Titel

Speicherkolbenvorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Speicherkolbenvorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine derartige Speicherkolbenvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 102012 219 054 Al bereits bekannt.

Speicherkolbenvorrichtungen werden vorzugsweise in Druckmittelspeichern von Hydraulikaggregaten zur elektronischen Druckregelung in Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie sind dazu in einem Speicherzylinder beweglich geführt aufgenommen und trennen einen mit hydraulischem Druckmittel befüllbaren Speicherraum von einem Luftraum ab, in dem zumeist eine die Speicherkolbenvorrichtung beaufschlagende Kolbenfeder angeordnet ist. In den Speicherraum strömt entgegen der Kraft der Kolbenfeder Druckmittel ein, das im Rahmen einer Bremsdruckregelung aus wenigstens einer zugeordneten Radbremse der Fahrzeugbremsanlage abgelassen wird.

Bei konventionell, d.h. durch einen Verbrennungsmotor, angetriebenen Kraftfahrzeugen findet eine derartige Bremsdruckregelung üblicherweise in Abhängigkeit der aktuellen Schlupfverhältnisse an einem der Radbremse zugeordneten Rad statt. Ziel dabei ist es, einem Blockieren dieses Rades entgegen zu wirken um Seitenführungskräfte am Rad und folglich einen stabilen Fahrzustand des Fahrzeugs aufrecht zu halten. Dahingehend kritische Fahrzustände treten relativ selten auf, so dass die Druckmittelspeicher einer verhältnismäßig geringen Belastung ausgesetzt sind.

Elektronisch schlupf- bzw. druckregelbare Fahrzeugbremsanlagen sind unter der Bezeichnung ABS/ESP-Bremsanlagen hinlänglich bekannt.

Neuerdings kommen vermehrt Fahrzeuge auf den Markt, die neben einem Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet sind oder die ausschließlich von einem elektrischen Motor angetrieben sind. Elektrische Antriebe haben neben ihrem lokal emissionsfreien Betrieb den Vorteil, dass sie in einen Generatorbetrieb umschaltbar sind, während dem sie Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandeln und dadurch das Fahrzeug abbremsen können. Die gewonnene Energie kann zu einem späteren Zeitpunkt zum Antrieb des Fahrzeugs benutzt werden, was letztlich den Wirkungsgrad des Antriebstrangs eines solchen Fahrzeugs erhöht.

Durch eine bloße Umschaltung des elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs in einen Generatorbetrieb kann eine Vielzahl von Bremswünschen eines Fahrers umgesetzt werden, ohne dass die konventionelle hydraulische Bremsanlage des Fahrzeugs einzusetzen ist. Lediglich wenn das Generatorbremsmoment zu einer gewünschten Verzögerung des Fahrzeugs alleine nicht ausreicht, wird mit einer Betätigung der hydraulischen Bremsanlage ein unterstützendes Bremsmoment abgerufen.

Allerdings nimmt das Generatorbremsmoment mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und damit mit der Drehzahl eines angetriebenen Rotors ab. Um demnach einen vom Fahrer vorgegebenen Bremswunsch bzw. ein dementsprechendes Gesamtbremsmoment bereitzustellen, muss mit sinkendem Anteil des Generatorbremsmoments der Anteil des hydraulischen Bremsmoments erhöht werden. Damit der Fahrer von dieser sogenannten Momentenverblendung möglichst keine Notiz nimmt, ist bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen während eines Bremsvorgangs eine laufende Anpassung des hydraulischen Bremsdrucks notwendig. Diese Anpassung erfolgt über das Hydraulikaggregat der hydraulischen Fremdkraftbremsanlage und respektive über eine Betätigung des Druckmittelspeichers.

Im Unterscheid zu konventionell angetriebenen Kraftfahrzeugen ist bei Bremsvorgängen von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb der Druckmittelspeicher des Hydraulikaggregats deshalb an nahezu jedem Bremsvorgang beteiligt und damit dementsprechend stärker belastet. Zudem kommt es bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen auf eine möglichst hohe Effektivität der erwähnten Energierückgewinnung bei einem Bremsvorgang an. Dies wiederum setzt voraus, dass der Druckmittelspeicher einen geringen Ansprechdruck aufweist, dass also zu einer Betätigung von dessen Speicherkolbenvorrichtung bereits geringe Druckunterschiede ausreichen.

Bekannte Druckmittelspeicher sind diesbezüglich nachteilig, weil deren Speicherkolbenvorrichtungen zu einer wirksamen Führung und Abdichtung im Speicherzylinder mit relativ hohen radialen Anpresskräften an der Wandung eines Speicherzylinders geführt sind. Notwendig sind derart hohe Anpresskräfte deshalb, weil Speicherkolbenvorrichtungen oft aus Kunststoff hergestellt sind und damit radial aus einem Werkzeug entformt werden. Dabei ergeben sich in einem Bereich der Speicherkolbenvorrichtung, an dem später eine Dichtung vorgesehen ist, Trenngrate mit einem nachteiligen Einfluss auf die Dichtverhältnisse, denen durch eine Erhöhung der Anpresskräfte Rechnung getragen werden muss.

Zwar ist es zu einer Umgehung dieses Nachteils möglich, Speicherkolbenvorrichtungen einzusetzen, die als Drehteil, bevorzugt aus Aluminium hergestellt sind, allerdings ist diese Herstellungsmethode aufwändig, teuer und trägt zu einer Erhöhung das Gesamtgewicht eines Hydraulikaggregats bei.

Von weiterem Nachteil ist, dass Dichtungen herkömmlicher Druckmittelspeicher aufgrund der erhöhten Anpresskräfte bzw. aus Verschleißschutzgründen mit Formdichtungen ausgerüstet sind, die einen massiven Dichtungsquerschnitt aufweisen. Derartige Formdichtungen haben aufgrund ihrer reduzierten Elastizität Nachteile hinsichtlich Dicht- und/oder Reibeigenschaften bei sinkenden Umgebungstemperaturen. Im Ergebnis weisen bekannte Druckmittelspeicher deshalb ein Ansprechverhalten auf, das die Effektivität bei einer Energierückgewinnung belastet und schließlich eine Entleerung des Druckmittelspeichers und damit einen Bremsdruckabbau zum Ende eines Bremsvorgangs verzögert.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgemäß den Vorteil, dass mit der vorgeschlagenen Speicherkolbenvorrichtung ein Druckmittelspeicher mit äußerst gutem Ansprechverhalten geschaffen wird. Das gute Ansprechverhalten ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass zu einer Führung und Abdichtung der Speicherkolbenvorrichtung in einem Speicherzylinder niedrige radiale Anpresskräfte ausreichen. Dies bedeutet, dass ein Führungsring mit einer relativ geringen Kraft gegen die Wand des Speicherzylinders drückt, dementsprechend geringerer Reibung ausgesetzt ist und folglich ein besseres Verschleißverhalten aufweist.

Erreicht wird dies, durch eine Gestaltung der Speicherkolbenvorrichtung, welche es gestattet den Speicherkolben in Richtung der Kolbenlängsachse axial aus einem Formwerkzeug zu entformen. Damit lassen sich Trenngrate zumindest im Bereich der Anordnung einer Dichtung an der Speicherkolbenvorrichtung vermeiden. Die Speicherkolbenvorrichtung bzw. deren Speicherkolben sind weiterhin kostengünstig und mit wenig Gewicht aus Kunststoff herstellbar. Bevorzugt kann dazu ein herkömmliches Spritzgussverfahren angewendet werden.

Ein gutes Ansprechverhalten eines Druckmittelspeichers wirkt sich darüber hinaus in einer schnellen Entleerung des Speichervolumens eines Druckmittelspeichers zum Ende eines Bremsvorgangs sowie dementsprechend in einem schnellen Bremsdruckabbau aus.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder aus der nachfolgenden Beschreibung.

Aufgrund der geringeren radialen Anpresskräfte kann als Dichtung nunmehr ein Lippendichtring eingesetzt werden. Lippendichtringe zeichnen sich aufgrund ihrer Elastizität insbesondere durch gute Dichteigenschaften über einen großen Temperaturbereich bei gleichzeitig niedriger Reibung an der Wand des Speicherzylinders und dementsprechend geringem Verschleiß aus. Zudem sind Lippendichtringe was die Auswahl ihres Materials angeht variabler an gegebene Dichtungsverhältnisse anpassbar als bekannte Formdichtungen.

Der Führungsring übernimmt bei einer erfindungsgemäßen Speicherkolbenvorrichtung zwei Funktionen; einerseits die Führung des Speicherkolbens im Speicherzylinder und andererseits die Abstützung einer Dichtung der Speicherkolbenvorrichtung in Richtung der Kolbenlängsachse. Letztlich erleichtert das die konstruktive Gestaltung eines Speicherkolbens.

In einer insbesondere hinsichtlich der Werkzeugkosten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Führungsring stoffschlüssig am Kolbenschafts des Speicherkolbens angeformt sein, was beispielhaft anhand eines herkömmlichen 2-Komponeten-Spritzgussverfahrens möglich ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert. Die Zeichnung umfasst dazu mehrere Figuren, in denen einander entsprechende Bauteile mit einheitlichen Bezugsziffern versehen sind.

Die Figuren zeigen die Ausführungsbeispiele jeweils im Querschnitt. In

Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Speicherkolbenvorrichtung in perspektivischer Ansicht dargestellt;

Fig. 2 zeigt den Speicherkolben der Speicherkolbenvorrichtung bei der Herstellung in einem Formwerkzeug und

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung

Das erste Ausführungsbeispiel einer Speicherkolbenvorrichtung (10) nach Fig. 1 besteht aus einem Speicherkolben (12), zwei jeweils am äußeren Umfang und an einander gegenüberliegenden Enden dieses Speicherkolbens (12) angebrachten Führungsringen (14a, 14b) und einem zwischen den Führungsringen (14a, 14b) platzierten Dichtring (16).

Der Speicherkolben (12) seinerseits ist als Hohlkolben ausgebildet und umfasst einen hülsenförmigen Kolbenschaft (18) sowie einen Kolbenboden (20), der ein, in der Fig.l obenliegendes Ende dieses Kolbenschafts (18) verschließt. Die nach außen weisende Stirnfläche des Kolbenbodens (20) kann beliebig gestaltet werden und ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel exemplarisch sternförmig strukturiert.

Der Kolbenschaft (18) ist in Richtung einer Kolbenlängsachse (L) in beispielhaft insgesamt zwei zylindrische Schaftabschnitte (18a, 18b) gegliedert, welche sich in ihren Außenabmessungen voneinander unterscheiden. Ein erster Schaftabschnitt (18a), an welchem den Kolbenboden (20) angeordnet ist, hat einen kleineren Außendurchmesser als ein sich daran anschließender zweiter Schaftabschnitt (18b), mit einem dem Kolbenboden (20) gegenüberliegenden und nach unten offenen Ende des Speicherkolbens (12). Ein Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Schaftabschnitt ist exemplarisch als rechtwinklige Stufe ausgeführt. Die Letztere bildet eine Anlageschulter (22) für die am Umfang des ersten Schaftabschnitts (18a) angeordnete Dichtung (16) der Speicherkolbenvorrichtung (10) aus. Diese Dichtung (16) ist als Lippendichtring mit zwei Dichtlippen ausgebildet, die sich in Richtung der Kolbenlängsachse (L) erstrecken. An seiner der Anlageschulter (22) zugewandten Flanke ist der Dichtung (16) geschlossen, die dazu gegenüberliegende Flanke ist geöffnet. Dort schließen die Dichtlippen zwischen sich eine keilförmige und zum ersten Führungsring (14a) hin offene Umlaufnut ein.

Der Lippendichtring ist zwischen dem ersten Führungsring (14a) und der Anlageschulter (22) am ersten Schaftabschnitt (18a) der

Speicherkolbenvorrichtung (10) angeordnet. Der erste Führungsring (14a) ist als geschlossener Ring ausgeführt, dessen Gesamtquerschnitt in einen, einen Innendurchmesser des Führungsrings bestimmenden ersten Querschnittsbereich und in einen zweiten Querschnittsbereich, welcher den Außendurchmesser des Führungsrings (14a) bestimmt, gegliedert ist. Der erste Querschnittsbereich des Führungsrings (14a) liegt in einer, am ersten Schaftabschnitt (18a) des Speicherkolbens (12) ausgebildeten Ringnut (24a) ein, während der zweite Querschnittsbereich radial aus dieser Ringnut (24a) vorsteht und den zweiten Schaftabschnitt (18b) des Kolbenschafts (18) radial überragt. Dieser zweite Querschnittsbereich des Führungsrings (14a) liegt zum Kolbenboden (20) hin frei, das heißt seine den Kolbenboden (20) radial überragende seitliche Flanke ist nicht vom Speicherkolben (12) überdeckt.

Ein zweiter Führungsring (14b) der Speicherkolbenvorrichtung (10) ist am zweiten Schaftabschnitt (18b), also am Schaftabschnitt mit der größeren Außenabmessung des Speicherkolbens (12), ebenfalls in einer Ringnut (24b) angeordnet. Die Außendurchmesser der beiden Führungsringe (14a, 14b) sind annährend gleich groß.

Fig. 2 zeigt ein Formwerkzeug (30) zu einer spritzgusstechnischen Herstellung des Speicherkolbens (12) nach Fig. 1 aus Kunststoff. Dieses Formwerkzeug (30) besteht aus einer topfförmigen Gussform (32), einem in diese Gussform (32) eingeführten Formstempel (34) sowie aus zwei seitlichen Schiebernpaaren (36a, 36b) die in unterschiedlichen Höhen und aus entgegengesetzten Richtungen in zugeordnete Horizontalspalte der Gussform (32) einführbar sind. Anhand der beiden Schieberpaare (36a, 36b) werden Ringnuten (24a, 24b) am Außenumfang des ersten und des zweiten Schaftabschnitts (18a, 18b) des Kolbenschafts (18) ausgebildet, welche zur Aufnahme der beiden Führungsringe (14a, 14b) vorgesehen sind. Die Innenwand der Gussform (32) bildet die Außenkontur des Speicherkolbens (12) ab, also die unterschiedlichen Außenabmessungen der beiden Schaftabschnitte (18a, 18b) sowie die Anlageschulter (22) am Übergang zwischen diesen beiden Schaftabschnitten (18a, 18b). Der Grund der Gussform (32) ist gestaltet um die oben erläuterte sternförmige Textur an der nach außen weisenden Stirnfläche des Kolbenbodens (20) auszubilden.

Mit einer Stempelplatte (38) verschließt der Formstempel (34) die Öffnung der Gussform (32) nach außen. An dieser Stempelplatte (38) ist ein Stempel (40) befestigt, der im geschlossenen Zustand in das Innere der Gussform (32) derart hineinragt, dass zwischen der Außenwand des Stempels (40) und der Innenwand der Gussform (32) ein Hohlraum eingeschlossen wird. Dieser Hohlraum nimmt den Speicherkolben (12) auf, der bei einem Spritzvorgang durch eine Befüllung des Hohlraums mit Kunststoff hergestellt wird. Nach einer Abkühlung der eingespritzten Kunststoffmasse, einem Zurückziehen der Schieberpaare (36a, 36b) und einem Abheben des Formstempels kann dieser Speicherkolben (12) in Richtung der Kolbenlängsachse (L), aus der Gussform (32) axial entformt werden. Die axiale Entformbarkeit des Speicherkolbens (12) zeigen die Richtungspfeile RI und R2 in Fig.2 an.

Aufgrund dieser axialen Entformbarkeit des Speicherkolbens (12) aus der Gussform (32) kann zumindest ein Bereich (42) des Speicherkolbens (12), der zwischen der Ringnut (24a) am ersten Schaftabschnitt (18a) und der Anlageschulter (22) ausgebildet ist und an dem später die Dichtung (16) der Speicherkolbenvorrichtung (10) angeordnet wird, mit einer besonders hohen Oberflächenqualität und insbesondere ohne störende Trenngarte hergestellt werden. Die fehlenden Trenngrate gestatten die Verwendung einer Dichtung (16), die mit relativ geringer radialer Vorspannung gegen eine Aufnahme für die Speicherkolbenvorrichtung (10) drückt und erlaubt damit den Einsatz einer Lippendichtung anstelle einer Dichtung (16) mit einem massiven Dichtungsquerschnitt.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines mit Führungsringen (14a, 14b) bestückten Speicherkolbens (12) im Querschnitt. Dieser Speicherkolben (12) entspricht in seiner inneren sowie in seiner äußeren Form dem in Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 1 oder Fig. 2 erläuterten Speicherkolben (12). Unterschiedlich zu den zuvor erläuterten Speicherkolben (12) ist allerdings, dass die beiden Führungsringe (14a, 14b) nicht in Ringnuten angeordnet sind, sondern vielmehr in einem Zwei-Komponenten-Spritzverfahren unmittelbar an die Umfangsfläche des Speicherkolbens (12) angeformt bzw. angespritzt worden sind. Durch angeformte, also stoffschlüssig am Speicherkolben (12) befestigte Führungsringe (14a, 14b) kann auf Schieberpaare am Werkzeug zur Herstellung von Ringnuten zur Aufnahme von Führungsringen bei der Speicherkolbenherstellung verzichtet werden. Zwangsläufig werden damit auch Trenngrate, welche sich an der Trennfläche zwischen dem jeweiligen Schieberpaar einstellen vermieden. Weiterhin vereinfacht sich die Gussform zur Herstellung des Speicherkolbens (12) und damit dessen Kosten.

Selbstverständlich sind über das Beschriebene hinausgehende Änderungen oder Ergänzungen an einer Speicherkolbenvorrichtung (10) denkbar, ohne dass diese

Änderungen den Schutzbereich des Anspruchs 1 oder eines seiner abhängigen Unteransprüche verlassen.