DE4220752A1

DE4220752A1 - Kraftverstärkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4220752A1
Application number: DE19924220752
Authority: DE
Inventors: Herbert Schreiber
Original assignee: Herbert Schreiber
Current assignee: SCHREIBER, HERBERT, 70374 STUTTGART, DE
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftverstärkungsvorrichtung für Geräte oder Vorrichtungen, welche zur Erfüllung ihrer Funktion vorübergehend eine Kraft benötigen. Insbesondere eignet sich diese Vorrichtung zur Erhöhung der Bremskraft von Fahrzeugbremsen oder zur Verringerung der Bedienungskraft bzw. des Pedalweges von Kupplungen in Fahrzeugen.

Technische Fachleute gehen bei der Konstruktion solcher Geräte von der Tatsache aus, daß nach dem Hebelgesetz das Produkt aus Kraft und Weg konstant bleibt. Um also z. B. bei einer Fahrzeugbremse eine ausreichende Bremskraft zu erhalten, muß der Pedalweg recht groß sein. Zur Erhöhung der Bremskraft ohne Erhöhung des Pedalwegs werden in den heutigen Servicebremsen Kraftverstärkungsvorrichtungen eingesetzt, welche eine zusätzliche Energiequelle benötigen. Abgesehen von der aufwendigen Konstruktion haben diese Vorrichtungen den großen Nachteil, daß sie nur funktionieren, solange die Energiequelle zur Verfügung steht. Die Bremskraft einer solchen Servicebremse nimmt bei abgeschaltetem Motor nach kurzer Zeit sehr stark ab. Bei Kupplungen werden in der Regel keine Kraftverstärkungsvorrichtungen eingesetzt, weshalb ein unbequem großer Pedalweg in Kauf genommen werden muß.

Die erfindungsgemäße Kraftverstärkungsvorrichtung arbeitet im Gegensatz hierzu ohne zusätzliche Energiequelle. Statt dessen weist sie eine Servicefeder auf, welche zwischen Bedienungsorgan und Wirkorgan über einen variierenden Trieb so einwirkt, daß eine Zusatzkraft entsteht, wobei diese mit fortschreitender Betätigung des Bedienungsorgans zunimmt, aber immer kleiner bleibt als die Rückstellkraft der Wirkvorrichtung.

Als Bedienungsorgan wird z. B. das Pedal der Fußbremse oder der Kupplung oder der Bedienungshebel der Handbremse verstanden. Das Wirkorgan ist z. B. die Bremse oder die Kupplung.

In Abb. 1 ist das Prinzip einer erfindungsgemäßen Konstruktion dargestellt, wobei die Servicefeder über ein Schubgelenk einwirkt. Auf der Schiene 101 ist das linear verschiebbare Schubelement 102 angebracht. Es kann auch auf Rollen 103 oder Rädern gelagert sein. Eine Druckfeder 104 (z. B. Spiral- Schrauben- oder Flachfeder) ist mit großer Vorspannung zwischen A und B eingeklemmt. Die Zugfeder 105 stellt symbolisch die Federeigenschaften der Wirkvorrichtung, inclusive einer etwaigen Rückstellfeder sowie einer gegebenenfalls hier eingebauten Hilfsfeder dar. Im Ausgangszustand befindet sich der Punkt B bei C ungefähr senkrecht unter A. Wird das zum Bedienungsorgan führende Zugkabel 106 nach rechts gezogen, so verschiebt sich B nach rechts und die Feder 104 kommt zur Wirkung. Die zusätzliche Servicekraft beträgt in Richtung C-B
K_a = a/c _* (K_o - f₁ _* (c-b)) worin
cˆ2 = aˆ2 + bˆ2
K_o = Vorspannung der Feder 104 in N
f₁ = Federkonstante der Feder 104 in N/mm
b = Abstand AC in mm
a = Verschiebungsweg in mm.

In Abb. 2 ist die Kraft Ka als Funktion von a beispielsweise für folgende Parameter dargestellt:
b = 100 mm, K_o = 100 N, f₁ = 1 N/mm. Ferner ergibt sich für die Rückstellkraft der Zugfeder 105 bzw. der Wirkvorrichtung eine ansteigende Kurve, im Idealfall eine Gerade Kw. Durch Anpassen von b, K_o und einer etwaigen Hilfsfeder lassen sich die Kurven für K_a und K_w so einstellen, daß Ka immer unter K_w bleibt. Die Differenz K_w - K_a ist die erforderliche Bedienungskraft, die am Bedienungsorgan aufgebracht werden muß. Es ergibt sich, daß die Wirkkraft K_w wesentlich größer ist als die Bedienungskraft K_s, ohne daß der Weg des Zugkabels 106 gegenüber dem Weg vor dem Wirkorgan 105 vergrößert werden muß. Ferner läßt sich die Wirkkraft durch Ks bzw. durch den Weg des Zugkabels 106 steuern.

Damit die gesamte Vorrichtung einwandfrei funktioniert, ist es sogar erforderlich, daß während der Bedienung vor dem Wirkorgan 105 ein Weg zurückgelegt wird. Bei Wirkvorrichtungen, bei denen dies nicht der Fall ist, kann dies durch Einbau einer Hilfsfeder zwischen Wirkorgan und Kraftverstärkungsvorrichtung erreicht werden. Es ist auch möglich, parallel zum Wirkorgan eine zusätzliche Feder, z. B. eine Rückstellfeder, einzubauen.

Wie in Abb. 1 unten dargestellt, kann die Schiene 101 auch kurvenartig gekrümmt sein. So kann z. B. durch die links ansteigende Schiene bewirkt werden, daß Ka über einen längeren Anfangsbereich null bleibt, was z. B. auch für die Wirkkraft einer Bremse bis zum Eingreifen der Bremsbacken gilt.

Abb. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Kraftverstärkungsvorrichtung mit Einfachkabelrollen. Die Servicefeder 104 wirkt über einen Kurbeltrieb auf die Kabelrollen ein, entweder als Druckfeder bei Punkt 108 oder als Zugfeder bei Punkt 109.

In Abb. 4 werden die Zugkabel ebenfalls über Einfachkabelrollen geführt. Die Servicezugfeder 104 wirkt über eine Kabelrolle mit variablem Radius 110. Diese kann als Kurvenscheibe beliebig gestaltet sein, womit sich der Kraft- Weg-Verlauf allen Erfordernissen anpassen läßt. Die parallel zur Wirkvorrichtung eingebaute Hilfsfeder 111 kompensiert die Anfangskraft der Servicefeder.

Zur Steuerung der Krafteinwirkung der Servicefeder können auch andere Übersetzungsvorrichtungen als die gezeigten Verwendung finden, z. B. Gelenkvielecke oder Rädergetriebe mit variierenden Radien.

Die erfindungsgemäße Kraftverstärkungsvorrichtung eignet sich für alle Vorrichtungen, wo vorübergehend eine Kraft benötigt wird und diese während ihrer Wirkung nicht weitgehend oder vollständig vernichtet wird. Wenn die Kraft vom Bedienungs- zum Wirkorgan über eine bewegliche Vorrichtung wie Zugkabel, Zug- oder Druckstangen oder -Hebel übertragen wird, kann die Kraftverstärkungsvorrichtung an beliebiger Stelle eingebaut werden. Bei hydraulischen Vorrichtungen kann die Kraftverstärkungsvorrichtung zwischen Bedienungsorgan und Druckkolben eingebaut werden.

Geeignete Anwendungen sind insbesondere Bremsen und Kupplungen, ferner Stempel und Stanzen, Greifvorrichtungen zum Andrücken der Saiten von Gitarren (wie z. B. gemäß CH- PS 622373), ferner Vorrichtungen, bei denen die Kraft zur Erzeugung eines wieder zurückprallenden Schlages benötigt wird, so z. B. bei Schreibmaschinen oder Klavieren.

Claims

1. Kraftverstärkungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Servicefeder aufweist, welche zwischen Bedienungsorgan und Wirkorgan über einen variierenden Trieb auf das Kraftübertragungselement so einwirkt, daß eine Zusatzkraft entsteht, wobei diese mit fortschreitender Betätigung des Bedienungsorgans zunimmt, aber immer kleiner bleibt als die Rückstellkraft der Wirkvorrichtung.

2. Kraftverstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Servicefeder über einen Kurbeltrieb, über eine Kabelrolle mit variierendem Radius, über einen Kurvenscheibentrieb, über ein Gelenkviereck oder Gelenkvieleck, über ein Rädergetriebe mit variierenden Radien oder über ein Schubgelenk einwirkt.

3. Verwendung der Kraftverstärkungsvorrichtung zur Kraftverstärkung von Vorrichtungen, wo vorübergehend eine Kraft benötigt wird und diese während ihrer Wirkung nicht weitgehend oder vollständig vernichtet wird.

4. Verwendung der Kraftverstärkungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 zur Kraftverstärkung von Bremsen.

5. Verwendung der Kraftverstärkungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 zur Kraftverstärkung von Kupplungen.

6. Verwendung der Kraftverstärkungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 zur Kraftverstärkung von Stempeln, Stanzen oder Greifvorrichtungen für Gitarren.

7. Verwendung der Kraftverstärkungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 zur Kraftverstärkung in Vorrichtungen, bei denen die Kraft zur Erzeugung eines wieder zurückprallenden Schlages benötigt wird, insbesondere in Schreibmaschinen oder Klavieren.