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Die Erfindung betrifft einen Adapter mit einem Dicht- und Verbindungselement zum Verbinden einer Bremsflüssigkeitsleitung mit einem Bremssattel, wobei jeweils ein Dicht- und Verbindungselement um die Öffnungen einer Führung des Adapters herum angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Anordnen des Dicht- und Verbindungselements sowie ein Kraftfahrzeug mit erfindungsgemäßem Adapter.
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Bei Fahrzeugen mit einem hydraulischen Bremssystem (auch in Systemen mit Bremskraftverstärker oder in elektronischen Bremssystemen (electronic brake booster) wird durch Betätigen des Bremspedals ein Hydraulikkolben im Hauptbremszylinder bewegt, wodurch ein Druck in der Bremsflüssigkeit in einer Bremsflüssigkeitsleitung erzeugt wird. Der Druck wird an die Kolben in den Radbremszylindern übertragen, welche dann Kräfte z. B. auf Bremsklötze einer Scheibenbremse ausüben und diese bewegen. Diese drücken mit ihrem Reibbelag gegen die rotierende Bremsen-Reibring-Fläche und bewirken die mit Betätigen des Bremspedals ausgelöste Verzögerung des Fahrzeugs. Die Bremszylinder sind zusammen mit dem Bremssattel an dem sich bewegenden Achsschenkel montiert. Daher müssen die stationär verlegten Bremsflüssigkeitsleitungen durch flexible Bremsleitungen mit den Bremszylindern am Rad verbunden werden.
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Zum Verbinden der flexiblen Bremsleitungen mit den Bremszylindern am Rad sind zwei Methoden üblich. Zum einen kann eine direkte Verbindung mittels einer Schraubverbindung in ein Gewinde hergestellt werden. Dies erlaubt jedoch keine sichere Orientierung des Bremsenschlauchs. Zum zweiten kann ein Bajonett-Adapter verwendet werden, wobei dieser Adapter mit einer Bremsflüssigkeitszuführschraube mit dem Bremssattel oder einer Bremstrommel verbunden wird. Diese Bremsflüssigkeitszuführschraube, die als Hohlschraube bzw. Schraube mit Axialschlitzen ausgeführt sein kann, erlaubt es, die Bremsflüssigkeit aus der flexiblen Bremsleitung bis zum Bremszylinder zu führen und den hydraulischen Druck zu übertragen. Diese Art der Befestigung wird bevorzugt, weil man so eine sichere Befestigung und Orientierung entsprechend der bevorzugten Einbaulage erhält.
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Zum Abdichten der Verbindung zwischen Bremsflüssigkeitszuführschraube und Adapter werden weiche aluminium- oder kupferumfassende Dichtringe verwendet, die an Unterlegscheiben erinnern. Diese werden zwischen dem Kopf der Bremsflüssigkeitszuführschraube und dem Adapter sowie dem Adapter und dem Bremssattel oder ggf. der Bremstrommelzylinder angeordnet. Eine entsprechende Anordnung wird in der gattungsgemäßen Druckschrift
DE 41 41 175 A1 offenbart, worin die Öldichtigkeit zwischen einem Anschluss und einem Anschlussbereich an der äußeren Seitenfläche einer Bremszange durch eine Kupferdichtung erhalten wird (Anspruch 1, Absätze
0001,
0004,
0010 bis
0014 und
0021 in Verbindung mit
1,
2, und
5). Eine ähnliche Anordnung wird in der Druckschrift
JP 2004 -
316 692 A offenbart, worin als Material eines abdichtenden Elementes ebenfalls Kupfer verwendet wird (Anspruch 1, Absätze
0007,
0014 in Verbindung mit den Figuren). Beim Anziehen der Schraube wird zwischen der Schraube und den Dichtringen eine derart hohe Kraft ausgeübt, dass das weiche Material der Dichtringe plastisch verformt wird und sich die Oberflächenstrukturen so eng aneinander anlegen, dass eine sichere Abdichtung gewährleistet wird. Zusätzlich kann auf dem Material der Dichtringe noch eine duktile, sehr weiche Zink-Zinn-Schicht aufgetragen werden, die sich besonders leicht verformen lässt und dann auf beiden Seiten der Dichtung zu einem Formschluss führt. Um die Flächenpressung beim Anziehen der Bremsflüssigkeitszuführschraube zu erhöhen, kann auf beiden Seiten des Adapters noch ein zentrischer Ring-Wulst vorgesehen werden.
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Montage und Kontrolle der Dichtringe sind jedoch technisch kompliziert und kostenverursachend. Es besteht daher die Aufgabe, herkömmliche hydraulische Verbindungen zwischen einem flexiblen Bremsschlauch und einem Radbremszylinders effizienter zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhaft Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung eines hydraulischen Bremssystems in einem Fahrzeug, umfassend mindestens eine stationär angeordnete Bremsflüssigkeitsleitung, mindestens eine flexibel angeordnete Bremsflüssigkeitsleitung, mindestens einen Bremssattel mit mindestens einem Bremszylinder, mindestens einen Adapter zum Herstellen einer Verbindung zwischen der flexibel angeordneten Bremsflüssigkeitsleitung und dem Bremszylinder, wobei der Adapter eine Führung aufweist, durch die er mittels einer einen Kopf, ein Gewinde und einen Hohlraum aufweisenden Bremsflüssigkeitszuführschraube mit dem Bremszylinder verbunden wird, bei der der Adapter im Bereich der schraubenkopfseitigen Öffnung und im Bereich der bremssattelseitigen Öffnung der besagten Führung jeweils eine kupferumfassendes Dicht- und Verbindungselement aufweist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist vorteilhaft, weil durch das Auftragen des Dicht- und Verbindungselements auf den Adapter keine separaten Dichtringe mehr verwendet werden müssen. Dadurch wird die Zahl der verwendeten Bauteile reduziert. Weiterhin ist gegenüber der Verwendung von separaten Dichtringen die Zahl der möglichen Leckage-Flächen vorteilhaft von vier auf zwei reduziert. Auch wird durch die gegenüber einer Verschraubung mit Dichtringen erreichte Halbierung der Trennfugen eine Reduzierung der Klemmkraft-Verluste erreicht. Weiterhin wird die Dicke der Verbindung reduziert. Damit wird weniger Material verwendet, womit die erfindungsgemäße Verbindung weniger Platz benötigt und weniger Gewicht hat als herkömmliche Verbindungen.
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Der Hohlraum der Bremsflüssigkeitszuführschraube ist bevorzugt ein innerer Hohlraum, der durch Wandungen der Schraube gebildet wird und zwei Öffnungen aufweist. Alternativ kann die Bremsflüssigkeitszuführschraube auch äußere Hohlräume aufweisen, die durch Axialschlitze gebildet werden und damit nicht vollständig vom Material der Schraube umschlossen sind.
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Vorzugsweise ist das kupferumfassende Dicht- und Verbindungselement auf der äußeren Oberfläche des Adapters ringförmig um die jeweilige Öffnung der Führung angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft der gesamte Kontaktbereich zwischen dem Schraubenkopf und Adapter auf einer Seite und Adapter und Bremssattel auf der anderen Seite abgedichtet.
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Weiterhin weist das kupferumfassende Dicht- und Verbindungselement bevorzugt eine Dicke von bis zu 0,5 mm auf. Dadurch wird vorteilhaft eine geringe Dicke und weniger Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Verbindungen bewirkt.
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Das kupferumfassende Dicht- und Verbindungselement wird durch Schweißen mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie (EMPT) auf das Material des Adapters aufgetragen. Mit anderen Worten wird das kupferumfassende Dicht- und Verbindungselement durch elektromagnetische Pulsumformtechnologie auf der Oberfläche des Adapters ringförmig um die Öffnungen der Führung angeordnet. Diese Schweißverbindung ist sozusagen „aufgepanzert“ und absolut gas- und flüssigkeitsdicht. Weiterhin können durch EMPT-Schweißen auch Materialpaarungen, die herkömmlicherweise nicht verschweißbar sind, geschweißt werden, also in diesem Fall das Stahlmaterial des Adapters mit dem kupferumfassenden Material des Dicht- und Verbindungselements.
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Weiterhin besteht das Dicht- und Verbindungselement vorzugsweise aus Kupfer. Besonders bevorzugt wird weiches, duktiles Kupfer verwendet, weil dieses beim EMPT-Prozess beim hoch-dynamischen Umformprozess noch über hohes plastisches Umformvermögen verfügt, so dass keine Umformrisse auftreten können.
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Weiterhin ist der Adapter vorzugsweise ein Bajonett-Adapter.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer mit einem Adapter verbundenen Dicht- und Verbindungselements, mit den Schritten
- - Bereitstellen eines Adapters,
- - Bereitstellen einer EMPT-Anlage umfassend mindestens eine Spule und mindestens einen Pulsformer,
- - Bereitstellen mindestens eines kupferumfassenden ringförmigen Bleches, dass im Innen- und Außendurchmesser dem Innen- und Außendurchmesser der Führung des Adapters entspricht,
- - Anordnen des Bleches um eine Öffnung der Führung,
- - Applizieren eines magnetischen Druckes durch den Pulsgenerator.
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Anschließend werden die Schritte des Anordnens des Bleches und Applizieren eines magnetischen Druckes für die bremssattelseitige Öffnung der Führung durchgeführt.
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Die Vorteile des Verfahrens entsprechen denen der erfindungsgemäßen Anordnung. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, weil gegenüber thermischen Beschichtungsverfahren wie Plasma-Pulver-Spritzen, Hochgeschwindigkeits-Flamm-Spritzen (HVOF) bzw. Kaltgas-Spritzen keine Restporen in der Beschichtung bleiben. Weiterhin führen thermische Beschichtungsverfahren zu Oxid-Ansammlungen, die zu einer reduzierten Duktilität der Beschichtung führen können. Thermische Beschichtungen erlauben im Vergleich zum EMPT-Schweißen keine sicheren Abdichtungen ohne Leckagen. Im Allgemeinen muss bei Beschichtungsverfahren die Oberfläche des Bauteils vor dem Beschichten aufgeraut werden, um eine ausreichend hohe Haftfestigkeit der Schicht zu erzeugen. Weiterhin macht das Beschichten Nachbearbeitungen erforderlich. Eine weitere Methode, das Laser-Cladding, bedeutet zwar eine sichere, dichte Schweißverbindung mit dem Substrat, erfordert aber eine teure, gezielte Nachbearbeitung durch Schleifen und Fräsen. Das EMPT-Schweißen ist damit gegenüber allen genannten Verfahren zum Auftragen des erfindungsgemäßen Dicht- und Verbindungselement vorteilhaft, weil es die bezeichneten Nachteile nicht aufweist.
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Eine EMPT-Anlage ist eine technische Anlage, die alle zum Ausführen eines Pulsumformens notwendigen, dem Fachmann bekannten Merkmale aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das kupferumfassende ringförmige Blech unter einem Fasen-Winkel im Bereich von 1 - 45°, aufgetragen. Ebenfalls bevorzugt ist ein Fasen-Winkel im Bereich von 5 - 30°, bevorzugter im Bereich von 9 - 25° und am meisten bevorzugt ist ein Fasen-Winkel von 17°. Dabei wird der planparallel verlaufende Teil des Bleches reduziert und die Flächenpressung vorteilhaft für eine verbesserte plastische Verformung und Abdichtung erhöht.
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Vorzugsweise kann auch mindestens ein Wulst an der Unterseite des Kopfes der Bremsflüssigkeitszuführschraube bereitgestellt werden. Ein Wulst ist eine ringförmige Erhöhung im Material, die z. B. in das Material geprägt werden kann. Durch den Wulst wird ebenfalls die Flächenpressung vorteilhaft für eine verbesserte plastische Verformung und Abdichtung erhöht.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Darstellung eines Adapters in einer herkömmlichen Verbindung mit einer Bremsflüssigkeitszuführschraube;
- 2a eine technische Zeichnung eines kupferumfassenden ringförmigen Bleches zum Anordnen auf dem Adapter in Draufsicht;
- 2b das ringförmige Blech gemäß 2a in einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A;
- 3a eine Querschnittsansicht einer Adapter-Schrauben-Verbindung mit einem erfindungsgemäßen kupferumfassenden Dicht- und Verbindungselement;
- 3b eine Querschnittsansicht einer Adapter-Schrauben-Verbindung mit einem erfindungsgemäßen kupferumfassenden Dicht- und Verbindungselement;
- 4 eine Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist eine Anordnung 1 dargestellt, in der ein mit einer flexiblen Bremsflüssigkeitsleitung 2 verbundener Bajonett-Adapter 3 zu sehen ist. Der Bajonett-Adapter 3 weist eine Führung auf 4, die zum Aufnehmen einer Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 ausgebildet ist. Die Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 weist einen Kopf 5a, ein Gewinde 5b und einen Hohlraum auf. Die Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 dient zum Verbinden des Bajonett-Adapters 3 mit dem Bremssattel einer Scheibenbremse, oder auch ggf. mit einer Bremstrommel. Die Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 ist als Hohlschraube ausgebildet, so dass sie mit anderen Worten einen inneren Hohlraum aufweist. Alternativ kann die Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 auch mindestens einen Axialschlitz aufweisen, so dass sie mit anderen Worten mindestens einen äußeren Hohlraum aufweist. In diesen Hohlräumen wird Bremsflüssigkeit aus der Bremsflüssigkeitsleitung 2 bis zu einem Bremszylinder geführt, so dass hydraulischer Druck auf die Bremszylinder übertragen werden kann.
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Zum Abdichten der Verbindung sind zwischen dem Schraubenkopf 5a und dem Bajonett-Adapter 3 und dem Bajonett-Adapter 3 und dem Bremssattel Dichtringe 6 angeordnet. Diese Dichtringe 6 sind aus einem weichen metallischen Material, z. B. Aluminium oder Kupfer. Beim Anziehen der Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 werden die Dichtringe 6 auf Grund der dabei ausgeübten Kräfte plastisch verformt, wobei sich die Oberflächenstrukturen so eng aneinander legen, dass eine sichere Abdichtung gewährleistet werden kann.
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In 2a ist ein kupferumfassendes ringförmiges Blech 7 in einer Draufsicht und in 2b in einer entlang der Linie A-A geschnittenen Querschnittsprojektion dargestellt, das zum Herstellen eines kupferumfassenden Dicht- und Verbindungselementes 8 auf beiden Seiten des Bajonett-Adapters 3 vorgesehen ist, d.h. auf der schraubenkopfseitigen Oberfläche 3a und auf der bremssattelseitigen Oberfläche 3b des Adapters 3 rings um die jeweiligen Öffnungen der Führung 4 des Adapters 3. Das ringförmige Blech 7 besteht idealerweise aus Kupfer. Pro Adapter 3 sind damit zwei ringförmige Bleche 7 vorgesehen. Erfindungsgemäß wird jeweils ein ringförmiges Blech 7 auf den dafür vorgesehenen Stellen des Adapters 3 angeordnet, und mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie (EMPT) auf dem Material des Adapters 3 aufplattiert. Dabei kommt es in der Grenzfläche der beiden zu verbindenden Materialien zu einer ähnlichen Verbindungszone wie beim sog. Sprengplattieren. Für die EMPT-Schweißoperation ist das ringförmige Blech 7 in einer Ausführungsform gemäß der Darstellung von 2 in Form einer Tellerfeder vorgeformt, damit sich ein Winkel zwischen Substrat (dem Material des Adapters) und der Dichtung bilden kann. Es muss beim EMPT als auch beim Sprengplattieren sichergestellt sein, dass die zu verbindenden Bauteile unter einem bestimmten Winkel zu einander angeordnet werden, damit die elektromagnetische Puls- bzw. Sprengkraft die Bauteile unter einer so hohen Beschleunigung aufeinander zu treiben kann, dass es in der Auftreffzone zu einer Schockwelle kommt. Diese Schockwelle sprengt jegliche Oxidhäute der beteiligten Bauteile ab, so dass es zu einer hochfesten, gasdichten Kaltverschweißung kommt. Daher weist der Rand der Tellerfeder idealerweise einen Winkel von etwa 17° zum Material des Adapters auf. Der Winkel kann aber auch größer oder kleiner sein als 17°, z. B. im Bereich von 9 - 25° liegen, oder im Bereich von 5 - 30°, oder im Bereich von 1 - 45°.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das ringförmige Blech 7 auch flach sein, also keinen Winkel zum Material des Adapters 3 aufweisen. Dazu ist es beim Herstellen der Verbindung zwischen ringförmigem 7 und Material des Adapters 3 aber notwendig, dass ein Winkel in den oben genannten Bereichen, besonders von etwa 17° in den Adapter 3 gefräst oder geschlagen wird.
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In 3 a und b ist in einer Querschnittsansicht jeweils ein auf einem Adapter aufgetragenes Dicht- und Verbindungselement 8 zum Abdichten der Verbindung der Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 mit dem Adapter 3 und dem Bremssattel zu sehen. In 3a ist dabei das Dicht- und Verbindungselement 8 auf der Basis eines ringförmigen Blechs 7 aufgetragen, deren Rand einen Winkel von 17° gegenüber dem Material des Adapters aufweist. In 3b ist dabei das Dicht- und Verbindungselement 8 auf der Basis eines flachen ringförmigen Blechs 7 aufgetragen.
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Das Dicht- und Verbindungselement 8 weist mindestens Kupfer auf oder besteht aus Kupfer. Dieses Dicht- und Verbindungselement 8 ist auch als Plattierung oder Aufpanzerung zu bezeichnen. Es ist eine stoffschlüssige metallurgische Verbindung zwischen Kupfer-Plattierungsmaterial 8 und Substrat dargestellt, durch die ein Abdichten der Verbindung gewährleistet wird.
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In 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen des Dicht- und Verbindungselement 8 dargestellt. In einem ersten Schritt S1 wird ein Substrat bereitgestellt. Das Substrat ist das Material des Adapters 3, das besonders Stahl umfasst. Dabei ist die Oberfläche des Materials 3a, 3b bevorzugt glatt. In einem zweiten Schritt S2 wird eine Anlage zum Durchführen eines Schweiß-Verfahrens mittels EMPT bereitgestellt. Die Anlage umfasst dabei mindestens eine Spule und mindestens einen Pulsformer. In einem dritten Schritt S3 wird für jedes aufzubringende Dicht- und Verbindungselement 8 ein kupferumfassendes ringförmiges Blech 7 bereitgestellt, das im Innendurchmesser dem Durchmesser der Führung 4 des Adapters 3 entspricht. Dabei kann in Schritt S3 ein tellerförmiges Blech gemäß der Darstellung von 3a aufgebracht werden, dessen Rand einen Winkel von 17° gegenüber dem Material des Adapters aufweist. Es kann in Schritt S3 aber auch ein glattes flaches Blech gemäß der Darstellung von 3b aufgebracht werden; dafür muss ein Winkel von 17° in den Adapter gefräst oder geschlagen werden. In einem vierten Schritt S4 wird das Blech 7 um eine Öffnung der Führung auf dem Material des Adapters angeordnet, in der Darstellung von 4 um die schraubenkopfseitige Öffnung 4a der Führung 4. Dann wird in einem fünften Schritt S5 ein magnetischer Druck durch den Pulsgenerator appliziert. Dabei werden das kupferumfassenden Material des Blechs 7 und der Stahl des Adapters 3 stoffschlüssig miteinander verbunden. Das eigentliche Verfahren des EMPT ist dem Fachmann bekannt.
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Dadurch wird der planparallel verlaufende Teil der Dichtungen reduziert und die Flächenpressung für eine verbesserte plastische Verformung und Abdichtung erhöht. Weiterhin oder alternativ dazu kann auch mindestens ein Wulst 9 an der Unterseite des Kopfes der Bremsflüssigkeitszuführschraube 5a verwendet werden, um die Flächenpressung zu erhöhen. In den 3a und 3b weist die Bremsflüssigkeitsschraube jeweils drei Wulste 9 auf.
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Der Adapter 3 wird zum Durchführen des EMPT-Schweiß-Verfahrens nicht mit einem Zink-Korrosionsschutz versehen. Diese niedrigschmelzende Beschichtung würde sich während des EMPT-Schweiß-Verfahrens verflüssigen und den Schweißvorgang stören. Nach dem Auftragen des kupferumfassenden Dicht- und Verbindungselement 8 wird jedoch ein Korrosionsschutz aufgetragen, der das Material des Adapters 3 vor Korrosion schützt. Gleichzeitig ist dieser Korrosionsschutz aber so weich, dass der unterstützend zum Erzeugen der Abdichtung der Verbindung von Bremsflüssigkeitszuführschraube 5 und Adapter 3 dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Bremsflüssigkeitsleitung
- 3
- Adapter
- 3a
- schraubenkopfseitige Oberfläche des Adapters
- 3b
- bremssattelseitige Oberfläche des Adapters
- 4
- Führung des Adapters
- 4a
- schraubenkopfseitige Öffnung der Führung
- 4b
- bremssattelseitige Öffnung der Führung
- 5
- Bremsflüssigkeitszuführschraube
- 5a
- Kopf der Bremsflüssigkeitszuführschraube
- 5b
- Gewinde der Bremsflüssigkeitszuführschraube
- 6
- Dichtring
- 7
- ringförmiges Blech
- 8
- Dicht- und Verbindungselement
- 9
- Wulst
