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Druckflüssigkeitsbremseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem pneumatischen Bremsverstärker
Die Erfindung betrifft eine Druckflüssigkeitsbremseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem pneumatischen Bremsverstärker, der nur hydraulische Verbindung mit dem Druckflüssigkeitshauptzylinder hat, und der einen pneumatischen Hilfskraftzylinder und einen hydraulischen Verstärkerzylinder enthält, deren zugehörige Kolben starr miteinander verbunden und konzentrisch zu einem durch den Hauptzylinder gesteuerten und seinerseits die Beaufschlagung des Hilfskraftkolbens steuernden Steuerkolben angeordnet sind, wobei der im hydraulischen Verstärkerzylinder erzeugte Druck eine Reaktionskraft in der genannten hydraulischen Verbindung erzeugt.
Bei diesen bekannten Bremseinrichtungen wird der Steuerkolben mittels eines Anschlages vom Verstärkerkolben im Sinne der Bremsverstärkung mitgenommen. Dadurch ergibt sich eine Veränderung des Flüssigkeitsvolumens im Steuerzylinder, die sich auch am Bremspedal bemerkbar macht und beim Fahrer das Gefühl der Unsicherheit hervorrufen kann.
Nach der Erfindung ist bei Druckflüssigkeitsbremseinrichtungen der genannten Gattung der mit dem Hilfskraftkolben verbundene Verstärkerkolben im Sinne der Bremsverstärkung frei gegenüber dem Steuerkolben verschiebbar ; ferner werden die Bewegungen eines zum Abschliessen des Steuerkolbenraumes dienenden Ventils einerseits durch den Steuerkolben oder den Verstärkerkolben, anderseits durch die entgegenwirkende Spannung einer Feder bestimmt ; die hydraulische Verbindung vom Steuerkolbenraum zum Verstärkerzylinder wird durch das als Doppelsitzventilkörper. ausgebildete Ventil gesteuert, der sowohl mit der Stirnfläche des ringförmigen Verstärkerkolbens als auch mit der Stirnflache der längsdurchbohrten Kolbenstange des Steuerkolbens zusammenwirkt ;
und die für das Verstellen des Doppelsitzventilkörpers benötigte Relativbewegung zwischen Steuerkolben und Verstärkerkolben ist kleiner als die zum Umsteuern eines Luftein- und -auslassventils für den pneumatischen Verstärker benötigte Relativbewegung zwischen Steuerkolbensatz und Verstärkerkolbensatz.
Der eingangs erwähnte Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt. Ausserdem bietet die Erfindung den Vorteil, dass das erwähnte Ventil keinen gehäusefesten Anschlag benötigt, auf dem es sich in seiner Offenstellung abstützt. Das hydraulische Ventil unterbricht vor jeder Abschlussstellung des Luftventils die Verbindung zwischen dem Steuerzylinder und dem Verstärkerzylinder, und danach wird das die Beaufschlagung des Verstärkerkolbens überwachende Luftventil nach Art einer Folgesteuerung derart umgesteuert, dass vom Hilfskraftglied eine Druckerhöhung in dem hydraulischen Verstärkerzylinder erzeugt wird.
Vorzugsweise hat der Steuerzylinder kleineren Durchmesser als der Verstärkerzylinder. Dadurch werden bei geschlossenem Ventil ungewollte, also nicht vom Bremshebel des Hauptzylinders gesteuerte Verschiebungen der Kolbenglieder im Verstärkergerät vermieden. Es sind nur Bewegungen möglich, bei denen die damit verbundenen Volumenverschiebungen innerhalb der hydraulischen Räume durch die funk- tionsm ssig erforderlichen Relativbewegungen zwischen Steuerkolben und Verstärkerkolben aufgenommen werden. Alle übrigen Verschiebungen der Kolbenglieder erfordern, dass mindestens ein ausserhalb des Verstärkergerätes liegendes Volumen des hydraulischen Bremssystems sich verändert. Das ist bevorzugt das Flüssigkeitsvolumen des Hauptzylinders, so dass sich der Hauptzylinderkolben und damit der Bremshebel verstellt.
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Erfindungsgemäss enthält der Doppelsitzventilkörper eine Drosselbohrung, durch die der Verstärkerzylinder bei vom Steuerkolbensatz abgehobenem Ventilkörper mit dem Steuerkolbenraum verbunden wird.
Hiedurch wird das Abströmen des restlichen Flüssigkeitsvolumens, das zum vollständigen Lösen der Bremsen erfolgen muss, aus dem Verstärkerzylinder heraus ermöglicht. Die Drosselöffnung ist so bemessen. dass
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folgen müssen, in etwa der gleichen Zeit vor sich gehen wie der Druckausgleich am pneumatischen Hilfskraftglied.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Fig. l zeigt einen schematischen Mittelschnitt durch ein ZweikammerverstärkergerÅat. In Fig. 2a, 2b und 2c ist in grösserem Massstab das Luftein-und-auslassventil dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 2a eine Belüftungsstellung, Fig. 2b eine Entlüftungsstellung und Fig. 2c die Abschlussstellung.
Die Fig. 3a und 3b zeigen im gleichen Massstab wie Fig. 2 einen Teilausschnitt des Verstärkerzylin- ders in zwei verschiedenen Betriebsstellungen.
Das Gehäuse 4 weist in gleichachsiger Anordnung zwei hydraulische Zylinder, nämlich einen Steuerzylinder 5 und einen Verstärkerzylinder 7, sowie zwischen beiden liegend einen pneumatischen Hilfskraftzylinder 9 auf. An einen Stutzen 6 des Steuerzylinders 5 ist der mit einem Betätigungshebel versehene übliche Hauptzylinder mit Vorratsbehälter für die Druckflüssigkeit angeschlossen. Über den Anschluss 8 des Verstärkerzylinders 7 besteht Leitungsverbindung zu den Radbremszylindern Von einer Druckluftquelle führt eine Leitung zu dem Stutzen 10 der Lufteinlasskammer 11. An den Hilfskraftzylindern 9 kann über einen Stutzen 12 eine zu einem Anhängersteuerventil führende Luftleitung angeschlossen werden.
Über die Öffnung 13 besteht Verbindung zur freien Atmosphäre.
Der Hilfskraftzylinder 9 nimmt. einen hin-und herbeweglichen Hilfskraftkolben 14 auf, dessen Füh- rungsrohr 15 in einer Gehäusezwischenwand 16 abgedichtet und verschiebbar gelagert ist. Mit dem Hilfskraftkolben 14 ist mittels eines Rohres 18 ein ringförmiger Verstärkerkolben 17 verbunden, der innerhalb des Verstärkerzylinders 7 den gleichen Hubbereich hat, wie er dem Hilfskraftkolben 14 im Zylinder 9 zur Verfügung steht. In dem Steuerzylinder 5 ist ein Steuerkolben 19 angeordnet, dessen Kolbenstange 20 das
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tilfeder 48 steht, überwacht wird.
Die Kolbenstange 20 ist in ihrem innerhalb des Führungsrohres 15 gelegenen Abschnitt mit einem Hohlkörper 23 fest verbunden, der sowohl im Kolben 14 wie auch in einem Innenbund 24 des Führungsrohres 15 abgedichtet und axial verschieblich gelagert ist. In der so gebildeten Ventilkammer 25, die über eine Bohrung 39 (Fig. 2a) mit der Lufteinlasskammer 11 verbunden ist, befindet sich ein Ringventilkörper 27, der mit einem Einlasssitz 26 am Hilfskraftkolben 14 und mit einem Auslasssitz 28 am Hohlkörper 23 zusammenwirkt (s. Fig. 2). Über Kanäle 45 und einen Hohlraum 33 kann die Ventilkammer 25 mit der Entlüftungsbohrung 13 verbunden werden. Das Luftein-und-auslassventil 26, 27,28 überwacht die Druckluftbeaufschlagung des Zylinders 9 und bestimmt somit die vom Hilfskraftkolben 14 ausübbare Kraft.
Wie aus den Fig. Sa, 2b und 2c ersichtlich ist, hängt die Einstellung des Ventils 26, 27, 28 von der jeweiligen Lage ab, welche die beiden einzeln verschiebbaren KolbsngUeder, nämlich der Hilfskraftkolben 14 und das Steuerglied 19,23 relativ zueinander einnehmen.
Der Ventilkörper 22, der in den Fig. 3a und 3b in vergrössertem Massstabe dargestellt ist, besitzt et-
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während sein. Rand ein Sitzring 31 ist. Eine Wulst 34 mit Ausschnitten 35 dient zur radialen Führung des Ventilkörpers 22 innerhalb des Zylinders 7. Die Feder 48 sucht den Ventilkörper 22 nach links zu ver schieben, so dass der Sitzring 31 gegen einen elastischen Dichtungsring 32 des Verstärkerkolbens 17 gepresst wird. Die Dichtfläche 29 des Ventilkörpers 22 arbeitet mit der ebenfalls als Ventilsitzring 30 ausgebildeten Endfläche der Kolbenstange 20 zusammen.
Wie aus Fig. 3a ersichtlich ist, besteht bei geöffnetem Ventilquerschnitt 29,30 zwischen dem Kanal 21 und dem Zylinder 7 Stxömungsverbindung über eine Drosselöffnung 36, die sich in der Seitenwand des Ventilkörpers 32 befindet. Sobald die Kclbenstange 20 sich relativ zum Verstärkerkolben 17 um das Mass e nach rechts verschoben hat, ist der Ventilquerschnitt 29,30 geschlossen. Diese Lage ist in Fig. 3b dargestellt. Es besteht dann keine hydraulische Verbindung zwischen dem vom Steuerzylinder 5 kommenden Kanal 21 und dem Verstärkerzylinder 7.
. Wenn etwa zum Auffüllen der Radbremszylinder ein stärkerer Flüssigkeitsdurchsatz im Kanal 21 auftritt, beispielsweise bei schneller Betätigung des Bremshebels am Hauptzylinder. hebt sich der Ventilkör-
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per 22 gegen die Spannung der Feder 48 vom Dichtungsring 32 ab. Die Wirkung der Drosselöffnung 36 ist dann praktisch ausgeschaltet. In entgegengesetzter Strömungsrichtung, also in der Endphase des Lösens der Bremsen, geht der Flüssigkeitsstrom vom Zylinder 7 in den Kanal 21 der Steuerkolbenstange 20 auf jeden Fall durch die Drosselöffnung 36.
Bei gelösten Bremsen besteht innerhalb der hydraulischen Anlage Leitungsverbindung vom Steuerzylinder 5 durch der Kanal 21 über den offenen Ventilquerschnitt 30,29 und die Drosselöffnung 36 zum Verstärkerzylinder 7. Der Hauptzylinder und das Flüssigkeitsleitungsnetz der Radbremszylinder haben also unmittelbar hydraulische Verbindung miteinander. Der Hilfskraftkolben 14 wird von einer Kolbenführungfeder 40 gegen gehäusefeste Anschläge 41 gehalten. Eine zwischen dem ringförmigen Verstürkerkolben 17 und einer Endfläche 37 des Körpers 23 angeordnete Abstufungsfeder 42 be /irkt, dass das Steuerkolbenglied 19, 20, 23 mit einem Bund 44 gegen einen Innenbund 24 am Führungsrohr 15 des Hilfskraftkolbens 14 geschoben wij- (i.
Das Steueeolbenglied befindet sich also innerhalb des Hilfskraftgliedes in seiner linken Endstellung. Der Unterschied des Masses von der linken Kante des Bundes 44 bis zur Endfläche 37 des Körpers 23 und des Masses vom Innenbund 24 bis zum Absatz 43 des Hilfskraftkolbens 14 ist gleich der maximal möglichen Relativverschiebung zwischen beiden Kolbengliedem, die in Fig. 2a mit dem Buchstaben a bezeichnet ist.
Eine Ventilfeder 47 hält das Luftauslassventil 27,28 geschlossen. Die zur Entlüftung 33, 13 führenden Durchbohrungen 45 im Körper 25 sind abgesperrt. Der Einlasssitz 26 am Kolbenglied 14 befindet sich dabei in einer Entfernung von der Dichtungsfläche des Ringventilkörpers 27, die grösser als das Mass e zwischen der Dichtfläche 29 des Ventilkörpers 22 und dem Sitzring 30 an der Kolbenstange 20 (Fig. 3a) ist.
Der Zylinder 9 ist über Kanäle 46 im Kolben 14 mit der Ventilkammer 25 und weiter über Durchbohrungen 39 mit der Lufteinlasskammer 11 verbunden. Auf beiden Seiten des Hilfskraftkolbens herrscht demnach der gleiche Druck.
Zu Beginn einer Bremsung, in der Phase des Anlegens der Bremsbacken, behalten die Bauteile des Verstärkergerätes- die aus den Fig. l und 2a ersichtliche Lage bei. Es wird Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder in die Radbremszylinder durch das Verstärkergerät hindurch transportiert. Wenn der Bremshe - bel schnell bewegt wird, kann sich jedoch der Ventilkörper 22 vom Dichtungsring 32 abheben, so dass an Stelle einer Drosselung durch die Öffnung 36 volle Leitungsverbindung vom Steuerzylinder 5 zum Verstärkerzylinder 7 besteht.
Bei Steigerung des Flüssigkeitsdruckes infolge zunehmender Kraftwirkung am Betätigungshebel wirkt auf das Steuerkolbenglied 19, 20 im Steuerzylinder 5 eine Kraft, die es gegen die Spannkraft der Abstufungsfeder 42 um das Mass e nach rechts verschiebt. Das Ventil 29,30 schliesst sich, wie in Fig. 3b dargestellt, wodurch die über den Kanal 21 vorher bestehende hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerzylinder 5 und dem Verstärkerzylinder 7 unterbrochen wird.
Der in dem Verstärkerzylinder 7 und dem über den Stutzen 8 aI1gschlossenenFlissigkeitsleitUngsnetz erzeugte Bremsdruck kann nach dieser Trennung infolge der Wirkung der Hilfskraftvorrichtung grösser werden als der im Hauptzylinder und im Steuerzylinder 5 herrschende Steuerdruck.
Wenn der Steuerdruck durch weiter zunehmende Betätigungskraft am Hauptzylinder steigt, legt sich infolge weiterer Bewegung des Steuergliedes 19,20, 23 nach rechtsdas Ringventil 27 auf den Einlasssitz 26, und der Auslasssitz 28 hebt sich anschliessend vom Ringventil ab (Fig. 2b). Gleichzeitig hat die Kolbenstange 20 den Ventilkörper 22 vom Dichtungsglied 32 abgehoben und sich als Verdrängungskörper in. den Verstärkerzylinder 7 hineinbewegt.
Durch die Umsteuerung des Luftein-und-auslassventils 26, 27, 28 (aus Stellung Fig. 2a in Stellung Fig. 2b) wird über die Wege 46, 45, 33, 13 eine Entlüftung des Zylinders 9 und gegebenenfalls der über den Stutzen 12 angeschlossenen Anhängerbremsleitung bewirkt. Der Kolben 14 ist ein Stufenkolben.
Wegen der unterschiedlichen Durchmesser des Kolbenführungsrohres 15 und des Verstärkerkolbens 17 Ist die von Druckluft beaufschlagte Fläche auf der linken Seite des Kolbens 14 kleiner als die beaufschlagte Fläche auf seiner rechten Seite. Eine Kraftwirkung nach rechts am Kolben 14 tritt demnach erst ein, wenn der Druckabfall in dem Zylinder 9 gegenüber dem Druck in der Lufteinlasskammer 11 grösser ist, als dem Verhältnis der beiden beaufschlagten Flächen des Stufenkolbens 14, 17 entspricht. Vorher wird jedoch eine Bremsung des bei 12 angeschlossenen Anhängers bewirkt.
Nach genügend grossem Druckabfall im Zylinder 9 bewegt der Hilfskraftkolben 14, 17 sich nach rechts und bewirkt über das ausweichende Dichtungsglied 32 eine Druckerhöhung im Verstärkerzylinder 7. Die Bewegung des Hilfskraftkolbens hört auf, sobald infolge seiner Relativbewegung zum Körper 23 des Steuergliedes. das Auslassventil 27,28 sich schliesst., Das Luftventil 26,27, 28 nimmt seine Abschlussstellung ein, die in Fig. 2c dargestellt ist. Der erhöhte Druck im Verstärkerzylinder 7 wirkt entsprechend dem Verhält-
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nis der von den Flüssigkeitsdrücken beaufschlagten Flächen, nämlich der vom Ventilkörper 22 verschlossenen Stirnfläche der Kolbenstange 20 und der Fläche des Kolbens 19, auch auf den Druck im Steuerzylinder 5 zurück.
Es findet dort eine proportionale, kleinere Druckzunahme statt, die dem Bedienenden über den Bremshebel des Hauptzylinders einen dem Bremsdruck proportionalen Reaktionswiderstand vermittelt.
Der Steuerdruck im Zylinder 5 zusammen mit der Wirkung der eingesteuerten Druckdifferenz am Hilfskraftkolben 14, 17 halten dem Bremsdruck im Verstärkerzylinder 7 das Gleichgewicht, wobei ein
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zylinder 5 zur Folge und bewirkte eine erneute Umsteuerung des Luftein-und-auslassventils 26,27, 28 in die Stellung nach Fig. 2b, so dass durch zusätzliche Entlüftung des Zylinders 9 der Druck im Verstärkerzylinder 7 weiter gesteigert wird.
Dann vermag das gesamte Kolbensystem des Verstärkergerätes sich nach rechts zu bewegen, u. zw. in einem Masse, das von der Elastizität des über den Stutzen 8 angeschlossenen Flüssigkeitsleitungsnetzes abhängig ist. entsprechend dem Verhältnis der Querschnittsflächen des Verstärkerzylinders 7 und des Steuerzylinders 5 ist das vom Hauptzylinder nachzudrückende Flüssigkeitvolumen dem vom Flüssigkeitsleitungsnetz hinter dem Stutzen 8 aufgenommenen Volumen proportional.
Das Steuerkolbenglied 19,20, 23 und der Hilfskraftkolben 14, 17 arbeiten nach Art einer Folgesteuerung zur Verstellung des Luftventils 26,27, 28 zusammen.
Eine Verstärkerwirkung kann vom Hilfskraftkolben 14, 17 ausgehen, wenn der Steuerkolben 19,20, 23 innerhalb eines Bewegungsbereiches s = a-e relativ zum Hilfskraftkolben gehalten wird. Denn nur in diesem Bereich vermag das Luftventil eine die Hilfskraftwirkung im Verstärkerzylinder 7 erzeugende Druckdifferenz zwischen dem Zylinder 9 und der Lufteinlasskammer 11 aufrechtzuerhalten. Solche Stellungen sind in den Fig. 2b und 2 c dargestellt.
Beim Lösen der Bremsen spielen sich die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab.
Wenn bei Ausfall der Druckluft eine Bremsung ohne Hilfskraftwirkung, also nur mit dem im Hauptzylinder erzeugten Flüssigkeitsdruck durchzuführen ist, schiebt sich wegen des grösseren Durchmessers des Verstärkerzylinders 7 gegenüber dem des Steuerzylinders 5 der Steuerkolben 19, 20, 23 zunächst nach rechts, und die Endfläche 37 des Körpers 23 legt sich gegen die Kante 43 des Hilfskraftgliedes ; denn ein kleiner Druck im Verstärkerzylinder 7 könnte einem grösseren Druck im Steuerzylinder das Gleichgewicht halten. Der Hilfskraftkolben verlässt jedoch dabei seine Ausgangsstellung, in der er von der Feder 40 gegen den gehäusefesten Anschlag 41 gehalten wird, nicht.
Trotzdem öffnet sich das Ventil 22, 30, da es von einer nur schwachen Feder 48 belastet ist und daher nur einen für die Drücke in Flüssigkeitsbremssystemen unbedeutenden Teildruck im Steuerzylinder P zurückzuhalten vermag.
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Dadurch lässt sich im Bedarfsfall die Empfindlichkeit der Regelung weiter erhöhen.
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