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Füllvorrichtung für den Zylinder von Flüssigkeitsstellmotoren Die
Erfindung bezieht sich auf eine Füllvorrichtung für den Zylinder von Flüssigkeitsstellmotoren,
welche einen Vorratsbehälter aufweist, der mit dem Zylinder vermittels eines durch
die Bewegung des Arbeitskolbens des Stellmotors gesteuerten Ventils verbunden ist,
wobei dieses Ventil mit dem Zylinder an einer Stelle zwischen dem Arbeitskolben
und der Mündung der Druckzuleitung in Verbindung steht. Der Erfindungsgedanke wird
darin gesehen, daß das zur Steuerung dienende Ventil einen elastischen Teil oder
Körper aufweist, welcher in Ruhestellung der Vorrichtung mit den Zylinderwandungen
nicht in Berührung steht und bei der Arbeitsbewegung des Kolbens unter Druck eine
radiale Ausdehnung bis zur völligen Abdichtung an der Zylinderwand erfährt.
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Es sind nun Kolbendichtungen bekannt, welche in Form von Aufblähkörpern
einen Abschluß gegen die Zylinderwandungen gewährleisten sollen. Auch ist es bekannt,
Stopfbüchsenabdichtungen vorzusehen, welche die Abdichtung ebenfalls mit Blähkörpern
erreichen wollen. Derartige Dichtungen haben aber unter anderem den Nachteil, daß
sie infolge einer dauernden Anlage- an den Zylinderwandungen einer erheblichen Abnutzung
unterliegen, da infolge der Reibungswärme insbesondere
bei hydraulischen
Bremsen die an der Zylinderwandung haftende Feuchtigkeit verdunstet und derart Deformationen
der elastischen Dichtungen auftreten.
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Demgegenüber bezieht sich die Erfindung nicht lediglich auf die Ausbildung
der elastischen Kolbenbildungen an sich, sondern betrifft darüber hinaus eine neuartige
Anordnung derartiger elastisch abdichtender Kolben und Ventile bei Füllvorrichtungen
für die Zylinder von Flüssigkeitsstellmotoren, z. B. Flüssigkeitsbremsen, welche
unter Vermeidung zusätzlicher Stopfbüchsen unter unmittelbarer Steuerung des Ventils
durch den Arbeitskolben auf besonders einfache Weise die oben geschilderten Nachteile
ausgleichen. Gemäß der Erfindung wird dadurch, daß die elastische Abdichtung am
Beginn des Kolbenhubes entweder teilweise oder aber vollständig von der Reibungs-,
d. h. Zylinderfläche absteht und erst mit fortschreitendem Kompressionshub gegen
die Dichtungsfläche angepreßt wird, nicht nur eine stetig abdichtende Flüssigkeitsförderung,
sondern auch eine verminderte Abnutzung durch Wärmedeformationen erreicht.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
und Darstellung von Ausführungsbeispielen, ohne daß die Erfindung jedoch auf diese
Beispiele beschränkt wäre.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsformen für die Erfindung dargestellt,
und zwar bei Anwendung derselben an einem Hauptzylinder sowie an einem Antriebszylinder
einer hydraulischen Bremse für Kraftfahrzeuge.
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Fig. I ist ein Längsschnitt durch die Vorrichtung mit Flüssigkeitsbehälter,
Arbeitskolben und Ventilkörper gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
durch einen Zapfenansatz des metallischen Arbeitskolbens gemäß Fig. I ; Fig. 3 zeigt
den Umriß eines Querschnittes durch die Stirnseite des metallischen Teiles des Ventilkörpers
bzw. einer metallischen Topfscheibe an demselben gemäß Fig. I; Fig. 4 zeigt einen
Längsschnitt durch eine geänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 5 zeigt den Umriß eines Querschnittes durch die Stirnseite des metallischen
Teiles des Ventilkörpers bzw. einer metallischen Topfscheibe an derselben gemäß
Fig. 4; Fig. 6 zeigt im Längsschnitt einen Antriebszylinder für eine Flüssigkeitsbremse
mit zwei einander gegenüberliegenden Kolben gemäß der Erfindung.
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Gemäß Fig. I sind in einem Hauptzylinder c ein Arbeitskolben a und
ein Ventilkörper mit einem metallischen Teil b angeordnet, die voneinander durch
den Druck der Feder d in Abstand gehalten werden.
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Der Kolben a weist einen metallischen Kopfteil a' auf, dessen Durchmesser
im wesentlichen gleich der lichten Weite des Zylinders c ist und der einen Zapfen
a'' besitzt, auf welchen ein elastisches Teil e, z. B. aus Gummi, aufgeschoben ist.
Dieses Teil besitzt einen größeren Durchmesser, welcher im allgemeinen etwas kleiner
ist als die lichte Weite des Zylinders c.
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Der Zapfen a'' besitzt mehrere sich über seine ganze Länge erstreckende
Längsnuten a''' und eine Ringnut a'''' (Fig. 2), die an der Stelle der mittleren
Symmetrieachse des Teiles e angeordnet ist, um der Flüssigkeit des Zylinders c freien
Durchfluß zu der Längsbohrung dieses Teiles zu ermöglichen, welche sich durch die
gesamte Breite desselben erstreckt.
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Auf dem Zapfen ä' ist ein Teller oder eine Topfscheibe f gleitend
aufgeschoben, gegen welche sich die Feder d abstützt. Die kleinere Feder g am Ende
des Zapfens a'' steht unter dauerndem Druck zwischen der Scheibe f und einer Anschlagscheibe
h und dient dazu, das Teil e in Ruhestellung der Vorrichtung in axialer Richtung
zusammenzudrücken und es in radialer Richtung auszudehnen, um es derartig mit der
Stelle seines größten Durchmessers in dauernder Berührung mit der Zylinderwandung
zu halten. Eine Metallscheibe i und ein Sprengring k verhindern das Heraustreten
des Kolbens a an der Zylinderseite, an welcher eine Druckstange l eintritt. Diese
Stange Z ist mit einer Druckvorrichtung, z. B. mit einem Bremsfußhebel, verbunden.
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Dem Kolben a ist ein Ventil mit einem metallischen Kolben b gegenüber
angeordnet, welches in Ruhestellung unter dem Druck der Feder d gegen den Boden
des Zylinders anliegend gehalten wird. Der größte Durchmesser dieses metallischen
Kolbens ist im wesentlichen gleich der lichten Weite des Zylinders c und besitzt
einen dünnen Zapfen m, auf welchen das dehnbare Teil e' aufgeschoben ist. Dieses
Teile' kann die gleichen Abmessungen wie das elastische Teil e des Kolbens
a aufweisen. Der Zapfen in und der Kolben b weisen über ihre ganze Länge bzw. Breite
eine Längsbohrung n auf, um die Verbindung zwischen dem Zylinder und der äußeren
hydraulischen Leitungsanlage herzustellen. Eine Querbohrung o im Zapfen m, welche
an der Stelle der mittleren Symmetrieebene des Teiles e' angebracht ist, sichert
den freien Zutritt der Flüssigkeit von dem Zylinder c zu der Längsbohrung des elastischen
Teiles e'. Der Zapfen m trägt gleitend einen Teller oder eine Topfscheibe
p, gegen welche sich die Feder d abstützt. Der Kolben b besitzt an
seinem Umfang einen ringförmigen Kanal q, welcher durch die Bohrung r mit dem sich
oberhalb des Zylinders befindlichen Reservebehälter s in Verbindung steht, sowie
eine Anzahl von Längsnuten t (Fig. 3) ; entsprechende Längsnuten t sind auch am
Umfang der Scheibe p angebracht.
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Das Teil e' kommt gewöhnlich mit der Wand des Zylinders c längs seines
gesamten elastischen Umfangs nicht zur Anlage, so daß ein freier Durchfluß für die
Flüssigkeit vom Reservebehälter s zum Innern des Zylinders c rings am Umfang der
Scheibe p, des Teiles e' und des Kolbens b möglich ist. Außerdem ist eine
elastische Dichtung e", welche die gleichen Abmessungen wie die Teile
e und e'
besitzen kann und mittels eines Ausdehnungsröhrchens u radial
ausgedehnt wird, bis sie mit der
Wand des Zylinders in dauernder
Berührung steht, in die Bohrung des Zylinders eingeführt und dient als Abdichtung
gegen den Zylinderboden.
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Beim Beginn des Druckhubes des Kolbens a bei von Flüssigkeit entleerter
Vorrichtung wird das Teil e des Kolbens a durch die Feder d axial zusammengedrückt.
Beim Vorwärtshub des Kolbens steigt die Spannung der Feder d und steigert den von
der Feder g ausgeübten mechanischen Druck, um das Teil e in radialer Richtung noch
weiter auszudehnen, während das Element e' des Ventilkolbens b durch die Feder d
ebenfalls, und zwar mit zunehmender Spannung axial zusammenpreßt und radial ausgedehnt
wird, bis es am Ende des Druckhubes des Kolbens a an der Mitte seines Umfanges elastisch
mit der Zylinderwand in Berührung tritt. Hierbei wird die Luft von dem Umfang der
Teile p und b her aus dem Zylinder gegen den Reservebehälter gedrängt. Beim Rückwärtshuib
des Kolbens a und dem Abnehmen des mechanischen Druckes der Feder d zieht sich das
Teil e' radial zusammen, entfernt sich von der Wand des Zylinders und stellt somit
die Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Reservebehälter wieder her. Hierdurch
wird Flüssigkeit aus dem Reservebehälter s in den Zylinder c angesaugt, bis letzterer
vollständig gefüllt ist.
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Wird nun der Kolben a wiederum in den Zylinder c vorbewegt, so entsteht
ein bestimmter Widerstand gegen den Durchtritt der Flüssigkeit am Umfang des Ventilkolbens
b, so daß der hydraulische Druck in axialer Richtung auf die beiden Teile e' und
e'' und radial auf deren innere Wände wirkt. Dieser hydraulische Druck kommt zusätzlich
zu dem axialen mechanischen Druck der Feder d zur Wirkung, um die radiale Ausdehnung
der Elemente e', e'' des Kolbens b zu sichern, bis die Abdichtung gegen die Zylinderwand
heim Anfang des Hubes hergestellt ist, um den Flüssigkeitsstromkreis gegen die Reservebehälter
s abzuschließen. Die Vorrichtung steht nun bereit, den hydraulischen Druck auf das
Bremssystem zu übertragen. Beim Nachlassen des Druckes wird der Kolben a durch die
Feder d in dem Zylinder c zurückgeführt, die Teile e', e'' ziehen sich radial zusammen,
und die Verbindung mit dem Reservebehälter s ist am Umfang des Kolbens b wiederhergestellt.
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Die abgeänderte Ausführungsform gemäß Fig. 4 besteht lediglich in
der Anordnung des Kolbens b, der sich, anstatt im Zylinder c unbewegt zu bleiben,
gemeinsam mit dem Hauptkolben a bewegt, um die Verbindung zum Reservebehälter s
zu steuern. Da die Wirkungsweise des Kolbens a bei beiden Ausführungsformen die
gleiche ist, soll die Beschreibung auf die Wirkungsweise des abgeänderten Kolbens
b beschränkt werden.
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Das elastische Teil e' wird auf dem Ringansatz v der metallenen Scheibe
p und zwischen der Scheibe p und dem Kolben b des Ventils unter dem entgegenwirkenden
Druck der Feder d und der kleinen Ausgleich- und Rückstellfeder w gehalten. Der
Kolben b kann einen beschränkten ringförmigen Teil x an seinem der Bohrung r für
die Verbindung mit dem Reservebehälters entsprechenden vorderen Teil aufweisen und
von dem elastischen Dichtungsteil e'' am Zylinderboden durch die entgegenwirkende
Spannung der kleinen Feder w in geringerem Abstand gehalten werden, welche sich
gegen den Boden des Zylinders und in der Längsausnehmung des metallischen Kolbens
b abstützt. Die Teile p, e', b und e'' sind der Länge nach vollständig durchbohrt,
um der Flüssigkeit zwischen dem Zylinder und dem Bremssystem freien Durchgang zu
verschaffen. Die Teile p, b können z. B. mit vier kleinen Nuten y an ihrem Umfang
versehen sein (Fig. 5), die den Durchtritt von Luft zwischen dem Innern des Zylinders
und dem Reserveibehälter über dem Umfang des Teiles e' erleichtern, welches im normalen
Zustand vollkommen von der Zylinderwand absteht.
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Am Beginn des Druckhubes des Kolbens a bei von Flüssigkeit entleerter
Vorrichtung wird der Kolben b unter Wirkung der Feder d, welche sofort den Widerstand
der kleinen Feder w überwindet, gegen den Zylinderboden hin verstellt und kommt
in Berührung mit dem elastischen Teil e''. Die Luft im Zylinder wird gegen den Reservebehälter
rund um den Umfang des Kolbens b, wie beschrieben, herausgetrieben, und zwar während
des ganzen Druckhubes des Kolbens a, da die Spannung der Feder d allein nicht
genügt, um das Teil e des Kolbens b bis zur Dichtungsberührung mit der Zylinderwand
radial auszudehnen. Beim Nachlassen des Druckes wird der Kolben a durch die Feder
d in den Zylinder zurückgeführt, während sich der Kolben b von dem Dichtungselement
e'' zurückzieht, wobei die Flüssigkeit aus dem Reservebehälter in den Zylinder hereingesaugt
wird. Nachdem die Luft aus dem Zylinder völlig beseitigt ist, wirkt die Flüssigkeit
zusammen mit dem mechanischen Druck der Feder d, um das Teil e' radial auszudehnen,
bis die Dichtungsberührung mit der Zylinderwandung am Beginn des Hubes, wie beschrieben,
hergestellt ist.
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Da bei dieser Ausführungsform die Zufuhr von Flüssigkeit in den Zylinder
durch die Aufsnehmung des Kolbens b hindurch anstatt ausschließlich rings über den
Umfang desselben wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform erfolgt, kommt der
mechanische axiale Druck der Feder d auch im geringeren Maße hinsichtlich der radialen
Ausdehnung des Elementes e' zur Auswirkung, weil rings am Umfang der metallischen
Teile p, b ein wesentlich geringerer Raum y besteht und folglich dort ein
stärkerer Widerstand gegen den Durchflu-ß der Flüssigkeit entsteht als bisher, so
daß dieser in höherem Maße zu der radialen Ausdehnung beiträgt. Diese Tatsache ermöglicht
die Anwendung einer leichteren RücksteWeder als bei der vorbeschriebenen Ausführungsform.
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Beim Nachlassen des Druckes zieht sich das Element e' zusammen, entfernt
sich radial von der Wand: des Zylinders und läßt somit den Kolben b vollkommen frei,
der sich vorn Dichtungsteil e" löst. Ohne ein solches radiales Zusammenziechen
des
Teiles e' oder bei einer Abdichtung mittels einer gewöhnlichen kalottenförmigen
Dichtung könnte der Kolben wegen des erhöhten Reibungswiderstandes gegen die Wand
des Zylinders am Ende seines Rückhubes nicht frei werden, so daß der Flüssigkeitskreislauf
zum Reservebehälter geschlossen Neiben würde, besonders dann, wenn wegen einer öfteren
Betätigung der Vorriehtung eine übermäßige Menge von Flüssigkeit in den Zylinder
eingeführt worden wäre.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ,sind zwei dehnbare, elastische
Teile e in einem bei Kraftfahrzeugen üblichen Antriebszylinder I für die Steuerung
der Bremsbacken einander gegenüber angeordnet.
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Diese Teile e stehen zwischen metallischen Kolben 2, 3 und den Bodenteilen
4, 5 gegeneinander unter der Wirkung der Rückstellfeder 6 und der Ausgleichfeder
7, welche sie voneinander in Abstand halten. Der Hub der einander gegenüberliegenden
Kolben gegen die Mitte des Zylinders hin ist durch einen nicht dargestellten Anschlag
begrenzt, welcher von dem gegen den inneren Rand der Bremsbacken in bekannter Weise
angebrachten Exzenter gebildet sein kann. Die Feder 7 ist zweckmäßig in je einer
ringförmigen Ausnehmung der Teile 4, 5 eingesetzt. Im Normalzustand stehen die Teile
4, 5 unter geringem Abstand voneinander in der Mitte des Zylinders I.
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Die zylindrischen Verlängerungen 2', 3' der Kolben 2, 3 treten frei
in,die Längsnuten der Teile e ein und dienen zur Begrenzung des freien Raumes in
denselben. Die Teile e, deren größter Durchmesser gewöhnlich etwas kleiner ist als
die lichte Weite des Zylinders I, werden von ringförmigen Ansätzen 4', 5' derTeile
4, 5 gehalten. Die Spannung der Federn 6, 7 drückt die Teile e in axialer Richtung
zusammen und dehnt sie radial aus, bis sie in solcher dauernden Berührung mit der
Zylinderwandung stehen, daß sie eine anfängliche hydraulische Dichtung sichern und
den Eintritt von Luft in den Zylinder verhindern. Infolge des von der Steuerpumpe
her durch die Eintrittsöffnung des Zylinders 8 wirkenden hydraulischen Druckes verstellen
sich die gegenüberstehenden Kolben 2, 3 gegeneinander nach außen, um den Bremshub
entgegen der mechanischen Spannung der Feder 6 auszuführen, wobei dieTeile e unter
dem hydraulischen Druck radial stärker ausgedehnt werden, um die Abdichtung, wie
beschrieben, zu gewährleisten.
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Beim Nachlassen des Druckes ziehen sich die elastischen Teile e radial
zusammen und stoßen die Flüssigkeit aus ihrer Innenausdehnung heraus, während die
Kolben 2, 3 durch die Feder 6, welche eine größere Spannung als die Feder 7 besitzt,
gegen die Zylindermitte zurückgeführt werden. Auf diese Weise wird der Reibungswiderstand
beim Rückhub der Kolben 2, 3 auf ein geringes Maß beschränkt. Der axiale, mechanische
Druck, dem die Teile e dauernd unterworfen sind, genügt, ihre Berührung mit der
Zylinderwandung stets unter allen Umständen zu sichern und auf diese Weise thermische
Verformungen irgendwelcher Art, welche in den elastischen Teilen infolge der Reibungswärme
beim Bremsen entstehen könnten, auszugleichen.
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Es versteht sich von selbst, daß die Form und Anordnung der oben beschriebenen
Teile lediglich Beispiele praktischer Ausführungen des Grundprinzips gemäß der Erfindung
angeben und daß deren bauliche Einzelheiten geändert werden können, ohne aus dem
Bereich der Erfindung zu kommen.