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Hauptzylinder für Zweikreis-Bremsanlagen Die Erfindung betrifft einen
Hauptzylinder für ZweiRreis-Bremsanlagen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit
einem pedalbetätigten Steuerkolben, der beim Vorschieben nach Öffnung eines zu einem
Druckspeicher führenden Ventils den ersten Bremskreis mit dem Druckspeicher verbindet,
worauf ein weiterer Kolben zur Druckbeaufschlagung des zweiten Bremskreises betätigt
wird Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Hauptzylinder dieser Art zu schaffen,
bei dem die vom Benutzer der Bremse.
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aufzubringenden Pedaikräfte auf ein Minimum herabgesetzt sind, d.
h., bei dem die Betätigungskräfte weitgehend von Speicherdruck aufgebracht werden*,
Gleichwohl soll beim Ausfall eines Bremskreises der verbleibende Bremskreis noch
soviel Bremswirkung ergeben, daß das fahrzeug
sicher zum Steh-en
gebracht werden kann. Der Hauptzylinder soll wirtschaftlich in der Herstellung und
in der Montage sowie leicht zu warten sein. Au3erem soll er bei allen Gegebenheiten
äußerst betriebssicher arbeiten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Steuerkolben
selbst eine Steuerfläche trägt, das-Ventil betätigt und innerhalb eines Hilfskolbens
axial verschiebbar angeordnet ist, der seinerseits axial verschiebbar in der Zylinderbohrung
sitzt und beim Bremsen auf den weiteren Kolben im Sinne einer Druckerhöhung im zweiten
Bremskreis einwirkt, und daß zwischen Steuer- und Hilfskolben eine Rückstellfeder
von solcher Dimensionierung vorgesehen ist, daß zwar nach einer Bremsung der Steuerkolb-en
wieder- in seine Ausgangslage gelangt, daß jedoch beim Bremsen die Feder solange
jedenfalls nicht zur Überwindung der der Bewegung des Hilfskolbens entgegenstehenden
Kräfte und damit- zu dessen Bewegung ausreicht, bis das Ventil geöffnet hat und
der Hilfskolben vom Speicherdruck beaufschlagt ist.
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insbesondere ist die Feder wesentlich schwacher, als zur Bewegung
des Hilfskolbens erforderlich ist, und reicht gerade zur Rückstellung des Steuerkolbens
aus. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung arbeitet der Steuerkolben gegen einen
minimalen Widerstand, ohne daß insbesondere die Reibungskräfte zwischen Hilfskolben
und Zylinderwandung überwunden werden müßten. Auf diese Weise kann der Speicherdruck
mit geringstem Kraftaufwand verfügbar gemacht werden, worauf dann die weitere- Kraftbetätigung
der Bremse praktisch allein vom Speicherdruc-k übernommen wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Steuerkolben eine
Axialbohrung sowie eine Steuerquerboh-rung auf.
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Die Kuerbohrun> arbeitet dabei zweckmäßig mit einer Radialbohrung
des Hilfskolbens zusammen, die außen in einem zum Ventil führenden Raum mündet.
Von der Axialbohrung zweigt vorteilhafterweise eine zweite Radialbohrung ab, die
in dem Raum vor dem Hilfskolben mündet, an den vorzugsweise auch der erste Bremskreis
angeschlossen ist. Auf grund dieser Ausbildung werden sowohl der hilfskolben als
auch der erste Bremskreis nach Ausrichtung der Radialbohrungen mit Druck beaufschlagt.
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Die Axialbohrung mündet vorzugsweise an der hinteren Stirnseite des
Steuerkolbens im Inneren des Hilfskolbens.
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Durch diese Verbindung hindurch kann der Anschluß an den Behälter
oder die Druckbeaufschlagung des Rauptkolbens des zweiten Bremskreises erfindungsgemäß
erfolgen.
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Vorzugsweise liegt vor der Zylinderbohrung eine koaxiale Bohrung mit
verringertem Durchmesser, der jedoch größer als der Durchmesser des Steuerkolbens
ist. Zweckmäßig liegt im Bereich der Bohrung die schräg ansteigende Steuerfläche
des Steuerkolbens. Besonders zweckmäßig ist der Durchmesser der Bohrung mindestens
so groß wie der Durchmesser des Steuerkolbens am äußersten Umfang der Steuerfläche.
Auf diese Weise wird also praktisch ein gesonderter Arbeitsraum für die Steuerfläche
und den Ventil stößel geschaffen. An der Stufe zwischen der Bohrung und der Zylinderbohrung
des Hauptzylinders stützt sich der liilfskolben in der Huhestellung ab.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß sich der
Stößel des Ventils radial in die Bohrung zur Steuerfläche erstreckt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist zwischen Steuerkolben und
Hilfskolben ein Ringhohlraum vorgesehen, in dem die schwache Rückstellfeder untergebracht
ist.
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Diese Ausführungsform ist besonders platzsparend. Die Feder stützt
sich erfindungsgemäß an einem Ende an einem Anschlag des Steuerkolbens und am anderen
Ende an einem Anschlag des Hilfskolbens ab.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der Hilfskolben zwischen
zwei Bührungsteilen eine Ringvertiefung aufweist, in der von innen die Radialbohrung
des Hilfskolbens und außen in jeder Stellung des Hilfskolbens ein vom Ventil kommender
xan&l mündet. Hierdurch wird auf einfache Weise der Speicherdruck über das Ventil
den Steuerbohrungen des Steuerkolbens zugeführt.
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Das vordere Ende des lfilfskolbens arbeitet zweckmäßigerweise mit
einer Ringstufe am vorderen Ende der Zylinderbohrung als Anschlag zusammen. Die
Dimensionierung ist dabei derart, daß bei völlig zurückgezogenem Hilfskolben und
aufgrund der schwachen Feder zurückgestelltem Steuerkolben das Ventil geschlossen
ist.
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Der hintere Bereich des Steuerkolbens weist vorteilhafterweise eine
Steuerkante auf, die mit einer zum Behälter führenden Radialbohrung des Hilfskolbens
derart zusammenwirkt, daß die Axialbohrung eine Verbindung zum Behälter bekonmmt,
nachdem die Druck-Radialbohrungen außer Ausrichtung gekommen sind. Hierdurch wird
eine einwandfreie Druckentlastung des ersten Bremskreises erzielt.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben, welche einen Axialschnitt einer bevorzugten Ausführungs£orm des erfindungsgemäßen
Hauptzylinders darstellt, wobei außerdem das Bremspedal und die druckerzeugenden
Elemente schematisch mit dargestellt sind.
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Nach der Zeichnung enthält der Hauptzylinder59 einen Steuerkolben
11, der sich von der Seite des Pedals 14 her durch die Stirnseite des Hauptzylinders
hindurcilerstreckt und in eine passende Zylinderbohrung eines Hilfskolbens 18 hineinreich-t,
der in der dargestellten Lage rechts an einer Ringstufe 36 der Zylinderbohrung 19
anstößt und sich nach links bis in einen Zylinder 41 eines Hauptkolbens 17 erstreckt.
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Der Steuerkolben 11 weist im Anschluß an die Betätigungsseite eine
schräg abfallende Steuerfläche 28 auf, die sich innerhalb einer Bohrung 26 erstreckt,
welche gegenüber der Zylinderbohrung 19 einen geringeren Durchmesser hat, der jedoch
etwas größer ist als der Durchmesser der Betätigungsseite des Steuerkolbens 11.
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Radial in die Bohrung 26 erstreckt sich der Stößel 29 eines Kugelventils
13, das durch eine Beder 13a in Schließrichtung vorgespannt ist und auf dieser Seite
mit einem Druckspeicher 12 in Verbindung steht, der von einer Pumpe 54 aufgeladen
wird.
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Die vom Durckspeicher 12 abgewandte Seite des Ventils 13 ist über
einen Kanal 35 mit einer Öffnung in der Wand des
Hauptzylinders
59 verbunden, die in einen Xingraum 24 des Hilfskolbens 18 mündet. Der Ringraum
34 erstreckt sich zwischen zwei dicht und gleitend in die Zylinderbohrung 19 eingesetzten
Führungsteilen 34 des Hilf skolbens.
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Der Steuerkolben 11 weist in seiner in der Zeichnung linken Hälfte
eine Axialbohrung 21 auf, die links bis zum Ende des Steuerkolbens reicht und rechts
etwa in der Höhe des Ventils 13 blind endet. Des weiteren weist der Steuerkolben
11 Steuerquerbohrungen 22 und eine Radialbohrung 25 auf.
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Die Steuerbohrungen 22 sind so angeordnet, daß sie mit einer Radialbohrung
23 des Hilfskolbens 18 ausgerichtet werden können, wobei Ringnuten 22a bzw. 23a
die Strömiingsmittelverbindung zwischen den beiden Bohrungen verbessern.-Erfindungsgemäß
sind der Steuerkolben 11 und der Hilfskolben 18 so ausgearbeitet, daß zwischen der
Steuerfläche 28 und den Querbohrungen 22 ein Ringhohlraum 30 gebildet wird, in dem
eine schwache Rückstellfeder 20 untergebracht ist, die sich rechts an einem fest
am Steuerkolben angebrachten Anschlag 31 und links an einem am Hilfskolben 18 befestigten
Anschlag 32 ab stützt. Der Anschlag 32 erstreckt sich erfindungsgemäß bis in die
am Steuerkolben 11 vorgesehene Ringvertiefung hinein, so daß er gleichzeitig die
Rückbewegung des Steuerkolbens durch Anschlagen an die Ringstufe 60 begrenzt.
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Die hintere Stirnseite 27 des Steuerkolbens 11 mündet in einem Raum
61, der über einen Ringraum 62, welcher
aufgrund eines verjüngten
Durchmessers des Ringbereiches des Steuerkolbens 11 ausgebildet ist, in derdargestellten
Lage mit einer Radialbohrung 39 kommuniziert. Die Radialbohrung 39 mündet außen
in einem Ringraum 53, der erfindungsgemäß zwischen dem Führungsteil 33 und einem
Kolben teil 63 ausgebildet ist. ln der dargestellten rückgezogenen Lage des Hilfskolbens
steht der Ringraum 53 über eine Schrägbohrung 64 in Verbindung mit einer Nachlaufbohrung
65, die mit dem Behälter 38 der Pumpe 54 in Verbindung steht.
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Am rechten Ende des Ringraumes 62 ist eine Steuerkante 37 ausgebildet,
die mit der Radialbohrung 39 in einer noch zu beschreibenden Weise zusammenarbeitet.
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An dem Raum der Bohrung 26 ist seitlich der erste Brems-@reis 15 angeschlossen.
Erfindungsgemäß erstreckt sich der @ilfskolben 18 über den kolbenteil 63 zu einem
Endteil 40, wobei sich von dem Raum 61 nach links eine Axialbohrung 58 erstreckt,
die in eine erweitere Bohrung 48 mündet.
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Die Bohrung 48 dient als Aufnahmeraum für eine Feder 49, die sich
von der zwischen den Bohrungen 48 und 58 befindlichen Stufe und dem Hauptkolben
17 zu dem zweiten Bremskreis 16 erstreckt.
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Der Hauptkolben 17 ist in konventioneller Weise mit einer Ring-Dichtmanschette
55 versehen und weist einen sich nach links erstreckenden Ansatz 57 auf. Er arbeitet
mit einem Schnüffelloch und einer Nachlaufbohrung 22 zusammen.
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Erfindungsgemäß weist der Hauptkolben 17 an seinem in der Zeichnung
rechten Ende einen zylindrischen Ansatz 66 auf,
welcher innen einen
Zylinder 41 zur dichtenden und gleitenden Aufnahme des endteile 40 bildet und an
seinem in der Zeichnung rechten Ende zu einem Ringteilkolben 44 erweitert ist, der
dicht und gleitend in die Zylinderbohrung 19 eingesetzt ist. Der Ringteilkolben
44 besitzt rechts eine für die Funktion wichtige Ringfläche 43.
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Unmittelbar im Anschluß nach rechts an die Ringfläche 43 befindet
sich eine d.er Ringmanschette ähnliche Ringmanschette 45, welche an dem Kolbenteil
63 anliegt und ähnlich arbeitet wie eine herkömmliche Hauptkolbendichtmanschette.
Sie ist durch eine Bohrung 45a ebenso mit einem zu einem Behälter führenden Ringraum
53 verbunden, wie eine Bohrung 55a rechts von der Dichtmanschette 55, die zu den
Ringraum 51 zwischen dem zylindrischen Ansatz 66 und der Zylinderbohrung19 führt.
Der Ringraum 51 ist an die Nachlaufbohrung 52 angeschlossen.
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Der Hauptkolben 17 wird durch eine Rückstellfeder 50 in der Zeichnung
nach rechts vorgespannt.
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Zwischen der Ringfläche 43 und der Ringmanschette 45 befindet sich
ein Schnüffelloch 46, das in konventioneller Weise mit der Ringmanschette 45 zusammenarbeitet.
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Zwischen der Ringfläche 43, der Dichtmanschette 45, dem Hilfskolben
18 und der Zylinderbohrung 19 wird somit ein Ringraum 47 gebildet, der, nachdem
die Ringmanschette 45 das Schnüffelloch +6 überfahren hat, druckdicht abgesclSosen
ist.
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Die Ärbeiteweise des erfindungsgemäßen Haupt zylinders ist wie folgt:
Bei treten des Bremspedals 14 wird der Steuerkolben 11 zunächst relativ zum Hilfskolben
18 nach links bewegt, welcher aufgrund der Wirkung der Rückstellfeder 50 in seiner
rechten Endstellung im Anschlag an die Ringstufe 35 gehalten wird. Erfindungsgemäß
ist die Rückstellfeder 20 zwischen Hilfskolben 18 und Steuerkolben 11 so schwach
ausgebildet, daß sie bei einer Betätigung des Bremspedals 14 nicht in der Lage ist,
die den Hilfskolben 18 in seiner Sellung haltenden Reibungskräfte sowie die Kraft
der Feder 50 zu überwinden. Hit anderen Worten kann der Steuerkolben 11 mit sehr
geringem Kraftaufwand bewegt werden.
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Kurz bevor die Radialbohrungen 22, 23 zur Ausrichtung kommen, überfährt
die Steuerkante 37 die linke Kante der Radialbohrung 39, so daß das Innere des Steuerkolbens
und der erste Bremskreis 15 vom Behälter 38 abgeschaltet werden. Während dieser
Bewegung des Steuerkolbens 11 rutscht der Stößel 29 des Ventils 13 auf der Steuerfläche
28 empor und das Ventil 13 wird geöffnet. Der Druck des Speichers 12 steht nunmehr
über den Kanal 35 im Ringraum 24 und in der Radialbohrung 23 an. Sobald nun die
Ringnuten 22a, 23a in Überlappung kommen, gelangt der Speicherdruck in die Axialbohrungen
21 und 58. Dabei wird zunächst eine Reaktion.skraft auf das Pedal 14 erzeugt, und
über die Radialbohrung 25 und die Stirnbohrung 26 wird der erste Bremskreis 15 in
der gewünschten Weise mit Druck beaufschlagt. Mit Druck beaufschlagt wird aber auch
die rechte Stirn-Ringfläche des Rilfskolbens 18, so daß dieser eine Kraft in der
Zeichnung nach links erfährt. ueber die Bohrung 48 wird
auch der
Hauptkolben 17 direkt mit Druck beaufschlagt.
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Der Kolben 17 bewegt sich also nach links, und es wird nach dem Ueberfahren
des Schnüffelloches 56 im Bremskreis 16 ein Druck aufgebaut, welcher im wesentlichen
die gleiche Größe wie der Druck im ersten Bremskreis 15 hat, weil der IIauptkolben
17 nicht nur durch die Bohrungen 48, 58 sondern auch über die Ringfläche 43, die
nach überfahren des Schnüffelloches 46 unter Druck gesetzt wird, mit dem Speicherdruck
beaufschlagt wird.
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Nach einer Bremsung bewegen die Drücke in den Bremskreisen und die
Rückstellfedern 50 sowie 20 den Hauptkolben,17, den Hilfskolben 18 und den Steuerkolben
11 wieder in die Ausgangsstellung zurück.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein vom Fahrer als unangenehm
empfundenes Durchfallens des Bremspedals 14 beim Ausfall des zweiten Bremskreises
16, der vorzugsweise zur Vorderachse führt, vermieden. Hierzu ist allerdings die
Bedingung, daß der Hauptkolben 17 sich bereits bei einem geringeren vom Speicher
erzeugten Druck bewegt als der Hilfskolben 18. Im einzelnen erfolgt die srbeitsweise
beim Ausfall des zweiten Bremskreises 16 wie folgt: Bis zur Druckerzeugung in den
Axialbohrungen 21, 58 verläuft die Funktion genau wie bei intakten Bremskreisen,
Sobald jedoch in der erweiterten Bohrung 48 ein vorbestimmter Druck vorliegt, bewegt
sich der Hauptkolben 17 unter dem Einfluß dieses Druckes unter unterstützender Wirkung
der Feder 49 und Zusammendrückung der Feder 50 schlagartig nach links, bis der Ansatz
57 am Zylinderboden anschlägt.
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Wegen des angenommenen Defektes im zweiten Bremskreis 16 kann sich
hierbei ein Druck auf der linken Seite des Hauptkolbens 17 nicht aufbauen.
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Da aufgrund geeigneter Dimensionierung der Fläche F1 und der Federn
49, 50 unter Berücksichtigung der Reibung der verschiedenen Elemente der Hllfskolben
18 sich nochnicht bewegt hat, wird der sich nach links bewegende Hauptkolben 17
durch das Schnüffelloch 46 den sich mit der Bewegung des Hauptkolbens 17 vergrößernden
Ringraum 47 mit Bremsflüssigkeit gefüllt halten, d. h., Flüssigkeit in den Ringraum
47 durch das Schnüffelloch 46 ansaugen.
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Sobald nun der Hauptkolben 17 seine linke Endstellung erreicht hat,
wird sich der Druck in den Bohrungen 21, 58 erhöhen, worauf dann schließlich die
auf die Ringfläche F-F1 wirkende Druckkraft unterstützt durch die Feder 20
auch den Hilfskolben 18 nach links bewegt. Dabei üverfährt die Ringmanschette 45
das Schnüffelloch 46, und der Ringraum 47 wird allseits druckdicht verschlossen.
Von diesem Augenblick an ist aufgrund der Inkompressibilität der Bremsflüssigkeit
eine weitere Bewegung des Hilfskolbens 18 nach links unterbunden. Das unangenehme
Durchfallen des Bremspedals entfällt also aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung.
Nunmehr verläuft der Bremsvorgang im ersten Bremskreis 15 genau wie bei intakten
Bremskreisen.
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Der Ansatz 57 ist so lang, daß er bei normalen Bremsvorgängen den
Zylinderboden nicht erreichen kann9 jedoch im Falle des Bremskreisausfalles eine
möglichst geringe Strecke bis zum Anschlag an den Zylinderboden zurücklegen muß.
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Erfindungsgemäß ist nun weiter der Abstand zwischen der hinteren Stirnfläche
27 des Steuerkolbens 11 und der
Ringstufe am Ubergang vom Raum
61 zur Bohrung 58 so gering gewählt, daß beim Ausfall des Druckspeichers oder des
ersten Bremskreises 15 die Stirnfläche 27 an der besagten Ringstufe zur Anlage kommen
kann. Nunmehr kann der hauptkolben 17 über den Hilfskolben 18 unmittelbar mit der
Pedalkraft beaufschlagt werden, so daß noch eine begrenzte Bremswirkung durch Druckbeaufschlagung
des zweiten Bremskreises 16 erzielt werden kann.
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Normalerweise befindet sich die linke Stirnseite des Endteils 40 in
Anlage am Hauptkolben 17. Ein geringfügiges Abheben kann bei jedem Bremsvorgang
zeitweise erfolgen. Lediglich beim Ausfall des zweiten Bremskreises 16 findet eine
wesentliche Trennung zwischen dem Hauptkolben 17 und dem Stirnende des Endteiles
40 statt.
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Erfindunsgeiiaß sollen die Kräfte der Federn 49, 50 in den verschiedenen
Stellungen nicht allzusehr schwanken.
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So hat die Feder 50 im gespannten Zustand z. B. eine Kraft von ca.
6 Kp, im entspannten Zustand von ca. 4 Kp. Der Unterschied liegt also in der Größenordnung
von 30 %.
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-Patentansprüche-