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DE10060558A1 - Druckspeicher und Verfahren zum Herstellen eines Druckspeichers - Google Patents

Druckspeicher und Verfahren zum Herstellen eines Druckspeichers

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Publication number
DE10060558A1
DE10060558A1 DE10060558A DE10060558A DE10060558A1 DE 10060558 A1 DE10060558 A1 DE 10060558A1 DE 10060558 A DE10060558 A DE 10060558A DE 10060558 A DE10060558 A DE 10060558A DE 10060558 A1 DE10060558 A1 DE 10060558A1
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DE
Germany
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pressure medium
pressure
permeable material
chamber
membrane chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10060558A
Other languages
English (en)
Inventor
Ernst-Dieter Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to GB0128368A priority patent/GB2371835B/en
Priority to JP2001361436A priority patent/JP2002206502A/ja
Priority to US09/996,491 priority patent/US6758243B2/en
Publication of DE10060558A1 publication Critical patent/DE10060558A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher mit einem Gehäuse (10), welches mindestens eine Druckmittelöffnung (12, 26) aufweist, eine innerhalb des Gehäuses (20) angeordneten Membrankammer (14) mit einer Seitenwandung (16), welche zumindest teilweise verformbar ist und einem außerhalb der Membrankammer (14) angeordneten Druckmittelraum (18), wobei der Druckmittelraum (14) zumindest teilweise von einem teilpermeablen Material (20) begrenzt ist, welches einen Austritt von Gas aus dem Druckmittelraum (18) gestattet und welches einen Austritt von Druckmittel aus dem Druckmittelraum (18) verhindert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Druckspeichers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher mit einem Ge­ häuse, welches mindestens eine Druckmittelöffnung auf­ weist, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten im we­ sentlichen zylindrischen Membrankammer mit einer Seiten­ wandung, welche zumindest teilweise verformbar ist, und einem außerhalb der Membrankammer angeordneten Druckmit­ telraum. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Druckspeichers mit einem Gehäuse, wel­ ches mindestens eine Druckmittelöffnung aufweist, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten im wesentlichen zy­ lindrischen Membrankammer mit einer Seitenwandung, welche zumindest teilweise verformbar ist, und einem außerhalb der Membrankammer angeordneten Druckmittelraum.
Stand der Technik
Gattungsgemäße Druckspeicher finden insbesondere bei Kraftfahrzeugbremsanlagen Anwendung. Der unter Druck ste­ hende Druckmittelraum ist dabei vorzugsweise der Aus­ gangsseite einer Hydraulikpumpe zugeordnet, so dass po­ tentielle Energie für eine mit einem Fahrzeugrad gekop­ pelte Bremseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Eine elastische Kraft wird durch eine komprimierbare Membran­ kammer zur Verfügung gestellt. Diese elastische Kraft wirkt der durch den Druck des Druckmittels aufgebrachten Kraft entgegen, so dass die Druckspeicherfunktion ent­ steht. Die Membrankammer ist mit Gas gefüllt. Eine elas­ tische Kraft wird daher durch die zumindest teilweise verformbaren Seitenwände und durch die Kompression des in der Membrankammer befindlichen Gases zur Verfügung ge­ stellt.
Bei einer Undichtigkeit in einer Membran einer solchen Membrankammer tritt Gas aus dem Innenraum der Membrankam­ mer in den Druckmittelraum über. Somit kann unter ungüns­ tigen Umständen Gas in die Bremsanlage entweichen. Dies kann zu einer Beschädigung und zu Funktionsfehlern des Bremssystems führen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Druckspeicher dadurch auf, dass der Druckmittelraum zumindest teilweise von einem teilpermeablen Material begrenzt ist, welches einen Austritt von Gas aus dem Druckmittelraum gestattet und welches einen Austritt von Druckmittel aus dem Druck­ mittelraum verhindert. Auf diese Weise ist es möglich, das einmal in den Druckmittelraum gelangte Gas gezielt wieder aus dem Druckmittelraum zu entfernen. Hierdurch wird verhindert, dass das Gas in die Bremsanlage eintritt und so letztlich zu Funktionsstörungen führt. Der Druck­ speicher bleibt also trotz leckender Membran funktionsfä­ hig.
Vorzugsweise ist die Seitenwandung der Membrankammer balgartig gestaltet. Aufgrund dieser balgartigen Gestal­ tung ist die Membrankammer verformbar, so dass die für die Druckspeicherfunktion benötigte elastische Kraft zur Verfügung gestellt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn eine erste Kopfseite der Memb­ rankammer mit einem Metallboden dichtend verschlossen ist. Auf diese Weise wird eine solide Begrenzung der Membrankammer zur Verfügung gestellt, welche der Seiten­ wandung Formstabilität verleiht.
Vorzugsweise ist die zweite Kopfseite der Membrankammer mit einem Füllstutzen dichtend verschlossen. Über diesen Füllstutzen kann Gas, beispielsweise Luft, in die Memb­ rankammer eingefüllt werden, so dass durch die Kompressi­ bilität des Gases ein Gegendruck zum Druck des Druckmit­ tels aufgebracht wird.
Vorzugsweise ist die Druckmittelöffnung durch den Metall­ boden verschließbar. Überschreitet somit der Druck inner­ halb der Membrankammer den Druck des Druckmittels, so wird der Druckmittelraum gegen die sonstigen Komponenten der Bremsanlage verschlossen, so dass der hydraulische Druck einen niedrigeren Wert annimmt als der Gasdruck in der Membrankammer.
Es ist bevorzugt, dass der Druckmittelraum an einer Seite von einem teilpermeablen Material begrenzt ist, welche im eingebauten Zustand des Druckspeichers die Oberseite ist. Folglich wird aus der Membrankammer durch ein Leck in der Membran in den Druckmittelraum strömendes Gas durch die Wirkung der Schwerkraft in den Bereich des teilpermeablen Materials getrieben. Daher kann das Gas durch das teil­ permeable Material in die Atmosphäre austreten.
Es ist besonders bevorzugt, wenn der Druckmittelraum ringförmig um die Membrankammer angeordnet ist und wenn das teilpermeable Material als ringförmiges Element aus­ gebildet ist, welches den Druckmittelraum ringförmig be­ grenzt. Die Ringform des teilpermeablen Materials ist be­ sonders günstig, um den zylinderförmigen Druckmittelraum, welcher sich um die Membrankammer ausdehnt, an der Ober­ seite des Druckspeichers zu begrenzen.
Es ist besonders nützlich, wenn das teilpermeable Materi­ al ein Keramikwerkstoff ist. Einem Keramikwerkstoff kann durch Dampfbehandlung oder durch gezielte Verdichtung ei­ ne Porösität vermittelt werden, welche einen Gasaustausch erlaubt, welche jedoch einen Flüssigkeitsaustausch ver­ hindert. Ebenso können keramische Membranen mit einer ge­ ringen Porengröße hergestellt werden, die einen Gasaus­ tausch erlauben und einen Flüssigkeitsaustausch verhin­ dern.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die dem Druckmittelraum zugewandte Seite des teilpermeablen Materials mit einer Porengröße von < 10 Å versehen ist. Dabei wird verhin­ dert, dass Flüssigkeit durch Kapillarkräfte in den Kera­ mikwerkstoff infiltriert.
Vorzugsweise ist die dem Druckmittelraum abgewandte Seite des teilpermeablen Materials mit einer als Ventil wirkenden Dichtmanschette versehen. Diese Dichtmanschette ges­ tattet das Austreten des Gases aus dem Druckmittelraum in die Atmosphäre. Sie verhindert jedoch das Eintreten von Gas aus der Atmosphäre in den Druckmittelraum. Letzteres ist insbesondere im Zusammenhang mit der Evakuierung des Druckmittelraums von besonderem Vorteil.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren da­ durch auf, dass mindestens eine Öffnung des Gehäuses mit einem teilpermeablen Material verschlossen wird. Auf die­ se Weise ist es möglich, das einmal in den Druckmittel­ raum gelangte Gas gezielt wieder aus dem Druckmittelraum zu entfernen. Hierdurch wird verhindert, dass das Gas in die Bremsanlage eintritt und so letztlich zu Funktions­ störungen führt. Der Druckspeicher bleibt also trotz le­ ckender Membran funktionsfähig.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine Kopfseite der Membrankammer verschlossen wird, indem die Seitenwandung der Membrankammer an einem Füllstutzen mittels eines La­ serschweißverfahrens angebracht wird. Es sind auch ver­ schiedene andere Schweißverfahren zum Herstellen der Ver­ bindung zwischen der Membrankammer und dem Füllstutzen denkbar, wobei allerdings ein Laserschweißverfahren be­ sonders gute Ergebnisse liefert.
Ferner ist bevorzugt, dass das teilpermeable Material als ringförmiges Element ausgebildet ist und dass das ring­ förmige Element in einen Bereich zwischen Gehäuse und Füllstutzen gepresst wird. Diese Einpressen des ringför­ migen Elementes schließt das Gehäuse flüssigkeitsdicht ab, wobei allerdings ein Gasaustausch aufgrund der Teil­ permeabilität möglich bleibt.
Eine besonders nützliche Verbindung im Hinblick auf die Druckdichtigkeit des Elementes besteht darin, dass zwi­ schen dem ringförmigen Element und dem Füllstutzen eine Verstemmverbindung hergestellt wird. Somit kann ein Druckspeicher hergestellt werden, welcher hohen Drücken standhält, welche im Bereich bis zu zirka 200 bar liegen können.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrun­ de, dass es möglich ist, einen Druckspeicher zur Verfü­ gung zu stellen, welcher trotz leckender Membran seine Funktionsfähigkeit aufrechterhält, wobei weiterhin ver­ hindert wird, dass durch ein Leck in einer Membran ausge­ tretenes Gas in das Bremssystem gelangt. Man erreicht dies durch die Bereitstellung eines teilpermeablen Mate­ rials, welches an geeigneter Stelle an dem Druckspeicher angeordnet ist und somit in der Lage ist, Gas in die At­ mosphäre zu entlassen. Im Hinblick auf die Flüssigkeit ist der Werkstoff jedoch undurchlässig, so dass die prin­ zipielle Funktion im Hinblick auf das Druckmittel unbe­ einträchtigt bleibt.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen bei­ spielhaft erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckspeichers;
Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1; und
Fig. 3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Druckspeichers.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Druckspeichers dargestellt. Der Druckspeicher hat ein Ge­ häuse 10 und eine in dem Gehäuse 10 vorgesehene Druckmit­ telöffnung 12. Innerhalb des Gehäuses 10 ist eine Memb­ rankammer 14 angeordnet, welche eine balgartig gefaltete Seitenwandung 16 aufweist. Die Membrankammer 14 ist von einem Druckmittelraum 18 umgeben, in welchem die Druck­ mittelöffnung 12 mündet. Die obere Kopfseite der Membran­ kammer 14 ist von einem Füllstutzen 24 verschlossen. Über diesen Füllstutzen 24 und eine in dem Füllstutzen 24 an­ geordnete Öffnung 30 lässt sich das Innere der Membran­ kammer 14 befüllen. Der Füllstutzen hat im oberen Bereich des Druckspeichers einen geringeren Durchmesser als im unteren Bereich, und er dehnt sich unten letztlich auf den mit 32 gekennzeichneten Durchmesser aus. Das Gehäuse 10 hat im Bereich dieses Axialschnittes einen Innendurch­ messer, welcher mit 34 gekennzeichnet ist. Der Innen­ durchmesser 34 des Gehäuses 10 ist größer als der Außen­ durchmesser 32 des Füllstutzens 24. Der sich hierdurch ergebende ringförmige Spalt an der Oberseite des Druck­ speichers wird nun von einem ringförmigen Element 20 ver­ schlossen. Das ringförmige Element 20 wird in die Öffnung im Gehäuse 10 und über den Außendurchmesser des Füllstut­ zens 24 gepresst, so dass eine druckdichte Verbindung entsteht. Letztlich setzt sich das ringförmige Element 20 auf einem Absatz 36 des Gehäuses 10 ab. Vorzugsweise wird im Sinne einer guten Druckdichtigkeit eine Verstemmver­ bindung zwischen dem ringförmigen Element 20 und dem Füllstutzen 24 gebildet.
Das ringförmige Element 20 ist aus einem teilpermeablen Material gebildet. Die Teilpermeabilität wird realisiert, indem ein poröses Material zum Einsatz kommt. Die Poren­ größe kann in dem dem Druckmittelraum 18 zugewandten Teil des ringförmigen Elementes 20 beispielsweise im Nanome­ terbereich liegen. Nachfolgende Schichten in Richtung der Außenseite des ringförmigen Bereiches können dann im Ult­ ra- und Nanofiltrationsbereich beziehungsweise im Mikro­ bereich liegen. Über diese Schichten wird vom Druckmit­ telraum aus ein Partialdruckgefälle zur Verfügung ge­ stellt, welches zum Beispiel Stickstoff, der aus einer Leckstelle der Seitenwandung 16 der Membrankammer 14 aus­ getreten ist und sich im Bereich 38 sammelt, aus dem Druckmittelraum 18 heraustreibt.
Fig. 2 zeigt eine Einzelheit aus Fig. 1, nämlich eine Verstemmverbindung zwischen dem ringförmigen Element 22 und dem Füllstutzen 24. Eine solche umlaufende Verstemm­ verbindung genügt besonders hohen Anforderungen an eine Druckdichtigkeit.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Druckspeichers in Querschnitt dargestellt. Elemente, welche mit den Elementen aus Fig. 1 vergleich­ bar sind, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeich­ net. Im Unterschied zu dem Druckspeicher in Fig. 1 ist bei dem Druckspeicher gemäß Fig. 3 die Druckmittelzufüh­ rung 26 in der Achse des Druckmittelspeichers angeordnet. Die Druckmittelzuführung 26 ist von einem Dichtelement 40 umgeben. Dehnt sich die Membrankammer 14 nun so weit aus, dass der Metallboden 22 der Membrankammer 14 mit dem Dichtelement 40 in Verbindung tritt, so kann der Druck­ mittelraum 18 gegen die Bremsanlage abgedichtet werden. Somit ist ein Zustand realisierbar, bei dem der hydrauli­ sche Druck in der Bremsanlage geringer ist als der Gas­ druck in der Membrankammer.
Weiterhin ist oberhalb des ringförmigen teilpermeablem Elementes 20 eine Dichtmanschette vorgesehen, welche in dem mit 42 gekennzeichneten Bereich eine Ventilwirkung aufbringt. Gas kann aus dem Dichtmittelraum 18 in die At­ mosphäre entweichen. Dennoch schließt die Dichtmanschette 28 den Dichtmittelraum 18 bei der Evakuierung gegen die Atmosphäre ab, so dass kein Gas in den Dichtmittelraum 18 eintreten kann.
Als Material für das teilpermeable ringförmige Element 20 kommen Keramikwerkstoffe in Frage, beispielsweise ein nichtrostender Sinterstahl. Ebenso kommen keramische Membranen mit einer geringen Porengröße in Frage. Die Po­ rösität kann durch Dampfbehandlung beziehungsweise durch gezielte Verdichtung beeinflusst werden. Diese verhin­ dern, dass ein Druckmittel mit einer bestimmten Molmasse durch Kapillarkräfte in den Keramikwerkstoff eindringt und die Funktionstüchtigkeit des teilpermeablen Elements 20 behindert.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati­ ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Er­ findung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ände­ rungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims (14)

1. Druckspeicher mit
einem Gehäuse (10) welches mindestens eine Druck­ mittelöffnung (12, 26) aufweist,
einer innerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Membrankammer (14) mit einer Seitenwandung (16), welche zumindest teilweise verformbar ist, und
einem außerhalb der Membrankammer (14) angeordneten Druckmittelraum (18),
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelraum (14) zu­ mindest teilweise von einem teilpermeablem Material (20) begrenzt ist, welches einen Austritt von Gas aus dem Druckmittelraum (18) gestattet und welches einen Austritt von Druckmittel aus dem Druckmittelraum (18) verhindert.
2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandung (16) der Membrankammer (14) balg­ artig gestaltet ist.
3. Druckspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine erste Kopfseite der Membrankammer (14) mit einem Metallboden (22) dichtend verschlossen ist.
4. Druckspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kopfseite der Membrankammer (14) mit einem Füllstutzen (24) dichtend verschlossen ist.
5. Druckspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelöffnung (26) durch den Metallboden (22) verschließbar ist.
6. Druckspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelraum (18) an einer Seite von einem teilpermeablen Material (20) be­ grenzt ist, welche im eingebauten Zustand des Druckspei­ chers die Oberseite ist.
7. Druckspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckmittelraum (18) ringförmig um die Membrankammer (14) angeordnet ist und
dass das teilpermeable Material als ringförmiges Element (20) ausgebildet ist, welches den Druckmit­ telraum (18) ringförmig begrenzt.
8. Druckspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das teilpermeable Material (20) ein Keramikwerkstoff ist.
9. Druckspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Druckmittelraum (18) zugewandte Seite des teilpermeablen Materials (20) mit einer Porengröße von < 10 Å versehen ist.
10. Druckspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Druckmittelraum (18) abgewandte Seite des teilpermeablem Materials (20) mit einer als Ventil wirkenden Dichtmanschette (28) versehen ist.
11. Verfahren zum Herstellen eines Druckspeichers mit ei­ nem Gehäuse (10) welches mindestens eine Druckmittelöff­ nung (12, 26) aufweist, einer innerhalb des Gehäuses (10) angeordneten Membrankammer (14) mit einer Seitenwandung (16), welche zumindest teilweise verformbar ist, und ei­ nem außerhalb der Membrankammer (14) angeordneten Druck­ mittelraum (18), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung des Gehäuses (10) mit einem teilpermeablen Material (20) verschlossen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopfseite der Membrankammer (14) verschlossen wird, indem die Seitenwandung (16) der Membrankammer (14) an einem Füllstutzen (24) mittels eines Laserschweißver­ fahrens angebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet,
dass das teilpermeable Material als ringförmiges Element (20) ausgebildet ist und
dass das ringförmige Element (20) in einen Bereich Zwischen Gehäuse (10) und Füllstutzen (24) gepresst wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ringförmigen Element (20) und dem Füllstutzen (24) eine Verstemmverbindung hergestellt wird.
DE10060558A 2000-11-29 2000-11-29 Druckspeicher und Verfahren zum Herstellen eines Druckspeichers Withdrawn DE10060558A1 (de)

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