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Hydraulischer Ausgleicher für Bremsanlagen und dergl.
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Ausgleicher zur Erzeugung
von Resonanzpulsationen mit begrenzter Amplitude zwischen einem Druckzylinder und
einem mit diesem durch eine Druckleitung verhundenen Arbeitszylinder eines hydraulischen
Druckübertragungssystems.
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In Druckübertragungssystemen, in denen entweder eine Flüssigkeit oder
ein Gas den Druck von einem Druckzylinder auf mehrere Arbeitszylinder überträgt,
treten häufig Schwierigkeiten hinsichtlich einer gleichmäßigen Wirkung aller Arbeitszylinder
auf; und selbst wenn nur ein einziger Arbeitszylinder vorhanden ist, arheitet dieser
oftmals ruckartig. So ist
z.B. in Kraftfahrzeugbremsanlagen an jedem
Rad wenigsten ein Radhremszylinder als Arbeitszylinder vorhanden, der die Bremsbacken
oder Bremsbeläge zur Erzielung einer Bremsen kraft an die Bremstrommeln oder Bremsscheiben
anpreßt.
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Theoretisch sollte die Wirkung mehrerer unabhängiger Arbeitszylinder
gleichmäßig sein. In der Praxis ist das jedoch nicht der Fall, weil die remsmechanismen
beispielsweise wegen des üblicherweise vorhandenen Selbstverstärkungseffektes sehr
empfindlich sind. Bei einem heftigen Bremsvorgang, bei einer sogenannten Notbremsung,
kann daher eine Bremse früher als die anderen blockieren und dadurch eine so ungleichmäßige
Rremswirkung crzeugen, daß das Fahrzeug unweigerlich außer Kontrolle gerät. Mit
anderen Worten, die Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen arbeiten oftmals ungleichmäßig
und es ist deshalb unwahrscheinlich, daß ein solches Kraftfahrzeug aus hoher Geschwindigkeit
bei einer Notbremsung sicher auf einer geraden Linie angehalten werden kann. Bei
einer Fahrt unter ungünstigen Wetterbedingungen ist es für die Sicherheit des Fahrzeuges
besonders wichtig, daß die Bremsen gleichmäßig wirken, d.h.
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daß die Bremszylinder unter allen Umständen, bei großer oder kleiner
Bremskraft, die Bremsen gleichmäßig betätigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der sich in einem hydraulischen Druckübertragungssystem, insbesondere in einem
solchen mit mehreren Arbeitszylindern, eine gleichmäßige Wirkung der Arbeitszylinder
erzielen läßt.
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Diese Aufgabe ist bei einem hydraulischen Ausgleicher der
eingangs
erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Gehäuse mit einem Hohlraum
vorgesehen ist, der mit der Druckleitung in Verbindung steht, und daß ein nachgiebiger
Pulsationskörper so in dem Hohlraum angeordnet ist, daß er darin eine erste Kammer
abteilt, über die er mit der Druckleitung in Verbindung steht und von der her er
unter Energieaufnahme elastisch belastbar ist. Dadurch wird erreicht, daß das hydraulische
System durch die bei der Einleitunq der Druckühertragung auftretenden Druckstöße
zu Resonanzpulsationen mit begrenzter Amplitude angeregt wird, die einen Ausgleich
der Wirkung der einzelnen Arbeitszylinder herbei führen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Pulsationskörper als elastischer Körper ausgebildet ist. Dadurch erübrigt
sich die gesonderte Anordnung eines federnden Elementes.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
sein, daß in die aus der Aufteilung des Hohlraumes durch den Pulsationskörper entstandene
zweite Kammer komprimiertes Gas eingefüllt ist. Durch Veränderung des Drukkes dieses
Gases läßt sich auf einfache Weise die Frequenz der Resonanzpulsationen den Erfordernissen
anpassen.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführunasbeispieles im einzelnen erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
hydraulischen Ausgleichers in der Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges; Fig. 2 einen
Vertikalschnitt durch den hydraulischen Ausgleicher nach Fig. 1; Fig. 3 und- 4 Querschnitte
durch den hydraulischen Ausgleicher nach den Linien 3 - 3 bzw. 4 - 4.
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Ein typischer Anwendungsfall für einen Ausgleicher ist in Fig. 1 dargestellt,
wo der Ausgleicher E in die hydraulische Bremsanlage Beines Kraftfahrzeuges A eingeschaltet
ist. In schematischer Darstellung weist das Kraftfahrzeug A ein Chassis auf, das
durch Vorderräder 10 und Hinterräder 11 getragen wird. Die Räder 10 und 11 werden
mittels Trommelbremsen 12 bzw. 13 gebremst, die in bekannter Weise aufgebaut sind.
Unter anderem enthalten sie Radbremszylinder 14 bzw. 15 mit Kolben, mittels derer
die Bremsbeläge gegen die Bremstrommel angedrückt werden können. Die Bremsanlage
B enthält außerdem einen Bremshauptzylinder 16, der durch eine Bremsleitung 17 mit
den Bremszylindern 14 der Vorderräder 10 und durch eine Bremsleitung 18 mit den
Bremszylindern 15 der Hinterräder 11 verbunden ist. Die Bremsleitungen sind über
ein Verteilerstück an den Hauptzylinder 16 angeschlossen, und an diese Stelle der
Bremsanlage ist der hydraulische Ausgleicher E eingeschaltet, und zwar vorzugsweise
in die Bremsleitung 17, die zu den Vorderradbremsen 14 führt.
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Wie in den Fig. 2 bis 4 im einzelnen zu sehen ist, ist der
hydraulische
Ausgleicher E vorteilhafterweise in Form eines Rohrverbindungsstückes ausgeführt,
das grundsätzlich eine Kammer 20, einen Pulsationskörper P und einen Zylinder D
aufweist, die von einem zweiteiligen Gehäuse umgeben sind, das den Pulsationskörper
P in dem Zylinder D trägt. Die Kammer 20 steht offen in Verbindung mit der Flüssigkeitssäule
der zu den Vorderradbremsen 14 führenden Bremsleitung 17. Das Oberteil 21 des Gehäuses
bildet ein Rohrverbindunasstück, das in die Bremsleitung 17 eingeschaltet ist, wie
in Fig. 1 zu sehen ist, während das Unterteil 22 mit dem Zylinder D das eigentliche
Gehäuse bildet. Der Zylinder D träat den Pulsationskörper P.
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Das Oberteil 21 des zweiteiligen Gehäuses ist ein lotrecht angeordnetes
Rohrverbindungsstück mit waagerecht angeordneten Anschlußöffnungen 23 und 24. Bei
der Verwendung von öl oder einer anderen Bremsflüssigkeit als Druckübertragunqsmittel
ist diese Anordnung wegen der notwendigen Entlüftung besonders wichtig. Wie besonders
in Fig. 2 zu sehen ist, nimmt die Kammer 20 das Innere des Oberteils 21 zwischen
den Anschlußöffnungen 23 und 24 ein, wo auch in dessen oberem Teil ein Entlüftungsventil
25 angeordnet ist, wobei die Entlüftungsbohrung im höchsten Bereich der Kammer 20
mündet. In der Praxis wird der hydraulische Ausgleicher lotrecht eingebaut, wobei
die Bremsleitung 17 mit den mit Gewinde versehenen Anschlußöffnungen 23 und 24 so
verbunden wird, daß die Kammer 20 sich an dem höchsten Punkt der Flüssigkeitssäule
befindet. Auf diese Weise kann durch das Entlüftungsventil 25 alle Luft aus der
Bremsanlage entfernt werden, sodaß sowohl die zu den Vorderradbremsen 14 wie auch
die zum iiauptzylinder 15 reichende Flüssigkeitssäule praktisch inkompressibel
ist.
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Das Unterteil 22 des zweiteiligen Gehäuses stellt eine lotrecht angeordnete
zylinderförmige Rohrverschraubung dar, die aus dem Oberteil 21 nach unten herausragt,
und die den Pulsationskörper P trägt, der mit der Kammer 20 in Verbindung steht.
Die Kammer 20 ist praktisch rund und der das Unterteil 21 bildende Zylinder D weist
etwa die gleiche Rundung auf,und grenzt an die Kammer 20 in einer Ebene etwas unterhalb
der Anschlußöffnungen 23 und 24 an. Die beiden Teile des Gehäuses sind teleskopartig
ineinander geschraubt, wobei eine Schulter am Unterteil 22 an dem unteren Ende des
Oberteils 21 anliegt. Die Verbindung der beiden Gehäuseteile könnte aber auch auf
jede andere geeignete Weise hergestellt sein. Die beiden Gehäuseteile weisen außerdem
zwei einander zugekehrte Stirnflächen 27 und 28 auf, die voneinander entfernt sind
und die einerseits den unteren Rand der Kammer 20 und andererseits den oberen Rand
des Zylinders D umgeben. Der Zylinder D hat vorzugsweise einen etwas größeren Innendurchmesser
als die Kammer 20 und ist mit einem radial nach innen weisenden Flansch 29 versehen,
der an die Stirnfläche 28 anschließt und dadurch eine Zentrierung für den Pulsationskörper
P bildet. Der Zylinder D des Unterteils 22 bildet zusammen mit der Kammer 20 des
Oberteils 21 einen geschlossenen Hohlraum.
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Der Pulsationskörper P wird von einem elastischen Körper 30 gebildet,
der mit der durch die Kammer 20 unter wechselndem Druck, hindurchfließenden Bremsflüssigkeit
in Verbindung steht. Der elastische Körper 30 kann sich unter der Wirkung der von
der Kammer 20 her auf ihn einwirkenden Flüssigkeit verformen. Aufgrund seiner elastischen
Eigenschaften ist er jedoch in der Lage, nach dem Aufhören des Flüssigkeitsdruckes
wieder in seine Ausgangsform
zurückzukehren. Wenngleich der Pulsationskörper
P auch aus einem nachgiebigem und durch eine Feder belasteten Glied bestehen kann,
so ist die Ausführung aus einem einzigen elastischen Glied, wie es der elastische
Körper 30 darstellt, vorzuziehen, der die für die Funktion erforderlichen Eigenschaften
aufweist und der darüberhinaus sogar noch als Dämpfer dienen kann. Im Hinblick auf
diese Funktion als Dämpfer hat sich herausgestellt, daß der elastische Körper 30
nicht dazu neigt, mit seiner eigenen Frequenz zu schwingen, wie das bei einem federbelasteten
Glied der Fall wäre. Daraus wird klar, daß der elastische Körper 30 vorteilhafterweise
dazu benutzt wird, um unter der Wirkung des Flüssicjkeitsdruckes nachzugehen, zurückzufedern
und dadurch Resonanzpulsationen mit begrenzter Amplitude zu erzeugen, die bei oder
nahe bei dem in der Kammer 20 auftretenden Druck liegt, und um diese Pulsationen
zu dämpfen, wenn die sie auslösenden Druckstöße aufhören.
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Der elastische Körper 30 ist aus einem einzigen Stück Gummi oder aus
einem gleichartigen Elastomer geformt. Praktisch liegt die Shorehärte des Körpers
30 bei etwa 88 und er ist so geformt, daß er unter dem Flüssigkeitsdruck nachgeben
kann und er dadurch eine Bewegunq der Flüssigkeit in die Kammer 20 hinein und aus
ihr heraus ermöglicht. Der elastische Körper 30 wird zwischen den beiden einander
gegenüber stehenden Stirnflächen 27 und 28 gehalten, die einen Außenfiansch 31 zwischen
sich einklemmen, der aus einer zylindrischen Wand 32 herausragt. Die Wand 32 hängt
in den Zylindern D mit einem gewissen Abstand zwischen ihnen hinein. Das untere
Ende des elastischen Körpers 30 ist geschlossen und mit einer Verlängerung in einer
Aussparung des geschlossenen Bodens des
Zylinders D zentriert. Ein
Merkmal des elastischen Körpers 30 ist, daß seine Wand 33 eine beträchtliche Dicke
aufweist.
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Außerdem weist er eine dünne koaxiale Bohrung 34 auf, die sich von
seiner oberen Stirnseite 35 aus in den Körper hinein erstreckt und die kurz vor
dem geschlossenen unteren Ende des elastischen Körpers 30 endet. Die Stirnseite
35 ist abwärts nach innen gewölbt oder konisch und bildet eine Dichtlippe 36, welche
sich an die Wand der Kammer 20 anlegt. In der Praxis ist die Außenseite des elastischen
Körpers 30 kegelstumpfförmig, die abwärts nach innen zu etwas spitz zuläuft.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten, den elastischen Körper 30 an dem Außenflansch
31 abzudichten, sodaß sowohl die Kammer 20 wie auch der Zylinder D abgeschlossen
ist. Im vorliegenden Falle ist jede Stirnfläche 27 und 28 mit einer umlaufenden
Dichtrippe versehen, die daraus hervorsteht, sodaß sie sich in den Gummi- oder Elastomerwerkstoff
des elastischen eine Körpers 30 hineindrückt und dadurch/hydraulische Dichtunq bildet.
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Die Wand 33 des elastischen Körpers 30 ist von einem Ringraum 40 umgeben,
der mit komprimierten Gas oder mit einem Schmiermittel 41, beispielsweise Rizinusöl
gefüllt ist, wenn es um eine Hydraulikflüssigkeit (ein pflanzliches ö1) für Kraftfahrzeuge
geht. Jedenfalls wird ein geeignetes Schmiermittel soweit in den Ringraum zwischen
dem elastischen Körper 30 und dem ihn umgebenden Zylinder D eingefüllt, daß es ihn
teilweise ausfüllt. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist dieser Ringraum weniger als
zur Hälfte gefüllt, was durch eine Einfüllöffnunq 42 festgelegt wird, die normalerweise
durch ein Stöpselartiges Rückschlagventil 43 verschlossen ist.
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Die Öffnung 42 ist derart geneigt angeordnet, daß sie der auf/Seite
des Unterteils 22 nach oben gerichtet ist und dadurch die Öffnung 42 offen steht,
wenn das Rückschlagventil entfernt ist, sodaß es unmöglich ist, den Ringraum zu
überfüllen, und gesichert ist, daß die richtige Menge des Schmiermittels eingefüllt
wird. Demzufolge dient das Rückschlagventil 43 dazu, den dehnbaren und relativ beweqlichen
elastischen Körper 30 zu schmieren und den Ringraum 40 mit einem elastischen Medium
wie beispielsweise Druckluft aufzufüllen. Wie zu sehen ist, wird das Rückschlagventil
43 durch ein in die Einfüllöffnung 42 einschraubbares Rohr gebildet, in das in üblicher
Weise ein Schlauchventil für Kraftfahrzeugreifen eingesetzt ist.
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Aus dem Vorhergehenden ist klar, daß der hydraulische Ausgleicher
nur wenige einfach geformte Teile umfaßt, die sich leicht und unverwechselbar zusammen
bauen lassen und die als Einheit sich ohne Schwierigkeiten in die Bremsleitung einfügen
lassen, Dementsprechend steht die Kammer 20 offen mit der Flüssigkeitssäule in Verbindung,
die vom Hauptzylinder 16 zu den angeschlossenen Bremszylindern 14 reicht, sodaß
in dem Falle, daß bei einer Betätigung des Hauptzylinders dieser Flüssigkeitssäule
weitere Bremsflüssigkeit unter Druck zugeführt wird, reflektierende Druckstöße in
den Zeitabschnitten auftreten, in denen die Bremswirkung ungleichmäßig ist.
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Diese Ungleichmäßigkeit ändert sich in dem Maße, in dem sich die Druckstöße
in Abhängigkeit von deren Stärke ändern und beim Auftreffen eines solchen Druckstoßes
auf
den elastischen Körper 30 wird dieser aufgrund seines nachgiebigen
Aufbaues ausweichen. Aufgrund seiner Elastizität nimmt der elastische Körper 30
jedoch zwangsläufig wieder seine Ausgangsform ein, sodaß dadurch die auf ihn vorher
einwirkende Druckkraft und/oder die Bewegung der Flüssigkeit zurückgegeben wird.
Wegen der eingeprägten Resonanzeigenschaften, die in einem solchen System oder einer
Flüssigkeitssäule vorhanden sind, tre ten Resonanzpulsationen mit begrenzter Amplitude
auf, deren Höchstwert bei oder nahe bei dem ausgeübten Flüssigkeitsdruck liegt.
Diese Amplitude ändert sich in Abhängigkeit von der Stärke des auslösenden Druckstoßes
oder der Druckstöße. Demzufolge und wegen der verhältnismäßig kleinen Amplituden
der Resonanzpulsationen, die dem beim Bremsen in der Flüssigkeitssäule der Bremsleitung
erzeugten Druck überlagert werden, treten abwechselnd eine Zu- und Abnahme des im
Mittel ausreichend hohen Flüssigkeitsdruckes auf, aufgrund dessen die Wirkung des
oder der betätigten Bremszylinder wieder in Ordnung gebracht wird. Im Falle der
Kraftfahrzeugbremse wirkt sich das als Ausgleichseffekt aus, der das Blokkieren
der gebremsten Räder 10 und 11 verhindert, wobei jeder von einem oder von mehreren
Bremszylindern ausgehende Druckstoß von dem elastischen Körper 30 aufgenommen und
wieder an sämtliche Bremszylinder 14 gleichmäßig zurückgegeben wird. Wenn das Bremssystem
in dieser Weise stetig arbeitet, entwickelt sich Wärme, weshalb Kühlrippen 45 am
Oberteil 21 und am Unterteil 22 des Gehäuses angeordnet sind, um die Wärme abzuleiten.
Die während eines längeren Einsatzes der Bremsen erzeugte Wärmemenge läßt sich jedoch
durch die Anwendung des
Schmiermittels 42 beträchtlich vermindern,
das zugleich den sehr wichtigen elastischen Körper 30 schützt und seine Lebensdauer
verlängert.
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Der oben beschriebene hydraulische Ausgleicher ist in allen Druckübertragungssystemen
anwendbar, seien sie mit einer Flüssigkeit oder mit einem Gas betrieben. Besonders
eignet er sich für den Einsatz in hydraulisch oder pneumatisch betätigten Bremsanlagen
für Kraftfahrzeuge.