DE2932142A1 - Druckminderer - Google Patents

Description

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Alfred Teves GmbH 6.8.1979

Guerickestr. 7 P 4754

6000 Frankfurt/M H.H.Lüpertz-27

T 11 P 4

"Druckminderer"

Die Erfindung betrifft einen Druckminderer, insbesondere für hydraulische Fahrzeugbremsanlagen, zur Minderung des Druckes mittels eines Stufenkolbens von einem bestimmten Druck (Umschaltdruck) an, bei dessen Erreichen mindestens ein Verbindungskanal zwischen Ein- und Auslaß durch einen Dichtungskörper gesperrt wird, wobei der Dichtungskörper das einlaßseitige Ende des Verbindungskanals verschließt.

Ein solcher Druckminderer soll im Bereich oberhalb des Umschaltdruckes den auf die Hinterräder wirkenden Bremsdruck mindern, um so die Bremskraft der dynamischen Hinterachsentlastung bei höheren Bremsverzögerungen anzupassen. In einem bekannten Druckminderer dieser Gattung (DT-AS 1 505 448) ist die beim Umschaltdruck ansprechende Umschalteinrichtung als Federventil mit Ventilkörper, Dichtungskörper und Ventilfeder ausgebildet. Aus seiner Schließlage kann es nur geführt werden, wenn der Eingangsdruck nach dem Schließen noch gesteigert wird. Einer Senkung des Eingangsdruckes unmittelbar nach dem Schließen, also dem Umschalten auf Druckuntersetzung, kann der bekannte Druckminderer nicht folgen. Bei Anwendung auf einen Hinterachskreis bleibt die Hinterachsbremsung erhalten, auch

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wenn die Bedienungsperson gerade in diesem Augenblick die Bremswirkung mindern möchte.

Ein Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteils und der damit verbundenen Gefahren. Weiter zielt die Erfindung auf eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaus des Druckminderers und damit zugleich auf die Möglichkeit seiner Herstellung mit geringerem Werkstoffaufwand und zu geringeren Kosten.

Der erfundene Druckminderer der eingangs genannten Gattung zeichnet sich dadurch aus, daß der Dichtkörper aus einem gummielastischen Werkstoff besteht und auf seiner dem Verbindungskanal abgewandten Seite gegen einen Anschlag bewegbar ist, der bei einem Druckgefälle vom Auslaßraum zum Einlaßraum eine elastische Verformung des Dichtkörpers und damit dessen Abheben zumindest in einem Teilbereich des Verbindungskanals gestattet. Der Dichtkörper wirKt also wie eine schnell ansprechende Rückschlagklappe.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere über den Umfang des Stufenkolbens verteilt angeordnete Verbindungskanäle vorgesehen und diese sind gemeinsam von dem ringförmigen Dichtkörper verschließbar. In der Einbaulage ist die Längsachse (Symmetrieachse) des neuen Druckminderers vorzugsweise senkrecht angeordnet.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen und der nunmehr folgenden Erläuterung der Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispieles hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 den im wesentlichen rotationssymmetrischen Druckminderer in einem Achsenschnitt, und zwar unterhalb der Mittellinie in der Ruhestellung, bei druck-

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losem Zustand, und oberhalb der Mittellinie in der Lage, die die bewegbaren Teile im Umschaltpunkt einnehmen,

Fig. 2 den in Fig. 1 von einem Kreis K umgebenen Bereich in einer bestimmten Betriebsstellung und

Fig. 3 denselben Bereich in einer anderen AusfUhrungsform.

Aus bekannten naheliegenden Gründen sind die Hohlräume und die darin verschiebbaren Teile rotationssymmetrisch zur Achse oder Mittellinie 10. Der Innenraum des Gehäuses 11 besteht im wesentlichen aus einer Sackbohrung, die drei Abschnitte hat, nämlich eine vom Boden 15 oder der Gehäusestirnwand (15) begrenzte zylindrische Kammer 16 größeren Durchmessers, eine daran anschließende ebenfalls zylindrische Kammer 17 kleineren Durchmessers und den zur Atmosphäre hin offenen Abschnitt 18. Der volle Querschnitt der größeren Kammer 16 geht über eine sich im wesentlichen radial erstreckende Ringfläche 19 in den vollen Querschnitt der kleineren Kammer 17 über.

Der Stufenkolben besteht im wesentlichen aus zwei zylindrischen Abschnitten 20 und 21 unterschiedlicher Durchmesser und diese Durchmesser sind den Durchmessern der Kammerabschnitte 16 und 17 angepaßt. Der größere Kolbenabschnitt 20 ist abgedichtet (Ringdichtung 22) mit seiner Mantelfläche in der Innenwandfläche der im Durchmesser größeren Zylinderkammer 16 geführt und in gleicher Weise ist der kleinere Kolbenabschnitt 21 in der kleineren Kammer 17 abgedichtet (Dichtung 23) geführt. Dieser kleinere Kolbenabschnitt füllt das Volumen der kleineren Zylinderkammer ganz aus und er ragt mit seinem dem größeren Kolbenab-

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schnitt 20 abgewandten Ende in den unter Atmosphärendruck stehenden Abschnitt 18. Der mittlere Gehäuseabschnitt 17 wird in fertigungstechnisch einfacher Weise durch einen in die größere Gehäusebohrung passend und dicht (Dichtung 14) eingesetzten Zylinderring 12 geschaffen, der in seiner Lage durch einen Sprengring 13 gehalten ist. Funktionell können diese Teile 12, 13 und 14 als Teile des Gehäuses aufgefaßt werden. Das in der Zeichnung links gelegene Ende des Gehäuses 11 ist von einer Kappe 24 überwölbt, die als Widerlager «einer zur Achse 10 koaxialen Schraubenfeder 25 wirkt, die mit ihrem anderen (rechts gelegenen) Ende über einen Federteller 26 gegen das linke Ende des Stufenkolbens drückt. Die axiale Länge der im Durchmesser größeren Kammer 16 ist größer als die axiale Länge des großen Kolbenabschnittes 20. Zwischen der Ringstirnfläche (Radialfläche) 19 und dem Kammerboden 15 weist der Kolben 20/21 folgende Abschnitte auf: Je nach Stellung einen noch zum Kolbenabschnitt 21 gehörenden zylindrischen Abschnitt 27, daran anschliessend einen Ringbereich 28, der einen etwas größeren Durchmesser hat und zwischen seinem größeren Durchmesser und dem Durchmesser des Abschnittes 21, 27 in Form einer Stufe übergeht, die an der Radialfläche 19 wegbegrenzend zum Anschlag kommt; an die Ringzylinderfläche 28 schließt über eine im wesentlichen radiale Stirnfläche die Zylindermantelfläche des großen Kolbenabschnitts 20 an, die in die dem Kammerboden 15 zugewandte große Kolbenstirnfläche 29 übergeht. Der Übergang kann abgerundet oder abgefast (30) sein. Der Abstand der Flächen 19 und 15 voneinander ist größer als die Summe der axialen Längen des Kolbenabschnittes 20 (Zylinderfläche 31) und des Abschnittes 28. Der Unterschied zwischen diesen beiden Kolbenlängen einerseits und dem genannten axialen Abstand anderer-

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seits bestimmt den axialen Bewegungsweg s des Stufenkolbens. Von diesem Weg wird zugleich die Spanne der von der Feder 25 ausgeübten Kräfte beschrieben. Die Mündung des Einlaßkanals 32 liegt in axialer Richtung zwischen der Fläche 19 und der Dichtung 22, und zwar so, daß der von ihr geführte Druck P₁ stets in dem hier gebildeten Ringraum 33 steht. Damit dies auch bei Anlage der Anschlagstufe 34 an der Anschlagfläche 19 so ist, ist die Außenumfangsflache der großen Kolbenstufe 20 in dem an den Raum 33 angrenzenden Teil, der weder zur Führung des Kolbens noch zu seiner Abdichtung gebraucht wird, im Umfang ein wenig verkleinert, so daß eine entsprechende ringförmige Tasche 35 entstanden ist. Der zwischen der Kolbenstirn 29 und dem Kammerboden 15 vorhandene, in seiner Größe von der Stellung des Kolbens 20 abhängende Raum 36 steht mit der die Kammer 33 begrenzenden Kolbenringfläche 37 durch kranzförmig auf dem Umfang verteilte, achsparallele Bohrungen oder Kanäle 38 in Verbindung. Die auf Seiten der Ringkammer 33 gelegenen Mündungen dieser Kanäle 38 können durch einen gummielastischen Dichtkörper 39 verschlossen werden. Die Kammer 36 steht in steter hydraulischer Verbindung mit einem Auslaß 40, der in der hier vorgesehenen Anwendung der Erfindung stets mit einem Hinterachsbremskreis verbunden ist, der unter dem Flüssigkeitsdruck p_? steht.

Eine Besonderheit der Erfindung ist die geometrische Gestalt des Querschnittes bzw. der Begrenzung und der Abmessungen des Ringraumes 33 und des von ihm aufgenommenen Dichtkörpers 39.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 hat der Dichtkörper die Form eines Toroids, dessen Querschnitt ein Rechteck

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ist. Der Innendruchmesser des Toroids ist größer als der Durchmesser der Zylinderfläche 28; der Übergang vom Anschlag 34 zur Zylinderringfläche 28 ist gebrochen oder abgefast, so daß der Ring stets über diese Fase in eine Stellung rutschen kann, in der er die Fläche 28 außen umgibt; mit anderen Worten, es wird verhindert, daß der Körper 39 zwischen die Stufe 34 und die Fläche 19 geklemmt werden kann. Der Körper 39 ist in axialer Richtung auch ein klein wenig länger als der axiale Abstand zwischen dem Anschlag 34 und der Zylinderringfläche 37. Damit ist zugleich die Möglichkeit gegeben, daß der Dichtungsring 39 zwischen diese Fläche 37 und die Fläche 19 eingespannt werden kann. Die Fläche 19 verläuft nur in ihrer radial innen gelegenen Ringzone in radialer Richtung. Auf ihrem weiter außen gelegenen Teil bei 41 weicht sie zurück, etwa in Form einer Kegelringfläche, so daß hier der Dichtungsring 39, wenn er an seiner radial innen gelegenen Wurzel zwischen den Flächen 37 und dem inneren Abschnitt 42 der Fläche 19 eingespannt gehalten ist, mit seinem radial nach außen weisenden Teil wie ein einseitig eingespannter Balken oder eine einseitig eingespannte Blattfeder in axialer Richtung frei biegbar bleibt. Die radiale Lage der umlaufenden Kante, die am Übergang von der Fläche 42 in die Fläche 41 gebildet ist, ist in Bezug auf die radiale Lage und Ausdehnung der Mündungen der Kanäle 38 so gewählt, daß der Ring 39, wenn er fest zwischen die Flächen 37 und 42 eingespannt ist, durch seine Gummiefastizitat auf die Mündungen der Kanäle 37 drückt und diese so verschließt; durch das Zurückweichen der Fläche 41 gegenüber der Fläche 42 kann jedoch der äußere freie Ringbereich der Dichtung 39 zur Fläche 41 hin ausweichen, wenn er aus einem entsprechend großen Druck in den Kanälen 38 dazu gezwungen wird. Ein ausreichend großer Überdruck von p₂ gegenüber p. vermag

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also die Verbindungskanäle 38 zwischen den Räumen 36 und 33 und damit zwischen 40 und 42 zu öffnen und so ein sofortiges Senken des Druckes herbeizuführen. Der Ring wirkt wie eine Rückschlagklappe aus gummielastischem Material. Der Vergleich mit einem Flatterventil scheint ebenfalls erlaubt. Die Ringscheibe 39 wirkt also nicht nur als Dichtung, sondern zugleich als Ventilkörper und als Ventilfeder.

Die Wirkungsweise des neuen Druckminderers ist also folgende: Im Ruhezustand drückt die Feder 25 den Stufenkolben 20, 21 gegen die Stirnwand 15. Die Ringscheibe 39 liegt lose in ihrer Ringkammer 33 und wird von selbst nicht in dichtende Anlage vor den Mündungen der Kanäle 38 kommen. Außerdem ist die Mündung des Kanals 32 zweckmäßig so gesetzt, daß die einströmende Flüssigkeit den Ring 39 etwas von der Fläche 37 abhält. Dazu kann, wie dargestellt, der Übergang von der Fläche 37 zur Zylinderaußenfläche zu einer schmalen, kegeligen Leitfläche abgeschrägt sein.

Ein Einbau des neuen Druckminderers mit senkrechter Lage seiner Achse 10 wird bevorzugt. Auch dies führt infolge der Wirkung der Schwerkraft zu einer eindeutigen Lage des Dichtungsringes 39, nämlich seiner Anlage an der Anschlagfläche 19, 42.

Solange also die Kanäle 38 offen sind» sind die Drücke P₁ und ρ« einander gleich. Außer der Feder 25 und dem auf dem Querschnitt des Kolbenabschnittes 21 stehenden Atmosphärendruck vom Abschnitt 18 wirkt auf den Kolben hydraulisch der Druck P₁=P₂ ^{auf der} Differenz der Querschnittsflächen des großen Kolbenabschnitts 20 und der in Achsrichtung projezierten Ringfläche der Kammer 33. Eine Zunahme des Einlaßdruckes läßt den Kolben gegen

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die Kraft der Feder 25 auf die Fläche 19 zu wandern. Wenn der Weg s zurückgelegt ist, ist der Ring 39 zwischen den Flächen 37 und 42 fest eingespannt, sind die Mündungen der Kanäle 38 durch den Ring 39 nachgiebig elastisch verschlossen und schlägt die Stufe 34 an der Fläche an. Die beiden Hydraulikräume 33 und 36, 40 sind jetzt getrennt. Eine Steigerung von p. oder eine Senkung von Pp führt wieder zu einer Bewegung des Kolbens nach rechts unter Entlastung der Feder 25, denn die Dichtung 39 wird von dem höheren Druck in der Ringkammer 33 auf die Fläche 37 gedrückt und hält dabei die Mündungen der Kanäle geschlossen. Der Druck aus P₁ überträgt sich aber auf den Hinterachskreis nur vermindert, nämlich in der an sich bekannten Untersetzung aufgrund der unterschiedlichen Querschnitte des Stufenkolbens. Wenn der Druck P₁ unter den Druck p_? fällt, werden die Kanäle 38 wieder offen.

In dem kritischen Fall, in dem der Druck gerade den Umschal tpunkt und der Kolben mit seinem Anschlag 34 gerade die Fläche 19, 42 erreicht hat, sind zwar auch gerade die Kanäle 38 geschlossen. Zum Öffnen der Kanäle bei Fallen des Druckes P₁ bedarf es aber keines freien Spieles zwischen dem Anschlag 34 und der Fläche 42, weil die Scheibe 39 unter elastischer Verformung die Freiheit zum Ausweichen zur Fläche 41 hin hat, so daß eine derartige plötzliche Druckumkehr ihren Ausgleich über die Kanäle 38 findet.

In Fig. 2 ist dieser Zustand dargestellt, in dem der äußere Teil der Dichtung 39 unter dem Druck im Kanal 38 von dessen Mündung weggebogen ist.

Die AusfUhrungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich bei sonst gleichen Verhältnissen nur durch die Gestalt des

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Querschnitts der Gummidichtscheibe 39'. Der äußere Ringbereich der im übrigen mit ihrer Wurzel in gleicher Weise eingespannten Dichtscheibe ist schlanker als die Wurzel und läßt sich demnach schon mit geringerer Kraft verbiegen, Dementsprechend wird dies schon durch eine geringere Differenz zwischen den Drücken in den Kanälen 38 einerseits und dem Ringraum 33 andererseits erreicht.

Die Dichtscheibe kann auch noch andere als die hier gezeigten Formen haben. Sie kann z.B. in entspanntem Zustand leicht gegen die Mündungen der Kanäle 38 hin geneigt sein, so daß sie dann, wenn sie eine Form wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt einnimmt, bereits unter deutlicher Verformungsspannung steht und dementsprechend abdichtend auf die Kanalmündungen drückt.

Die Einfachheit des Aufbaus des neuen Druckminderers ergibt sich schon aus der Zeichnung. Mit Ausnahme der Bohrungen 38 lassen sich alle Einzelmerkmale des Stufenkolbens durch Drehen herstellen. Aus der das Gehäuseinnere bildenden Sackbohrung wird durch sehr einfach geformte Einbauten 13 und 12 die beschriebene Kammer hergestellt. Zu diesen Elementen und den Dichtungen tritt dann nur noch der Federteller 26, das kappenförmige Federwiderlager 24 und die Schraubenfeder 25. Durch diese Anordnung unter der Kappe 24 ist die Feder 25 sehr leicht zugänglich und kann leicht gegen eine Feder mit anderer Kennlinie ausgetauscht werden« Auch sonst kann die Federvorspannung wegen der leichten Zugänglichkeit der Feder verändert werden, z.B. in Abhängigkeit von der Fahrzeugbelastung.

Die Dichtscheibe kann ebenfalls sehr einfach gestaltet sein. Sie dichtet nur in axialer Richtung, nutzt also wenig ab. Sie hat auch innen und außen in radialer Richtung Spiel.

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Außer den genannten Vorteilen sind noch zu erwähnen das geringe Bauvolumen; die einzige Feder, die erforderlich ist, hat keinen Einfluß auf das Druckminderungsverhältnis,

Im Zweifel sind alle hier beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination erfindungswesentlich. Schutz wird begehrt
für das, was objektiv schutzfähig ist.

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Bezugszei chenli ste:

10 Achse, Mittellinie

11 Gehäuse

12 Zylinderring

13 Sprengring

14 Dichtung

15 Boden, Stirnwand

16 Zylinderkammer, Kammer- oder Gehäuseabschnitt

17 Zylinderkammer, Kammer- oder Gehäuseabschnitt

18 offener Abschnitt

19 Radialfläche, Ringstirnfläche

20 Kolbenabschnitt

21 Kolbenabschnitt

22 Ringdichtung

23 Dichtung

24 Kappe, Widerlager

25 Schraubenfeder

26 Federteller

27 zylindrischer Abschnitt des Stufenkolbens

28 Ringzylinderfläche, Ringbereich

29 Kolbenstirnfläche

30 Fase

31 Zylinderfläche

32 Einlaßkanal

33 Ringraum

34 Anschlag, Anschlagstufe

35 ringförmige Tasche

36 Raum, Kammer

37 Kolbenringfläche

38 Kanal

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39 Gummidichtscheibe, gummielastischer Dichtkörper 39' Gummidichtscheibe, gummielastischer Dichtkörper

40 Auslaß

41 Kegelringfläche

42 innerer, radialer Abschnitt der Stirnfläche 19

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Claims (5)

1. --te-·

   Patentansprüche:

   IJ Druckminderer, insbesondere für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, zur Minderung des Druckes mittels eines Stufenkolbens von einem bestimmten Druck (Umschaltdruck) an, bei dessen Erreichen mindestens ein Verbindungskanal zwischen Ein- und Auslaß durch einen Dichtungskörper gesperrt wird, wobei der Dichtungskörper das einlaßseitige Ende des Verbindungskanals verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (39) aus einem gummielastischem Material besteht und auf seiner dem Verbindungskanal (38) abgewandten Seite gegen einen Anschlag (19) bewegbar ist, der bei einem Druckgefälle vom Auslaßraum (36, 40) zum Einlaßraum (32, 33) eine elastische Verformung des Dichtkörpers (39) und damit dessen Abheben zumindest in einem Teilbereich des Verbindungskanals (38) gestattet.
2. 2. Druckminderer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über den Umfang des Stufenkolbens (20, 21) verteilt angeordnete Verbindungskanäle (38) vorgesehen und diese gemeinsam von einem ringförmigen Dichtkörper (39) verschließbar sind.
3. 3. Druckminderer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einbaulage des Druckminderers die Längsachse (Symmetrieachse) (10) vertikal angeordnet ist.
4. 4. Druckminderer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) die kleinere Kolbenstufenfläche (37) bildet die kolbensei tige radiale Begrenzung eines mit der Eingangsseite (32) hydraulisch verbundenen Ringraumes (33), dessen

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   andere radiale Begrenzung von einem Gehäusewandteil (19, 41, 42) gebildet ist;

   b) die eingangsseitigen Mündungen der Verbindungskanäle (38) liegen in dieser kleineren Kolbenstufenfläche (37);

   c) der Dichtkörper (39) ist ein Ringkörper, der die Mündungen ganz überdeckt und sich an die Mündungsränder elastisch und dichtend anlegen kann;

   d) der Dichtkörper (39) erstreckt sich über die von den Mündungen eingenommene Ringzone hinaus in Einwärtsoder Ajswärtsrichtung und bildet in diesem radial überstehenden Teil einen Einspannfuß, mit dem er beim Umschaltdruck zwischen Stufenkolben und Gehäuse eingespannt ist, während

   e) wenigstens ein Teil der die Mündungen überdeckenden Zone des Dichtkörpers axiales Spiel (bei 41) hat.
5. 5. Druckminderer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet "durch eine dem gewünschten Rückdruck angepaßte Querschnittsform des Dichtkörpers (z.B. nach Fig. 3). .

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