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Bremskraftverteiler für Kraftfahrzeuge - und Anhänger Die Erfindung
betrifft Bremskraftverteiler für Kraftfahrzeuge und Anhänger mit einem Waagebalken,
der über den- einen Arm mit den Vorderradbremsen, über den anderen Arm mit den Hinterradbremsen
und über seinen Drehpunkt mit denn Betätigungsorgan der Bremsanlage in Verbindung
steht und bei dem das Hebelverhältnis in Abhängigkeit von der Bremsbetätigungskraft
selbsttätig verändert wird.
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Bei bekannten Bremskraftverteilern der vorgenannten Art wird der Angriffspunkt
des mit dem Pedal verbundenen Gestänges am Waagebalken verschoben, sobald die Bremsbetätigungskraft
eine durch eine vorgespannte Feder bestimmte Größe überschreitet. Von einer bestimmten
Bremsbetätigungskraft an wird dann der Hebelarm für das an dem einen Ende des Waagebalkens
angreifende, zu den Vorderrädern führende Bremsgestänge immer kürzer, während der
Hebelarm für das am anderen Ende des Waagebalkens angreifende Bremsgestänge zu den
Hinterrädern immer länger wird. Die Vorderräder bremsen dann entsprechend stärker
als die Hinterräder.
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Diese Vorrichtungen arbeiten jedoch nur zuverlässig, solange der Waagebalken
senkrecht steht zur Richtung der auf ihn eingeleiteten sowie von ihm abgegebenen
Bremsbetätigungskraft. Um die verschieden großen Bewegungen an den Zuspannvorrichtungen
der einzelnen Bremsen zu ermöglichen, muß der Waagebalken jedoch beim Bremsen verschiedene
Stellungen einnehmen. Die eingeleitete und auch die abgegebene Bremsbetätigungskraft
verschiebt darum den am Waagebalken' nicht fest gelagerten Drehpunkt desselben und
stört dabei den vorgesehenen Verlauf der Bremskraftverteilung.
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Um den angegebenen Nachteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
den Waagebalken mindestens auf die Bremsen einer Achse, mit wenigstens einem Kraftarm
über eine oder mehrere vorgespannte Federn wirken zu lassen, welche nachgeben, sobald
die übertragene Bremsbetätigungskraft ihre Vorspannung erreicht hat, und dadurch
eine Drehbewegung am Waagebalken erzeugen, bis ein Anschlag sich anlegt, der so
angeordnet ist, daß die weitere Steigerung der Bremsbetätigungskraft vom Waagebalken
mit einem anderen Kraftarm weitergegeben wird.
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Bei einer bestimmten Bremsbetätigungskraft schaltet die Vorrichtung
also auf .einen anderen Verteilungsschlüssel um. Die Schaltbewegung kostet zwar
Arbeit. Sie macht sich hier aber im wesentlichen nur in einem Wegverlust bemerkbar.
Der Brems- ; kraftverteiler kann einfach und robust gebaut werden. Darum arbeitet
er immer zuverlässig. In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
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Abb. 1 zeigt das Schema eines automatischen Bremskraftverteilers mit
den für die Erfindung wesentlichen Teilen; Abb. 2 stellt graphisch dar" in welcher
Weise die Bremsbetätigungskraft verteilt wird; Abb. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele
von automatischen Bremskraftverteilern gemäß der Erfindung; Abb.5 stellt einen automatischen
Bremskraftverteiter für Motorräder dar, welcher mehrere Male nacheinander umschaltet.
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In Abb. 1 wird der Waagebalken 1 durch das Bremspedal nach links gezogen.
Dabei drückt er mit dem Kraftarm 2 auf den Hauptbremszylinder 3 und betätigt die
Bremsen an der Hinterachse. Mit dem Kraftarm 4 wirkt er über die vorgespannte
Feder 5 und über die Geradführung 6 auf den Hauptbremszylinder 7, welcher
die Bremsen an der Vorderachse betätigt. Da die beiden Kraftarme 2 und 4 gleich
lang sind, gibt der Waagebalken 1 die ihm zugeführte Kraft ungefähr je zur Hälfte
an die Hauptbremszylinder 3 und 7 weiter. Infolge der nicht senkrechten Richtung
der vom Waagebalken zur Geradfühxung übertragenen Kraft ergeben sich Ungenauigkeiten
der Verteilung, die jedoch vernachlässigt werden können. Die hydraulische Übertragung
bewirkt; daß jede Bremse an den vier Rädern des Kraftfahrzeuges etwa
ein
Viertel der am Bremspedal aufgebrachten Bremsbetätigungskraft erhält. In dieser
Weise arbeitet der Waagebalken 1, solange er nur eine niedrige Kraft überträgt.
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Die Verteilung ändert sich jedoch, wenn die über den Kraftarm 4 weitergeleitete
Kraft die Vorspannung der Feder 5 erreicht hat. Dann nämlich drückt der Kolben 8
die Feder 5 stärker zusammen. Der obere Arm des Waagebalkens 1 kippt nach links
in Richtung auf die Druckstange 9, welche an der Geradführung 6 befestigt ist. Die
Drehbewegung des Waagebalkens 1 wird erst abgestoppt, wenn dieser sich an den Anschlag
10 legt. Die Steigerung der Bremsbetätigungskraft über die Vorspannung der Feder
5 hinaus wird dann mit dem Kraftarm 11 zum Hauptbremszylinder 7 geleitet. Auf der
anderen Seite des Waagebalkens 1 hingegen wird die Kraft auch weiterhin mit dem
Kraftarm 2 übertragen. Da der Kraftarm 2 doppelt so lang ist wie der Kraftarm 11,
gehen, sobald der Waagebalken 1 am Anschlag 10 liegt, von jeder weiteren Steigerung
der Bremsbetätigungskraft zum Hauptbremszylinder 3 nur ein Drittel, zum Hauptbremszylinder
7 aber zwei Drittel.
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Abb. 2 stellt graphisch dar, in welcher Weise die Bremsbetätigungskraft
durch die Vorrichtung gemäß Abb. 1 verteilt wird. Dabei ist die zum Bremskraftverteiler
geleitete Kraft waagerecht dargestellt, die von diesem weitergegebenen Kräfte sind
senkrecht aufgetragen.
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Die Linie 12 drückt aus, daß, vom Nullpunkt des Koordinatensystems
ansteigend, Vorder- und Hinterachse die gleiche Bremsbetätigungskraft erhalten.
Doch gilt der Verteilungsschlüssel 1: 1 nur, bis die Vorspannung der Feder 5 von
der durch diese übertragenen Kraft erreicht wird. Von diesem Schaltpunkt 13 aus
läuft die punktierte Linie 14 parallel zur waagerechten Achse. Sie grenzt den Geltungsbereich
des Verteilungsschlüssels 1 : 1 nach oben ab. Auch rechts vom Schaltpunkt 13 überträgt
die Feder 5 eine ihrer Vorspannung entsprechende Kraft mit dem Kraftarm 4. Nur der
Betrag der eingeleiteten Kraft, der den beim Schaltpunkt 13 vorliegenden Wert übersteigt,
wird mithin im Verhältnis 2: 1 verteilt. Die gestrichelte Linie 15 läßt erkennen,
daß dabei die Bremsbetätigungskraft für die Hinterachse weniger stark als vor dem
Umschalten steigt. Die im Schaltpunkt 13 steiler nach oben knickende Linie 16 zeigt
die Größe der nach dem Umschalten zur Vorderachse übertragenen Bremsbetätigungskraft.
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Auch bei der Vorrichtung nach Abb. 3 wird der Waagebalken 21 vom Bremspedal
nach links gezogen und drückt dabei mit dem Kraftarm 22 auf den Hauptbremszylinder
23, welcher die Bremsen an der Hinterachse betätigt. Nach der Vorderachse wird die
Kraft durch den Hebel 28 weitergeleitet. Dieser ist am Waagebalken 21 drehbar
befestigt und wird durch die Feder 25 gegen diesen gedrückt. Hebel 28 wirkt mit
dem Kraftarm 24 auf die Geradführung 26 und auf den Hauptbremszylinder 27. Sobald
die übertragene Kraft die Vorspannung der Feder 25 erreicht hat, wird die Feder
25 stärker zusammengedrückt, und der Waagebalken 21 kippt nach links. Dabei gleitet
das am Waagebalken 21 aasgelenkte Schiebestück 33 nach links auf der Druckstange
29, welche an der Geradführung 26 befestigt ist, bis das Schiebestück 33 sich an
die Muttern 30 legt, welche mit Hilfe des Gewindes 32 auf der Druckstange 29 gegeneinander
festgezogen sind. Dieser Anschlag zwischen dem Schiebestück 33 und den Muttern 30
leitet über die Druckstange 29 die weitere Steigerung der Bremsbetätigungskraft
mit dem Kraftarm 31 weiter. Da die Kraftarme 22 und 24 gleich lang sind und der
Kraftarm 31 nur die Hälfte ihrer Länge mißt, verteilt der Waagebalken 21 die ihm
zugeführte Kraft in der gleichen Weise wie der Waagebalken 1 gemäß Abb. 1 und wie
dies durch Abb. 2 graphisch dargestellt wird.
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Der Vorteil gegenüber dem in Abb. 1 dargestellten Bremskraftverteiler
besteht darin, daß die Feder 25 an dem Waagebalken 21 angeordnet werden kann. Dadurch
wird das Bremsgestänge leicht und verschleißfest. Auch läßt sich die Vorspannung
der Feder 25 ändern, ohne daß die Gestängelänge verändert wird. Zu diesem Zwecke
ist am Waagebalken 21 schwenkbar eine Federstange mit dem Gewinde 34 vorgesehen.
Mittels der Mutter 35 kann die Feder 25 mehr oder weniger zusammengedrückt werden.
Je stärker die Feder 25 zusammengedrückt wird, desto größer wird ihre Vorspannung
und desto weiter rückt in Abb. 2 der Schaltpunkt 13 nach rechts. Durch Drehen der
Mutter 35 kann mithin die Linie 16 so parallel verschoben werden, daß sie als Tangente
an der idealen Bremskraftverteilungskurve liegt, welche für das betreffende Fahrzeug
gilt entsprechend der Höhe seines Schwerpunkts und dessen Lage zu den Achsen.
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Durch Drehen der beiden Muttern 30 auf dem Gewinde 32 läßt sich der
Anschlag für das Schiebestück 33 verstellen, welcher die Steigerung der Bremsbetätigungskraft
nach dem Umschalten überträgt. Das Gewinde 32 macht es damit möglich, den Schaltweg
so kurz einzustellen, wie es die Bremsanlage des Fahrzeugs gestattet. Dadurch wird
der Schaltverlust so gering, wie es in dem betreffenden Falle möglich ist.
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Bei dem in Abb.4 dargestellten automatischen Bremskraftverteiler wird
gleichfalls der Waagebalken 41 durch das Bremspedal nach links gezogen. Dabei drückt
er mit dem Kraftarm 42 auf den Hauptbremszylinder 43 und betätigt die Bremsen an
der Hinterachse. Die Bremsen an der Vorderachse werden mit Hilfe des Hauptbremszylinders
47 über die Geradführung 46 und die Druckstange 49 betätigt. Auf diese wirkt mit
dem Kraftarm 44 der Hebel 48,
welcher durch die Feder 45 gegen den
Waagebalken 41 gedrückt wird, an dem er drehbar befestigt ist. Wenn die übertragene
Kraft die Vorspannung der Feder 45 erreicht hat, wird die Feder
45 stärker zusammengedrückt, und es entsteht eine Drehbewegung. Der Waagebalken
41 kippt mit seinem oberen Arm nach links. Der Hebel 48 aber dreht
sich im entgegengesetzten Sinne. Sein oberer an die Druckstange 49 aasgelenkter
Arm dreht sich nach rechts. Sein unterer Arm hingegen wird nach links bewegt, bis
er sich an die Schraube 50 legt, welche mit dem Gewinde 52 in der Druckstange
49 sitzt. Dieser Anschlag überträgt die Steigerung der Bremsbetätigungskraft über
die Vorspannung der Feder 45 hinaus mit dem Kraftarm 51. Da auch hier die Kraftarme
42 und 44 gleich lang sind und der Kraftarm 51 nur halb so lang ist, verteilt der
Waagebalken 41 die ihm zugeführte Kraft ebenfalls so, wie es Abb. 2 graphisch darstellt.
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Die Vorspannung der Feder 45 läßt sich mit Hilfe des Gewindes 54 und
der Mutter 55 so verstellen, daß die Bremskraft an der Vorderachse ganz nahe an
ihre ideale Kurve rückt.
Der am Waagebalken 41 drehbar befestigte
Hebel 48 entlastet das Bremsgestänge vom Gewicht der Feder 45. Wegen seiner
Gegenläufigkeit zur Drehbewegung des Waagebalkens 41 ist der Schaltweg sehr klein.
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Die Gegen-Feder 57 greift an der Geradführung 46 an; jedoch wird deren
Bewegung unter der Wirkung der Feder 57 durch den Anschlag 56 begrenzt. Die Gegen-Feder
57 schwächt die Kraft ab, welche zur Vorderachse geleitet wird. Dadurch bewirkt
sie für die Vorderachse eine Verschiebung der Linie 12 in Abb.2 nach unten,
so daß die Bremsen an der Vorderachse auch bei niedrigsten Reibwerten zwischen Reifen
und Fahrbahn (Glatteis) auf keinen Fall eher blockieren als die Bremsen an der Hinterachse.
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Schließlich ist noch das Gewinde 58 vorgesehen. Mit Hilfe seiner beiden
Muttern kann es in jeder beliebigen Stellung zu der Strebe 59 festgezogen werden,
welche mit dem Rahmen des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Dadurch läßt sich die Vorspannung
der ' Feder 57 einstellen, so daß eine zuverlässige Einstellung der Bremsen
an der Vorderachse möglich wird: In Abb. 5 ist ein automatischer Bremskraftverteiler
für Motorräder dargestellt.
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Auch bei diesem zieht das Bremspedal den Waage-Balken 61 nach links
und drückt mit dem Kraftarm 62 auf den Hauptbremszylinder 63 für das Hinterrad.
Der Hauptbremszylinder 67 betätigt die Bremse im Vorderrad. Solange die Bremsbetätigungskraft
klein ist, wirkt auf den Hauptbremszylinder 67 der Waage-Balken 61 mit dem
Kraftarm 64 über die vorgespannte Feder 65 und die Geradführung 66 nach dem
Verteilungsschlüssel 1:1. Hat jedoch die übertragene Kraft die Vorspannung der Feder
65 erreicht, so wird die Feder 65 durch den Kolben 68 stärker zusammengedrückt.
Der obere Arm des Waagebalkens 61 kippt nach links, bis sich die Muttern
70, welche mit Hilfe des Gewindes 72 auf der Druckstange 69 gegeneinander
festgezogen sind, an das Gehäuse der Feder 73 legen. Die weitere Steigerung der
Bremsbetätigungskraft wird nunmehr mit dem Kraftarm 71 übertragen und, da
dieser nur drei Achtel der Länge des Kraftarmes 62 hat, nach dem Schlüssel
8 : 3 an Vorder-und Hinterrad verteilt.
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Weil der Radstand eines Motorrades sehr kurz ist im Verhältnis zur
Höhe seines Schwerpunkts, verlagert sich beim Bremsen die Last so stark nach vorn,
daß bei Bremsverzögerungen über 4 m - see-2 die zum Hinterrad geleitete Bremsbetätigungskraft
sogar in ihrer absoluten Größe verringert werden muß, während die am Vorderrad benötigte
Bremsbetätis gungskraft entsprechend größer wird. Für diese Verteilung ist eine
dritte Stufe vorgesehen.
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Wenn die mit dem Kraftarm 71 übertragene Kraft die Vorspannung
der Feder 73 erreicht hat, drückt der Kolben 74 die Feder 73 stärker
zusammen. Der Waagebalken 61 dreht sich mit seinem oberen Arm weiter nach
links und legt die mit Hilfe des Gewindes 75 auf der Druckstange 76 gegeneinander
festgezogenen Muttern 77 an die Druckstange 78. Diese ist am unteren
Arm des Waagebalkens 61 angelenkt. Die weitere Steigerung der Bremsbetätigungskraft
leitet deshalb der obere Arm des Waagebalkens 61 nicht mehr weiter. Dieser überträgt
wie vor der zweiten Umschaltung mit den Kraftarmen 64 und 71 je einen
Kraftanteil, welcher der Vorspannung der Federn 65 und 73 entspricht. Das Gleichgewicht
am Waage-Balken 61 bleibt dadurch erhalten, daß mit dem Kraftarm 62 eine entsprechende
Kraft zum Hauptbremszylinder 63 geleitet wird.
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Sobald nach dem A nlegen der Muttern 77 an die Druckstange
78 der Fahrer kräftiger auf das Bremspedal tritt, drückt er über die Druckstangen
78 und 76 stärker auf den Hauptbremszylinder 67 und zieht die Druckstange zum Hauptbremszylinder
63 nach rechts, wodurch die zum Hinterrad geleitete Kraft abgeschwächt wird.
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Da der Kraftarm 62 viermal so lang ist wie der Kraftarm 79; wird durch
je 3 kg Steigerung des Zugs durch das Bremspedal die zum Hauptbremszylinder
63 geleitete Kraft um 1 kg geschwächt und die zum Hauptbremszylinder 67 übertragene
Kraft um 4 kg verstärkt. Auf griffiger Betonstraße kann so mit einem Motorrad eine
Bremsverzögerung von etwa 7 in - sec-2 erreicht werden, ohne daß sein Hinterrad
blockiert.
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In den Abbildungen ist immer nur ein einziger Waagebalken dargestellt.
Das ist für die Erfindung keineswegs wesentlich. Es können z. B. auch mehrere Waagebalken
nebeneinander als Gruppe zusammenarbeiten. Ferner können mehrere vorgespannte Federn
parallel oder hintereinander geschaltet werden. Diese brauchen nicht Schraubenfedern
zu sein. Man kann ebenso Blatt-, Torsionsstab- oder Gummi-Federn, kurz jede beliebige
Federart, verwenden. Werden mehrere Federn vorgesehen, so können diese an verschiedenen
Stellen liegen. Insbesondere kann die Gegen-Federkraft 57 so geteilt werden, daß
jedes Rad eine Gegen-Feder und einen Anschlag :erhält. Dadurch wird es möglich,
Differenzen im Reibwert des Bremsbelages auszugleichen.
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Für das Einstellen der Federkraft und der Anschlage dient in jedem
dargestellten Falle ein Gewinde. Es können hierfür jedoch auch mehrere Gewinde vorgesehen
werden, z. B. ein Rechts- und ein Linksgewinde. Ferner braucht nur ein Teil der
Federkraft verstellbar zu sein.
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Die Bremsbetätigungskraft kann auch durch mehrere Hebel
28 bzw. 48, welche als Gruppe lose miteinander verbunden am Waagebalken bzw.
an einer Waagebalkengruppe, drehbar befestigt sind, weitergeleitet werden. Dieser
Hebel bzw. die Hebelgruppe kann auch durch die vorgespannte Federkraft über Bolzen
und andere Teile zur Waagebalkengruppe festgelegt werden.
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Der Bremskraftverteiler nach der Erfindung kann selbstverständlich
für jeden beliebigen Verteilungsschlüssel gebaut werden. Dies zeigt schon der Bremskraftverteiler
für Motorräder gemäß Abb. 5, welcher auf der dritten Stufe sogar nach einem Verteilungsschlüssel
mit negativen Werten arbeitet.
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Unwesentlich für die Erfindung ist auch, in welcher Weise die Bremsbetätigungskraft
vom Betätigungsorgan her auf den Waagebalken wirkt und wie sie zu den Bremsen weitergeleitet
wird. Die Erfindung kann jeder Kraftübertragung angepaßt werden, ob diese mechanisch
oder hydraulisch erfolgt, ob der Bremskraftverteiler gezogen oder gedrückt, ob er
in gerader Linie oder im Bogen bewegt werden soll.