DE3622212A1 - Druckregeleinrichtung, insbesondere fuer druckmittelbetaetigbare kraftfahrzeugbremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckregeleinrichtung, insbe­ sondere für druckmittelbetätigbare Kraftfahrzeugbrems­ systeme, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Druckregeleinrichtungen werden in erster Linie zur Bremskraftregelung der Hinterräder zwischen Haupt­ zylinder und Hinterradbremse in einem druckmittelbe­ tätigten Kraftfahrzeugbremssystem eingebaut, um die tat­ sächliche Verteilung der Bremskräfte auf die Vorder- und Hinterachse verzögerungsabhängig an die ideale Vertei­ lungskennlinie anzunähern.

Eine Druckregeleinrichtung dieser Gattung ist aus der DE-OS 31 00 916 A1 bekannt. Bei dem dort offenbarten Druckregler wird der Regelkolben über eine Feder und einen Zwischenkolben vom Eingangsdruck beaufschlagt. Die Verbindung zwischen Druckmitteleingang und Zwischenkolben wird bei einer bestimmten Verzögerung von einem Trägheitskörper unterbrochen. Ab diesem Zeitpunkt ver­ schiebt sich der Regelkolben gegen die Kraft der genannten Feder, wobei der Zwischenkolben, der eine größere Quer­ schnittsfläche als der Regelkolben aufweist, in seiner zuvor eingenommenen Stellung verharrt.

Bei dem bekannten Druckregler ist es besonders nachteilig, daß zur Steuerung des Regelkolbens eine sehr große Kraft aufgewandt werden muß. Die dadurch notwendige große Querschnittsfläche des Zwischenkolbens bedingt, daß ein sehr großes Druckmittelvolumen verschoben werden muß. Dies wiederum hat große Druckmittelgeschwindigkeiten, welche die Bewegung des Trägheitskörpers beeinflussen, zur Folge; daher ist auch bei diesem Druckregler eine aufwendige Druckmittelzuführung in die Ventilkammer des Trägheits­ körpers notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Druckregeleinrichtung zu schaffen, die sich durch günstige Fertigungs- und Montagekosten auszeichnet, die o. g. Nachteile vermeidet, insbesondere nur ein geringes Steuervolumen benötigt und die Möglichkeit bietet, den Umschaltdruck lastabhängig einstellbar vorzu­ geben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerkolben das Ventilschließglied des Regelventiles be­ tätigt.

Dadurch muß vom Steuerkolben nur eine sehr geringe Kraft zur Ventilsteuerung aufgebracht werden. Dies hat vor­ teilhafterweise zur Folge, daß der Steuerkolben nur eine kleine Differenz der druckbeaufschlagten Flächen aufweisen muß, wodurch die material- und gewichtssparende Möglich­ keit gegeben ist, daß der Steuerkolben im Querschnitt kleiner ist als der Regelkolben.

Die Ausführungsform mit kleinem Steuerkolben hat den günstigen Effekt, daß nur kleine Druckmittelvolumina bewegt werden müssen, was zu unproblematischen Strömungs- bzw. Strömungsgeschwindigkeitsverhältnissen führt, die keine störenden Einflüsse auf den Trägheits­ körper haben. Daher kann auf eine aufwendige Druckmittel­ zuführung verzichtet werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der Erfindung bei der - durch die an die entsprechende Fahrzeuggeometrie anzupassende Auslegung der Federsteifigkeiten - der Weg des auf das ventilschließwirkenden Steuerkolbens bei gleicher Druckerhöhung größer ist als der Weg des Regel­ kolbens entgegen der Steuerkraft, weil dadurch ein gutes Anpassen der Bremsdrücke an die idealen Bremsdruckver­ teilungskurven sowohl bei leerem, als auch bei beladenem Fahrzeug möglich ist.

Günstig ist auch die Ausführung des Ventilschließgliedes als Kugel, wobei zwischen dieser und dem Steuerkolben ein Ventilbetätigungsstift vorgesehen ist.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung des Steuer­ kolbens als Differentialkolben.

Besonders vorteilhaft ist auch die zweiteilige Ausführung des Regelkolbens, wobei die als Ventilschließglied dienen­ de Kugel sowohl zum Anprägen des integrierten Ventilsitzes als auch als Dichtkörper selbst vorgesehen ist. Besonders günstig auf die Montagekosten wirkt sich aus, daß der Regelkolben samt seiner Dichtungen als Regelpatrone komplett vormontiert in das Gehäuse einsetzbar ist und anschließend mit dem Einschrauben des Verschlußstückes fixiert wird.

Die Funktion und weitere vorteilhafte Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Druckregeleinrichtung,

Fig. 2 ein Druckdiagramm.

Die in Fig. 1 dargestellte Druckregeleinrichtung weist ein Gehäuse 1 mit mehrfach gestufter axial verlaufender Hauptbohrung für den zweiteilig ausgeführten Regelkolben 2, den Steuerkolben 3 und den Trägheitskörper 4, sowie die Anschlußbohrungen für den Druckmitteleingang 10 und Druck­ mittelausgang 11 auf. Der Regelkolben 2 besteht aus dem Ventilträgerteil 6 und dem Übertragungskolben 5 für die Steuerkraft. Der im wesentlichen zylinderförmige Über­ tragungskolben 5 ragt in das gestufte, hülsenförmige, einen größeren Außendurchmesser aufweisende Ventilträger­ teil 6 hinein, mit dem es verstemmt ist und lagert dichtend in einem druckdicht mit dem Gehäuse verschraubten Verschlußstück 16. In einer Ausnehmung 8 des Ventil­ trägerteiles 6 ist ein als Kugel ausgebildetes Ventil­ schließglied 7 vorgesehen, welches von einer Ventilfeder 18 an einem mit derselben Kugel angeprägten Ventilsitz am inneren Ende einer axialen Bohrung 19 des Ventilträger­ teiles 6 zur Anlage gebracht wird.

In die Bohrung 19 ist ein Ventilbetätigungsstift 20 mit Spiel eingesetzt. Senkrecht zur Bohrung 19 ist eine mit derselben in Verbindung stehende Querbohrung 21 vorge­ sehen. Die Ventilfeder 18 stützt sich mit ihrem anderen Ende am Übertragungskolben 5 ab und wird von einem am entsprechenden Ende dafür vorgesehenen Absatz 17 des Übertragungskolben 5 geführt.

Die Ausnehmung 8 steht über eine weitere Querbohrung 22 und die Hauptbohrung in Verbindung mit der Anschlußbohrung 10 für den Druckmitteleingang. Das Ventilträgerteil 6 ist verschiebbar in einem Ring 23 gelagert und durch einen Nutring 24 gegen das Gehäuse 1 hin abgedichtet.

Der Nutring 24 wird durch eine Ringscheibe 25, die von einer Feder 26 beaufschlagt wird, deren anderes Ende sich dem Ring 27 abstützt, welcher wiederum am Verschlußstück 16 anliegt, gesichert.

Der Ring 27 weist einen geringeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Ventilträgerteiles 6 auf, womit er als Rückhubbegrenzung für den Regelkolben 2 dient, indem er als Anschlag für die Stirnfläche 36 des Ventil­ trägerteiles 6 wirkt.

Durch den Ring 27 wird eine Dichtung 32, die zwischen dem Übertragungskolben 5 und dem Verschlußstück 16 dichtet, gesichert.

Die Steuerkraft für den Regelkolben 2 wird von einer Druckfeder 30 erzeugt, die sich mit einem Ende auf der Bodeninnenseite eines Federtopfes 31, der in einer Ringnut des Verschlußteiles 16 verstemmt ist, abgestützt und mit ihrem anderen Ende den Federteller 33 beaufschlagt, welcher das aus dem Verschlußstück 16 herausragende Ende des Übertragungskolbens 5 teilweise umgibt.

An die, ebenso wie die Einlaßbohrung 10, senkrecht zur Hauptbohrung verlaufende Auslaßbohrung 11 ist eine axial, also parallel zur Hauptbohrung verlaufende Verbindungs­ bohrung 40 angeschlossen, die in den Ventilraum 41 mündet, in dem sich der Trägheitskörper 4 befindet. Der Ventilraum 41 befindet sich in dem dem Regelkolben 2 gegenüberliegenden Ende der Hauptbohrung und wird durch die topfförmig ausgebildete Verschlußschraube 42, die druckdicht in dem Gehäuse 1 verschraubt ist, begrenzt.

Die Verschlußschraube 42 weist einen Schraubenkopf, sowie einen Schraubenbolzen auf, der als Hohlzylinder mit Außen­ gewinde ausgebildet ist. Die Stirnseite dieses Hohl­ zylinders fixiert einen Ventilsitzring 45 am Gehäuse 1, der mit einer Durchgangsbohrung 46 versehen ist.

Durch entsprechende Gestaltung (z. B. axiale Nut in der Bohrung und Vorsprung am Ventilsitzring 45) ist dafür ge­ sorgt, daß die Durchgangsbohrung 46 und die Verbindungs­ bohrung 40 übereinanderliegen und so der Ventilraum 41 mit der Druckmittelausgangsbohrung 11 kommuniziert.

Die Dichtfläche 47 des Ventilsitzringes 45 ragt so weit in den Ventilraum 41 hinein, daß sie einwandfrei mit dem als Kugel und Ventilschließelement ausgebildeten Trägheits­ körper 4 zusammenwirken kann.

Im von der Verschlußschraube 42 wegführenden Abschnitt der Hauptbohrung, der im Durchmesser etwas geringer ist als der Innendurchmesser des Ventilsitzringes 45, befindet sich der gestufte, als Differentialkolben ausgebildete Steuerkolben 3. Zwischen letzterem und dem Ventilraum 41 ist ein Sprengring 50 vorgesehen, welcher in einer radialen Ringnut in der Hauptbohrung befestigt ist. Eine in Richtung auf diesen Sprengring 50 auf den Steuerkolben 3 wirkende Kraft wird von einer Steuerfeder 51 erzeugt, die sich an dem Gehäuseabsatz 52 und dem Steuerkolbenabsatz 53 abstützt. An dem Ende mit größerem, wie auch an dem mit kleinerem Querschnitt sind am Steuer­ kolben 3 Dichtringe 54 und 55 vorgesehen. Sie sind axial in radialen Ringnuten am Steuerkolben 3 befestigt und dichten den letztgenannten gegen die Hauptbohrung des Gehäuses 1 ab.

Der von der Hauptbohrung, einem Teil der Mantelfläche des Steuerkolbens 3, dem Gehäuseabsatz 52, sowie dem Steuer­ kolbenabsatz 53 gebildeten Ringraum, in welchem sich die Steuerfeder 51 befindet, ist druckmittelfrei und mit einer senkrecht zur Hauptbohrung verlaufenden zur Atmosphäre führenden Leckagebohrung 56 verbunden, durch welche die Dichtigkeit der Dichtringe 54 und 55 überwacht werden kann.

Auf die mit kleinerem Querschnitt ausgestattete Stirn­ fläche 60 des Steuerkolbens 3 trifft der Ventilbetäti­ gungsstift 20, der, noch von einem ausreichend großen Strömungsquerschnitt umgeben, durch die Verengung 59 der Hauptbohrung geführt ist. Die Verengung 59 dient mit ihren beiden gegenüberliegenden radialen Begrenzungsflächen von der einen Seite als Anschlag für den Regelkolben 2 und von der anderen Seite als Anschlag für den Steuerkolben 3.

Der Ventilbetätigungsstift 20 weist auf dem zum Ventil­ schließglied 7 zeigenden Ende eine kopfartige Quer­ schnittsvergrößerung auf, die ihn (zusammen mit der entsprechend gestalteten Ausnehmung mit Anschlag im Ventilträgerteil 6) axial sichert.

Im drucklosen Zustand wird der Regelkolben 2 durch die Kraft der Druckfeder 30 auf den Anschlag an der Verengung 59 gedrückt, das Regelventil im Regelkolben 2 ist durch den Ventilbetätigungsstift 20, der das Ventilschließglied 7 gegen die Kraft der Ventilfeder 18 bewegt, geöffnet. Durch den Einbau des Reglers im Kraftfahrzeug mit entsprechender Neigung liegt der Trägheitskörper 4 an der Verschlußschraube 42 an und hält den Durchgang durch den Ventilsitzring 45 offen. Der Steuerkolben 3 wird durch die Kraft der Steuerfeder 51 gegen den Sprengring 50 gedrückt.

Bei Druckaufbau im Bremssystem wirkt der Eingangsdruck Pe auf den Regelkolben 2 und verschiebt diesen gegen die Kraft der Druckfeder 30. Gleichzeitig verschiebt sich der ebenfalls druckbeaufschlagte Steuerkolben 3 aufgrund der Flächendifferenz zwischen der Stirnfläche 60 und der Querschnittsfläche des gegenüberliegenden Steuerkolben­ endes gegen die Kraft der Steuerfeder 51 und bewegt damit den Ventilbetätigungsstift 20 in Richtung auf den Regel­ kolben 2.

Durch die Auslegung der Federsteifigkeiten der Druckfeder 30 und der Steuerfeder 51 legt der Steuerkolben 3 einen größeren Weg s _Z pro bar Druckerhöhung zurück als der Regelkolben 2 (s _R ).

Diese und weitere Zusammenhänge sind in Fig. 2, die ein Druckdiagramm der Druckregeleinrichtung beinhaltet, beschrieben. Durch eine zusätzliche Skala sind in diesem Diagramm auch die Ventilwege dargestellt, bzw. den entsprechenden Drücken zugeordnet.

Die in Fig. 2 verwendeten Formelzeichen haben folgende Bedeutung:
Ps 1, 2 Schließdruck des Steuerkolbens 2
Pu 1, 2 Umschaltdruck des Regelkolbens 3
s _{v 1, 2} Ventilschließweg des Regelventils im Regelkolben 2
s _{R 1, 2} Weg des Regelkolbens 2
z Verzögerung
Pu 2* Umschaltdruck ohne Übersetzung i
s _{v 1*} Ventilschließweg ohne Übersetzung i

Die gekrümmten Kurven stellen die ideale Druckverteilung zwischen der Vorder- und der Hinterachse dar, die diagonal durch das Schaubild verlaufenden Geraden stellen Linien konstanter Verzögerungen z dar. Dabei gelten die gestrichelten Linien für ein beladenes Fahrzeug, während die durchgezogenen für ein leeres Fahrzeug gelten.

Die mit 1 und 2 bezeichneten Druckverläufe der Druckregeleinrichtung gelten für ein beladenes (2) bzw. leeres (1) Fahrzeug.

Als Beispiel wird die Funktion der Druckregeleinrichtung beschrieben, die durch die Neigung des Reglers im Fahrzeug so ausgelegt ist, daß der Trägheitskörper 4 bei einem Verzögerungswert von z = 0,4 am Ventilsitzring 45 zur Anlage kommt und dichtet. Der entsprechende Schließdruck des Steuerkolbens 3 beträgt bei leerem Fahrzeug Ps 1 = 31 bar (Schnittpunkt der 45° Linie mit der Diagonalen z = 0,4). Die Bewegung des Steuerkolbens 3 auf den Regelkolben 2 zu kommt bei diesem Druck zum Stillstand. Der Regel­ kolben 2 legt bis zum Erreichen der Regelstellung (Umschaltdruck Pu 1 = 38 bar) den Ventilschließweg s _{v 1} zurück, (bis zum Erreichen der 31 bar legte er bereits den Weg s _{R 1} zurück.)

Es gilt: (s _{R 1} + s _{v 1}) · C ₁ = Pu 1. Worin C₁ die Federsteifigkeit der Druckfeder 30 ist.

Bei beladenem Fahrzeug schließt der Trägheitskörper 4 ebenfalls bei einem Verzögerungswert von z = 0,4 (Neigungswinkeländerung des Fahrzeuges vernachlässigt bzw. nicht vorhanden).

Es beträgt jedoch bei beladenem Fahrzeug der Schließdruck Ps 2, der für das Erzielen dieser Verzögerung notwendig ist 50 bar. Aufgrund der Auslegung, daß der Steuerkolben 3 pro bar Druckerhöhung einen größeren Weg sz zurücklegt als der Regelkolben 2 (s _R ) ist der Ventilschließweg s _{V 2} größer als der Ventilschließweg s _{V 1}. Es gilt: (s _{R 2} + s _{v 2}) · C ₁ = P _{u 2}. Ohne die Auslegung s _Z größer als s _R würde gelten:

(s _{R 2} + s _{V 1*}) · C ₁ = P _{u 2*}

Dadurch daß s _{V 2} größer als s _{V 1} ist, beträgt der Umschaltdruck nicht P _{u 2*} = 57 bar, sondern P _{u 2} = 91 bar.

Aus dem oben Gesagten und aus Fig. 2 geht klar hervor, daß die erfindungsgemäße Druckregeleinrichtung nicht nur ver­ zögerungs- sondern auch lastabhängig arbeitet. Alle bisher bekannten Druckregeleinrichtungen dieser Gattung sind nur insofern lastabhängig, als sie die Parallelverschiebung der Linien konstanter Verzögerung im Druckdiagramm aus­ nutzen; dies entspricht allerdings nur einer Anhebung des Umschaltdruckes unter Last um die Differenz P _{u 2*} - P _{u 1}. Die in der Erfindung vorgeschlagene Druckregelein­ richtung weist jedoch vorteilhafterweise eine Erhöhung des Umschaltdruckes unter Last um die Differenz P _{u 2} - P _{u 1} auf.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß nach der Erreichung des Umschaltdruckes die Druckregel­ einrichtung in bekannter Weise als Druckminderer arbeitet, wobei die Druckminderung entsprechend der druckbeauf­ schlagten Flächen des Regelkolbens 2 verläuft.

Beim Lösen der Bremse, d. h. beim Eingangsdruckabbau bleibt der Ausgangsdruck zunächst eingeschlossen. Die Rück­ minderungskurve verläuft nun entsprechend dem Ventildurch­ messer waagrecht zurück bis der Ausgangsdruck den Regel­ kolben 2 gegen die Kraft der Druckfeder 30 verschiebt. Diese auslaßseitige Volumenvergrößerung ist Ursache für die Rückminderung bis zum Erreichen der 45° Linie im Druckdiagramm der Fig. 2.

Sobald der Ausgangsdruck geringfügig größer wird als der Eingangsdruck öffnet sich das Regelventil im Regelkolben 2 und der Regelkolben 2 geht bei weiterem Druckabbau in seine Ausgangsstellung zurück. Sowie die Summe der Ver­ zögerungskraft und der Druckmittelkraft auf den Trägheits­ körper 4 kleiner wird als die Gewichtskraft des Trägheits­ körpers 4 gibt dieser den Durchgang durch den Ventilsitz­ ring 45 zum Steuerkolben 3 frei. Bei weiterem Druckabbau wird der Steuerkolben 3 durch die Kraft der Steuerfeder 51 wieder gegen den Sprengring 50 in seine Ausgangsstellung gedrückt.

Claims (7)

1. Druckregeleinrichtung, insbesondere für druckmittel­ betätigte Kraftfahrzeugbremssysteme, mit einem in einem Gehäuse zwischen einem Eingang und einem Ausgang ange­ ordneten Regelventil, das in einem Regelkolben vorge­ sehen ist, der druckabhängig gegen eine Steuerkraft verschiebbar ist, einem beschleunigungsabhängig beweg­ baren Trägheitskörper, der einen Steuerkolben an­ steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3) das Ventilschließglied (7) des Regel­ ventils bewegt.

2. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch die Auslegung der Federsteifigkeit einer vorgesehenen Steuerfeder (51) in bezug auf die Steuerkraft, die auf den Regelkolben (2) wirkt, der Weg des Steuerkolbens (3) bei gleicher Druckerhöhung größer ist als der Weg, den der Regel­ kolben (2) zurücklegt.

3. Druckregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfeder (51) zwischen Gehäuse (1) und Steuerkolben (3) mit einer bestimmten Kraft vorgespannt ist.

4. Druckregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3) eine kleinere Querschnittsfläche be­ sitzt als der Regelkolben (2).

5. Druckregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3) als Differentialkolben ausgebildet ist.

6. Druckregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventilschließglied (7) und Steuerkolben (3) ein Ventilbetätigungsstift (20) vorgesehen ist.

7. Druckregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3) vom Ausgangsdruck der Druckregeleinrichtung beaufschlagt wird.