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Verzögerungsabhängige Bremsdrucksteuervorrichtung für
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eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage Die Erfindung bezieht sich auf
eine verzögerungsabhängige Bremsdrucksteuervorrichtung für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage,
bei der ein federbelasteter Stufenkolben mit seiner kleinen Wirkfläche einem mit
einem Bremsdruckgeber verbundenen Eingangsraum und mit seiner größeren Wirkfläche
einem mit mindestens einem Radbremszylinder verbundenen Ausgangsraum zugewandt ist,
bei dem Eingangs-und Ausgangsraum durch einen Kanal mit einem Ventil verbunden sind,
das durch ein verzögerungsabhängig bewegbares Verschlußstück, insbesondere eine
Kugel, im Eingangsraum und einen Ventilsitz am ihm zugewandten Ende des Stufenkolbens
gebildet ist, bei der ein Anschlag für das Verschlußstück vorgesehen ist, der in
der Ruhelage des Stufenkolbens einen Mindestabstand zwischen Verschlußstück und
Ventilsitz sichert, und bei der das eingangsseitige Ende des Stufenkolbens von einem
federbelasteten Ringkolben mit einer vom Eingangsdruck beaufschlagten Ringfläche
umfaßt ist.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-AS 22 13 496) sind
der Anschlag für das Verschlußstück und die Hülse gehäusefest angeordnet. Wenn der
Eingangsdruck allmählich erhöht wird, bewegt sich der Stufenkolben wegen der unterschiedlichen
Wirkflächen gegen die Kraft seiner Feder zum Eingangsraum hin. Bei einem vorgegebenen
Umschaltdruck ist der Mindestabstand durchlaufen; nunmehr kann in Abhängigkeit von
der verzögerungsabhän-
gigen Bewegung des Verschlußstücks das Ventil
schließen.
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Bei geschlossenem Ventil hat der zugehörige zweite Ast der Kennlinie
der Vorrichtung eine geringere Neigung als der bei offenem Ventil durchlaufene erste
Ast. Auf der dem Anschlag abgewandten Seite des Verschlußstückes ist ein gehäusefestes
Widerlager vorgesehen. Dessen Abstand vom Anschlag beträgt etwa die doppelte axiale
Länge des Verschlußstücks. ^ Bei dieser Konstruktion sind der Umschaltdruck einerseits
und die Neigung der Xste der Druckkennlinie andererseits voneinander abhängig. Dies
beeinträchtigt die optimale Auslegung der Bremsdrucksteuervorrichtung. Wenn das
Verschlußstück infolge einer Fehlfunktion am Widerlager verbleibt, wirkt das Ventil
überhaupt nicht, so daß die Vorrichtung insgesamt versagt und beim Betrieb von Hinterradbremsen
die Blockiergefahr erheblich erhöht wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verzögerungsabhängige
Bremsdrucksteuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der es
ohne nennenswerten Mehraufwand möglich ist, den Umschaltdruck und die Neigungen
der Äste der Druckkennlinie unabhängig voneinander auszulegen, wobei nach Erreichen
des Umschaltdrucks die Neigungen der Äste der Druckkennlinie geregelt ansteigen
sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der den Kanal
aufweisende Stufenkolben in der Längsbohrung eines Ringkolbens gegen die Kraft einer
Feder längsverschiebbar gehalten und geführt ist und der Ring-
kolben
seinerseits in einer Stufenbohrung des Gehäuses zwischen Eingangsraum und Ausgangsraum
gegen Federkraft zwischen Anschlägen bewegbar ist, wobei die dem Eingangsraum zugekehrte
Stirnfläche des Ringkolbens bei Druckbeaufschlagung auf den Eingangsraum zu verschiebbar
ist, bis der Druckmitteldurchfluß vom Eingangsraum zur Längsbohrung des Ringkolbens
von der Kugel verschlossen ist und /oder der Ringkolben an der Gehäusestufe anliegt.
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Um einen weichen Ubergang im Regelverhalten der Bremsdrucksteuervorrichtung
zu erreichen, weist in einer bevorzugten Ausführungsform der Stufenkolben an seinem
dem Eingangsraum zugekehrten, den Ventilsitz aufwei-senden Ende, eine gegen die
Kraft einer Feder um ein geringes Maß längsverschiebbare Hülse auf, wobei die Hülse
den Ventilsitz am eingangsraumseitigen Ende des Kanals umgreift und in Kontakt mit
der Umfangsfläche der Kugel bringbar ist.
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Um bei Druckrücknahme den Druckabbau auf der Ausgangsseite zu ermöglichen,
ist mit Vorteil die im Eingangsraum bewegbar angeordnete Kugel zwischen einem ortsfesten
Anschlag und einer gegen die Kraft einer Feder um ein geringes Maß verschiebbaren
Prallplatte bewegbar angeordnet.
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Das zum Zwecke der gewünschten Bremsdrucksteuerung notwendige Verschieben
der Kolben bei Druckaufbau in Richtung auf den Eingangsraum zu wird zuverlässig
dadurch erreicht, daß die große Wirkfläche des Ringkolbens dem Ausgangsraum zugekehrt
vorgesehen ist und die kleine
Wirkfläche des im Ringkolben bewegbaren
Stufenkolbens dem F.ingangsraum zugekehrt angeordnet ist, wobei der Stufenkolben
um ein geringfügig größeres Maß gegenüber dem Ringkolben in Längsrichtung verschiebbar
ist, als der Ringkolben seinerseits gegenüber seinen gehäusefesten Anschlägen.
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Um sicherzustellen, daß vor dem Bremsvorgang sich beide Kolben in
ihrer Ausgangsposition am ausgangsraumseitigen Ende der Gehäusebohrung befinden
und der Druckmitteldurchfluß vom Eingangs raum durch den Druckmitteldurchlaß zwischen
Kugel und der Stirnfläche des Ringkolbens und dem Kanal zum Ausgängsraum frei ist,
ist zweckmäßigerweise der Ringkolben einerseits gegenüber dem Gehäuse durch eine
Feder abgestützt, deren eines Ende an der Stufe der Gehäusebohrung und deren anderes
Ende an dem eine Stufe bildenden Kopfteil des Ringkolbens anliegt, wobei der Stufenkolben
andererseits von einer Feder beaufschlagt ist, die sich an einer Stufe des eingangsraumseitigen
Endes des Ringkolbens abstützt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
eine Ausführungsform der Erfindung mit besonderer Kennzeichnung der Wirkflächen
und Bewegungsspiele.
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Fig. 2 eine graphische Darstellung einer charakteristischen Kurve
der erfindungsgemaßen Steuerkurve und Fig. 3 ein Detail des elastischen Dichtsitzes
des Stufenkolbens der Bremsdrucksteuervorrichtung in vergrößerter Darstellung.
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Die verzögerungsabhängige Bremsdrucksteuervorrichtung gemäß Fig. 1
weist ein Gehäuse 1 auf, dessen Innenraum durch einen Druckmitteleinlaß 2 mit einem
Druckgeber, insbesondere einem lIauptzylinder einer Bremskraftanlage, verbunden
ist.
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Am Druckmitteleinlaß 2 wird der Eingangsdruck Pe zugeführt. Am gegenüberliegenden
Ende des Gehäuses 1 ist ein flruckmittelauslaß 3 vorgesehen, der mit einem Bremskreis
verbunden ist, beispielsweise den Radzylindern an der Hinterachse eines Kraftfahrzeuges;
an ihm wird der Ausgangsdruck Pa abgeführt.
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Der Druckmitteleinlaß 2 steht über einen Vorraum 21 mit einem Eingangsraum
4 in Verbindung. Dieser ist über einen Druckmitteldurchlaß 19 und einem in einem
Stufenkolben 6 verlaufenden Kanal 8 mit einem Ausgangs raum 22 verbunden, von dem
der Druckmittelauslaß 3 abgeht. Der Druckmitteldurchlaß 19 wird durch ein im Eingangs
raum 4 angeordnetes Verschlußstück in der Form einer Kugel 7 und einen Ventilsitz
20 am eingangsseitigen Ende des Stufenkolbens 6 gebildet.
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Der Stufenkolben 6 ist mit seinem Abschnitt größerer Wirkfläche A
3 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 23 in einem Ringkolben 5 geführt. Sein
Abschnitt kleinerer Wirkfläche A 4 ist unter Zwischenschaltung einer Dichtung 24
in einer Längsbohrung 25 des Ringkolbens 5 geführt, der seinerseits unter Zwischenschaltung
von Dichtungen 26, 27 in einer stufenförmigen Gehäusebohrung 28, 36, 37 mit der
Wirkfläche A 1 geführt ist. Eine Feder 12 drückt den Stufenkolben 5 in der Ruhelage
gegen die Stirnwand 13 des Gehäuses 1. Die Feder 12 befindet sich in einem Ringraum
31, der mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
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Der Ringkolben 5 weist am eingangsseitigen Ende die Stirnfläche 29
auf, gegen welche in der Bremsstellung die Kugel 7 läuft und so den Druckmitteldurchlaß
19 sperrt.
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Mit A 4 ist der freie Querschnitt des Ventilsitzes 20 des Stufenkolbens
6 bezeichnet. Der Anschlag 9 im Eingangsraum 4 hält die Kugel 7 normalerweise in
einem Mindestabstand S3 von der Stirnfläche 29. Der Ringkolben 5 kann bis zur Anlage
an einer Gehäusestufe 18 einen Verschiebeweg S1 zurücklegen, der kleiner sein soll
als der Weg S3. Der Ausweichhub S7 der Prallplatte 10 ist so bemessen, daß sich
die Kugel 7 auch dann noch vom Anschlag abheben kann, wenn der Ringkolben 5 seine
rechte Endlage eingenommen hat, welche durch die konstruktiven Gegebenheiten und
die maximale Höhe des Eingangsdrucks Pe vorgegeben ist.
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Der Stufenkolben 6 weist zur Festlegung seiner Endlage
einen
Kragen 30 auf, welcher zwischen Anschlägen 40 und 15 an der Stirnseite des Ringkolbens
5 vorgesehen ist.
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Der so definierte Verschiebeweg S5 des Stufenkolbens 6 muß größer
sein als S3, damit in der Extremstellung der Druckmitteldurchgang 19 am Ventilsitz
20 versperrt werden kann.
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Eine solche Bremsdrucksteuervorrichtung wird derart in ein Kraftfahrzeug
eingebaut, daß das Eingangsende tiefer liegt als das Ausgangsende. In der Regel
wird der Bremskreis für die Hinterräder über die Steuervorrichtung ge£ihrt,. während
die Bremskreise für die Vorderräder direkt mit dem Druck des Hauptzylinders beschickt
werden. Das bedeutet für das Diagramm der Fig. 2, daß auf der Abszisse der Bremsdruck
für die Vorderachse und auf der Ordinate der Bremsdruck für die Hinterachse aufgetragen
ist. Eine solche Vorrichtung arbeitet automatisch in Abhangigkeit von der Belastung
des Fahrzeuges, weil bei stärkerer Beladung eine entsprechende Verzögerung erst
bei höherem Bremsdruck auftritt und dadurch der Umschaltdruck automatisch angehoben
wird.
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Die Funktionsweise wird nachstehend anhand der Fig. 2 näher erläutert.
Für ein leeres Fahrzeug gilt die Idealkurve n, für ein beladenens Fahrzeug die Idealkurve
C.
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Der tatsachliche Kurvenverlauf im Normalbetrieb ist wie folgt: Wenn
der Eingansdruck Pe kontinuierlich ansteigt, folgt der Ausgangsdruck Pa längs des
ersten Astes D1 der steileren Kennlinie D. Bis zum Umschaltdruck P1 kann das Ventil
nicht schließen, weil das Verschlußstück 7 durch die Prallplatte 10 im Abstand vom
Ventilsitz 20 gehalten wird. Beim Umschaltdruck pl wirkt aber auf die dem Ein-
gangsraum
4 abgewandte Fläche (A1-A3) des Ringkolbens 5 eine solche Kraft, daß unter Zusammendrückung
der Feder 12 sich der Ringkolben 5 um einen solchen Teil des Weges S1 nach rechts
bewegt hat, daß die Kugel mit dem Ventilsitz an der Stirnfläche 29 in Berührung
treten kann und ein Regelvorgang stattfindet. Ob und wann dies der Fall ist, hängt
von der Belastung und der augenblicklichen Verzögerung des Fahrzeuges ab. Bei einem
leeren Fahrzeug kann beispielsweise der Druckmitteldurchlaß 19 sofort beim Umschaltdruck
P1 schließen, so daß der Kurvenabschnitt M1 wirksam wird, in welchem mit steigendem
Eingangsdruck der Ausgangsdruck gemindert ansteigt unter der Bedingung Ml = (A2-A4)/CA1-A4).
Sollte das Fahrzeug beladen sein, schließt der Druckmitteldurchlaß erst bei einem
höheren Eingangsdruck P2, so daß sich der Kurvenverlauf längs des Abschnittes M2
ergibt.
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Bei beladenem Fahrzeug läuft während des Bremsvorganges der Stufenkolben
6 gegen die Kraft der- Feder ;14, bevor noch die Kugel 7 von der Prallplatte 10
abhebt nach rechts und verhindert, daß der Ringkolben 5 sich mit seiner Stirnfläche
29 an die Kugel 7 anlegt und den Druckmitteldurchlaß bei 19 verschließt oder aber
die Kugel 7 wird bereits vor Erreichen des Anschlages 9 vom Stufenkolben 6 an einer
Bewegung nach rechts gehindert, so daß der Ringkolben 5 auch nach Uberwinden des
Weges S1 keinen Kontakt mit der Kugel 7 haben kann. Der Stufenkolben geht nun infolge
der im Bereich seiner Stirnseite angeordneten von einer Feder 34 beaufschlagten
Hülse 32 nach entsprechender Druckerhöhung ( S2 = Federrate der Feder 14) in Ventilschlußstellung,
wobei M2 = A4/A3 ist. Wenn der Verdrängungshub des Stufenkol-
bens
6 andauert, bleibt schließlich die Kugel 7 dichtend am Ringkolben hängen wenn M1
= (A4-A5)/(A3-A5) ist.
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Die von der Feder 33 beaufschlagte Prallplatte 10 ermöglicht bei Druckrücknahme
(also bei beendetem Bremsvorgang) den Druckabbau auf der Ausgangsseite, sobald Pe
= Pa + (Feder 33)/(A5) ist, wobei die Federrate der Feder 33 möglichst klein zu
wählen ist.
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Eine wichtige Voraussetzung für die richtige Funktion der in den Zeichnungen
näher dargestellten Ausführungsform der Bremsdrucksteuervorrichtung ist die Bemessung
des Bewegungsspiels S3 des Ringkolbens 5 gegenüber der Kugel 7, des Bewegungsspiels
S5 zwischen dem Stufenkolben 6 und dem Ringkolben 5 und der Außenfläche der Kugel
7. Die Bedingungen sollten sein: S3 c S1 + S2 S5 7 S4 S6 7 S2 S5 4 S4 + S7
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