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Die
Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung, insbesondere zwischen
einem Krafteingangsglied eines Bremskraftverstärkers und einem Anschlussteil,
wobei eine der Komponenten von Krafteingangsglied und Anschlussteil
mit einem im Wesentlichen sphärischen
Gelenkkopf und die jeweils andere Komponente mit einer den Gelenkkopf
in einer Achsrichtung aufnehmenden Kopfaufnahme ausgebildet ist.
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Zur
Betätigung
eines Bremskraftverstärkers einer
Fahrzeugbremsanlage ist ein Krafteingangsglied vorgesehen, das mit
einem Bremspedal gekoppelt oder koppelbar ist und so eine Einleitung
einer Pedalbetätigungskraft
in den Bremskraftverstärker ermöglicht.
Da das Bremspedal in der Regel um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert
ist und bei einer Betätigung
eine Schwenkbewegung vollzieht, erfährt das mit dem Bremspedal
gekoppelte Krafteingangsglied während
der Bremspedalbetätigung
ebenfalls eine Schwenkbewegung, so dass es zu einer Schwenkauslenkung
relativ zu solchen Komponenten innerhalb des Bremskraftverstärkers kommt,
die sich lediglich linear entlang einer Betätigungsachse bewegen. Aus diesem
Grund ist es erforderlich, eine Gelenkverbindung zwischen dem Krafteingangsglied und
einem mit dem Krafteingangsglied gekoppelten Anschlussteil herzustellen,
um dem Krafteingangsglied die für
seine Bewegung erforderlichen Freiheitsgrade zu verschaffen. Ferner
ist es aber auch erforderlich, Bewegungen in Achsrichtung zwischen Krafteingangsglied
und Anschlussteil zu übertragen. Mit
anderen Worten ist zu vermeiden, dass das Krafteingangsglied aus
dem Anschlussteil herausgleitet.
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Gelenkverbindungen,
die die oben geforderten Merkmale aufweisen und die entsprechenden Bedingungen
erfüllen,
sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt der
gattungsbildende Stand der Technik gemäß
DE 44 05 076 C2 eine Gelenkverbindung
der eingangs bezeichneten Art, bei der an dem Krafteingangsglied
ein sphärisch
ausgebildeter Gelenkkopf angeformt ist, der in eine Kopfaufnahme
eines in dem Bremskraftverstärker
ausgebildeten Anschlussteils eingreift und in dieser festgelegt
ist. Zur Festlegung dient eine lokale Verstemmung eines Wandabschnitts
des Anschlussteils im Bereich der Kopfaufnahme, wobei die Verstemmung derart
angeordnet und ausgebildet ist, dass sie den Gelenkkopf hintergreift
und somit zwar eine Schwenkbewegung des Gelenkkopfes in der Kopfaufnahme
in gewissem Maße zulässt, jedoch
ein axiales Herausgleiten des Gelenkkopfes aus der Kopfaufnahme
verhindert. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Herstellung der
Gelenkverbindung gemäß der
DE 44 05 076 C2 einerseits
eine verhältnismäßig komplexe
und aufwändige
Fertigungsvorrichtung erfordert und dass darüber hinaus das Einlegen des Krafteingangsglieds
und des Anschlussteils in diese Vorrichtung, der darauf folgende
Verstemmschritt sowie das Entfernen aus der Vorrichtung im Rahmen der
Herstellung des Bremskraftverstärkers
verhältnismäßig zeitaufwändig sind
und damit die Herstellungskosten erhöhen.
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DE 2 035 018 B offenbart
ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelgelenkverbindung zwischen Kolben
und Kolbenstange, bei der eine in Bezug auf das kugelige Ende der
Kolbenstange zur offenen Seite des Kolbens hin liegende Einschnürung eingewalzt
ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Einschnürung mit einem im Querschnitt
nach außen
gekrümmten
Radius gewalzt wird.
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DE 295 14 063 U1 offenbart
eine Bremskraftverstärker/Hauptzylinder-Einheit,
bei der sich das Hauptzylindergehäuse mit seiner Halterung nach Überschreiten
einer vorher festgelegten auf dieses einwirkenden Druckkraft in
das Bremskraftverstärkergehäuse hineinverschiebt.
Dabei ist vorgesehen, dass bei einer Kugelgelenkverbindung eine
die Kugel hintergreifende Einschnürung vorhanden ist.
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Es
ist demgegenüber
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gelenkverbindung der
eingangs bezeichneten Art, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie
einen entsprechenden Bremskraftverstärker bereitzustellen, wobei
die Gelenkverbindung einfacher und damit unter geringerem Zeit-
und Kostenaufwand herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Gelenkverbindung der eingangs bezeichneten Art gelöst, bei
der die Kopfaufnahme mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden
Deformationsbereich reduzierter Wandstärke versehen ist, der durch axiale
Druckbelastung der Kopfaufnahme derart plastisch deformiert ist,
dass sich eine den Gelenkkopf hintergreifende Einschnürung bildet.
Erfindungsgemäß ist also
vorgesehen, dass die die Kopfaufnahme aufweisende Komponente in
axialer Richtung gestaucht wird, wobei sich der Deformationsbereich
radial einwärts
verformt und so die den Gelenkkopf hintergreifende Einschnürung bildet.
Somit ist kein gesondertes Werkzeug erforderlich, um eine lokale
Deformation, insbesondere ein lokales Verstemmen, an dem die Kopfaufnahme
aufweisenden Bauteil anzubringen.
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Vorzugsweise
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Einschnürung
den Gelenkkopf im Wesentlichen über
dessen Umfang hintergreift. Dadurch kann eine formschlüssige Einschnürung erreicht
werden, die an dem Gelenkkopf über
dessen vollen Umfang anliegt und so ein unbeabsichtigtes Lösen von Anschlussteil
und Krafteingangsglied verhindert.
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Ferner
kann erfindungsgemäß vorgesehen sein,
dass die Kopfaufnahme unter der axialen Druckbelastung im Deformationsbereich
um einen vorbestimmten Axialweg komprimierbar und plastisch deformierbar
ist, wobei der Axialweg bei Dimensionierung von Einzelkomponenten
des Bremskraftverstärkers,
insbesondere des Anschlussteils, berücksichtigt ist. Dies bedeutet,
dass das die Kopfaufnahme aufweisende Bauteil von vornherein derart
dimensioniert wird, dass es nach der Deformation seine axiale Soll-Länge besitzt.
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Um
ein vorbestimmbares Deformationsverhalten erreichen zu können, ohne
die mechanische Belastbarkeit des die Kopfaufnahme aufweisenden Bauteils
zu stark zu beinträchtigen,
sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Deformationsbereich
eine minimale Wandstärke
aufweist, die im Bereich von 2 bis 20% der den Deformationsbereich umgebenden
Wandstärke
des Anschlussteils liegt.
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Um
das oben geschilderte Verhalten des Deformationsbereichs zu erreichen,
sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Deformationsbereich
mit einem zur Wandstärkenreduzierung
führenden,
um die Achse umlaufenden Einstich versehen ist. Dabei kann vorgesehen
sein, dass der Einstich – in
einem achsenthaltenden Schnitt betrachtet – im Wesentlichen kreisbogenförmiges Profil
aufweist. Vorzugsweise ist im Rahmen dieser Ausführungsform der Erfindung vorgesehen,
dass der Radius des Kreisbogens derart gewählt ist, dass er im Bereich vom
0,5-fachen bis zum 2-fachen
der minimalen Wandstärke
des Deformationsbereichs liegt. Alternativ zu einem kreisbogenförmigen Profil
können
jedoch auch andersartig geformte Profile vorgesehen sein. So sieht
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung vor, dass der Einstich in einem achsenthaltenden Schnitt
betrachtet im Wesentlichen parabelförmiges Profil aufweist.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Bremskraftverstärker, insbesondere Vakuumbremskraftverstärker, mit
einem Krafteingangslied und einem Anschlussteil, wobei eine der
Komponenten von Krafteingangsglied und Anschlussteil mit einem im
Wesentlichen sphärischen
Gelenkkopf und die jeweils andere Komponente mit einer den Gelenkkopf
in einer Achsrichtung aufnehmenden Kopfaufnahme ausgebildet ist,
wobei Krafteingangsglied und Anschlussteil mit einer Gelenkverbindung
der vorstehend beschriebenen Art gekoppelt sind.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Gelenkverbindung,
insbesondere zwischen einem Krafteingangsglied eines Bremskraftverstärkers und
einem Anschlussteil, bei der eine der Komponenten von Krafteingangsglied
und Anschlussteil mit einem im Wesentlichen sphärischen Gelenkkopf und die
jeweils andere Komponente mit einer den Gelenkkopf in einer Achsrichtung aufnehmenden
Kopfaufnahme ausgebildet ist. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere
für die
Herstellung einer Gelenkverbindung der vorstehend beschriebenen
Art. Im Einzelnen sieht das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden
Schritte vor:
- A) Einstecken des Krafteingangsglieds
in die Kopfaufnahme in axialer Richtung um einen Einsteckweg, der
derart bemessen ist, dass ein sich in Umfangsrichtung erstreckender
Deformationsbereich der Kopfaufnahme mit reduzierter Wandstärke über den
Bereich größter radialer
Erstreckung des Gelenkkopfs hinaus geschoben wird, und
- B) Druckbelasten von Kopfaufnahme und Krafteingangsglied durch
eine Axialkraft, die derart bemessen ist, das die Kopfaufnahme in
dem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Deformationsbereich mit
reduzierter Wandstärke
derart plastisch deformiert wird, dass sich eine den Gelenkkopf hintergreifende
Einschnürung
bildet.
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Hinsichtlich
des Verfahrens kann weiter vorgesehen sein, dass die Axialkraft
in Schritt B) zum Deformieren des Deformationsbereichs reduzierter Wandstärke die
im Betrieb auf die Gelenkverbindung in Achsrichtung einwirkenden
Betätigungskräfte wesentlich übersteigt.
Mit anderen Worten ist auch der Deformationsbereich derart stabil
ausgestaltet, das er durch im Betrieb auf die Gelenkverbindung einwirkende
Betätigungskräfte selbst
im Falle einer kraftintensiven Betätigung während einer Notbremsungssituation
nicht deformiert wird, so dass weiterhin eine stabile Verbindung
zwischen Anschlussteil und Krafteingangsglied gegeben ist. Schließlich kann
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
ferner vorgesehen sein, dass in Schritt B) Kopfaufnahme und Krafteingangsglied
während
dem Deformieren in axialer Richtung geführt werden. Dadurch wird ein
unerwünschtes
Versetzen, beziehungsweise Wegknicken, des Deformationsbereichs
in einer Richtung quer zur Achsrichtung verhindert.
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Es
sei angemerkt, dass im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden
Erfindung der Begriff "Bremskraftverstärker" sowohl Vorrichtungen
umfassen soll, bei denen die Bremskraft, beispielsweise über eine
pneumatisch wirksame Kammeranordnung zur Bremskrafterzeugung direkt
genutzt und verstärkt wird.
Gleichermaßen
soll dieser Begriff aber auch Vorrichtungen umfassen, bei denen
die Bremskraft dissipiert, wobei lediglich die Bewegung des Krafteingangsglieds
beziehungsweise des mit diesem gekoppelten Anschlussteils zur Erfassung
der Pedalbetätigung
ermittelt wird und anhand dieser Bewegung dann mechanisch entkoppelt
vom Krafteingangsglied über
ein pneumatisches, hydraulisches oder elektromagnetisch ansteuerbares
System eine Bremsbetätigungskraft
erzeugt wird.
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Die
Erfindung wird im folgenden Beispielhaft anhand der beiliegenden
Figuren erläutert.
Es stellen dar:
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1 eine
Teilansicht eines erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers
im Längsschnitt;
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2a und 2b Darstellungen
zu Erläuterung
des Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Lenkverbindung.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Bremskraftverstärker in
einer achsenthaltenden Teilschnittansicht dargestellt und allgemein
mit 10 bezeichnet. Dieser umfasst ein Krafteingangsglied 12 sowie
ein mit diesem gelenkig verbundenes Anschlussteil 14. Zur
gelenkigen Verbindung ist das Krafteingangsglied 12 an
seinem in 1 linken Ende mit einem sphärisch ausgebildeten
Gelenkkopf 16 versehen, der in einer Kopfaufnahme 18 aufgenommen
ist. Der Gelenkkopf 16 wird von einer radial umlaufenden Einschnürung 20 hintergriffen.
Das Anschlussteil 14 ist in einem Steuerventilgehäuse 22 aufgenommen und
in diesem linear beweglich geführt.
Hingegen ist das Krafteingangsglied 12 an seinem vom Gelenkkopf 16 entfernten
nicht gezeigten Ende mit einem Bremspedal gekoppelt. Aufgrund dieser
Kopplung mit dem schwenkbar gelagerten Bremspedal führt das
Krafteingangsglied 12 bei einer Bremspedalbetätigung eine
kombinierte Bewegung aus, die sich aus einer Linearbewegungskomponente
in Richtung der Längsachse
A und aus einer Schwenkbewegungskomponente um das Zentrum des Gelenkkopfs 16 herum
zusammensetzt.
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Das
Krafteingangsglied 12 ist über die Feder 24 in
eine Ausgangsstellung vorgespannt, wobei sich die Feder 24 über eine
Abstützhülse 28 an
einem Ansatz des Steuerventilgehäuses 22 abstützt. Auf
der von der Feder 24 abgewandten Seite der Abstützhülse 28 ist
eine weitere Feder 26 vorgesehen, die einen Dichtkörper 30 vorspannt.
Der Dichtkörper 30 bildet eine
Anlage für
Ventilsitze, wobei ein erster Ventilsitz 32 an dem Steuerventilgehäuse 22 und
ein zweiter Ventilsitz 34 an dem Anschlussteil 14 vorgesehen
ist. Das Anschlussteil 14 ist ferner mit einem Druckstück 36 gekoppelt,
das an seinem anschlussteilfernen Ende über einen sphärischen
Abschnitt in ein gummielastisches Reaktionsglied 38 einpressbar
ist. 1 zeigt ferner einen Kraftausgangskolben 40,
der mit einem nicht gezeigten Hauptbremszylinder zur Bremskrafterzeugung
gekoppelt ist. Darüber
hinaus ist in 1 ein Gehäuse 42 des Bremskraftverstärkers teilweise
gezeigt, in dem eine bewegliche Wand fluiddicht geführt ist.
Die bewegliche Wand 44 ist zur gemeinsamen Bewegung mit
dem Steuerventilgehäuse 22 verbunden.
Die bewegliche Wand trennt eine Arbeitskammer 46 von einer
Vakuumkammer 48.
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Im
Ruhezustand herrschen in der Arbeitskammer 46 und in der
Vakuumkammer 48 im Wesentlichen die gleichen Druckbedingungen,
das heißt in
beiden Kammern herrscht ein Unterdruck beziehungsweise Vakuum. Bei
einer Bremspedalbetätigung wird über das
Krafteingangsglied 12, das sich in Folge der Pedalbetätigung in 1 entlang
der Längsachse
A nach links bewegt und dabei leicht verschwenkt, auch das Anschlussteil 14 in 1 nach
links bewegt. Dadurch hebt sich der Ventilsitz 34 von dem
Dichtkörper 34 ab,
so dass die Arbeitskammer 46 mit der Umgebungsatmosphäre verbunden
wird. Dadurch baut sich in der Arbeitskammer 46 gegenüber der
Vakuumkammer 48 ein Überdruck auf,
wodurch die bewegliche Wand 48 in 1 nach links
verschoben wird. Diese Bewegung wird über das gummielastische Reaktionsglied 38 auf
den Kraftausgangkolben 40 übertragen und schließlich zur
Bremskrafterzeugung in dem nicht gezeigten Hauptbremszylinder benutzt.
Mit dem Aufbau der gewünschten
Bremswirkung legt sich der Dichtsitz 34 wieder an den Dichtkörper 30 an,
so dass sich ein stationärer
Zustand einstellt. Gibt der Fahrer das Bremspedal wieder frei, so
bewegt sich das Krafteingangsglied 12 unter der Wirkung
der Rückstellfeder 24 in
seine Ausgangsstellung zurück.
Dabei nimmt es das Anschlussteil 14 mit zurück, das
Steuerventilgehäuse 22 verbleibt
jedoch zunächst
aufgrund der Druckdifferenz zwischen Arbeitskammer 46 und
Vakuumkammer 48 in der verlagerten Stellung. Aufgrund der
Einschnürung 20 wird
ein durch die Federkraft der Feder 24 bedingtes Herausziehen
des Krafteingangsglieds 12 aus dem Anschlussteil 14 verhindert.
In Folge der Rückbewegung
des Krafteingangsglieds 12 zusammen mit dem Anschlussteil 14 wird auch
der Dichtkörper 30 in 1 nach
rechts zurückbewegt,
wodurch der Ventilsitz 32 vom Dichtkörper 30 abgehoben
wird. Dadurch werden Arbeitskammer 46 und Vakuumkammer 48 miteinander
verbunden, woraufhin sich die Druckdifferenz an der beweglichen Wand 44 abbaut.
In der Folge bewegt sich auch das Steuerventilgehäuse zusammen
mit der beweglichen Wand 44 unter Wirkung einer nicht gezeigten
Rückstellfeder
in die in 1 gezeigte Ausgangstellung zurück.
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Zur
weiteren Funktionsweise des Bremskraftverstärkers gemäß
1 wird auf
das vorstehend bereits zitierte Dokument
DE 44 05 076 C2 verwiesen.
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Vorstehende
kurze Schilderung der Funktionsweise des Bremskraftverstärkers 10 gemäß 1 zeigt,
dass es erforderlich ist, zwischen dem Krafteingangsglied 12 und
dem Anschlussteil 14 eine Gelenkverbindung vorzusehen,
die zwar eine Schwenkbewegung des Krafteingangsglieds 12 relativ
zu dem linear geführte
Anschlussteil 14 zulässt,
jedoch beide Teile für
eine gemeinsame axiale Bewegung koppelt. Diese Gelenkverbindung
wird mittels der Einschnürung 20 hergestellt.
Zur Herstellung der vorstehend bereits angesprochenen Einschnürung 20 wird
auch auf die 2a und 2b verwiesen.
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2a zeigt
das Anschlussteil und den gelenkkopfnahen Abschnitt des Krafteingangsglieds 12 vor
der Herstellung der Einschnürung 20.
Man erkennt, dass das Krafteingangsglied 12 in die Gelenkkopfaufnahme 18 soweit
eingeschoben wurde, dass es an dem kegelförmig ausgebildeten Grund an
liegt. Das Anschlussteil 14 ist im Bereich der Kopfaufnahme 18 mit
einem Deformationsbereich 50 versehen, in dem das Anschlussteil 14 eine
reduzierte Wandstärke
besitzt. Der Deformationsbereich 50 ist durch eine Einstich
mit kreisbogenförmiger
Kontur ausgeführt.
Der Kreisbogen besitzt den Radius R und der Einstich ist derart
tief in das Anschlussteil 14 eingebracht, dass sich eine
minimale Wandstärke
a ergibt. Es gilt, dass die minimale Wandstärke a etwa im Bereich von 2
bis 20% der ursprünglichen
Wandstärke b
liegt, d.h. a = [0,02 ... 0,2]·b.
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Ferner
gilt, dass der Radius R des Einstichs etwa im Bereich des 0,5-fachen
bis zum 2-fachen der minimalen Wandstärke a liegt, d.h. R = [0,5 ... 2]·a.
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Zur
Herstellung der mit Bezug auf 1 bereits
angesprochenen Ausführung
werden Axialkräfte F1 und F2 auf das
Anschlussteil 14 ausgeübt.
Die Axialkräfte
F1 und F2 sind hinreichend
groß,
um das Anschlussteil 14 in dem Deformationsbereich 50 plastisch
zu deformieren, das heißt
zu stauchen. Es ergibt sich eine plastische Deformation, das heißt Stauchung,
um die Strecke s. Diese Deformation führt zu einer bleibenden radial
einwärts
gerichteten Einschnürung
um die radiale Strecke e. Die Einschnürung 20 hintergreift
den sphärischen
Gelenkkopf 16 und hält
diesen in der Kopfaufnahme 18. Der Anschlussteilrohling 14 gemäß 2a ist
derart ausgelegt, dass er nach Deformation in der Gestaltung gemäß 2b,
das heißt
in der um den Weg s gestauchten Form, seine Soll-Länge aufweist.
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Während der
Deformation ist das Anschlussteil 14 in Richtung der Längsachse
A geführt,
das heißt
es findet lediglich eine Stauchung, nicht jedoch eine Quer- oder
ausweichbewegung einzelner Abschnitte des Anschlussteils 14 zueinander
statt.
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2a und 2b zeigen
die Vorgänge
bei der Herstellung der Gelenkverbindung zwischen dem Krafteingangsglied 12 und
Anschlussteil 14. Es wird ersichtlich, dass keine aufwändigen Verstemmwerkzeuge
bereitgestellt werden müssen
und auch keine zum Verstemmen erforderlichen Verfahrensschritte eingeleitet
werden müssen.
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Das
anhand der 2a und 2b erläuterte Stauchverfahren
ist einfach und kostengünstig
sowie zeitsparend durchzuführen
und sorgt für
eine zuverlässige
Gelenkverbindung zwischen dem Anschlussteil 14 und dem
Krafteingangsglied 12.