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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung, insbesondere für eine Fahrzeugbremsanlage, mit einem Speicherzylinder und einem darin geführten Speicherkolben, bei der der Speicherzylinder einen zum Speicherkolben gewandten Zylinderboden und der Speicherkolben eine zum Zylinderboden gewandte Kolbenstirn aufweist sowie mindestens ein Abstandselement zum Halten eines Abstands zwischen dem Zylinderboden und der Kolbenstirn vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Speichereinrichtung in einer Fahrzeugbremsanlage.
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Gattungsgemäße Speichereinrichtungen werden insbesondere bei Fahrzeugbremsanlagen verwendet und dienen dazu, Druckmittel in Form von Fluid, insbesondere Bremsfluid, zwischenzuspeichern. Das Druckmittel wird dabei aus Radbremszylindern rückgeführt oder aus einem Hauptspeicher der Fahrzeugbremsanlage zugeführt, beispielsweise bei Fahrzeugbremsanlagen mit Antiblockiersystem (ABS) und Elektronischem Stabilitäts-Programm (ESP).
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Die Speichereinrichtungen umfassen einen Speicherzylinder und einen darin geführten Speicherkolben, mit dem ein Speichervolumen für das Druckmittel abgegrenzt wird. Aus dem Speichervolumen kann das Druckmittel bei Bedarf in einen Bremskreislauf gefördert werden. Verkleinert sich das Speichervolumen, so fährt der Speicherkolben tief in den Speicherzylinder hinein.
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In Speichereinrichtungen mit Zusatzfunktionen ist es oftmals nötig, dass das Speichervolumen während des Betriebs minimiert wird und sich nur noch sehr wenig Druckmittel in der Speichereinrichtung befindet. Dazu muss der Speicherkolben soweit in den Speicherzylinder hineinfahren, bis der Speicherkolben mit seiner Kolbenstirn an einem der Kolbenstirn gegenüberliegenden Zylinderboden des Speicherzylinders anschlägt. Sowohl der Zylinderboden als auch die Kolbenstirn weisen aus fertigungstechnischen Gründen bevorzugt eine zumindest weitgehend ebene Fläche auf. Deswegen entsteht beim Anschlagen der Kolbenstirn an dem Zylinderboden ein vollflächiger Kontakt, der mit dem noch vorhandenen Druckmittel bewirkt, dass sich der Speicherkolben nur verzögert vom Zylinderboden wieder löst. Dieser Effekt wird als hydraulisches Kleben bezeichnet und führt zu unerwünschten Beeinträchtigungen im Druckverlauf sowie zu ungewollten Geräuschen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Speichereinrichtung, insbesondere für eine Fahrzeugbremsanlage, mit einem Speicherzylinder und einem darin geführten Speicherkolben geschaffen, bei der der Speicherzylinder einen zum Speicherkolben gewandten Zylinderboden und der Speicherkolben eine zum Zylinderboden gewandte Kolbenstirn aufweist sowie mindestens ein Abstandselement zum Halten eines Abstands zwischen dem Zylinderboden und der Kolbenstirn vorgesehen ist. Dabei ist das einzelne Abstandselement ein separates Bauteil zwischen dem Zylinderboden und der Kolbenstirn.
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Mit dem erfindungsgemäßen separaten Bauteil ist ein Abstand zwischen dem Zylinderboden und der Kolbenstirn geschaffen, sobald der Pumpenkolben während des Betriebs maximal, das heißt bis zum Anschlag, in den Speicherzylinder hineinfährt. Zugleich können die Kolbenstirn und der Zylinderboden eine zumindest weitgehend ebene Kolbenstirnfläche und Zylinderbodenfläche aufweisen, da deren vollflächiger Anschlag mittels des mit dem erfindungsgemäßen Abstandselement geschaffenen Abstands vermieden wird. Auch das hydraulische Kleben wird damit vorteilhaft verhindert.
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Mit dem erfindungsgemäßen Abstandselement als separates Bauteil kann der Pumpenkolben und der Pumpenzylinder rotationssymmetrisch spanend mit einer ebenen Kolbenstirnfläche und einer ebenen Zylinderbodenfläche hergestellt werden. Dieses einfache und spanende Herstellungsverfahren ist wesentlich kostengünstiger im Vergleich zu Produktionsverfahren, mit denen bekannte Speichereinrichtungen hergestellt werden. Herkömmlicherweise ist dort zum Verhindern des hydraulischen Klebens, beispielsweise mittels Stegen auf der Kolbenstirn, eine geeignet gestaltete Kolbenstirngeometrie geschaffen. Diese Kolbenstirngeometrie erfordert eine nicht rotationssymmetrische Form, die kostengünstig nur mittels spanlos formgebender Verfahren, wie Gießen, Spritzgießen oder Kaltschlagen herstellbar ist. Soll der Speicherkolben wegen erhöhter Genauigkeitsanforderungen spanend hergestellt werden, muss die beschriebene Geometrie der Kolbenstirn in einem teuren Fertigungsschritt, beispielsweise mittels Fräsen, gebildet werden. Auch eine nicht rotationssymmetrische Form des Zylinderbodens ist herkömmlich nur mit teuren Verfahren herstellbar.
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Bevorzugt ragt das erfindungsgemäß separate Bauteil aus einer Ebene der Kolbenstirnfläche bzw. der Zylinderbodenfläche nur geringfügig hinaus. Ein nur geringfügiges Hinausragen ist von Vorteil, da dann wenig Raum geschaffen ist, in dem selbst beim Anschlagen des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder ein Rest an Fluid verbleibt.
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Für den Fall, dass besonders kostengünstig nur ein Abstandselement vorgesehen ist, ist dieses Abstandselement bevorzugt zumindest nahezu zentrisch zwischen Zylinderboden und Kolbenstirn angeordnet. Derart angeordnet, wird ein Verkippen des Pumpenkolbens beim Anschlagen vermieden. Bevorzugt ist mindestens ein Abstandselement vorgesehen, besonders bevorzugt zwei Abstandselemente und ganz besonders bevorzugt drei Abstandselemente. Der Pumpenkolben drängt dann statisch bestimmt, stabil und kraftausgleichend gegen den Zylinderboden.
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Vorteilhaft ist das separate Bauteil ortsfest an dem Zylinderboden angeordnet, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Dort angeordnet wird das separate Bauteil beim Drängen des Pumpenkolbens und damit der Kolbenstirn gegen den Zylinderboden gedrückt. Der Zylinderboden ist Teil des Pumpenzylinders, sodass auftretende Druckkräfte auch auf den Pumpenzylinder übertragen werden. Der Pumpenzylinder ist seinerseits in der Regel mittels einer Bohrung in einem Hydraulikblock gebildet, der als Pumpengehäuse dient. Dadurch werden die auftretenden Druckkräfte auf den gesamten Hydraulikblock verteilt und eine mit den Druckkräften verbundene Materialbelastung kann vergleichsweise klein gehalten werden. Vorteilhaft ist damit die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung besonders hoch.
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Alternativ oder zusätzlich ist das separate Bauteil ortsfest an der Kolbenstirn angeordnet, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Kolbenstirn verbunden. Mit einer derart erfindungsgemäß gestalteten Kolbenstirn ist ein Pumpenkolben geschaffen, mit dem bei Bedarf herkömmliche Speichereinrichtungen einfach nachgerüstet werden können, sodass auch dort ein hydraulisches Kleben verhindert wird.
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Ferner ist das separate Bauteil vorzugsweise erfindungsgemäß kugelförmig gestaltet, insbesondere als Kugel, Halbkugel und/oder Kalotte. Mit der Kugelform ist ein Abstandselement ohne Ecken und Kanten geschaffen, an dem das Fluid vorteilhaft ohne große Hindernisse während des Betriebs vorbeiströmen kann. Zudem ist beim Anschlagen des Pumpenkolbens ein punktförmiger Kontakt zwischen der Kugelform des einzelnen Abstandselements und dessen zugehöriger Anlagefläche geschaffen, an dem das Fluid leicht vorbeiströmen kann. Die zugehörige Anlagefläche ist die Kolbenstirnfläche, wenn das separate Bauteil ortsfest am Zylinderboden angeordnet ist. Bei einer Anordnung des separaten Bauteils an der Kolbenstirn ist die zugehörige Anlagefläche die Zylinderbodenfläche.
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Besonders bevorzugt sind mindestens drei kugelförmige separate Bauteile als Abstandselemente vorgesehen, da dann der Pumpenkolben beim Anschlag an den Pumpenzylinder vorteilhaft nicht verkippen kann. Ein derartiges Verkippen könnte bei einem oder zwei kugelförmigen Abstandselementen auftreten. Mindestens drei kugelförmige Abstandselemente mit abgestimmter Höhenposition und Winkellage erlauben aber eine eindeutig statisch bestimmte Lage des Pumpenkolbens beim Anschlagen im Pumpenzylinder, das heißt in Anschlagposition.
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Zudem ist das separate Bauteil in vorteilhafter Weise mit einem härteren Material als seine zugehörige Anlagefläche gebildet. Derart gebildet, dringt das separate Bauteil beim Anschlagen zumindest geringfügig in seine zugehörige Anlagefläche ein, sodass eine stabile Anschlagposition geschaffen ist. Insbesondere bei einem kugelförmigen separaten Bauteil tritt beim Anschlagen zunächst ein punktförmiger Erstkontakt auf, der sich je nach Belastung kontinuierlich auf einen Flächenkontakt mit steigender Belastbarkeit vergrößert. Hier wird vorteilhaft der Effekt der Hertz’schen Pressung ausgenutzt.
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Weiterhin weist der Speicherzylinder vorteilhaft eine Längsachse auf, wobei in der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung bevorzugt mindestens zwei Abstandselemente mit unterschiedlichen Entfernungsradien von der Längsachse vorgesehen sind. Die mindestens zwei Abstandselemente sind also unterschiedlich weit von der Längsachse entfernt. Dies ist besonders vorteilhaft, weil sich der Pumpenkolben während des Betriebs nicht nur translatorisch hin- und herbewegt, sondern auch um seine Längsachse rotiert. Wegen dieser Rotationsbewegung werden mit dem einzelnen Abstandselement an seiner zugehörigen Anlagefläche Berührungspunkte erzeugt, die auf einer Kreislinie mit einem entsprechenden Entfernungsradius um die Längsachse liegen. Bei mehreren Abstandselementen mit gleichen Entfernungsradien sind alle Berührungspunkte auf nur einer Kreislinie auf der Anlagefläche. Mit den erfindungsgemäß unterschiedlichen Entfernungsradien der mindestens zwei Abstandselemente werden mit deren Berührungspunkten unterschiedliche Kreislinien beansprucht. Vorteilhaft ist damit der Verschleiß der zugehörigen Anlagefläche besonders gering.
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Ferner ist das separate Bauteil vorzugsweise in einer zugehörigen Aussparung angeordnet, aus der das separate Bauteil zum Halten des Abstands zwischen dem Zylinderboden und der Kolbenstirn geringfügig hinausragt. Vorteilhaft ist die zugehörige Aussparung einfach mittels Bohren herstellbar. Der Pumpenzylinder bzw. Pumpenkolben kann kostengünstig rotationssymmetrisch spanend mit einer anschließenden oder gleichzeitigen Bohrung für die zugehörige Aussparung produziert werden.
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Bevorzugt ist die zugehörige Aussparung im Zylinderboden vorgesehen, sodass die zugehörige Aussparung zusammen mit den ebenfalls herzustellenden Zuund Abgangsbohrungen im Zylinderboden der Speichereinrichtung gebohrt werden kann. Dies spart Arbeits- und Zeitaufwand und damit Kosten. Ferner ist der Zylinderboden Bestandteil des Pumpengehäuses, das in der Regel ebenfalls eine Bohrung in einem Hydraulikblock ist. Mit dem Hydraulikblock umgibt den Zylinderboden relativ viel Material, sodass beim Herstellen der Aussparung zumindest der Zylinderboden und damit das Pumpengehäuse nahezu nicht verformt werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist die einzelne zugehörige Aussparung in der Kolbenstirn vorgesehen und das einzelne Abstandselement dort angeordnet.
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Bevorzugt ist das separate Bauteil in die zugehörige Aussparung eingepresst. Mittels des Einpressens ist besonders einfach eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem separaten Bauteil und einem die Aussparung umgebenden Material geschaffen.
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Ferner ist das separate Bauteil bevorzugt mit dem genannten, die zugehörige Aussparung umgebenden Material verstemmt. Das Verstemmen führt zu einer geringfügigen plastischen Verformung des separaten Bauteils und des die Aussparung umgebenden Materials, sodass diese besonders stabil und unlösbar miteinander kraftschlüssig und formschlüssig verbunden sind.
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Die Erfindung ist entsprechend zudem auf die Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen Speichereinrichtung in einer Fahrzeugbremsanlage gerichtet. Insgesamt ist dann eine Fahrzeugbremsanlage geschaffen, mit der sehr kostengünstig ein besonders gleichmäßiger Betrieb ohne hydraulisches Kleben ermöglicht wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Teil eines hydraulischen Schaltplans einer Fahrzeugbremsanlage mit einer ersten Variante einer Speichereinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
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2 das Detail II in 1,
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3 einen Längsschnitt einer zweiten Variante einer Speichereinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
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4 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Speichereinrichtung gemäß der Erfindung und
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5 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Speichereinrichtung gemäß der Erfindung.
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In 1 ist eine Fahrzeugbremsanlage 10 veranschaulicht, die ein von einem Fahrer eines zugehörigen, vierrädrigen Fahrzeugs betätigbares Bremspedal 12 umfasst. Das Bremspedal 12 wirkt auf einen Bremskraftverstärker 14 ein, mittels dem an einem zugehörigen Hauptbremszylinder 16 Druck auf ein Fluid in Form von Bremsflüssigkeit erzeugt werden kann. Der Hauptbremszylinder 16 ist mit diversen Fluidleitungen 18 verbunden, mit denen insbesondere ein Umschaltventil 20, ein Pumpenelement 22 mit zugehörigem Antriebsmotor 24, ein Einlassventil 26 für links hinten, ein Einlassventil 28 für rechts vorne, ein Auslassventil 30 für links hinten, ein Auslassventil 32 für rechts vorne sowie ein Bremszylinder 34 für links hinten und ein Bremszylinder 36 für rechts vorne wahlweise fluidleitend miteinander verbunden sind. Ferner ist in die Fluidleitungen 18 eine Speichereinrichtung 38 zum Zwischenspeichern von Bremsfluid geschaltet.
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Die Speichereinrichtung 38 ist in 2 in einer ersten Variante mit einer gröberen und in 3 in einer zweiten Variante mit einer feineren Prinzipskizze veranschaulicht. Die Speichereinrichtung 38 umfasst einen becherförmigen, kreiszylindrischen Speicherzylinder 40, in dem ein Speicherkolben 42 verschiebbar gelagert ist. Der Speicherkolben 42 ist dabei innenseitig am Speicherzylinder 40 mittels einer am Speicherkolben 42 ortsfest angeordneten Kolbendichtung 44 fluiddicht, aber zugleich verschiebbar abgedichtet. Eine Kolbenfeder 46 drängt den derart verschiebbar gelagerten Speicherkolben 42 in die Becherform des Speicherzylinders 40 hinein, wodurch in dessen Inneren ein Druckraum zum Zwischenspeichern von Bremsfluid unter Druck gebildet ist.
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Die dem Speicherkolben 42 gegenüberliegende Bodenfläche der Becherform des Speicherzylinders 40 ist ein Zylinderboden 48. In dem Zylinderboden 48 ist eine Zugangsbohrung 50 zum Einlassen von Bremsfluid in die Speichereinrichtung 38 vorgesehen, an der ein Ventil 52 zum wahlweisen Öffnen und Verschließen der Zugangsbohrung 50 ausgebildet ist. Dazu ist das Ventil 52 mit einem Ventildichtkörper 54 gestaltet, der mittels einer Ventilfeder 56 in Richtung auf den Speicherkolben 42 gegen einen Ventilsitz 58 gedrängt wird. Der Ventilsitz 58 ist an einem nicht weiter dargestellten Ventilsitzkörper ausgeformt und umgibt eine Ventilöffnung, die vorliegend der Zugangsbohrung 50 entspricht.
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Ferner ist in dem Zylinderboden 48 eine Abgangsbohrung 60 vorgesehen, durch die Bremsfluid aus der Speichereinrichtung 38 ausgelassen werden kann. Dabei verlaufen sowohl die Abgangsbohrung 60 als auch die Zugangsbohrung 50 in ihrer Längserstreckung parallel zu einer Längsachse 62 der Speichereinrichtung 38.
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Der Zylinderboden 48 ist mit einer ebenen Zylinderbodenfläche 64 geformt, an der der Speicherkolben 42 mit seiner Kolbenstirn 66 beim Hineinfahren in den Speicherzylinder 40 anschlägt. Auch die Kolbenstirn 66 weist eine ebene Fläche als Kolbenstirnfläche 68 auf, sodass beim Anschlagen die Kolbenstirnfläche 68 mit der Zylinderbodenfläche 64 einen vollflächigen Kontakt bildet. Zusammen mit dem Bremsfluid kann der vollflächige Kontakt ein sogenanntes hydraulisches Kleben verursachen. Das bedeutet, dass sich die Kolbenstirnfläche 68 von der Zylinderbodenfläche 64 beim Hinausfahren des Speicherkolbens 42 nur verzögert wieder löst, was insgesamt zu einem unregelmäßigen und gegebenenfalls sogar stockenden Hydraulikbetrieb führt.
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Das derartige, unerwünschte hydraulische Kleben während des Betriebs wird in den erfindungsgemäßen Speichereinrichtungen 38 gemäß 4 und 5 vorteilhaft vermieden, sodass ein gleichmäßiger Hydraulikbetrieb erreicht wird.
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In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem in den Zylinderboden 48 drei Aussparungen 70 gebohrt sind, von denen eine Aussparung 70 im Längsschnitt dargestellt ist. Die drei Aussparungen 70 sind zeit- und kostensparend vorteilhaft in einem Fertigungsschritt mit der Zugangsbohrung 50 und der Abgangsbohrung 60 spanend hergestellt.
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In den drei Aussparungen 70 ist jeweils ein Abstandselement 72 in Form einer Kugel als separates Bauteil eingepresst. Von den drei separaten Bauteilen zeigt der dargestellte Längsschnitt zwei Kugeln, die geringfügig mit gleicher Höhe aus der ebenen Zylinderbodenfläche 64 hinausragen. Derart gestaltet, schlägt beim Hineinfahren des Speicherkolbens 42 dessen ebene Kolbenstirnfläche 68 an die Abstandselemente 72 an, mit denen ein Abstand 74 zur ebenen Zylinderbodenfläche 64 gehalten wird. Der Abstand 74 verhindert vorteilhaft das beschriebene hydraulische Kleben. Ferner kann das Bremsfluid an dem einzelnen Abstandselement 72 wegen dessen Kugelform vorteilhaft nahezu ungehindert vorbeiströmen.
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Vorliegend ist die Kolbenstirnfläche 68 Anlagefläche für die kugelförmigen Abstandselemente 72, die zudem aus härterem Material als die Kolbenstirn 66 gebildet sind. Derart gebildet, vergrößert sich ein punktförmiger Erstkontakt des einzelnen Abstandselements 72 beim Anschlagen an die Kolbenstirnfläche 68 auf einen Flächenkontakt mit steigender Druckbelastung. Das einzelne Abstandselement 72 dringt geringfügig in die Kolbenstirn 66 ein, sodass das Anschlagen des Speicherkolbens 42 insgesamt vorteilhaft gedämpft ist. Weiterhin bilden sich im Laufe der Lebensdauer der Speichereinrichtung 38 auf der Kolbenstirnfläche 68 Abdrücke der einzelnen Abstandselemente 72. Die Abdrücke liegen aufgrund einer beim Betrieb auftretenden rotierenden Bewegung des Speicherkolbens 42 um die Längsachse 62 entlang einer Kreislinie auf der Kolbenstirnfläche 68.
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Erfindungsgemäß sind die einzelnen Abstandselemente 72 radial unterschiedlich beabstandet von der Längsachse 62 angeordnet. Abgebildet sind zwei Abstandselemente 72 mit einem ersten Entfernungsradius 76 und einem zweiten Entfernungsradius 78 von der Längsachse 62, wobei der erste Entfernungsradius 76 kleiner ist als der zweite Entfernungsradius 78. Das nicht abgebildete dritte Abstandselement 72 weist zudem einen zugehörigen dritten, ebenfalls nicht dargestellten Entfernungsradius auf, der wiederum verschieden ist vom ersten und zweiten Entfernungsradius 76 und 78. Beim Anschlagen werden mit diesen unterschiedlichen Entfernungsradien unterschiedliche Kreislinien auf der Kolbenstirnfläche 68 als Anlagefläche beansprucht, sodass die Druckbelastung auf die Kolbenstirnfläche 68 verteilt wird. Besonders vorteilhaft werden auf diese Weise ein geringer Materialverschleiß und eine lange Lebensdauer erreicht.
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5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, das alle bereits beschriebenen Elemente des ersten Ausführungsbeispiels enthält. Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist, dass die drei Aussparungen 70 in die Kolbenstirn 66 gebohrt sind. Die zugehörigen drei separaten Bauteile sind als Abstandselemente 72 mittels Presspassung dort eingebracht und ragen mit gleicher Höhe aus der ebenen Kolbenstirnfläche 68 geringfügig heraus. Beim Hineinfahren des Speicherkolbens 42 werden die Abstandselemente 72 zusammen mit dem Speicherkolben 42 gegen die ebene Zylinderbodenfläche 64 als Anlagefläche gedrängt, wodurch beim Anschlagen der Abstand 74 gehalten wird. Vorteilhaft ist damit ein Speicherkolben 42 geschaffen, mit dem eine herkömmliche Speichereinrichtung 38 gemäß 3 besonders einfach gegen hydraulisches Kleben nachgerüstet werden kann.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist das einzelne Abstandselement 72 als separates Bauteil mit dem die zugehörige Aussparung 70 umgebenden Materials verstemmt, sodass eine besonders stabile unlösbare Verbindung geschaffen ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sind die einzelnen Abstandselemente 72 bzw. separaten Bauteile in der jeweils zugehörigen Aussparung 70 sowohl in der Kolbenstirn 66 als auch in dem Zylinderboden 48 angeordnet.
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Ferner ist das Abstandselement 72 bzw. separate Bauteil in einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsvariante als Zylinderstift oder in einer, an dessen Umgebung angepassten Vieleckform gestaltet.
