WO2001059319A1 - Schwingungsdämpfer für eine hydraulische fahrzeug-bremsanlage - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a vibration damper for a hydraulic vehicle brake system with a membrane facing the hydraulic medium transmitting the braking force, which is attached with its edge region to a carrier body in such a way that its center region moves at least slightly towards or away from the carrier body can.
  • a vibration damper for a hydraulic vehicle brake system with a membrane facing the hydraulic medium transmitting the braking force, which is attached with its edge region to a carrier body in such a way that its center region moves at least slightly towards or away from the carrier body can.
  • vibration damper in a hydraulic brake system according to the preamble of claim 1, in order to thereby reduce undesirable vibrations in the hydraulic system, or to prevent small vibrations caused by any disturbing forces from building up to an intolerable intensity.
  • a vibration damper can also be referred to as a “pressure smoother”.
  • pressure smoother for this purpose, for example, spring-loaded vibration dampers can be used, which, however, are relatively complex.
  • a vibration damper known from the above-mentioned document is considerably simpler, which has a housing or a carrier body with a has a concave recess which is closed off by a disk-shaped diaphragm made of spring plate, this diaphragm, which is acted upon on the outside by the hydraulic medium of the brake system, is welded to the edge of the carrier body and the cavity located between the diaphragm and said recess is filled with air the membrane to move with its center region into the cavity and away from the support body, whereby vibration damping can be achieved with a suitable design. It has been shown that especially when the membrane is relatively thin and thus weak, it can tear at its worst, so that the air can get into the hydraulic system from the cavity between the membrane and the support body. Air pockets in the hydraulic system of a hydraulic vehicle brake system are known to be extremely undesirable, since this results in a soft brake application caused by the compression of the enclosed air.
  • the object of the present invention is to provide a remedial measure for the problems described.
  • the vibration damper is no longer functional after membrane destruction, but at least the function of the brake system is not impaired.
  • the vibrations that can no longer be damped when a membrane is destroyed merely lead to a loss of comfort, since these vibrations can at worst be transmitted to the chassis of the vehicle, for example a passenger car.
  • vibration damping in the hydraulic system of a motor vehicle brake system can be necessary in particular if the hydraulic medium does not have excessively high brake pressures, namely, for example, in the range from 5 bar to 20 bar.
  • the membrane itself should be relatively thin and be flexible.
  • the vacuum applied to the side of the diaphragm facing away from the hydraulic medium is also advantageous from this point of view, since the vibration damper can therefore be effective from an absolute pressure of 1 bar.
  • the relevant dimensions of the vibration damper can be designed in such a way and the rigidity of the diaphragm can be selected in such a way that the diaphragm is at one Pressure of the hydraulic medium in the order of magnitude of 25 bar and more is applied across the entire surface of the facing surface of the carrier body.
  • the surface which is effective with regard to the desired effect namely the vibration damping
  • the desired effect can be enlarged, for example, given the dimensions of the support body, and thus the damping effect can be increased if the membrane is corrugated or wavy in some areas.
  • the surface of the support body facing the membrane in this area can also have a cross-section, i.e. be designed quasi synchronously with this.
  • the carrier body can be the brake piston provided in the brake caliper of a vehicle brake, on whose side facing away from the hydraulic medium there is a brake pad carrier.
  • a vibration damper for a hydraulic raulische vehicle brake system is shown as a preferred embodiment of the invention in the attached single figure in section and will be briefly described below.
  • Reference number 1 denotes the so-called carrier body of the vibration damper, which here is at the same time the brake piston provided in the brake caliper of an otherwise conventional motor vehicle brake system.
  • the (here upper) end face 1a (here upper) end face 1c is, as usual, acted upon by the hydraulic medium transmitting the braking force.
  • a circular recess 2 is provided in the carrier body 1, which is at least slightly concave, i.e. the depression 2 is offset in the region of the central axis 3 of the carrier body 1 deeper or further relative to the end face 1c of the carrier body 1 than in the edge region thereof. Furthermore, as can be seen, the surface of the carrier body 1 is formed in some areas in an undulating manner within this depression 2. Since - as already mentioned - it is a circular depression 2 in the cylindrical carrier body 1, the wave tips 4a or the wave troughs 4b of this wave-shaped surface naturally also describe circles. (Otherwise, in the case of a carrier body 1 produced by extrusion, this contour can also be embossed in the manufacturing process).
  • a likewise substantially circular membrane 5 is provided, which is attached in its edge region to the carrier body 1 or to its end face 1c in the region of the depression 2 in such a way that this membrane 5 with its central region lying in the region of the central axis 3 at least slightly to the carrier body 1, that is to the end face 1c or from this one can move away.
  • the membrane 5 is preferably fastened in its edge region to the carrier body 1 by means of a weld seam 6 produced by electron beam welding.
  • the diaphragm 5 is off its fastening area or fastening partition, i.e. spaced apart from the weld 6 from the surface of the carrier body 1. Between the membrane 5 and the carrier body 1 there is thus a cavity 7 which is largely evacuated, i.e. there is essentially a vacuum in this cavity 7.
  • the area or section of the membrane 5 lying in this undulating section is also designed to be undulating to match the wave shape of the surface of the carrier body 1 in the region of the recess 2.
  • the wave form which is clearly visible in the cross section of the membrane 5 is parallel to that of the surface of the carrier body 1, i.e. these two components are designed to be quasi-synchronous with one another in a wave-like or corrugated manner such that the wave troughs 4b and the wave tips 4a each come to lie one above the other.
  • the distance (measured in the vertical direction in the figure) between the membrane 5 not acted upon by hydraulic pressure and the its facing surface of the carrier body 1 in the edge region of the membrane 5 apart from its fastening section (ie away from the weld seam 6) is smaller than in the central region of the membrane 5, ie in the vicinity of the central axis 3.
  • Vibrations in the hydraulic system of the vehicle brake system acting on the end face 1c of the carrier body 1 and thus also on the diaphragm 5 can now be successfully damped with the vibration damper formed by this diaphragm 5 and the evacuated cavity 7 behind it, until this diaphragm 5 is continuously pressed against the surface of the carrier body under the action of the hydraulic pressure.
  • the hydraulic pressure is lower than this value, pressure vibrations in the hydraulic system will attempt to set the membrane 5 into vibration at least in its central region, ie in time the membrane 5 will alternately move towards and away from the carrier body surface. With suitable coordination of the relevant dimensions, this can result in effective vibration damping.
  • the thickness of the membrane 5, for example made of nickel steel or NiBe can be in the order of magnitude of 0.4 mm to 0.7 mm.
  • Such a vibration damper advantageously responds only in the actually required value range of the (variable) pressure prevailing in the hydraulic system, for example in the range from approximately 2 bar to approximately 20 bar.
  • the diaphragm 5 rests on the support body 1 over the entire surface, so that there is no fear of influencing the braking behavior of the overall system. If the membrane 5 is destroyed, advantageously no air can get into the hydraulic system, although it should also be pointed out that a large number of details can deviate from the exemplary embodiment shown without departing from the content of the patent claims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für eine hydraulische Fahrzeug-Bremsanlage mit einer dem die Bremskraft übertragenden Hydraulikmedium zugewandten Membrane, die mit ihrem Randbereich derart an einem Trägerkörper befestigt ist, daß sie sich mit ihrem Zentrumsbereich zumindest geringfügig zum Trägerkörper hin oder von diesem weg bewegen kann. Erfindungsgemäß ist der für die Membran-Bewegung erfoderliche Hohlraum zwischen der Membrane und dem Trägerkörper weitestgehend evakuiert. Bevorzugt ist die S teifigkeit der Membrane derart gewählt, daß die Membrane bei einem Druck de Hydraulikmediums in der Größenordnung von 25 bar und mehr vollflächig an der zugewandten Oberfläche des Trägerkörpers anliegt. Dabei kann die Membrane bereichsweise sowie in diesem Bereich die der Membrane zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers im Querschnitt wellenförmig ausgebildetsein. Bevorzugt handelt es sich beim Trägerkörper um den im Bremssattel einer Fahrzeugbremse vorgesehenen Bremskolben, an dessen dem Hydraulikmedium abgewandten Seite ein Bremsbelag-Träger anliegt.

Description

Schwingungsdämpfer für eine hydraulische Fahrzeug-Bremsanlage
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für eine hydraulische Fahr- zeug-Bremsanlage mit einer dem die Bremskraft übertragenden Hydraulikmedium zugewandten Membrane, die mit ihrem Randbereich derart an einem Trägerkörper befestigt ist, daß sie sich mit ihrem Zentrumsbereich zumindest geringfügig zum Trägerkörper hin oder von diesem weg bewegen kann. Zum bekannten Stand der Technik wird auf die DE 195 44 223 A1 verwiesen.
Es kann erforderlich sein, in einer hydraulischen Bremsanlage einen Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzusehen, um hiermit unerwünschte Schwingungen im Hydrauliksystem zu vermindern, bzw. zu verhindern, daß sich kleine, durch irgendwelche Störkräfte angefachte Schwingungen zu einer nicht mehr tolerierbaren Intensität aufschaukeln. Dabei kann ein derartiger Schwingungsdämpfer auch als „Druckglätter" bezeichnet werden. Hierfür können bspw. federbelastete Schwingungsdämpfer zum Einsatz kommen, die jedoch relativ aufwendig sind. Wesentlich ein- facher ist ein aus der o.g. Schrift bekannter Schwingungsdämpfer, der ein Gehäuse oder einen Trägerkörper mit einer konkav ausgebildeten Ausnehmung aufweist, welche durch eine scheibenförmige Membrane aus Federblech abgeschlossen ist. Diese außenseitig vom Hydraulikmedium der Bremsanlage beaufschlagte Membrane ist randseitig mit dem Trägerkörper verschweißt und der zwischen der Membrane und der genannten Ausnehmung gelegene Hohlraum ist mit Luft gefüllt. Entstehende Druckschwingungen im Hydrauliksystem veranlassen die Membrane, sich mit ihrem Zentrumsbereich in den Hohlraum hinein und wieder vom Trägerkörper wegzubewegen, wodurch bei geeigneter Auslegung eine Schwingungsdämpfung erzielt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere dann, wenn die Membrane relativ dünn und somit schwach ausgebildet ist, diese ungüstigstenfalls reißen kann, so daß die Luft aus dem Hohlraum zwischen Membrane und Trägerkörper in das Hydrauliksystem gelangen kann. Lufteinschlüsse im Hydraulik- system einer hydraulischen Fahrzeug-Bremsanlage sind aber bekanntermaßen äußerst unerwünscht, da sich hierdurch eine weiche Bremsbetätigung, hervorgerufen durch die Kompression der eingeschlossenen Luft, einstellt.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der für die Membran-Bewegung erforderliche Hohlraum zwischen der Membrane und dem Trägerkörper weitestgehend evakuiert ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß befindet sich im genannten Hohlraum zwischen der Membrane und dem Trägerkörper im wesentlichen Vakuum, so daß bei einer zwar unerwünschten, jedoch nicht hundertprozentig auszuschließenden Zerstörung der Membrane keine Luft in das Hydrauliksystem gelangen kann. Selbstverständlich ist nach einer Membran-Zerstörung der Schwingungsdämpfer nicht mehr funktionsfähig, jedoch wird zumindest die Bremsanlage nicht in ihrer Funktion beeinträchtigt. Die bei einer zerstörten Membrane nicht mehr dämpfbaren Schwingungen führen nämlich lediglich zu einer Komforteinbuße, da diese Schwingungen ungüstigstenfalls in das Fahrwerk des Fahrzeuges, bspw. Personenkraftwagens, übertragen werden können.
Es hat sich gezeigt, daß eine Schwingungsdämpfung im Hydrauliksystem einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage insbesondere dann erforderlich werden kann, wenn im Hydraulikmedium keine allzu hohen Bremsdrücke, nämlich bspw. in der Größenordnung von 5 bar bis 20 bar, vorliegen. Um hier eine wirksame Dämpfung zu erzielen, sollte die Membrane an sich relativ dünn und flexibel ausgebildet sein. Auch unter diesem Aspekt ist das auf der dem Hydraulikmedium abgewandten Seite der Membrane anliegende Vakuum vorteilhaft, da somit der Schwingungsdämpfer bereits ab einem Absolutdruck von 1 bar wirksam werden kann. Um dabei zu verhindern, daß die Membra- ne durch höhere Bremsdrücke - diese können bis in die Größenordnung von 200 bar steigen - zerstört wird, können die relevanten Abmessungen des Schwingungsdämpfers derart ausgelegt und die Steifigkeit der Membrane derart gewählt sein, daß die Membrane bei einem Druck des Hydraulikmediums in der Größenordnung von 25 bar und mehr vollflächig an der zuge- wandten Oberfläche des Trägerkörpers anliegt.
Die hinsichtlich des gewünschten Effektes, nämlich der Schwingungsdämpfung wirksame Oberfläche kann bspw. bei vorgegebenen Abmessungen des Trägerkörpers vergrößert und somit die Dämpfungswirkung gesteigert wer- den, wenn die Membrane bereichsweise gewellt bzw. wellenförmig ausgebildet ist. Um auch bei einer derartigen Membran-Gestaltung eine Zerstörung derselben, hervorgerufen durch hohe Hydraulikdrücke, zu verhindern, kann die in diesem Bereich der Membrane zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers im Querschnitt ebenso, d.h. quasi synchron hierzu gestaltet sein. Ebenfalls aus Festigkeitsgründen kann es insbesondere bei einer derartigen Membrangestaltung empfehlenswert sein, die geometrischen Abmessungen derart zu wählen, daß der Abstand zwischen der nicht mit Hydraulikdruck beaufschlagten Membrane und der ihr zugewandten Oberfläche des Trägerkörpers im Randbereich der Membrane abseits des Befestigungsabschnittes (mit welchem sie am Trägerkörper befestigt ist) geringer ist als im Membranen-Zentralbereich.
Im Sinne einer vorteilhaften Funktionsvereinigung kann es sich beim Trägerkörper um den im Bremssattel einer Fahrzeugbremse vorgesehenen Brems- kolben handeln, an dessen dem Hydraulikmedium abgewandten Seite ein Bremsbelag-Träger anliegt. Ein derartiger Schwingungsdämpfer für eine hyd- raulische Fahrzeug-Bremsanlage ist als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in der beigefügten einzigen Figur im Schnitt dargestellt und wird im weiteren kurz beschrieben.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der sog. Trägerkörper des Schwingungsdämpfers bezeichnet, der hier gleichzeitig der im Bremssattel einer ansonsten üblichen Kraftfahrzeug-Bremsanlage vorgesehene Bremskolben ist. An der (in der Figur unteren) Stirnseite 1a dieses zylindrischen Bremskolbens 1 bzw. Trägerkörpers 1 , der mit seiner Zylinder-Mantelfläche 1b in einem nicht darge- stellten Zylinder verschiebbar geführt ist, liegt wie üblich ein (figürlich nicht dargestellter) Bremsbelag-Träger an. Die der (hier unteren) Stirnseite 1a gegenüberliegende (hier obere) Stirnseite 1c wird wie üblich vom die Bremskraft übertragenden Hydraulikmedium beaufschlagt.
In der Stirnseite 1c ist eine kreisförmige Vertiefung 2 im Trägerkörper 1 vorgesehen, die zumindest geringfügig konkav ausgebildet ist, d.h. die Vertiefung 2 ist im Bereich der Zentralachse 3 des Trägerkörpers 1 tiefer bzw. weiter gegenüber der Stirnseite 1c des Trägerkörpers 1 hinein versetzt, als in deren Randbereich. Ferner ist - wie ersichtlich - die Oberfläche des Träger- körpers 1 innerhalb dieser Vertiefung 2 bereichsweise wellenförmig ausgebildet. Da es sich - wie bereits erwähnt - um eine kreisförmige Vertiefung 2 im zylindrischen Trägerkörper 1 handelt, beschreiben die Wellenspitzen 4a bzw. die Wellentäler 4b dieser wellenförmigen Oberfläche selbstverständlich ebenfalls Kreise. (Im übrigen kann bei einem durch Fließpressen hergestell- ten Trägerkörper 1 diese Kontur bei Herstellungsprozess mit eingeprägt werden).
Vorgesehen ist eine ebenfalls im wesentlichen kreisförmige Membrane 5, die in ihrem Randbereich derart am Trägerkörper 1 bzw. an dessen Stirnseite 1c im Bereich der Vertiefung 2 befestigt ist, daß sich diese Membrane 5 mit ih- rem im Bereich der Zentralachse 3 liegenden Zentrumsbereich zumindest geringfügig zum Trägerkörper 1 , d.h. zu dessen Stirnseite 1c hin oder von diesem/dieser weg bewegen kann. Bevorzugt ist die Membrane 5 in ihrem Randbereich am Trägerkörper 1 mittels einer durch Elektronenstrahlschwei- ßen erzeugten Schweißnaht 6 befestigt.
Wirken auf die freie, von außen zugängliche, d.h. dem Hydraulikmedium des Hydrauliksystemes der Bremsanlage zugewandte Oberfläche der Membrane 5 keine bzw. im wesentlichen keine Kräfte ein, so ist die Membrane 5 abseits ihres Befestigungsbereiches bzw. Befestigungsabschinttes, d.h. abseits der Schweißnaht 6 von der Oberfläche des Trägerkörpers 1 beabstandet. Zwi- sehen der Membrane 5 und dem Trägerkörper 1 befindet sich somit ein Hohlraum 7, der weitestgehend evakuiert ist, d.h. in diesem Hohlraum 7 herrscht im wesentlichen Vakuum.
Der Wellenform der Oberfläche des Trägerkörpers 1 im Bereich der Vertie- fung 2 angepaßt ist auch der in diesem wellenförmigen Abschnitt liegende Bereich oder Abschnitt der Membrane 5 wellenförmig ausgebildet. Die im Querschnitt der Membrane 5 gut ersichtliche Wellenform ist dabei parallel zu derjenigen der Oberfläche des Trägerkörpers 1 , d.h. diese beiden Bauteile sind quasi synchron zueinander wellenförmig oder gewellt ausgebildet, der- art, daß die Wellentäler 4b sowie die Wellenspitzen 4a jeweils übereinander zum Liegen kommen.
Was die Abmessung des evakuierten Hohlraumes 7 betrifft, die im wesentlichen durch die Konkavität der Oberfläche des Trägerkörpers 1 im Bereich der Vertiefung 2 bestimmt ist, so ist der (in der Figurendarstellung in Vertikalrichtung gemessene) Abstand zwischen der nicht mit Hydraulikdruck beaufschlagten Membrane 5 und der ihr zugewandten Oberfläche des Trägerkörpers 1 im Randbereich der Membrane 5 abseits von deren Befestigungsabschnittes (d.h. abseits der Schweißnaht 6) geringer ist als im Zentralbereich der Membrane 5, d.h. in der Umgebung der Zentralachse 3. Schwingungen im auf die Stirnseite 1c des Trägerkörpers 1 und somit auch auf die Membrane 5 einwirkenden Hydrauliksystem der Fahrzeug- Bremsanlage können nun mit dem durch diese Membrane 5 und den dahin- terliegenden evakuierten Hohlraum 7 gebildeten Schwingungsdämpfer so- lange erfolgreich gedämpft werden, bis diese Membrane 5 unter Einwirkung des Hydraulikdruckes kontinuierlich gegen die Oberfläche des Trägerkörpers gedrückt wird. Ist der Hydraulikdruck jedoch geringer als dieser Wert, so werden Druckschwingungen im Hydrauliksystem die Membrane 5 zumindest in ihrem Zentrumsbereich in Schwingung zu versetzen trachten, d.h. zeitlich betrachtet die Membrane 5 abwechselnd zur Trägerkörper-Oberfläche hin und von dieser weg bewegen. Bei geeigneter Abstimmung der relevanten Dimensionen kann hieraus eine wirkungsvolle Schwingungsdämpfung resultieren. So kann bspw. die Dicke der bspw. aus Nickelstahl oder NiBe bestehenden Membrane 5 in der Größenordnung von 0,4 mm bis 0,7 mm liegen. Vorteilhafterweise spricht ein derartiger Schwingungsdämpfer nur in dem tatsächlich benötigten Wertebereich des im Hydrauliksystem herrschenden (variablen) Druckes an, so bspw. im Bereich von ca. 2 bar bis ca. 20 bar. Bei höheren Hydraulikdrücken liegt die Membrane 5 vollflächig auf dem Trägerkörper 1 auf, so daß keine Beeinflussung des Bremsverhaltens des Gesamt- systemes zu befürchten ist. Bei einer Zerstörung der Membrane 5 kann vorteilhafterweise keine Luft in das Hydrauliksystem gelangen, wobei noch darauf hingewiesen sei, daß durchaus eine Vielzahl von Details abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Schwingungsdämpfer für eine hydraulische Fahrzeug-Bremsanlage mit einer dem die Bremskraft übertragenden Hydraulikmedium zugewandten Membrane (5), die mit ihrem Randbereich derart an einem Trägerkörper (1) befestigt ist, daß sie sich mit ihrem Zentrumsbereich zumindest geringfügig zum Trägerkörper hin oder von diesem weg bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Membran-Bewegung erfo- derliche Hohlraum (7) zwischen der Membrane (5) und dem Träger- körper (1) weitestgehend evakuiert ist.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Membrane (5) derart gewählt ist, daß die Membrane bei einem Druck des Hydraulikmedi- ums in der Größenordnung von 25 bar und mehr vollflächig an der zugewandten Oberfläche des Trägerkörpers (1) anliegt.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (5) bereichsweise sowie in diesem Bereich die der Membrane zugewandte Oberfläche des
Trägerkörpers (1) im Querschnitt wellenförmig ausgebildet ist.
4. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der nicht mit Hydraulikdruck beaufschlagten Membrane (5) und der ihr zugewand- ten Oberfläche des Trägerkörpers (5) im Randbereich der Membrane abseits des Befestigungsabschnittes geringer ist als im Membranen- Zentralbereich.
5. Schwingungsdämpfer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) der im Bremssattel einer Fahrzeugbremse vorgesehene Bremskolben ist, an dessen dem Hydraulikmedium abgewandten Seite (1a) ein Bremsbelag-Träger anliegt.
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