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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Voi richtung zur hydraulischen Druckübertragung und bezieht sich insbesondere auf die Anordnung elastisch beweglicher Kolben.
Die Erfindung bezweckt die paarweise Anordnung derartiger Kolben in einem Zylinder, wobei dieselben unter elastischer Spannung in Abstand voneinander gehalten werden und zwecks Übertragung des hydraulischen Druckes bei niedrigem Reibungswiderstand und unter Beseitigung der im Zylinder enthaltenen Luft zusammenwirken können.
Die Vorrichtung kann in der Praxis in verschiedener Weise ausgeführt werden ; in der Zeichnung sind drei Ausführungsformen gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. die Anwendung derselben bei einem Hauptzylinder und bei einem
Antriebszylinder einer hydraulischen Bremse für Motorfahrzeuge.
In den Figuren haben gleiche Teile gleiche
Bezugszeichen. Fig. 1 ist ein Längsschnitt und zeigt teilweise im Aufriss einen Flüssigkeitsbehälter und eine Hauptpumpe mit zwei gegenüberliegend angeordneten Kolben, Fig. 2 ist der Querschnitt durch einen Metallteil eines der einander gegen- uberliegenden Kolben nach Fig. 1 und Fig. 3 der Querschnitt durch Metallteile des andern
Kolbens nach Fig. 1. Fig. 4 zeigt im Längsschnitt
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sowit eine Ringnut a4, die übereinstimmend mit dem Mtelpunkt der inneren Ringfläche des Elementes c, das über seine ganze Luge durchbohrt ist, angeordnet ist, so dass die Zylinderflüssigkeit freien Durchfluss zur J ängsbok ung des Elementes e hat.
Dem Zapfen Ú2 ist ein Ftderteller f gleitend aufgeschoben, gegen welchen sich die Feder d abstützt. Die kleine Fedei g am Ende des Zapfens a2 steht zwischen dem Federteller f und einer Anschlagscheibe A unter dauerndem Druck und dient anfänglich dazu : das Element e- in axialer Richtung zusammenzudrücken und in radialer Richtung auszudehnen, um es an der höchsten Stelle des elastischen Umfanges in dauernder Berührung mit der Wand des Zylinders zu halten. Eine metallene Scheibe i und ein
Anschlagring k begrenzen den Rücklaufhub des
Arbeitskolbens. Die Druckstange 1 ist mit einer
Druckvorrichtung, z. B. mit dem Bremsfusshebel verbunden.
Der zweite gegenüberliegende Kolben wirkt als Ventil und wird in ruhender Stellung unter der Spannung der Feder d gegen den Boden des
Zylinders c gehalten. Dieser Kolben weist einen metallenen Kopf b auf, dessen grösster Durch- messer im wesentlichen der lichten Weite des
Zylinders c gleich ist, sowie einen Zapfen m, auf welchen das ausdehnbare Element e1 auf- geschoben ist ; dieses Element ei weist ähnliche Eigenschaften auf wie das Element e des Arbeitskolbens.
Der Zapfen m und der Kopf b weisen in ihrer ganzen Länge eine Längsbohrung n auf, welche die Verbindung zwischen dem Zylinder und dem äusseren hydraulischen Flüssigkeitskreis herstellt ; die in dem Zapfen m vorgesehene und mit dem Mittelpunkt des elastischen Elementes ei übereinstimmende Querbohrung o sichert den freien Zufluss der Flüssigkeit vom Zylinder zur Längsbohrung des elastischen Elementes ei.
Der Zapfen m trägt gleitbar einen Federteller p, gegen welchen sich die Feder d abstützt. Der Kopf b hat auf seinem Umfang einen ringförmigen Kanal q, welcher durch die Bohrung r mit dem sich oberhalb des Zylinders befindlichen Reservebehälter s in Verbindung steht, sowie eine Anzahl von Längsnuten t, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Ähnliche Längsnuten t sind auch auf dem Umfang des Federtellers p angebracht.
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Das Element e1 ist längs seines ganzen elastischen Umfanges gewöhnlich von der Wand des Zylinder c vollkommen distanziert, so dass ein freier Flüssigkeitsdurchfluss zwischen dem Reservebehälter und dem Inneren des Zylinders rings um den Umfang des Federtellers p, des Elementes ei und des Kopfes b besteht. Die Abdichtung am Zylinderboden wird durch ein axial durchbohrtes Element e2 gewährleistet, welches ähnliche Eigenschaften aufweist wie die Elemente e und el und zwischen dem Kopf b und dem Boden des Zylinders c angeordnet ist. Die Aussenfläche dieses Elementes wird durch ein axial durchbohrtes Ausdehnungsröhrchen u in dauernder Berührung mit der Innenfläche des Zylinders c gehalten.
Das Ausdehnungsröhrchen weist radiale Bohrungen z auf, welche eine dauernde Berührung der den Zylinder füllenden Flüssigkeit mit der Innenfläche des Elementes e2 ermöglichen.
Das Ausdehnungsröhrchen u wirkt auch als Distanzierungshülse zwischen dem Kopf bund dem Zylinderboden.
Das Element e weist eine konvexe Aussenfläche auf. In der Ruhestellung wird der Mittelpunkt des elastischen Umfangs dieser Aussenfläche durch den von der Feder g ausgeübten Druck mit dem Zylinder c in Berührung gehalten. Die mit dem Zylinder c in Berührung stehende Teilaussenfläche genügt, um den dichten Abschluss der im Zylinderinneren enthaltenen Flüssigkeit in Ruhestellung zu gewährleisten.
Die Arbeitsweise der elastischen Elemente ist wie folgt :
Beim Verdichtungshub stehen die Elemente unter einem zunehmenden mechanischen Druck, welcher normal zu den zur Zylinderachse senk- rechten Flächen wirkt, sowie einem gleichfalls zunehmenden hydraulischen Druck, der normal zur Innenfläche der axialen Bohrung der genannten elastischen Elemente gerichtet ist.
Diese auf die genannten Elemente wirkenden
Drücke verursachen einerseits eine Vergrösserung der Kontaktfläche des Umfanges der Elemente mit der Zylinderwand, wie dies bei den Elementen e und e2 der Fall ist und bringen anderseits die Aussenfläche des Elementes e1 mit der Zylinderwand in Berührung, wobei die Kontaktfläche mit zunehmender Druckerhöhung noch weiter zunimmt.
Bei Aufhebung des hydraulischen und des mechanischen Druckes nehmen die elastischen Elemente infolge ihrer Elastizität ihre Anfangsform wieder an, wobei die Kontaktfläche mit dem Zylinder entweder aufgehoben (ei) oder erheblich verkleinert wird (e und e2). Auf diese Weise wird eine dauernde Schmierung der beim Arbeitshub längs des Zylinders schleifenden Dichtung gewährleistet.
Während des Druckhubes übt die Feder d auf den Federreller f einen allmählich zunehmenden Druck aus ; aadurch wird das Element e nicht nur der von der Feder g achsparallel ausgeübten, gleichbleibenden Spannung, sondern auch einer ebenfalls achsparallelen, jedoch zunehmenden Spannung ausgesetzt und zusammengedrückt wobei die Berührungsfläche zwischen dem Element e und der Innenwandung des Zylinders c beim weiteren Vorwärtshub des Arbeitskolbens zunimmt.
Die zusammengedrückte Feder d übt auch einen Druck auf den Federteller p aus, welcher seinerseits das elastische Element el zusammendrückt, dessen Aussenfläche in der Ruhestellung mit der Wandung des Zylinders c ausser Berühru- ist.
Während der Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens sind beim Arbeiten der Hauptpumpe zwei Stufen zu unterscheiden, u. zw. die Anfangsstufe, bei welcher die Aussenfläche des Elementes el mit der Innenwandung c**s Zylinders e nicht in Berührung ist und somit die im Zylinder c enthaltene Luft rings um den Umfang des Federtellers p, des Elementes el und des Kopfes b in den Reservebehälter zurückströmen kann und die eigentliche Arbeitsstufe, die dann einsetzt, wenn die Aussenfläche des Elementes e1 mit der Fläche des Zylinders c in Berührung gekommen ist und dadurch jede Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders c und dem Reservebehälter s unterbricht.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der Hauptpumpe während der Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens bei der erstmaligen Inbetriebnahme der Vorrichtung und beim normalen
Bremsen beschrieben.
Zu Anfang der erstmaligen Inbetriebnahme der
Vorrichtung ist der Zylinder c und das gesamte Bremssystem flüssigkeitsleer. Die Flüssigkeit wird in den Reservebehälter s eingelassen, fliesst durch. die Bohrung r rings um den Umfang des Kopfes b, des Elementes e1 und des Federtellers p in den Zylinder c, von welchem die Flüssigkeit vermöge der Schwere über die Bohrung z und die nicht dargestellten Verbindungsrohre zwischen Hauptpumpe und Arbeitszylinder in die Antriebszylinder fliesst.
Die in den genannten Arbeitszylindern enthaltene Luft wird von der Flüssigkeit verdrängt und strömt durch die Verbindungsrohre in die Hauptpumpe. Die im Zylinder c enthaltene Luft wird während der Anfangsstufe der Vorwärtsbewegung des Kolbens, wenn die Aussenfläche des Elementes el mit der Innenwandung des Zylinders c nicht in Berührung ist, rings um den Umfang des Federtellers p, des Elementes e1
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Zylinders c nicht in Berührung ist, über den Reservebehälter ausgetrieben, wodurch die Druckflüssigkeit dauernd von Luft befreit wird.
Bei der weiteren Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens kommt das Element e1 mit der Zylinderwand in dichte Berührung, wobei der Kreislauf mit dem Reservebehälter unterbrochen wird. Die Pumpe ist nun bereit, den hydraulischen Druck auf das. Bremssystem zu übertragen.
Durch das Nachlassen des von der Druck- stange 1 ausgeübten Druckes wird der Arbeitskolben durch die Feder d im Zylinder zurückgeführt, die Elemente e, e1 ziehen sich radial zusammen und die Verbindung mit dem Reservebehälter wird rings um den Umfang des Kolbens wieder hergestellt.
In der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 4 besteht eine Variante nur in der Anordnung des Ventilkolbens, der anstatt unbewegt im Zylinder zu bleiben, sich zusammen mit dem Arbeitskolben bewegt, um die Verbindung mit dem Reservebehälter zu steuern. Da die Wirkungsweise der Arbeitskolben bei den beiden Ausführungsformen gleich ist, wird nur die Wirkungs- weise des abgeänderten Ventilkolbens be- schrieben.
Das elastische Element e1 sitzt auf dem ring- förmigen Kragen v des Federtellers p und wird zwischen letzterem und dem Kopf b des Ventil- kolbens unter dem entgegenwirkenden Druck der
Feder d und der kleinen Kompensations-und
Nachlassfeder w gehalten. Der Ventilkopf b weist einen abgesetzten Vorderteil x auf, der in seiner Länge dem Durchmesser der Offnung r entspricht und durch die gegenwirkende Spannung der kleinen Feder w in geringem Abstand von dem elastischen, am Zylinderboden angeordneten Dichtungselement e2 gehalten wird ; die Feder w stützt sich gegen den Zylinderboden und den metallenen Ventilkopf b, in dessen Längsbohrung sie geführt ist.
Die Teile p, b, e1 sind axial durchbohrt, so dass sich die Flüssigkeit zwischen Zylinder und Bremssystem frei bewegen kann. Die Teile p, b können auf ihrem Umfang mit vier kleinen Nuten y versehen sein (Fig. 5), die den Durchtritt der Luft zwischen dem Inneren des Zylinders c und dem Reservebehälter rund um den Umfang des Elementes e1 erleichtern, welch letzteres im normalen Zustande von der Zylinderwand vollkommen distanziert ist.
Zu Beginn des Druckhubes des Arbeitskolbens wird der Ventilkolben unter der Wirkung der Feder d, welche sofort den Widerstand der kleinen Feder w überwindet, nach vorne und der Ventilkopf b in Berührung mit dem elastischen Element e2 gebracht. Die Luft im Zylinder wird rund um den Umfang des Kolbens-wie schon beschrieben-in den Reservebehälter ausgetrieben.
Bei weiterer Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens kommt die Aussenfläche des Elementes el mit der Zylinderwand in dichte Berührung, wobei der Kreislauf mit dem Reservebehälter unter- brochen wird. Die Pumpe ist nun bereit, den hydraulischen Druck auf das Bremssystem zu übertragen.
Beim Nachlassen des auf die Druckstange/ ausgeübten Druckes wird der Arbeitskolben durch die Feder d zurückgeführt, während sich der Ventilkolben von dem Dichtungselement e2 zurückzieht. Das Element el wird dem von der Feder d ausgeübten Druck nicht mehr ausgesetzt, zieht sich radial zusammen und distanziert sich mit seiner Umfangsfläche von der Zylinderwandung, wodurch der Nachfüllbehälter s wieder mit dem Zylinder c verbunden ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind zwei ausdehnbare elastische Elemente e einander gegenüber in einem Antriebszylinder für die Steuerung der Bremsbacken angeordnet, wie dies gewöhnlich bei Motorfahrzeugen üolich ist.
Diese Elemente e stehen in bezug auf die metallenen Kolbenelemente 2 und 3 und auf die Bodenteile 4 und 5 je unter der Wirkung der Rückstellfeder 6 und der Ausgleichsfeder 7. Der Rückhub der gegenüberliegenden Kolben ist durch je einen Anschlag begrenzt, welcher von dem am inneren Rand der Bremsbacken üblicherweise montierten Exzenter gebildet sein kann.
Die Feder 7 ist in zweckmässig in den Teilen 4, 5 angebrachten ringförmigen Ausnehmungen eingesetzt. Diese Teile 4, 5 stehen gewöhnlich in geringem Abstand voneinander in der Mitte des
Zylinders.
Die runden Verlängerungen 2', 3'der Elemente des Kolbens treten frei in die Längsbohrungen der Elemente e und dienen zur Begrenzung des freien Raumes in denselben.
Die Elemente e, aus einem ähnlichen Werkstoff wie die vorstehend beschriebenen elastischen Elemente, weisen eine konvexe Aussenfläche auf, deren Höchstdurchmesser bei auseinandergenommenen Elementen der Zylinderbohrung annähernd gleich ist. Diese Elemente sitzen auf den ringförmigen Kragen 4', 5'der Teile 4, 5. Die gegeneinander wirkende Spannung der Federn 6, 7 drückt die Elemente axial zusammen und dehnt sie radial aus, derart, dass der Mittelteil ihres äusseren Umfanges mit der Zylinderwandung in Berührung kommt, wodurch eine anfängliche hydraulische Dichtung gesichert und der Eintritt von Luft in den Zylinder verhindert wird.
Durch die Wirkung des hydraulischen Druckes über die Eintritts- öffnung 8 des Zylinders, hervorgerufen durch die Steuerpumpe, verschieben sich die Kolben 2, 3 in entgegengesetzter Richtung nach aussen und führen so den Bremshub entgegen der mechanischen Spannung der Feder 6 aus, wobei die Elemente e unter der Wirkung des hydraulischen Druckes radial stärker ausgedehnt werden und - wie bereits beschrieben-die Dichtung gewährleisten.
Beim Nachlassen des Druckes ziehen sich die elastischen Elemente radial zusammen und die
Kolben 2, 3 werden durch die Feder 7, die eine grössere Spannung als die Feder 6 hat, im Zylinder zurückgeführt.
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Das radiale Zusammenziehen hat selbstverständlich eine Verringerung der Berührungsfläche zwischen der Innenfläche des Zylinders und der Aussenfläche der Elemente e zur Folge. Auf diese Weise wird der Reibungswiderstand beim Rückhub der Kolben auf ein Minimum beschränkt. Der axiale mechanische Druck, dem die Elemente e dauernd unterworfen sind, genügt, ihre Berührung mit der Zylinderwandung unter allen Umständen stets zu sichern und auf diese Weise irgendeine thermische Deformation, die allenfalls in der elastischen Masse infolge der Reibungswärme beim Bremsen entstehen könnte, auszugleichen.
Es versteht sich von selbst, dass die Form und Anordnung der oben beschriebenen Teile nur als Beispiel der praktischen Ausführung des Grundprinzips der Erfindung dienen und dass deren bauliche Einzelheiten geändert werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur hydraulischen Druck- übertragung, bestehend aus einem Zylinder (c), einem im Zylinder beweglichen Arbeitskolben und einem Vorratsbehälter (s), der mit dem Zylinder mittels eines durch die Bewegung dieses Kolbens gesteuerten Kolbenventils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Arbeitskolben aus dem mit einem Zapfen (a2) versehenen Kolbenkopf (aj und einem auf dem Zapfen (a2) aufgeschobenen Federteller (f) besteht, zwischen welchen ein ringförmiges, auf den Zapfen (a2) aufgeschobenes Dichtungselement (e) aus elastischem Werkstoff vorgesehen ist, während das Kolbenventil einen Kopf (b) und einen auf einem Zapfen (m) dieses Ventils aufgeschobenen Federteller (p) umfasst, zwischen denen ein ringförmiges Dichtungselement (el) aus elastischem Werkstoff gelagert ist,
wobei das
Dichtungselement (e) des Arbeitskolbens im
Bereich des grössten Durchmessers seines Um- fanges mit der Zylinderwandung immer in Be- rührung steht und der Umfang des Dichtungs- elementes (el) des Kolbenventils von der Zylin- derwandung vollkommen distanziert ist, wenn von aussen auf die Vorrichtung kein Druck ausgeübt wird.