Titel

Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil, das ein erstes Verbindungselement mit einer Dichtkante und ein zweites Verbindungselement mit einer Dichtfläche aufweist, wobei die Dichtkante an der Dichtfläche in einer Anfangsposition vor einer Temperaturänderung dichtend angelegt ist.

Fahrzeugbremsvorrichtungen werden verwendet, um Fahrzeuge, wie etwa PKWs oder LKWs, beim Fahren hinsichtlich ihrer Fahrgeschwindigkeit abzubremsen und im Stehen hinsichtlich ihres Standortes zu arretieren. Solche

Fahrzeugbremsvorrichtungen haben verschiedenste Bauteile, die es beim Montieren der Fahrzeugbremsvorrichtung unter anderem dicht miteinander zu verbinden gilt. Derart dicht aneinander angelegte Bauteile werden hier als erstes Verbindungselement und zweites Verbindungselement bezeichnet.

Das dichte Anliegen eines Verbindungselements an einem anderen

Verbindungselement bei Fahrzeugbremsvorrichtung ist insbesondere notwendig, damit in zugehörigen Räumen der Fahrzeugbremsvorrichtung ein Bremsfluid eingeschlossen und dort unter Druck gesetzt werden kann. Das Bremsfluid dient dann zum Erzeugen von Bremsdruck an zugehörigen Radbremsen der

Fahrzeugbremsvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil dahingehend zu verbessern, dass auch bei Temperaturänderungen keine Undichtigkeiten an zugehörigen Dichtkanten zweier Verbindungselemente entstehen. Offenbarung der Erfindung

Es ist ein Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil zur Verfügung gestellt, das ein erstes Verbindungselement mit einer Dichtkante und ein zweites

Verbindungselement mit einer Dichtfläche aufweist, wobei die Dichtkante an der Dichtfläche in einer Anfangsposition vor einer Temperaturänderung dichtend angelegt ist. Die beiden Verbindungselemente sind derart positioniert gestaltet, dass mindestens eines der beiden Verbindungselemente bei der

Temperaturänderung eine freie Größenänderung erfahren kann bzw. erfährt, wobei die Dichtkante relativ zur Dichtfläche in eine Endposition versetzt ist. Gemäß der Erfindung ist ferner die Dichtfläche derart geformt gestaltet, dass die Dichtkante an der Dichtfläche auch in der Endposition dichtend angelegt ist. Die Dichtfläche ist also derart gestaltet, dass die Dichtkante an ihr sowohl in der Angangsposition vor der Temperaturänderung als auch in der Endposition nach der Temperaturänderung dichtend anliegt.

Zum Herstellen der derart dichten, erfindungsgemäßen Verbindung zweier Verbindungselemente weist das erste Verbindungselement eine Dichtkante auf, die in der Regel die Form einer Linie hat. Das zweite Verbindungselement weist eine Dichtfläche auf, an der die Dichtkante anliegt und die dabei meistens dreidimensional gekrümmt gestaltet ist.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei

Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteilen oftmals Materialpaarungen von Kunststoff, insbesondere Polyamid, und Metall, insbesondere Aluminium, verwendet werden. Unterschiedliche Materialen haben unterschiedliche thermische

Längenausdehnungskoeffizienten und unterliegen damit bei

Temperaturschwankungen verschieden stark ausgeprägten Größenänderungen.

Herkömmlich versucht man mittels Vorspannen von Bauteilen verschieden starke Größenänderungen unterschiedlicher Materialen weitgehend zu vermeiden. Die Verbindungselemente werden dabei während Temperatzuränderungen gegeneinander verspannt und auf diese Weise Vorspannungen bzw. Presskräfte erzeugt, die an den Dichtstellen anpresend und damit dichtend wirken sollen. Erfindungsgemäß wurde jedoch ermitelt, dass sich über die Lebensdauer der Bauteile hinweg jedoch Vorspannungen reduzieren, weil es zu Materialermüdung und Setzung kommt. Folgendes Szenario zeigt diese Situation: Aluminium hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,0000231 1/K (Kelvin). Polyamide, auch bekannt als Nylon und Dederon, haben einen

Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 0,0001 1/K und dehnen sich demnach bei einer Erhöhung der Temperatur stärker aus als Aluminium. Ist ein Bauteil aus Polyamid zum Beispiel in einem Aluminiumgehäuse fest eingespannt, vergrößern sich bei Temperaturerhöhung zwar beide Bauteile, doch ist das Polyamid dennoch im Aluminium eingesperrt. Dabei wird das Polyamid unter Umständen plastisch, also irreversibel verformt. Die relative Größe des Bauteils aus Polyamid reduziert sich also unumkehrbar bezogen auf seine Originalgröße. Wird die Temperatur anschließend abgesenkt, verringert sich die Größe des Bauteils aus Polyamid stärker als nur auf seine ursprüngliche Größe vor

Erhöhung der Temperatur. Dabei kann unter bestimmten Umständen ein Spalt zwischen den zugehörigen Bauteilen entstehen.

Gemäß der Erfindung ist hingegen vorgesehen, dass die beiden

Verbindungelemente während einer Temperaturänderung frei ihre Größe ändern können, ohne dabei nennenswerten Verspannungen unterworfen zu werden.

Dies wird dadurch erreicht, dass ausreichend Raum gegeben wird, damit die Dichtkante sich relativ zur Dichrläche frei versetzen kann. Zugleich ist die

Dichtlfäche gezielt dergestallt geformt, dass bei diesem Versetzen der Dichtkante relativ zur Dichtfläche dennoch die Dichtkante in der versetzten Endposition dirchten an die Dichtfläche angelegt ist. Unter nennenswerten Vorspannungen werden dabei Spannungen (definiert als Kraft pro Fläche) verstanden, die über 2 N/mm ² , insbesondere über 1 N/mm ² liegen. Unter freier Größenänderung wird eine Änderung der Größe verstanden, bei der das zugehörige

Verbindungselement hinsichtlich der Richtung der Größenänderung (Länge, Breite, Tiefe) zu der rein temperaturbedingten Verformung aufgrund von

Verspannung um weniger als 1 %, insbesondere um weniger als 0,5 % verformt wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist sichergestellt, dass spannungsbedingte Verformungen der beteiligten Verbindungselemente ausgeschlossen und zugleich die erforderliche Dichtheit der Verbindung gewährleistet ist. Ein

Entstehung von Spalten an der Dichtverbindung und somit auch ein Entweichen von Fluiden oder ein Eindringen von Fremdkörpern ist sicher verhindert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgmeäße

Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil bei verschiedensten Temperaturbedingungen und Temperaturschwankungen verwendet werden kann. Zudem ist das offenbarte Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil kostengünstig bereitzustellen.

Vorzugsweise ist die Dichtkante kreisförmig. Die Kreisform der Dichtkante hat den Vorteil, dass sie einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

Zugleich kann die der Dichtkante zuzuordnende Dichtfläche hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung besonders einfach ermittelt werden.

In einer darauf aufbauenden bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtfläche als eine Mantelfläche eines Drehkegels oder eines Drehkegelstumpfs gestaltet. Ein Drehkegel ist ein Rotationskörper und entsteht durch Rotation eines

rechtwinkligen Dreiecks um eine seiner Katheten. Ein Drehkegelstumpf ist ebenfalls ein Rotationskörper und entsteht dadurch, dass man von einem

Drehkegel parallel zur Grundfläche einen kleineren Drehkegel abschneidet.

Diese Ausführungsform basiert auf der Erkenntnis, dass sich ein homogen aus einem bestimmten Material hergestellter Körper bei einer Temperaturänderung grundsätzlich in alle Richtungen gleichmäßig, proportional bzw. verhältnisgleich vergrößert oder verkleinert. Somit ändert sich bei einer Temperaturänderung auch der Durchmesser einer kreisförmigen Dichtkante eines

Verbindungselements proportional zur Länge des Verbindungselements. Gemäß der Erfindung soll die Dichtfläche eine derartige Form haben, dass eine spannungsfreie Verschiebung der Dichtkante auf der Dichtfläche ermöglicht ist. Diese Form ist für die kreisförmige Dichtkante eine auf deren Durchmesser abgestimmt schräg zur Kegelachse gestellte Mantelfläche eines Drehkegels oder eines Drehkegelstumpfs. Dabei wird vorzugsweise die Dichtfläche selbst oder eine Mantellinie der Dichtfläche mit einer mathematischen Funktion beschrieben. Vorteilhaft ist die Dichtfläche derart gestaltet, dass die Dichtkante an ihr auch in jeder Position zwischen der Anfangsposition und der Endposition dichtend anliegt. Dadurch erfolgt eine Führung der Dichtkante auf der Dichtfläche von der Anfangsposition bis hin zur Endposition. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich auch während der Positionsänderung der Dichtkante relativ zur Dichtfläche kein Spalt an der Dichtkante entsteht. Die Dichtfläche kann dabei vorteilhaft eine Fläche eines hervorstehenden Abschnitts eines

Verbindungselements sein, andererseits auch eine Fläche einer Vertiefung oder einer Öffnung in einem Verbindungselement.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungselemente aus voneinander verschiedenen Materialien hergestellt. Die einzelnen

Verbindungselemente haben in der Regel unterschiedliche Funktionen. Die individuelle Funktion eines Verbindungselements kann durch das

Verbindungselement besonders gut erfüllt werden, wenn es aus einem für diese Funktion geeigneten Material hergestellt ist. Ein dichtendes Anliegen der

Dichtkante an der Dichtfläche bei Temperaturänderungen ist dabei

erfindungsgemäß gewährleistet.

Bevorzugt ist eines der Verbindungselemente ein Filterelement. Das

Filterelement schützt insbesondere das zugehörige, andere Verbindungselement, das an das Filterelement dichtend angekoppelt ist, vor Verschmutzung.

In einer darauf aufbauenden vorteilhaften Ausführungsform weist das

Filterelement ein die Dichtfläche oder die Dichtkante bildendes Gehäuse auf. Das Gehäuse bildet damit die Grundstruktur für das Filtermedium und stellt zugleich dessen Abdichtung sicher.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eines der

Verbindungselemente ein Schaltventil. Schaltventile dienen der

Bremsdrucksteuerung von Radbremsen innerhalb eines elektronischen

Stabilitätsprogramms oder eines Antiblockiersystems. Sie sind besonders vorteilhaft mittels Filterelmenten vor Verschmutzung zu schützen. Entsprechend ist das erfindungsgemäße Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil vorzugsweise ein Bauteil eines Hydraulikaggregats, wie es für ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder ein Antiblockiersystem (ABS) verwendet wird. Das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) ist ein elektronisch gesteuertes Fahrassistenzsystem für Kraftfahrzeuge, das durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder einem Ausbrechen eines Wagens entgegenwirkt. Das

Antiblockiersystem (ABS) ist ein technisches System für mehr Fahrsicherheit und weniger Verschleiß an Laufflächen von Rädern und wirkt beim Bremsen einem möglichen Blockieren der Räder durch Reduzierung eines Bremsdrucks entgegen.

Alle beschriebenen Ausführungsformen zum Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil schließen entsprechende Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung mit ein. So ist Erfindung auch gezielt auf ein Verwenden eines derartigen

Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteils bei einer Fahrzeugbremsvorrichtung gerichtet.

Darüber hinaus sind weitere Ausführungsformen möglich. Wenn sich

beispielsweise ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials innerhalb eines Temperaturbereichs ändert, und ein aus diesem Material hergestelltes Verbindungselement wird innerhalb dieses Temperaturbereichs verwendet, so ist die Dichtfläche so anzupassen, dass die Dichtfläche in ihrer

Anfangsposition, Endposition, und jeder Position zwischen der Angangsposition und Endposition dichtend an der Dichtfläche anliegt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteils,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteils und Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteils. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteils 10 dargestellt.

Das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 ist im oberen Teil von Fig.l vollständig gezeigt und beinhaltet links ein erstes Verbindungselement 12, vorliegend ein im Wesentlichen zylinderförmiges Filterelement 14, und rechts ein zweites Verbindungselement 16, vorliegend ein ebenfalls im Wesentichen zylinderförmiges Schaltventil 18.

Das Schaltventil 18 beinhaltet einen Stößel bzw. Bolzen 20 und eine Feder 22, die sich im Innenraum eines hohlzylindrischen Gehäuse 26 befinden. Ein dem Filterelement 16 zugewandtes Ende des Schaltventils 18 bildet für den Bolzen 20 einen ersten, rechten Anschlag 28. An dem gegenüberliegenden, anderen Ende des Schaltventils 18, das sich links von der Feder 22 befindet, ist ein

Bremskontaktelement 30 vorgesehen, das einen zweiten, linken Anschlag 32 für den Bolzne 20 bildet. Im Betrieb des Schaltventils 18 kann der Bolzen 20 zwischen diesen Anschlägen 28 und 32 mittels eines (nicht dargeteilten) Elektromagneten hin- und herbewegt werden.

Der eingekreiste Bereich im oberen Teil von Fig. 1 ist im unteren Teil von Fig. 1 in einer vergrößerten Ansicht 34 dargestellt. In diesem Bereich befindet sich eine Dichtkante 36 des Filterelements 14 und eine Dichtfläche 38 des Schaltventils 18. Die Dichtkante 36 liegt dichtend an der Dichtfläche 38 an.

Das Filterelement 14 beinhaltet ein Filtermedium 40 und ein Gehäuse 42 aus Kunststoff. Die Dichtkante 36 befindet sich kreisförmig umlaufend radial außen an der ebenfalls kreisförmigen Stirnseite des Gehäuses 42.

Die Dichtfläche 38 befindet sich ringförmig umlaufen an dem ebenfalls kreisringförmigen Anschlag 28. Der Anschlag 28 ist aus Stahl hergestellt.

Die Dichtkante 36 und die Dichtfläche 38 sind derart aufeinander abgestimmt geformt und positioniert, dass bei einer Temperaturänderung die Dichtkante 36 ihre Position auf der Dichtfläche 38 weitgehend spannungsfrei verändern kann. Dadurch ist es möglich, die derartige Verbindung aus Dichtkante 36 und

Dichtfläche 38 bei sämtlichen Temperatursituationen dicht zu halten.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt den konstruktiven Aufbau der deraritgen Vorrichtung exemplarisch. In den Fig. 2 und 3 ist nachfolgend die genaue Anordnung und Funktionsweise der derartigen Verbindung aus

Dichtkante 36 und Dichtfläche 38 in Gestalt je einer Prinzipdarstellung erläutert.

Gemäß Fig. 2 umfasst das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteils 10 wiederum ein erstes hohlzylindrisches Verbindungselement 12 mit einer nach radial innen gerichteten, kreisrunden Dichtkante 36 und ein zweites zylindrisches

Verbindungselement 16 mit einer nach radial außen gewandten,

kegelstumpfförmigen Dichtfläche 38. Eine stirnseitige Anschlagfläche 52 des ersten Verbindungselements 12 ist dabei einer strinseitigen Anschlagfläche 54 des zweiten Verbindungselements 16 zugewandt.

Das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 ist in Fig. 2 zweimal übereinander dargestellt. Im oberen Teil der Fig. 2 ist das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 in einem Zustand gezeigt, bei dem seine Temperatur 44 vergleichsweise niedrig ist. Die Temperatur 44 ist dabei insbesondere niedriger als eine

Temperatur 38, die das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 bei einem Zustand gemäß dem unteren Teil der Fig. 2 aufweist.

Senkrechten Linien in den beiden Teilen der Fig. 2 stellen je eine

Anfangsposition 48 und eine Endposition 50 der zugehörigen Dichtkante 36 an deren Dichtfläche 38 dar.

In der hier gewählten Prinzipdarstellung gemäß Fig. 2 wird vereinfachend vorausgesetzt, dass bei einer Temperaturänderung im Wesentlichen nur das erste Verbindungselement 12 aufgrund eines vergleichsweise großen, ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten seine Größe ändert. Das zweite

Verbindungselement 14 ändert hingegen aufgrund eines zum ersten

Ausdehnungskoeffizienten vergleichsweise geringen, zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten seine Größe bei der gleichen Temperaturänderung nicht bzw. nur sehr wenig. Wie erwähnt ist die Dichtkante 36 kreisförmig und die Dichtfläche 38 als eine Mantelfläche eines Drehkegelstumpfs gestaltet. Die Dichtkante 36 befindet sich an der derartig geformten Dichtfläche 38 bei der niedrigeren Temperatur 44 in der Anfangsposition 48 und bei der höheren Temperatur 38 in der Endposition 50. Dabei ist ein Durchmesser 56 der Dichtkante 36 im Zustand der niedrigeren Temperatur 44 kleiner als im Zustand der höheren Temperatur 38. Zugleich wird das erste Verbindungselement 12 mit steigender Temperatur länger und seine Stirnseite zusammen mit der doritgen Dichtkante 36 in axialer Richtung von einer Anfangsposition 48 zu einer Endposition 50 versetzt.

Die Dichtkante 36 wird dadurch bei einer Temperaturänderung von der niedrigeren Temperatur 44 zu der höheren Temperatur 46 entlang bzw. auf der Dichtfläche 38 von der Anfangsposition 48 in eine Endposition 50 derart spannugnsfrei und zugleich abdichtend versetzt, dass zwischen der Dichtkante 36 und der Dichtfläche 38 kein Spalt entsteht.

Auch das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 gemäß Fig. 3 beinhaltet ein erstes Verbindungselement 12 mit einer Dichtkante 36 und ein zweites

Verbindungselement 16 mit einer Dichtfläche 38. Allerdings ist die Anordnung von Verbindungselement 12 und Verbindungselement 16 nun seitenverkehrt zu Fig. 2. Das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 ist in Fig. 3 ebenfalls zweimal übereinander dargestellt.

Im oberen Teil von Fig. 3 ist das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 in jenem Zustand gezeigt, bei dem seine Temperatur 44 niedriger ist als die Temperatur 46 eines anderen Zustands, bei dem sich das Fahrzeugbremsvorrichtungsbauteil 10 im unteren Teil von Fig. 3 befindet. Die zugehörige Dichtkante 36 ist am ersten Verbindungselement 12 stirnseitig wiederum kreisförmig und die

Dichtfläche 38 ist am zweiten Verbindungselement 16 ebenfalls als Mantelfläche eines Drehkegelstumpfs gestaltet. Dabei ist die Dichtfläche 38 als innere, radiale Seitenfläche einer stirnseitigen Vertiefung 60 in dem zweiten

Verbindungselement 16 ausgebildet. Eine erste stirnseitige Anschlagfläche 52 des ersten Verbindungselements 12 ist dabei wiederum einer radial ausgerichteten Bodenfläche der Vertiefung 60 zugewandt, welche eine zweite Anschlagfläche 54 des zweiten Verbindungselements 16 bildet.

Senkrechte Linien in Fig. 3 stellen die Anfangsposition 48 und die Endposition 50 einer Stirnseite 58 des zweiten Verbindungselements 16 relativ zum ersten

Verbindungselement 12 dar.

Im Fall der Fig. 3 wird vereinfachend vorausgesetzt, dass bei einer

Temperaturänderung im Wesentlichen nur das zweite Verbindungselement 16 seine Größe ändert. Damit ist ein Durchmesser 56 der Dichtkante 36 im Zustand der niedrigeren Temperatur 44 im Wesentlichen gleich groß wie im Zustand der höheren Temperatur 46.

Eine kreisförmige Mündungsöffnung 62 der Vertiefung 60 an der Stirnseite 58 des zweiten Verbindungselements 16 hat hingegen im Zustand der niedrigeren

Temperatur 44 einen kleineren Durchmesser als im Zustand der höheren Temperatur 38. Die Dichtfläche 38 wird also hinsichtlich ihres

Innendurchmessers mit steigender Temperatur größer. Zugleich wird das zweite Verbindungselement 16 mit steigender Temperatur länger, wodurch seine Stirnseite 58 sowie auch die Vertiefung 60 mit ihrer Anschlagsfläche 54 bezogen auf die Fig. 3 nach links wandern.

Die Dichtkante 36 wird bei diesem Vorgang wiederum entlang der Neigung der Dichtfläche 38 derart abgestimmt weitgehend spannungsfrei und zugleich abdichtend versetzt, dass sich zwischen der Dichtkante 36 und der Dichtfläche

38 kein Spalt bildet.