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Pneumatische Verstärkereinrichtung für Hydraulik-Systeme, insbesondere von Kraftfahrzeugbremsen
Die Erfindung betrifft eine pneumatische Verstärkereinrichtung für Hydraulik-Systeme, die insbeson- dere bei Kraftfahrzeugbremsen Verwendung finden soll, um bei einer Bremsung den durch den Fuss auf das
Bremspedal ausgeübten Druck in seiner Auswirkung zu steigern.
Man kennt bereits Einrichtungen dieser Art, bei denen durch den Steuerdruck, den ein mit dem Be- dienungshebel verbundener Kolben bei Betätigung in einer Steuerleitung erzeugt, die Verstärkerwirkung ausgelöst und bei Wirksamwerden des Verstärkers selbsttätig der Steuerdruck durch Vergrösserung eines in das System eingeschalteten volumenveränderlichen Raume, verringert wird. Durch diese Verringerung des
Steuerdruckes wird das Ansprechen der Servo-binrichtung am Bedienungshebel fühlbar, so dass man damit die Steuerung einregulieren kann.
Man hat auch schon vorgeschlagen, dabei einen Arbeitszylinder mit
Arbeitskolben und einen Verstärkerzylinder mit Verstärkerkolben zu verwenden, wobei die beiden Kolben durch eine gemeinsame Kolbenstange miteinander verbunden sind und ein Steuerteil vorgesehen ist, welcher ein die Druckluftzufuhr zum Verstärkerkolben regelndes Ventil und einen das Ventil steuernden als Stufungskolben wirkenden W5. egekolben umfasst, dessen kleine Kolbenfläche an den volumenveränderlichen
Raum angeschlossen und vom in der Steuerleitung herrschenden Steuerdruck beaufschlagt ist, während der Verstärkerdruck auf der grossen Fläche des Wiegekolbens wirksam ist. Bei derartigen Geräten sitzt der Steuerteil ausserhalb des Servozylinders, der zu diesem Zweck einen entsprechend verbreiterten Anschlussflansch hat.
Dadurch ist ein komplizierter Aufbau des Gerätes gegeben. Es sind zusätzliche Dichtungsstellen und freiliegende Leitungen erforderlich, die den Steuerteil mit dem rückwärtigen Ende des Servozylinders verbinden. Dies ist für die Betriebssicherheit von Fahrzeugbremsanlagen von grossem Nachteil, weil dadurch die Einrichtung störanfällig und mechanischen Beschädigungen ausgesetzt ist.
Durch die Erfindung werden die geschilderten Mängel behoben, indem erfindungsgemäss der Steuerteil mit dem Regelventil und dem Wiegekolben im Verstärkerkolben und gegebenenfalls auch in der zugehörigen hohlen Kolbenstange untergebracht ist. Die empfindlichen Teile der Einrichtung liegen damit geschützt im Inneren des Servozylinders. Es erfolgt eine direkte Beaufschlagung des Servokolbens und ein direkter Einlass der Druckluft, wobei die Anzahl von Dichtungsstellen begrenzt ist und Strömungsverluste, die bei feinfühligen Bremsgeräte sehr stark ins Gewicht fallen, verhütet werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die den Verstärkerkolben mit dem Arbeitskolben verbindende Kolbenstange hohl und im Inneren als zur kleinen Fläche des Wiegekolbens führende Zuleitung für das hydraulische Druckmittel ausgebildet. Dadurch werden die Wege für das Druckmittel geradlinig und erheblich verkürzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wiegekolben aus zwei über ihre Kolbenstange miteinander vorzugsweise kraftschlüssig verbundene Kolben gebildet, von denen der kleine in einem von der hohlen Kolbenstange oder von dem dieser zugeordneten Ansatzstück des Verstärkerkolbens gebildeten Zylinder und der grosse in einem am Verstärkerkolben gebildeten Zylinder geführt ist. Im Abschluss des am Verstärkerkolben gebildeten Zylinders für den grossen Wiegekolben kann eine Kammer vorgesehen sein, an die einerseits die Verstärkerdruckluftzuleitung angeschlossen ist und die anderseits den Sitz für den Ein- lass ventilkegel des vom Wiegekolben gesteuerten Ein- und Auslassventiles für die den Verstärkerkolben be- aufschlagende Druckluft aufweist.
Weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung sind in der anliegenden Zeichnung wiedergegeben,
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ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt sein soll. Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Enrichtung, wobei die für den Aufbau unwesentlichen Zubehörteile nur schematisch wiedergegeben sind. Fig. 2 eine besondere Ausführungsform des Wiegekolbens, Fig. 3 eine Teilansicht einer weiteren Ausbildungsform und Fig. 4-6 verschiedene andere Ausführungsmöglichkeiten im Längsschnitt.
Die Verstärkereinrichtung ist in einem Zylinder 1 untergebracht, in welchem der Verstärkerkolben 7 geführt ist. Dieser Kolben unterteilt den Zylinder 1 in die beiden Kammern 6 und 31. An seiner Vorderseite ist der Zylinder 1 an den Deckel 60 angesetzt, der seinerseits einen noch später zu beschreibenden Zylinder 61 trägt. Der Zylinder 1 hat weiterhin zwei Anschlüsse 3 und 62, wobei an den Anschluss 3 über die Leitung 63 der Druckluftvorratsbehälter 2 und an den Anschluss 62 über die Leitung 64 eine Schlauchkupplung 65 angeschlossen ist, die sich mit einem etwaigen Anhängerfahrzeug verbinden lässt. Der vordere Zylinder 61 dagegen ist mit einem Anschluss 24 ausgestattet für den Anschluss der Steuerleitung 23, die zum Hauptzylinder 21 führt, dessen Kolben mit dem Pedal 22 verbunden ist.
Die Bedienung der Anlage erfolgt durch Niederdrücken des Pedals 22, wobei über den Hauptzylinder 21 in der Steuerleitung 23 der Steuerdruck aufgebaut wird, welcher in der noch später zu beschreibenden Weise die Servo-Wirkung auslöst. Der Anschluss 27 des Zylinders 61 steht in an sich bekannter Weise über die Leitung 66 mit den in den Bremstrommel untergebrachten Bremszylindern 67 in Verbindung.
Der Verstärkerkolben 7 bildet im Zylinderraum 31 einen Zylinder 8 für den Wiegekolbenteil 9. Anderseits stützt sich der Kolben 7 über eine Kegelfeder 68 auf den Deckel 60 ab, der einen nach der Atmosphäre offenen Druchlass 34 aufweist.
Eine hohle Kolbenstange 18 ist einerseits unter Zwischenschaltung eines Zylinders 16 am Verstärkerkolben 7 angesetzt, anderseits ist sie in einer doppelten Dichtungsmanschette 69 im Deckel 60 geführt. Im Zylinder 16 ist der kleine Teil 17 des Wiegekolbens geführt. Der an ihm sitzende Ansatz 70 durchsetzt den Verstärkerkolben 7 und stützt sich in einer Pfanne 71 ab, die an der hohlen Kolbenstange 10 des
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Wiegekolbenteilespelkegelventilkörpers 13. Der zweite Ventilkegel 13b arbeitet mit dem Sitz 14 im Einlassraum 5 zusam- men, in welchen die Druckluftzuleitung 4 einmündet, die aus einem biegsamen Schlauch gebildet und im Inneren des Zylinders 1 an den Anschluss 3 angesetzt ist.
Die Einlasskammer 5 wird von einer den Zylinder 8 abschliessenden Kappe 12 gebildet, die Durch- bohrungen 29 aufweist und zugleich das Widerlager für eine den Kolben 9 beaufschlagende Druckfeder 15 darstellt.
Eine Feder 72 ist bestrebt, den Doppelkegelventilkörper 13 immer auf seine Sitze zu drücken. Dar
Wiegekolbenteil 9, welcher dichtend im Zylinder 8 geführt ist, unterteilt diesen in die beiden Kammern
73 und 74, wobei die Kammer 73 über Bohrungen 33 mit dem Zylinderraum 6 vor dem Verstärkerkolben
7 und über Bohrungen 32 mit dem Inneren der hohlen Kolbenstange 10 in offener Verbindung steht.
Der Arbeitszylinder 61 wird durch einen Kolben 19 kleineren Durchmessers in die beiden Kammern
26 und 30 unterteilt. Der Kolben 19 bildet einen Schleppkolben, der über die mit Langlöchern 75 versehenen Halterungen 76 und den die hohle Kolbenstange 18 durchsetzenden Bolzen 77 mit der Kolbenstange
18 verbunden ist.
Zwischen den Halterungen 76 sitzt als Abschluss der hohlen Kolbenstange 18 ein Kegel 20, der bei einer axialen Verschiebung des Schleppkolbens 19 in Richtung zur Kolbenstange 18 den durch den Kolben 19 hindurchführenden Durchlasskanal 25 abschliesst. Die Längsbohrung der Kolbenstange 18 ist über eine Öffnung 28 an den Zylinderraum 30 angeschlossen.
Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Einrichtung ist folgende : In der Ausserbetrieb-Stellungbefindet sich der Verstärkerkolben 7 im linken Teil des Zylinders 1. Wird jetzt das Pedal 22 niedergedrückt, so wird über den damit verbundenen Kolben das Öl aus dem Hauptzylinder 21 durch die Leitung 23 und den Anschluss 24 in den Arbeitszylinder 61 gedrückt. Der Anschluss 24 steht über den Darchlass 25 im Kolben 19 mit der Kammer 26 und den Leitungen 66 mit den in den Bremstrommeln untergebrachten Bremszylindern 67 in offener Verbindung, so dass bereits durch den über das Pedal eingeleiteten Steuerdruck über die im Arbeitszylinder 61 und den zugehörigen Leitungen enthaltene Bremsflüssigkeit die Bremsbacken zum Anlegen gebracht werden.
Der Steuerdruck aus der Leitung 23 pflanzt sich aber auch über die Kammer 30, die Bohrung 28 und die hohle Kolbenstange 18 nach dem Zylinder 16 des kleinen Wiegekolbenteiles 17 fort. Dieser wird durch das Öl auf der Zeichnung nach links gedrückt. Damit erfolgt gleichzeitig eine gleichsinnige Verschiebung des Wiegekolbenteiles 9 im Zylinder 8 über die Kolbenteile 70 und 71. Dabei setzt sich schliesslich der am Ende der hohlen Kolbenstange 10 gebildete Ventilsitz 11 auf den Ventilkegel 13a des Ventilkörpers 13 auf.
Entgegen der Wirkung der Feder 72 wird bei der weiteren Bewegung des Wiegekolbens 9, 17 schliesslich der
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Ventilkegel 13b von seinem Sitz 14 abgehoben, so dass nunmehr die Luft aus dem Vorratsbehälter 2 über die Leitungen 63 und 4 in den Einlassraum 5 und von hier über den geöffneten Ventilsitz 14 in den Raum 74 und über die Bohrungen 29 in die Zylinderkammer 31 gelangen kann. Die Druckluft beaufschlagtdamit den grossen Verstärkerkolben 7, der sich daraufhin entgegen der Wirkung der Feder 68 nach rechts bewegt.
Anderseits beaufschlagt aber auch die einströmende Druckluft im Raum 74 den Wiegekolbenteil 9. Es erfolgt ein Auswiegen der von der Druckluft auf den Wiegekolbenteil 9 ausgeübten Kraft gegenüber der Kraft, die durch den Steuerdruck auf den kleinen Wiegekolbenteil 17 ausgeübt wird. Durch dieses Auswiegen der Kräfte ist eine feinfühlige Abstufung der vom Verstärkerkolben 7 ausgebüten Servo-Wirkung gewährleistet.
Dar Verstärkerkolben schiebt über die hohle Kolbenstange 18 schliesslich auch den Schleppkolben 19 im Arbeitszylinder 61 nach vorn. Der Ventilkegel zu aut der hohlen Kolbenstange 18 schliesst den Durchlass 25 im Kolben 19, so dass die gesamte Verstärkerkraft nunmehr über die in der Kammer 26 des Zylinders 61 und den Leitungen 66 enthaltene Bremsflüssigkeit auf die Bremszylinder 67 wirksam wird.
Durch das Nachvornlaufen des Verstarkerkolbens mit dem Schleppkolben 19 wird hinter dem Schleppkolben 19 der Zylinderraum 30, an welchen die Steuerleitung 23 angeschlossen ist, vergrössert. Durch diese Volumenvergrösserung erfolgt ein Absinken des Steuerdruckes in der Steuerleitung 23 und im Hauptzylinder 21. Diese Verringerung ist am Pedal 22 fühlbar, so dass man hier durch Nachtreten jederzeit ein Nachregulieren der Verstärkerkraft veranlassen kann. Ausserdem wirkt sich aber auch die Verringerung des Steuerdruckes auf den Wiegekolben 9, 17 aus, der gegenüber dem Verstarkerkolben 7 in seinem Zylinder 8 bzw. 16 um ein gewisses Mass nach rechts ausweichen kann, bis schliesslich der Ventilkegel 13b den Einlasssitz 14 abschliesst, wobei der Ventilkegel 13a auf seinem Sitz 11 bleibt.
Dadurch wird zunächst die weitere Bewegung des Verstärkerkolbens 7 unterbrochen und die Bremsabschlussstellung erreicht.
Es ist Aufgabe des Fahrers, durch entsprechendes Bedienen des Pedals 22 den Druck in der Steuerleitung 23 und in der Kammer 30 des Arbeitszylinders 61 auf einer solchen Höhe zu halten, dass der Wiegekolben 9,17 gerade in der Stellung verbleibt, in der sich die beiden Ventile 13a und 13b auf ihre Sitze 11 und 14 auflegen. Die Regelung ist ausserordentlich feinfühlig. Schon beim geringen weiteren Nachlassen des
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3 läuftdass sich schliesslich der Ventilkegel 13a von seinem Sitz 11 abhebt. Es erfolgt dann ein Druckabbau in der
Kammer 31 des Zylinders 1 über die Durchbohrungen 29, die Kammer 74, die hohle Büchse 10, die Öffnungen 32, die Kammer 73, die Durchbohrungen 33, die Kammer 6 und die Öffnung 34 zur Atmosphäre.
Die Druckfeder 68 kann nunmehr den Verstärkerkolben 7 wieder in seine Ausgangsstellung zurückführen.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 2 ist der Wiegekolbenteil 9 zwecks Erreichung einer noch feinfühligeren Abstufung durch einen Kolben 35 ersetzt, der mit seiner äusseren Kolbenmanschette dichtend im Zylinder 8 und mit seiner inneren Manschette auf d er Aussenseite einer der Büchse 10 entsprechenden hohlen Kolbenstange 37 gefühtt ist, die direkt mit dem Wiegekolbenteil 17 im Zylinder 16 verbunden ist. Von der Kolbenstange 37 ist dabei das Federwiderlager 38 gebildet. Eine Druckfeder 36 ist zwischen den Kolben 35 und den Verstärkerkolben 7 eingeschaltet. Eine weitere Druckfeder 78 sitzt zwischen dem Widerlager 38 und dem Kolben 35.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 ist der Wiegekolbenteil 17 mit dem Zylinder 16 ersetzt durch einen Kolben 40, der unmittelbar in der hohlen Kolbenstange 18'arbeitet. Die die Verbindung mit dem Wiegekolbenteil 9 herstellende Kolbenstange 70 ist hiezu mit einem Übertragungsorgan 39 verlängert. Im übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche wie vorher beschrieben.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4-6 ist die hohle Kolbenstange 18 bzw. 18' weggefal- len und durch eine starre Kolbenstange 44 bzw. 46 und eine biegsame Schlauchleitung 42 ersetzt. Der Schlauch 42 verbindet den rechts vom Wiegekolbenteil 17 befindlichen Teil des Zylinders 16, der durch einen festen Deckel 41 abgeschlossen ist, mit der Kammer 30 des Arbeitszylinders 61. Zu diesem Zweck ge- langthiebei zu dem vorderen Abschluss des Gehäuses 1 ein Deckel 60'zur Anwendung, der in seinem Inneren eine die Verbindung herstellende Längsbohrung 79 aufweist. Die den Verstärkerkolben 7 zurückführende Feder 68 ist durch eine Feder 45 ersetzt, die sich auf einen Federteller 43 auf der Kolbenstange 46 bzw. 44 abstützt.
Die beiden Ausfuhruiigsformen nach Fig. 4 und 5 unterscheiden sich voneinander lediglich dadurch, dass im einen Falle wie bei den Ausführungen gemäss Fig. l - 3 am vorderen Ende der Kolbenstange 44der Schleppkolben 19 angeschlossen ist, wogegen im andern Falle (Fig. 5) ein Kolben 47 starr auf der Kolbenstange 46 befestigt und der Anschluss 24 für die Steuerleitung 23 in zwei Kanäle 48 und 49 unterteilt ist, von denen je einer auf einer Seite des Kolbens 47 liegt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 ist schliesslich der im Inneren des Gehäuses 1 liegende Schlauch 4 weggefallen und durch ein Rohrstück 50 ersetzt worden, welches an die Einlasskammer 5 anschliesst und
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aber eine Schlauchleitung 52 an die vom Vorratsbehälter 2 führende Leitung 63 angeschlossen ist. In diesemFaIleistdasRohr 50 nach Art einer Kolbenstange in einer im Gehäuseboden 51 vorgesehenen Dichtung 80 geführt. Nach aussen hin ist das Rohr 50 durch einen Faltenbalg 53 gegen Verunreinigungen geschützt.
Arbeits- und Wirkungsweise der beschriebenen Ausführungsformen sind grundsätzlich gleich. Selbstver-
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in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, ohne dass an der Erfindung etwas geändert wird. So lässt sich beispielsweise die Ausbildung des Arbeitszylinders 61 mit dem Kolben 47 bei einer Anordnung verwenden, wie sie in Fig. l gezeigt ist, oder es gelangt beispielsweise die Ausführungsform des Wiege- kolbens gemäss Fig. 2 bei einer der Anordnungen gemäss Fig. 4-6 zur Anwendung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pneumatische Verstärkereinrichtung für Hydraulik-Systeme, insbesondere von Kraftfahrzeugbrem- sen, bei der durch den hydraulischen Steuerdruck, den ein mit dem Bedienungshebel (Pedal) verbundener
Kolben bei dessen Betätigung in einer Steuerleitung erzeugt, die Verstärkerwirkung ausgelöst und beim
Wirksamwerdendes Verstärkers selbsttätig der Steuerdruck durch Vergrösserung eines in das System einge- schalteten volumenveränderlichen Raumes verringert wird, wobei ein in einem Arbeitszylinder geführter Arbeitskolbenund ein in einem Verstärkerzylinder geführter Verstärkerkolben über eine gemeinsame Kol- benstange miteinander verbunden sind und ein Steuerteil vorgesehen ist, welcher ein die Druckluftzufuhr zum Verstärkerkolben regelndes Ventil und einen das Ventil steuernden,
als Stufungskolben wirkenden
Wiegekolben umfasst, dessen kleine Kolbenfläche an den volumenveränderlichen Raum angeschlossen und vom in der Steuerleitung herrschenden Steuerdruck beaufschlagt ist, während der Verstärkerdruck auf der grossen Fläche des Wiegekolbens wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil mit dem Regel- ventil (13) und dem Wiegekolben (17,9) im Verstärkerkolben (7) und gegebenenfalls der zugehörigen hoh- len Kolbenstange (18) untergebracht ist.