DE102014200686A1

DE102014200686A1 - Hydraulisches Bremssystem, Dämpfereinrichtung

Info

Publication number: DE102014200686A1
Application number: DE102014200686.4A
Authority: DE
Inventors: Beate Schumann; Wolfgang Schuller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: DE102014200686B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Bremssystem (1) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Druckerzeuger (5) und mit wenigstens einem Druckverbraucher (LF, RR), und mit wenigstens einer Dämpfereinrichtung (9) zur Glättung von Druckpulsationen in einem Hydraulikmedium des Bremssystems (1), wobei die Dämpfereinrichtung (9) wenigstens ein in einer Druckkammer (11) angeordnetes und durch den Druck des Hydraulikmediums verformbares Federelement (12) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Druckkammer (11) von einer elastisch verformbaren Membran (14) dicht verschlossen ist, wobei die Membran (14) zwischen dem Federelement (12) und dem Hydraulikmedium angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Bremssystem für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Druckerzeuger und mit wenigstens einem Druckverbraucher, und mit wenigstens einer Dämpfereinrichtung zur Glättung von Druckpulsationen in einem Hydraulikmedium des Bremssystems, wobei die Dämpfereinrichtung wenigstens ein in einer Druckkammer angeordnetes und durch den Druck des Hydraulikmediums beaufschlagbares Federelement aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Dämpfereinrichtung für ein hydraulisches Bremssystem, insbesondere wie es obenstehend beschrieben wurde, mit einer Druckkammer, in welcher wenigstens ein Federelement zur Glättung von Druckpulsationen angeordnet ist.
Stand der Technik
Hydraulische Bremssysteme weisen oft Mehrkolbensysteme als Druckerzeuger zur Förderung von Hydraulikmedium innerhalb des Hydrauliksystems auf. Typischerweise werden derartige Mehrkolbensysteme in einem Gehäuse verbohrt und mit Bremsleitungen an einen Hauptbremszylinder angebunden. Hierdurch entsteht eine steife Einheit, die Druckpulsationen bis zu einem Bremspedal oder in einen Fahrzeuginnenraum eines das Bremssystem aufweisenden Kraftfahrzeugs überträgt. Erreichen die Druckpulsationen das Bremspedal, können diese von einem Benutzer als Vibrationen gespürt werden. Hierdurch kann der Komfort des Kraftfahrzeugs unangenehm vermindert werden.
Um derartige Druckpulsationen zu vermindern oder zu vermeiden ist es bekannt, Dämpfereinrichtungen in dem Hydrauliksystem vorzusehen, die Druckpulsationen entsprechend abbauen beziehungsweise glätten oder kompensieren. Derartige Dämpfereinrichtungen weisen in der Regel ein Federelement auf, das dem Druck des Hydraulikmediums entgegenwirkt, wobei das Federelement beispielsweise mit zunehmendem Hydraulikdruck entsprechend verformt wird und dadurch einen Überdruck in dem Hydrauliksystem abbaut.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass gegebenenfalls vorliegende Druckpulsationen dauerhaft über einen großen Druckbereich gedämpft werden, wobei die Dämpfung insbesondere unabhängig von der Betriebstemperatur gleichbleibend gut erfolgt. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Druckkammer von einer elastisch verformbaren Membran dicht verschlossen ist, wobei die Membran zwischen dem Federelement und dem Hydraulikmedium angeordnet ist. Die Membran trennt somit das Federelement von dem Hydraulikmedium und bildet das Koppelglied zwischen diesen beiden. Zumindest wenn Druckpulsationen auftreten, ist die Membran zwischen dem Federelement und dem Hydraulikmedium verspannt gehalten. Nimmt der Druck des Hydraulikmediums zu, so wird die Membran elastisch verformt und gegen das Federelement gedrängt, welches ebenso verformt wird. Durch die Trennung des Federelements von dem Hydraulikmedium durch die Membran kann das Federelement auf einem vorteilhaften Material für die federnden Eigenschaften gefertigt sein. Eine Beständigkeit bezüglich des Hydraulikmediums ist nicht gefordert. Insbesondere handelt es sich bei dem Federelement um ein Metallfederelement.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran als undurchlässige, also sicher dichtende Metallmembran ausgebildet ist. Dabei weist die Membran bevorzugt ein oder mehrere wellenförmige Verformungen – im Querschnitt gesehen – auf, die eine Verformung der Membran insbesondere senkrecht zu ihrer Membranebene erlauben. Besonders bevorzugt ist die Membran kreisförmig ausgebildet, wobei die eine oder mehreren Wellen koaxial in der Membran ausgebildet sind, sodass die insbesondere an ihrem Außenumfang befestigte Membran in ihrer Mitte sich am weitesten in axialer Richtung verfahren lässt, um in Abhängigkeit von dem Hydraulikdruck das Federelement zu verformen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran mindestens einen ringförmigen Abschnitt aufweist, der eine ringförmige Wellenstruktur aufweist. Es ist also vorgesehen, dass zumindest ein Ringabschnitt der insbesondere kreisförmigen Membran mit der Wellenstruktur versehen ist. Insbesondere, wenn ein mittlerer Abschnitt ohne Wellenstruktur und daher im Verhältnis steifer ausgebildet ist, wird dadurch eine gezielte Verlagerbarkeit des mittleren Bereichs erreicht.
Vorzugsweise weist die Membran einen topfförmigen Abschnitt auf, der zur Führung mit dem Federelement und/oder mit der Druckkammer zusammenwirkt. Der topfförmige Abschnitt ragt insbesondere in die Druckkammer hinein beziehungsweise dem Federelement entgegen, sodass es das Federelement zumindest bereichsweise radial außen und/oder innen umgreift. Vorzugsweise ist der topfförmige Abschnitt in der Mitte der Membran angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass das Federelement als Schraubenfeder ausgebildet ist, deren eines Endes der Membran zugeordnet ist. Die Schraubenfeder ist axial elastisch verformbar und aufgrund ihrer beschriebenen Anordnung axial zwischen der Membran und einem der Membran gegenüber liegenden Ende der Druckkammer axial verspannbar angeordnet. Dabei kann die Schraubenfeder mit ihren von der Membran abgewandtem Ende an einem Boden der Druckkammer oder an einem Absatz der Druckkammer axial anliegen. Die Schraubenfeder gewährleistet eine hohe Lebensdauer bei gleichbleibendem Federverhalten auf kostengünstige Art und Weise. Alternativ ist das Federelement bevorzugt als eine oder mehrere, insbesondere in Reihe geschaltete Tellerfedern ausgebildet.
Der topfförmige Abschnitt der Membran ragt dabei bevorzugt axial in das Federelement zur radialen Führung hinein. Das Federelement und die Membran werden somit radial durch den in das Federelement axial hineinragenden Topfabschnitt miteinander gekoppelt, wodurch eine Führung des mittleren Abschnitts der Membran bevorzugt zumindest im Wesentlichen nur in axialer Richtung gewährleistet ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Belastung und Beanspruchung der Membran dauerhaft gewährleistet.
Wie zuvor bereits angedeutet, ist bevorzugt vorgesehen, dass der topfförmige Abschnitt im Vergleich zu dem ringförmigen Abschnitt steifer ausgebildet ist. Dadurch wird die sichere Führung in radialer Richtung, insbesondere an oder in dem Federelement gesichert. Darüber hinaus erhält die Membran durch die unterschiedlich steifen Abschnitte ein definiertes Verformungsverhalten. Die Membran ist dabei einstückig ausgebildet, und die unterschiedlichen Steifheitsgrade werden zweckmäßigerweise allein durch die Formgebung der Membran, insbesondere durch die auf den ringförmigen Abschnitt beschränkte Wellenstruktur erreicht.
Vorzugsweise ist der ringförmige Abschnitt der Membran an seinem Außenumfang an der Druckkammer dicht gehalten. Durch die dichte Verbindung wird erreicht, dass der Innenraum der Druckkammer vorzugsweise vollständig getrennt von dem Hydraulikmedium ist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Druckkammer an ihrem der Membran gegenüber liegenden Ende geschlossen ausgebildet ist. Ein in der Druckkammer befindliches Gas wird im Betrieb durch Druckpulsationen ebenfalls komprimiert und übt eine entsprechende Federkraft auf die Membran parallel zu dem Federelement aus. Besonders bevorzugt ist die Druckkammer mit Luft gefüllt.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Dämpfereinrichtung einer Saugseite des Hydrauliksystems zugeordnet ist. Dadurch werden insbesondere die Druckpulsationen geglättet beziehungsweise kompensiert, die sich sonst als Saugpulsationen an einem Bremspedal des Bremssystems machen könnten.
Die erfindungsgemäße Dämpfereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckkammer durch eine elastisch verformbare Membran verschlossen ist, die in der Druckkammer durch das Federelement mit einer Federkraft beaufschlagbar/beaufschlagt ist. Die Dämpfereinrichtung ist für den Einsatz in dem oben beschriebenen Bremssystem ausgebildet, wobei das Federelement die Membran zweckmäßigerweise senkrecht zu ihrer Membranebene zumindest im Betrieb, wenn ein Gegendruck durch das Hydraulikmedium auf der dem Federelement gegenüberliegenden Seite auf die Membran wirkt, beaufschlagt. Es ergeben sich hierdurch die bereits zuvor genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich ebenfalls aus dem bereits Beschriebenen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigen
1 ein hydraulisches Bremssystem in einer schematischen Darstellung und
2 eine Dämpfereinrichtung des Bremssystems in einer Längsschnittdarstellung.
1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein hydraulisches Bremssystem 1 für ein Kraftfahrzeug. Das Bremssystem 1 weist eine Bremsbetätigungseinrichtung bestehend aus einem Hauptbremszylinder 2 und einem Bremspedal 3 auf. Der Hauptbremszylinder 2 ist mit einem Hydrauliksystem 4 verbunden, das zumindest zu einem großen Teil durch Verbohrungen in einem Gehäuse angeordnet oder ausgebildet ist. Das Hydrauliksystem 4 weist einen insbesondere auch automatisch betätigbaren Druckerzeuger 5 auf, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch mehrere Kolbenpumpen 6 gebildet wird. Weiterhin weist das Hydrauliksystem 4 mehrere Ventile V1 (USV), V2 (LFEV), V3 (HSV) und V4(RREV) auf, die zum Ansteuern von Radbremsen LF, RR des Bremssystems 1 betätigt werden und insofern Druckverbraucher des Bremssystems 1 beziehungsweise des Hydrauliksystems 4 darstellen. Weiterhin sind Zusatzventile V5 (LFAV), V6 (RRAV) sowie der Druckspeicher 7 in oder an dem Gehäuse vorgesehen. Während die Ventile V2 und V4 Einlassventile für die Radbremsen LF, RR darstellen, bilden die Ventile V5 und V6 jeweils ein Auslassventil, wobei die Auslassventile saugseitig mit dem Druckerzeuger 5 verbunden sind. Die Ventile V3 und V4 sind entsprechend druckseitig mit dem Druckerzeuger 5 verbunden.
Einer Leitung 8, die von der Saugseite des Druckerzeugers 5 zu dem Hauptbremszylinder 2 führt, ist eine Dämpfereinrichtung 9 zugeordnet und fluidtechnisch mit der Leitung 8 verbunden. Die Dämpfereinrichtung 9 ist insofern einem Primärkreis des Hydrauliksystems 4 zugeordnet und dazu ausgebildet, Druckpulsationen, insbesondere Saugpulsationen in dem Hydrauliksystem 4, die insbesondere durch die Kolbenpumpen 6 erzeugt werden, zu glätten beziehungsweise zu kompensieren, sodass die Druckpulsationen nicht das Bremspedal 3 erreichen und auch nicht zu einer unangenehmen Geräuschentwicklung führen.
2 zeigt die Dämpfereinrichtung 9 in einer Längsschnittdarstellung. Die Dämpfereinrichtung 9 weist ein becherförmiges Gehäuse 10 auf, das zylinderförmig ausgebildet ist und eine zylinderförmige Druckkammer 11 aufweist, die zu einer Stirnseite des Gehäuses 10 hin offen ausgebildet ist. In der Druckkammer 11 ist koaxial zu dem Gehäuse 10 ein Federelement 12 angeordnet, das sich in die zylinderförmige Druckkammer 11 axial elastisch verformen lässt. Vorliegend ist das Federelement 12 als ein Paket von Tellerfedern 13 ausgebildet, die in Reihe zueinander geschaltet sind. Die Tellerfedern weisen einen Außendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Druckkammer 11 entspricht. Die Tellerfedern 15 sind dabei ringförmig ausgebildet, sodass sie mittig einen zylinderförmigen Freiraum bilden.
Das Federelement 12 stützt sich am Boden des Gehäuses 10 in der Druckkammer 11 einseitig ab, während andersseitig die Druckkammer 11 durch eine elastisch verformbare Membran 14 dicht verschlossen ist. Die Membran 14 ist im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet und an ihrem Außenumfang dicht an dem Gehäuse 10 gehalten. Vorliegend ist dazu ein Randbereich der Membran 14 in eine Ringnut 15 des Gehäuses 10 eingepresst.
Die Membran 14 weist einen äußeren ringförmigen Abschnitt 16 sowie einen inneren topfförmigen Abschnitt 17 auf. Der ringförmige Abschnitt 16 weist eine Wellenstruktur 18 auf, die mehrere wellenförmige Verformungen der Membran 15 umfasst, die sich ringförmig und koaxial über die Membran 14 erstrecken. Der topfförmige Abschnitt 17 ragt in den zylindrischen Freiraum des Federelements 12 axial hinein, sodass der topfförmige Abschnitt 17 radial durch die Tellerfedern 13 beziehungsweise das Federelement 12 geführt ist. Die beiden Abschnitte 16 und 17 sind einstückig miteinander ausgebildet und bestehen insofern aus dem gleichen Material. Aufgrund der Wellenstruktur in dem ringförmigen äußeren Abschnitt 16 jedoch weist der äußere Abschnitt 16 jedoch eine höhere Elastizität und eine geringere Steifigkeit auf als der topfförmige Abschnitt 17.
Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise als Deckelelement ausgebildet, das durch axiales Einpressen oder Verschrauben in oder an einem entsprechenden Anschluss des Hydrauliksystems 4, der insbesondere durch eine Aufnahmebohrung eines Gehäuses, in welchem die Leitungen des Hydrauliksystems insbesondere als Verbohrungen ausgebildet sind, anordenbar ist. Insbesondere ist hierzu vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Gehäuses 10 zusammen mit dem Innendurchmesser in der Aufnahmebohrung 19 des Gehäuses 20 eine Presspassung bildet. Optional kann vorgesehen sein, dass wie in der 2 dargestellt, das Gehäuse 10 an seinem Außenumfang ein Außengewinde 21 aufweist, das mit einem Innengewinde 22 des Gehäuses 20 zusammenwirkt.
Alternativ ist gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Gehäuse 10 ein Innengewinde aufweist, sodass das Gehäuse 10 auf einen entsprechenden Anschluss aufschraubbar ist. Hierdurch wird bevorzugt erreicht, dass die Membran 15 zwischen dem Anschluss und dem Gehäuse 10 zu ihrer Arretierung und Abdichtung verspannt wird.
Im Betrieb liegt an der dem Federelement 12 gegenüberliegenden Seite der Membran 15 das Hydraulikmedium des Hydrauliksystems 4, sodass die Membran 14 einseitig durch das Federelement 12 und andersseitig durch das Hydraulikmedium beaufschlagt wird. Nimmt der Druck des Hydraulikmediums zu, so wird die Membran 14 aufgrund ihrer Wellenstruktur 18 im Bereich des ringförmigen Abschnitts 16 verformt, sodass sich der topfförmige Abschnitt 17 radial unter elastischer Verformung des Federelements 12 in die Druckkammer 11 hineinbewegt. Nimmt der Druck insbesondere in der Leitung 8 wieder ab, so drängt das Federelement 12 die Membran 16 in ihre Ausgangsstellung zurück. Hierdurch werden Druckspitzen des Hydraulikmediums geglättet beziehungsweise kompensiert. Die Tellerfedern 13 sind bevorzugt aus Metall gefertigt, sodass sie eine hohe Lebensdauer aufweisen und die Funktionsfähigkeit der Dämpfereinrichtung 9 und des Bremssystems 1 auf lange Sicht hin gewährleisten. Durch die Anzahl und Ausbildung der Tellerfedern 50 lässt sich außerdem eine gewünschte Kraft-Weg-Kennlinie der Dämpfereinrichtung 9 realisieren. Dadurch, dass die Membran 14 die Druckkammer 11 nach außen abdichtet, ist in der Druckkammer 11 außerdem bevorzugt ein Gasvolumen, insbesondere Luft, eingeschlossen, die ebenfalls federnd auf die Membran 14 wirkt.
Die Dämpfereinrichtung 9 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als vormontierte Einheit ausgebildet, die auf einfache Art und Weise an dem Hydrauliksystem 4 anordenbar ist.
Alternativ zu der Anbindung der Dämpfereinrichtung 9 zwischen den Ventilen V1, V3 einerseits und dem Hauptbremszylinder andererseits, ist gemäß einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Dämpfereinrichtung in dem Sekundärkreis des Hydrauliksystems 4, nämlich zwischen dem Ventil V3 und dem Sauganschluss des Druckerzeugers 5 und einem dem Druckspeicher 7 nachgeschalteten Rückschlagventil 23 angeordnet ist. Hierdurch liegt die Dämpfereinrichtung 9 näher an der Quelle der Druckpulsationen beziehungsweise Saugpulsationen, wodurch diese noch besser aufgenommen und die daraus folgenden Effekte, wie Geräuschentwicklung und Vibrationen am Bremspedal, noch besser reduziert werden können. Das Ventil V3 ist üblicherweise geschlossen, sodass bei einer Normalbremsung eine Belastung der Dämpfereinrichtung 9 entfällt. Insgesamt wird somit ein Bremssystem 1 geboten, das durch die saugseitig angeordnete Dämpfereinrichtung 9 Saugpulsationen auf einfache und vorteilhafte Art und Weise glättet. Anstelle der metallischen Tellerfedern 13 ist es auch denkbar, das Federelement 12 als Schraubenfeder auszubilden. Auch können als Material für das Federelement andere Materialien genutzt werden. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Dämpfereinrichtung 9 ist diese sehr klein und kompakt bauend realisierbar. Die Membran dämpft die Druckpulsationen über einen großen Druckbereich und über ein komplettes Temperaturfeld gleich gut. Durch das Federpaket verhält sich die Dämpfereinrichtung 9 hochdynamisch über den kompletten Temperaturbereich. Vorzugsweise wird die Dämpfereinrichtung 9 direkt in einem Gehäuse des Druckerzeugers 5, beziehungsweise einer Pumpe verbaut, oder in einem Gehäuse eines Hochdruckschranks, wie zuvor beschrieben. Da keine Verschleißteile durch die Dämpfereinrichtung 9 vorliegen, ist sie auch für lange Laufzeiten gut geeignet.

Claims

Hydraulisches Bremssystem (1) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Druckerzeuger (5) und mit wenigstens einem Druckverbraucher (LF, RR), und mit wenigstens einer Dämpfereinrichtung (9) zur Glättung von Druckpulsationen in einem Hydraulikmedium des Bremssystems (1), wobei die Dämpfereinrichtung (9) wenigstens ein in einer Druckkammer (11) angeordnetes und durch den Druck des Hydraulikmediums verformbares Federelement (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (11) von einer elastisch verformbaren Membran (14) dicht verschlossen ist, wobei die Membran (14) zwischen dem Federelement (12) und dem Hydraulikmedium angeordnet ist.
Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (14) als undurchlässige Metallmembran ausgebildet ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (14) mindestens einen ringförmigen Abschnitt (16) aufweist, der eine ringförmige Wellenstruktur (18) aufweist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (14) einen topfförmigen Abschnitt (17) aufweist, der zur Führung mit dem Federelement (12) und/oder mit der Druckkammer (11) zusammenwirkt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) als mindestens eine Schraubenfeder oder mindestens eine Tellerfeder (13) ausgebildet ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der topfförmige Abschnitt (17) der Membran (14) axial in die Schraubenfeder oder in die Tellerfeder (13) zur radialen Führung hineinragt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der topfförmige Abschnitt (17) im Vergleich zu dem ringförmigen Abschnitt (16) steifer ausgebildet ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Abschnitt (16) an seinem Außenumfang dichtend in einem Gehäuse (10) der Dämpfereinrichtung (9) gehalten ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfereinrichtung (9) einer Saugseite des Bremssystems (1) zugeordnet ist.
Dämpfereinrichtung (9) für ein hydraulisches Bremssystem (1), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, zur Glättung von Druckpulsationen, mit einer Druckkammer (11), in welcher wenigstens ein Federelement (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (11) durch eine elastisch verformbare Membran (14) dicht verschlossen ist, wobei die Membran (14) durch das Federelement (12) mit einer Federkraft beaufschlagbar/beaufschlagt ist.