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Die
Erfindung betrifft Kolben mit einer gefesselten Feder, insbesondere
für einen
Tandem-Hauptzylinder eines geregelten Kraftfahrzeugbremssystems,
wobei sich die Feder mit einem ersten Ende zumindest mittelbar an
dem Kolben und mit einem zweiten Ende an einer gegenüber dem
Kolben verschiebbaren Haltevorrichtung abstützt, deren Bewegung gegenüber dem
Kolben durch einen an dem Kolben vorgesehenen Zapfen und einen Anschlag
begrenzt ist, wobei der Anschlag an einem freien Ende des Zapfens
angeordnet ist.
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Ein
derartiger Kolben ist beispielsweise aus der WO 2005/066005 A1 bekannt,
wobei der Kolben aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet und mittels
Fließpressen
hergestellt ist.
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Bei
einem mit zwei hintereinander angeordneten Kolben versehenen Tandem-Hauptzylinder,
bei welchem durch die zwei Kolben zwei getrennte Bremskreise mit
Bremsdruck angesteuert werden, ist es notwendig, dass die beiden
Kolben möglichst gleichzeitig
zwei durch die Kolben abgegrenzte Druckräume verschließen, damit
der Druck in den beiden Bremskreisen gleichzeitig aufgebaut wird. Daher
ist es erforderlich, dass die beiden Kolben in einer Ausgangsstellung
einen definierten Abstand zueinander haben. Der Abstand wird durch
eine gefesselte Feder des eingangsseitig betätigten Kolbens (Primärkolben)
festgelegt. Die Feder des Primärkolbens
ist relativ steif gegenüber
einer den zweiten Kolben (Sekundärkolben) rückholenden,
ebenfalls gefesselten Feder, so dass die zweite Feder bei Beginn der
Bewegung der beiden Kolben nachgibt und so die beiden Kolben im
vorgegebenen Abstand die zu einem Behälter hinführenden Öffnungen gleichzeitig verschließen. Um
die durch die Lage der Fesselung festgelegte Länge der ersten Feder am Primärkolben einstellen
zu können,
ist bei der oben genannten Patentanmeldung ein an dem Kolben angeformter
Zapfen und eine mittels Formschluss mit dem Zapfen verbundener Anschlag
vorgesehen, welcher einen Anschlag für eine gegenüber des
Zapfens bewegliche Hülse
bildet, wobei die Hülse
mit einem freien Ende ein freies Ende der steifen Feder abstützt. Ein anderes
Ende der Feder liegt an dem Primärkolben an.
Im Zuge von Gewichtseinsparung und Vereinfachung der Bauteile eines
Kraftfahrzeuges wird die Ausgestaltung und die Herstellung des Kolbens
aus einem metallischen Werkstoff als nachteilig angesehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Kolben für einen Tandem-Hauptzylinder
bereitzustellen, welcher eine einfachere Herstellung und ein geringes Gewicht
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Kolben aus Kunststoff ausgebildet ist, wobei der Zapfen
einstückig
an dem Kolben angeformt ist, und der Kolben Mittel aufweist, welche
eine definierte Positionierung des Anschlages in axialer Richtung
bezogen auf eine Längsachse
L des Kolbens ermöglichen.
Dadurch ist es möglich,
das Gewicht des Kolbens zu reduzieren und gleichzeitig einen definierten Abstand
der beiden Kolben des Tandem-Hauptzylinders sicherzustellen. Ferner
ist der Kolben mittels Spritzgießen einfach herstellbar.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass der Anschlag an einem separaten Bauteil
ausgebildet ist, welches aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet
und zumindest teilweise in den Zapfen eingebettet vorgesehen ist.
Dabei ist das Bauteil vorzugsweise mit dem Werkstoff des Kolbens
zumindest teilweise umspritzt und der Anschlag ist mittels Umformen
gebildet. Der Zapfen ist damit derart stabil ausführt, dass
sich seine axiale Länge
bei der Herstellung des Anschlages nicht verändert und damit der definierte
Abstand zwischen den beiden Kolben sichergestellt ist.
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Um
die Verbindung zwischen Zapfen und Bauteil zu verbessern, weist
das Bauteil eine zylindrische Form mit einer gerändelten Außenfläche auf, wodurch eine optimale
Werkstoffverbindung ermöglicht
wird.
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Eine
einfache Herstellung des Anschlages an dem Bauteil, welches vorzugsweise
aus Aluminium oder Stahl ausgebildet ist, wird durch Nieten erreicht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass der Anschlag als eine im Wesentlichen
ringförmige
Scheibe vorgesehen ist, welche kraftschlüssig mit dem Zapfen verbindbar
ist. Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Zapfen und der Anschlag
dreikeilförmig
ausgebildet sind und der Zapfen sowie der Anschlag jeweils drei
miteinander korrespondierende Kreiskeile aufweisen, deren Form durch
die mathematische Funktion einer logarithmischen Spirale bestimmt
ist.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, welche Ausführungsformen zeigt.
Es zeigt jeweils stark schematisiert:
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1 einen
Tandem-Hauptzylinder mit einem bekannten Kolben mit gefesselter
Feder;
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2 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kolbens
im Längsschnitt;
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3 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kolbens
im Längsschnitt
und
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4 einen
Querschnitt durch den Zapfen des Kolbens der zweiten Ausführungsform
gemäß 3.
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1 zeigt
im Längsschnitt
einen Hauptzylinder 1 mit bekannten Kolben 3, 4,
welcher beispielsweise in einem geregelten Bremssystem mit Antischlupfregelung
(ASR) und/oder Elektronischem-Stabilitäts-Programm (ESP) Verwendung
findet und in Plunger- und Tandembauweise ausgebildet ist.
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Der
Hauptzylinder 1 umfasst einen ersten und einen zweiten,
in einem Gehäuse 2 verschiebbaren
Kolben 3, 4, wobei in einer Ringnut 23, 24 des Gehäuses 2 ein
kreisringförmiges
Dichtelement 5, 6 mit einer dynamisch beaufschlagten
Innendichtlippe 26, 27 sowie mit einer statisch
beaufschlagten Außendichtlippe 28, 29 vorgesehen
ist. Die dynamisch beaufschlagte Innendichtlippe 26, 27 liegt
mit einer ersten Dichtfläche
an dem Kolben 3, 4 an und die statisch beaufschlagte
Außendichtlippe 28, 29 liegt
mit einer zweiten Dichtfläche
an einem Boden der Ringnut 23, 24 an. Die Kolben 3, 4 sind
aus einem metallischen Werkstoff beispielsweise mittels eines Fließpressverfahrens
hergestellt. Eine Außenseiten 30, 31 der
Kolben 3, 4 dienen als Führungsfläche.
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Ein
erster und ein zweiter Druckraum 7, 8 sind in
einem, in 1 dargestellten, unbetätigten Zustand
des Hauptzylinders 1 über
einen Druckmittelkanal 32, 33 und einen Nachlaufraum 11, 12 im Gehäuse 2 sowie über Querbohrungen 9, 10 in
einer topfförmigen
Wandung 21, 22, die an einer Seite 36, 37 des
ersten und des zweiten Kolbens 3, 4 vorgesehen
ist, mit einem nicht dargestellten, drucklosen Druckmittelbehälter verbunden.
Je nach Ausführung des
Hauptzylinders 1 sind zwischen vier und vierundzwanzig
Querbohrungen 9, 10 am Umfang des Kolbens 3 gleichmäßig verteilt
angeordnet. Die Kolben 3, 4 sind dabei mittels
Federn 34, 35 vorgespannt, welche als Druckfedern
vorgesehen sind.
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Die
Feder 34, 35 ist zumindest teilweise innerhalb
der topfförmigen
Wandung 21, 22 angeordnet. Die Wandung 21, 22 wird
mittig von einem zentrischen Zapfen 38, 39 durchragt,
der vor seinem axialen Austritt aus der Wandung 21, 22 endet.
Dieses Ende 40, 41 ist mit einem Anschlag 42, 43 für eine als Hülse ausgestaltete
Haltevorrichtung 44, 45 versehen, der mit einem
Kragen 46, 47 derart zusammenwirkt, dass die Hülse 44, 45 relativ
zu dem Zapfen 38, 39 begrenzt teleskopierbar ist.
Mit anderen Worten wird die Hülse 44, 45 mit
der Feder 34, 35 bei Betätigung in das Kolbeninnere
gedrängt.
Wie zu ersehen ist, handelt es sich bei dem Anschlag 42, 43 um
eine, an den Zapfen 38, 39 angenietete – insbesondere Taumelvernietete – Ringscheibe.
Das anderseitige Ende der Hülse 44, 45 verfügt über den
tellerartigen Kragen 48, 49 zur Anlage der Feder 34, 35.
Wie aus 1 hervorgeht, stützt sich
die Feder 34, 35 also mit einem ersten Ende 50, 51 an
einem Boden 17, 18 der topfförmigen Wandung 21, 22 und
mit einem zweiten Ende 52, 53 an dem Kragen 48, 49 der
Hülse 44, 45 ab.
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Zur
Betätigung
des Hauptzylinders 1 wird der erste Kolben 3 in
Betätigungsrichtung
A verschoben. Dabei wird die Bewegung des ersten Kolbens 3 über die
Feder 34 auf den zweiten Kolben 4 übertragen. Sobald
sich die Querbohrungen 9, 10 im Bereich der Dichtelemente 5, 6 befinden,
ist der sogenannte Leerweg des Hauptzylinders 1 durchfahren,
da kein Druckmittel mehr von den Nachlaufräumen 11, 12 durch
die Querbohrungen 9, 10 in die Druckräume 7, 8 gelangen
kann. Die Verbindung der Druckräume 7, 8 mit
dem Druckmittelbehälter
ist unterbrochen und in den Druckräumen 7, 8 wird
Druck aufgebaut.
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Die
zwei hintereinander angeordneten Kolben 3, 4 des
Hauptzylinders 1 sind in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise
nahezu identisch, so dass nur der erste Kolben (Primärkolben) 3 weiter
beschrieben wird.
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Bei
einem ASR- oder ESP-Eingriff kann es notwendig sein, bei unbetätigtem oder
betätigtem Kolben 3 Druckmittel
aus dem Druckmittelbehälter über den
Druckraum 7 in Richtung Radbremsen nachzusaugen, was vorzugsweise
mittels einer Pumpe erfolgt, deren Eingang wahlweise mit den Druckräumen 7, 8 des
Hauptzylinders 1 oder mit den Radbremsen verbindbar ist,
um in Richtung Radbremsen oder in Richtung Hauptzylinder 1 zu
fördern
(Rückförderprinzip).
Hierzu wird bei einem ASR-Eingriff in unbetätigtem Zustand des Hauptzylinders 1 das
Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter über den Druckmittelkanal 32,
den Nachlaufraum 11, die Querbohrungen 9 und den
Druckraum 7 nachgesaugt. Bei einem ESP-Eingriff in betätigtem Zustand
des Hauptzylinders 1 erfolgt die Nachsaugung zusätzlich durch Überströmen der
Außendichtlippe 28 des
Dichtelementes 5, indem diese durch den Saugdruck in Richtung
Innendichtlippe 26 umklappt und hierdurch die Dichtfläche der
Außendichtlippe 28 nicht
mehr am Boden der Ringnut 23 anliegt. Um der Pumpe bei
einem ASR- oder ESP-Eingriff insbesondere in unbetätigter Stellung
des Hauptzylinders 1 schnell genügend Druckmittel zur Verfügung zu
stellen, ist es notwendig, den Drosselwiderstand der Querbohrungen 9 so
gering wie möglich
zu halten, wobei jedoch auch der Leerweg des Hauptzylinders 1 möglichst
klein gehalten werden soll.
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Wie
aus 1 hervorgeht, münden die Querbohrungen 9, 10 jeweils
in eine Nut 15, 16, welche auf einer Innenseite 13, 14 der
Kolben 3, 4 vorgesehen ist und den Drosselwiderstand
der Querbohrungen 9, 10 reduziert.
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Da
die Wandstärke
der topfförmigen
Wandung 21, 22 am Ende 19, 20 der
Kolben 3, 4 nicht geschwächt wird, können die Kolben 3, 4 axiale
Kräfte, die
beim Anschlagen des Kolbens 3 an den zweiten Kolben 4,
bzw. beim Anschlagen des zweiten Kolbens 4 an das Gehäuse 2 auf
ihn wirken, ohne eine Deformierung aufnehmen. Ein Anschlagen der
Kolben 3, 4 tritt beispielsweise im Falle eines
Kreisausfalles auf.
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2 zeigt
in Teilansicht und im Längsschnitt
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kolbens 54 mit einer
gefesselten Feder 35. Dabei kann der Kolben 54 als
Primär-
oder Sekundärkolben
verwendet werden, welche sich lediglich darin unterscheiden, dass
der Primärkolben
auf einer der gefesselten Feder abgewandten Seite eine Ausnehmung
zur Aufnahme einer nicht dargestellten Kolbenstange aufweist, wie
aus 1 ersichtlich ist.
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Im
Folgenden wird daher lediglich ein Sekundärkolben beschrieben, wobei
die grundsätzliche Ausgestaltung
des Kolbens 54 der Ausgestaltung des Kolbens 4 gemäß 1 entspricht
und daher nur erfindungswesentliche Merkmale beschrieben werden.
Ferner sind identische Bauteile mit identischen Bezugsziffern versehen
und werden nicht erneut beschrieben.
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Der
Kolben 54 ist aus Kunststoff ausgebildet. Um die Feder 35 und
die Hülse 45 mit
dem Kolben 54 verbinden zu können, ist es erforderlich,
einen Zapfen 55 die erforderliche Stabilität zu geben.
Wie ersichtlich ist, ist die Feder 35 wie gemäß 1 beschrieben
zumindest teilweise innerhalb einer topfförmigen Wandung 56 des
Kolbens 54 angeordnet. Die Wandung 56 wird mittig
von dem zentrischen Zapfen 55 durchragt. Ein im wesentlichen
zylindrisches, separates Bauteil 57, welches beispielsweise
aus Aluminium oder Stahl ausgebildet ist, ist zumindest teilweise
in den Zapfen 55 eingebettet vorgesehen, was dadurch erreicht
werden kann, dass das Bauteil 57 bei der Herstellung des
Kolbens 54 mit dem Werkstoff des Kolbens 54 teilweise
umspritzt wird. Das Bauteil 57 wird hierfür in die
Spritzgussform eingelegt, so dass es teilweise mit Kunststoff umspritzt wird.
Der aus dem Zapfen 55 herausragende Teil des Bauteiles 57 dient
zur Bildung eines Anschlages 58 für die Hülse 35, welcher beispielsweise
durch Nieten hergestellt wird. Das Bauteil 57 ermöglicht die
notwendige Stabilität
des Zapfens 55, welcher dadurch bei der Herstellung des
Anschlages 58 nicht verbogen, in der Länge reduziert oder durch Stauchung verdickt
wird. Eine definierte Positionierung des Anschlages 58 in
axialer Richtung bezogen auf eine Längsachse L des Kolbens 54 wird
so ermöglicht.
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Um
eine optimale Verbindung zwischen Zapfen 55 und Bauteil 57 zu
ermöglichen,
weist das Bauteil 57 eine gerändelte Außenfläche auf.
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3 und 4 zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kolbens 59 mit
einer gefesselten Feder 35, welcher sich zum ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 2 in
der Ausgestaltung des Zapfens und des Anschlages unterscheidet.
Dabei ist aus 3 ersichtlich, dass der Kolben 59 einen
mittig in einer zylindrischen Wandung 60 angeordneten Zapfen 61 aufweist,
welcher vor seinem axialen Austritt aus der Wandung 60 endet.
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Wie
insbesondere aus 4 hervorgeht, die einen Querschnitt
durch den Zapfen 61 zeigt, weist der Zapfen 61 an
einer Außenfläche 63 die
Form eines Dreikeils mit drei Kreiskeilen 62 auf. Jeder
Kreiskeil 62 wird durch die mathematische Funktion der
logarithmischen Spirale bestimmt.
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Ein
für die
Hülse 45 vorgesehener
Anschlag 64 weist im Wesentlichen die Form einer ringförmigen Scheibe
auf, wobei eine Innenfläche 65 des
Anschlags 64 ebenfalls die Form eines Dreikeils aufweist.
Dabei sind Kreiskeile 66 des Anschlages 64 derart
ausgestaltet, dass sie mit den Kreiskeilen 62 des Zapfens 61 korrespondieren.
Das bedeutet, dass der Anschlag 64 in einer bestimmen Lage
auf den Zapfen 61 geschoben werden kann. Wenn sich der Anschlag 64 an
seiner definierten axialen Position bezogen auf die Längsachse
L des Kolbens 59 befindet, wird dieser verdreht, so dass
die korrespondierenden Kreiskeile 62, 66 miteinander
in Eingriff gelangen und der Anschlag 64 durch eine kraftschlüssige, selbsthemmende
Verbindung auf dem Zapfen 61 in seiner axialen Position
gesichert ist.
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Diese
Verbindung zwischen Zapfen 61 und Anschlag 64 garantiert
eine optimale Übertragungsleistung
der Selbsthemmung, da die korrespondierenden Kreiskeile 62, 66 eine
homogene Flächenpressung
ermöglichen.
Ferner lässt
sich der Anschlag 64 in jeder beliebigen axialen Position
auf dem Zapfen 61 befestigen.
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- 1
- Hauptzylinder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Kolben
- 5
- Dichtelement
- 6
- Dichtelement
- 7
- Druckraum
- 8
- Druckraum
- 9
- Querbohrung
- 10
- Querbohrung
- 11
- Nachlaufraum
- 12
- Nachlaufraum
- 13
- Innenseite
- 14
- Innenseite
- 15
- Nut
- 16
- Nut
- 17
- Boden
- 18
- Boden
- 19
- Ende
- 20
- Ende
- 21
- Wandung
- 22
- Wandung
- 23
- Ringnut
- 24
- Ringnut
- 26
- Innendichtlippe
- 27
- Innendichtlippe
- 28
- Außendichtlippe
- 29
- Außendichtlippe
- 30
- Außenseite
- 31
- Außenseite
- 32
- Druckmittelkanal
- 33
- Druckmittelkanal
- 34
- Feder
- 35
- Feder
- 36
- Seite
- 37
- Seite
- 38
- Zapfen
- 39
- Zapfen
- 40
- Ende
- 41
- Ende
- 42
- Anschlag
- 43
- Anschlag
- 44
- Hülse
- 45
- Hülse
- 46
- Kragen
- 47
- Kragen
- 48
- Kragen
- 49
- Kragen
- 50
- Ende
- 51
- Ende
- 52
- Ende
- 53
- Ende
- 54
- Kolben
- 55
- Zapfen
- 56
- Wandung
- 57
- Bauteil
- 58
- Anschlag
- 59
- Kolben
- 60
- Wandung
- 61
- Zapfen
- 62
- Kreiskeil
- 63
- Außenfläche
- 64
- Anschlag
- 65
- Innenfläche
- 66
- Kreiskeil
- A
- Betätigungsrichtung
- L
- Längsachse