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Druckregelzylinder für Bremsanlagen
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Druckregelzylinder für Bremsanlagen mit einer Hilfsdruckquelle, mit
einem mit einem Hauptzylinder verbundenen Einlaßraum, einem mit einem Radzylinder
verbundenen Aus laßraum, der mit dem Einlaßraum durch eine druckregelnde Ventilanordnung
verbunden ist und durch einen Kolben, der die Ventilanordnung steuert, begrenzt
ist, und der mit seiner dem Auslaßraum entgegensetzten Seite einen Druckraum begrenzt,
der vom Druck der Hilfsdruckquelle beaufschlagt ist.
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Bin derartiger Druckregelzylinder ist aus der DE-AS 19 47 012 bekannt
geworden. Der Druckraum dieser Anordnung ist drucksteuerbar an die Hilfsdruckquelle
angeschlossen.
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Die dem Kolben gegenüberliegende, den Druckraum begrenzende Gehäusewand
des Druckregelzylinders wird von einem StUssei eines zweiten Kolbens dichtend durchragt.
Dieser sitzt radial dicht in einem koaxial zum Druckregelzylinder nachgeschalseten
Gehäuse und begrenzt einen Raum, der vom ungeregelten Druck der Nilf-sdruckquelle
beaufschlagt ist.
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Der Druck in diesem Raum hält den zweiten Kolben gegen eine vorgespannte
Feder an einem Anschlag im nachges.chalteten Gehäuse, so daß der in den Druckraum
ragende Stößel unter nornialon Betriebsbedingungen nicht an den Kolben heranreicht,
der die Ventilanordnung steuert. Die Anordnung im nachgeschalteten Gehäuse bildet
somit eine Noteinrichtung, ie erst bei Ausfall der Hilfsdruckquelle wirksam wird.
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Fällt der Druck der ilfskraftquelle unter einen durch die druckbeaufschlagte
Fläche des zweiten Kolbens und der vorgespannten Feder bestimmten Druckwert, so
wird der zweite Kolben bis an die Gehäusewand des Druckregelzylinders axial verschoben.
Der Stößel tritt mit dem Kolben mechanisch in Verbindung und drückt diesen durch
die Kraft der vorgespafln ten Feder in eine Stellung, in der er die druckregelnde
Ventilanordnung geöffnet hält. Eine direkte Verbindung vom Hauptzylinder zu den
Radzylindern ist damit gewährleistet.
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Durch die nachgeschaltete Noteinrichtung erhält der Druck regelzylinder
jedoch eine unerwünscht lange Bauläge. -Die Feder muß zudem so stark ausgebildet
sein, daß sie gegen den Maximal-druck des Hauptbremszylinders die Ventilanordnung
weiterhin in Offenstellung halten kann.
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Ein anderer Druckregelzylinder ist aus der DE-OS 26 44 659 bekannt.
Der Druckregelzylinder ist durch zwei Kolben, die im normalen Betriebsfall als ein
Kolben arbeiten, in drei Räume unterteilt. Ein kleiner Stufenkolben liegt in seiner
Ruhestellung an einer axialen Gehäusewand des Druclçregelzylinders an. Durch eine
Anfasung wird zwischen ihm und der axialen Gehäusewand ein Auslaßraum geschaffen,
der mit den Radzylindern in Verbindung steht.
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In einem in dem Kolben eingebrachten Kanalsystem, das den Auslaßraum
mit dem hinter dem Kolben liegenden Einlaßraum verbindet, ist eine Ventilanordnung
angebracht, die bei axialer Anlage des Kolbens an der Gehäusewand in Offenstellung
gehalten wird. Der Einlaßraum ist durch den zweiten Kolben begrenzt und steht mit
dem Hauptzylinder in Verbindung. Die beiden Kolben stehen im Einlaßraum mechanisch
riliteinander in Verbindung und sind dabei in Trennrichtung durch eine vorgespannte
Feder kraftbeaufschlagt.
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Der zweite Kolben ist zu seinem Ende im Durchmesser grös -ser ausgebildet
als die übrige Kolbenanordnung.
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Diese Stufe gle,trs dicht in dem Gehäuse des Druckregelzylinders und
begrenzt mit der Gehäusewand einen vom Druck der HilSdruckquelle beaufschlagten
Raum. Die axiale Gehäusewand, an der der erste Kolben anliegt, wird von einem Stößel
dichtend durchragt. Der Stößel steht mit einem Kolben in Verbindung, der in seinem
Durchmesser grösser ausgebildet ist als der größte Kolbendurchmesser im Druckregelzylinder.
Dieser Kolben teilt einen axialen Gehäuseansatz in zwei Räume, von denen der erste
von der axialen Gehäusewand des Druckregelzylinders begrenzt ist und mit der Atmosphäre
in Verbindung steht, der zweite Rawn von der Wand des Gehäuseansatzes begrenzt ist
und einen Druckraum darstellt, der über steuernde Ventile mit der Hilfsdruckquelle
verbindbar ist.
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Wird eine solche Vorrichtung betätigt, so wird durch die Kraft der
Hilfsdruckquelle der erste und zweite Kolben gegen die Kraft der Feder zusammengepreßt
und bildet damit für den normalen Betriebsfall einen Steuerkolben. In diesem normalen
Betriebsfall liegt der Steuerkolben mit dem ersten Kolben an der axialen Gehäusewand
an und hält so die Ventilanordnung in Offenstellung. Sollte nun bei betätigtem Bremspedal
der Druck in den Radzylindern abgebaut werden müssen, so kann über den Druckraum
im Gehäuse ansatz auf den Kolben im Druckregelzylinder eine Kraft ausgeübt werden,
die ihn entgegen allen Druckkräften aus seiner Ruhelage schiebt. Dabei schließt
die Ventilanordnung und durch das Zurückgleiten des Steuerkolbens wird der Auslaßraum
vergrößert, was eine Druckminderung in den Radzylindern zur Folge hat. Fällt bei
einer solchen Anordnung die Hilfsdruckquelle aus, so wird die Kraft der Feder den
Steuerkolben in den ersten und zweiten Kolben trennen, die Druckkraft des Haupt
zylinders wird den ers+en Kolben an seiner Anlage an der axialen Gehäusewand des
Druckregelzylinders schieben und die Ventilanordnung offen stoßen. Eine direkte
Verbindung von Einlaßraum zu
Auslaßraum ist hergestellt.
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Auch bei dieser Anordnung ist durch die Anordnung verschiedener Druckraum
eine relativ große Baulänge erforderlich. Die Anordnung selbst hat zudem fünf Gleitdichtungen,
die eine erhöhte Störanfälligkeit des Druckregelzylinders beinhalten.
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Es ist Aufgahe der Erfindung, einen Druckregelzylinder für eine Bremsanlage
mit Hilfsdruckquelle zu schaffen, bei dem im normalen Betriebsfalle der Druck in
den Radzylindern steuerbar ist, bei Ausfall der Hilfsdruckquelle jedoch eine direkte
Verbindung vom Hauptzylinder zu den Radzylindern sichergestellt ist. Der Druckregelzylinder
soll eine geringe Baulänge aufweisen und mit einer minimalen Anzahl an Gleitdichtungen
ausgestattet sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckraum
oder der Auslaßraum des Druckregelzylinders über ein Sperrventil mit dem Hauptzylinder
verbunden ist, wobei das Sperrventil bei mangelndem Druck im Leitungssystem der
Hilfsdruckquelle die Verbindung von HaupEzylinder zu Druckrauni oder Auslaßraum
freigibt. Durch die Maßnahme, die Noteinrichtung, hier das Sperrventil, außerhalb
des Druckregelzylinders anzuordnen, kann dieser besonders klein und kompakt gebaut
werden. Da nun nur ein Kolben nötig wird, den Druckregelzylinder in Druckraum und
Auslaßraum aufzuteilen, kann die axiale Baulänge minimiert werden.
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Da das Sperrventil vom Druck der Hilfskraftquelle gegen eine Kraft
in Schließstellung gehalten wird, wird bei Druckabfall im Leitungssystem der Hilfsdruckquelle
das Sperrventil durch diese Kraft in Offenstellung gedrückt.
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Eine vobeill:~te Ausführungsform ist dadurch gegeben, ß J das Sperrventil
aus einem in einem Gehäuse dichtend gleitenden Kolben gebildet wird, der vom Druck
der Hilfskraftquelle dicht gegen eine Öffnung gehalten ist, die mit delnIIauptzylinder
in Verbindung steht. Bei Ausfall der Hilfskraftquelle wird der Druck in dieser Durchflußöffnung
den Kolben in seine Offenstellung bringen.
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Indem der Kolben des Sperrventils von der Kraft einer Feder gegen
den Druck der Hilfsdruckquelle beaufschlagt ist, wird die Kraft erhöht, die den
Kolben in seine Offenstellung bringen soll. Geringere Ansprechzeiten werden damit
erreichbar. Dies kann auch dadurch errecht werden, daß der Kolben ein Stufenkolben
ist, dessen kleinere Stufe die Öffnung verschließt und dessen Ringfläche vom Druck
des Auslaßraumes des Druckregelzylinders beaufschlagt ist.
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Eine weitere Absicherung des Druckregelzylinders einer derartigen
Bremsanlage gegen Fehlwirkungen kann dadurch erreicht werden, daß das Sperrventil
elektromagnetisch In Schließstellung gehalten wird. Bei Ausfall der steuernden elektromagnetischen
Kräfte wird die direkte Verbindung vom Hauptzylinder zu den Radzylindern hergestellt.
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Erfindungsgemäße Ausführungen eines Druckregelzylinders für Bremssysteme
mit einer Hilfsdruckquelle sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen einfachen bruckregelzylinder mit Sperrventil,
Figur 2 einen gestuften Druckregelzylinder mit Sperrventil.
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In Figur 1 ist mit 1 der Druckbehälter, mit 2 eine hydraulische Pumpe
und mit 3 ein Vorratsbehälter für hydrauli-
sche Flüssigkeit bezeichnet.
Die Pumpe 2 fördert über eine Leitung 4 aus dem Vorratsbehälter 3 über ein Rückschlagventil
5 die Flüssigkeit in den Druckbehälter 1. Eine Überlaufleitung 6 verhindert einen
zu hohen Druckaufbau.
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Über die Druckleitung 7 wird der Druck dann an die Verbraucher abgegeben.
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An die Druckleitung 7 ist direkt der Druckraum 10 des Sperrventils
8 angeschlossen, so daß der Stufenkolben 9 in seiner gezeigten Schließstellung gehalten
ist. Er trennt in dieser Stellung die Verbindung 12 vom Druckraum des Hauptzylinders
13 von dem Durchflußraum 11 im Sperrventil 8. Der Durchflußraum 11 ist über die
Leitung 17 mit dem Auslaßraum 18 des Druckregelzylinders 20 verbunden. Eine andere
Möglichkeit des Anschlusses wäre gegeben, wenn statt der Leitung 17 die Leitung
14 benutzt wird, die den Durchlaßraum 11 mit dem Steuerraum 16 des Druckregelzylinders
20 verbindet.
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Der Druckregelzylinder 20 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse
21, in dem ein Kolben 22 gleitet und den Innenraum in einen Steuerraum 16 und einnAuslaßraum
18 aufteilt. Das Gehäuse 21 ist durch einen Deckel 23 verschlossen, der zum Auslaßraum
18 lamellenartige Vorsprünge 24 zeigt. Der Deckel 23 zeigt eine axiale Öffnung 25,
durch die ein stiftartiger Fortsatz 26 des Kolbens 22 hindurchragt. Dieser stiftartige
Durchsatz ragt in der gezeigten Stellung des Kolbens in den Einlaßraum 26, der über
die Leitung 27 mit dem Hauptzylinder verbunden ist. Der Einlaßraum 26 ist in einem
Gehäuseteil 19 untergebracht, das auf das Gehäuse 21 aufgeschraubt wird. Zwischen
dem Gehäuseteil 21 und dem Gehäuseteil 19 ist eine Dichtung 28 angeordnet. In dem
Einlaßraum 26 wird eine Kugel 29 durch eine Feder 30 auf den stiftartigen Fortsatz
26 des Kolbens 22 gedrückt und ist bestrebt, den sich zum Einlaßraum kegelförmig
erweiternden Durchlaß 25 zu verschließen.
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Der AvJlaßra 18 18 steht mit den Ratizylindern einer hydraulischen
Bremsvorrichtung 31 in Verbindung. Der Kolben 22 trägt zwei Ringdichtungen 32, 33,
so daß eine Trennung von der Druckflüssigkeit des Hauptbremszylinders 13 zur Druckflüssigkeit
der Hilfsdruckquelle gewährleistet ist.
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Wird der Durchlaßraum 11 mit dem Auslaßraum 18 über die Leitung 17
verbunden, so erhält man eine echte Trennung der beiden Drucksystema. Es besteht
dann die Möglichkeit, Druckflüssigkeiten verschiedener chemischer Zusammensetzung
zu verwenden.
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Der Kolben 22 wird durch eine Feder 34 in seiner gezeigten Lage an
den lamellenhaften Vorsprüngen 4 gehalten, so daß die Durchflußöffnung 25 frei ist.
In dieser Stellung ist eine direkte Verbindung vom Hauptbremszylinder 13 zu den
Radzylindern der Bremsvorrichtung 31 gewährleistet.
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Der Steuerraum 16 ist über die Druckleitung 15, das RUckschlagventil
34 und ein Magnetventil 35 ebenfalls an die Druckleitung 7 der Hilfsdruckquelle
angeschlossen. über die Leitung 15 und das Leitungsstück 36 ist der Steuerraum 16
jedoch auch mit dem Auslaßventil 37 verbunden, das Druckmittel über die Leitung
38 in den Vorratsbehälter 3 ableiten kann. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist
das Ventil 35 stromlos offen, das Ventil 37 stromlos geschlossen.
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Ist die Hilfsdruckquelle in Betrieb, so wird im Druckraum 10 des Sperrventils
8, sowie im Steuerraum 16 des Druckregeizylinders 20 der ungeregelte Druck der Hilfsdruckquelle
anstehen. Somit werden der Stufenkolben 9 sowie der Kolben 22 die in der Zeichnung
dargestellten Lagen einnehmen. Im Sperrventil 8 bedeutet das, daß der Stufenkolben
9 den ZufluD der Leitung 12 verschließt und der Durchflußraum 11 über die Leitung
17 mit dem Druck des Auslaßraums 18 verbunden ist. Durch den Druck im Steuerraum
16
wird der Kolben 22 in der gezeigten Offenstellung, gehalten,
so daß bei Betätigung des Bremspedals 39 sich der Druck über den Einlaßraum 26,
die Durchflußöffnung 25 und zwischen den Lamellen 24 hindurch in den Auslaßraum
18 und damit zu der Betätigungsvorrichtung 31 fortpflanzen kann. Zeigt das Rad 40
eine Blockierneigung, so könnendie Ventile 35 und 37 über eine nicht dargestellte
elektronische Steuerungseinrichtung den Druck im Steuerraum 16 beeinflussen. In
einem solchen Falle wird das Ventil 35 geschlossen, das Ventil 37 wird geöffnet.
Darriit wird Druck im Steuerraum 16 abgebaut, so daß der anstehende Druck in Auslaßraum
18 den Kolben 22 gegen die Kraft der Feder 34 verschiebt. Die Kugel 29 kommt in
der kegeligen Öffnung der Durchflußöffnung 25 zu liegen und verschließt diese dicht.
Der weitere Bremsdruckaufbau ist damit gestoppt.
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Sollte noch immer Blockierneigung bestehen, so kann weiter Druck aus
dem Steuerraum 16 abgelassen werden und so der Auslaßraum 18 vergrößert werden.
Durch diese Vergrößerung wird der Druck in den Radzylindern der Betätigungseinrichtung
31 weiter abnehmen, bis die Blockierneigung aufgehoben ist. Das Ventil 37 wird wieder
schließen, das Ventil 35 wieder öffnen und den Kolben 22 wieder nach rechts gegen
seine Anlage an die Lamellen 24 schieben.
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Der Stift 26 wird dabei die durch die Kugel 29 verschlossene Durchflußöffnung
25 wieder aufstoßen und die di reR-te Verbindung vom Hauptzylinder 13 zu den Radzylindern
der Betätigungseinrichtung 31 wieder freigeben.
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Fällt infolge eines Leitungsfehlers oder eines Energieausfalls der
Druck der Hilfsdruckquelle aus, so wird der Druck im Raum 10 des Sperrventils gleichfalls
abnehmen.
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Der durch den Druck der IIilfsdruckquelle dichtend gegen die DurchfluloffnunE
41 gehaltene Stufenkolben 9 wird durch den Druck in der Durchflußöffnung 41 und
den Druck auf seine Ringfläche im Durchlaßraum 11 axial verschoben und gibt damit
die l)rucknaittelverbindung vom llauptzylinder 13
zum Auslaßraum
1S frei. Bemerkenswert hierbei ist, daß des eine die Ventilanordnung umgehende Druckmittelverbindung
ist, also als sogenannter By-Pass bezeichnet werden kann. Bei einer derartigen Anordnung
ist es von besonderem Vorteil, daß die Hydraulikflüssigkeit der Hilfsdruckquelle
und die hydraulische Bremsflüssigkeit von unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung
sein können, da sie unter keinen Betriebsbedingungen miteinander in Verbindung treten.
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Wird die in Figur 1 gestrichelt gezeichnete Verbindungsleitung 14
statt der Verbindungsleitung 17 gewählt, ssen die in dem System verwendeten Druckflüssigkeiten
gleicher chemischer Zusammensetzung oder zumindest miteinander mischbar sein. Fällt
bei einer derartigen Anordnung der Druck der Hilfskraftquelle aus, so wird jedoch
das Medium im Steuerraum 16, falls das Ventil 37 geschlossen ist, seinen Druck beibehalten.
Über das Richtungsventil 34 kann sich nämlich kein Druck abbauen. Somit ist der
Durchflußraum 11 im Sperrventil vom Druck des Druckraumes 16 beauS-schlagt, auf
den Kopf des Stufenkolbens 9 wirkt in der Durchflußöffnung 41 der anstehende Druck
des Hauptzylinders. Dieses Druckverhältnis wird, da der Druckraum 10 drucklos ist,
den Stufenkolben 9 sofort verschieben, so daß er die Durchflußöffnung 41 freigibt
und Druclunittel vom Hauptzylinder 13 über die Leitung 12, den Durchflußraum 11
und die Leitung 14, 15 in den Druckraum 16 gefördert werden kann. Damit ist der
Kolben 22 weitgehend druckausgeglichen, da er von beiden Seiten vom Druck des Hauptbremszylinders
beaufschlagt ist. Durch die Feder 34 wird der Kolben 22 damit in seine gezeigte
Ruhestellung geführt, so daß bei Ausfall der Hilfsdruckquelle die Durchflußöffnung
25 immer geöiSfnet bleibt, eine direkte Verbindung vom Hauptzylinder 13 zu den Radzylindern
der Betätigungseinrichtung 31 somit gewährleistet ist.
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Figur 2 unterscheidet sich von der Ausführung in Figur 1 nur in einer
anderen Ausgestaltung des Druckregelzylinders 20'; das Gehäuse 21' ist hierbei stufig
ausgebildet, so daß ein zusätzlicher Raum 42 entsteht. Dieser Raum steht über die
Leitung 43 direkt mit dem ungeregelten Druck der Hilfsdruckquelle in Verbindung.
Bemerkenswert bei dieser Ausbildung ist, daß einerseits bei einem beginnenden Regelvorgang,
d.h. bei gewünschter Druckabsenkung im Raum 16, der Kolben 22' durch die zusätzliche,
druckbeaufschlagte Ringfläche 44 schneller verschoben werden kann, andererseits
durch Dimensionierung der Ringfläche 44 der Druckregelzylinder in einem noriialen
Betriebsfall auch als Bremsdruckbegrenzer verwendet werden kann.
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Die Funktionsweise dieser Anordnung entspricht der aus Figur 1. Bei
Ausfall der Hilfsdruckquelle während einer Regelphase wird das Sperrventil die Verbindung
von Hauptzylinder 13 zum Steuerraum 16 freigeben und der Kolben 22' wird in seine
Offenstellung geschoben. Dies begründet sich darin, daß die Ringfläche 44 nicht
mehr druckbeaufschlagt ist, die Stellung des Kolbens 22' jedoch auf einer druckausge
ichenen Stellung basiert. Bei Ausfall eLcr Hilfsdruckquelle kann der Druck im Steuerraum
16 n:iclt absinken, da er druckmäßig bezüglich des übrigen Systems abgesperrt ist.
Über die Leitung 14 wird der Steuerraum vom Druck des Hauptbremszylinders beaufschlagt,
so daß sich der Kolben 22' aufgrund seiner unterschiedlich grossen Stirnflächen,
die vom gleichen Druck beaufschlagt werden, axial verschIebt. Dies geschieht plötzlich,
da der bei intaktem System druckausgeglichene Kolben von einem Zeitpunkt zum anderen
in einen verschieden druckbeaufschlagten Kolben wechselt. Der Ringraum 42 verliert
in gleichem Maße seinen Drnck, wie ihn die Hilfsdruckquelle verliert.
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Der so fehlende Druck auf die Ringfläche 44 hat zur Folge, daß der
Drucküberschuß im Steuerraum 16 den Kolben 22 in seine gezeichnete Offenstellung
schießt.
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Wird anstelle dc Leitung 14 die Leitung 17 benutzt, so @@tpficht die
Funktionsweise identisch der aus Figur 1.
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Die hier gezeigte Ausführungsform des Sperrventils ist nur eine von
vielen möglichen. So könnte z.B. der Kolben durch eine Feder in Schließstellung
oder in Offenstellung kraftbeaufschlagt werden. Hydraulische Schieberventile, elektromagnetische
Ventile o.ä. können ebenfalls als Sperrventil Verwendung finden.
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Statt über die dargestellten Ventile 35, 37 kann der Steuerraum 16
auch über ein Dreiwegeventil an das Leitungssystem der Hilfsdruckquelle angeschlossen
werden.