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Die Erfindung betrifft eine- hydraulische Bremse mit einem
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Zylinder und einem darin angeordneten Kolben, welcher eine Bremsbacke
beaufschlagt. Insbesondere befaßt sich die Erfindun mit hydraulischen Tellbelags
cheibenbrems en, -bei denen der Kolben eine sich an eine Bremsscheibe anlegende
Bremsbacke axial beaufschlagt.
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Es ist bereits eine hydraulisch betätigte Scheibenbremse, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, -mit auf beiden'Seiten der Bremsscheibe angeordneten Radbremszylindern
von unterschiedlicher Gesamtbeaufschlagungsfläche und einem in dem-Druckmittelanschluß
zu einem oder mehreren der Radbremszylinder kleinerer Gesamtbeaufschlagung-sfläche
angeordneten Ventil bekannt, auf das der hydraulische Druck im Radbremszylinder
in- Schließrichtung einwirkt und das so angeordnet ist, daß es in der, vom Radbremszylinder
wegführenden Durchströmrichtung schließt (DE-AS 16 55 298).
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Um bei dieser bekannten Scheibenbremse zu erreichen, daß bei niedrigem
Betätigungsdruck zunächst.die Bremsbacken durch beide.Bremskolben zur Anlage an
die Bremsscheibe gebracht werden, ist vorgesehen, daß das unmittelbar in die Leitung
zum Bremskolben kleinerer Beaufschlagungsfläche eingebaute, in d;ffniingsricht'ung
federbelastete Ventil als abgedichtet geführter Kolben ausgebildet ist. Steigt der
Betätigungsdruck nach Anlage der beiden, Bremskolben an die Bremsscheibe weiter
an, so schließt das Ventil und trennt den Bremskolben kleinerer Beaufschlagungsfläche
von dem Druckmittelanschluß ab. Der Bremskolben größerer Beaufschlagungsfläche preßt
nun ü'ber'die ihm zugeordnete Bremsbacke die Bremsscheibe unter geringer elastischer
Verformung gegen die andere Bremsbacke, die sich auf dem eingeschlossenen Flüssigkeitspolster
in den kleineren Radbremszylinder abstützt. Dabei stei-gt der Flüssigkeitsdruck
in diesem Radbremszylinder
infolge der geringeren Beaufschlagungsfläche
auf einen höheren Wert als der Betätigungsdruck an. Der Vorteil der bekannten Scheibenbremse
besteht darin, daß ein Druckübersetzer zum Ansteuern des Bremskolbens kleinerer
Beaufschlagungsfläche entbehrlich ist. Dies bringt neben der baulichen Vereinfachung
der Bremse und der Verringerung der Herstellungs,kosten auch eine Verringerung der
zur Betätigung der Bremse erforderlichen Druckmittelmenge mit sich, da die Volumenaufnahme
des Druckübersetzers entfällt.
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Die Volumenaufnahme der bekannten Scheibenbremse ist auch deswegen
gering, weil ein Teil der Bewegungsvorgänge zum Anlegen der Bremsbacken von einem
Radbremszylinder kleinerer Beaufschlagungsfläche und damit kleinerer Volumenaufnahme
ausgeführt wird.
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Die Erfindung geht jedoch von einer hydraulischen Bremse insbesondere
einer hydraulischen Teilbelagscheibenbremse aus, bei der wenigstens ein Zylinder
mit darin angeordneten Kolben vorgesehen ist. Es kann sich um eine Festsattel- oder
Schwimmsattelscheibenbremse handeln.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine hydraulische Bremse
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der mit einer in nur einem Zylinder
untergebrac.hten kompakten baulichen Einheit eine wesentliche Volumenverminderung
beim Bremsen erzielt wird, ohne daß aufwendige mechanische Vorrichtungen hierfür
erforderlich sind. Die Bremse soll sich auch durch hohe Betriebssicherheit auszeichnen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Kolben
in einen einen Hilfszylinder enthaltenden Hauptkolben und einen in dem Hilfszylinder
parallel zum Hauptkolben gleitend angeordneten Hilfskolben unterteilt ist und daß
der Hauptkolben ein im Wege einer Druckmittelzuleitung
im Hauptkolben
liegendestVentil aufweist, welches bei niedrigem, zur Bewegung des Hauptkolbens
nicht ausreichenden Druck offen ist und die Druckbeaufschlagung,' des Hilfskolbens
gestattet-sowie oberhalb eines vorgegebenen Schwallendruckes, der kurz vor dem Beginn
der Bewegung des Hauptkolbens liegt schließt und so das- Druckmittel im Zylinderraum
des Hilfszylinders einschließt.
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Erfindungsgemäß wird also das den Druckraum des kleineren Kolbens
absperrende Ventil vollständig in den Hauptkolben integriert, so daß eine nach außen
völlig abgekapselte, kompakte'bauliche Anordnung erzielt wird. Bis zu einem durch
den Schaltpunkt des Ventils bestimmbaren Umschaltdruck von etwa 3 bis 5.bar wird
beim Betätigen der Bremse zunächst der kleinere Hilfskolben bewegt, während der.
Hauptkolben aufgrund einer entsprechend vorbestimmten Reibung zwischen ihm und der
ihn umgebenden Zylinderwand noch stehenbleibt.
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Für das Anlegen der Bremsbacken an die Bremsscheibe wird somit nur
relativ wenig Druckmittelvolumen verbraucht.
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Sobald der Hilfskolben durch Anlegen der Bremsbacken an der Bremsscheibe
zum-Stillstand kommt, steigt der Druck im Hauptzylinderraum an, und das Ventil schließt
den Druckmittelzustrom zum Hilfxzylinderraum. Das Druckmittel beaufschlagt nunmehr
den im Querschnitt größeren Hauptkolben, dessen Kraft von der eingeschlossenen Druckmittelsäule
am Hilfskolben auch auf diesen und von diesem auf die Bremsbacken übertragen wird.
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Aufgrund der Flächenunterschiede zwischen Haupt- und Hilfskolben entsteht
hierbei im Hilfszylinderraum ein höherer Druck als im Hauptzylinderraum. Die Wirkflächen
der einzelnen Ventilteile sind also so zu bemessen, daß dieser -Druck nicht zu einem
Offnen des Ventils führen kann. Hierzu ist
erfindungsgemäß vorzusehen,
daß die Fläche des Ventilkolbens um soviel größer als die des Ventilstößels ist,
daß unter Berücksichtigung der Pückstellkraft oberhalb des Schwellendruckes das
Ventil stets geschlossen bleibt.
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Bei Beendigung der Bremsenbetätigung öffnet das Ventil, sobald im
Hauptzylinderraum der Schwellendruck unterschritten wird.
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Beide Kolben kehren durch die Rückstellwirkung ih.rer sicht ringe
und gegebenenfalls aufgrund der Wirkung von Rückstellfedern an den Bremsbacken in
ihre Ausgangslage zurück.
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Eine baulich besonders vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich
dadurch, daß in der Druckbeaufschlagungsfläche doe Hauptkalbens ein durch eine Rückstellkraft
beaufschlagter Ventilkolben angeordnet ist, welcher auf den Ventilstößel wirkt.
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Eine in der Herstellung besonders einfache und für etwaige Wartungsarbeiten
zweckmäßige Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß der Hauptkolben aus zwei
koaxialen, miteinander verbundenen, vorzugsweise ineinandergeschraubten Kolbenteilen
besteht, von denen eines den Ventilstößel, das andere den Ventilsitz enthält. Dabei
soll das den Ventilsitz enthaltende Kolbenteil zwei durch eine koaxialeBohrung verbundene
koaxiale Zylinderräume aufweisen, von denen der eine Hilfskolben im Gleitsitz aufnimmt,
während der zur entgegengesetzten Stirnseite gewandte Zylinderraum entlang seiner
Zylinderwand, vorzugsweise durch ein Innengewinde mit einem kolbenartigen Vorsprung
des anderen Kolbenteils verbunden ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung ist so ausgebildet, daß sich von dem
Vorsprung radial eine Kolbenscheibe bis zur Wand des Hauptzylinders erstreckt und
zum Hauptzylinder
durch eine Ringdichtung abgedichtet ist. Dabei
kann zweckmaßigerweise zwischen dem Hauptkolben und der Kolbenscheibe ein axialer
Abstand vorliegen, welcher mit einer Pxialbohrung im ersten Kolbenteil und einer
Radialbohrung im Vorsprung des zweiten Kolbenteils einen Entlüftungskanal für den
Ventilkolben- bildet.
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Weiter soll.zwischen dem Boden des Morsprungs und: der Zwischenwand
zwischen den beiden Zylinderräumen'ein Zwischenraum, belassen sein, während sich
exzentrisch axial durch den zweiten Kolbenteil eine Druckmittelzuführungsbohrung
erstreckt, Hierdurch wird eine Druckmittelverbindung zwischen dem Haupzylinderraum
und dem Hilfszylinderraum über die Zentralbohrung in der Zwischenwand geschaffen.
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Aus Platzgründen ist der Ventilkolben zweckmäßig in der- Kolbenscheibe
angeordnet. Die Rückstellkraft für den Ventilkolben wird bevorzugt durch eine den
Ventilstößel umgebende Feder erzeugt.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben, deren einzige Figur einen schematischen Axialschnitt durch eine für
eine erfindungsgemäße hydraulische Bremse bestimmte Kolben-Zylinder-Anordnung zeigt.
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Nach der Zeichnung ist in einem hydraulischen Zylinder 32 mit einem
am Boden vorgesehenen hydraulischen Druckmittelanschluß 33 ein Hauptkolben axial
gleitend verschiebbar angeordnet, welcher aus zwei ineinandergeschraubten Kolbenteilen
12, 12' besteht.
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Das erste Kolbenteil 12 ist gleitend ohne besondere Abdichtungsmaßnahmen
in einem vom Boden des Zylinders 32 abgewandten
Bereich axial verschiebbar
im.Zylinder 32 gelagert. Das erste Kolbenteil 12 weist an seinen Deiden axial einander
entgegengesetzten Stirnseiten jeweils etwa gleich bemessene Zylinderräume 11 bzw.
22 auf. Die beiden Zylinderräume 11, 22 sind koaxial zueinander und durch eine koaxiale
Nittelbohrung 20 in der bwischenwand 29 zwischen den beiden Zylinderräumen hydraulisch
miteinander verbunden.
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In dem der nicht gezeigten Bremsbacke zugewandten Zy]'inderraum 11
ist ein Hilfskolben 13 axial gleitend und mittels einer Ringdichtung 34 nach außen
abgedichtet geführt. Eine vordere Erweiterung des Hilfskolbens 13 dient dazu, die
nicht dargestellte Bremsbacke zu beaufschlagen.
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In dem dem Boden des Zylinders 32 zugewandten zweiten Zylinderraum
22 des ersten Kolbenteils 12 ist ein Innengewinde vorgesehen, in das ein mit Außengewinde
versehener Vorsprung 23 des zweiten Hauptkolbenteils 12' eingeschraubt ist, wobei
sich zwischen der Zwischenwand 29 und dem Boden des Vorsprungs 23 noch ein deutlicher
Zwischenraum 19 befindet. An seinem dem Boden des .Zylinders 32 zugewandten Ende
geht der Vorsprung 23 in eine von ihm allseits radial vorspringende Kolbenscheibe
24 über, die mit ihrem Umfang axial gleitend im Zylinder 32 angeordnet ist, wobei
eine Ringdichtung.26 den Hauptzylinderraum 35 nach außen abdichtet. Die Kolbenscheibe
24 ist also als der eigentlich hydraulisch wirksame Teil des Hauptkolbens 12, 12'
anzusehen, dessen Bodenfläche 15 vom bei 33 angelegten hydraulischen Druck beaufschlagt
wird.
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Der zweite Kolbenteil 12' weist nach der Zeichnung eine koaxiale zentrale
Bohrung 31 auf, die zum Boden des zylinders 32 offen ist und am entgegengesetzten
Ende in eine Führungsbohrung 36 wesentlich kleineren Durchmessers für einen Ventilstößel
17 übergeht. Die Bohrung 36 ist koaxial mit der erweiterten
Bohrung
31 und mündet in .dem Zwischenraum 19 zwischen der Zwischenwand 29 und dem Boden
des Vorsprungs 23.
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In die Bohrung 31 ist ein Ventilkolben 16 axial gleitend verschiebbar
und durch-eine Dichtung 37 abgedichtet axial verschiebbar eingesetzt. Eine an dem
Ubergang zwischen den Bohrungen 31, 36 abgestützte Rückstellfeder 30 beaufschlagt
den Ventilkolben 16 in Richtung des Bodens des Zylinders 32 und legt -ihn an einen
Ringvorsprung 38 an, -der kurz vor dem Ende der Bohrung 31 an deren Innenwand vorgesehen
ist.
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Der mit dem Ventilkolben 16 koaxiale Ventilstößel 17 durchgreift die
einen kleineren Durchmesser aufweisende Bohrung 36. Der Aufnahmeraum für die Feder
30 ist gegenüber dem Zwischenraum 19 durch eine den Ventilstößel 17 umgebende Ringdichtung
39 abgedichtet.
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Die vom Ventilkolben 16 abgewandte Spitze des Ventilstößels 17 bildet
mit dem rund um die Zentralbohrung 20 vorgesehenen Ventilsitz 21 ein Ventil 14,
das normalerweise durch die Rückstellfeder 30 in der aus der Zeichnung ersichtlichen
geöffneten Stellung gehalten wird.
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Parallel zu dem Ventilstößel 17 erstreckt sich radial außerhalb der
Zentralbohrung 31 ein Druckmittelzuführkanal 18 von dem Hauptzylinderraum 35 zum
Zwischenraum 19.
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Radial von der Zentralbohrung 3-1 zweigt im Bereich des Federaufnahmeraums
eine Radialbohrung 28 ab, die sich durch den Vorsprung 23 hindurch bis zu dem zwischen
der Kolben- -scheibe 24 und dem, radial äußeren Bereich des ersten Kolbenteils 12
belassenen Zwischenraum 40-erstreckt. Von dem Zwischenraum 40 aus läuft ein axialer-Entlüftungskanal
27 durch
den'ersten Kolbenteil 12 hindurch bis zum Außenraum, der
an die Atmosphäre anschließt. Eine zwischen dem Hilfskolben 13 und dem Zylinder
32 vorgesehene elastische Ringdichtmanschette 41 schützt die gesamte Anordnung vor
dem Eindringen von Schmutz und gestattet aufgrund ihrer Elastizität den erforderlichen
Druckausgleich innerhalb des Aufnahmeraums der Fed-er 30 bei einer Bewegung des'Ventilstößels
17. Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßenKolben-Zylinder-Änordnung ist wie folgt:
Sobald an den Druckmittelanschluß 33 durch Betätigung der Fahrzeugbremse ein Druck
angelegt wird, setzt sich dieser über die Druckmittelzufuhrleitung 18, 19, 20 bis
in den Raum-des Hilfszylinders 12 fort. Bei einem relativ geringen Bremsdruck von
weniger als 3 bis 5 bar bewegt sich der Hilfskolben 13 bereits in Richtung der nicht
dargestellten Bremsscheibe, bis die Bremsbacken zur Anlage an derselben kommen.
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Die Reibung zwischen der Dichtung 26 und der Wand 25 des Hauptzylinders
32 ist nun so bemessen, daß bei diesem Druckbereich der Hauptkolben 32, 12' noch
unbewegt-bleibt.
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Nachdem sich die Bremsbacken an die Bremsscheibe angelegt haben, steigt
der Druck im Hauptzylinderraum 35 weiter an Oberhalb des Schaltdruckes von 3 bis
5 bar reicht die Gegenkraft der Rückstellfeder 30 nicht mehr aus, um den Ventilkolben
16 in Anlage an dem Ringanschlag 38 zu halten. Nunmehr verschiebt sich der .Ventilstößel
17 unter der Wirkung der auf den Kolben 16.wirkenden Kraft in der Zeichnung nach
links, bis seine.Spitze zur Anlage an dem Ringventilsitz 34 kommt und den Druckmittelweg
vom Bodenraum 19 zur Bohrung 20 absperrt. Ab jetzt kann kein weiteres Druckmittel
in den Raum zwischen dem Boden des Hilfskolben 13 und des Hilfszylinders 11 mehr
eintreten. Ein weiterer Anstieg des Druckes im Hauptzylinderraum 35 beaufschlagt
nunmehr den Rauptkolben 12, 12'
entlang seiner gesamten Wirkfläche,
so daß über das Flüssigkeitrpolster im Hilfszylinderraum 11 auch der Hilfskolben
13 ent-procb end beaufschlagt wird. Wegen des Flächenuntersch.iedes zwischen ilfs-
und Hauptkolben liegt jetzt im Hilfszylinderraum ein dem Flächenverhältnis entsprechender
höherer Druck vor. Der Hilfskolben 13 und der Hauptkolben 12, 12' bewegen sich nun
wie ein einziger von -dem Druck im Hauptzylinderraum 35 beaufschlagter hydraulischer
Kolben. Es ist darauf zu achten, daß das Verhältnis der Fläche des Ventilstößels
17 zu der Fläche des Ventilkolbens 16 ausreichend, klein gewählt wird,um unter Berücksichtigung
der Wckstell-raft der RWc-kstellfeder 30 auch dann noch das Ventil 14 geschlossen
zu halten, wenn aufgrund des soeben beschriebenen Effektes der Druck in der Bohrung
20 sowie im Zwischenraum 19 erheblich ansteigt.
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Beim Betätigen des Ventils 14 erfolgt über den Weg 28, 40, 27 ein
Ausgleich des in der Bohrung 31 entstehenden Druckes.
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Nach Beendigung einer Bremsung bewegen die Dichtringe 26, 34~ die
Kolben 12, 12' bzw.. 13, gegebenenfalls unterstützt durch Rückstellfedern an den
Bremsbacken in ihre Ausgangslage zurück. Sobald der Druck im Häuptzylinderraum 35
den Schaltdruck von 3 bis 5 bar unterschritten hat, kann die Rückstellfeder 30 den
Ventilkolben 16 wieder in seine Ausgangslage am Anschlag 38 zurückbewegen, wobei
das Ventil 14 öffnet und nunmehr wieder ein Druckausgleich zwischen dem Hilfszylinderraum
11 und dem Hauptzylinderdruckraum 35 erfolgt.-Wesentlich ist, daß der hinter dem
Ventilkolben 16 liegende Teil der Bohrung 31 am Atmosphärendruck anliegt.
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Der Zylinderraum 22 weist an seinem Boden eine ringförmige Abschärfung
9 auf, an der zur Bildung des Zwischenraumes 19 die vordere Ringkante 8 des Vorsprunges
23 anschlägt.