DE1096221B - Pneumatische Betaetigungsvorrichtung, insbesondere pneumatischer Kraft-verstaerker fuer hydraulisch betaetigte Kraftfahrzeugbremsen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

zum

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Betätigungsvorrichtung, insbesondere einen pneumatischen Kraftverstärker für hydraulisch !betätigte Kraftfahrzeuigbremsen. Eine solche Vorrichtung soll ein gesteuertes Ongan, z. B. einen Kolben, besitzen, welches durch den in einer Druckkammer herrschenden Überdruck gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegt werden kann, und ferner ein Steuerorgan, welches beim Verstellen durch Muskelkraft in entsprechender Richtung zuerst eine im Ruhezustand bestehende Verbindung zwischen der Druckkammer und einem Auslaß unterbricht und dann eine im Ruhezustand geschlossene Verbindung zwischen der Druckkammer und einer Druckluftquelle öffnet, um das gesteuerte Organ in der einen Richtung zu verschieben, worauf die zweitgenannte Verbindung wieder verschlossen wird, so daß das gesteuerte Organ in einer der Verstellung des Steuerorgans entsprechenden Stellung Stillstand kommt. Dabei ist zwischen dem

Steuerorgan und dem gesteuerten Organ eine die Rückstellfeder an Kraft übersteigende Rückwirkungsfeder vorgesehen, welche bewirkt, daß das gesteuerte Organ beim anfänglichen Verstellen unmittelbar von dem Steuerorgan mitbewegt wird.

Derartige Vorrichtungen werden bekanntlich bei Kraftfahrzeugen zwischen dem Bremspedal und dem Hauptzylinder einer hydraulischen Bremsanlage, insbesondere bei größeren Kraftfahrzeugen, angeordnet. Dabei wird der Hauptzylinderkolben durch Ausnutzung der von der Druckluft über den Kraftverstärker gelieferten Kraft entsprechend der durch den Fuß des Fahrzeugführers auf den Bremshebel einwirkenden Muskelkraft gesteuert, um den für das Anpressen der Bremsbacken an die Bremstrommeln besonders bei größeren Fahrzeugen erforderlichen Kraftaufwand zu liefern und damit der Ermüdung des Fahrzeugführers vorzubeugen.

Bei Bremsanlagen mit einer derartigen Vorrichtung ist es wesentlich, daß der Fahrzeugführer infolge der durch das Bremspedal auf seinen Fuß wirkenden Reaktionskraft in jedem Augenblick die Stärke des ausgeübten Bremsdruckes wahrnimmt.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß bekannte derartige Vorrichtungen bei schwachen Bremsdrücken zu unempfindlich sind, solange der Einlaßdruck noch nicht einen bestimmten Wert erreicht hat, und infolgedessen im unteren Druckbereich unstabil sind.

Endlich ist es unbedingt notwendig, im Falle einer Unterbrechung der Zufuhr des Druckmediums die Bremswirkung durch Muskelkraft so ausüben zu können, wie dies ohne Kraftverstärker normalerweise erfolgt. _

Die bisher bekannten Vorrichtungen arbeitteen in den Grenzbereichen nicht immer befriedigend. Diese Vor-Pneumatische Betätigungsvorrichtung,
insbesondere pneumatischer Kraftverstärker für hydraulisch betätigte
Kraftfahrzeugbremsen

Anmelder:

Bendix Westinghouse

Automotive Air Brake Co.,

Elyria, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. September 1953

Stephen Vorech, Elyria, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

richtungen sind ferner teilweise sehr schwierig zusammenzusetzen, und es ist deshalb nicht ohne weiteres möglich, sie zu einer Überprüfung ihrer Verwendungsfähigkeit auseinanderzunehmen und neu zusammenzubauen oder die zum Rückwirken benutzte Feder auf die gewünschte Vorspannung einzustellen. Es besteht also ein Bedürfnis, derartige pneumatische Kraftverstärker zu schaffen, die auch bei kleinen Bremskräften zuverlässig arbeiten und sich durch eine einfache und übersichtliche Bauweise auszeichnen, so daß sie jederzeit leicht auf ihre Gelbrauchsfähigkeit, von der die Sicherheit des Fahrzeuges abhängt, überprüft werden können. Damit verbunden, soll auch die in der Vorrichtung vorhandene Rückwirkumgsfeder so angeordnet sein, daß sich ihre Vorspannung leicht regeln läßt.

Nach der Erfindung wird diese Verbesserung einer eingangs geschilderten pneumatischen Betätigungsvorrichtung dadurch erreicht, daß die Vorrichtung mit einer begrenzt ausdehnbaren, den Federhub der Rückwirkungsfeder beschränkenden Anschlagvorrichtung versehen wird, welche mit ihrem einen Ende an dem gesteuerten Organ oder dem Steuerorgan angeschlossen ist und sich mit ihrem anderen Ende frei an dem anderen Organ abstützt, so daß die Rückwirkungs-

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feder gemeinsam mit einem der Organe bewegt wird häuseteil, welches mit ihr aus einem Stück bestehen

und gleichzeitig eine Längenänderung erfahren kann. kann, verlängert; dieses Gehäuseteil ist seitlich mit

Vorzugsweise wird die Vorrichtung so ausgeführt, einer Einlaßöffnung 40 zum Anschluß an eine Druck-

daß die Federanschlagvorrichtung aus einem zwei- luftquelle versehen. Dieses röhrenförmige Gehäuse

teiligen Gehäuse besteht, Jessen einer Teil mit dem 5 weist außerdem einen Flansch 42 auf, der die Befesti-

einen Organ verbunden ist, an dem ein Ende der gung des Kraftverstärkers am Fahrzeugrahmen er-

Rückwirkungsfeder anliegt, während der andere Teil möglicht.

das andere Ende der Rückwirkungsfeder umgibt und Die Membran 32 teilt das Gehäuse in zwei Kamam anderen Organ anliegt, wobei die beiden Gehäuse- mern auf, und zwar in eine Hochdruckkammer 44 und teile mit zusammenwirkenden Anschlägen versehen io eine mit der Außenluft über die öffnung-47 in Versind, welche die Ausdehnung der Rückwirkungsfeder bindung stehende Niederdruckkammer 46.
begrenzen. Eine weitere Verbesserung der Vorrich- Der Einlaß der Druckluft in die Kammer 44 und tung besteht darin, daß die Ansahlagvorrichtung der- der Auslaß werden durch weiter unten beschriebene art einstellbar ist, daß die Anfangsspannung der Rück- Mittel gesteuert.

wirkungsfeder geändert werden kann. Weiter läßt sich 15 Die Buchse 48 durchdringt axial die Scheibe 34 die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch verbes- und ist mit ihr mittels der Flansche 52 und 54 und sern, daß der eine Teil der Federanschlagvofrichtung mittels eines auf dem Mantel der Buchse 48 in 58 anin Gestalt einer das eine Erfde der Rückwirkungsfeder geschraubten Sicherungsringes 56 fest zusammenumgebenden, einstellbaren Schraubkappe ausgebildet gebaut. Der Innenraum der Buchse 48 ist durch die ist. 20 Seitenöffnungen 50 ständig mit der Niederdruokkam-

Die Erfindung ermöglicht damit, die Vorspannung mer 46 rechts von der Membran 32 in Verbindung,

der Rückwirkungsfeder mittels einer einfachen Ver- An ihrem linken Ende weist diese Buchse einen Sitz

stellung der Anschlagvorrichtung einzustellen. Dabei 82 für das Auslaßventil, das weiter unten beschrieben

lassen sich die für den Gebrauch der Vorrichtung wird, auf (Fig. 2).

wichtigen Teile sehr einfach auseinandernehmen und 35 In dem linken Teil des röhrenförmigen Gehäuses 38

zusammensetzen, so daß die Gebrauchsfähigkeit der befindet sich ein Kolben 60, der mittels des Pedals 12

Vorrichtung bequem überprüft werden kann. durch die Stange 62 verschoben werden kann. Dieser

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Er- Kolben 60 weist zwischen seinen Endflächen eine ring-

findung als Kraftverstärker in einer hydraulischen förmige Ausnehmung in seinem Zylindermantel auf,

Fahrzeugbremsanlage dargestellt. 3" die genügend lang ist, um eine ständige Verbindung

Der erfindungsgemäß gestaltete Kraftverstärker mit der Drucklufteinlaßöffnung 40 unabhängig von

kann auch für andere Zwecke als zum Betätigen von der jeweiligen Stellung des Kolbens 60 zu gewähr-

Bremsen verwendet werden. leisten. Innerhalb des Kolbens 60 ist eine Einlaßkam-

Fig. 1 ist ein axialer Längsschnitt des Kraftver- mer 66 vorgesehen, die durch eine Querbohrung mit

stärkers nach der Erfindung, dessen Anordnung in 35 dem ringförmigen Raum 64 und somit mit dem Luft-

dem Bremssystem eines Kraftfahrzeuges schematisch einlaß 40 in Verbindung steht. Diese Einlaßkammer

dargestellt ist; ist rechts durch den Sitz 76 des Einlaßventils be-

Fig. 2 ist ein Längsschnitt im vergrößerten Maß- grenzt (Fig. 2).

stab und zeigt die Anordnung der Ventile und der Der zwischen den beiden Ventilsitzen 76 und 82 be-

lienachbarten Vorrichtungen. 4° findliche Raum bildet eine Zwischenkammer 78. Der

Der durch das Bezugszeichen 10 bezeichnete ge- Kolben 60 trägt eine aus dem Einlaßventil 70, der

samte Kraftverstärker (Servomotor) ist zur Anord- Stange 74 und dem mit dieser Stange verbundenen

nung zwischen dem Bremspedal 12 und dem Haupt- Auslaßventil 72 bestehende Ventilvorrichtung 68, die

zylinder 14 bestimmt, wobei an letzterem die Haupt- normalerweise durch eine zwischen dem Sitz 76 des

leitung 16 und die zu den Bremszylindern 18 und 20 45 Einlaßventils und dem Auslaßventil 72 zusammen-

an den Rädern führenden Verteilungsleitungen 22 und gedrückte Feder 84 in einer solchen Stellung gehal-

24 angeschlossen sind. ^: ten wird, daß das Einlaßventil 70 gegen seinen Ventil-

Der Kolben (nicht dargestellt) des Hauptzylinders sitz 76 gedrückt ist. In der in der Zeichnung darge-

ist mit einer das Ausgangsorgan des Kraftverstärkers stellten Stellung, die dieser Lage entspricht, liegt

10 bildenden Betätigungsstange 26 verbunden, die — 5° das Auslaßventil 72 nicht an seinem Sitz an, es ist

wie weiter unten beschriebeni — so angeordnet ist, also geöffnet. Mit 86 sind Führungsarme bezeichnet,

daß sie und gleichfalls der Hauptzylinder 14 infolge die der Ausrichtung der Ventilvorrichtung auf die

der sich zu der durch den Fahrzeugführer ausgeübten Achse der Gesamtvorrichtung dienen.

Muskelkraft addierenden Kraft der Preßluft sich Die bisher beschriebenen Teile sind nicht Gegen-

durch das Pedal 12 genau und leicht steuern läßt. An- 55 stand der Erfindung.

derersei'ts ist, wie bereits erwähnt, der Kraftverstärker Der Kolben 60 hat das Bestreiben, sich infolge der so angeordnet, daß im Falle eines Ausbleibens der Wirkung der Feder 88, die stärker als die Feder 36 ist, Preßluft die Bremsbetätigung ausschließlich durch gegenüber der Buchse 48 und der mit derselben verMuskelkraft möglich ist, ohne daß diese Betätigung bundenen Scheibe 34 nach links gegen einen am linken durch das Vorhandensein des Kraftverstärkers beein- 60 Ende des Gehäuses 38 angeordneten Anschlagring 89 trächtigt wird. zu verschieben. Die Einstellung der Feder 88 wird

Das Gehäuse des Kraftver stärkers 'besteht aus zwei gemäß der Erfindung durch folgende Mittel bestimmt: Schalen 28 und 30, zwischen denen eine Membran 32 Auf einem äußeren Gewinde der Buchse 48 ist der mittels eines Befestigungsringes 33 eingeklemmt ist. mit Innengewinde versehene Teil eines beweglichen An die rechte Fläche dieser Membran ist eine Scheibe 65 Ringes 90 angeschraubt, dessen freies linkes Ende einen 34 angelegt, die normalerweise die Membran mit- einen ringförmigen Anschlag bildenden Rand 98 betels einer zwischen dieser Scheibe und der rechten sitzt. Ein zweiter Ring 92 mit einem gegenüber dem Gehäusewand angeordneten Feder 36 gegen die linke ersten Ring geringeren Durchmesser bildet nach Wand des Gehäuses drückt; dies ist die unwirksame rechts eine Verlängerung des Federstellers 94 der Lage. Die Schale 28 ist durch ein röhrenförmiges Ge- 7° Feder 88 und weist an seinem rechten freien Ende

ebenfalls einen äußeren Rand 100 auf, der einen ringförmigen Anschlag bildet und in den Rand 98 eingreifen kann. In der normalen, d. h. unbetätigten Lage, liegen die beiden. Ränder 98 und 100 mit ihren Anschlägen aneinander.

Es ist ersichtlich, daß in dieser Stellung die Feder 36 die Scheibe 34 sowie die Membran 32 und die Flanschteile 52 und 54 nach links drückt, so daß der Flansch 54 an einer Anschlagfläche 102 zur Anlage kommt. Die Feder 88, die stärker ails die Feder 36 ist, bringt den Kolben 60 mit der Ventilvorrichtung 68 in die dargestellte Lage, in der das Auslaßventil 72 geöffnet ist und somit die Zwischenkammer 78 durch den Innenraum 80 der Buchse 48 mit der Niederdruckkammer 46 in Verbindung steht. Die Zwischenkammer 78 steht in ständiger Verbindung mit dem Druckraum44, und zwar über den die Buchse 48 umgebenden Raum 104, die im Ring 90 vorgesehenen Queröffnungen 108 sowie über die öffnungen 110 in dem zweiten Ring 92. Daraus ergibt sich, daß der Druckraum 44 mit dem Niederdruckraum 46 in Verbindung steht.

Falls von dieser Stellung ausgehend das Bremspedal 12 betätigt wird, wird der Kolben 60 nach rechts verschoben. Da die Feder 88 stärker als die Feder 36 ist, beginnt sich die Buchse48 gemeinsam mit dem Kolben 60 unter Mitnahme der Scheibe 34, der Membran 32 und der Betätigungsstange 26 von links nach rechts zu verschieben. Am Anfang der Pedalibewegung entsteht also eine geringe Verschiebung der Scheibe 34 und demzufolge des Hauptzylinderkoilbens durch Muskelkraft. Dadurch baut sich im Hauptzylinder ein Druck auf. Sobald dieser die Kraft der Feder 36 unterstützende Druck so groß wird, daß er mit der Federkraft zusammen größer als die Kraft der Feder 88 wird, drückt sich die Feder 88 zusammen und der Kolben 60 nähert sich der Buchse 48. Infolge dieser Verschiebung schließt das Auslaßventil 72 mit seinem Sitz 82, wodurch die Verbindung zwischen dem Hochdruckraum 44 und dem Niederdruckraum 46 unterbrochen wird. Wenn die Bewegung des Kolbens 60 weitergeht, öffnet sich das Einlaßventil 70, da ja der Ventilsitz 76 mit idem Kolben bewegt wird, so daß die Zwischenkammer 78 und mit ihr der Druckraum 44 über das Ventil 70, die Einlaßkammer 66 und den ringförmigen Raum 64 mit der Drucklufteinlaßöffnung 40 in Verbindung kommt. Die in die Zwischenkammer 78 eingelassene Druckluft strömt durch die Durchlässe und Kanäle 110, 108, 106 und 104 und durch den in diesem Augenblick zwischen der schalenförmigen Wand 28 und dem Flansch 54 entstehenden Ringraum in den Hochdruckraum 44 ein und drückt die Scheibe 34 nach rechts. Sobald die Fußbetätigung des Pedals 12 aufhört, legt sich infolge der Bewegung der Membran 32 und der Buchse 48 das Einlaßventil 70 unter der Einwirkung der Feder 84 gegen seinen Sitz 76 an. Somit ist die Zwischenkammer 78 sowohl vom Einlaß als auch vom Auslaß abgetrennt und die Vorrichtung verbleibt unbeweglich in diesem eingestellten Gleichgewichtszustand, wobei der eingestellte Druck im Hochdruckraum 44 beibehalten wird.

Der in der Zwischenkammer herrschende Druck gibt infolge seiner Rückwirkung auf die rechte Fläche des Kolbens 60 dem Fahrzeugführer in jedem Augenblick ein genaues Gefühl für die Größe des bestehenden Bremsdruckes. Falls dieser Bremsdruck über den oben beschriebenen Druck vergrößert werden soll, muß auf das Pedal eine größere Kraft ausgeübt werden, um dadurch erneut den Sitz 76 des Einlaßventils 70 von diesem Ventil abzuhaben. Die dadurch eingelassene Druckluft dringt in der bereits beschriebenen Weise in den Hochdruckraum44 ein; sobald die Kraft am Pedal nicht mehr zunimmt, wird der Ventilvorrichtung 68 durch die Feder 84 eine neue Verschiebung nach Art einer Folgesteuerung erteilt, wodurch das Einlaßventil gegen seinen Sitz gedrückt und somit das Gleichgewicht der Gesamtvorrichtung bei einem höheren Druck als vorher hergestellt wird.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die sich einander gegenüberliegenden Flächen des Kollbens 60 und der Buchse 48 in jedem Augenblick nur sehr wenig voneinander entfernt. Daraus ergibt sich, daß es im Falle einer Störung der Druckluftzufuhr genügt, das Pedal 12 zu betätigen, um nach einem kurzen Leerhub die rechte Fläche 112 des Kolbens 60 an der linken Fläche 114 der Buchse 48 zur Anlage zu bringen und somit das Bremsen nur durch Muskelkraft möglich zu machen.

Die Anordnung des Kraftverstärkers und sein Anschluß an ein bereits vorhandenes hydraulisches Bremssystem üblicher Bauart erfolgt sehr einfach durch den Anschluß der Betätigungsstange 26 an den Kolben des Hauptizylinders des Bremssystems.

Für den Fall, das die beschriebene Vorrichtung zum Betätigen von Traktorbremsen und pneumatischer Anhängerbremsen verwendet werden soll, genügt der direkte Anschluß eines solchen pneumatischen Bremssystems an den Hochdruckraum 44; zu diesem Zweck ist bei 116 ein Anschluß vorgesehen, der dann, wenn —· wie im beschriebenen Falle — ein Anschluß an ein anderes Bremssystem nicht vorgesehen ist, durch einen Stöpsel zu verschließen ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Pneumatische Betätigungsvorrichtung, insbesondere pneumatischer Kraftverstärker für hydraulisch betätigte Kraftfahrzeugbremsen, mit einem gesteuerten Organ (z. B. einem Kolben), welches durch den in einer Druckkammer herrschenden Überdruck gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegt werden kann, und einem Steuerorgan, welches beim Verstellen durch Muskelkraft in entsprechender Richtung zuerst eine im Ruhezustand bestehende Verbindung zwischen der Druckkammer und einem Auslaß unterbricht und dann eine im Ruhezustand geschlossene Verbindung zwischen der Druckkammer und einer Druckluftquelle öffnet, um das gesteuerte Organ in der einen Richtung zu verschieben, worauf die zweitgenannte Verbindung wieder verschlossen wird, so daß das gesteuerte Organ in einer der Verstellung des Steuerorgans entsprechenden Stellung zum Stillstand kommt, wobei zwischen dem Steuerorgan und dem gesteuerten Organ eine die Rückstellfeder an Kraft übersteigende Rückwirkungsfeder vorgesehen ist, welche bewirkt, daß das gesteuerte Organ beim anfänglichen Verstellen unmittelbar von dem Steuerorgan mitbewegt wird, gekennzeichnet durch eine begrenzt ausdehnbare, den Federhub der Rückwirkungsfeder (88) beschränkende Anschlagvorrichtung (90, 92), welche mit ihrem einen Ende an dem gesteuerten Organ (34, 48, 56) oder dem Steuerorgan (60) angeschlossen ist und sich mit ihrem anderen Ende frei an dem anderen Organ abstützt, so daß die Rückwirkungsfeder (88) gemeinsam mit einem der Organe bewegt werden und gleichzeitig eine Längenänderung erfahren kann.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanschlag-

vorrichtung aus einem zweiteiligen Gehäuse (90, 92) besteht, dessen einer Teil (90) mit dem einen Organ (34, 48, 56) verbunden ist, an dem ein Ende der Rückwirkungsfeder (88) anliegt, während der andere Teil (92) das andere Ende der Rückwirkungsfeder (88) umgibt und am anderen Organ (60) anliegt, wobei die beiden Gehäuseteile (90, 92) mit zusammenwirkenden Anschlägen (98, 100) versehen sind, welche die Ausdehnung der Rückwirkungsfeder (88) begrenzen.

3. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

Anschlagvorrichtung (90, 92) derart einstellbar ist, daß die Anfangsspannung der Rückwirkungsfeder (88) geändert werden kann.

4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil (90) der Federanschlagvorrichtung eine das eine Ende der Rückwirkungsfeder (88) umgebende, einstellbare Schraubkappe ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 850 398;
österreichische Patentschriften Nr. 172 797,173 990.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen