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Geberzylinder
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Die Erfindung betrifft einen Geberzylinder, insbesondere für hydraulische
Betätigungssysteme von Kraftfahrzeugen, mit einem in einem Kolben angeordneten Zentralventil
für einen Druckausgleich zwischen einem Druckraum des Geberzylinders und einem Ausgleichsbehälter,
wobei das Zentralventil einen in Schließrichtung federbelasteten Ventilkolben und
einen in einer durchgehenden Längsbohrung des Kolbens angeordneten Stößel aufweist
und wobei ein gehäusefester Anschlag eine Betätigung des Zentralventils beim Verschieben
des Kolbens aus der Ausgangsstellung heraus ermöglicht.
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Ein derartiger Geberzylinder ist aus der DE-OS 30 Ol 186 bekannt.
In Ausgangsstellung des Geberzylinders stützt sich der mit dem Ventilkolben verbundene
Stößel über den mit dem Sicherungsring verbundenen Übertragungsstift an einem gehäusefesten
Anschlag ab. Hierbei hält der Ventilkolben einen bestimmten Abstand vom Ventilsitz
ein, so daß eine Verbindung vom Druckraum zum Ausgleichsbehälter besteht. Bei Betätigung
des Geberzylinders verschiebt sich der Kolben in der Zeichnung nach links, wodurch
sich die Dicht fläche dem Ventilkolben nähert und nach einem bestimmten Leerweg
des Geberzylinders am Ventilkolben druckdicht anliegt. Bei weiterer Betätigung des
Geberzylinders
kann nun Druck im Druckraum 6 aufgebaut werden.
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Dabei hebt der Stößel von dem gehäusefesten Anschlag ab und wird zusammen
mit dem Ventilkolben vom Kolben mitgenommen.
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Bei dieser Anordnung ist es weniger vorteilhaft, daß bis zum Schließen
des Zentralventils ein Leerweg des Kolbens bis zum Druckaufbau in dem Druckraum
erforderlich ist.
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Dieser Leerweg setzt sich zum einen aus dem konstruktionshedingten
Öffnungsweg des Zentralventils und zum anderen aus den sich addierenden Toleranzen
zusammen, die bei der Herstellung des Geberzylinders auftreten können.
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Hieraus ergibt sich ein Leerweg am Geberzylinder, der die Wegreserve
zum Druckaufbau am Bremspedal verringert.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Geberzylinder der oben angegebenen
Gattung dahin zu verbessern, daß der Leerweg bis zum Druckaufbau möglichst gering
ist und von Herstelltoleranzen unbeeinflußt bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Ausgangsstellung
des Kolbens das Zentralventil verschlossen ist und daß der Ventilkol;ben senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Kolbens zwei voneinander abgewandte Druckflächen aufweist,
die bei einem Druckaufbau im Druckraum aufgrund einer an den Druck flächen auftretenden
Druckdifferenz eine Bewegung des Ventilkolbens zum Druckraum hin bewirken.
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Das erfindungsgemäße Zentralventil ist somit in Ausgangsstellung geschlossen,
so daß bereits bei der geringsten
Verschiebung des Kolbens ein Druck
im Druckraum aufgebaut werden kann. Hierdurch wird der Leerweg des Geberzylinders
auf ein Minimum reduziert. Der Leerweg setzt sich nun nur noch aus dem Lüftspiel
zusammen, das an den mit dem Geberzylinder verbundenen Nehmerzylindern vorhanden
ist. Sollte sich in LösestelLung des Geberzylinders aufgrund von Temparatureinwirkung
oder sonstigen Einflüssen ein Druck im Druckraum aufbauen, so entsteht am Ventilkolben
an den abgewandten Druck flächen eine Druckdifferenz, die eine Verschiebung des
Ventilkolbens zum Druckraum hin hervorruft, wodurch das Zentralventil geöffnet wird.
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Durch die erfindungsgmäße Anordnung des Zentralventils kann sich in
Lösestellung des Geberzylinders stets ein im Druckraum vorhandener Druck zum Ausgleichsbehälter
hin abbauen. Zwar bleibt ein geringer Restdruck im Druckraum vorhanden, der durch
die Kraft der Ventilfeder entsteht, doch ist dieser Restdruck sehr gering, da die
Bauteile des Zentralventils in ihren Abmessungen klein sind und somit die Kraft
der Feder gering ist.
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Damit in AusgangssteLLung des Kolbens bei eventuell auftretendem Druck
im Druckraum ein sicheres Öffnen des Zentralventils gewährleistet ist, ist gemäß
der Erfindung die Druckfläche größer als die am Zentralventil vorhandene Dichtfläche.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Ventilkolben von
einer Hülse mit einer die Hülse durchdringenden Stufenbohrung gebildet wird, daß
der Abschnitt
größeren Durchmessers der Stufenbohrung an den Druckraum
angrenzt, daß in dem Abschnitt größeren Durchmessers ein vom Stößel verschiebbarer
Betätigungskolben dichtend gleitet und daß der Betätigungskolben mit der Stufenbohrung
ein Ringraum bildet, der über einen Raum mit dem Ausgleichsbehälter verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird von dem Betätigungskolben und der Hülse
der Ringraum auf einfache Weise gebildet. Der Ringraum wird gegenüber dem Druckraum
vom Betätigungskolben und vom Dichtsitz des Zentralventils abgedichtet.
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Um ein einfache Verbindung vom Ausgleichsraum zum Ringraum herzustellen,
ist erfindungsgemäß der Betätigungskolben mit dem Stößel einteilig ausgebildet,
wobei der Stößel in der Längsbohrung des Kolbens geführt ist und an einer radial
äußeren Mantel fläche eine in Längsrichtung des Stößel zum Ringraum verlaufende
Nut aufweist. Die einteilige Ausbildung des Stößel mit dem Betätigungskolben ermöglicht
eine einfache Herstellung der Nut und schafft gleichzeitig eine gute Führung des
Betätigungskolbens im Kolben.
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Damit sich die Hülse bei auftretender Druckdifferenz leicht verschieben
läßt, ist vorgesehen, daß die Hülse auf dem Betätigungskolben verschiebbar geführt
ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die wirksamen Druckflächen Ringflächen
sind, deren innerer Durchmesser dem Durchmesser des Dichtsitzes des Zentralventils
und deren äußerer Durchmesser dem Durchmesser des Abschnitts größeren Durchmessers
der Stufenbohrung entspricht. Durch diese Anordnung können der Betätigungskolben
und die Hülse als besonders einfach herzustellende Drehteile gefertigt werden.
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Damit der mit dem Stößel verbundene Betätigungskolben nach seiner
Montage nicht aus dem Abschnitt größeren Durchmessers der Hülse gleiten kann, ist
im Abschnitt größeren Durchmessers in der Stufenbohrung am druckraumseitigen Ende
ein Sicherungsring befestigt.
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Der Geberzylinder kann auch als Tandemhauptzylinder mit zwei durch
Kolben getrennte Arbeitskammern ausgebildet sein, wobei beide Kolben je ein erfindungsgemäßes
Zentralventil aufweisen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 Längsschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Geberzylinder im Bereich des mit einem Zentralventil versehenen
Kolbens, der in Ausgangsstellung des Geberzylinders dargestellt ist, Fig.2 der Kolben
mit Zentralventil in Betriebsstellung, wobei bereits im Druckraum ein Druck aufgebaut
wurde und Fig. 3 den Kolben mit Zentralventil gemäß Fig. 1, bei dem in seiner Ausgangsstellung
aufgrund eines Druckaufbaues im Druckraum das Zentralventil geöffnet ist.
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Da die Figuren 1 bis 3 gleiche Bauteile aufweisen, so werden dise
der Einfachheit halber nur in Fig. 1 mit Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Der Kolben 1 weist eine zentral im Kolben 1 verlaufende, abgestufte
Bohrung 2 auf, deren größerer Durchmesser an den Druckraum 3 und deren kleinerer
Durchmesser an den Raum 4 angrenzt, wobei der Raum 4 über eine in der Zeichnung
nicht dargestellte Verbindungsleitung mit einem ebenfalls nicht dargestellten Ausgleichsbehälter
verbunden ist. Der Kolben 1 wird über die Mantelfläche 6 in der Bohrung 5 des im
Teilschnitt dargestellten Gehäuses 7 des Geberzylinders geführt. Die Bohrung 5 und
der Kolben 1 sind nur teilweise in der Zeichnung dargestellt.
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Der Kolben 1 weist einen Ringbund 8 auf, an den sich in der Zeichnung
zur rechten Seite hin ein Abschnitt kleineren Durchmessers 9 anschließt. Der Abschnitt
kleineren Durchmessers 9 wird von einem in Längsrichtung des Kolbens 1 verlaufenden
Schlitz 10 durchdrungen. Quer zur Längsrichting des Kolbens 1 verläuft durch den
SchLitz 10 ein mit dem Gehäuse 7 über die Querbohrung 11 befestigter Anschlagstift
12, an dem sich in Ausgangsstellung des Kolbens 1 die an den Ringbund 8 zur rechten
Seite anschließende StirnfLäche 13 abstützt. Das in der Zeichnung rechte Ende des
Kolbens 1 ist über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Druckstange mit einem
Betätigungsglied, beispielsweise einem Brems- oder Kupplungspedal eines Kraftfahrzeuges
verbunden.
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An den Ringbund 8 schließt sich in der Zeichnung nach links eine Pvingrlut
14 an, die zur Aufnahme einer in der Zeic) ung nicht dargestellten Dichtmanschette
dient.
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Somit wird also links von der Dichtmanschette der Kolben 1 von dem
Druckraum 3 umgeben.
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Der Kolben 1 weist eine zentrale Längsbohrung 15 auf, an die sich
von der Stufe 1G zum Druckraum 3 hin die Bohrung 2 größeren Durchmessers anschließt.
In der Längsbohrung 15 verläuft der Stößel 17, der am Anschlagstift 12 anliegt.
Der Stößel 17 ragt in die Bohrung 2 hinein und hintergreift mit einem mit dem Stößel
17 verbundenen Betätigungskolben 18 einen Ringbund des als Hülse ausgebildeten Ventilkolbens
19. Der Ventilkolben 19 ist mit einer Stufenbohrung 20 versehen, die an den Druckraum
3 angrenzend einen Abschnitt 21 größeren Durchmessers und zur Stufe 16 angrenzend
einen Abschnitt 22 kleineren Durchmessers aufweist. Der Betätigungskolben 18 wird
im Abschnitt 21 größeren Durchmessers geführt und dichtet über die Dichtung 23 den
Betätigungskolben 18 gegenüber dem Abschnitt 21 größeren Durchmessers ab.
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Die am Übergang des Abschnitts 22 kleineren Durchmessers zum Abschnitt
21 größeren Durchmessers an dem Ventilkolben 19 ausgebildete Druckfläche ist in
einem vorgegebenen Abstand rechts von der am Betätigungskolben 18 ausgebildeten
Stirnfläche 25 angeordnet. Die Druckfläche 24 bildet mit der Stirnfläche 25 und
der Bohrung 21 einen Ringraum 26, der über eine an der radial äußeren Mantelfläche
des
Stößels L7 ausgebildete Nut 27 mit dem aum 4 verbunden ist. Der Abschnitt 22 kleineren
Durchmessers liegt an der radial äußeren Mantelfläche des Stößels 17 gleitend an.
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In der Zeichnung rechts von der Stufe 1.6 ist an dem Ventilkolben
19 die Druckfläche 28 angeordnet, die am radial inneren Ende am Dichtring 29 endet,
der in einer in den Ventilkolben 19 eingebrachte Axialnut 30 befestigt ist. Um eine
einwandfreie Dichtwirkung des Zentralventils 31 zu erhalten, steht der Dichtring
29 geringfügig vor der Druckfläche 28.
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Der Betätigungskolben 18 ist gegen Herausfallen aus der Stufenbohrung
20 durch einen im Absenitt 21 größeren Durchmessers befestigten Sicherungsring 32
gesichert. Der Ventilkolben 19 wird in der Stufenbohrung 20 über den Abschnitt 21
größeren Durchmessers des Betätigungskolbens 18 und über den Abschnitt 22 kleineren
Durchmessers des Stößels 17 gleitend geführt. Der Durchmesser der radial äußeren
Mantel fläche 33 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Bohrung 2, damit
Druckmittel aus dem Druckraum 3 an die der Stufe 16 gegenüberliegende Druckfläche
28 gelangen kann.
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Ein am linken Ende der Zeichnung in der Bohrung 2 befestigter Sicherungsring
34 dient als Anschlag für eine Ventilfeder 35, die sich am linken Ende an einer
Stirnflache 36 mit Vorspannung abstützt und den Ventilkolben 19 in der Zeichnung
nach rechts gegen die Stufe 16, also in Schließrichtung des Zentralventils 31, drückt.
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Die W:irkun£sweise des Geberzylinders ist folgende: In AusgangsstellUng
des Kolbens 1 wird der Kolben 1 durch eine nicht dargestellte Kolbenrückstellfeder
in der Zeichnung nach rechts gegen den Anschlagstift 12 gedrückt. Der ebenfalls
am Anschlagstift 12 anliegende Stößel 17 bestimmt die Stellung des Betätigungskolbens
18, so daß die Länge des Ringraums 26 eine vorgegebene Größe einnimmt. Aufgrund
der Ventilfeder 35 liegt der Dichtring 29 an der Stufe 16 dichtend an, so daß eine
Druckmittelverbindung von dem Raum 4 zum Druckraum 3 nicht besteht.
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Durch BetätiguI3g des Geberzylinders verschiebt sich der Kolben 1.
gemäß Fig. 2 in der Zeichnung nach links, so daß sich die Stirnfläche 13 am Kolben
1 von dem Anschlagstift 12 entfernt. Da das Zentralventil 31 bereits in Ausgangsstellung
des Geberzylinders geschlossen ist, wird im Druckraum 3 Volumen verdrängt. Der Betätigungskolben
18 bleibt solange in seiner Ausgangslage, solange das Ende des Stößels 17 noch am
Anschlagstift 12 anliegt. Erst dann, wenn bei weiterer Verschiebung des Kolbens
1 der Betätigungskolben 18 sich über den Ventilkolben 19 am Kolben 1 abstützt, hebt
das Ende des Stößels 17 vom Anschlagstift 12 ab. Ei weiterer Verschie'sung des Kolbens
1 wird nun das Zentralventil 31 vom Kolben 1 mitgenommen und Druck wird im Druckraum
3 aufgebaut. Da der Leerweg des Kolbens 1 geringer ist als die bis zur Anlage der
Radzyiinder erforderliche Volumenveränderung, so hat der Stößel 17 bereits vo Anschlagstift
12 abgehoben und liegt an der Druckflciche 2t an, bevor sich ein Druck im Druckraum
3 aufbauen kann.
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Nach Beendigung des Betätigungsvorganges des Geberzylinders verschiebt
sich der Kolben 1 mit dem Zentralventil. 31. in der Zeichnung nach rechts, also
in umgekehrter Weise, wie bereits ohen beschrieben.
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Sollte sich aus irgendwelchen Gründen ein Überdruck im Druckraum 3
in AusgangssteLlung des Kolbens 1 aufbauen, so wirkt der Überdruck auch auf die
Druckfläche 28. Da die Druck fläche 24 vom Atmosphärendruck beaufschlagt ist, verschiebt
sich gemäß Fig. 3 der Ventilkolben 19 in der Zeichnung nach links und verbindet
den Raum 4 mit dem Druckraum 3. Es wird ein Druckausgleich zwischen dem Raum 4 und
dem Druckraum 3 hergestellt.
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Der Betätigungskolben 18 läßt auch bei vorhandenem Druck im Druckraum
3 eine Verschiebung des Ventilkolbens 19 nach links zu, da er über den am Anschlagstift
12 anliegende Stößel 17 ortsfest gehalten wird.