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Zweikreis-Druckregler
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Die Erfindung betrifft einen Zweikreis-Druckregler, dessen beide Bremskreise
jeweils einen Einlaß zum Anschluß an eine Druckguelle, einen Auslaß zum Anschluß
an einen Druckverbraucher und ein zwischen Einlaß und Auslaß angeordnetes, im öffnenden
Sinne federvorgespanntes, einen Steuerkolben aufweisendes Druckreglerventil umfassen,
wobei einander entsprechende, dem Auslaß abgewandte axiale Begrenzungsflächen der
Steuerkolben der beiden Druckreglerventile einen Teil einer gemeinsamen Druckmittelkammer
begrenzen, die an den Einlaß des einen Bremskreises angeschlossen und durch ein
bei einer vorbestimmten Verzögerung ansprechendes Verzögerungsglied verschließbar
ist, mit einem vom Druck in der Druckmittelkammer federvorgespannten Kolben zum
Ausgleich der Volumenverschiebung durch die Steuerkolben in der abgeschlossenen
Druckmittelkammer.
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Bei einem aus GB-PS 2 024 350 bekannten Zweikreis-Druckregler ist
die gemeinsame Druckmittelkammer mit dem Einlaß des einen Bremskreises über einen
Leitungszweig verbunden, an den seinerseits ein Kolben zum Ausgleich von Volumenverschiebungen
angeschlossen ist. Der Leitungszweig entht ferner ein Verzögerungsglied in Form
einer Kugel, die in einem Käfig angeordnet ist. Der Käfig ist in AbhAngigkeit des
eingespeisten Drucks des einen BrMmskreises in einer Weise verschwenkbar, daß bei
erhöhten Bremsdrücken die Neigung der Rampe vergrößert wird, längs der das Verzögerungsglied
im Betätigungsfall hihauflAuft um die Druckmittelkammer vom einen Bremskreis abzuschließen,
so daß eine Umschaltdruckerhbhung der Druckreglerventile entsprechend einem guten
Regelverhalten eines DruEkreglers bei einem beladenen Fahrzeug stattfindet, das
mit dem Regler ausgerüstet ist. Der bekannte Zweikreis-Druckregler weist zwar ein
gutes Regelverhalten im unbeladenen wie itn beladenen ustand eines Fahrzeugs auf
und besitzt auch eine zentrale Sperre zum Verriegeln der Steuerkolbun bei Ausfall
des an die Druckmittelkammer angeschlossenen Bremskreises, um einen Notbetrieb des
anderen Bremskreises sicherzustellen, ist jedoch kompliziert im Aufbau.
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Aufbauend auf den vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der
Erfindung, einen Zweikreis-Druckregler einfachen Aufbaus und sicherer Funktion zu
schaffen.
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Gelost wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß
der federvorgespannte Kolben im Bereich der gemeinsamen Druckmittelkammer zwischen
beiden Steuerkolben angeordnet ist.
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Insbesondere kann der Kolben bis zu einem vorbestimmbaren Druck in
der Druckmittelkammer und bei geöffneten Druckreglerventilen in einen Verriegelungseingriff
mit den beiden Steuerkolben gebracht werden. Damit besitzt der Kolben nicht nur
Ausgleichs-, sondern auch Sperrfunktion, wodurch die Betriebssicherheit erhöht und
der Aufbau weiter vereinfacht wird.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß
der Kolben durch zumindest eine Feder mit progressiver Kraft/Weg-Kennung vorgespannt
ist, die entsprechend dem vorzugebenden Regelverhalten des Druckreglers gewählt
ist. Die Progressivität der Feder bewirkt, daß mit Hilfe einfacher Mittel im beladenen
Zustand eines mit dem erfindungsgemäßen Zweikreis-Druckreglers ausgerüsteten Fahrzeugs
eine Umschaltdruckerhöhung der beiden Druckreglerventile stattfindet, um die tatsächliche
Regelcharakteristik dem Idealverlauf besser anzupassen. Hierbei ist es nicht erforderlich,
Größe und Richtung des Schließwegs des Verzögerungsglieds durch eine gesonderte
Einrichtung (wie nach dem Stand der Technik) zu verändern, um ein besseres Regelverhalten
bei unterschiedlichen Ladungszuständen eines Fahrzeugs zu realisieren.
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Zur Schaffung einer progressiven Kraft/Weg-Kennung können mehrere
konzentrisch zueinander angeordnete Federn vorgesehen sein. Die Federn können parallel
zueinander oder in Reihe liegen und beispielsweise nach und nach zu- bzw.
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abgeschaltet werden. Sie können unterschiedlich lang ausgebildet sein
und im einzelnen gleiche oder unterschiedliche Federcharakteristik aufweisen.
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Insbesondere ist für den Kolben eine Schraubenfeder mit unterschiedlichem
Windungsabstand vorgesehen, um die Progressivität zu erzielen.
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Auch kann eine konische Feder zur Schaffung der Progressisitzt vorgesehen
sein.
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Als Feder kann auch zweckmäßigerweise ein flüssiges oder gasförmiges
Medium vorgesehen sein.
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Bauliche Vorteile sind gegeben, wenn als Feder ein Gummielement vorgesehen
ist.
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Ein besonders fertigungsgünstiger Aufbau ergibt sich, wenn eine drei
fach abgesetzte Stufenbohrung im Reglergehäuse vorgesehen ist, deren erster Abschnitt
mit dem kleinsten Durchmesser den Kolben und deren dritter Abschnitt mit dem größten
Durchmesser das Verzögerungsglied mit zugehörigem Ventilsitz enthält und deren mittlerer
Abschnitt die Druckmittelkammer bestimmt.
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Die (gemeinsame) bohrung für die Steuerkolben der beiden Druckreglerventile
verlaufen zweckmäßigerweise im wesentlichen senkrecht zur Stufenbohrung.
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Die Rampe für das Verzögerungsglied kann wie nach dem Stand der Technik
verstellbar angeordnet sein0 Es kann aber auch eine vom eingespeisten Bremsdruck
unabhdngige feste Rampe einfachen Aufbaus im Reglergehue insbSondere in Verbindung
mit einer progressiven Feder für den Kolben vorgesehen sein (unveränderter Schließweg
eines Verzögerungsglieds bei unterschiedlichen Last zuständen; Schließung des einen
Bremskreises durch das Verzögerungsglied bei vorgegebener Mindestverzögerung), um
eine gute Regelcharakteristik eines Reglers in allen Betriebsfällen zu gewährleisten.
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Die Steuerkolben können durch separate Druckfedern in Offnungsrichtung
der Druckreglerventile vorgespannt sein.
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Insbesonuere ist jedoch alternativ vorgesehen, in der Druckmittelkammer
eine gemeinsame Feder zum Vorspannen beider Druckreglerventile anzuordnen. Die Feder
ist dann so angebracht, daß eine eventuell vorgesehene Sperre in ihrer Funktion
nicht beeinträchtigt wird.
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Der Raum für den Kolben kann insbesondere nach einem Entfernen des
Kolbens zur Entlüftung des Druckreglers verwendet werden.
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Es wird demnach durch die Erfindung ein Zweikreis-Druckregler mit
geringer Anzahl an Bauteilen einfachen Aufbaus geschaffen, die eine leichte Montage
ermöglichen. Eine sichere Funktion ist auch bei Kreisausfall durch die federvorgespannten
Steuerkolben gewährleistet, insbesondere dann, wenn eine (mechanische) Sperre in
der Druckmittelkammer vorgesehen ist. Bei Ausfall des an die Druclimittelkamner
angeschlossenen Bremskreises ist der andere Bremskreis durch sein entsprechendes
Druckreglerventil-zwischen dem Einlaß und dem-Auslaß durchgeschaltet. Im Notfall
kann somit ausgangsseitig (beispielsweise an ein Fahrzeughinterrad) der eingangsseitige
Druck (beispielsweite des diagonalen Vorderrads) angelegt werden, um eine erhöhte
(Not-)Bremsleistung zu erzielen. Fällt derjenige Bremskreis aus, der nicht an die
Druckmittelkammer angeschlossen ist, bleibt die Regelfunktion des entsprechenden
Druckreglerventils des noch intakten anderen Bremskreises erhalten. Da jedoch das
Verzögerungsglied bei vorgegebener Mindestverzögerung erst bei erhöhtem Bremsdruck
des noch intakten Bremskreises schließt, wird im praktischen Fall normalerweise
kein verminderter Bremsdruck an den Ausgang des entsprechenden Ventils angelegt,
insbesondere dann, wenn eine Feder mit progressiver Federcharakteristik für den
Kolben vorgesehen ist, so
daß auch bei dem anderen Bremskreis eine
erhöhte (Not-) Bremsleistung gegeben ist. Durch die vorgegebene Kolbenfederkraft
beim Freigeben der Steuerkolben ist ein minimaler Umschaltdruck (bei unneladen Fahrzeug)
gesichert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 einen Zweikreis-Druckregler
nach der Erfindung in schematischer Darstellung, und Fig. 2 die grundsätzliche Regelcharakteristik
des Druckreglers nach Fig. 1 im beladenen und im unbeladenen Zustand eines Fahrzeugs.
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Der Zwelkreis-Druckregler 1 gemäß Fig. 1 umfaßt in einem gemeinsamen
Reglergehäuse zwei im wesentlichen gleich ausgebildete Druckreglerventile 8, 9 in
einer Boxer-Anordnung, die an zwei Bremskreise 2, 3 angeschlossen sind.
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Das eine Druckreglerventil 8 des ersten Bremskreises 2 besitzt einen
ersten Einlaß 4 zum Anschluß an eine Druckquelle, insbesondere zum Anschluß an einen
Kreis eines Tandem-Hauptbremszylinders eines Kraftfahrzeugs, sowie einen ersten
Auslaß 5 zum Anschluß an einen Druckverbraucher, insbesondere zum Anschluß an einen
Radbremszylinder eines Kraftfahrzeughlnterrads.
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Entsprechend besitzt das andere Druckreglerventil 9 des zweiten Bremskreises
3 einen zweiten Einlaß 6 zum Anschluß
an die gleiche Druckquelle,
insbesondere zum Anschluß an den anderen Kreis eines Tandem-Hauptbremszylinders,
sowie einen zweiten Auslaß 7 zum Anschluß an einen weiteren Druckverbraucher, vorzugsweise
zum Anschluß an den Radbremszylinder des anderen Kraftfahrzeug-Hinterrads.
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Der erste Einlaß 4 sowie der zweite Einlaß 6 sind ferner mit weiteren
Druckverbrauchern hydraulisch verbunden,zweckmässigerweise mit den Radbremszylindern
der Vorderräder eines Kraftfahrzeugs in einer Weise, daß das Zweikreissystem diagonal
aufgeteilt ist.
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Die beiden Steuerkolben 10, 11 der Druckreglerventile 8, 9 sind in
einer gemeinsamen abgestuften Bohrung 17 im Reglergehäuse 20 aufgenommen, wobei
beide Steuerkolben 10, 11 voneinander weg durch jeweils eine Druckfeder 22 in Öffnungsrichtung
des Ventils vorgespannt sind. Die Steuerkolben 10,11, sind im wesentlichen in an
sich bekannterWeise ausgeführt wie nach DE-PS 22 65 106. Sie umfassen jeweils einen
(nicht dargestellten) inneren Durchgang zwischen Einlaß und Auslaß, wobei im Durchgang
ein inneres Ventil mit einem federvorgespannten Ventilstößelteil angeordnet ist,
das auf der auslaßseitigen Stirnseite des Steuerkolbens herausragen kann. In der
in Fig. 1 gezeigten Stellung der Steuerkolben steht das Ventilstößelteil derart
in einem Eingriff mit dem Reglergehäuse 20, daß der innere. Durchgang des entsprechenden
Steuerkolbens 10 bzw. 11 durchgeschaltet ist. Bei betätigten Steuerkolben (Bewegung
der Steuerkolben nach innen) treten die federvorgespannten Ventilstößelteiie aus
der entsprechenden auslaßseitigen Stirnseite der Steuerkolben heraus, wodurch der
innere Durchgang verschlossen wird.
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Die Ventilanordnung der Steuerkolben 10, 11 kann auch auf dem Umfang
der Kolben vorgesehen sein, etwa wie nach DE-OS 29 15 865.
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Die Steuerkolben 10, 11 besitzen aufeinanderzu weisende dichtend im
Reglergehäuse 20 gefünrte Kolbenschäfte, deren innere Enden in eine Druckmittelkammer
12 ragen, die Teil einer zur Bohrung 17 senkrecht verlaufenden dreifach abgesetzten
Stufenbohrung 16 ist.
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Der Stufenbohrungsabschnitt mit dem kleinsten Durchmesser dient zur
Aufnahme des erfindungsgemäßen Kolbens 14, dessen in die Druckmittelkanmer 12 reichender
Zapfen mit den aufeinander zu weisenden Enden der Steuerkolben 10, 11 bei nicht
betätigten Steuerkolben und nicht druckbeaufschlagter Druckmittelkammer 12 in einen
Verriegelungseingriff bringbar ist. Der Kolben 14 ist in Richtung der Druckmittelkammer
12 durch eine Steuerfeder 15 mit Erogressiver Kraf t/Weg-Kennung vorgespannt, deren
Vorspzizaft fUr einen Verriegelungseingriff und eine Steuerung der Steuerkolben
durch eine nicht im einzelnen dargestellte Steuerschraube 19 eingestellt werden
kann, die in das Reglergehäuse 20 eingeschraubt ist und auch als Entlüftungsschraube
dient.
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Im Anschluß an die Druckmittelkammer 12 befindet sich der Stufenbohrungsabschnitt
mit dem größten Durchmesser, in dem ein Ventilsitz 18 mit zentraler oeffnung druckmittelkammerseitig
eingesetzt und ferner ein Verzögerungsglied in Form einer Kugel 13 aufgenommen ist.
Dieser Stufenbohrungsabschnitt ist über eine hydraulische Leitung 21 mit dem Einlaß
6 des zweiten Bremskreises 3 über das zugehörige Druckreglerventil 9 verbunden.
Der Zweikreis-Druckregler
ist unter dem Einbauwinkel o( bezüglich
der Fahrtrichtung v eines Fahrzeugs am Fahrzeugchassis in einer Weise befestigt,
daß die Kugel 13 bet stehendem Fahrzeug die in Fig. 1 gezeigte Lage einnimmt, d.
h. daß das aus Kugel 13 und Ventilsitz 18 bestehende Ventil geöffnet ist, und daß
die Kugel 13 bei fahrendem abgebremsten Fahrzeug bei einer vornestimmten Mindestverzögerung
gegen den Ventilsitz 18 nach überwinden des Schließwegs s infolge der auf die Kugel
13 einwirkenden Massenträgheitskräfte bewegbar ist, so daß die zentrale Öffnung
des Ventilsitzes 18 geschlossen wird. Bei geschlossenem Ventil 13, 18 ist in der
Druckmittelkammer 12 Hydraulikmedlum des Einlasses 6 des zweiten Bremskreises 3
mit einemDuuck eingeschlossen, der (zunächst) dem Schließdruck des Ventils 13, 18
entspricht.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Zweikreis-Druckreglers
1 ist nachfolgend unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Druckdiagramm
beschrieben, das sowohl für das erste Druckreglerventil 8 als auch das zweite Druckreglerventil
9 gilt. Im Druckdiagramm ist der (ausgangsseitige) Druck eines Hinterachsbremskreises
PHA (geregelter Druck) über dem (einlaßseitigen) Druck eines Vorderachsbremskreises
PVA (-ungeregelter Druck) aufgetragen. Im Diagramm ist ferner mit I1 die Idealdruckverteilung
für ein unbeladenes Fahrzeug und mit I2 die Idealdruckverteilung für ein beladenes
Fahrzeug angegeben.
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Bei unbetätigter Bremse befinden sich alle Teile des Zweikreis-Druckreglers
1 in der gezeichneten Position. Da die Druckmittelkaltlaer 12 nicht druckmittelbeaufschlagt
ist, steht der Zapfen des Kolbens 14 infolge der Vorspannkraft aer progressiven
Steuerfeder 15 in einer Weise in die Drucknitteltammer vor, daß dieser beide Steuertolben
10,
11 in der Öffnungsstellung verriegelt.
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Wird beispielsweise ein Bremspedal betätigt, wird im Hauptbremszylinder
ein Druck aufgebaut, der sich in zwei Bremskreisen 2, 3 sowohl zu den Radbremszylindern
der Vorderachse als auch über die geöffneten Druckreglerventile 8, 9 zu den Radbremszylindern
der Hinterachse fortpflanzt. Die als Differentialkolben ausgebildeten Steuerkolben
10, 11 werden zunächst durch die Druckfedern 22 in der Offenstellung gehalten, da
zunächst hydraulisches Kraftegleichgewicht zwischen Einlaß 4 bzw. 6 und Auslaß 5
bzw. 7 des Druckreglers deshalb besteht, weil gleichzeitig die Druckmittelkammer
1 2 mit Druckmittel des zweiten Bremskreises 3 über die hydraulische Leitung 21
und das geöffnete Ventil 13, 18 beaufschlagt ist, das auf die Steuerkolben 10, 11
wirkt. Infolge der Druckmittelbeaufschlagung der Druckmittelkammer 12 nimmt der
Zapfen des durch die Steuerfeder 15 vorgespannten Kolbens 14 eine zurückgezogene
nicht verriegelnde Stellung ein.
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Der Zapfen wandert bei einem Bremsvorgang vergleichweise rasch aus
einem Verriegelungseingriff, da die eine progressive Federcharakteristik aufweisende
Steuerfeder 15 anfangs sehr weich ist und einströmendes Druckmittel den Zapfen leicht
zurückdrängen kann.
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Der bisher beschriebene Druckaufbau entspricht im Diagramm der Fig.
2 der Geraden vom Punkt O ausgehend in Richtung auf P.
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Ist das Fahrzeug unbeladen, wird beispielsweise bei einem Druck p1
der Vorderachse eine derartige Fahrzeugverzögerung erreicht, daß die Kugel 13 an
den Ventilsitz 18 bewegt wird und damit die zentrale Öffnung des Ventilsitzes verschließt.
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Damit ist ein weiterer Druckaufbau in der Druckmittelkammer 12 durch
Einspeisen von Bremsdruck über die Zuleitung 21 nicht mehr möglich. Während des
Druckaufbaus wird die progressive Steuerfeder 15 durch Zurückweichen des Kolbens
14 gespannt, so daß sich in der Feder eine Steuerkraft aufbaut, die über den starren
Kolben 14 und das in der Druckmittelkammer 12 eingschlossene inkompressible Druckmittel
auf die beiden Steuerkolben 10, 11 in Offnungsrichtung der Druckreglerventile 8,
9 einwirkt. Da die Steuerfeder 14 eine progressive Federcharakteristik besitzt,
ist bei frühzeitigem Schließen des Ventils 13, 18 die Steuerkraft gering.
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Bei Drucksteigerung wirken die beiden Steuerkolben. 10, 11 nunmehr
als Differentialkolben, da die Druckmittelkammer 12 abgeschlossen ist. Zum öffnen
jedes Druckreglerventils 8, 9 muß die (geringe) Steuerkraft der Steuerfeder 15 überwinden
werden. Die Ventile 8, 9 befinden sich in Regelstellung ("SchnUffelvorgang"), wenn
im Druckdiagramn der Umschaltpunkt P1' gnäß Fig. 2 erreicht ist.
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Die Druckdifferenz AP1 zwischen den Punkten P1 und Pl ist eine Funktion
einer einzigen Veränderlichen, nSmlich der Wn diesem Bereich niedrigen) Federrate
der progressiven Steuerfeder 15.
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Bei weiterem Druckanstieg im Hauptzylinder erfolgt nunmehr in den
Radbremszylindern der Hinterachse eine geminderte Drucksteigerung gemäß der Geraden
a, wobei die Druckminderung durch das Verhältnis der wirksamen druckbeaufschlagten
Flächen des als Differentialkolben wirkenden Steuerkolbens bestimmt wird.
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Wird im Hauptzylinder der Druck zurückgenommen, wird bei unbeladenem
Fahrzeug die Kennlinie a in der anderen Richtung durchfahren, bis wiederum der Punkt
P11 erreicht ist, worauf die inneren Ventile der beiden Steuerkolben 10, 11 bis
zum Punkt 0 fortwährend offengehalten werden.
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Gegenüber der bisher beschriebenen Bremsdruckverteilung eines unbeladenen
Fahrzeugs ergibt sich beim stärker beladenen Fahrzeug eine andere Bremsdruckverteilungskennlinie.
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Ist das Fahrzeug beladen, wird erst bei einem Druck p2, der wesentlich
höher ist als der Druck p1, eine derartige Fahrzeugverzögerung erreicht, daß die
Kugel 13 an den Ventilsitz 18 bewegt wird und damit die entrale öffnung verschließt.
Da das Ventil 13, 18 erst bei einem höheren Druck P2 geschlossen wird, ist die Steuerfeder
15 wegen ihrer progressiven Kraft/Weg-Kennung stärker gespannt. Auf die beiden Steuerkolben
10, 11 wirkt nunmehr eine größere Kraft der Steuerfeder 15 in Öffnungsrichtung der
Druckreglerventile 8, 9. Demnach muß bei weiterer Drucksteigerung im Hauptzylinder
ein höherer Druck p21 aufgebracht werden, bis die als Differentialkolben wirkenden
Steuerkolben 10, 11 gegen die Steuerfeder 15 verschoben werden und die Druckreglerventile
8, 9 schließen. Die Druckdifferenz hP2 zwischen den Punkten P2 und P2, ist wie die
Druckdifferenz AP1 des unbeladenen Fahrzeugs eine Funktion der einzigen VerAnderlichen,
nämlich der (nunmehr) höheren Federrate der progressiven Steuerfeder 15. Folglich
istgp2 größer als #p1.
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Somit ist die tatsächliche Bremsdruckverteilung - wie dies aus Fig.
2 zu entnehmen ist - der Idealkennlinie für den jeweiligen Beladungszustand eines
Fahrzeugs angenähert, und zwar mit Hilfe einfacher Mittel.
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Im Vergleich hierzu sei die Bremsdruckverteilung des aus der GB-PS
2 024 350 bekannten Reglers angeführt.
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Weist der bekannte Regler. keine bremsdruckabhängige Verstellung der
Rampe des kugelförmigen Verzögerungsglieds auf, ergibt sich bei einem beladenen
Fahrzeug ein Umschaltpunkt P2^ der Steuerkolbenventile. Ist eine bremsdruckabhängige
Verstelleinrichtung für die Rampe vorgesehen, kann nur mit vergleichsweise aufwendigen
Mitteln eine + Schließpunkterhöhung P2 des Verzögerungsglieds erreicht werden, die
zusammen mit der geringen (konstanten) Steuerkrafternung (vgl.A P1) zur erfindungsgemäßen
Kennlinie b führt.