DE2352619C3

DE2352619C3 - Druckmittelbetriebene Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlich großer Stellkräfte

Info

Publication number: DE2352619C3
Application number: DE2352619A
Authority: DE
Inventors: Susumu Yokohama Kanagawa Sugiura (Japan)
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FR2203947B1; FR2203947A1; DE2352619B2; US3943830A; DE2352619A1

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetriebene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 76 870) wird der Stellantrieb, der als druckmittelbeaufschlagbares Element eine Membran aufweist, in Stellrichtung dadurch betätigt, daß die Membran mit Druckmittel beaufschlagt wird, während die Rückstellung der Membran durch eine Druckfeder erfolgt. Dies hat zur Folge, daß das jeweilige Ausmaß der mittels des Stellantriebes erzielbaren Stellkraft direkt von Schwankungen des Druckmitteldruckes abhängig ist, so daß nicht gewährleistet ist, daß sich mit der Vorrichtung stets konstante Stellkräfte erzielen lassen. Darüber hinaus läßt bei der bekannten Vorrichtung die Baulänge zu wünschen übrig, da die auf das druckmittelbeaufschlagbare Element einwirkende und als Rückholfeder dienende Druckfeder, in Stellrichtung gesehen, vor dem druckmittelbeaufschlagbaren Element angeordnet ist, so daß auf Grund dieses Umstandes einer Verringerung der Baulänge der bekannten Vorrichtung natürliche konstruktive Grenzen gesetzt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten Nachteile eine gattungsgemäße Vorrichtung von kurzer Baulänge zu schaffen, die auch bei schwankendem Druckmitteldruck konstante Stellkräfte erzeugen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen enthalten.

Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Druckfeder des Stellantriebes in Stellrichtung wirkt und

ίο zudem, an der Verbindungsstange angreifend, koaxial innerhalb der Feder des weiteren Kolbens angeordnet ist, ergibt sich hierdurch der doppelte Vorteil dahingehend, daß einerseits die Druckfeder des Stellantriebes keinen zusätzlichen Raum beansprucht und damit zu

is einer entscheidenden Verkürzung der Baulänge der Vorrichtung beiträgt und daß andererseits die jeweilige Höhe der mit der Vorrichtung erzielbaren Stellkräfte von einer eventuellen Schwankung des Druckmitteldruckes völlig unabhängig ist, da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Druckfeder des Stellantriebes nicht mehr als Rückstellfeder, sondern als Stellfeder dient, während der Druck des Druckmittels lediglich jeweils dazu dient, diese Druckfeder des Stellantriebes vorzuspannen.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das druckmittelbeaufschlagbare Element als Kolben ausgebildet ist und dann den gleichen Durchmesser wie die Verbindungsstange aufweist, ist es möglich, den Durchmesser der Verbindungsstange zwischen den

jo beiden Kolben zur Materialeinsparung zu verkleinern, ohne daß aufgrund dieser Maßnahme jedoch durch den in der Druckmittelkammer vor dem weiteren Kolben herrschenden Druckmitteldruck eine unerwünschte Kraft auf die Verbindungsjtange ausgeübt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es schließlich mit Vorteil noch möglich, die beiden Federn in ihrer Vorspannung, insbesondere unabhängig voneinander, zu verstellen, so daß sich dadurch die jeweils mit der Vorrichtung erzielbare Stellkrafi nach Wunsch in

•to ihrer Größe einstellen läßt. Es ist zwar schon bekannt (US-PS 22 78 310), bei einem einfachwirkenden, in Betätigungsrichtung federbelasteten Kolben die Vorspannung der Feder zu verstellen, jedoch eignet sich diese bekannte Anordnung insbesondere nicht dazu, um bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Vorspannung zweier Federn unabhängig voneinander verstellen zu können.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich ganz allgemein mit Vorteil zur Anwendung bei einem hydraulischen Fahrzeugbremssystem, insbesondere einem rechnergesteuerten Fahrzeugbremssystem, bei einer hydraulischen Vorrichtung für eine Presse, einer Betätigungsvorrichtung für eine automatische Steuereinrichtung usw.

Yi Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

F i g. 1 im Längsschnitt die Vorrichtung sowie schematisch ein Ausführiingsbeispiel eines zugeordneten hydraulischen Systems und in

F i g. 2 im Schnitt ein Detail einer abgewandelten Ausführungsform zur Verstellung der Federvorspannung.

Wie aus Fig. I ersichtlich, ist das Gehäuse t der Vorrichtung zweistufig ausgebildet und besteht aus

M einem Zylinder 2 kleineren Durchmessers sowie aus einem hiermit einstückigen Zylinder 3 größeren Durchmessers. Der Zylinder 2 bildet einen Teil eines Stellantriebes, der als druckmittelbeaufschlagbares

Element einen Kolben 4 aufweist. Dieser ist mittels einer Dichtung 5 abgedichtet verschiebbar im Zylinder 2 angeordnet.

Mittels einer Dichtung 7 ist weiterhin im Zylinder 3 größeren Durchmessers abgedichtet verschiebbar ein Kolben 6 angeordnet

Eine Kolbenstange 8 weist ein Betätigungsende auf, das sich durch eine in einer Stangenführung 9 des Gehäuses 1 vorgesehene Dichtung 10 hindurch nach außen erstreckt. Die Kolbenstange 8 ist mit ihrem anderen Ende starr an einer Stirnfläche des Kolbens 4 kleineren Durchmessers befestigt. Es kann daher das Betätigungsende auf den Kolben eines Bremszylinders oder dgl. einwirken. Durch das Gehäuse 1 einerseits und den Kolben 4 kleineren Durchmessers andererseits ist weiterhin eine Druckmittelkammer 11 gebildet. An das Gehäuse 1 ist eine Kappe 12 angeschraubt, die axial gegenüber dem Gehäuse 1 verstellbar ist und zusammen mit dem Kolben 6 größeren Durchmessers eine Kammer 13 begrenzt Durch die linke Stirnfläche des weiteren Kolbens 6 und das Gehäuse 1 einschließlich der rechten Stirnfläche des Kolbens 4 wird eine Kammer 14 begrenzt

In der Kammer 13 ist ein Federsitz 15 vorgesehen, der an seinem einen Ende starr mit einer Verbindungsstange 16 verbunden ist Diese Verbindungsstange 16 durchsetzt verschieblich den weiteren Kolben 6, gegenüber dem sie durch eine Dichtung 17 abgedichtet ist Die Verbindungsstange 16 ist weiterhin starr mit der anderen Stirnfläche des Kolbens 4 verbunden bzw. mit diesem einstückig. Bei der beschriebenen Ausführungsform weist der Kolben 4 denselben Durchmesser wie die Verbindungsstange 16 auf. Dies dient dem Zweck, die sich aufgrund des Drucks in der Kammer 14 bildende unerwünschte Kraft zu verhindern, die nach rechts oder nach links wirkt, wobei der Druck in der Kammer 14 auf den Kolben 4 und die Verbindungsstange 16 wirkt.

In der Kammer 14 ist ein Anschlag 18 vorgesehen, der an der Verbindungsstange 16 befestigt ist. In den Kammern 11, 14 ist jeweils eine öffnung IiI bzw. 20 vorgesehen, um Druckmittel aus diesen Kammern 11 bzw. 14 auszutragen oder in diese einzuleiten. Der Anschlag 18 liegt normalerweise, wie aus F i g. 1 ersichtlich, während der Ruhesteilung der Vorrichtung an der linken Stirnfläche des weiteren Kolbens 6 an. wobei sich der Anschlag 18 jedoch, der mit dem Kolben 4 gekuppelt ist, unter der Wirkung der noch zu beschreibenden Feder nach links bewegt und sich vom weiteren Kolben 6 löst, wenn das Druckmittel innerhalb der Kammer 11 aus dem Gehäuse 1 ausgetragen wird.

Mit dem weiteren Kolben 6 ist einstückig ein ringförmiges Hülsenteil 21 verbunden, das in seiner Funktion der dem Kolben 4 zugeordneten Verbindungsstange 16 entspricht, und an seinem rechten Ende einen Federsitz 22 sowie e?ne Verlängerung 24 aufweist. Diese erstreckt sich nach hinten über den Federsitz 22 hinaus und begrenzt die am weitesten rechts gelegene: Stellung des weiteren Kolbens 6, indem sie an einem in die Innenwand des Zylinders 3 eingesetzten ringförmigen Anschlag 23 anschlägt

Eine Stellschraube 25 ist mit ihrem einen Ende in der Kammer 13 der Kappe 12 angeordnet und bildet mit ihrem anderen Ende ein Verstellende 26, das in die Wand der Kappe 12 geschraubt ist und aus dieser nach außen herausragt.

Das Ende der Stellschraube 25 ist einstückig mit einem Federsitz 27 ausgebildet, dessen Funktion derjenigen des Federsitze:* 22 des weiteren Kolbens 6 entspricht.

Zwischen den Federsitzen 15 und 27 ist eine Schraubenc'ruckfeder 28 abgestützt, die den Kolben 4 über die Verbindungsstange 16 nach links drücken kann, ί Zwischen dem Federsitz 22 des weiteren Kolbens 6 und einer Schulter an der Innenwand der Kappe 12 ist eine Schraubenfeder 29 vorgesehen, die den weiteren Kolben 6 über das Hülsenteil 21 nach links drücken kann. Aufgrund dieser Anordnung drückt die Feder 29,

ίο wenn das in der Kammer 14 enthaltende Druckmittel nach außen austreten kann, den Kolben 4 über den weiteren Kolben 6, den Anschlag 18 und die Verbindungsstange 16 nach links, was bedeutet, daß die beiden Federn 28,29 auf den Kolben 4 einwirken.

Die Kammer 13 ist über eine in der Wand der Kappe 12 vorgesehene Bohrung 30 kleinen Durchmessers zur Atmosphäre geöffnet Am linken Ende des Gehäuses 1 ist einstückig ein Flansch 31 angeformt, um anzutreibende Einrichtungen, beispielsweise einen nicht dargestellten Bremszylinder, hieran befestigen zu können.

Im Gehäuse 1 ist weiterhin ein R:V_vKSchlagventil 32 vorgesehen, welches das Druckmittel von der Kammer 11 zur Kammer 14 hin durchtreten läßt eine Strömung in entgegengesetzter Richtung jedoch blockiert.

Im folgenden sei kurz das Steuerungssystem der beschriebenen Stellvorrichtung erläutert

Eine Leitung 41 verbindet die Druckmittelöffnung 19 der Kammer U mit einer öffnung a eines elektromagnetischen 3/2-Wegeventils 42. Eine weitere Leitung 43

jo verbindet eine Öffnung b des Ventils mit der Pumpe 44, während eine Öffnung cdes Ventils 42 über eine Leitung 45 mit einem Tank 46 verbunden ist. Wenn eine Magnetspule 42' des Ventils 42 in unerregtem Zustand gehalten wird, behält das Ventil 42 die gezeigte Stellung A bei, in der die öffnung a des Ventils 42 mit der öffnung c verbunden ist, während die öffnung b geschlossen gehalten wird, wodurch das Druckmittel in der Kammer 11 mit dem Tank 46 in Verbindung steht. Wenn dagegen die Magnetspule 42' des VentLJs 42

κι erregt ist, stehen die Öffnungen b und a in Verbindung, während die Öffnung c geschlossen gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt kann das Druckmittel über die Pumpe 44 in die Kammer U strömen. Wenn die Stromzufuhr zur Magnetspule 42' des Ventils 42 unterbrochen wird, wird dieses durch eine Feder 42" unmittelbar von der Stellung 5 in die Stellung A bewegt.

Weiterhin verbindet eine Leitung 47 die öffnung 20 der Kammer 14 mit einer öffnung e eines weiteren elektromagnetischen 3/2-Wegeventils 48. Die öffnung /

5(i des Ventils 48 ist über eine Leitung 49 mit der Pumpe 44 verbunden, während eine öffnung g über eine Leitung 50 mit dem Tank 46 verbunden ist Wenn die Magnetspule 48' des Ventils 48 nicht erregt ist, behält das V^iit'l 48 die Stellung Cbei, wobei die Öffnung e in

v-, Strömungsverbindung mit der öffnung £■ gebracht wird, während die öffnung /geschlossen gehalten wird. Wenn demgegenüber die Magnetspule 48' erregt ist, nimmt das Ventil 48 die Stellung Dein, wodurch die öffnung e in Strömungsverbindung mit der öffnung /steht und die

w) Öffnung g geschlossen gehalten ist Wenn die Stromzufuhr zur Magnetspule 48' unterbrochen wird, bewegt sich das Ventil 48' unter der Wirkung einer Feder 48" sofort von der Stellung D in die Stellung C. Wenn sich die Ventile 42, 48 in der dargestellten Stellung befinden, sind die Magnetspulen 42' und 48' in unerregtem Zustand.

Funktion und Betriebsweise der Vorrichtung, wenn diese in der aus der Zeichnung ersichtlichen Stellung

gehalten wird und wenn sich die Magnetspulen 42', 48 der Ventile 42,48 in erregtem Zustand befinden, werden im folgenden in Verbindung mit einer Fahrzeugbremse beschrieben, die durch einen elektronischen Rechner gesteuert ist.

Wenn ein langsames Abbremsen des Fahrzeuges erwünscht ist, was bedeutet, daß der abschließende Bremsdruck niedrig ist, wird die Stromzufuhr zur Magnetspule 42' des Ventils 42 unterbrochen.

Daraufhin wird das Ventil 42 durch die Feder 42" aus der Stellung B in die Stellung Λ verschoben, wodurch der unter der Wirkung der Druckfeder 28 stehende Kolben 4 nach links gedrückt wird, so daß das in der Kammer 11 enthaltende Druckmittel zum Tank 46 ausgetragen wird, und zwar durch die Leitung 41, die Öffnung a, die Öffnung c und die Leitung 45 hindurch. Die nach links erfolgende Bewegung des Kolbens 4 bewirkt, daß die Kolbenstange 8 auf den nicht dargestellten Kolben des Bremszylinders drückt, wodurch das Fahrzeug langsam abgebremst wird. In diesem Fall wirkt daher lediglich die Kraft der Feder 28 auf den Bremszylinder.

Um den Kolben 4 nach rechts in seine Ausgangsstellung zurückzubringen, wird die Magnetspule 42' des Ventils 42 erregt, wodurch das Druckmittel von der Pumpe 44 zur Kammer 11 geleitet wird. Wenn die Vorrichtung im Ruhezustand gehalten wird, kann der Strom normalerweise an der Pumpe 44 oder der Magnetspule 42' verbraucht werden, wobei der Strom vom elektrischen System des Fahrzeugs geliefert werden kann.

Wenn demgegenüber ein plötzliches Abbremsen de«, Fahrzeuges erwünscht ist. wird die Stromzufuhr zu den, Magnetspulen 42', 48' der Ventile 42, 48 unterbrochen. Daraufhin wird das in den Kammern 11,14 enthaltende Druckmittel über die Leitungen 41, 45, 47 und 50 zum Tank 46 ausgetragen, worauf sich die Kolben 4, 6 nach links bewegen und hierdurch auf den Kolben des Bremszylinders einwirken. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bremse im Fahrzeug betätigt. Falls die Austraggeschwindigkeit des Druckmittels aus der Kammer 11

ίο

Ausgangsstellungen zurückverbracht werden sollen, ähnlich dem Fall, bei dem lediglich der Kolben 4 zur Anwendung gelangte, werden die Magnetspulen 42', 48' der Ventile 42, 48 erregt, so daß hierdurch den Kammern 11, 14 von der Pumpe 14 Druckmittel zugeleitet wird. Die nach rechts erfolgenden Bewegungen der beiden Kolben 4, 6 werden durch den für den weiteren Kolben 6 vorgesehenen Anschlag 23 sowie durch den für den Kolben 4 vorgesehenen Anschlag 18 begrenzt.

Wie aus der dargestellten Aiisführungsform ersieht lieh, sind die Außendurchmcsser des Kolbens 4 und dei Verbindungsstange 16 sowie der innendurchmesser der Dichtung 17 des weiteren Kolbens 6 untereinander identisch. Solange der Außendurchmesser des Kolben 4 und der Innendurchmesser der Kolbendichtung 17 identisch sind, kann jedoch der Durchmesser dci Verbindungsstange 16 verkleinert werden, ohne eine gesonderte Kraft hervorzurufen, die entweder nacr rechts oder nach links wirkend am Kolben 4 aufgrünt des in der Kammer 14 herrschenden Druck».erzeug! werden könnte.

Über die Federn 28, 29 kann die auf den Kolben de« Bremszylinders wirkende Kraft eingestellt werden indem nämlich die Kappe 12 gegenüber dem Gehäuse I verdreht wird, so daß sie sich nach rechts oder link; bewegt und dadurch die Vorspannung der Federn 28,2? ändert. Vvenn andererseits die Stellschraube 25 weiter ir die Kappe 12 eingeschraubt wird, wird lediglich die Vorspannung der Feder 28 verändert. Wenn demgegen über die Stellschraube 25 derart eingestellt ist. daß sie sich nicht bewegt, bevor die Kappe 12 bewegt wird, wire lediglich die Vorspannung der Feder 29 verändert Wenn in diesem Zusammenhang jedoch die Gewinde-Steigung der Stellschraube 25 derart eingestellt ist, da[ sie mit der Gewindestange des Schraubgewindeteils de« Gehäuses 1 übereinstimmt, kann die Vorspannung der Feder 28 konstant gehalten werden, selbst wenn die Vorspannung der Feder 29 durch Verdrehen der Kappe 12 verändert wird.

Mittels der abgewandelten Ausführungsform gemäO

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Kammer 14, entspricht die Betätigungskraft in diesem Fall der Kraft der Feder 28 des Kolbens 4. Es wird sodann der Kolben des Bremszylinders durch beide Federn 28, 29 betätigt, und zwar von dem Zeitpunkt an, zu dem der weitere Kolben 6 an dem einstückig mit dem Kolben 4 ausgebildeten Anschlag 18 anschlägt. Dies hat zur Folge, daß eine außerordentlich große Bremskraft erzielt wird. Falls demgegenüber die Austraggeschwindigkeit des Druckmittels aus der Kammer 14 größer ist als diejenige des Druckmittels aus der Kammer 11, bewegt sich der weitere Kolben 6, wobei er auf den Kolben 4 sowie auf den Anschlag 18 einwirkt. Dies hat zur Folge, daß die Federn 28, 29 genau wie im vorher geschilderten Fall auf den Kolben des Bremszylinders einwirken. Wenn andererseits die Kolben 4 und 6 in ihre

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bzw. 29 gesondert zu verstellen. Bei dieser Anordnung befindet sich ein Federtelier 67 für die äußere Feder 29 über eine Stellschraube 65 in Schraubeingriff mit der Wand des Gehäuses 1, während der Federsitz 27 für die innere Feder 28 über die Stellschraube 25 ir Schraubeingriff mit dem Federteller 67 steht. Hierbei ragen die jeweiligen Verstellenden 26,66 der Federsitze 67, 27 aus der Wand des Gehäuses 1 heraus. Wen" die Gewindesteigung der Stellschraube 65 genau so groß wie diejenige der Stellschraube 25 gehalten wird, ist es möglich, die Vorspannung der Feder 28 konstantzuhalten, auch wenn die Stellschraube 65 gedreht wird. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Kammer 13 über eine Bohrung 64 zur Atmosphäre geöffnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetriebene Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlich großer, in einer Richtung wirkender Stellkräfte, mit einem einfachwirkenden, eine Druckfeder aufweisenden Stellantrieb und mindestens einem weiteren koaxial im Stellantriebsgehäuse angeordneten, einfachwirkenden, in Betätigungsrichtung federbelasteten Kolben, der auf einer mit dem druckmittelbeaufschlagbaren Element des Stellantriebs verbundenen Stange abgedichtet verschiebbar und mit dieser über einen Anschlag in Betätigungsrichtung kuppelbar ist, wobei der weitere Kolben einen größeren Durchmesser als das druckmittelbeaufschlagbare Element aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (28) des Stellantriebs (2, 4) in Betätigungsrichtung wirkt, koaxial innerhalb der Feder (29) des weiteren Kolbens (6) angeordnet ist und an der Verbindungsstange (16) angreift.

2. Vorrichüjag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das druckmittelbeaufschlagbare Element als Kolben (4) ausgebildet ist und den gleichen Durchmesser wie die Verbindungsstange (16) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich beide Federn (28, 29) an einem relativ zum Gehäuse (1) axial verstellbaren Bauteil (12,67) abstützen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die innere Feder (28) an einem relativ zum Bauteil (12, 67) verstellbaren Federsitz (27) abstützt

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellt ve Bauteil als auf das Gehäuse (1) aufschraubbare Kappe (12) ausgebildet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Bauteil als Federteller (67) ausgebildet ist, der sich über eine Stellschraube (65) am Gehäuse (1) abstützt.