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Hydropneumatische Bremseinrichtung für Fahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine hydropneumatische Bremseinrichtung für Fahrzeuge, bei der eine in einem Speicherbehälter
enthaltene Druckluftmenge bei jeder Bremsung immer wieder von neuem auf eine zur
Verschiebung des Bremskolbens .dienende Flüssigkeit wirkt und bei der Entbremsung
ein an die Saugseiteeiner Pumpearngeschlossener Entleerungsbehälter zur Aufnahme
der jeweils zur Bremsung benutzten Flüssigkeitsmenge -dient und außerdem die Pumpe
mit Flüssigkeit speist sowie durch diese die von der Druckluft beeinflußte Flüssigkeit
ergänzt.
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Bei einer Bremseinrichtung dieser Art dient immer die gleiche, in.
einem Speicherbehälter ein für allemal eingefüllte Druckluft, die dauernd sowohl
bei der Bremsung wie bei .der Entbremsung auf die Flüssigkeit wirkt, jeweils für
die nötige Zeit zur Bremsung, und ihre Wirkungsweise läßt sich demnach mit dem Arbeiten
einer Feder vergleichen. Es ist daher von Wichtigkeit,@daß die in dem Speicherbehälter
vorhandene Druckluftmenge nicht durch Verluste vermindert wird, da sonst das sichere
Arbeiten der Bremseinichtung in Fragegestellt und eine dauernde Überwachung des
Speicherbehälters zwecks zeitweiser Wiederherstellungdes erforderlichen Luftdruckes
notwendig ist, während Druckluftverluste bei den Ausführungen von hydropneumatischen
Bremseinrichtungen, bei denen während der Entbremsung ein Druekluftauslaß und ein
Nachverdichtender bei der Bremsung wirksamen Druckluft im Speicherbehälter durch
einen. Verdichter stattfindet, naturgemäß die Aufrechterhaltung einer zuverlässigen,
gleichbleibenden Bremswirkung nicht beeinträchtigen.
Nun sind aber
bei den bisher üblichen Bauformen von immer die gleiche Druckluftmenge in der Art
einer Feder ohne Nachfüllverdichtung benutzenden hydropneumatischen Brems= einrichtungen,
bei denen .die Druckluft unlmittelbar auf :die Flüssigkeit oder einen diese verschiebenden
Kolben einwirkt, Druckluftverluste deswegen unvermeidbar, weil :dieverdichtete Luft
des Speicherbehälters sich zum Teil mit der Flüssigkeit, z. B. Öl, vermischen und
bei jeder Bremsung eine kleine Menge Luft vom Speicherbehälter nach :dem mit der
freien Außenluft verbundenen Entleerungsbehälter übergehen kann. Die Heranziehung
der Flüssigkeitspumpe zum Ausgleich dieser Druckluftverluste ist praktisch nicht
möglich, da es sich kaum erreichen läßt, daß die Pumpe nicht nur Öl, sondern auch
Luft fördert, abgesehen davon, daß die Pumpe dann auf jeden Fall länger als an sich
nötig arbeiten muß.
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Diesen gerade bei hydropneumatischen Bremseinrichtungen der eingangs
gekennzeichneten Art auftretenden Übelständen wird nach der Erfindung dadurch in
einfacher `Weise begegnet, daß die bei der Bremsung durch Kraftübertragung wirksame
Flüssigkeit von der im Speicherbehälter enthaltenen gleichbleibenden, in der Art
einer Feder arbeitenden Druckluftmenge durch eine verschiebbare Wand luftdicht getrennt
wird. Im einzelnen kann dabei die Anordnung erfindungsgemäß so getroffen sein, da'ß
zur Aufnahme der kraftübertragenden Flüssigkeit eine mit einer elastischen Wandung,
vorzugsweise in der Form eines Balgens, versehene Kammer verwendet wird, welche
in dem die Druckluft enthaltenden Speicherbehälter vorgesehen ist und auf deren
Wandung die Druckluft wirkt. Die zwischen Flüssigkeit und Druckluft vorgesehene
verschiebbare Trennwand kann nach er Erfindung auch aus einem in einem Zylinder
geführten Kolben bestehen, der auf der einen Stirnseite unter dem Einfluß der Druckluft
steht und mit seiner anderen Stirnseite auf die Flüssigkeit wirkt und zur Sicherung
einer vollständig dichten Trennung zwischen Druckluft und Flüssigkeit auf der der
Druckluft zugekehrten Seite mit einer gewissen Menge eines viskosen Stoffes, vorzugsweise
von stark viskosem 01, oder einer ähnlichen viskosen Flüssigkeit bedeckt
ist, welche jeden Verlust von Druckluft unmöglich macht. Dieser Zwischenkolben kann
dabei erfindungsgemäß auch dazu benutzt werden, durch seine Verschiebung die Ein-
und Ausschaltung der Flüssigkeitspumpe zu steuern.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Bremseinrichtung nach der Erfindung
beispielsweise in mehreren Ausführungsformen in schematischer Darstellung. Abb.
i zeigt eine Bauart, bei der die zur Bremsung dienende Flüssigkeit in einer Kammer
mit elastischer Wandung enthalten ist, die innerhalb des Drucklttftspeicherbehälters
liegt. Abb. 2 und 3 geben zwei weitere Ausführungsformen der Bremseinrichtung nach
der Erfindung wieder, bei denen die verdichtete Luft und die kraftübertragende Flüssigkeit
durch einen in einem Zylinder geführten Kolben getrennt sind und eine auf diesem
auf der Seite der Druckluft vorgesehene Ölschicht ein Entweichen von Druckluft über
den Kolbenrand verhindert.
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Gemäß Abb. i umfaßt die Bremseinrichtung einen offenen Behälter 12,
der die zur Bremsung dienende Flüssigkeit, z. B. 01, enthält, einen Bremszylinder
8 mit darin verschiebbarem Kolben 8', einen geschlossenen Druckluftbe4älter 2, eine
in diesen Behälter 2 eingebaute kammer 7 mit elastischer Wandung in Form eines Balgens,
eine diesen Balgen 7 mit dem Bremszylinder 8 verbindende Leitung 9, einen Mehrwegsteuerhahn
15 in der Leitung 9, eine mit der Saugseite an den Behälter 12 und mit der Druckseite
an die Leitung g angeschlossene Pumpe i, ein gegen Federwirkung nach dem Bremszylinder
8 sich öffnendes Ventil 26 in der die Pumpe i und die Leitung 9 verbindenden Leitung
20, eine weitere Leitung i9 zur Verbindung der Leitung 2o mit dem oberen Ende des
offenen Behälters 12, ein nach 'diesem Behälter sich öffnendes, in die Leitung ig
eingebautes Ventil 33 mit einer auf einen bestimmten Höchstdruck eingestellten Schließfeder
33', einen auf dieses Ventil 33 bei Erregung im Öffnungssinn wirkenden Elektromagneten
32, eine diesen speisende Batterie 14, einen im Speisestromkreis des Elektromagneten
32 liegenden Schalter 31, eine mit dem beweglichen Teil dieses Schalters 31 verbundene
federbelastete Membran 40 und eine Leitung 39 zur Verbindung des Balgens 7 mit dem
Gehäuse der Membran 40.
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Bei der Bremsung nimmt der Steuerhahn 1 5
die in Abb.
i gezeigte Stellung ein, in der er den Balgen 7 mit dem Bremszylinder 8 verbindet.
Durch den Druck der verdichteten Luft im geschlossenen Behälter 2 wird der Balgen
zusammengedrückt und preßt seinerseits einen Teil des in ihm enthaltenen Öles über
die Leitung 9 in den Bremszylinder 8, so daß der Kolben 8' die Bremsklötze mit einer
bestimmten Kraft an die Fahrzeugräder anlegt. Eine zusätzliche Ölmenge wird durch
die z. B. von einer Fahrzeugachse angetriebene Pumpe i, die Öl aus dem offenen Behälter
i2 ansaugt und über die Leitung 2o unter Anheben des Ventils 26 nach der Leitung
9 hin fördert, dem Bremszylinder 8 zugeführt. Da die Pumpe dauernd arbeitet, nimmt
der
Druck im Bremszylinder 8 ständig zu und bewirkt eine entsprechende
Steigerung der Bremskraft des Kolbens 8'. Wenn dieser Druck einen bestimmten Wert
überschreitet, hebt er die Membran 4o entgegen der Wirkung ihrer Belastungsfeder
an und schliert dadurch den Schalter 31. Dies hat die Erregung des Elektromagneten
32 zur Folge, der nunmehr das Ventil 33 öffnet, so daß das von der Pumpe i geförderte
Ö1 über die Leitung i 9 nach dem offenen Behälter 12 zurückfließen und somit die
jetzt leer laufende Pumpe keine weitere Drucksteigerung mehr im Bremszylinder 8
hervorrufen kann.
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Zur Entbremsung wird. ,der Steuerhahn 15 in die Stellung übergeführt,
in der er den Bremszylinder 8 mit dein offenen Behälter 12 verbindet und gleichzeitig
in dem Balgen 7 den für die nächste Bremsung nötigen Druck bestehen läßt sowie der
Membran 31 die Rückkehr in die Ausgangslage und dadurch die Unterbrechung des Stromkreises
des Elektromagneten 32 gestattet. Das Ventil 33 wird dann durch seine Feder 33'
wieder geschlossen. Wird die Pumpe i, wenn der Steuerhahn 15 in der Entbremsungsstellung
steht, z. B. durch das in Lauf befindliche Fahrzeug angetrieben, so fördert sie
Flüssigglceit nur nach dem Balgen 7, und dabei wird, sobald der Druck in der Leitung
i9 den bestimmten Höchstwert überschreitet, das Ventil 33 geöffnet und die Pumpe
i über die Leitung i j kurzgeschlossen und zum Leerlauf veranlaßt.
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Bei der Bremseinrichtung nach Abb. 2 steht der mit verdichteter Luft
gefüllte Behälter 2 über die Leitung 3 mit einem Zylinder 4 in Verbindung, in welchem
ein Kolben 5 verschiebbar ist, der auf der einen Stirnseite dem Druck der verdichteten
Luft des Behälters 2 und auf der anderen Stirnseite dem Atmosphärendruck ausgesetzt
ist. Um jedes Übertreten von Druckluft aus dem Behälter :2 längs des Randes des
Kolbens 5 zu verhindern, ist die der Druckluft zugekehrte Stirnseite des Kolbens
5 mit einer gewissen Menge von viscosem Ö15' bedeckt. Auf der anderen Stirnseite
geht der Kolben 5 über eine Einschnürurig in einen zweiten Kolben 6 über, der sich
in einem zylindrischen Behälter 7 bewegt, der mit der zur Verschiebung des Bremskolbens
8' im Bremszylinder 8 dienenden Flüssigkeit gefüllt ist.
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Zwischen,dem zylindrischen Behälter 7 und dem Bremszylinder 8 ist
ein Ventilgehäuse 9 eingeschaltet, das zwei Ventile io und i i enthält, von denen
das eine, io, den Eintritt der ; Flüssigkeit in den Bremszylinder 8 und das andere
ii die Überführung der Flüssigkeit nach einem offenen Entleerungsbehälter 12 beherrscht.
Die Verschiebung dieser Ventile wird von einem Elektromagneten 13 gesteuert, dessen
Wicklung im Stromkreis einer Batterie 14 und einer gegensinnig zu dieser geschalteten
Dynamo 14" liegt. Die Dynamo 14d wird von einer Achse des Fahrzeuges aus angetrieben.
In diesem Stromkreis ist auch der Steuerschalter 15 mit den durch Widerstände überbrückten
Kontaktpflöcken 16 vorgesehen. Der Elektromagnet 13 ist mit einem Schwingliebel
17 verbunden, der mit den beiden Ventilen io und ii an seinen Enden in Berührung
ist.
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Die Speisung des zylindrischen Behälters 7 mit Flüssigkeit erfolgt
durch die durch den Elektromotor i 8 angetriebene Pumpe i, die Flüssigkeit über
die Leitung i9 aus dem offenen Behälter 12 .ansaugt und über -die Leitung 2o in
den zylindrischen Behälter 7 fördert. In die Leitung 2o ist ein Rückschlagventil
26 eingebaut, das ein Rückströmen von Flüssigkeit aus dem Behälter 7 nach der Pumpe
i hindert, wenn diese zu arbeiten aufhört. In einer die beiden Leitungen i9 und
2o verbindenden Nebenleitung 41 ist ein Ventil 2i eingeschaltet, das unter Einwirkung
einer Schließfeder 21' steht, deren Druck etwas höher als der im zylindrischen Behälter
7 einzuschaltende Druck ist, so daß der mögliche Höchstdruck auf einen entsprechenden
Wert begrenzt wird, auch wenn die Pumpe i bei Erreichen dieses Druckwertes nicht
zum Stillstand kommt. Der Druck im Luftbehälter 2 anderseits kann nicht ansteigen,
wenn der Kolben 5 am Ende seines Hubes angelangt ist.
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Das Anlassen des Antriebsmotors 18 der Pumpe i wird erfindungsgemäß
selbsttätig durch die Verschiebung des Kolbens 5 gesteuert, der ' zu diesem Zweck
eine Kontaktfeder 22 trägt, die beim Abwärtsgehen des Kolbens 5 mit einer zweiten
Kontaktfeder 23 in Berührung kommt und dadurch den Stromkreis eines Elektromagneten
24 schließt. Dieser schließt seinerseits durch Anziehen seines Ankers einen Schalter
25 und damit den Stromkreis des Elektromotors 18.
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Zwecks Ausführung einer Bremsung bringt man den Steuerschalter 15
auf einender Kontaktpflöcke 16 des Stromkreises des Elektromagneten 13. Dies hat
eine Verminderung des Druckes, mit dem das Ventil io an seinem Sitz anliegt, zur
Folge. Unter dem Einfluß des Unterschiedes zwischen den auf seine beiden Seiten
wirkenden Drücken verläßt das Ventil io seinen Sitz, und er im zylindrischen Behälter
7 herrschende Druck überträgt sich ganz oder teilweise - je nach der Stellung des
Steuerschalters 15 auf den Kontaktpflöcken 16 - auf den Kolben 8' im Bremszylinder
B.
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Der Übergang von Flüssigkeit aus dem Behälter 7 nach dem Bremszylinder
8 gestattet
den Kolben 5 und 6, sich nach unten zu bewegen, und
diese Verschiebung der Kolben 5. 6 ruft die Schließung des Stromkreises des Elektromagneten
24 und damit auch des Elektromotors i8 hervor. Die von der Pumpe i gelieferte Flüssigkeit
ersetzt die aus dem Behälter 7 nach dem Bremszylinder übergetretene Flüssigkeit
und veranlaßt eine weitere Verschiebung des Bremskolbens 8', während gleichzeitig
die Kolben 5 und 6 gegebenenfalls in ihre Ausgangslage zurückgeführt werden. Das
Ventil 21 ermöglicht ein Rückströmen der Flüssigkeit nach dem Entleerungsbehälter
12, wenn der Druck im zylindrischen Behälter 7 einen bestimmten Wert erreicht, der
nicht überschritten `-erden soll.
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Nach Beendigung der Bremsung bringt man den Steuerschalteri5 in die
Ausgangsstellung zurück, d. h. man schaltet die zwischen den Kontakten 16 liegenden
Widerstände aus, und der Elektromagnet 13 legt dann das Ventil io wieder an seinen
Sitz an und stößt außerdem das Ventil i i auf, das nunmehr den Übergang der Flüssigkeit
aus dem Bremszylinder 8 nach dem Entleerungsbehälter 1 2 gestattet. Während dieser
Zeit stellt die weiterarbeitende Pumpe i den Ausgangsdruck unter dem Kolben 6 her,
wodurch der Kolben 5 angehoben und in Anfangslage zurückbewegt wird, was gleichzeitig
die Unterbrechung des Stromkreises des Antriebsmotors 18 der Pumpe i und deren Stillstand
zur Folge hat.
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Das Ventilgehäuse 9 mit den elektromagnetisch gesteuerten Ventilen
io, ii kann auch durch einen Steuerhahn oder einen anderen Verteiler ersetzt werden,
der den Bremszylinder 8 wahlweise mit dem zylindrischen Behälter 7 oder dem Entleerungsbehälter
12 in Verbindung zu setzen gestattet. Wenn die Pumpe i durch eine Fahrzeugachse
oder den Antriebsmotor des Fahrzeuges angetrieben wird, kann das Ventil -21 der
Nebenleitung .I1 mechanisch oder elektrisch durch den Kolben 5 derart gesteuert
werden, daß es den freien Übergang des von der Pumpe i geförderten Öles nach dem
Entleerungsbehälter 12 ermöglicht, wenn der Kolben 6 am oberen Hubende angelangt
ist, so daß dann die Pumpe keine Flüssigkeit mehr nach dem zylindrischen Behälter
7 drückt.
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Die Bremseinrichtung nach Abb. 3 unterscheidet sich von .der Anordnung
nach Abb. 2 vor allem dadurch, daß der Steuerschalter mehrere Stellungen, nämlich
die Entbreinsungsstellung D, die Nullstellung 0, die Bremsungsstellung F und die
Selbstregelungsstellung Al', aufweist. In der Entbremsungsstellung D ist das Ventil
i i durch den Elektromagneten 13 geöffnet und gibt die Verbindung zwischen dein
Bremszylinder 8 und dem Entleerungsbehälter 1a frei, während das Ventil io vom Elektromagneten
13 geschlOssen gehalten wird. Die Pumpe i kommt zum Stillstand, wenn der Kolben
5 in seine Ausgangslage zurückgeführt ist und die Kontakte 22, 23 und damit auch
den Stromkreis des Antriebselektromotors 18 der Pumpe i getrennt hat. In der Stellung
0 sind die beiden Ventile i o und i i geschlossen, da der Elektrornagnet i,3 in
seiner Erregung durch den eingeschalteten Widerstand 15' geschwächt ist, so daßa
er das Ventil i i nicht aufstoßen kann.
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In der Bremsungsstellung F ist der Stromkreis des Elektromagneten
13 unterbrochen, und das Ventil io hat sich unter der Wirkung des vom Kolben 6 auf
die Flüssigkeit ausgeübten Druckes geöffnet, während das Ventil i i durch seine
Feder geschlossen gehalten wird. Der Bremskolben 8' wird in seinem Zylinder 8 durch
die von der Flüssigkeit übertragene Druckwirkung des Kolbens 5 verschoben. Der nach
abwärts gehende Kolben 5 schließt die Kontakte 22, -23, so daß der Elektromagnet
24 erregt wird und durch Schließung des Schalters 25 den Antriebselektromotor 18
der Pumpe i in Gang setzt. Die auf einen bestimmten Druck eingestellte Feder 21'
des Ventils 21 in der Nebenleitung4i regelt den Förderdruck der Pumpe i, der unter
wachsen im Bremszylinder 8 gleichzeitig den Kolben 5 nachsteigen läßt, der dabei
die Kontakte 2-2, 23 trennt und dadurch das Öffnen des Schalters -25 sowie weiterhin
den Stillstand der Pumpe i veranl.aßt.
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Wenn der Steuerschalter 15 die Stellung:ll einnimmt, bleibt der Stromkreis
des Elektromagneten 13 unterbrochen, aber diese Stromunterbrechung wird dadurch
in ihrer Wirkung aufgehoben, daß der Erregerstromkreis des elektrischen Stromerzeugers
38 durch den Fliehkraftregler 35 an den Kontakten 36 geschlossen wird, vorausgesetzt,
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit genügend hoch ist. um diese Schaltwirkung des Reglers
35 hervorzubringen. Der Stromerzeuger 38, der eine der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale
Spannung erzeugt, liefert Strom nach dem Elektrornagneten .I2, -der auf das Ventil
21 in der Nebenleitung .:1.1 einwirkt, indem er die Schließungskraft der Federei'
durch elektromagnetische Kraftwirkung unterstützt. Wenn in diesem Augenblick der
Kolben 5 eine solche Lage einnimmt, daß der Stromkreis des Elektromagneten 24 unterbrochen
ist, führt der in der Stellung AZ' des Steuerschalters 15 geschlossene Stromkreis
4.3, ,44. dem Elektrornagneten 2:I unmittelbar Strom zu, so daß auch der Elektromotor
18 der Pumpe i eingeschaltet wird. Der auf das Ventil 21 in der Nebenleitung d i
ausgeübte Druck ist die Summe aus dem Druck der Feder 21' und dein
vom
Elektromagneten 42 herrührenden Druck, und -der Förderdruck der Pumpe i ist höher
als der Druck einer gewöhnlichen Bremsung, und dieser Druck überträgt sich nach
dem Bremszylinder B. Sobald das Fahrzeug langsamer läuft, nimmt die Spannung der
Dynamo 38 ab, und infolgedessen sinkt gleichzeitig auch die Kraftwirkung des Elektromagneten
42 und damit auch die Bremskraft. Wenn der Steuerschalter i5 die Stellung Av verläßt,
kommt die Pumpe i zum Stillstand, und der Strom der Dynamo 38 wird abgeschaltet.
Der kleine Stromerzeuger 38 kann auch durch einen Fliehkraftregler ersetzt werden,
der von .einer Fahrzeugachse angetrieben wird und unmittelbar auf das Ventil 2 z
in der Nebenleitung 41 wirkt.