DE3843570A1 - Zwischen die ausgaenge zweier druckmittelquellen geschaltete daempfungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zwischen die Ausgänge zweier zeitlich versetzte Druckschwankungen aufweisende Druckmit­ telquellen geschaltete Dämpfungseinrichtung. Derartige Druckschwankungen führen zu einer erheblichen Lärmbelästi­ gung, die insbesondere dann sehr groß ist, wenn die Schwan­ kungsfrequenz recht hoch und damit die Schwankungen sehr häufig auftreten. Weiterhin sind die genannten Druckschwan­ kungen nachteilig, da sie das Material der das Druckmittel führenden Leitungen stoßartig belasten und damit zu Ma­ terialermüdungen führen können.

Zur Dämpfung zeitlich versetzter Druckschwankungen, die beispielsweise die räumlich getrennt aus den Zylindern eines Motors herausgeführten Druckschwankungen von Auspuff­ gasen betreffen können, ist vorgeschlagen worden, innerhalb eines Schalldämpfers die beiden Auspuffrohre miteinander zu verbinden, um zumindest einen teilweisen Druckausgleich und damit eine Herabsetzung des Schallpegels herbeizuführen. Aus den deutschen Patentanmeldungen P 36 37 898, und P 37 31 603 ist eine reifenschlupfgeregelte Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, die als sogenanntes Antiblockier­ system arbeitet. Eine derartige Anlage läßt sich dahinge­ hend modifizieren, daß sie auch durch den Schlupf beim An­ fahren des Fahrzeugs (Durchdrehen zumindest eines Rades) geregelt sein kann. Auch in dieser bekannten Anordnung sind zwei von einer Druckmittelquelle abgehende Rohre vorgese­ hen, die durch zwei parallel angetriebene Pumpen gebildet ist. Ersetzt man diese beiden Pumpen durch eine zweikrei­ sige Zweikolbenpumpe so herrschen in den beiden Ausgangs­ rohren dieser Pumpe zeitlich versetzte Druckschwankungen, die zu einer erheblichen Geräuschbelästigung und Material­ belastung führen können. Derartig zeitlich versetzte Druck­ schwankungen können selbstverständlich auch bei der Verwen­ dung von zwei getrennt arbeitenden Pumpen gemäß Fig. 2 in der DE-OS 37 31 603 auftreten.

Die Erfindung geht daher aus von einer Dämpfungseinrichtung der sich aus dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ergebenden Gattung.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Dämpfungseinrichtung der genannten Gattung zu beschreiben, welche trotz der Be­ dämpfung für eine Trennung der Druckmittelkreise sorgt, zu welchen die beiden Ausgänge der Druckmittelquelle gehören.

Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs geschilderte Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin einen Druckaus­ gleich der an den beiden Ausgängen der Druckmittelquelle herrschenden Druckschwankungen zuzulassen, ohne daß tat­ sächlich Druckmittel zwischen den beiden Ausgängen ausge­ tauscht wird. Diese Eigenschaft der Erfindung macht sie insbesondere geeignet für Bremsanlagen die mindestens zwei voneinander getrennte Bremskreise besitzen, da sicher ver­ hindert wird, daß bei einem Leck in einem der Bremskreise über die Dämpfungseinrichtung Druckmittel aus dem unbeschä­ digten Kreis in den geschädigten Kreis abfließen und somit die gesamte Bremsanlage außer Kraft gesetzt werden kann.

Die Dämpfungswirkung läßt sich dadurch verbessern, daß hin­ sichtlich der Drücke an den Ausgängen der Druckmittelquel­ len eine Merkmalskombination nach Anspruch 2 gilt. Eine weitere Verbesserung der Dämpfungswirkung läßt sich durch die Merkmalskombination nach Anspruch 3 erreichen. Wenn auch der dort beschriebene Zustand in der Regel nicht gege­ ben sein wird, so sollte sich der Anwender der vorliegenden Erfindung doch bemühen durch entsprechende Verlegung der Leitungen, Einfügung von Dämpfungsgliedern u.ä. den in An­ spruch 3 aufgeführten Merkmalen nahe zu kommen, da mit die­ sen theoretisch eine vollkommene gegenseitige Auslöschung der Druckschwankungen möglich ist. Das setzt allerdings einen hinreichend großen Zylinderraum für den Kolben und die Vernachlässigung von Reibungsverlusten voraus.

Für den Fall, daß die Dämpfungseinrichtung ein Übertreten von Druckmittel von der einen Kolbenwand zur anderen und damit eine Verbindung der beiden getrennten Kreise zulassen könnte, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung eine Merkmalskombination nach Anspruch 4. Durch die Verwendung von Rückschlagventilen wird sichergestellt, daß im Falle eines Kurzschlusses der beiden Kreise oder zumindest eines Druckmittelaustausches über den Kolben der eine Kreis nicht in den anderen Kreis entleert werden kann, falls der andere Kreis ein Leck besitzt. Die Kombination dieser beiden Fak­ ten ist zwar nicht sehr wahrscheinlich. Bei Anlagen, die aber eine besonders große Sicherheit gewährleisten müssen, erscheint diese Maßnahme durchaus sinnvoll.

Einen besonders einfachen Aufbau für die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung bekommt man durch Anwendung der in An­ spruch 5 aufgeführten Merkmalskombination, da hier im Prin­ zip die Verwendung eines einfachen mit einer Manschette ab­ gedichteten Kolbens innerhalb eines durchgehenden Zylinder­ raums genügt, wobei sich die beiden übereinstimmenden Fe­ dern an den Stirnwänden des Zylinderraums abstützen können. Selbstverständlich sind auch erheblich kompliziertere Aus­ gestaltungen der Dämpfungseinrichtung denkbar, die die un­ terschiedlichen Amplituden der beiden Druckquellen, unter­ schiedliche Frequenzen oder auch die Art des gewählten Druckmittels durch entsprechende Kraftübersetzung der wirk­ samen Kolbenfläche und/oder der Auswahl der Federn berück­ sichtigen.

Vielfach ist es erwünscht, daß die Dämpfungseinrichtung zwar auf vergleichsweise schwache Druckschwankungen an­ spricht und diese ausgleicht, wobei gleichzeitig aber ver­ hindert werden soll, daß durch einen zu großen Druckunter­ schied in den beiden an den Dämpfungskolben angrenzenden Kreisen der Dämpfungskolben in seiner Endlage gehalten und damit ein Dämpfungsausgleich ausgeschlossen wird. Hierzu empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung eines Merk­ malskombination nach Anspruch 6 für die Federn zu verwenden.

Hierdurch wird bei Druckschwankungen (wobei die Schwankun­ gen auch nur von einem einzigen der beiden Kreise herrühren können) durch Bewegung des Kolbens ein Druckausgleich und damit eine Dämpfung herbeigeführt. Werden aber die Druck­ schwankungen der Kreise sehr groß oder der statische Druck­ unterschied zwischen den beiden Kreisen ist sehr hoch, so ist auch weiterhin ein Ausgleich der Druckschwankungen mög­ lich, wobei allerdings dieser durch die höhere Federkon­ stante herabgesetzt ist.

Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung ist besonders wirksam wenn als Druckmittelquellen die Ausgänge einer zweikreisigen Zweikolbenpumpe gemäß Anspruch 7 vorgesehen sind, da hier in der Regel die im Zusammenhang mit Anspruch 3 gegebene Merkmalskombination besteht. Es lassen sich in diesem Falle also besonders große Dämpfungswerte erreichen, wobei die Höhe der Dämpfung noch durch die Auswahl der Fe­ dern und die Verlegung (gegebenenfalls unterschiedliche Länge) der Zuleitungen verbessert werden kann.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft in rad­ schlupfgesteuerten Bremssystemen mit mindestens zwei Krei­ sen verwenden, wobei die Bremsenregelung sowohl eine Anti­ schlupfregelung (ASR) als auch ein Antiblockiersystem (ABS) sein kann. Verwendet man ein Bremsensystem mit der Kom­ bination der beiden Merkmale, so kumulieren sich die Vor­ teile.

Bei der Verwendung eines Antiblockiersystems empfiehlt sich eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 8. Der Vorteil der erfin­ dungsgemäßen Dämpfungseinrichtung besteht nun darin, daß sie neben dem Dämpfungseffekt gleichzeitig die Regelung un­ terstützt und durch Beschleunigung des Regelvorgangs ver­ bessert, soweit man darauf achtet, daß das Antiblockier­ system die in Anspruch 8 vorgegebenen Merkmale besitzt. In diesem Falle wird nämlich das blockierte und in seinem Bremsendruck herabzusetzende Rad vor dem Radzylinder durch ein entsprechendes elektromechanisches Ventil von der Zu­ fuhr neuen Druckmittels aus der Druckmittelquelle abgerie­ gelt, so daß der Druck zwischen diesem Ventil und der Druckmittelquelle ansteigt. Über die Dämpfungseinrichtung wird dann der erhöhte Druck durch eine entsprechende Kol­ benbewegung in den Kreis übertragen, der noch nicht über­ bremst ist und trägt damit zu einer verbesserten Bremsen­ wirkung in dem noch nicht überbremsten Kreis bei. Es ver­ stärkt sich also die Bremskraft an den Rädern, wo dies sinnvoll überhaupt möglich ist, da sie noch nicht über­ bremst sind.

Für ein Bremsensystem mit ASR sollte darauf geachtet wer­ den, daß dort eine Merkmalskombination nach Anspruch 9 vor­ liegt, daß also nur die Verbindungsleitung zwischen der be­ treffenden Druckmittelquelle und dem durchdrehenden Rad ge­ öffnet ist, um dieses abzubremsen und die Verbindungslei­ tungen zu den restlichen Rädern gesperrt sind. In diesem Falle trägt nämlich der in den gesperrten Bremsleitungen (z.B. durch Anfahren der Pumpe) aufgestaute Druck durch eine entsprechende Verschiebung des Kolbens zu dem durch­ drehenden Bremskreis hin dazu bei dort den Bremsdruck zu erhöhen. Es wird also quasi ein Teil des bei den nicht durchdrehenden Rädern benutzten Druckes auf das abzubrem­ sende durchdrehende Rad umgesteuert, wodurch sich der Ab­ bremsvorgang beschleunigt und das Durchdrehen schneller be­ seitigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 in einer Schaltskizze in vereinfachter Form den Aufbau eines Bremsensystems mit ABS und ASR,

Fig. 2 Einzelheiten zu der Schaltskizze nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 in schematischer Darstellung einen möglichen Ver­ lauf des Drucks P 1, P 2 über der Zeit ohne Dämpfungseinrichtung (Fig. 3) und mit Dämpfungs­ einrichtung (Fig. 4).

Die Schaltskizze nach Fig. 1 zeigt im wesentlichen ein Bremsensystem wie es schon im Zusammenhang mit der DE-OS 37 31 603 beschrieben worden ist. Zu der Wirkungsweise der einzelnen Komponenten wird daher an dieser Stelle nur inso­ weit Stellung genommen, wie die für die Erfindung wesent­ lich ist.

Bei der Pumpe 10 handelt es sich um eine zweikreisige Zwei­ kolbenpumpe, die mit ihren Ausgängen 17 und 18 über Magnet­ ventile 2, 3 mit einem oder mehreren Bremsenzylindern 12, 13 verbunden sind. Dabei ist in Fig. 1 immer nur ein einziger Bremsenzylinder 12 bzw. 13 pro Bremskreis dargestellt. In der Regel werden aber mindestens zwei Bremsen durch einen Kreis angesteuert. In der Zeichnung sind die beiden Magnet­ ventile 2 und 3 in geöffneter Stellung, so daß, ein Arbei­ ten der Pumpe vorausgesetzt, die Bremszylinder 12 bzw. 13 betätigt werden. Soll dagegen der Bremsvorgang beendet wer­ den, so werden die Ventile 2, 3 geschlossen und die Rück­ laufventile 1 und 4 geöffnet, so daß die Bremszylinder 12 und 13 sich entspannen und das Druckmittel zurück in die entsprechende Behälterkombination 14, 15 fließen kann. Von dort wird das Druckmittel dann im Bedarfsfalle (ABS-Rege­ lung bzw. ASR-Regelung) über die Magnetventile 2 und 3 zu den entsprechenden Bremsen gefördert.

Die Ventile 5 und 6 dienen zur Steuerung der Rückführung der Betätigung im Hauptzylinder 9 und haben mit der Erfin­ dung nicht unmittelbar etwas zu tun. Entsprechendes gilt für die Rückschlagventile 7 und 8, die Sicherheitszwecken dienen. Da die Dämpfungseinrichtung nur für den Fall arbei­ tet, daß die Pumpe 10 betätigt wird, soll auch nur dieser Arbeitsfall des Bremsensystems betrachtet werden.

Die Pumpe dient hauptsächlich zum Bereitstellen der Brem­ senkraft für die ABS- und ASR-Regelung, kann aber auch zu Zwecken der Bremskraftverstärkung in dem normalen ungere­ gelten Bremsfall dienen, der aber hier nicht betrachtet wird.

Unterstellt man, daß der Zylinder 13 des Hinterrades durch Überbremsen blockiert, so wird das Ventil 3 geschlossen und später das Ventil 4 geöffnet, so daß der Bremsendruck im Zylinder 13 entweichen kann. Dadurch baut sich aber in der Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang 17 der Pumpe 10 und dem Eingang des geschlossenen Ventils 3 ein relativ hoher Druck auf, der in Fig. 1 den Kolben 16 der Dämpfungsein­ richtung 11 entgegen der Kraft der Feder 20 nach rechts verschiebt. Durch diese Verschiebung wird aber zusätzlich zu dem Ausgangsdruck am Ausgang 18 der Pumpe 10 der Druck in dem zu dem Zylinder 12 führenden Kreis erhöht, so daß sich dort der von dem Ausgang 18 der Pumpe 10 ausgehende Druck und auf den Zylinder 12 des Vorderrades einwirkende Bremsdruck verstärkt. Somit wird durch die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung ein Teil des Drucks der zu entlasten­ den Bremse 13 der Bremse 12 zugeführt.

Im ASR-Fall soll beispielsweise das zu dem Bremszylinder 12 gehörende Vorderrad durchdrehen, so daß dieses Vorderrad abgebremst werden muß. Es ist also das Ventil 2 geöffnet und das Ventil 1 geschlossen, während das Ventil 3 ge­ schlossen und das Ventil 4 geöffnet ist. In diesem Rege­ lungszustand erhält also der Zylinder 12 einen Bremsdruck, während der Zylinder 13 gegenüber dem Bremsdruck des Aus­ gangs 17 der Pumpe 10 abgeriegelt ist. Somit baut sich in dem Verbindungsweg zwischen dem Ausgang 17 und dem Ventil 3 ein Druck auf, der über eine entsprechende Kolbenbewegung des Kolbens 16 in der Fig. 1 nach rechts dem abzubremsenden Rad 12 über das Ventil 2 zugeführt und damit der Abbrems­ vorgang dieses durchdrehenden Rades beschleunigt wird.

Fig. 2 zeigt in etwas geänderter schematischer Darstellung einen Auszug aus Fig. 1. Die wesentlichen Änderungen gegen­ über Fig. 1 bestehen im folgenden. Die Pumpe 10 ist als zweikreisige Zweikolbenpumpe dargestellt, deren Ausgänge 17 und 18 die beiden voneinander getrennten Kreise versorgen. In die Verbindung der Ausgänge 17, 18 zu der Dämpfungsein­ richtung 11 sind zwei Rückschlagventile 21, 22 einge­ schleift, wie sie auch schon im Zusammenhang mit der DE-OS 37 31 603 beschrieben sind. Durch diese Rückschlagventile soll der Druck in den Bremskreisen beim Abschalten der Pum­ pe gehalten und ein möglicher Leckverlust von einem in den anderen Kreis über die Pumpe 10 verhindert werden. Ent­ sprechendes gilt für die Rückschlagventile 23, 24, die ver­ hindern sollen, daß Druckmittel des einen Kreises über die Dämpfungseinrichtung 11 in den anderen Kreis gelangen kann, da hierdurch ein Leck in einem der Kreise zu einem Druck­ mittelverlust in beiden Kreisen und damit einen Ausfall der gesamten Bremsanlage führen kann.

Die Wirkungsweise der Dämpfungseinrichtung soll nachfolgend kurz anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden. Fig. 3 zeigt den möglichen Verlauf des Druckes P 1 am Ausgang 17 und des Druckes P 2 am Ausgang 18 der Pumpe 10, die als Zwei­ kreis-Zweikolbenpumpe durch einen Motor M angetrieben wird. In Fig. 3 ist vorausgesetzt, daß keine Dämpfungseinrichtung 11 vorgesehen ist, diese also entweder ausgebaut oder der Kolben 16 im Zylinder fest arretiert ist. In diesem Falle können die beiden zueinander gegenläufigen sinusförmigen Druckschwankungen an den Stellen P 1 und P 2 über die Zeit gemäß Fig. 3 gemessen werden. Dabei schwankt sowohl bei P 1 als P 2 der jeweilige Druck sinusförmig um einen Mittelwert, wobei die Abweichungen vom Mittelwert die gleiche Amplitude haben, aber 180° gegeneinander versetzt sind. Die Fre­ quenz kann bis zu 25 Herz betragen.

In Fig. 4 wird der Verlauf des Drucks P 1, P 2 über der Zeit unter Berücksichtigung der Dämpfungseinrichtung 11 betrach­ tet. Dabei wird vorausgesetzt, daß das Dämpfungssystem ei­ gene Reibungsverluste besitzt und daß die Abweichungen von dem mittleren Druckwert nicht genau 180° gegeneinander versetzt sind, so daß die Druckschwankungen sich nicht vollkommen in den beiden Kreisen über die Dämpfungseinrich­ tung ausgleichen können. Geht man aus von einem gleichen Druckmittelwert in beiden Kreisen 17, 18, so steht bei sym­ metrischem Aufbau der Kolben 16 der Dämpfungseinrichtung 11 in der Mitte. Steigt nun wie für P 1 in Fig. 3 ersichtlich der Druck an und fällt gleichzeitig P 2, so verschiebt sich in Fig. 2 der Kolben nach rechts, wodurch sich der aufzu­ füllende Druckraum für den Kreis 17 vergrößert und damit der Druck nicht mehr so stark ansteigen kann, während der für den rechten Kreis 18 zur Verfügung stehende Druckraum vermindert wird und so der Druck P 2 nicht mehr so weit ab­ fallen kann. Entsprechendes gilt bei umgekehrtem Druckver­ lauf, also bei ansteigendem Druck in dem Kreis 18 bei gleichzeitig fallendem Druck in dem Kreis 17. Auf diese Weise werden also die Druckunterschiede in beiden Kreisen geglättet und damit die Schwankungen gedämpft.

Diese Maßnahme ist besonders wichtig zur Geräuschbedämpfung und zur Schonung von Material infolge von Druckstößen. Ge­ rade bei Kraftfahrzeugen können sich das Pumpengeräusch bzw. die Druckschwankungen in den Leitungen und Zylindern besonders unangenehm bemerkbar machen, da von dem Benutzer bei der im Regelfall von ABS und ASR vorliegenden kri­ tischen Situation das auftretende Geräusch leicht für eine Störung im Kraftfahrzeug gehalten werden und damit zu Pa­ nikreaktionen führen könnte.

Die Erfindung ist aber nicht auf Bremsanlagen in Kraftfahr­ zeugen beschränkt, sondern kann auch an anderer Stelle zur Bedämpfung von Druckmittelkreisen verwendet werden, wobei das Druckmittel sowohl ein hydraulisches, aber auch ein pneumatisches Druckmittel sein kann.

Die Erfindung ist auch dann sinnvoll einsetzbar, wenn nur in einem der beiden Kreise Druckschwankungen auftreten, da hier die größeren Druckschwankungen auf zwei Kreise ver­ teilt und hierdurch in ihrer Wirkung weitgehend reduziert werden können.

Claims (9)

1. Zwischen die Ausgänge zweier zeitlich versetzte Druck­ schwankungen aufweisender Druckmittelquellen geschaltete Dämpfungseinrichtung, insbesondere für eine in Abhängig­ keit von dem Radschlupf gesteuerte Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (10) mit einem an seinen beiden Enden federnd abgestützen Kolben (16) versehen ist, wobei jedem der Ausgänge (17, 18) eine Kolbenseite zugeordnet ist, auf die der Ausgangsdruck der betreffen­ den Druckmittelquelle (17 bzw. 18) einwirkt.

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckschwankungen (P 1, P 2) seitlich gegenläufig sind.

3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die beiden Kolbenseiten (11) einwirkenden Druckschwankungen (P 1, P 2) im wesentlichen gleichfrequente, 180° gegeneinander versetzte Druckschwankungen mit gleicher Amplitude sind.

4. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ver­ bindungswege (17, 18) zwischen der Dämpfungseinrichtung (11) und den Rädern (12, 13) Rückschlagventile (23, 24) eingefügt sind.

5. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (11) gegenüber den beiden Ausgängen (17, 18) symmetrisch aufgebaut ist.

6. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf die beiden Kolbenseiten einwirkenden Federn (19, 20) eine progressive Kennlinie haben, so daß deren Feder­ konstante mit wachsender Federbelastung ansteigt.

7. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ mittelquellen durch die Ausgänge (17, 18) einer zweikrei­ sigen Zweikolbenpumpe (10) gebildet sind.

8. Verwendung einer Dämpfungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein beim Blockieren eines Rades in beiden Ausgängen der Druckmittelquelle Druckmittel abge­ benden, radschlupfgesteuertes, mindestens zweikreisiges Bremssystem, wobei im Blockierfall (13) die Verbindung zwischen dem betreffenden Ausgang (17) und dem blockier­ ten Rad (13) abgeriegelt und zu den restlichen Rädern (12) geöffnet ist.

9. Verwendung einer Dämpfungseinrichtung für ein mit einer beim Durchdrehen eines Rades beide Ausgänge mit Druck­ mittel versorgenden Druckmittelquelle versehenes rad­ schlupfgesteuertes, mindestens zweikreisiges Brems­ system, wobei die Verbindung von dem betreffenden Aus­ gang (18) zu dem durchdrehenden Rad (12) geöffnet und zu den restlichen Rädern (13) gesperrt ist.