlageflächen 5 aufvulkanisiert sein.
  • Über einen als Klammer dienenden Spannring 11 mit im wesentlichen U-förmig ausgebildeter Querschnittsgeometrie werden die Dichtflächen 4 und die Anlageflächen 5 gegeneinander gezogen und die dazwischen eingeklemmten Membranen 2, 3 in axialer Richtung druckfest verspannt. Zur radialen Sicherung der Membranen 2, 3 ist an deren Außenrand ein nach Art einer Verdickung ausgebildetes Element 20 angeformt, dessen Geometrie mit der der anliegenden Gehäuseteile korrespondiert.
  • Der Spannring 11 ist aus Kunststoff hergestellt und kann daher mit den angrenzenden und ebenfalls aus Kunststoff hergestellten Gehäuseteilen 6a, 6b oder 6b, 6c gasdicht verschweißt werden, so daß das Innere des Bremszylinders gegen Feuchte abgeschirmt und vor Korrosion geschützt ist.
  • Die in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungen zeigen jeweils nur die gehäusefeste Anbindung der einen Membran 3, die Anbindung der anderen Membran 2 ist jedoch identisch und wird daher nicht gesondert beschrieben.
  • In der 2 ist der Spannring 11 mit den ihn umgebenden Gehäuseteilen 6a, 6b und der Membran 3 in einer Detailansicht dargestellt. Es ist gut zu erkennen, daß die Dichtfläche 4 sowie die Anlagefläche 5 jeweils einen Winkel von etwa 20° mit der Horizontalen einschließen. Hierdurch entsteht zwischen den Gehäuseteilen eine Engstelle, die von dem nach Art einer Verdickung ausgebildeten Element 20 der Membran 3 hintergriffen wird, so daß diese in radialer Richtung gegen ein Verrutschen gesichert ist. Bei dieser Anordnung kann der Spannring 11 in einer zur Gehäuselängsachse im wesentlichen parallelen Richtung von oben und unten verschweißt werden.
  • In der 3 ist eine alternative Ausführungsform des Spannrings nach 2 dargestellt, bei welcher das Gehäuseteil 6b mit der Dichtfläche 4, und das Gehäuseteil 6a mit der Anlagefläche 5 jeweils in eine umlaufende Nut des Spannrings 11 eingeschoben ist. Derart zusammengesteckt können die Gehäuseteile 6a, 6b nun mit dem Spannring 11 von außen und im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Gehäuses 6 miteinander verschweißt werden. Die axiale Sicherung der Membran 3 erfolgt durch das Element 20, welches in diesem Fall in einer sich nach außen hin aufweitenden Nut liegt.
  • Mit der Ausgestaltung nach 4 wird eine gasdichte Sicherung der Membran 3 vorgeschlagen, bei welcher sich aufgrund der Ausgestaltung der Gehäuseteile 6b, 6c ein Spannring erübrigt. Das eine Gehäuseteil 6b bzw. 6c weist an seinem der Membran 3 zugewandten Ende ein Element 23 auf, welches zusammen mit einem Element 22 des gegenüber liegenden Gehäuseteils 6c bzw. 6b zur axialen Sicherung der Membran dient. Ein weiteres Element 21 ist in geringem radialen Abstand über das die Membran 3 verdickende Element 20 herüber bis über das benachbarte Gehäuseteil 6b, 6c geführt. Der Bereich des Elements 21, der sich über das benachbarte Gehäuseteil hinaus erstreckt, kann von außen verschweißt werden, und zwar in im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Betätigungszylinders verlaufender Richtung. Auf diese Weise wird die Anzahl der Bauteile zum Aufbau eines aus drei Gehäuseteilen 6a, 6b, 6c bestehenden Gehäuses 6 um zwei Teile reduziert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die Verbindung der einzelnen Gehäuseteile mit jeweils einer einzigen Schweißnaht erfolgt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Druckübertragungselement
    2
    bewegliche Wand, Membran
    3
    bewegliche Wand, Membran
    4
    Dichtfläche
    5
    Anlagefläche
    6
    Gehäuse
    6a
    Federspeichergehäuse
    6b
    Gehäusezwischenstück
    6c
    Gehäuse des Betriebsbremsteils
    7
    Druckluftquelle
    8
    Druckraum
    9
    Betriebsbremsraum
    10
    Federspeicher
    11
    Spannring
    12
    Druckraum
    13
    Feder
    20
    Element der Membran
    21
    Element des Gehäusezwischenteils
    22
    Element des Gehäusezwischenteils
    23
    Element des Federspeicher- bzw. Betriebsbremsraumgehäuses

Claims (7)

  1. Bremszylinder für druckluftbetriebene Bremsanlagen, mit einem einen mit einer Druckluftquelle (7) verbindbaren Druckraum (8) aufweisenden Gehäuse (6), welches sich aus mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Gehäuseteilen (6a, 6b, 6c) zusammensetzt, einer innerhalb des Gehäuses axial beweglichen und gegenüber zumindest einem der Gehäuseteile druckfest abgedichteten Wand (3), welche den Druckraum (8) an seinem einen Ende begrenzt, und einem gegen die Wand (3) abgestützten Druckübertragungselement (1), dessen anderes Ende zur Bremsbetätigung axial aus dem Gehäuse (6) herausgeführt ist, wobei das gemeinsam mit der beweglichen Wand (3) den Betriebsbremsraum (9) umschließende Gehäuseteil (6c) aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass als bewegliche Wand eine Membran (2, 3) zwischen einer an einem Gehäusezwischenstück (6b) ringförmig umlaufenden Dichtfläche (4) und einer ebenfalls ringförmig umlaufenden Anlagefläche (5) eines angrenzenden Gehäuseteils (6a, 6c) druckfest eingespannt ist, und die Membran (2, 3) auf die Dichtfläche (4) des aus Kunststoff gefertigten Gehäusezwischenstücks (6b) oder die Anlagefläche (5) des Gehäuseteils (6a, 6c) aufvulkanisiert ist.
  2. Bremszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch ein einen Federspeicher (10) gemeinsam mit einer weiteren beweglichen Wand (2) umschließendes Federspeichergehäuse (6a) aus Kunststoff besteht.
  3. Bremszylinder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Spannring (11) als Gehäuse-Verbindungselement, wobei der Spannring jeweils den Bereich der Dichtfläche (4) des Gehäusezwischenstücks (6b), den Bereich der Anlagefläche (5) des angrenzenden Gehäuseteils (6a, 6b) und die Membran (2, 3) fixiert.
  4. Bremszylinder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gehäuseabdichtung zueinander korrespondierende Elemente (20) an der Membran (2, 3), Elemente (21, 22) des Gehäusezwischenstücks (6b) und Elemente (23) jeweils benachbarter Gehäuseteile (6a, 6c) dienen, welche das jeweils angrenzende Gehäuseteil (6a, 6b, 6c) mit der dazwischen angeordneten Membran (2, 3) fixieren.
  5. Bremszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Kunststoff-Gehäuseteilen stoffschlüssig durch Ultraschall oder Laserstrahlung erfolgt.
  6. Bremszylinder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gehäuseteil (6a, 6b, 6c) aus einem faserverstärkten Thermoplast besteht, wobei die Fasern in Gehäuseumfangsrichtung ausgerichtet sind.
  7. Bremszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (11) aus einem faserverstärkten Thermoplast besteht, wobei die Fasern im wesentlichen parallel zur Betätigungsrichtung ausgerichtet sind.
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