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Zweikreisbremsventil für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein
Zweikreisbremsventil für Kraftfahrzeuge mit einem über einen Abstufungskolben lurch
körrerkraft betätigbaren ersten Ein- und Auslaßventil und einem von dem Druck im
ersten Bremskreis gesteuerten zweiten Ein- und Auslaßventil, das von einem laiskolben
betätigt wird, der großer als der Abstufungskolben ist, und mit mechanischen ubertragungsgliedern,
die bei Ausfall des ersten Bremskreises den Relaiskolben mechanisch beaufschlagen.
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Bei einem Zweikreisbremsventil der eingangs bezeichneten Art mit einem
Paar von hintereinander angeordneten Ein-und Auslaßventilen für den ersten und zweiten
Bremskreis wird das erste Ventil durch Körperkraft betätigt und das zweite im Normalfall
von einem Relaiskolben, der mit dem Druck des ersten Bremskreises beaufschlagt ist.
Um eine genügend empfindliche Steuerung des zweiten Kreises
sicherzustellen,
muß der Relaiskolben einen im Vergleich zum Abstufungskolben größeren Querschnitt
aufweisen. Bei Ausfall des ersten Bremskreises fällt der Druck am Relaiskolben einseitig
ab, so daß der Relaiskolben über die mechanischen Übertragungsglieder mechanisch
bewegt werden muß, wobei die Betätigungskraft flir das Bremsventil und die Beweg
der; Relaiskolbens infolge dessen großer, vom Druck im zweiten Bremskreis belasteter
Kolbenfläche stark ansteigt. Zur Vermeidung dieses physiologisch ungünstigen Effektes
ist es bereits bekannt, den Relaiskolben als Doppelkolben auszubilden, wobei in
einem Ringkolben ein zweiter kleinerer Kolben gleitbar angeordnet ist, der Ausfall
des Druckes im ersten Bremkreis unter Stillegung des Ringkolbens von einem mechanischen
Übertragungsglied direkt beaufschlagt wird und das Ein-und Auslaßventil des zweiten
Bremskreises betätigt. Die Rückstellkraft ist dabei um das Verhältnis der Gesamtkolben
fläche zur Fläche cies zweiten Kolbens verringert.
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Diese Lösung ist jedoch konstruktiv aufwendig, infolge der zweifachen
Dichtung störanfällig und das Verhältnis von Betätigungskraft und Rückwirkdruck
ist nur durch einen Austausch der gesamten mehrteiligen Baugruppe einstell- bzw.
änderbar. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Rückstellfeder des Relaiskolbens
direkt auf den kleineren kolben und damit auf die
mechanischen Übertragungsglieder
wirkt. Die Gegenkraft für diese Feder muß bei Ausfall des ersten Bremskreises zusätzlich
über die mechanischen Betätigungsglieder aufgebracht werden (DT-PS 1 505 371).
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Es ist weiterhin ein Zweikreisbremsventil bekannt, bei dem die mechanischen
Betätigungsgleider über mehrere Hebel auf den Relaiskolben einwirken, so daß die
Be-Betätigungskraft gemäß der gewählten Hebelübersetzung vergrößert wird. Umgekehrt
wird bei Ausfall des ersten Bremskreises die einseltig auf den Relaiskolben wirkende
druckkraft entsprechend vermindert auf die mechanischen Betätigungsglieder übertragen,
so daß die Bremspedalkraft auch bei Ausfall des ersten Bremskreises nicht wesentlich
ansteigt. Nachteilig an dieser Lösung ist neben ihrer Vielteiligkeit iie schwierige
Montage der löse eingelegten Hebel. Um eine gelichmäßige Kraftverteilung zu erreichten,
müssen die Hebel mit engen Toleranzen hergestellt werden (DT-OS 2 008 894).
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Zweikreisbremsventil der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, bei dem bei Ausfall des ersten Bremskreises die Betätigungskraft
nicht unzulassig ansteigt, sondern bei entsprechender Auslegung unverandert bleiben
kann, das konstruktiv einfach aufgebaut ist und das einen störungsfreien
Betrieb
gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf der Oberseite
des Relaiskolbens und am Gehäuse Stützflächen ausgebildet sind, zwischen denen Spreizkörper
fliegend angeordnet sind, die mit einem Spreizkegel so zusammenwirken, daß eine
Axialverschiebung des Spreizkegels in einer weniger großen Axialverschiebung des
Relaiskolbens resultiert. Durch die Einschaltung des erfindungsgemäßen Spreizgetriebes
in die mechanische Kraftäbertragung zum Relaiskolben kann das Verhältnis von Anziehungskraft
zur Reaktionskraft beliebig bestimmt werden. Wird das Spreizgetriebe mit einer Kraftübersetzung
ausgelegt, die gleich dem wirksamen Flächenverhältnis des Relaiskolbens zum Abstufungskolben
ist, erhöht sich die Betätigungskraft bei unverändertem B.remsdruck auch bei Ausfall
des ersten Bremskreises nicht.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung schließen die Stützflächen
einen ringförmigen, sich radial nach augen verangenden und zur Richtung der Ventil-Querebenen
geneigten Spalt ein, in den die Spaltkörper durch eine Axialverschiebung des Spreizkegels
hineingepreßt werden. Dabei sind vorzugsweise die am Gehäuse auegebildeten Stützflächen
stärker zur Querebene geneigt, als die Stützflächen am Relaiskolben. Als optimale
Neigung
wurde für die Gehäusestützflächen ein Winkel von 50° und riir die Kolbenstützflächen
ein Winkel von 22° zur Querebene ermittelt, wenn der Spreizkegel eine Öffnungswinkel
von 80° aufweist.
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Vorteilhafterweise sind die Spreizkörper Kugeln, die in Führungsbahnen
auf der Stützfläche des Relaiskolbens laufen. Um eine Gleitreibung beim Verschieben
der Spreizkörper zu vermeiden, sind diese vorzugsweise als Rollen ausgebildet, die
auf einem Stift konzentrisch gelagert sind, wobei die Rollen auf der Stützfläche
des Gehäuses und dem Spreizkegel und die Stifte auf der anderen mit entsprechenden
Schlitzen versehenen Stützfläche des Relaiskolbens abrollen. Dies hat gegenüber
der Verwendung von Kugeln als Spreizkörper den Vorteil, daß an sämtlichen Berührungsstellen
rollende Reibung auftritt, wodurch die e Reibverluste vtrkleinert und das IIystereseverhalten
des Venti Is verbessert wird.
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Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,
Fig.
2 eine vergrößerte Teilansicht eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Spreizgetriebe
in seiner oberen Ruhelage, Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines Querschnitts
durch das Spreizgetriebe in seiner untersten Lage, Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht
eines Querschnitts durch ein Spreizgetriebe gemäß eine anderen Ausführungsform der
Erfindung und Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie A - B des Spreizgetriebes
nach Fig. 4.
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Das in Fig. 4 dargestellte Zweikreisbremsventil besteht aus einem
Gehäuse 1, das primäre und sekundäre Paare von Eilaß- und Zuleitungsöffnungen 2,
4 und 6, 8 für den ersten und zweiten Bremskreis aufweist. Die Zuleitungsöffnungen
sind mit unabhängigen Druckmittelquellen V1 und V2 verbunden. Die Zuleitungesöffnungen
sind mit voneinander unabhängigen Bremszylindern Z1 und Z2 verbunden. Das Innere
des Gehäuses 1 ist durch eine Wand 10 in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt,
von denen jeder ein Ein- und Auslaßventil zum Regeln des Druckmittelflusses zwischen
den entprechenden Einlaßunten
ul eitungsö rfnungen bz-w. zwischen
den Zuleitungsöffnungen und der Atmosphäre enthält.
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in dem Gehäuse sind in axialer Richtung hintereinander ein Druckstück
12, das von einem nicht-gezeigten Bremspedal beaufschlagt wird, eine Gummifeder
14 und ein federbelastet£-r Abstufungskolben 16 angeordnet. Der Abatufungskolben
16 weist einen nach unten gerichteten, ringförmigen Ansatz auf, dessen untere Kante
als Ventilsitz 18 ausgebildet ist, der einen weiteren gehäusefesten Ventilsitz 20
durchsetzt. Der Ventilsitz 20 ist von einem federbelasteten Ventilelement 22 verschlossen.
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Durch das so gebildete Einlaßventil 20, 22 wird eine Einlaßkammer
24 von einer Lieferkammer 26 abgetrennt.
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Die Lieferkammer 26 steht normalerweise über das Innere des ringförmigen
Fortsatzes des Abstufungskolbens 16 mit einer Entlüftungsöffnung 28 in die Atmosphäre
in Verbindung. Durch Niederdriicken des Abtufungskolbens 16 kommt Ventilsitz 18
in dichtenden Eingriff mit dem Ventilkörper 22, wodurch das Auslaßventil 18, 22
geschlossen und bei weiterer Verschiebung des Abstufungskolbens 16 das Einlaßventil
20, 22 geöffnet wird.
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Die Lieferkammer 26 steht über eine Bohrung 30 in der Wand 10 mit
der Steuerkammer 32 eines großflächigen Relaiskolbens 34 in Verbindung.
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Der von einer Feder 35 belastete Relaiskolben 34 weist einen rigförmigen
Fortsatz auf, dessen untere Kante als verschiebbarer Ventilsitz 36 ausgebildet ist,
der in seiner Funktion dem Ventilsitz 18 entspricht und einen gehäusefesten Ventilsitz
38 durchsetzt, der von einem federbelasteten Ventilkörper 40 analog Ventilkörper
22 verschlossen ist. Das Einlaßventil 38, 40 trennt die Einlaßkammer 42 des zweiten
Bremskreises von dessen Lieferkammer 44* Die Lieferkammer 44 steht über den normalerweize
vom Ventilkörper 40 abgehobenen Ventilsitz 36 mit einem zentral im Inneren des Ventils
laufenden und gegen die Steuerkammer 32 und die Lieferkammer 24 des ersten Bremskreises
abgedichteten Kanal in Verbindung, der einerseits zur Entlftungsöffnung 28 führt
und andererseits Ventilkörper 40 durchsetzt und zu einer Entlüftungsöffnung 46 am
unteren Ende des Gehäuses führt.
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Bei einer Abwärtsbewegung des Relaiskolbens 34 kommt Ventilsitz 36
in dichtenden Eingriff mit Ventilkörper 40, wodurch das Auslaßventil 36, 40 des
zweiten Bremskreises geschlossen und bei weiterer Verschiebung des Relaiskolbens
Ventilkörper 40 von seinem Sitz 38 abgehoben wird, was zu einer Verbindung von Einlaßkammer
42 mit Lieferkammer 44 führt. Der bis hierher beschriebene Aufbau des Zweikreisbremsventiles
unterscheidet sich
reicht voll bekannten Konstruktionen. Die eigentliche
Erfindung liegt in tier Art der mechanischen Kraftübertragung bei Ausfall des ersten
Bremskreises.
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In dem im inneren des Gehäuses verlaufenden Entlüftungskanal ist eine
Hülse 48 verschi.ebbar dichtend geführt, die in einem Ringflansch endet, dessen
Rand einen Kegelstumpfmantel L,ildet, der sich nach unten, d.h. in Richtung des
Relaiskolbens 34, verjüngt.. Dieser Spreizkegel 50 befindet sich in der Steuerkammer
32 des Relaiskolbens 34. Die Ränder des topfförmigen Relaiskolbens 34 werden VOt1
einem Gehäuseteil übergriffen, das in einer schrägen Stützfläche 52 endet, die als
Umhüllende eines sich nach oben verjüngenden Kegels ausgebildet ist. Der Boden des
Relaiskolbens 34 ist im radialen Bereich der Stützfläche 52 ebenfalls als Stützfläche
54 ausgebildet, lie einen Til eines sich nach oben verjüngenden Kegelmantels definiert.
Der Öffnungswinkel des die Stützfläche 54 definierenden Kegelmantels (Winkel in
der kegelspitze) ist größer als der Öffnungswinkel des Kegels, den die Stützfläche
52 umschreibt. Die beiden Stützflächen 52 und 54 bilden daher einen umlaufenden
keilförmigen Spalt, der sich radial nach außen verengt und der zur Richtung der
Ventil-Querebenen, d.h. Radialebenen zur Ventilachse 1-I, geneigt verläuft. In die
radial innere Mündung des Spaltes sind mehrere Kugeln 56
eingelegt,
die von dem Spreizkegel 50 bzw. einer am Spreizkegel 50 angeordneten Schulter 58
am Austreten aus dem Spalt gehindert werden. An der Stützfläche 54 vorgesehene,
radial verlaufende Lamellen 64 gewährleisten eine Radialführung der Kugeln 56. Eine
Axialverschiebung des Spreizkegels 50 führt zu einem radialen Auswandern der Kugeln
56 und damit zu einer Aufweitung des Spaltes.
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Da Stützfläche 52 stationär ist, führt die Spaltaufweitung zu einer
Axialverschiebung des Relaiskolbens 34.
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Durch geeeignete Anordnung der Stützflächen 52, 54 und des Speizkegels
kann jedes beliebige Übersetzungsverhältnis verwirklicht werden.
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Hülse 48 ist durch einen sternförmigen Fortsatz 60 nach oben verlängert
und endet in einem bestimmten Abstand zu einem im Abstufungskolben 16 angeordneten
einstellbaren Gewindestift 62. Nach Durchlaufen einer bestimmten Strecke schlägt
der Gewindestift 62 an dem sternförmigen Fortsatz 60 an und schiebt den Spreizkegel
50 nach unten.
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Die auf den Relaiskolben 34 wirkende Reaktionskraft wird durch das
Spreizgetriebe entsprechend untersetzt auf Spreizkegel 50, Hülse Y8 und sternförmigen
Fortsatz 60 übertragen, von da auf den Gewindestift 62, den Abstufungskolben 16,
die Gummifeder 1lF und auf das Druckstück 12.
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Bei intaktem ersten Bremskreis ist die Wirkungsweise des
Zweikreisbremsventiles
fie folgt. Durch Betätigen des Fußpedales wird Druckstück 12, Gummifeder 14 und
Abstufungskolben 16 gegen die den Abstufungskolben 16 belastende Foder nach unten
bewegt. Ventilsitz 18 kommt in dichtenden Eingriff mit Ventilkörper 22, wodurch
das Auslaßventil geschlossen und Lieferkammer 26 vom Kanal zur Entlüftungsöffnung
28 abgetrennt wird. Eine weitere Abwärtsbewegung des Abstufungskolbens 16 führt
zum Abheben des Ventilkörpers 22 von seinem Sitz 20 und zu einer Verbindung der
Einlaßkammer 24 mit Lieferkammer 26.
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Die Bremszylinder Z1 werden von der Druckmittelquelle V1 belüftet.
Der in der T,ieferkammer 26 herrschende Bremsdruck wirkt auf den Abstufungskolben
16 ein und liefert eine dem Bremsdruck entsprechende Reaktionskraft für das Bremspedal.
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ffber Bohrung 30 in der Wand 10 wird ein Druckausgleich von der Lieferkammer
26 zur Steuerkammer 32 hergestellt.
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Infolge des großen Querschnitts des Relaiskolbens 34 wird dieser entsprechend
empfindlich reagieren und sich gegen die Yorspannung der ihn belastenden Feder 35
nach unten bewegen. Der den Ventilsitz 36 bildende Rand des ringföiinigen Fortsatzes
zur Relaiskolbens legt sich auf 'Ventilkörper 40, wodurch die Verbindung der Lieferkammer
44 mit der Atmosphäre unterbrochen und bei weiterer bewegung des Relaiskolbens das
Einlaßventil des zweiten
Bremskreises analog zum ersten Bremskreis
geöffnet wird.
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Das Spreizgetriebe wird bei normaler Funktion des Zweikreisbremsventiles
also nicht wirksam und unterliegt keinem Verschlei.ß. Ein Herausfallen der Kugeln
wi.rd durch die Schulter 58 am Spreizkegel. 50 verhindert.
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Bei Ausfall des ersten Bremskreises während einer Bremsung wird Steuerkammer
32 drucklos und der in Lieferkammer 44 des zweiten Bremskreises herrschende Druck
übt eine entsprechende riach oben gerichtete Kraft auf den Relaiskolben 34 aus.
Diese Kraft wird durch das Spreizgetriebe entsprechend untersetzt über Spreizkegel
50 und sternförmigen Fortsatz 60 auf den Abstufungskolben 16 übertragen. Die bei
ordnungsgemäßer Funktion auf den Abstufungskolben 16 einwirkende Kraft infolge des
Druckes in Lieferkammer 26 wird bei Ausfall des ersten Bremskreises durch tiie rj't
t ersetzt, die über das Spreizgetriebe und die mechanischen Betätigungsglieder vom
Relaiskolben 34 auf den Abstufungskolben 16 übertragen werden Da dns Spreizgetriebe
vorzugsweise mit einer solchen Kraftübersetzung ausgelegt ist, die dem wirksamen
Flächenverhältnis von Relaiskolben 34 zu@ Abstufungskolben 16 entspricht, wird sich
die Größe der auf das Bremspedal wirkenden Reaktionskraft nicht verändern.
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Eine Betätigung der Bremse bei ausgefallenem ersten Bremskreis führt
zu einer Verschiebung den Abstufungskolbens 16 bis zum Anschlag des Gewindestiftes
62 an dem sternförmigen Fortsatz 60 und einer darauf folgenden axialen Verschiebung
des Spreizkegels 50 nach unten. Die Kugeln 56 werden durch den sich nach unten verschiebenden
Spreizkegel 5u in den Spalt zwischen den Stützflächen 52 und 54 gedrückt, welchen
radial aus und drücken den Reiniskolben 34 mit entprechender Weguntersetzung nach
unten. Das Auslaßventil schließt sich und Ventilkörper 40 hebt unter Einwirkung
des Auslaßventilsitzes 35 von seinem Sitz ab und belüftet die Bremszylinder 22.
Der sich in der Lieferkammer 44 unterhalb des Relaiskolbens 34 aufbauende Druck,
der noch durch die Kraft der den Relaiskolben 34 belastenden Feder 35 verstärkt
ist, wird entsprechend untersetzt als vorringerte Reaktionskraft vom Spreizkegel
50 abgegeben und schließlich zum Betätigungsorgan weitergeleitet. Das Verhältnis
von Aktionskraft zu Reaktionskraft entspricht der Kraftübersetzung des Spreizgetriebes.
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Der Ventilkörper 40 wird durch die feder 41 in Bremsabschlußstellung
bewegt, wenn die auf den Relaiskolben 34 ausgeübten Kräfte sich das Gleichgewicht
halten.
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Durch Nachlassen der Kraft an der Betätigungseinrichtung
Kehrt
nich der beschriebene Vorgang um, Druckluft aus den Bremszylindern 22 strömt über
den geöffneten Auslaßsitz 38 ist Freie.
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Der Gewindestift 62 dient dazu, die Ventilhübe der beiden Ventileinrichtung
aufeinander abzustimmen, darüber hinaus lassen sich damit Fertigungstoleranzen ausgleichen.
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in Fig. 2 sind die lieigungen der Stützflächen für ein Spreizgetriebe
mit einer dreifachen Übersetzung dargestellt. Spreizkegel 50 und Relaiskolben 34
befinden sich in ihrer oberen Ruhelage. lu Fig. 3 ist das gleiche Spreizgetriebe
in seiner untersten Stellung gezeigt.
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Man erkennt deutlich, daß einer Verschiebung des Spreizkegels 50 eine
wesentlich kleinere Verschiebung des Relaiskolben 34 entpricht. Bei dem gezeigten
Spreizgetriebe beträgt α = 40°, ß = 50° und # = 22°. Für die Verschiebung
des Relaiskolbens 34 (SA) zur Verschiebung des Spreizkegels 50 (SE) läßt sich folgende
Winkelbezeihung aufstelllen SA sin α = . [ sinß-cosßtg# ] SE cos(ß-α)
Die Kugeln 56 werden auf den Stützflächen 54 des Relaiskolbens 34 durch Lamellen
64 geführt. Im Ausführungsbeispiel ist der Relaiskolben 34 ein Kunststoff-Spritztell
mit
angegossenen Lamellen 64. Die kleinste Anznhl der Kugeln 56 ergibt sich aus der
zulässigen Punktbelastung der Stützflächen.
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In den Fig. 4 und 9 ist eine weitere Ausführungsform des Spreizgetriebes
gezeigt, bei dem als Spreizkörper Rollen u6 verwendet werden, die auf konzentrischen,
beidseitig über die Rollen 66 hinausragenden Stiften 68 gelagert sind. Die Mantelfläche
der Rollen steht mit dem Spreizkegel 50 und der Stützfläche 52 in Berührung, während
die Enden der Stifte 68 auf der Stützfläche 54 des Relaiskolbens 34 abrollen. Die
Stützfläche 54 muß mit entsprechendeii Schlitzen bzw. Nuten versehen sein, um ein
freies Drehen rler Rollen 66 zu ermöglichen. Die überstehenden Stiftenden 68 liegen
auf der Stützfläche 54 auf. Zur seitlichen fixierung der Stifte dient Bund ?2. Beim
Einsatz des Spreizgetriebes rollt der Außenmantel der Rollen 66 auf den Stützflächen
50 und 52, der Sti.ft 68 auf der StWitzflaclle 54 ab. Die bei Verwendung von Kugeln
nicht zu vermeidenden Rei-bungsverluste werden dadurch wesentlich errliedrigt und
die Hysteresis verbessert.
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Statt einer Rolle mit Gleitlager kami ein handelsübliches Kugellager
oder Nadellager und als Stift ein genormter Zylinderstift verwendet werden. Am Umfang
müssen min-
@ens 3 Rollen gleichmäßig verteilt angeordnet sein.
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Patentansprüche: