DE10242104A1

DE10242104A1 - Kolbenspeicher

Info

Publication number: DE10242104A1
Application number: DE10242104A
Authority: DE
Inventors: Stefan A Drumm; Bernd Krieg
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2003-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher, mit zwei durch einen Kolben (1) in einem Gehäuse (2) voneinander getrennten Kammern (3, 4), wovon die erste Kammer (3) mit einem Gas und die zweite Kammer (4) mit einer Flüssigkeit befüllt ist, mit wenigstens einem Paar zwischen der Kolbenwand und der Innenwand des Gehäuses (2) angeordneten Ringdichtungen (5, 6), wovon die erste Ringdichtung (5) dem Gasdruck der ersten Kammer (3) und die zweite Ringdichtung (6) dem Flüssigkeitsdruck der zweiten Kammer (4) ausgesetzt ist. Zur Benetzung der ersten Ringdichtung (5) mit der Flüssigkeit der zweiten Kammer (4) ist zwischen dem Kolbenhemd und dem Gehäuse (2) ein mit Flüssigkeit befüllter Ringraum (11) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher, insbesondere für elektrohydraulische Bremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE 44 42 019 A1 ist bereits ein Kolbenspeicher beschrieben, bei dem ein Präzisionskolben zum Einsatz kommt, der mittels eines in einer Kolbennut eingesetzten Dichtungspakets in einem Präzisionsrohr geführt ist. Der Präzisionskolben trennt eine unter Hochdruck stehende Gaskammer von einer Flüssigkeitskammer, wodurch eine Ringdichtung dem Gasdruck und eine weitere Ringdichtung dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist.

Die gewählte Kolbenabdichtung ermöglicht im Langzeitbetrieb keine optimalen Dicht- als auch Gleiteigenschaften, da ein vorzeitiger Verschleiß und eine unzulässige Undichtigkeit der dem Gasdruck ausgesetzten, trocken laufenden Ringdichtung nicht ausgeschlossen werden kann. Dies zwingt zur Verwendung besonders hochwertiger Gleit- bzw. Dichtwerkstoffe.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen, funktionssicheren Kolbenspeicher zu schaffen, der vorgenannte Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Kolbenspeicher der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen neuartigen Kolbenspeicher, bei dem die Medientrennung sowie die Schmierung des Kolbenhemds und der ersten Ringdichtung mittels einer verblüffend einfachen Flüssigkeitsversorgung erfolgt, wozu im Bereich zwischen dem Kolbenhemd und der Kolbengleitfläche ein mit Flüssigkeit befüllter Ringraum angeordnet ist.

Hierdurch wird ein Trockenlauf des Kolbens im Bereich der ersten Ringdichtung sowie Gasleckagen und erhöhte, den Verschleiß fördernde Reibkräfte wirkungsvoll verhindert.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden anhand der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt an einem teilgeschnittenen, in Längsansicht gezeigten Kolbenspeicher, dessen Schmierung über einen mit Flüssigkeit vorbefüllten Ringraum erfolgt,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt an einem teilgeschnittenen, in Längsansicht gezeigten Kolbenspeicher, dessen Schmierung über einen Flüssigkeitsvorratsbehälter sichergestellt ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Kolbenspeicher, insbesondere für elektrohydraulische Bremsanlagen, mit zwei durch einen Kolben 1 in einem Gehäuse 2 voneinander getrennte Kammern 3, 4. Die erste Kammer 3, die oberhalb des Kolbens 1 angeordnet ist, weist eine Befüllung mit einem Hochdruckgas auf, während die zweite Kammer 4, die unterhalb des Kolbens 1 angeordnet ist, über einen Druckanschluß 19 an der zweiten Kammer 4 angeschlossen ist, welche die darin zu speichernde Hochdruckflüssigkeit aufnimmt.
Abweichend von der abgebildeten Kolbenposition, in der die zweite Kammer 4 über den Druckanschluß 19 in Richtung eines Druckmittelverbrauchers entleert ist, komprimiert der Kolben 1 in der Befüllstellung der zweiten Kammer 4 mit Flüssigkeit das Gas in der ersten Kammer 3 infolge seiner nach oben gerichteten Hubbewegung. Zwischen der Kolbenwand und der Innenwand des Gehäuses 2 sind untereinander mehrere Ringdichtungen 5, 6 angeordnet, wovon die in der Nähe des oberen Kolbenringstegs angebrachte erste Ringdichtung 5 dem Gasdruck der ersten Kammer 3 ausgesetzt ist, während die in der Nähe des Kolbenbodens, d. h. am unteren Abschnitt der Kolbenwand positionierte zweite Ringdichtung 6 gegen den Flüssigkeitsdruck der zweiten Kammer 4 abdichtet.
Um gute Gleiteigenschaften zu erzielen sowie ein möglichst einfaches Dichtungsmaterial für die erste Ringdichtung 5 verwenden zu können, wird eine permanente Benetzung der ersten Ringdichtung 5 und der Kolbenlauffläche mit der Flüssigkeit im Ringraum 11 vorgeschlagen, wozu der zwischen dem Kolbenhemd und dem Gehäuse 2 angeordnete Ringraum 11 an einen die Gehäusewand durchdringenden Füllanschluss 10 angeschlossen ist, der zwecks einwandfreier Entlüftung und Befüllung an der höchsten Stelle des Ringraums 11 angeordnet ist. Der Füllanschluss 10 befindet sich somit an der Oberkante des Ringraums 11, dessen Abstand zur Unterkante des Ringraums 11 mindestens so groß ist wie der maximale Kolbenhub, so dass die zweite, untere Ringdichtung 6 niemals in den Bohrungsbereich des Füllanschlusses 10 gelangt. Dies schließt die Gefahr der Beschädigung der zweiten Ringdichtung 6 in jedem Fall aus. Der Ringraum 11 ist hierzu auf einfachste Weise entlang dem Kolbenhemd durch eine zwischen dem oberen und unteren Kolbenringsteg 20, 21 umlaufende Ausnehmung hergestellt.
Der Kolben 9 ist vorteilhaft in einer einfachen Formgebung aus verstärktem Kunststoff im Spritzgießverfahren, aus Stahl oder Aluminium im Tiefzieh- bzw. Fließpreßverfahren hergestellt, wobei durch die bedarfsgerechte Kolbenformgebung der Ringraum 11 entsprechend der benötigten Schmiermittelmenge ausgebildet werden kann.
Ferner kann durch eine in Richtung der Kolbenachse veränderbare Position des Kolbenbodens die Volumenaufnahme der Gas- und Flüssigkeitskammer 4, 3 derart beeinflusst werden, dass unter Beibehaltung der Gehäuse- und Kolbenabmessung die Kennliniencharakteristik des Kolbenspeichers in einem weiten Betriebsbereich an die Anforderung der angeschlossenen Anlage, insbesondere für eine Bremsanlage angepasst werden kann.
Die Ringdichtungen 5, 6 am Kolbensteg sind als elastomere Formringe in den Kolbenringnuten montiert und gegebenenfalls mit Backringen versehen.
Das im vorliegenden Beispiel gezeigte topfförmige Gehäuse 1ist vorteilhaft durch Tiefziehen, Fließpressen oder Spritzgießen kostengünstig aus Stahl, Aluminium oder auch aus verstärktem Kunststoff hergestellt. Vorgenannte Herstellungsverfahren können auch für den das Gehäuse 1 verschließenden Deckel 18 zur Anwendung gelangen, der vorzugsweise stoffschlüssig am Gehäuse 2 befestigt ist. Der Deckel 18 weist den Druckanschluss 19 auf, um die Verbindung zu einem Druckmittelverbraucher zu ermöglichen.
In vorliegendem Beispiel besteht der Füllanschluss 10 aus einer mit Innengewinde versehenen Durchgangsbohrung, in die ein mit einem Schraubverschluss versehenes Füll- und Entlüfterventil hineingedreht ist.
Bei Bedarf kann das Füll- und Entlüfterventil auch als in Richtung des Ringraums 11 öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil ausgeführt sein, das zum Evakuieren des Ringraums 11 beispielsweise mittels eines Druckstifts geöffnet werden kann, bis der Evakuier- und Füllvorgangs abgeschlossen ist.
In der Fig. 2 wird ein Kolbenspeicher vorgestellt, der sich durch die nachfolgenden beschriebenen Merkmale vom Kolbenspeicher nach Fig. 1 unterscheidet.
Ein kleiner Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 ist vorzugsweise unmittelbar am Gehäuse 2 des Kolbenspeichers befestigt, der mit dem Füllanschluss 10 verbunden ist. Der Ringraum 11 dient sowohl als Verteiler- als auch Vorratsraum für die vom Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 an den Kolben 1 und die Ringdichtungen 5, 6 zugeführte Flüssigkeit. Durch eine Hubbewegung des Kolbens 1 gelangt die Flüssigkeit in den Gleitbereich der ersten Ringdichtung 5, so dass ein Trockenlauf vermieden wird.
In der Ausführung nach Fig. 2 gelangt bei einem Defekt der zweiten Ringdichtung 6 Leckageflüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer 4 in den Ringraum 11 und wirkt von dort in den Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 zurück, dessen Volumen beispielsweise mittels einer Schwimmer-Pegelanzeige in der Ruheposition des Kolbens 1 überwacht wird. Eine unzulässig hohe Flüssigkeitsleckage über die Ringdichtung 6 in den Ringraum 11 pflanzt sich über das Füllrohr 8 in den Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 fort, was zu einer von einem Sensor 12 erfassten Zunahme des Flüssigkeitsvolumens im Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 führt. Der Sensor 12 ist beispielhaft als Schwimmer im Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 ausgebildet, um den dort jeweils vorherrschenden Flüssigkeitsspiegel zu erfassen. Der Sensor 12 ist mit einem Steuergerät 17 elektrisch verbunden, dessen Auswerteschaltung bei einem unzulässig großen Flüssigkeitsvolumen im Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 die Signale des Sensor 12 als Defekt des Kolbenspeichers interpretiert. Ein vom Steuergerät 17 erkannter Defekt führt zu einer optischen und/oder akustischen Warnung (Warnanzeige 13) und bei einem als schwerwiegend erkannten Defekt zu weiteren Maßnahmen, beispielsweise zu einer Stilllegung des Fahrzeugs. Dies geschieht gegebenenfalls durch das Zusammenwirken mit anderen Steuergeräten im Fahrzeug, beispielsweise durch eine Vernetzung des Steuergeräts 17 mit einem Motorsteuergerät des Fahrzeugs.
Durch die beschriebene Überwachung des Flüssigkeitsvolumens im Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 wird somit mit einfachen Mitteln eine Undichtigkeit des Kolbenspeichers im Bereich der zweiten Ringdichtung 6 festgestellt.
Ferner wird durch den atmosphärisch belüfteten Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 eine Vermischung von kompressiblen und inkompressiblen Medien verhindert, da eine Gasleckage aus der Kammer 3 entlang dem Kolbenhemd allenfalls in den Ringraum 11 gelangt und von dort über den Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 ausgasen kann. Damit wird ein Vermischen des Gases mit dem Betriebsstoff der Kammer 4 verhindert.
Der Übertritt von Gas in die Kammer 4 würde nämlich bei der Verwendung des Kolbenspeichers für eine elektrohydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage zum Verlust der Bremswirkung führen, sobald ein Vermischen des Leckagegases mit der blasenfreien Bremsflüssigkeit in der zweiten Kammer 4 eintreten würde.
Die beispielhaft gezeigte Ausbildung des Kolbens 1 nach Fig. 2 als Stufenkolben bewirkt eine Abhängigkeit des Flüssigkeitsvolumens im Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 von der jeweiligen Stellung des Kolbens 1, so dass über den Sensor 12 der Befüllzustand des Kolbenspeichers erfasst werden kann.
Die zuvor beschriebene Überwachung des Kolbenspeichers auf eine Leckage kann dabei durch eine Überwachung des beim Befüllen des Kolbenspeichers maximal erreichten Flüssigkeitsvolumens im Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 erfolgen.
Außerdem führt die Ausbildung als Stufenkolben vorteilhaft zu einer Verkleinerung der in Richtung der Gaskammer 3 abzudichtende Umfangsfläche im Bereich der Ringdichtung 5. Entsprechend ist der Außendurchmesser des Kolbens 1 im Bereich der ersten Ringdichtung 5 kleiner als im Bereich der zweiten Ringdichtung 6 gewählt, was gleichzeitig auch die Reibkräfte minimiert. Das Gehäuse 2 ist im Innendurchmesser an die unterschiedlichen Außendurchmesser des Stufenkolbens angepasst, wobei im Übergangsbereich der daraus resultierenden Gehäusestufe ein am Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 angespritztes Füllrohr 8 in den als Schrägbohrung in das Gehäuse 2 einmündenden Füllanschluss 10 gesteckt ist.
Anstelle des Füllrohrs 8 kann auch über einen an einem Ausgleichsbehälter eines Bremsdruckgebers angeschlossenen Füllschlauch die Flüssigkeitsversorgung zum Ringraum 11 erfolgen, so dass bei Wunsch oder Bedarf von der in Fig. 2 dargestellten Ausführung abgewichen werden kann.
Die Herstellung geschieht je nach gewähltem Gehäuse- und Kolbenwerkstoff beispielsweise durch Kunststoff-Spritzgießen, Formpressen, Tiefziehen oder durch ein Metall- Druckgussverfahren für den Kolben 1 und/oder das Gehäuse 2, ggf. unter Zuhilfenahme von Einlegeteilen, Anschlussrohren und/oder Bohroperationen für die Herstellung des Füllanschlusses 10 im Gehäuse 2. Der Flüssigkeitsvorratsbehälter 16 ist mit dem Füllrohr 10 durch Kunststoffspritzgießen hergestellt und beispielsweise mittels angespritzter Haken 14 in Blechlaschen 15 am Gehäuse 2 gehalten.
Soweit nicht auf alle in der Fig. 2 gezeigten Merkmale eingegangen wurde, entsprechen diese den erläuterten Merkmalen des Kolbenspeichers nach Fig. 1.
Durch die vorgestellte Erfindung lassen sich auf einfache, funktionssichere Weise Reibkräfte, Verschleiß und Undichtigkeiten im Bereich der dem Gasdruck ausgesetzten Ringdichtung 5 minimieren als auch eine eventuelle Undichtigkeit des Kolbenspeichers im Bereich der zweiten Ringdichtung 6 mit einfachen Mitteln feststellen. Ferner wird durch die Ausbildung des Kolbens 1 als Stufenkolben die Erfassung des Befüllzustandes mittels des Sensors 12 möglich. Bezugszeichenliste 1 Kolben
2 Gehäuse
3 Kammer
4 Kammer
5 Ringdichtung
6 Ringdichtung
7 Ringdichtung
8 Füllrohr
9 -
10 Füllanschluss
11 Ringraum
12 Sensor
13 Warnanzeige
14 Haken
15 Blechlasche
16 Flüssigkeitsvorratsbehälter
17 Steuergerät
18 Deckel
19 Druckanschluss
20 Kolbenringsteg
21 Kolbenringsteg

Claims

1. Kolbenspeicher, insbesondere für elektrohydraulische Bremsanlagen, mit zwei durch einen Kolben (1) in einem Gehäuse (2) voneinander getrennten Kammern (3, 4), wovon die erste Kammer (3) mit einem Gas und die an einem Druckmittelverbraucher angeschlossene zweite Kammer (4) mit Flüssigkeit befüllt ist, mit zwischen der Kolbenwand und der Innenwand des Gehäuses (2) angeordneten Ringdichtungen (5, 6), wovon die erste Ringdichtung (5) dem Gasdruck der ersten Kammer (3) ausgesetzt ist, während die zweite Ringdichtung (6) dem Hydraulikdruck der zweiten Kammer (4) ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kolbenwand und dem Gehäuse (2) ein mit Flüssigkeit befüllter Ringraum (11) angeordnet ist.

2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (11) mit einem Füllanschluss (10) im Gehäuse (2) verbunden ist.

3. Kolbenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllanschluss (10) zwecks einwandfreier Entlüftung an der höchsten Stelle des Ringraums (11) gelegen ist.

4. Kolbenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkeitsvorratsbehälter (16) vorzugsweise unmittelbar am Gehäuse (2) befestigt ist, der mit dem Füllanschluss (10) verbunden ist.

5. Kolbenspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsbehälter (16) einen Sensor (12) zur Überwachung des Flüssigkeitsvolumens im Flüssigkeitsvorratsbehälter (16) aufweist.

6. Kolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Weiterleitung eines vom Sensor (12) erfassten Messsignals der Sensor (12) mit einem Steuergerät (17) elektrisch verbunden ist.

7. Kolbenspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eine Auswerteschaltung aufweist, die aus dem Messsignal des Sensors (12) den Befüllzustand des Kolbenspeichers ermittelt.

8. Kolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (17) mit einer optischen und/oder akustischen Warnanzeige (13) zusammenwirkt, die bei einem fehlerhaften Flüssigkeitsvolumen vom Steuergerät (17) aktiviert ist.

9. Kolbenspeicher nach Anspruch 6, der in einer elektrohydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (17) bei einem schwerwiegenden Defekt des Kolbenspeichers das Fahrzeug zwecks Reduzierung der Verkehrsgefährdung in seiner Betriebsweise einschränkt oder stilllegt, wozu das Steuergerät (17) vorzugsweise mit weiteren Steuergeräten im Kraftfahrzeug kommuniziert.

10. Kolbenspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsbehältar (16) ein Füllrohr (8) aufweist, das an den in das Gehäuse (2) einmündenden Füllanschluss (10) angeschlossen ist.

11. Kolbenspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsbehälter (16) mit dem Füllrohr (8) durch Kunstoffspritzgießen hergestellt und vorzugsweise mittels angespritzter Haken (14) in Blechlaschen (15) am Gehäuse (2) gehalten ist.