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Durch einen Druckunterschied betriebene Hilfsbetä.tigungsvorrichtung,
insbesondere für hydraulische Fahrzeugbremsen Zusatz zum Patent 890 316 Bei der
Erfindung handelt es sich um eine insbesondere für hydraulische Fahrzeugbremsen
geeignete Hil.fsbetätigungsvorrichtung, die durch einen Druckunterschied betrieben
wird und deren mit dem Steuerventil einer Hilfskraftvorrichtung antriebsmäßig verbundener
Hauptzylinder so angeordnet ist, daß er in der normalen Stellung mit den Einrückzylindern
über einen Arbeitszylinder in Verbindung steht. Gemäß dem Hauptpatent ist der Arbeitsraum
des Zylinders, der den gesteuerten Teil des Steuerventils betätigt, mit dem Arbeitsraum
des Hauptzylinders vor der Absperrvorrichtung verbunden, durch welche ein vorbestimmter
Restdruck in der Arbeitsflüssigkeit aufrechterhalten wird.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Hilfsbetätigungsvorrichtung
nach dem Hauptpatent. Die Betätigungsvorrichtung nach diesem Patent mit einer Doppelleitungsanordnung
ist; nämlich insofern verbesserungsbedürftig, als ein störendes Flattern des Bremspedals
zu beobachten ist. Dieses Flattern erklärt sich aus einem abwechselnden Ein- und
Abstellen des Ventildruckes. Bei Ausführungen, bei denen eine Leitung, die den das
Steuerventil betätigendenZylinder mit d emhydraulischen Teil der Bremsanlage verbindet,
verhältnismäßig
lang ist, hängt das Flattern das Bremspedals ursächlich
mit der Verzögerung zwischen dessen Betätigung und der das Steuerventil übertragenden
Rückwirkung zusammen und erklärt sich aus a) der Trägheit des Bremsdruckmittels,
die um so störender in Erscheinung tritt, je größer dessen Viskosität ist, b) dem
Umstand, daß zum Abheben der Ventilteller des Zusatzsteuerventils von ihren Sitzen
mehr Kraft erforderlich ist, als sie in der abgehobenen Stellung zu halten, weil
auf den Ventiltellern ein Druckunterschied in Richtung zur Schließstellung lastet,.
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c) der Reibung in den mechanischen Teilen der Anlage, ,d) dem Strömungswiderstand
in den hydraulischen Leitungen und e) dem Kleben der Dichtungen in den verschiedenen
hydraulischen Vorrichtungen. Erfindungsgemäß kann diesen Nachteilen dadurch abgeholfen
werden, daß zwischen dem das Steuerventil betätigenden Zylinder und dem Arbeitszylinder
eine unmittelbare Druckmittelleitung zorgesehemwird, so daß die durch dieRückwirkung
des Steuerventils unter Druck gesetzte Flüssigkeit aus dem Zylinder unmittelbar
in den Hilfszylinder gedrückt werden kann.
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Diese Verbesserung ist auch bei einer Einzelleitungsanordnung gegeben,
wenn erfindungsgemäß das Restdruckabs:perrventil im Arbeitszylinder angeordnet wird.
Eine :solche Ausführung gestattet im übrigen eine unmittelbare Verbindung zwischen
dem das Stieuerventil betätigenden Zylinder, der sich vor dem Restdruckabsperrventil
befindet, und dem im Arbeitszylinder angeordneten Folgeraum.
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Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand einiger Ausführungsbeispiiel:e
der Erfindung erörtert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Inder Zeichnung zeigt
Fig. i eine hydraulische Bremseinrichtung mit Hilfsbetätigungsvorrichtung nach der
Erfindung in schematischer Diarstellüng, Fig. 2 einen <Schnitt in größerem Maßstab
durch das in Fig. i dargestellte Steuerventil, Fig.3 einen Schnitt in einer lotrechten
Ebene durch den Hauptzylinder der Fig. i, Fig. 4 einen Schnitt in einer lotrechten
Ebene durch die restliche Absperrventilanordnung der Eig. i, Fig. 5 den Hilfshauptzylind
er mit einer Ab-
änderung der restlichen Absperrventilanordnung der Fig.4
in einem Schnitt in einer lotrechten Ebene, Fig.6 eine Einrichtung mit Doppelleitung
mit Mitteln zur Verlzinderurng des Bremspedalflätterns, teilweise in schematischer
Darstellung und teilweise im Schnitt, Fig: 7 das Ventil nach Fig. 6 in der geschlossenen
Stellung, Fig. 8 eine praktische Ausführung der in Fig. 6 gezeigten Anordnung nach
der Erfindung, teilweise in der Seitenansicht und teilweise .im Schnitt, Fig. 9
die Kugelventilvorrichtung nach Fig. 8 in der geschlossenen Stellung, Fig. io einen
Schnitt durch das Ventil der Fig. 8 in größerem Maßstab und Fig. ii die Rohrventilanordnung
der Fig. io im Schnitt und in größerem Maßstab.
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Die in Fig. i schematisch dargestellte Bremse besteht aus -einem Hauptzylinder
io, durch welchen eine Flüssigkeit unter Druck gesetzt werden kann, und aus mehreren
üblichen Radzylindern i2, durch welche @ctie Bremsschuhe 14 unter dem Eihfluß der
Druckflüssigkeit gegen Bremstrommeln 15 angedrückt werden können. Ein bei 18 angelenktes,
durch den Fahrer zu betätigendes Bremspedal 16 besitzt eine Stange 2o, die in das
Innere des Hauptzylinders io eindringt, um mit einem Kolben-?-i2 (Fig. 3) in Berührung
zu kommen, wobei die Stange und der Kolben so angeordnet sind, daß die im Hauptzylinder
befindliche Flüssigkeit bei Betätigung des Bremspedals 16 unter Druck gesetzt wird.
Eine Flüssigkeitsleitung 24 ist mit dem Hauptzylinder io verbunden und verbindet
diesen Zylinder mit einem Steuer- oder Relaisventil 38. Eine Zweigleitung 34 dieser
Leitung 24 verbindet den Hauptzylinder io mit einem Arbeitszylinder 28. Neben diesem
ist ein mit diesem zusammenarbeitender pneumatischer oder Vakuumkraftzylinder 3o
angeordnet. Das Auslaßende des Arbeitszylinders 28, d. h. das Ende, das am weitesten
vom Kraftzylinder 3o entfernt ist, steht durch eine Flüssigkeitsleitung 32 und mehrere
Zweigleitungen:, die von letzterer ausgehen, mit den Radzylindern 12, in Verbindung.
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Das Steuerventil 38 besteht aus einem hydraulischen bzw. steuernden
Teil 4o und einem pneumatischen bzw. gesteuerten Teil 42. Eine pneumatische bzw.
Vakuumleitung, die von einer Vakuumquelle, z. B. vom üblichen Einlaßsammelrohr,
ausgeht, ist mit der rechten Saite des Kriaftzylnders 3o, d. h. der Seite verbunden,
die vom Steuerventil 38 am weitesten entfernt ist. Eine Zweigleitung 47 der Leitung
44 erstreckt sich bis zu einer Seite des Relais oder Steuerventils 38, und eine
Bohrung 49 (Fig. 2) verbindet die Zweigleitung 47 mit dem Raum am linken Ende des
Relaisventils 38, wobei dieses linke Ende das Ende ist, das sich vom Kraftzylinder
30 am weitesten entfernt befindet. Eine pneumatische Druckleitung 5o verbindet
das eine Ende des Relaisventils 38 mit dem linken oder nächstliegenden Ende des
Kraftzylinders 30.
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Aus Fig.3 ist es ersichtlich, daiß der Hauptzylinder io aus einem
Behälterbeil 52 und einem Zylinder oder Druckteil 54 besteht. Der Kolben 22 bewegt
sich hin und her im Druck- oder Zylinderteil 54 und besitzt einen Kopf 56, einen
Körperteil 58 ,und einen Mantel oder hinteren Flansch 6o. Der Durchmesser des Körperteils
ist kleiner als der Durchmesser der Kopf- oder Mantelteile, so daß ein ringförmiger
Raum 62 zwischen dem Kolbenkopf und dem Kolbenmantel gebildet wird. Dieser Raum
ist durch eine Öffnung 64 mit dem Behälter 52 verbunden. Eine Dichtungsmanschette
66 ruht auf dem Kolbenkopf, und mehrere im Kolbenkopf vorgesehenen öffnungen 68
verbinden den ringförmigen Raum 62. mit dem hinteren Teil der Dichtungsmanschette
66.
EineAusgleichsöffnung 7o, die den Behälter 52 mit dem Zylinder 54 verbindet, befindet
sich gerade vor der Dichtungsmanschette 66, wenn der Kolben und die Manschette in
der Rückzugsstellung liegen. Eine FederSo sucht den Kolben in die Rückzugsstellung
zu bringen und hält gleichzeitig die Dichtungsmanschette in ihrer Stellung.
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Die Hauptzylinderkonstruktion hat die Übliche Bauart, nur daß das
übliche Absperrventil zur Bildung des restlichen Druckes in der Leitung weggelassen
wurde. Wenn der Kolben 22 sich nach links bewegt, ist die Öffnung 70 geschlossen,
und Flüssigkeit wird durch die Leitungen 24 und 34 in das Steuerventil 38 bz.w.
in den Arbeitszylinder 28 gedrückt.
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Wie bereits erwähnt, besteht das Steuerventil 38 aus einem hydraulischen
Teil 4o und einem pneumatischen oder Vakuumteil 42. Der Teil 42 wird durch den im
Teil 4o herrschenden hydraulischen Druck so gesteuert, daß der Kraftzylinder 3o
entsprechend dem Arbeiten des Hauptzylinders 1o betätigt wird. Ein Kolben 39 steht
unter dem Einfluß des im Teil 4o herrschenden hydraulischen Druckes und wirkt entgegen.
dem Widerstand einer Feder 37 in einer solchen Richtung, daß er zuerst einen Vakuumventilteller
41 zu schließen und dann einen Außenluftventilteller43zu öffnen sucht. EinDruckunterschied,
der auf die Membran: 45 wirkt und der dem Druckunterschied auf den Kolben nm Kraftzylinder
30 entspricht, ergibt eine Kraft, die den Kolben 39 in dieRückzugsstellung
zurückzubringen bestrebt ist.
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Wie Fig. 4 zeigt, besitzt der Arbeitszylinder 28 einen Kolben 92,
der sich zwischen der Anschlußstelle der Leitung 34 an den Zylinder und dessen vorderem
Ende hin und herbewegen kann, von dem die Leitung 32 zu den Bremsen führt. Ein:
Gehäuse 94 ist zwischen dem vorderen Ende des Arbeitszylinders 28 und der Leitung
3,2 angeordnet und mit einem Rest:druckabsperrventil 72 versehen. Das Absperrventil
72 besteht aus einem vorzugsweise aus Metall hergestellten Gehäuse 74 und
aus einem biegsamen inneren Teil 76, der aus Gummi oder einem ähnlichen nachgiebigen
Stoff sein kann. Mehrere Öffnungen 78 sind im Gehäuse 74 vorgesehen, damit das imZylinder28
enth.alteneDruckmittel gegen die äußere Kante oder Fläche des nachgiebigen Teils
76 fließen kann. Eine Feder 96 sucht das Absperrventil gegen einen Pfropfen 98 zu
bewegen, der das vorder Ende des Gehäuses 94 verschließt.
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Wenn Druckmittel aus dem Zylinder 28 in die Leitung 32 und die zum
Anziehen der Bremsen dienenden Zylinder 12 gedrückt wird, so fließt es durch die
Öffnungen 78 und an dem Rand des nachgiebigen Teils 76 vorbei bis in die Leitung
32. Wenn die Bremsen gelöst werden, so fließt das Druckmittel aus den Radzylindern
12 in das Gehäuse 94 und drückt gegen die Seiten des nachgiebigen Teils 76, der
die Öffnungen 78 zu schließen sucht. Das Übrigbleibende Druckmittel wird somit die
Kraft der Feder 96 Überwinden müssen, bevor es das Gehäuse 74 von seinem am Pfropfen
98 vorgesehenen Sitz aufhebt und dann in das Innere des Zylinders 28 und von hier
nach dem Zylinder 1o und dem Behälter 52 fließen kann. Das Absperrventil 72 und
die Feder 96 halten daher in den: Radzylindern 12 einen geringen Druck nach Maßgabe
der Kraft der Feder 96 aufrecht. Solange die Bremsen gelöst bleiben, steht das hydraulische
Druckmittel in den Leitungen 24 und 34, im Ventil 38 und im Zylinder 28 nur unter
dem atmosphärischen Druck. Die Rückzugsfeder 37 des Ventils 38 braucht daher nur
eine leichte Feder zu sein. Will man dafür sorgen, daß der hydraulische Druck wirksamer
wird, um das Ventil 38 zu öffnen, so kann der Kolben 39 größer gemacht werden, ohne
daß es nötig ist, die Kraft der Feder zu vergrößern.
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Die Hilfsbetätigungsvorrichtung nach der Erfindung arbeitet im allgemeinen
wie folgt: Wenn auf das Bremspedal 16 getreten wird, um das im Hauptzylinder 1o
befindliche Druckmittel unter Druck zu setzen, so wird dieses Druckmittel in die
Leitungen 24 und 34 und in -den Zylinder 28 gedrückt, um die Bremsen anzuziehen.
Sobald ein Druck erreicht wird, der groß genug ist, um die Kraft der Feder im Ventil
38 zu überwinden, betätigt dieses Ventil den Kraftzylinder durch Erzeugung
eines Druckunterschiedes, der auf einen (nicht dargestellten) Kraftzylinderkolben
in der Weise wirkt, daß dieser Kolben den Kolben 92 im Zylinder;28 durch eine Stange
ioo bewegt, wobei die im Kolben vorgesehene Bohrung 102 gleichzeitig abgesperrt
und eine ummittelbare Druckmittelverbindung zwischen den Leitungen 32 und 34 unterbrochen
wird. Da das in der Leitung 24 befindliche Druckmittel das Ventil 38 sofort
betätigt, sobald der imHauptzylinder herrschendeDruck denDruck des Behälters übersteigt,
so wird der Kraftzylinder 30 schneller in Tätigkeit gesetzt, als es sonst
der Fall wäre. Hierdurch erhält man ein sanfteres und leichteres Gefühl.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Abänderung ist das Restdruckabsperrventil
72 im Arbeitszylinder 28 angeordnet. Die Feder 96 ist zwischen dem Kolben 92 und
dem Absperrventil gespannt. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist in jeder Hinsicht
die gleiche wie die der inFig. i bis 4 dargestelltenVorrichtung.
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Die in Fig. 6 bis i i dargestellte Vorrichtung ist eine solche mit
einer Doppelleitung. Das Absperrventil 72 für den restlichen Leitungsdruck ist im
Hauptzylinder 1o angeordnet, wie bei den üblichen hydraulischen Bremsvorrichtungen.
Eine Leitung 1o6 führt vom Hauptzylinder 1o auf der Rückseite des Restdruckventils
72 nach einem Raum 1o8, in dem ein mit einer Dichtung i i i versehener Kolben iio
hin und her beweglich ist. Der- Druck des vom Hauptzylinder nach dem Raum 1o8 gedrückten
Druckmittels betätigt den Kolben iio und die i Ventilvorrichtung 1i2 in der Üblichen
Weise. Eine zweite Leitung i 14 führt vom Hauptzylinder 1o auf der Druckseite des
Ventils 72 zu einem Raum i 16 auf der Rückseite des Kolbens 92 im Arbeitszylinder
28. Eine Bohrung 118 (Fi:g. 7) biltdet eine direkte hydraulische Verbindung zwischen
den
Räumen io8 und 116. Ein Einwegabsperrventil ist in der Bohrung
118 vorgesehen und besteht aus einem Kugelventilteil i2o und einer Feder i2!2, die
das -Ventil gegen seinen Sitz zudrücken sucht. Es ist ohne weiteres ersichtlich,
daß das Druckmittel vom Raum io8 nach dem Raum 116 frei fließen kann, aber daß ein
Durchfluß in der entgegengesetzten Richtung vom Raum i 16 nach dem Raum io8 unmöglich
ist.
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Die Ventilvorrichtung 112 besteht aus zwei in nachgiebiger Weise miteinander
verbundenen Ventiltellern 132 und 134, wobei der Ventilteller 132 den Eintritt der
Luft in den Raum 136 und der Ventilteller 134 den Austritt der Luft aus diesem Raum
steuert. Der Raum 136 ist durch eine Steuerleitung 138 mit dem Kraftzylinder
30 verbunden, damit der im Raum 136 herrschende Druck auch auf der Rückseite eines
jeden der beiden Tandemkolben im Kraftzylinder herrscht. Der Ventilraum 140 ist
ständig mit einer Vakuumquelle durch eine Leitung 142 verbunden, die zum Raum 144
des Kraftzylinders führt, wobei dieser Raum 144 des Kraftzylinders durch eine Leitung
146 mit der Vakuumquelle, wie z. B. dem Einlaßsammelrohr 148, unmittelbar verbunden
ist. Eine Bohrung iSo verbindet,den Raum 14o des Ventils mit dem Raum 152 des Kraftzylinders,
so daß in diesem Raum 152 der gleiche Druck wie im Sammelrohr herrscht. Der Ventilraum
154 ist unmittelbar mit der Außenluft verbunden.
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Die Ventilteller 132 und 134 sind so miteinander verbunden, d@aß sie
sich dn axialer Richtung zusammen bewegen, jedoch können sie eine geringe gegenseitige
seitliche Bewegung ausführen, damit sie sich gegenüber ihren Sitzen genau einstellen
können, um Undichtigkeiten zu vermeiden. Die Ventilteller sind durch ein biegsames
Seil x56 miteinander verbunden, das die Bewegung ermöglicht, welche die Ventilteller
ausführen müssen, um sich gegenüber ihren Sitzen einzustellen. Damit die Konstruktion
genügend stark ist, um in der richtigen Weise zu arbeiten, ist das biegsame Seil
156, ir, zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Muffen 158 und 16o eingeschlossen,
die mit je einem der Ventilteller verbunden und etwas zusammengezwickt sind, um
je ein Ende des Seils festzuhalten. Ein geringes radiales Spiel zwischen den beiden
Muffen ermöglicht ein seitliches Durchbiegen des Seils.
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Wenn eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit in den Raum io8 gedrückt
wird, so bewegt sich der Kolben iio nach oben, wobei er das Joch 162 und die Membran
124 mitnimmt. Durch diese Bewegung legt sich der Ventilsitz 164 an den Ventilteller
134 und sperrt den Raum 136 von der Vakuumquelle ab. Bei Fortsetzung der Aufwärtsbewegung
des Kolbens mit der Membran wird durch die Verbindung der beiden Ventilteller der
Ventilteller 132 von seinem Sitz abgehoben, so daß die Außenluft in den Raum 136
einströmen kann. Die Luft fließt von dort durch die Leitung 138 in den Raum 166
auf der Rückseite des Kolbens 168 im Kraftzylinder und ebenfalls durch die Öffnungen
170 und die hohle Kolbenstänge 172 in den Raum 174 auf der Rückseite des Kolbens
176. Dia die Räume 144 und 15 2< vor Iden betreffenden Kolben mit
der Vakuumquelle verbunden sind; drückt gleichzeitig die in die Räume 166 und 174
einströmende Luft die beiden Kolben nach vorn und erzeugt einen Druck im Arbeitszylinderz8.
Die Tandemkolben 168 und 176 ergeben eine Kraft, die derjenigen nur eines Kolbens
entspricht, der doppelt so groß wäre wie einer der beiden Tandemkolben.
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Wenn der Rückdruck der Membran i24, d. h. der Druck :der Luft im Raum
136 gegenüber dem Vak .uum :im Raum i4o genügend gestiegen ist, so@ bewegt sich
die Membran mach unten, so d@aß das Ventil in die -Überdeckungsstellurng zurückkehren
kann, in der die beiden Ventilteller für Vakuum bzw. Außenluft geschlossen sind.
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Die in Fig. 6 bis i i dargestellte Vorrichtung arbeitet in folgender
Weise, um ein Flattern des Bremspedals zu verhindern. Sobald der Kolben iio das
Ventil 112, steuert, setzt das Ventil den Kraftzylinder 30 in Tätigkeit und verursacht
gleichzeitig eine Rückwirkung der Membran, 1:2[4 über den Kolben iio auf die hydraulische
Flüssigkeit, so daß diese durch die Bohrung 118 unmittelbar in den Raum 116 einströmt.
Die Betätigung des Kraftzylinders hat zur Folge, daß sein Kolben auf den Kolben
92 des Arbeitszylinders 28 eine Kraft ausübt und ihn so bewegt, daß die Bremsanzugskraft
erhöht und der Rauminhalt des Raumes 116 gleichzeitig vergrößert wird. Infolgedessen
wird die im Ventil 112 erzeugte Rückwirkung durch die Ausdehnung des Raumes 116
fast augenblicklich aufgenommen; mit anderen Worten, ein durch diese Rückwirkung
etwa erzeugter Flüssigkeitsüberschuß wird sofort vom Raum i1.6 aufgenommen.: Bei
einer Einrichtung mit Doppelleitung ohne die Bohrung 118 muß die durch die Rückwirkung
des Ventils aus dem Raum io8 gedrückte Flüssigkeit in den Hauptzylinder io und von
dort in den. Raum i 16 zurückfließen. In diesem Fall würde der Bedienende die Rückwirkung
am Pedal fühlen, bevor der Kolben 92 bei einer Bewegung Gelegenheit gehabt hat,
diese Rückwirkung auszugleichen, so daß die Größe der zur Betätigung des Pedals
nötigen Kraft veränderlich sein würde. Da das Einwegabsperrventil 120 (Fig. 7) :aber
einen Durchfluß :des Druckmittels vom Raum i16 nach dem Raum i o8 verhindert, so
kann der Druck im Raum io8 selbst dann auf der gleichen Höhe wie im Behälter des
Hauptzylinders io gehalten werden, wenn das Ventil 72 jederzeit einen restlichen
Druck in dem Raum 116 aufrechterhält. Der einzige Unterschied zwischen Fig.6 und
7 einerseits und Fig. 8 bis i i andererseits ist der, daß Fig. 6 und 7 in schematischer
Darstellung das zeigen, was Fig. 8 bis i i in praktischer Ausführung darstellen.
Die entsprechenden Teile haben in beiden Fällen die gleichen Bezugsnummern.
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In Fig. 8 ist der Raum 116 auf der Rückseite des im Arbeitszylinder
2$ befindlichen Kolbens durch die Bohrung i 18 und eine Abzweigung i 19 mit dem
Raum io8 des Steuerventils verbunden. Wie in der Vorrichtung nach Fig.6 und 7 ist
als Einwegabsperrventil
ein Kugelventil 120, mit einer Feder z22
vorgesehen, so daß die Flüssigkeit vom Raum io8 in den Raum 116 frei fließen kann,
ein Durchfluß in entgegengesetzter Richtung aber unmöglich ist.
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Das Steuerventil selbst ist im wesentlichen dasselbe wie dasjenige
der Fig.6 und 7. Die Ausbildung dieses Ventils ist in Fig. i i deutlicher gezeigt.
Wie bereits oben beschrieben, sind die Ventilteller 132 und 134 durch ein
Seil 1 56 nachgiebig miteinander verbunden, das in zwei teleskopartig
ineinander verschiebbaren Muffen 158 und 16o eingeschlossen ist, wobei ein radiales
Spiel zwischen den Muffen eine geringe seitliche Relativbewegung der Ventilteller
ermöglicht, damit sich diese gegenüber ihren Sitzen einstellen können.
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In der Ventilvorrichtung nach Fig. io und ii ist der Raum 154 mit
der Außenluft direkt verbunden, während der Raum so verbunden ist, daß er den Kraftzylinder
betätigt. Der Raum i4o ist an. die Vakuumquelle angeschlossen. Es ist somit klar,
daß die Arbeitsweise dieses Ventils der oben beschriebenen Arbeitsweise der des
in Fig. 6 und 7 dargestellten Ventils entspricht.