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Drucksteuereinrichtung für hydraulische Brernsbetätigungsanlagen,
insbesondere in Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft eine Drucksteuereinrichtung
(Druckregler) für hydraulische Bremsbetätigungsanlagen, insbesondere in Kraftfahrzeugen,
mit einem Zylinder, einem auf der Druckmittelzuflußseite angeordneten Differentialkolben
(Stufenkolben), der bei Erreichen eines bestimmten Druckes gegen Federkraft verschiebbar
ist, und einem zweiten, von dem Differentialkolben normalerweise durch eine Feder
im Abstand gehaltenen, auf der Abflußseite angeordneten Kolben, wobei die Anordnung
so getroffen ist, daß bei Erreichen des genannten Druckes der Differentialkolben
sich an den zweiten Kolben anlegt, der Druckmittelfluß vom Hauptzylinder zu den
Brernszylindern unterbrochen wird und eine Drucküber-oder -untersetzung stattfindet.
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Bei einer bekannten Drucksteuereinrichtung dieser Art ist der Zylinder
zweistufig ausgeführt. Eine dritte Stufe wird mit Hilfe eines in den Zylinder eingeschraubten
Stopfens gebildet. Der Differentialkolben ist lediglich im Bereich seines größeren
Durchmessers im Zylinder geführt. Im Bereich des kleineren Durchmessers ragt er
in eine Bohrung des zweiten Kolbens hinein, welcher ebenfalls als Differentialkolben
ausgebildet und in beiden Zylinderstufen sowie im Stopfen geführt ist. Der Raum
zwischen den beiden Kolben ist mit Luft gefüllt und steht durch eine Bohrung mit
der Atmosphäre in Verbindung. Desgleichen befindet sich Luft in der dem Abfluß zugewandten
Zylinderseite des zweiten Kolbens. Auch hier ist eine Bohrung zur Verbindung mit
der Atmosphäre vorgesehen. Diese bekannte Drucksteuereinrichtung ist sehr teuer
in der Herstellung, da zwei ineinander beweglich gelagerte Differentialkolben vorgesehen
sind, die ebenso wie der dazugehörige Zylinder außerordentlich genau bearbeitet
sein müssen. Ferner müssen die druckmittelbeaufschlagten Teile der Kolben besonders
gut gegenüber den druckmittelfreien und mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden
Abschnitten abgedichtet sein. Trotzdem besteht die Gefahr, daß durch Leckwerden
einer Dichtung das Druckmittel austreten kann. Schließlich ergibt sich infolge der
nur teilweisen Füllung des Zylinders mit Druckmittel eine ungenügende Kolbenschmierung
mit der Folge hohen Verschleißes.
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Es ist ferner eine Drucksteuereinrichtung bekannt, die einen zweistufigen
Kolben aufweist, welcher den freien Durchtritt der Bremsflüssigkeit zu dem zu betätigenden
Bremsglied gestattet, bis der Druck dieser Flüssigkeit einen bestimmten Wert erreicht.
Sobald dieser Druckwert erreicht ist, wird der Stufenkolben durch die Wirkung des
Druckunterschiedes verschoben, wobei er eine Rückstellfeder zusammendrückt. Durch
diese Verschiebung wird der Durchtritt der Flüssigkeit durch den Kolben gesperrt.
Der Stufenkolben wirkt dann als Druckverstärker. Je größer der Unterschied im Durchmesser
der beiden Seiten des Kolbens ist, desto stärker ist die Feder für einen bestimmten
Druckwert, welcher der Änderung des übersetzungsverhältnisses der hydraulischen,
übertragung entspricht, wodurch die mögliche Druckverstärkung im Bremssystern beschränkt
und ein Teil der Bremskraft absorbiert wird.
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Schließlich ist es bekannt, bei Druckfibersetzern den Ringraum zwischen
der ersten und der zweiten Stufe des Stufenzylinders mit einer Ausgleichskammer
zu verbinden, die durch eine Membran abgeschlossen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drucksteuereinrichtung
zu schaffen, bei der jeweils nur mit Druckmittel höheren Druckes gefüllte
Ab-
schnitte gegenüber Abschnitten mit Druckmitteln niedrigeren Druckes abzudichten
sind, zur Vermeidung von Kolbendichtungen, die auf einer Seite von der Atmosphäre
und auf der anderen Seite von Druckflüssigkeit beaufschlagt sind, und bei der durch
völligen Abschluß des Zylinders gegenüber der Atmosphäre die Gefahr von Leckverlusten
beseitigt ist.
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Diese Aufgabe wird unter gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile der
bekannten Vorrichtungen dadurch gelöst, daß der Zylinder dreistufig ausgeführt und
ganz mit Druckmittel ausgefüllt ist, der Differentialkolben in den ersten beiden
Zylinderstufen geführt, der zweite Kolben ein einfacher Hilfs-409 587/288
kolben
mit beidseitig gleich großei7 Kolbenfläche und in der dritten Zylinderstufe geführt
ist, und eine Ausgleichskammer vorgesehen ist, die mit der mittleren Zvlinderstufe
in Verbindung steht, wenn sich dcreii Volumen verringert.
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Da 'oei der erfindungsgemäßen Drucksteue. einricbtung sämtliche drei
Zylinderstufen in einem einheitlichen Bauteil enthalten und beide Kolben jeweils
nur im Zylinder und nicht ineinander geführt sind, ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung
in der Herstellung. Da ferner der gesamte Zylinder mit Druckmittel gefüllt ist,
kann die Abdichtung vereinfacht werden. Außerdem ist die Kolbenschmierung verbessert
und die Gefahr, daß Leckverluste auftreten, beseitigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Drucksteuereinrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt,
F i g. 2 ein Diagramm, in welchem die gewöhnliche Verteilung des auf der
Ordinate aufgetragenen Bremsmoments auf die Vorder- und Hinterräder als Funktion
der auf der Abszisse aufgetragenen Verzögerung dargestellt ist, F i g. 3
ein Diagramm der gleichen Art wie F i g. 2, in welchem die durch die Verwendung
der Drucksteuereinrichtung gemäß der Erfindung ermöglichte Verteilung des Brernsmoments
dargestellt ist.
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Die in F i g. 1 dargestellte Drucksteuereinrichtung gemäß der
Erfindung, z. B. für das Bremssystern der Vorderräder eines Kraftfahrzeuges, weist
einen Zylinder 1 auf, dessen Böden 2, 3 mittels Anschlußstücke 4,
5, mit einer vom Hauptzylinder kommenden Bremsleitung 6 bzw. mit einer
zu den Bremszylindern der Vorderräder führenden Bremsleitung 7
verbunden sind.
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Der Zylinder 1 ist dreistufig ausgebildet, wobei in zwei Stufen
ein Stufenkolben 8 geführt ist, während die dritte Stufe einen einfachen
Hilfskolben 9 mit beidseitig gleich großer Kolbenfläche enthält. Der Stufenkolben
8 ist im Zylinder 1 auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet,
d. h. auf der Seite der vom Hauptbremszylinder kommenden Bremsleitung
6, wobei seine größere Stirnfläche dieser Seite zugekehrt ist.
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Der Kolben 8 hat zwei verschiedene Durchmesser 81 und
82, die nur um einen sehr geringen Betrag voneinander abweichen; er wird
durch eine Feder 10 stromaufwärts gedrückt, welche ihn normalerweise in einem
Abstand vom Hilfskolben 9 hält. Dieser Hilfskolben befindet sich in der durch
eine Bohrung 11 gebildeten dritten Stufe des Zylinders 1 und wird,
wie im Folgenden noch zu beschreiben, ebenfalls stromaufwärts in eine Stellung gedrückt,
in welcher er in der Drucksteuereinrichtung einen freien Durchtritt von Flüssigkeit
von der vom Hauptzylinder kommenden Bremsleitung 6 zu der zu den Radzylindern
führenden Leitung 7 gestattet. Die Bremsflüssigkeit strömt dabei durch einen
im Stufenkolben 8 vorgesehenen Kanal 12.
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Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Hilfskolben
9 mit dem Kolben 8 durch eine Stange 13 verbunden, welche sich
frei durch den Kanal 12 erstreckt, wobei zwischen dem Ende der Stange
13
und der stromaufwärts gerichteten Fläche des Kol- i bens 8 eine
Feder 14 angeordnet ist, so daß der Kolben 9 ebenfalls unter der Wirkung
der Rückstellfeder 10 des Kolbens 8 stromaufwärts gedrückt wird, soweit
es eine Anschlagscheibe 15 zuläßt, welche die die beiden Kolben aufnehmenden
Bohrungen des Zylinders voneinander trennt.
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Die Stange 13 erstreckt sich ferner durch eine im Kolben
9 ausgebildete Sacklochbohrung 16, welche mit einer Radialbohrung
17 in Verbindung steht und somit den Durchtritt von Bremsflüssigkeit durch
den Kolben 9 ermöglicht. Wenn sich der Kolben 9 in seiner Ruhestellung
befindet, steht die Radialbohrung 17 mit im Zylinder 1 ausgebildeten
Kanälen 18, 19
in Verbindung. Der Kanal 19 mündet am stromabwärts gelegenen
Ende in eine Druckkammer 20 des Kolbens 9.
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Im Zylinder 1 der Steuereinrichtung ist ferner eine Ausgleichskammer
21 vorgesehen, welche durch eine elastische Membran 22 abgeschlossen ist. Diese
Kammer dient zum Ausgleich der durch die Verschiebung des Stufenkolbens
8 stromabwärts bewirkten Verringerung des Flüssigkeitsvolumens zwischen seiner
Mantelfläche und der Zylinderwand und insbesondere auch zum Ausgleich der Volumenverringerung,
die sich in der mittleren Stufe des Zy-
linders ergibt, wenn der Kolben
8 gegen den Kolben 9 zur Anlage kommt. Der Kolben 8 ist zu
diesem Zweck mit einem Kanal 23 versehen, welcher diese Stufe mit der Ausgleichskammer
21 verbindet.
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Die Wirkunsgweise der vorstehend beschriebenen Drucksteuereinrichtung
entspricht im allgemeinen derjenigen der bekannten Mehrstufenzylinder.
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Beim Bremsen wird zunächst vom Hauptbremszylinder aus das ganze Bremssystern
unter Druck gesetzt, weil die Bremsflüssigkeit ungehindert durch die Drucksteuereinrichtung
strömen kann. Der Stufenkolben 8 bleibt dabei unter der Wirkung der Feder
10 in seiner Ruhestellung, bis ein Druck erreicht ist, bei dem sich das Übersetzungsverhältnis
der Bremsbetätigung ändern soll. Wenn dieser Druck erreicht ist, übersteigt die
durch ihn auf den Kolben 8 ausgeübte resultierende Kraft die Kraft der Feder
10,
und der Kolben 8 kommt mittels der Dichtung 24 zur Anlage gegen
den Kolben 9. Dies hat eine Verschiebung des Kolbens 9 stromabwärts
zur Folge, wodurch die durch diesen vorher bestehende Verbindung zwischen dem Hauptzylinder
und den jeweiligen Radzylindern unterbrochen wird. Hierdurch wird eine Druckübersetzung
bewirkt, derart, daß auf die zu betätigenden Radzylinder ein Druck ausgeübt wird,
welcher größer ist als der vom Hauptzylinder erzeugte Druck, da der Durchmesser
des Hilfsdruckkolbens 9 kleiner ist als der wirksame Durchmesser des Stufenkolbens
8.
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Durch Aufteilen der Funktionen der Drucksteuereinrichtung auf einen
Stufenkolben und einen Hilfsdruckkolben gemäß der Erfindung werden die eingangs
erwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtungen beseitigt. Außerdem wird die Verwendung
einer schwachen Rückstellfeder 10 ermöglicht, weil der unabhängige Stufenkolben
so ausgeführt werden kann, daß seine beiden Durchmesser nur um einen sehr geringen
Betrag voneinander abweichen.
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Diese durch die Erfindung erzielte Verbesserung ermöglicht bei einem
Fahrzeug eine Verteilung der wirksamen Bremsmomente, welche der theoretisch wünschenwerten
Verteilung sehr nahe kommt. Wenn man die Änderung des Bremsmoments für ein Fahrzeug
mit gegebener Vorder- und Hinterachsbelastung als Funktion der möglichen Verzögerung
aufträgt, erhält man zwei Kurven (Fig. 2), nämlich eine
Kurve
A für das auf die Vorderräder wirkende Bremsmoment und eine Kurve R für das
auf die Hinterräder wirkende Bremsmoment. Beide Kurven sind parabolisch, weil die
Veränderung des Bremsmoments sowohl von der Verzögerung als auch von der dynamischen
Belastung der Vorderräder und der entsprechenden Entlastung der Hinterräder abhängt.
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Wenn man in der üblichen Weise eine gleichbleibende Verteilung des
tatsächlichen Bremsmoments auf die Vorder- und Hinteträder vorsieht, erhält man
zwei Gerade A' und Rl, welche die Änderung des Bremsmoments in Abhängigkeit
von der Verzögerung darstellen.
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In diesem Fall wählt man eine Verteilung, die eine möglichst günstige
Ausnutzung der Bremskraft ermöglicht, ohne daß dabei das an den Hinterrädern wirksam
werdende tatsächliche Bremsmoment den theoretischen Wert übersteigt und so ein Blockieren
der Hinterräder bewirkt.
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Mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Drucksteuereinrichtung,
die so ausgelegt werden kann, daß sie an jedem beliebigen Punkt der Geraden der
Änderung des Vorderradbremsmoments wirksam wird, und zwar auf Grund der schwachen
Rückstellfeder ohne irgendwelche Beschränkung, läßt sich sehr gut ein Steuergesetz
in Form einer geknickten Linie erstellen, die der theoretischen Kurve angenähert
ist, wie in F i g. 3 gezeigt, in welcher die theoretischen Kurven ebenfalls
mit A und R, die neuen tatsächlichen Kurven dagegen mit A2 und R2
bezeichnet sind.
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Von dem Augenblick an, in dem mittels der Steuereinrichtung eine Druckerhöhung
zugunsten des Vorderradbremsmoments ausgelöst wird, ändert sich die Verteilung des
Brenismoments zwischen Vorder-und Hinterrädern, und die Kurve für die letzteren
nähert sich ebenfalls der theoretischen Kurve, ohne daß für die Hinterräder eine
eigene Drucksteuereinrichtung verwendet wird.
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Es ist zu beachten, daß die Erfindung auch eine Steuereinrichtung
einschließt, welche eine übersetzung in der Bremsbetätigung bewirkt, wobei dann
der Hilfsdruckkolben einen größeren Durchmesser aufweist als der Stufenkolben. Eine
derartige Steuereinrichtung kann für die Bremsanlage der Hinterräder verwendet werden.
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Unter diesen Bedingungen kann man mit einer im Bremssystem der Hinterräder
angeordneten druckmindernden Steuereinrichtung für die ersteren eine sehr befriedigende
Annäherung an die theoretische Kurve des Bremsmoments erzielen, insbesondere wenn
es sich um ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb handelt, welches eine sehr ungünstige
Bremsmomentkurve aufweist, wenn es nur mit dem Fahrer besetzt ist.