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Vorrichtung zur Regelung des Druckes gasfärmiger und flüssiger Medien
Die Erfindung bezieht sich auf eine zwischen den gegen-einander gefederten Teilen
eines Fahrzeugs angeordnete
Vorrichtung zur Regelung des Druckes gasförmiger
und flüssiger Medien, insbesondere des Druckes in Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen,
und zur Dämpfung der Bewegung der gegeneinander gefederten Teile.
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Im Kraftfahrzeugbau ist es noch üblich, die Bremskraft auf Vorder-
bzw. Hinterachsen in der Weise zu verteilen, daß sie den dynamischen Achalasten
eines bestimmten dynamischen 'Zustandes entspricht.
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Daraus folgt: Das Fahrzeug kann nur unter den Bedingungen, die der
Bremskraftverteilung zugrunde liegen, optimal abgebremst werden. In allen anderen
Fällen muß außer längerem Bremsweg auch das Risiko des Verlustes der Lenkfähigkeit
in, folge Überbremsung der Vorderräder oder die Gefahr des Schleuderns durch Überbremsung
der Hinterräder in Kauf genommen werden. Theoretisch sollte sich die Aufteilung
der Bremskraft auf die Hinter- und Vorderräder entsprechend ändern. Eine für die
Praxis in vielen Fällen genügende Annäherung ergibt sich, wenn man die Bremskraft
der Hinterräder ab einer bestimmten Bremskraft weniger stark ansteigen läßt.
Dies kann man dadurch erreichen, daß man in die Bremsleitungen zu den jeweiligen
Achsbremsen Druckänderungsventile einbaut, wodurch beispielsweise bei Überschreiten
eines bestimmten Bremsdrucken im Hauptzylinder die Leistung der Vorderachs-
bremsen
erhöht und die der Hinterachabrensen ge-
mindert oder nicht weiter
gesteigert wird.
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In diesem Zusammenhang sind bereite Druckverteilerventile
bekannt, die unter dem Einfluß von Federn linearer und progressiver Charakteristik
dem Verlauf
der Drücke in Zweigleitungen, $. B. in den Hinter-und
Vorderachaleitungen von Kraftfahrzeugbremaanlagen, eine gekrümmte
Kennung verleihen.
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Weiterhin sind Druckreglerventile bekannt, die die
Regelung
des Druckes einer Zweigleitung in Abhängig-
keit vom Druck der Hauptleitung
ermöglichen, wobei
die Kennlinie des Druckes in einer Zeitung durch
die
Verwendung einer progressiven Feder im Druck-
regler einen gekrümmten
Verlauf nimmt.
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Die Verwendung dieser mit federnden Mitteln arbeiten-
den
Druckregler- und Druckverteilerventile ergibt
zwar eine weitgehende
Annäherung an die ideale Brems-
kraftverteilungskurve, hat jedoch den Nachteil,
daB das einzelne Ventil fertigungstechnisch sehr auf-
wendig und in seiner
Funktion zu kompliziert ist und
damit zu einer Verteuerung und zur
erhöhten Störanfällig-
keit des Bremsayateme führt.
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Schließlich hat man Bremsanlagen für Fahrzeuge
vorge-
schlagen, bei denen das Betätigungsglied, z. B. das
Bremspedal,
auf einen Waagebalken wirkt, der einerseits
mit einen Bremsventil zur gesteuerten
Weiterleitung eines Speicherdruckes auf ein erstes System von Rad-
bremsen
und andererseits mit einem hydraulischen Hauptbreaszylinder verbunden ist,
der zu einem zweiten System von Radbremsen gehört, wobei bei Zuordnung
jedes der Systeme zu jedem Rad in der zu den Hinterradbremazylindern
führenden Druckleitung des einen,
vorzugsweise des ersten Systess.ein
Druckbegrenzungeventil angeordnet ist.
In diesem Fall
sind mehrere Zusatzeinrichtungen - wie
Zuschalt-, Begrenzungs-
und Rückschlagventile sowie
Speicher und eine Pumpe -
erforderlich, die man zum Zwecke der Druckerhaltung weitgehendst
auszuschalten
versucht, da diese Zusatzeinrichtungen einen hohen
Aufwand
erfordern und erhöhte Störanfälligkeit zur
Folge haben.
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Somit schlägt die Erfindung vor, ein Gerät der eingangs
genannten
Art zu schaffen, das unter Beseitigung der
oben-genannten Bachteile in direkter
Zeitung mit dem
Hauptzylinder verbunden ist und bei äußerst
kompakter
Hauweise eine achslast- und druckabhängige
Regelung
ergibt, die nicht durch Fahrbahnunebenheiten beein-
flußbar
ist, wobei durch die Tatsache, daß die Regel-
teile in verschiedenen Druckbereichen
nacheinander
wirksam werden und sich dabei mehrere Umschaltpunkte
ergeben,
eine Bremskraftverteilungskurve in nahezu verlustfreier Annäherung
an die Verouchekurve der idealen
Bremskraftverteilung entsteht.
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Erfindungsgemäß wird dies durch ein gemeinsames Gehäuse
für
die Regelvorrichtung und den Schwingungsdämpfer mit
Kolben und Dämpfungszylinder
erreicht, wobei der Kolben
des Schwingungsdämpfers und die Steuerstange
der Regel-
vorrichtung miteinander gekoppelt sind. Dabei ist es
von
Vorteil, daß der Kolben des Schwingungsdämpfers
über eine Feder mit der Steuerstange
der Regelvorrichtung
verbunden ist.
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in vorzugsweiser Ausgestaltung der Erfindung weist die Regelvorrichtung
zwei Steuerventile auf, von denen das
eine als Druckregler und das
andere als Druckbegrenzer
arbeitet, wobei ein Kuppelring vorgesehen
ist, der die
Steuerventile mit Spiel umgreift. Hierbei weist das
als
Druckregler arbeitende Steuerventil eine Fläche auf,
die nicht unter dem Einfluß
des hydraulischen oder
pneumatischen Druckmediums steht, eo
daß das auf dieses Steuerventil einwirkende Druckmedium eine Kraftkomponente in
Schließrichtung des Steuerventils erzeugt. Vorzugsweise weist der die Steuerventile
mit Spiel umgreifende Kuppelring an seinem Umfang Bohrungen auf, wodurch zusätzlich
zu der in dem als Druckbegrenzer arbeitenden Steuerventil vorgesehenen Durchgangsbohrung
ein unmittelbarer Druckmitteldurchgang von der vom Druckerzeuger kommenden Anschlußleitung
zur Anechlußleitung der Hinterachse gegeben ist. Form und Anordnung des Kuppelringes
sind derart, daß er das als Druckbegrenzer arbeitende Steuerventil nach Schließen
des als Druckregler arbeitenden Steuerventils geöffnet hält, so daß der volle Hauptzylinderdruck
in der Anachlußleitung zur Vorderachse wirksam ist.
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Die die Steuerventile beaufachlagenden Federn stützen sich entweder
unmittelbar an der Fahrzeugachse oder an einer zwischen Fahrzeugachse und Reglergehäüse
vorgesehenen Bewegungeübertragungseinrichtung ab.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Bewegung der Fahrzeugachse
über eine Feder auf den Kolben eines Schwingungsdämpfers übertragen, wobei die Bewegung
des Kolbens der Steuerung der Regelvorrichtung dient.
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Vorzugsweise ist ein im Kolben geführtes und unter der Kraft einer
Feder stehendes kolbenartiges Übertragungsteil vorgesehen, das über eine Stange
am Herausgleiten aus dem Kolben gehindert ist.
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Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsformen zu. Eine
davon ist in den anhängenden Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen:
Fig.
1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 einen vergrößerten
Halbschnitt der Reglereinheit, aus der die während der Regelvor-gänge auftretenden
Arbeitsflächen zu ersehen sind; Fig. 3 eine Versuchskurve der idealen Bremskraftverteilung
im beladenen und leeren Zustand, wobei der Bremsdruck der Hinterachse in Abhängigkeit
von dem der Vorderachse aufgetragen ist. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung
besteht im wesentlichen aus dem Reglerteil mit dem Gehäuse 1, zwei durch Dichtringe
11, 12, 15 und 29 abgedichteten Steuerventilen 2, 13, einer Steuerstange 7 und den
Federn 4, 16, 17 sowie der Bewegungsübertragungseinrichtung mit dem Arbeitskolben
30, dem kolbenartigen Übertragungsteil 33, der Druckstange 31 und der Feder 32.
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Im Gehäuse 1 ist eine von einem Druckerzeuger, beispielsweise einem
Hauptzylinder, kommende Anschlußleitung 18 über zwei federbelastete und unter Druck
verschiebbare kolbenartige Regelteile mit den beiden Aneehlußleitungen 19 zur Vorderachse
und 20 zur Hinterachse verbunden. Diese Regelteile bestehen im wesentlichen aua
den beiden Steuerventilen 2 und 13, wobei das eine Steuerventil 2 als Druckregler,
das andere Steuerventil 13 als Druckbegrenzer arbeitet. Beide Steuerventile 2, 13
sind mit einer Innenbohrung versehen, durch die eine Steuerstange 7 hindurchfährt,
wobei die Innenbohrung des Steuerventils 13 lediglich Pührungseigenechaften zu erfüllen
hat, die des Steuerventils 2 jedoch einen regelrechten Ringraum 3 um die Steuerstange
7 herum ergibt und somit einen Druckmitteldurchgang von der vom Druckerzeuger kommenden
Anschlußleitung 18 zum Ringraum 25, in dem die beiden Steuerventile 2, 13 durch
einen diese mit Spiel umgreifenden Kuppelring 9 miteinander verbunden sind, herstellt,
um
von hier über die an Umfang des Kuppelringes 9 vorgesehenen
Bohrungen 10 und die im Steuerventil
13 vorgesehene Bohrung
28 sowie die Ringräume 25,
26 zur Ansehlußleitung
20 der Hinterachse zu ge-
langen.
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Die Steuerstange 7 ist an ihrem einen Ende mit einem Druckteller
8 versehen, gegen den sich eine Feder 17 abstützt. Die am anderen Ende der
Steuerstange 7 zwischen den beiden Federtellern 5, 6 angeordnete
Feder
4 ist im Ruhezustand unbelastet. Eine weitere
Feder 16 hat die Aufgabe, das
Steuerventil 13 über
einen mit diesem fest verbundenen Druckteller 14
in
Ruhestellung geöffnet zu halten.
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Die Wirkungsweise jedes einzelnen Steuerventils
ist
wie folgt:
Im Ruhezustand sind die Steuerventile 2, 13
geöffnet,
Steuerventil 2 durch sein Eigengewicht und Steuer-
ventil
13 durch die aorspannung der Peder 16.
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Wird im Bremssystem und damit in der Anschlußleitung
18 und im Raum 21 ein Druck p aufgebaut, so wirkt auf
das Steuerventil
2 eine Kraft P = p # F1 , da die im
Ringraum 24 über
der Fläche F1 liegende Luft über die
Bohrung 23 und die Ausgleichsmembran
27 nach außen
entweichen kann, wobei vorerst das Steuerventil
2,
bedingt durch sein Eigengewicht, geöffnet bleibt und
im gesamten
leitungs$ystem der gleiche Druck herrscht.
Erreicht jedoch die Kraft P
das Eigengewicht des
Steuerventils 2, so schließt dieses, indem es
mit
seinem kegeligen Sitz am Gehäuse 1 zur Anlage
-kommt
und somit der Druck in der Anschlußleitung 19 zur Vorderachse vorerst
konstant bleibt. Steigt
der Druck p in der Anaehlußleitung 18 vom Erzeuger
weiter
an bis zu einem Druck p#, so öffnet das
Steuerventil 2 wieder, sobald
die in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft, resultierend aus dem Produkt
der
Fläche F2 und dem Druckunterschied (p' - p), größer
wird
als die in Schließrichtung wirkende Kraft
p# # F1 . Anschließend erfolgt teilweiser
Druck-
ausgleich in den Anschlußleitungen 18 und 19, bis
die
Kraft in Öffnungsrichtung kleiner ist als die
in Schließrichtung. Diesen
Vorgang veranschaulicht
die Gleichung: (p' - p) - 72 = p' 0
71 . Alsdann
schließt das Steuerventil 2 wieder.
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Dieser sich ständig wiederholende Vorgang veranlaßt
also das Steuerventil 2, gewisse oszillierende Be-
wegungen
auszuführen, wobei die jeweils zurückge-
legten Wege sehr klein
bemessen sind.
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Bei Erreichen eines bestimmten Schaltdruckes wird die Feder
4 zugeschaltet. Dieser Vorgang bewirkt,
wie in Fig. 3 dargestellt,
nach Erreichen des ersten
Umschaltpunktes - Umschaltpunkt 50 bei leerem
Zustand
des Fahrzeuges, Umschaltpunkt 52 bei beladenem Zustand
eine
Abknickung der beiden Geraden 51 und 53, da die
in Öffnungsrichtung des
Steuerventils 2 wirkende
Kraft um die vom Druck des Druckerzeugern abhängige
Federkraft
der Feder 4 vergrößert wird. Hierdurch
sind eine sehr gute Annäherung
an die Vergleichs-
kurven 54, 55 der idealen Bremskraftverteilung sowohl
für
den beladenen 55 als auch den leeren Zustand 54
gegeben. Bei Verwendung
einer progressiven Feder 4
ist es auch möglich, dem Linienzug zwischen
den
Punkten 50 und 50' bzw. 52 und 52# einen gekrümmten
Verlauf zu geben. Der Zeitpunkt der Zuschaltung der
Feder
4 ist abhängig von der Beladung des Fahrzeuges
und wird über Feder
17 geregelt. Die mechanischen
Vorgänge am Steuerventil 2 entsprechen
denen ohne Zuschaltung der Feder 4. Die Einbaukraft der Feder 4 ist Null, um einen
Sprung in der Kennlinie des Reglers zu vermeiden. Wenn der vom Erzeuger kommende
Druck den zweiten Umschaltpunkt 50' bzw. 52' erreicht hat, so tritt das Steuerventil
13 in Aktion. Der Schaltdruck ändert sich bei Beladung wieder mit der Änderung der
Kraft der Feder 16. Das Schließen des Steuerventils 13 bewirkt, daß der Druck in
der Anschlußleitung 20 zur Hinterachse von diesem Augenblick an konstant bleibt.
Der die Steuerventile 2, 13 verbindende Kuppelring 9 garantiert, daß das Steuerventil
2 geöffnet bleibt, wenn Steuerventil 13 schließt, wodurch gewährleistet ist, daß
jetzt immer der volle Druck vom Erzeuger über die Anschlußleitung 19 auf den Vorderachskreis
wirksam wird.
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Um zu verhindern, daß kurzzeitige, beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten
hervorgerufene Stöße und Schwingungen die Regelvorgänge der beiden Steuerventile
2, 13 beeinflussen, stützen sich die beiden Federn 16, 17 an einem hydraulischen
Schwingungsdämpfer ab, dessen wesentliche Bestandteile ein im Gehäuse 1 gleitender
Kolben 30 und ein in diesem gegen die Federkraft der Feder 32 teleskopartig verschiebbares
kolbenartiges Übertragungsteil 33 sind. Die muldenförmige Oberfläche des kolbenartigen
Übertragungsteiles 33 ist mit einer Bohrung versehen, in die das eine Ende der Stange
31 mit Pormschlufl eingesetzt ist. Mit ihrem anderen Ende ragt die Stange 31 durch
den Kolbenboden des Arbeitskolbens 33 hindurch, und liegt mit ihrem Absatz in Ruhestellung
des hydraulischen Schwingungsdämpfers am Arbeitskolben an, wodurch das kolbenartige
Übertragungsteil 33 am Herausgleiten aus dem Kolben gehindert ist.
Die
Einbaukraft der Feder 32 muß größer sein als die Summe der maximal möglichen Kräfte
der Federn 16 und 17. Durch diese Forderung wird garantiert,. daß die Feder 32
in jedem Fall - ob beladener oder
unbeladener Zustand - in ihre Ausgangslage
zurückgeht und die Regelaufgaben der Federn 16, 17 nicht beeinflußt. Der Hub der
Feder 32 ist etwa halb so groß festzulegen wie der des Kolbens 30, da angenommen
werden kann, daß der durch Fahrbahnunebenheiten bedingte Hub kleiner ist als der
des Reglergehäuses zwischen leerem und beladenem Zustand.
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Zur eigentlichen Stoßdämpfung ist der Ringraum 34 zwischen Kolben
30 und Gehäuse 1 mit einem Druck-
medium gefüllt, das bei Aufwärtsbewegung des
Kolbens 30 über die im Kolben vorgesehene Drosselbohrung 35 in den sich zwischen
Kolben 30 und Dichtungsring 38 bildenden Raum auszuweichen vermag. Um den Drosselvorgang
noch weiter zu verlangsamen, wird am Kolben 30 eine die Drosselbohrung 35 bedeckende
dünne Scheibe 37 angebracht. Durch die Größe einer auf der Stirnseite des Kolbens
30 befindlichen, von der Drosselbohrung 35 radial nach außengehenden Nut
kann die Länge des Drosselvorgangs beeinflußt werden.
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Sollte sich das Druckmedium im Laufe ständiger Belastung erwärmen
und ausdehnen, so sorgt die sich an einem Sicherungsring 40 gegen das Gehäuse
1 abstützende Federscheibe 39 dafür, daß der Dichtungsring 38 sich entsprechend
der Volumenänderung zwischen Gehäuse 1 und Kolben 30 auf- und abbewegt.
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Durch die große Dämpfung im Schwingungsdämpfer wird erreicht, daß
sich bei kurzzeitigen Stößen durch Fahrbahnunebenheiten das Gehäuse 1 mit
dem
Kolben 30 wie ein starres Gebilde verhält und nur
die
Feder 32 den Hub ausführt. Erst wenn die Feder
32 über eine längere Zeit
zusammengedrUekt wird
(z. B. durch Beladung), wandert der Kolben 30 lang-
sam
nach oben und ändert damit die Kräfte der
Federn 16 und 17.
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Zum Schutz des Schwingungsdämpfers vor Schmutz und
Feuchtigkeit
ist eine Gummischutzkappe 41 vorgesehen,
die zum Ausgleich des Hubes
einen als Falkenbalg ausgebildeten Teil aufweist und außerdem
aus einem
zylindrischen Teil besteht, der sich aufblähen
und die
verdrängte Luft aufnehmen kann, wenn das
Gerät zusammengedrückt
wird. Im Berührungspunkt mit -der Pahrzeugaohee ist die Gummischettzkappe
41
stark verdickt ausgebildet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind Ins- besondere
darin zu oehen, daß das Gerät, versehen
mit Regelteilen zur Erzielung
einer unmittelbaren Annäherung an die Kurve der idealen Bremskraftver-
teilung
unter Zuhilfenahme zweier Umschaltpunkte, auf-Fahrbahnunebenheiten,
die die momentanen Feder-
kräfte der Federn 16 und 17 sowie
die Regelvorgänge
der Steuerventile 2, 13 beeinflussen, nicht anspricht.