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Betätigungsgerät für pneumatisch-hydraulische Servo-Bremseinrichtungen,
insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf Betätigungsgeräte
für pneumatisch-hydraulische Servo-Bremseinrichtungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
deren Flüssigkeitsbremse von einem bestimmten, wählbaren Flüssigkeitsdruck an ihren
Druck allein durch eine pneumatische Hilfskrafteinrichtung erhält, die mit dem Betätigungsgerät
nur Leitungsverbindung hat. Die an Kraftfahrzeugbremseinrichtungen zu stellende
Forderung, daß die Reaktionskraft am Bedienungshebel ein richtiges Gefühl für die
Größe der erzielten Bremswirkung jederzeit vermittelt, ist bei Betätigungsgeräten
der genannten Gattung nicht einfach zu erfüllen. Eine unmittelbare Rückwirkung des
von der Hilfskrafteinrichtung verstärkten Flüssigkeitsdruckes auf den Bedienungshebel
ist nicht erwünscht und übrigens auch nicht durchführbar, da nach Einschaltung der
Hilfskrafteinrichtung die Flüssigkeitsleitungsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdruckhauptzylinder
der Hilfskrafteinrichtung und dem Flüssigkeitsdrucksteuerzylinder des Betätigungsgerätes
unterbrochen wird, um nicht auf den Flüssigkeitsdrucksteuerkolben den durch die
Hilfskrafteinrichtung erzeugten hohen Flüssigkeitsdruck einwirken zu lassen.
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Die genannte Forderung wird nach der Erfindung bei Betätigungsgeräten
der eingangs beschr iebenien Gattung mit zuverlässigen, nur wenig Raum
in
Anspruch nehmenden Mitteln erfüllt. Erfindungsgemäß wird bei den beschriebenen Betätigungsgeräten
der pneumatische Druck der Hilfskrafteinwichtung im Betätigungsgerät durch ein Luftein-
und -auslaßventil gesteuert, das mit einem pneumatischen Kolben zusammenwirkt, auf
den dieselben Luftdrücke einwirken wie auf den Arbeitskolben des Kraftverstärkers
und der mit dem Kolben eines Flüssigkeitssteuerzylinders, dessen hydraulische Verbindung
mit den Bremszylindern beim Wirksamwerden des Kraftverstärkers unterbrochen wird,
fest verbunden ist und mit der Betätigungsstange kraftschlüssige Verbindung über
eine vorgespannte Feder hat, deren Spannung durch einen kleineren Kolben geändert
werden kann, auf den der im Flüssigkeitssteuerzylinder erzeugte Druck einwirkt.
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Der erwähnte pneumatische Kolben dient nicht zur unmittelbaren Erhöhung
des Druckes im Flüssigkeitsbremskreis. Vielmehr hat er die Funktion eines Abstufungskolbens
für das Luftsteuerventil. Die ihn beaufschlagende Druckdifferenz entspricht der
an der vom Luftsteuerventil beeinflußten Hilfskrafteinrichtung wirksamen Druckdifferenz.
Durch sie wird eine mit der Betätigungskraft gleichgerichtete Steuerkraft erzeugt.
Das Luftsteuerventil und der Kolben des Flüssigkeitsdrucksteuerzylinders wirken
als eine Nachfolgesteuerung. Der Abstufungskolben erzeugt eine zur Kraft in der
Betätigungsstange hinzukommende Kraft auf den Kolben des Flüssigkeitsdrucksteuerzylinders.
Über das im Flüssigkeitsdrucksteuerzylinder eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen
und einen kleinen im Flüssigkeitsdrucksteuerkolben gelagerten Reaktionskolben sowie
eine den Reaktionskolben belastende Abstufungsfeder wird die Kraftverstärkung als
Reaktionskraft auf die Betätigungsstange übertragen. Durch die Wahl der Größe des
Abstufungskolbens hat man, es in der Hand, im Flüssigkeitsdrucksteuerzylinder einen
dem jeweiligen Flüssigkeitsbremsdruck proportionalen Flüssigkeitsteildruck wirksam
werden zu lassen. Die zusätzlich auf diese Weise erzeugte Federspannung ist ein
Maß für die von der Hilfskrafteinrichtung erzeugte, von dem Kräftespiel am Luftsteuerventil
abhängige Bremswirkung.
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Es sind Bremsgeräte für Mehrkreisbremsanlagen mit gleichachsig angeordneten
Bauteilen bekannt, die zwischen einem Flüssigkeitszylinder und einem Luftsteuerventil
einen Kolben enthalten, der von einer vom Luftsteuerventil eingesteuerten Druckdifferenz
beaufschlagt wird und auch zur Verstärkung des durch Muskelkraft erzeugten Flüssigkeitsdruckes
dient. Bei diesen Bremsgeräten wird über ein vielteiliges Hebelsystem eine Komponente
der zusätzlich auf die Flüssigkeitsbremse ausgeübten Kraftwirkung als Reaktionskraft
auf die Betätigungsstange geleitet, um die vergrößerte Bremswirkung dem Bedienenden
zu vermitteln. Ein solches Hebelsystem mit mehreren Umlenkhebeln und Bolzengelenken
benötigt eine Mindestbaugröße, die weit mehr Platz als das Betätigungsgerät nach
der Erfindung beansprucht. Bei hydraulischen Bremsen mit pneumatischem Kraftverstärker,
der mit dem Betätigungsorgan in einem Bauteil vereinigt ist, ist es bekannt, den
pneumatischen Druck des Kraftverstärkers durch ein Ventil zu steuern, das mit dem
Arbeitskolben des Kraftverstärkers zusammenwirkt, der mit dem Flüssigkeitshauptzylinder
fest verbunden ist und mit der Betätigungsstange kraftschlüssige Verbindung über
eine vorgespannte Feder hat.
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Weiterhin ist es bekannt, den Kolben des Hauptzylinders als hohlen
Tauchkolben auszubilden und in ihm einen kleinen Reaktionskolben unterzubringen,
auf den der im Hauptzylinder herrschende Druck einwirkt und der eine dem Bremsdruck"
.entsprechende Rückwirkungskraft auf die Betätigungsstange ausübt, um dem Fahrer
ein Gefühl für die erreichte Bremswirkung zu geben.
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Um das Betätigungsgerät nach der Erfindung in die Form eines geschlossenen
kleinen Bauteils zu bringen, das sich z. B. unter dem Fußbrett des Fahrerraumes
eines Kraftwagens unterbringen läßt, sind in einem gemeinsamen Gehäuse der Kolben
eines Flüssigkeitsdrucksteuerzylinders und die Organe eines Luftsteuerventils gleichachsig
zueinander angeordnet, und das Luftsteuerventil liegt zwischen dem Flüssigkeitsdrucksteuerzylinder
und einer zur Bedienung des Gerätes bestimmten Betätigungsstange.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben des Flüssigkeitsdrucksteuerzylinders
ein Tauchkolben. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau des Betätigungsgerätes;
es wird auch ein Dichtungsglied gegenüber einer Ausführung mit gewöhnlichem Kolben
eingespart.
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Die Abdichtung zwischen dem Flüssigkeitsdrucksteuerzylinder und dem
Luftsteuerventil erfolgt durch zwei Dichtungsglieder, die an dieser Stelle hintereinander
angeordnet sind und zwischen denen sich ein mit der Außenluft verbundener Raum befindet.
Durch diese Anordnung wird mit Sicherheit vermieden, daß Druckluft in das Flüssigkeitsnetz
eintritt, oder umgekehrt.
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Die Merkmale des Erfindungsgegenstandes sind anwendbar bei Betätigungsgeräten
für Mehrkreisbremsanlagen, insbesondere Servo-Bremsanlagen, deren pneumatischer
Bremskreis ein Druckluftkreis oder ein Saugluftkreis ist. Sie können zusätzlich
für indirekte oder direkte Steuerung eines pneumatischen Bremskreises in solchen
Anlagen ver--wendet werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch darge= stellt, und zwar zeigt Fi,g. z ein Betätigungsgerät mit einem
Steuerventil für einen indirekt wirkenden Druckluftbremskreis und Fig.2 ein Betätigungsgerät
mit einem Steuerventil für einen Sauglu@tbremskreis.
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In beiden Figuren sind-die Teile des Luftsteuerventils gegenüber den
übrigen Teilen des Gerätes vergrößert wiedergegeben. Der notwendige Durchmesser
des Steuerkolbens wird bestimmt durch die erwünschte Größe der von ihm erzeugten
Reaktionskraft
auf die Betätigungsstange, die zur Erzeugung eines
richtigen Bremsgefühls für den Bedienenden erforderlich ist.
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Das Gehäuse 3 des Betätigungsgerätes umschließt einen Flüssigkeitsdrucksteuerzylinder
4, einen Zylinder 5 für den Kolben 9 des Luftsteuerventils und einen über beiden
angeordneten. Flüssigkeitsvorratsbehälter 6. In der Gehäusezwischenwand 7 ist ein
Tauchkolben 8 gelagert, der in dem Flüssigkeitsdrucksteuerzylinder 4 arbeitet. Mit
dem Tauchkolben 8 flanschartig fest verbunden ist der Steuerkolben 9 des Luftsteuerventils.
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Der Tauchkolben 8 wird in der Gehäusewand 7 durch zwei hintereinander
angeordnete Dichtungsglieder 12 geführt, zwischen denen sich eine kleine Ringkammer
13 befindet, die mit der Außenluft über eine Bohrung 14 Verbindung hat.
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Der Boden Io des Tauchkolbens 8 trägt einen kleinen Bund II, der zur
Betätigung eines bekannten, die Öffnung zum Vorratsbehälter 6 überwachenden, federbelasteten
Kippventils 15 dient. Die Austrittsöffnung 16 des Steuerzylinders 4, an die eine
zum Hauptzylinder einer Hilfskrafteinrichtung führende Leitung angeschlossen wird,
ist mit einem bekannten Bodenventil 17 versehen.
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In dem Kolbenglied 8, 9 ist ein Ventilsteuerkörper 18 gelagert, dessen
rohrförmiger Schaft I9 die Gehäusewand 2o durchdringt. Eine Antriebsstange 21 hat
durch eine (nicht gezeichnete) Feder kraftschlüssige Verbindung mit dem Ventilsteuerkörper
18. Auf den rohrförmigen Schaft I9 ist ein Ventilkörper 22 aufgesetzt, der von einer
sich gegen einen Bund 23 des Schaftes I9 abstützenden Feder 24 belastet wird. Die
Dichtungsscheibe 26 des Ventilkörpers 22 arbeitet mit dem Auslaßventilsitz 25 des
Ventilsteuerkörpers 18 und dem Einlaßventilsitz 27, der sich am Steuerkolben 9 befindet,
zusammen.
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Innerhalb des hohlen Tauchkolbens 8 befindet sich ein hülsenförmiger
Reaktionskolben 28, der von einer Abstufungsfeder 29 gegen den Boden Io des Tauchkolbens
gedrückt wird. Der Reaktionskolben 28 wird ebenso wie der Tauchkolbenboden Io von
einem in den Ventilsteuerkörper 18 eingeschraubten Zuganker 3o durchdrungen, dessen
Kopf 39 sich von außen gegen den Tauchkolbenboden Io legt. Die Abstufungsfeder 29
ist vorgespannt, und zwar wird die Vorspannung mittels des Zugankers 30 so eingestellt,
daß etwa bis zu einem Druck im Flüssigkeitsbremskreis, der dem Anlegen der Bremsbacken
entspricht, das Kolbenglied 8, 9 zusammen mit dem Ventilsteuerkörper 18 wie ein
starrer Körper wirkt.
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Das Kolbenglied 8, 9 wird von einer Rückführfeder 31 gegen einen innerhalb
des Zylinders 5 angeordneten Anschlag 32 gedrückt. Die Ventilkammer 33 besitzt einen
Anschlußstutzen 34 für eine Leitung zu einem Druckluftbehälter; am Zylinderraum
5 ist ein Stutzen 35 vorhanden, über den eine Verbindung mit der beim Bremsen zu
entlüftenden Kammer eines Zweikammerarbeitszylinders beispielsweise einer Hilfskrafteinrichtung
hergestellt wird. Der Tauchkolbenboden Io enthält Durchtrittsöffnungen 38 für Druckflüssigkeit.
Im Steuerkolben 9 sind Durchbohrungen 36 und im Ventilsteuerkörper 18 Durchbohrungen
37 angebracht. Der Ventilsteuerkörper 18 enthält weiterhin eine nicht dargestellte
Durchbohrung, über welche der zwischen Ventilsteuerkörper 18 und Reaktionskolben
28 liegende Innenraum des Tauchkolbens 8 ständig mit dem Innern des Schaftes I9,
also mit der Außenluft, verbunden ist.
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Die Wirkungsweise des Betätigungsgerätes nach Fig. I ist folgende:
Wenn über einen Betätigungshebel eine Druckkraft auf die Antriebsstange 21 ausgeübt
wird, schieben sich das Kolbenglied 8, 9 und der Ventilsteuerkörper 18 gegen die
Spannung der Feder 31 innerhalb des Gehäuses nach rechts. Das Kippventil wird geschlossen,
und vom Tauchkolben 8 wird Flüssigkeit aus dem Druckflüssigkeitssteuerzylinder 4
über den Anschluß 16 in das Flüssigkeitsleitungsnetz der Bremsanlage gefördert.
Die Bremshacken werden dadurch zur Anlage gebracht.
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Anschließend steigt bei zunehmender Betätigungskraft der Flüssigkeitsdruck
im Zylinder 4 schnell an, wodurch einem weiteren Eindringendes Tauchkolbens 8 in
den Zylinder 4 erhöhter Widerstand entgegengesetzt wird. Unter Zusammendrückung
der vorgespannten Abstufungsfeder 29 bewegt sich der Ventilsteuerkörper 18 relativ
zum Kolbenglied 8, 9 nach rechts. Das Einlaßventil 26, 27 schließt sich, so daß
die über die Bohrungen 36 bestehende Verbindung der Ventilkammer 33 mit dem Zylinderraum
5 unterbrochen wird, und das Auslaßventil 25, 26 öffnet sich gegen die Spannung
der Feder 24. Luft entweicht über die Öffnungen 36 und 37 in den offenen rohrförmigen
Schaft I9. Dadurch erfährt der Zylinderraum 5 und ein mit ihm über den Anschluß
35 verbundener Druckluftkreis eine Drucksenkung, durch die eine Hilfskrafteinrichtung
für den Flüssigkeitsbremskreis betätigt wird. In bekannter Weise wird der Flüssigkeitsbremskreis
beim Wirksamwerden der Hilfskrafteinrichtung vom Zylinderraum 4 getrennt.
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Sobald die soeben beschriebene Ventilumsteuerung gegen die Spannung
der Abstufungsfeder 29 vor sich gegangen ist; wird an der beaufschlagten Ringfläche
des Steuerkolbens 9 eine Druckdifferenz wirksam, die der an der Hilfskrafteinrichtung
wirkenden entspricht. Zu der auf den Tauchkolben 8 wirkenden Betätigungskraft addiert
sich eine vom Steuerkolben 9 erzeugte Kraft. Der Tauchkolben dringt infolgedessen
weiter in den Zylinderraum 4 ein. Das von ihm verdrängte Flüssigkeitsvolumen strömt
durch die Öffnungen 38 in das Innere des Tauchkolbens 8 und schiebt unter weiterer
Zusammendrückung der Abstufungsfeder 29 den Reaktionskolben 28 relativ zum Tauchkolben
8 nach links. Über den Reaktionskolben 28 und die Abstufungsfeder 29 wird so auf
die Antriebsstange 21 eine zusätzliche Reaktionskraft ausgeübt, die der von dem
Luiftsteuerventil gesteuerten Kraftwirkung der Hilfskrafteinrichtung proportional
ist.
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Das zur Steuerung eines Saugluftbremskreises dienende Steuerventil
nach Fig.2 unterscheidet
sich im Aufbau etwas von dem in Fig. I
gezeigten Steuerventil. Der Durchmesser des Steuerkolbens 59 ist wegen der kleineren
zur Verfügung stehenden Drücke etwas größer auszuführen als der des Steuerkolbens
9 nach Fig. I. Der Einlaßventilsitz 4I hat kleineren Durchmesser als der Sitz 42
des Außlaßventils 42, 43. Der Ventilkörper 44 mit der Dichtungsscheibe 43 ist innerhalb
einer von der Wand 45 umschlossenen Kammer, die über die Bohrungen 46 stets mit
der Atmosphäre verbunden ist. auf dem Ventilsteuerkörper 4o gelagert. Über den Anschlußstutzen
47 der Kammer 48 besteht Leitungsverbindung zu derjenigen Kammer eines Zweikammerbremszylinders,
die beim Bremsen mit der Atmosphäre verbunden wird. An den Stutzen 49 des Zylinderraumes
50 ist eine Saugluftquelle und die zweite Kammer des Zweikammerbremszylinders angeschlossen.
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Eine Umsteuerung des Ventils nach Fig. 2 hat ein der Fig. I entsprechendes
Kräftespiel zwischen dem Kolbenglied 58, 59 und dem Ventilsteuerkörper 4o zur Folge.
Die Reaktionskraft auf die Antriebsstange 2I wird in gleicher Weise wie bei dem
Betätigungsgerät nach Fig. I vergrößert.