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Verstärkereinrichtung für Hydraulik-Systeme, insbesondere in Kraftfahrzeugbremsen
Die Erfindung betrifft eine Verstärkereinrichtung für Hydraulik-Systeme, die insbesondere
in Kraftfahrzeugbremsen Verwendung finden soll, um bei einer Bremsung den durch
den Fuß aus das Bremspedal ausgeübten Druck in seiner Auswirkung zu steigern.
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Man kennt bereits Einrichtungen dieser Art, bei denen durch den Steuerdruck,
den ein mit dem Bedienungshebel verbundener Kolben bei dessen Betätigung in einer
Steuerleitung erzeugt, die Verstärkerwirkung auslöst und bei Wirksamwerden des Verstärkers
selbsttätig der Steuerdruck durch Vergrößerung eines in das System eingeschalteten
volumenveränderlichen Raumes verringert wird. Durch diese Verringerung des Steuerdruckes
wird das Ansprechen der Servo-Einrichtung am Bedienungspedal fühlbar, so daß man
damit die Steuerung einregulieren kann. Desgleichen hat man auch schon vorgeschlagen,
dabei einen Arbeitszylinder mit Arbeitskolben und einen Verstärkerzvlinder mit Verstärkerkolben
unmittelbar axial hintereinander anzuordnen und beide Kolben über eine gemeinsame
Kolbenstange miteinander zu verbinden.
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Derartige Einrichtungen haben den Nachteil eines komplizierten Aufbaues,
was insbesondere bei Kraftfahrzeugen sehr oft die Ursache für Betriebsstörungen
ist. Ein weiterer Mangel der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß sie sich
nicht fühlbar genug einregulieren lassen, um auf diese Weise die Bremsbedienung
den jeweiligen Verhältnissen im Fahrbetrieb genau anzupassen.
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Durch die Erfindung werden die geschilderten Mängel behoben, indem
erfindungsgemäß im Verstärkerkolben ein an sich bekannter, als Steuerungskolben
ausgebildeter Wiegekolben geführt ist, dessen kleine Kolbenfläche an den hinter
dem Arbeitskolben im Arbeitszvlinder befindlichen volumenveränderlichen Raum angeschlossen
und von dem in der Steuerleitung herrschenden Druck beaufschlagt ist, während der
den Verstärkerkolben beaufschlagende Verstärkerdruck auf der großen Fläche des Wiegekolbens
wirksam ist und der Wiegekolben ein die Druckmittelzufuhr zum Verstärkerkolben regelndes
Ventil steuert.
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Der Aufbau der Einrichtung wird dadurch vereinfacht, daß die den Verstärkerkolben
mit dem Arbeitskolben verbindende Kolbenstange hohl und im Innern als zum Wiegekolben
führende Zuleitung für das Druckmittel ausgebildet ist.
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Der Wiegekolben ist vorzugsweise aus zwei über ihre Kolbenstange miteinander
verbundene Kolben gebildet, von denen der kleine in einem in der hohlen Kolbenstange
gebildeten Zylinder und der große in einem im Verstärkerkolben gebildeten Zylinder
geführt ist. Im vorderen Abschluß des im Verstärkerkolben gebildeten Zylinders ist
eine Kammer vorgesehen, in die einerseits die Verstärker-Druckmittelzuleitung angeschlossen
ist und die andererseits das vom Wiegekolben gesteuerte Ein- und Auslaßventil für
das den Verstärkerkolben beaufschlagende Druckmittel aufnimmt.
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Der Gesamtaufbau der Einrichtung ist dadurch wesentlich vereinfacht,
daß Arbeitskolben, Verstärkerkolben, Wiegekolben und Steuerventil in einer Achsrichtung
hintereinanderliegend angeordnet sind. Der große Kolben des Wiegekolbens kann zusätzlich
auf der Kolbenstange des kleinen Kolbens verschiebbar geführt sein und so eine zusätzliche
Stufungsmöglichkeit bilden. Dadurch, daß Arbeitskolben, Verstärkerkolben, die zugehörigen
Zylinder sowie die zugehörigen Steuerorgane, Zuleitungen usw. ein in sich geschlossenes
Aggregat bilden, ist es möglich, die Einrichtung nachträglich leicht in jedes Fahrzeug
einzubauen. Außerdem sind alle Teile gegen Beschädigungen weitestgehend geschützt.
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Der Erfindungsgedanke läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten
zu. Einige davon sind in den Zeichnungen wiedergegeben, und zwar zeigt Abb. 1 einen
Längsschnitt durch die Einrichtung, wobei die für den Aufbau unwesentlichen Zubehörteile
nur schematisch wiedergegeben sind, Abb. 2 eine besondere Ausführungsform des Wiegekolbens,
Abb. 3 eine Teilansicht einer weiteren Ausbildungsform und Abb. 4 bis 6 verschiedene
andere Ausführungsmöglichkeiten im Längsschnitt.
Die Verstärkereinrichtung
ist in einem Gehäuse 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. Das Gehäuse 1 bat 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,
die zum Hauptzylinder 21 führt, dessen Kolben mit dem Fußpedal 22 verbunden ist.
Die Bedienung der Anlage erfolgt durch Niederdrücken des Fußpedals 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.
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Der Anschluß 27 des Zylinders 61 steht in an sich bekannter Weise
über die Leitungen 66 mit den in den Bremstrommeln untergebrachten Bremszylindern
67 in Verbindung.
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Der Verstärkerkolben 7 bildet im Zylinderraum 31 einen Zylinder 8
für den Wiegekolbenteil 9. Andererseits stützt sich der Kolben 7 über eine Kegelfeder
68 auf den Deckel 60 ab, der einen nach der Atmosphäre offenen Durchlaß 34 aufweist.
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Eine hohle Kolbenstange 18 ist unter Bildung eines Zylinders 16 am
Verstärkerkolben 7 angesetzt, andererseits führt sich die Kolbenstange 18 in einer
doppelten Dichtungsmanschette 69 in den Deckel 60. Im Zylinder 16 ist der kleine
Kolbenteil 17, der zum Wiegekolben gehört, geführt. Der an ihm sitzende Kolbenansatz
70 durchsetzt den Verstärkerkolben 7 und stützt sich in einer Pfanne71 ab, die an
der hohlen Kolbenstange 10 des großen Wiegekolbenteiles 9 gebildet ist. Der Teil
10 des Wiegekolbens 9 bildet einen Sitz 11 für ein Doppelkegelventil 13. Dessen
Ventilkegel 13a arbeitet mit dem Sitz 11 zusammen, während der Kegel 13 b mit dem
Sitz 14 im Einlaßraum 5 zusammenarbeitet, in welchem die Druckluftzuleitung 4 einmündet.
Die Leitung 4 ist aus einem biegsamen Schlauch gebildet, welcher sich im Innern
des Gehäuses 1 an den Anschluß 3 ansetzt.
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Die Einlaßkammer 5 wird von einer den Zylinder 8 abschließenden Kappe
12 getragen, die mit Durchbohrungen 29 ausgerüstet ist und zugleich das Widerlager
für eine den Kolben 9 beaufschlagende Druckfeder 15 darstellt.
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Eine Feder 72 ist bestrebt, das Doppelkegelventil 13 immer auf seinen
Sitz zu drücken. Der Wiegekolbenteil 9, welcher sich dichtend in den Zylinder 8
führt, unterteilt diesen in die beiden Kammern 73 und 74, wobei die Kammer 73 über
eine Bohrung 33 mit dem Zylinderraum 6 vor dem Verstärkerkolben 7 und über eine
Bohrung 32 mit dem Innern der hohlen Kolbenstange 10 in offener Verbindung steht.
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Der Arbeitszylinder 61 wird durch einen Kolben 19 kleineren Durchmessers
in die beiden Kammern 26 und 30 unterteilt. Andererseits bildet der Kolben 19 einen
Schleppkolben, der über die mit Langlöchern 75 versehenen Halterungen 76 an einem
die hohle Kolbenstange 18 durchsetzenden Bolzen 77 aufgehängt ist.
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Zwischen den Halterungen 76 sitzt als Abschluß der hohlen Kolbenstange
18 ein Kegel 20, der bei der axialen Verschiebung des Schleppkolbens 19 gegenüber
der Kolbenstange 18 den durch den Kolben 19 hindurchführenden Durchlaßkana1 25 abschließt.
Die Längsbohrung der Kolbenstange 18 ist über eine Öffnung 28 an den Zylinderraum
30 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Einrichtung ist folgende:
In der Außerbetriebstellung befindet sich der Verstärkerkolben 7 im linken Teil
des Zylinders 1. Wird jetzt das Fußpedal 22 niedergedrückt, so wird über den damit
verbindenden 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 Durchlaß
25 zum 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 Fußpedal eingeleiteten Steuerdruck und die im Arbeitszylinder 61 unter
den zugehörigen Leitungen enthaltene hydraulische Flüssigkeit die Bremsbacken zum
Anlegen gebracht werden.
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Der Steuerdruck aus der Leitung 23 pflanzt sich 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 kleinen Wiegekolbenteiles 9 im
Zylinder 8 über die Kolbenteile 70 und 71. Dabei setzt sich schließlich der am Ende
der Büchse 10 gebildete Ventilsitz 11 auf den Kegel 13a des Ventils 13 auf. Entgegen
der Wirkung der Feder 72 wird bei der weiteren Bewegung des Wiegekolbens 9 schließlich
der Ventilkegel 13 b von seinem Sitz 14 abgehoben, so daß nunmehr die Luft aus dem
Vorratsbehälter 2 über die Leitungen 63 und 4 aus dem Einlaßraum 5 über den geöffneten
Ventilsitz 14 in den Raum 74 und da über die Bohrungen 79 in die Zylinderkammer
31 gelangen kann. Die Druckluft beaufschlagt damit den großen Verstärkerkolben 7,
der sich daraufhin entgegen der Wirkung der Feder 68 nach rechts bewegt. Andererseits
beaufschlagt aber auch die einströmende Druckluft im Raum 64 den Wigekolbenteil
9. Es erfolgt ein Auswiegen der von der Druckluft auf den Kolben 9 ausgeübten Kraft
gegenüber der Kraft, die durch den Steuerdruck auf den kleinen Wiegekolben 17 ausgeübt
wird. Durch dieses Auswiegen der Kräfte ist eine feinfühlige Abstufung der vom Verstärkerkolben
7 ausgeübten Servo-Wirkung gewährleistet. Der Verstärkerkolben 7 schiebt über die
hohle Kolbenstange 18 schließlich auch den Schleppkolben 19 im Arbeitszylinder 61
nach vorn. Der Ventilkegel 20 auf der hohlen Kolbenstange 18 schließt darin den
Durchlaß 25 im Kolben 19, so daß die gesamte Verstärkerkraft nunmehr über das in
der Kammer 26 des Zylinders 61 und den Leitungen 66 enthaltene Öl auf die Bremszylinder
67 wirksam wird.
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Durch das Nachvornlaufen des Verstärkerkolbens mit dem Schleppkolben
19 wird hinter dem Schleppkolben 19 der Zylinderraum 30, an welchem 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 Fußpedal 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 Verstärkerkolben
7 in seinem Zylinder 8 bzw. 16 um ein gewisses Maß nach rechts ausweichen kann,
bis schließlich der Ventilkegel 13 b den Einlaßsitz 14 und der Ventilkegel 13a den
Sitz 11 abschließt. Dadurch wird zunächst die weitere Bewegung
des
Verstärkerkolbens 7 unterbrochen und die Bremsabschlußstellung erreicht.
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Es ist Aufgabe des Fahrers, durch entsprechendes Bedienen des Fußpedals
22 den Druck in der Steuerleitung23 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 ihren Sitz 14 bzw. 11
auflegen. Die Regelung ist außerordentlich feinfühlig. Schon beim geringen weiteren
Nachlassen des Fußpedals 22 bzw. des Steuerdruckes in der Leitung 23 läuft der Wiegekolben
9, 17 noch weiter zurück, so daß schließlich der Ventilkegel 13a sich von seinem
Sitz 11 abhebt. Es erfolgt dann ein Druckausgleich zwischen dem Zylinderraum 31
des Hauptzylinders 1 über die Bohrungen 29, die Kammer 74, dem geöffneten Ventilsitz
11, die hohle Büchse 10, die Öffnungen 32, die Kammer 73 und die Durchbohrungen
33 mit dem vor dem Verstärkerkolben 7 liegenden Zylinder 6.
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Die Druckfeder 68 kann nunmehr den Verstärkerkolben 7 wieder in seine
Ausgangsstellung zurückführen.
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Bei der Anordnung gemäß Abb. 2 ist der Wiegekolbenteil9 zwecks Erreichung
einer noch feinfühligeren Abstufung durch einen Kolben 35 ersetzt, der sich mit
seiner äußeren Kolbenmanschette dichtend im Zylinder 8 und mit seiner inneren Manschette
auf der Außenseite einer der Büchse 10 entsprechenden hohlen Kolbenstange 37 führt,
die direkt mit dem Wiegekolbenteil 17 im Zylinder 16 verbunden ist. Von dem Teil
37 ist dabei das Federwiderlager 38 gebildet.
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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.
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Bei der Anordnung gemäß Abb. 3 ist der Wiegekolbenteil 17 mit dem
Zylinder 16 ersetzt durch einen Kolben 40, der unmittelbar mit der hohlen Kolbenstange
18 arbeitet. Die die Verbindung mit dem Wiegekolbenteil 19 herstellende Kolbenstange
17 ist hierzu mit einem Übertragungsorgan 39 verlängert. Im übrigen ist die Wirkungsweise
die gleiche wie vorher.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den Abb.4 bis 6 ist die hohle Kolbenstange
18 bzw. 18' weggefallen und durch eine starre Kolbenstange 44 bzw. 46 und eine biegsame
Schlauchleitung 42 ersetzt. Der Schlauch 42 verbindet den hinter dem Wiegekolben
17 befindlichen Teil des Zylinders 16, der durch einen festen Deckel 41 abgeschlossen
ist, mit dem Teil 30 des Arbeitszylinders 61. Zu diesem Zweck gelangt hierbei
zu dem vorderen Abschluß des Gehäuses 1 ein Deckel 60' zur Anwendung, der in seinem
Innern 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.
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Die beiden Ausführungsformen 4 und 5 unterscheiden sich lediglich
dadurch, daß im einen Falle auf dem vorderen Ende der Kolbenstange 44 sich wie vorher
der Schleppkolben 19 führt, während im anderen Falle (Abb. 5) eine Kolbenstange
47 starr auf der Kolbenstange 46 befestigt ist und der Anschluß 24 für die Steuerleitung
23 in zwei Kanäle 48 und 49 sich unterteilt, von denen je einer auf einer Kolbenseite
47 liegt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 6 ist schließlich der im Innern
des Gehäuses 1 liegende Schlauch 4 in Wegfall gekommen und durch ein Rohrstück 50
ersetzt worden, welches an die Einlaßkammer 5 anschließt und über eine Schlauchleitung
52 an die zum Vorratsbehälter führende Leitung 63 angeschlossen ist.
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In diesem Falle führt sich das Rohr 50 nach Art einer Kolbenstange
dichtend in einer im Gehäuseboden 51 vorgesehenen Führung 80. Nach außen hin ist
das Rohr 50 durch einen Faltenbalg 53 gegen Verunreinigungen geschützt.
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Arbeits- und Wirkungsweise der beschriebenen Ausführungsformen sind
grundsätzlich gleich. Selbstverständlich können die Konstruktionseinzelheiten der
verschiedenen dargestellten Ausführungsmöglichkeiten 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 Abb. 1 gezeigt ist, oder es gelangt beispielsweise die Ausführungsform
des Wiegekolbens gemäß Abb. 2 bei einer der Anordnungen gemäß Abb. 4 bis 6 zur Anwendung.