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Durch -einen Druckunterschied getriebene Betätigungsvorrichtung, insbesondere
für Kraftfahrzeugbremsen Die Erfindung betrifft eine durch einen Druckunterschied
getriebene Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeugbremsen, mit einem
Hauptzylinder, der in der normalen Stellung übel einen Arbeitszvlinder mit den Radbremszvli.ndern
verbunden und von diesen nach Betätigung einer pneumatisch betätigten Hilfskraftvorrichtung
getrennt werden kann, und mit einem mit dem Hauptzylinder arbeitsmäßjig verbundenen
Steuerventil, wobei die Hilfskraftvorrichtung und :das Steuerventil je eine Steuerkammer
und je eine Kammer konstanten Druckes besitzen.
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Wo Hilfskraftvorrichtungen, die durch einen Druckunterschied betätigt
werden, benutzt werden, um Bremsen u. dgl. zu betätigen, ist es wichtig, daß das
Anziehen der Hilfskraftvorrichtungen rasch erfolgt, d. h. daß der Druckwechsel,
der erforderlich ist, um die Arbeit zu verrichten, schnell bewerkstelligt wird.
Dies trifft besonders für Hilfskraftvorrichtungen zu, die von einem Differenzdruck
gegenüber dem Außenluftdruck abhängen, da hierbei der Differenzdruck beschränkt
ist. Wo ein größerer Hilfskraftzylinder benutzt wird, ist es oft .der Fall, daß
eine ungewöhnlich große Strömungsmittelmenge durch verhältnismäßig lange Rohre von
verhältnismäßig geringem Durchmesser strömen muß, um die notwendige Geschwindigkeit
der Betätigung zu erhalten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schnelleinrückventil
zu schaffen, das die Geschwindigkeit des Ansprechens der Hilfslzraftvorrichtung
erhöht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Schnelleinrückventil
mit einem Ventilglied vorgesehen ist, das eine unmittelbare Verbindung zwischen
der Steuerkammer der Hdlfskraftvorrichtung
und einem Druckmittelraum
mit einem Strömungsmitteldruck gleich demjenigen steuert, der in dieser Steuerkammer
herrscht, wenn die Hnlfskraftvorrichtung voll betätigt worden ist, und das durch
ein Druckorgan, beispielsweise eine Membran, gesteuert wird, das das Schnelleinrückventil
in zwei Kammern teilt, von denen die eine mit einer die Steuerkammer -des Steuerventils
und die .Steuerkammer .der Hilfskraftvorrichtung miteinander verbindenden Leitung
und :die zweite über eine Leitung unmittelbar mit der Steuerkammer der .Hilf skraftvorrichtung
in Verbindung steht.
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Weitere Verbesserungen und zweckmäßige. Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf die Zeichnung bezieht.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform,der Erfindung in vereinfachter Darstellung
gezeigt. Es zeigt Fig. i eine schematischeAnsicht eines Strömungsmitteldrucksystems
mit einer Hilfskraftvorrichtung und einem erfindungsgemäß vorgesehenen und ausgebildeten
Schnelleinrückventil, Fig.2 einen Schnitt durch das Schnelleinrückventil der Fig.,i.
in vergrößertem Maßstäbe.
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Die Erfindlxng ist anwendbar auf irgendwelche Strömungsmittelkraftübertragungssysteme.
Demgemäß wird Wert darauf gelegt, daß das ,Strömungsmittelkraftübertragangssystem,
das in Fig.,i gezeigt ist, nur für Erläuterungszwecke benutzt ist und daß die Erfindung
nicht auf dieses System beschränkt ist. Das dargestellte System sieht eine hydraulische
Übertragung des Druckes vor, der sowohl von einem von Hand betätigten Hauptzylinder
als auch von einer durch einen Druckunterschied betätigten Hilfskraftvorrichtung
erzeugt wird, die unter der Steuerung des hand- oder fußbetätigten Hauptzylinders
steht. So kann der Hauptzylinder li-2 durch ein von Menschenkraft bewegtes Pedal
114 betätigt und durch eine hydraulische Leitung ij6 - sowohl mit einem Ventilbetätigungszylinder'i8
als auch mit einem Arbeitszylinder 2o verbunden werden.
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Der Kolben 22 des Arbeitszylinders co ist geeignet, sowohl von dem
Druck der Flüssigkeit, die von dem Hauptzylinder :r2 kommt,_als auch von einer durch
einen Druckunterschied gegenüber dem Außenluftdruck betriebenen Hilfskraftvorrichtung
24 betätigt zu werden, die mittels einer Stange 26 auf den Arbeitskolben 22 wirkt.
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Die Erfindung ist insbesondere dort anwendbar, wo es notwendig ist,
einen besonders wirksamen Hilfskraftzylinder 24 zu gebrauchen, obwohl sie nicht
auf einen derartigen Gebrauch beschränkt ist und auf einen Hilfskraftzylinder jeder
Größe oder Art angewendet werden kann. Im vorliegenden Falle ist zur Beschreibung
der Erfindung ein Hilfskraftzylinder der Tandembauart gewählt, der besonders kräftig
sein kann, ohne einen übermäßig großen Durchmesser zu haben. Zwei miteinander verbundene
Kolben 28 und 30 sind geeignet, bei der Erzeugung von Kraft auf den Arbeitskolben
(212, zusammenzuwirken, wobei beide Kolben @28 und 30 über die Stange 26 wirken.
Eine feste Trennwand 32 teilt den großen Hilfskraftzylinder 24 derart, daß im wesentlichen
zwei getrennte in Tandem angeordnete Zylinder entstehen.
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In der Ruhestellung der Hilfs#kraftvorrichtung sind dieKolben 28und3o
des Hilfskraftzylinders24 von beiden Seiten einem gleichen Unterdruck ausgesetzt.
Eine Leitung 34 und ein Kanal 3,6 verbinden die Kammer 38, die vor dem Kolben ,?$
liegt, über eine Leitung 39 mit einer Unterdruckquelle, z. B. dem üblichen Saugs:ammelrohr
einer Brennkraftmaschine, wobei die Leitung 34 auch unmittelbar mit der Kammer 40
verbunden ist, die zwischen der Trennwand 32 und dem Kolben 30 liegt. Die Kammer
42 an dem hinteren Ende des Kolbens 30 steht ständig mit der Kammer 44 am hinteren
Ende des Kolbens 28 über den .Axialkanal 46 und die Radialöffnungen 48 der hohlen
Muffe 50 in Verbindung, die starr die Kolben ,2$ und 30 miteinander verbindet.
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Die Kammer 44 ist über eine Leitung 52 mit einer Steuerkammer 54 in
einem Steuerventil 56 verbunden, wobei das Steuerventil 56 geeignet ist, denLuftdruck
in derKammer 54 und derLeitung52 inÜbereinstimmung mitentgegenwirkendenDrücken der
Flüssigkeit vorn Hauptzylinder i2 zu regeln, die nach oben auf den Kolben 58 wirkt,
während ein Reaktionsdruck nach unten auf die Membran 6o einwirkt. In der dargestellten
Ruhestellung des Steuerventils ist die Kammer 54 einerseits mit der Unterdruckleitung
34 durch eine Öffnung in der Mitte der .Membran 6o und andererseits über mehrere
Öffnungen 62 in dem Gliede 64 mit einem Kanal 6-6 in dem Ventilkörper verbunden.
Es ist offenbar, daß während der Ruhestellung des Hilfskraftzylinders beide Kolben
28 und 3.o beidseitig dem gleichen Unterdruck ausgesetzt sind und daher kein Differenzdruck
besteht, um die Kolben in die Arbeitsstellung zu bewegen.
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Wenn von Hand oder durch den Fuß ein Druck auf den Hauptzylinder.
i2 ausgeübt wird, wirkt ein Druck auf den Kolben 58, der bestrebt ist, den Ventilsitz
68 nach oben in Berührung mit dem Ventilteller 70 zu bewegen, indem so die
Verbindung zwischen der Unterdruckleitung 34 und der Kammer 54 -des Betätigungsventils
unterbrochen wird. Eine weitere Aufwärtsbewegung des Ventilsitzes 68 bewirkt, daß
der Ventilteller 72 seinen Sitz verläßt, so daß Außenluft in die Kammer 54 von der
ständig mit der Außenluft verbundenen Kammer 74 einströmt. Die Luft strömt nun an
dem Ventilteller 7ra vorbei in die Kammer 5!4 und in die Leitung 52, von wo sie
in die Steuerkammer 44 auf der Rückseite !des Kolbens 28 eintritt und dann, indem
sie durch die hohle Muffe 5o strömt, zu der Steuerhammer 42 auf der Rückseite des
Kolbens 30 gelangt. Da die Arbeitskammern 38 und 4o noch mit der Unterdruckleitung
34 verbunden sind, wird ein auf die Kolben tz8 und 30 wirkender Druckunterschied
erzeugt, der bestrebt ist, sie in die Richtung des hydraulischen Arbeitszylinders
do zu bewegen, um eine Kraft auf den Arbeitskolben 22 auszuüben.
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Wegen des großen Volumens der Steuerkammern 42 und 44 im Hilfskraftzylinder
24, die
ganz oder teilweise mit Luft von atmosphärischem Druck angefüllt
werden müssen, um den auf die Hilfskraftzvlinderliolben wirkenden Druckunterschied
zu erzeugen, vergeht eine gewisse Zeit, bevor die Kraft voll ausgeübt wird. Außerdem
wird durch die Entfernung, über die die Luft von dem Steuerventil 56 zudem Hilfskraftzylinder
24 und insbesondere zu dem am weitesten entfernten Teil des Hilf skraftzylinders
strömen muß, diese zeitliche Verzögerung oder das Nacheilen vergrößert. Es ist im
allgemeinen nicht wünschenswert, daß der Durchmesser der Verbindungsleitungen sehr
groß ist oder daß die Größe der Steuerventile 56 und ihrer Ventilteller
70 und 72 erhöht wird, um die Betätigung des Hilfskraftzylinders zu beschleunigen.
Die Benutzung von großen Tellerventilen in dem Steuerventil 56 hat die Nachteile,
daß sie einen höheren Anfangsdruck in dem Hauptzylinder r.2 erfordert, um das Steuerventil
56 zu betätigen, und da,ß sie die Steuerung der einströmenden Luftmenge durch den
Ventilteller 72 verschlechtert.
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Erfindungsgemäß sind wenig kostspielige Mittel vorgesehen, wodurch
(die Arbeitsweise des Hilfskraftzylinders 24 wirksam beschleunigt werden kann, ohne
die Größe des Steuerventils oder der Leitungen zu erhöhen. Diese Mittel, die im
nachfolgenden auch als Schnelleinrückventil bezeichnet werden, weisen im wesentlichen
ein Ventilglied auf, das geeignet ist, die Steuerkammern des Hilfskraftzylinders
unmittelbar mit einer Hilfsdruckquelle, in diesem Falle der Außenluft, zu verbinden,
und ein druckempfindliches bewegbares Element ist vorgesehen, um das Ventil zu öffnen,
sobald die Geschwindigkeit der Druckänderung in dem Hilfskraftzylinder übermäßig
hinter der Geschwindigkeit der Druckänderung in dem Steuerventil 5'6 zurückbleibt.
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Eine gedrungene und wirkungsvolle Form dieses Schnelleinrücleventils
ist allgemein bei 82 in Fig. i dargestellt und ist im Schnitt in Fig. 12 gezeigt.
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Eine druckempfindliche bewegbare Wand, wie z. B. eine ::Membran 84,
ist einerseits dem in der Steuerkammer 54 des Steuerventils 56 wirkenden Druck und
andererseits dem in der Steuerkammer 4:2 des Hilfskraftzylinders 24 herrschenden
Druck ausgesetzt. Zu diesem Zwecke ist eine Leitung 86, die ein Zweig der Leitung
52 sein kann, mit einer Kammer 88 auf einer Seite der Membran 84 verbunden, und
eine Leitung go, die unmittelbar mit der Steuerkammer 4.2 des Kraftzylinders verbunden
ist, steht mit der Kammer 92 auf der entgegengesetzten Seite der Membran 84. in
Verbindung. Die Membran 84 ist arbeitsmäßig durch zweckmäßige Mittel, z. B. eine
Stange 94, mit einem Ventilglied verbunden, das geeignet ist, den Zutritt von Luft
unmittelbar zu der Steuerkammer 42 des Hilfskraftzylinders zu regeln. Das Ventilglied
kann zweckmäß.igerweise ein Tellerventil 96 sein, das geeignet ist, sich
an einem Ende des Kanals 98 auf seinen Sitz zu legen, wobei dieser Kanal unmittelbar
mit der Steuerkammer 42 des Hilfskraftzylinders verbunden ist. Da die Kammer ioo
über dem Tellerventil 96 unmittelbar mit der Außenluft mittels Öffnungen
aal und i.o4 in dem Ventilgehäuse in Verbindung steht (ein Luftreiniger iio6 kann
zwischen diesen Öffnungen 102 und,io4 angeordnet werden), gestattet eine Bewegung
des Ventiltellers 96 von seinem Sitz io8 weg, d,aßi Luft unmittelbar zu der Steuerkammer
42 des Hilfskraftzylinders tritt, wobei die Entfernung, über die die Luft strömen
muß, beinahe vernachlässigt werden kann und die Größe der Öffnungen und Kanäle,
durch die sie strömt, verhältnismäßig groß ist. Eine abgedichtete Trennwand iio
ist zwischen den Kammern ioo und 88 vorgesehen.
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Wenn sich der Hilfskraftzylinder und das Schnelleinrückventil in der
gelösten Stellung befinden, ist die Membran 84 beidseitig dem gleichen Unterdruck
ausgesetzt, weil die Steuerkammer 42 des Hilfskraftzylinders, mit der die Kammer
92 des Schnelleinrückventils verbunden ist, in Verbindung mit der Steuerkammer 54
des Steuerventils 56 steht, mit der die Kammer 88 des Schnelleinrückventils verbunden
ist, wobei beide Kammern 412 und 54 in Verbindung mit der Unterdruckleitung 39 stehen.
Demgemäß sind in der gelösten Stellung die Drücke in den Kammern 88 und 92 des Schnelleinrückventils
die gleichen.
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Im Falle eines schnellen oder infolge eines Notzustandes plötzlichen
Anziehens der Bremsen od.,dgl., die der Hauptzylinder zu betätigen geeignet ist,
ergibt sich, wie oben beschrieben, eine leichte Verzögerung oder ein Nacheilen,
bevor die Steuerkammern 42 und 44 des Kraftzylinders den Druck, der durch das Steuerventil
56 bestimmt ist, d. h. den in der Kammer 54 herrschenden Druck erreichen.
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Wegen dieses Zurückbleibens wird ein Druckunterschied über der Membran
84. erzeugt. Da der Druckwechsel in der Steuerkammer 54 des Ste@uer.-ventils 5,6
rascher ist als der Drucli-,vechsel in den Steuerkammern 42 und 44 des Hilfskraftzylinders,
wird sich ein entsprechender Druckunterschied in den Kammern 88 und 92 des Schnelleinrückventils
einstellen, weil sie mit der Steuerkammer 54 des Steuerventils 56 bzw. der Steuerkammer
42 :des Hilfskraftzylin.ders 24 verbunden sind. Sobald dieser Druck, der auf die
Membran 84 wirkt, genügend groß wird, um den Widerstand der Feder 112 zu
überwinden, wird der Ventilteller 96 von seinem Sitz durch eine Bewegung der Membran
84 abgehoben, und Luft wird unmittelbar zu der Kammer 42 des Hilfskraftzylinders
geleitet, die bestrebt ist, schnell den Druck in dem Hilfskraftzylinder und damit
auch die Geschwindigkeit seines Einrückens ansteigen zu lassen. Wegen des kleinen
Volumens der Kammer 88 in dem Schnelleinrückventilkann sie fast augenblicklich mit
Luft nach der Betätigung des Steuerventils gefüllt werden.
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Die Druckverzögerung, die notwendig ist, um das Ventil 96 zu öffnen,
hängt von der Stärke der Feder ii-- ab. Diese Federstärke kann bestimmt werden,
um die Betätigung des Schnell einrückventils bei irgendeinem beliebigen Druckunterschied
oder einem Zurückbleiben des Druckes zu bewirken. Nach dem Öffnen bleibt das Schnelleinrückve@ntil
offen,
bis ein Ausgleich zwischen der Hilfskraftzylindersteuerkammer und der Steuerventilsteuerkammer
hergestellt ist. Zu dieser Zeit ist das Schnelleinrückventil durch den Federdruck
geschlossen und bleibt geschlossen, bis ein anderes schnelles Einrücken der Hilfskraftvorrichtung
erforderlich ist. Es ist offenbar, daß das Schnelleinrückventil nur an dem Einrücken
des Hilfskraftzylinders teilnimmt und nicht an seinem Ausrücken. Wenn also Luft
aus den Steuerkammern 42 und 44 abgesaugt wird, um den Hilf skraftzylinder e4. auszurücken,
strömt diese ganze Luft durch die Leitung 5,2 und die Steuerkammer 54 des Steuerventils.
Ein schnelles Ausrücken des Hilfskraftzylinders ist üblicherweise nicht notwendig,
selbst wenn sein Einrücken äußerst rasch erfolgen muß. Indem ein Schnelleinrückventil
vorgesehen ist, das nur am Einrücken des Hilfgkraftzvlinders teilnimmt, werden die
Vorteile eines Relaisventils oder einer ähnlichen Einrichtung erlangt, obwohl eine
Einrichtung benutzt wird, die einfacher und weniger kostspielig ist als irgendeine
andere bisher vorgeschlagene Einrichtung, und außerdem erfordert die erfindungsgemäße
Anordnung weniger Rohrleitungen.
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Gewöhnlich wird es wahrscheinlich nicht gewünscht, daß das Schnelleinrückventil
irgendeinen Teil bei einem normalen oder langsamen Einrücken bewegt, indem die bestehenden
Ventile und Leitungen üblicherweise eine genügend große Kapazität haben, um einen
Ausgleich in allen Teiler, des Steuerventils während eines nicht plötzlichen Einrückens
aufrechtzuerhalten. Indem jedoch eine schwache Feder in dem Schnelleinrückventil
benutzt wird, kann seine Betätigung ädß-rst empfindlich gemacht werden.