DE69303726T2

DE69303726T2 - Kolbenbetätigungstangen in einer Dekompressionsvorrichtung zum Motorbremsen

Info

Publication number: DE69303726T2
Application number: DE69303726T
Authority: DE
Inventors: Steven A Reich
Original assignee: Jacobs Brake Tech Corp
Current assignee: Jacobs Brake Tech Corp
Priority date: 1992-01-03
Filing date: 1993-01-01
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2013-01-02
Also published as: CA2085870A1; US5195489A; JPH0626315A; EP0552596A1; DE69303726D1; MX9207669A; EP0552596B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Kompressionsfreigabe-Motorbremsen oder -verzögerer, und insbesondere Schubstangen, die bei Hydraulikkolben derartiger Vorrrichtungen verwendet werden.
Motorbremsen oder -verzögerer vom Kompressionsfreigabetyp sind bsp. aus dem U.S. Patent 4,473,047 von Jakuba et al. bekannt. Bei derartigen Motorbremsen wird eines oder mehrere Auslaßventile von einem oder mehreren Zylindern der damit verbundenen Verbrennungskraftmaschine nahe dem Totpunkt des Kompressionstakts des Zylinders geöffnet, wenn die Bremse in Betrieb ist, und die Treibstoffversorgung zur Maschine wird dementsprechend unterbrochen. Dadurch kann die während des Kompressionstakts des Zylinders komprimierte Luft entweichen, bevor zumindest ein großer Anteil der Kompressionsarbeit während des nachfolgenden Arbeitstakts dieses Zylinder zurückgewonnen wird.
Bei einer herkömmlichen Kompressionsfreigabe-Motorbremse wird die zur Öffnung der oben beschriebenen Auslaßventile erforderliche Kraft von einem anderen Teil der damit verbundenen Maschine gewonnen, wie einer Einlaßventil- Schubstange, einem Kipphebel oder einer Treibstoffeinspritzungs-Schubstange eines anderen Zylinders. Diese mechanische Eingabe wird von einem Hauptkolben in einem hydraulischen Kreislauf in der Motorbremse aufgenommen und via dieses Kreislaufs auf einen Kraftverstärkungs-Kolben übertragen. Die sich ergebende Bewegung des Kraftverstärkungs-Kolbens wird dazu verwendet, das Auslaßventil des Zylinders zu öffnen, der sich dem oberen Totpunkt seines Kompressionstakts nähert. Üblicherweise wird eine Schubstange dazu verwendet, die Bewegung des Eingabeelements mit dem Hauptkolben zu koppeln, und eine weitere Schubstange wird verwendet, um die Bewegung des Kraftverstärkungs-Kolbens zum Öffnen des oder der Auslaßventils/e zu koppeln.
Bei vielen Maschinen sind die mechanischen Ein- und/oder Ausgabeelemente Kipphebel, die an einem Ende mit den oben erwähnten Haupt- und/oder Kraftverstärkungs-Kolbenschubstangen in Verbindung sind. Da das Ende einer solchen mit dem Kipphebel in Verbindung stehenden Schubstange entlang eines kreisförmigen Bogens sich bewegt, während das andere Ende (in Verbindung mit dem Haupt- oder Kraftverstärkungs-Kolben) zu einer linearen Hin- und Herbewegung mit dem Haupt- oder Kraftverstärkungs-Kolben gezwungen wird, müssen beide Enden in damit verbundenen Lagern gleiten, um die auf die Enden ausgeübten unterschiedlichen Bewegungsarten aufnehmen zu können. Um den Verschleiß auf solchen Oberflächen zu minimieren, die miteinander im Gleitkontakt sind, ist es allgemein notwendig, die Gegenführungsflächen zu schleifen und zu polieren. Eine gute Schmierung solcher Oberflächen dient auch dazu, den Verschleiß zu verringern. Die Schubstange kann am Haupt- oder Kraftverstärkungs-Kolbenende jedoch in einer tiefen Ausnehmung im Kolben aufgenommen sein. Es ist daher schwierig und/oder kostenaufwendig, die in Verbindung mit der Schubstange stehende Haupt- oder Kraftverstärkungs- Kolbenoberfläche zu schleifen und zu polieren. Da diese Oberfläche als Ausnehmung ausgebildet ist, ist es auch schwierig, sie zu schmieren.
Das U.S. Patent Nr. 3,220,392 offenbart eine hydraulische Kolbenvorrichtung zur Verwendung in einer Kompressionsfreigabe-Motorbremse, umfassend einen Kolben, der sich entlang einer Hubachse hin- und herbewegt, zum Koppeln der Bewegung des Kolbens in der Motorbremse an die Bewegung eines Elements in dem Motor, das mit der Bremse verbunden ist und das um eine Schwenkachse schwenkt, die quer zu der Hubachse verläuft; eine Schubstange mit einer longitudinalen Achse, die allgemein mit der Hubachse ausgerichtet ist, eine quer zu der longitudinalen Achse ausgerichteten ersten Oberfläche, die mit der Schubstange an den Kolben angrenzend verbunden ist, und einem an das Ende der Schubstange angrenzenden Lagermittel, das von der ersten Oberfläche entfernt zur Berührung des Elements vorgesehen ist, so daß das Lagermittel sich entlang eines Bogens bewegt, der zu der Schwenkachse konzentrisch ist, wenn das Element schwenkt; und eine zweite Oberfläche, die mit dem Kolben in Verbindung steht, welche zweite Oberfläche zu der Hubachse ausgerichtet und in Berührung mit der ersten Oberfläche ist, wobei eine der ersten und zweiten Oberflächen konvex ist.
Im Hinblick auf das Vorhergehende ist es eine Aufgabe der Erfindung, Schubstangen und damit verbundene Elemente von Kompressionsfreigabe-Motorbremsen zu verbessern und zu vereinfachen.
Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Bedarf für das Schleifen und Polieren sowie den Bedarf der Schmierung an den Oberflächen an mindestens einem Ende der Schubstangen von Kompressionsfreigabe-Motorbremsen zu verringern oder zu beseitigen.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die erfindungsgemäßen Prinzipien erfüllt, indem mindestens das Schubstangenende der Kompressionsfreigabe-Motorbremse, das in einer Ausnehmung im Haupt- oder Kraftverstärkungs-Kolben aufgenommen ist, und die Gegenführungsfläche des Kolbens derart geformt sind, daß die andere der oben beschriebenen ersten und zweiten in Verbindung mit der Schubstange bzw. dem Kolben stehende Oberfläche eine Gestalt aufweist, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die im wesentlichen aus flach und konvex besteht. Das Ende der Schubstande kann daher konvex und die Gegenführungsfläche flach hergestellt sein, und die konvexe Schubstangenoberfläche rollt (anstatt zu gleiten) auf der flachen Oberfläche des Haupt- oder Kraftverstärkungs- Kolbens. Wegen des Roll- anstelle des Gleitkontakts müssen die Oberflächen nicht mehr geschliffen und poliert werden. Der Bedarf an Schmierung wird ebenfalls verringert.
Weitere Merkmale der Erfindung, ihre Beschaffenheit und verschiedene Vorteile gehen deutlicher aus der beiliegenden Zeichnung und der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Eig. 1 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Teils einer nach den erfindungsgemäßen Prinzipien gebauten Kompressionsfreigabe-Motorbremse zusammen mit einem Teil einer damit verbundenen Verbrennungskraftmaschine.
Fig. 2 zeigt in einer zu Fig. 1 ähnlichen Ansicht einen anderen Betriebszustand der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
Fig. 3 zeigt eine weiter vereinfachte Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei bestimmte Merkmale zur Verdeutlichung der Prinzipien dieser Erfindung stark vergrößert worden sind.
Fig. 4 zeigt in einer zu Fig. 3 ähnlichen Ansicht den in Fig. 2 gezeigten Betriebszustand.

Genaue Beschreibung der bervorzugten Ausführungsbeispiele

Obwohl die Prinzipien dieser Erfindung gleichfalls auf Hauptkolben-Schubstangen für Kompressionsfreigabe-Motorbremsen anwendbar sind, kann die Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung ihrer Anwendung auf Schubstangen für Kraftverstärkungs-Kolben für solche Bremsen vollumfänglich verstanden werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine anschauliche Kompressionsfreigabe-Motorbremse 10 auf einer damit verbundenen Verbrennungskraftmaschine über dem Kipphebelarm dieser Maschine befestigt. Fig. 1 zeigt symbolisch einen Auslaßventil-Kipphebelarm 12 und den damit in Verbindung stehenden Kraftverstärkungs-Kolben 20 in der Bremse 10. Der Kraftverstärkungs-Kolben 20 ist entlang der Achse 18 im Kraftverstärkungs-Kolbenzylinder 22 hin- und herbewegbar und weist eine befestigte Einstellschraube 24 zum Einstellen des Anfangspunkts des Hubs des Kraftverstärkungs- Kolbens auf. In Fig. 1 ist der Kraftverstärkungs-Kolben 20 in der Ausgangsstellung gezeigt, und der Kipphebel 12 ist in einer weder durch die damit verbundene Maschienennocke 14 noch den Kolben 20 ausgelenkten Stellung gezeigt.
Die Unterseite des Kolbens 20 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme des oberen Abschnitts der Schubstange 30 auf. Das untere Ende der Schubstange 30 trägt einen Fuß 40. Der Fuß 40 weist ein Lager auf, das an die Kugelform am unteren Ende der Schubstange 30 angepaßt ist. Der Fuß 40 ist federnd an der Stange 30 durch einen Federmetall- Halteclip 42 gehalten, der sowohl um eine ringförmige Ausnehmung in der Stange 30 als auch um eine ringförmige Ausnehmung im Fuß 40 gelegt ist. Demgemäß kann der Fuß 40 um einen beschränkten Betrag auf seiner Kugelzapfenverbindung gegenüber dem unteren Ende der Schubstange 30 schwenken. Die Unterseite des Fußes 40 stützt sich auf eine Oberfläche auf dem Kipphebelarm 12 ab.
Der Kraftverstärkungs-Kolben 20 wird durch Federkraft dazu gezwungen, sich im Zylinder 22 durch ein Paar kegelstumpfkonische, vorgespannte Druckschraubenfedern 50a und 50b nach oben zu bewegen, die konzentrisch den größten Teil der Schubstange 30 umgeben. Die oberen Enden der Fedem 50 sind auf einer Unterlagscheibe 52 abgestützt, die sich von einer radial nach innen vorspringenden ringförmigen Schulter am Kolben 20 zu einem radial nach außen vorspringenden Flansch 32 am oberen Ende der Schubstange 30 erstreckt. Die unteren Enden der Federn 50 stützen sich auf einer anderen Unterlagscheibe 54 auf. Die Unterlagscheibe 54 stützt sich wiederum auf einem Haltering 56 auf, der in eine ringförmige Ausnehmung in der Seitenwand des Zylinders 22 eingeschnappt ist. Zusätzlich zu dem durch Federkraft bewirkten Zwang des Kolbens 20, sich im Zylinder 22 nach oben zu bewegen, tragen die Federn 50 dazu bei, die longitudinale Achse der Schubstange 30 federnd in Ausrichtung mit der Hin- und Herbewegungsachse 18 des Kolbens 20 zu halten. Das hält den Fuß 40 auf den richtigen Fleck auf dem Kipphebelarm 12 gerichtet, während der Fuß 40 außer Kontakt mit dem Kipphebelarm ist. Die Federn 50 hindern die Schubstange 30 jedoch nicht daran, leicht aus der Ausrichtung mit der Achse 18 auszuschwenken, wenn der Kipphebelarm 12 durch den Betrieb des Kraftverstärkungs-Kolbens 20 heruntergedrückt wird, was nachfolgend im einzelnen beschrieben ist.
Fig. 2 zeigt einen Kipphebelarm 12 in herkömmlicher Weise durch den Kraftverstärkungs-Kolben 20 ausgelenkt, als Folge der Einspritzens von unter hohem Druck stehender Hydraulikflüssigkeit aus einem damit verbundenen Hauptzylinder (nicht gezeigt) in den oberhalb des Kolbens 20 befindlichen Zylinder 22. Als Antwort auf die unter hohem Druck stehende Hydraulikflüssigkeit bewegt sich der Kraftverstärkungs-Kolben 20 eine kleine Weglänge im Zylinder 22 parallel zur Achse 18 nach unten. Das bewirkt, daß der Fuß 40 eine Drehung des Kipphebels 12 um einen kleinen Betrag um die Schwenkachse 16 des Kipphebelarms bewirkt. Da der Fuß 40 während des Verschwenkens des Kipphebelarms 12 nicht auf dem Kipphebelärm 12 gleitet, bewegen sich der Fuß 40 und das untere Ende der Schubstange 30 entlang eines kurzen Bogens, der mit der Achse 16 konzentrisch ist. Das bewirkt, daß die Schubstange 30 leicht aus der Ausrichtung mit der Achse 18 verschwenkt wird.
Um das oben beschriebene Verschwenken der Schubstange 30 unter Vermeidung jeglichen Gleitens auf der oberen Oberfläche 34 (Fig. 3) der Schubstange relativ zur Gegenführungsfläche des Kolbens 20 in Übereinstimmung zu bringen, ist erfindungsgemäß die obere Oberfläche der Schubstange sphärisch mit einem relativ großen Radius hergestellt, während die im Kontakt mit der sphärischen Oberfläche stehende Kolbenoberfläche 26 flach hergestellt ist (siehe Fig. 3 und 4, in denen die Krümmung der Oberfläche 34 und das Verschwenken der Schubstange 30 der Klarheit wegen übertrieben dargestellt sind). Demgemäß rollt die Oberfläche 34 auf der Oberfläche 26, anstatt, wie nach dem Stand der Technik typisch, relativ zur Oberfläche 26 zu gleiten. Bei einer typischen Vorrichtung nach dem Stand der Technik weist im Vergleich dazu die Stange 30 mit dem Kolben 20 eine Kugelzapfenverbindung mit einem relativ kleinen Durchmesser auf (wie die zwischen der Schubstange 30 und dem Fuß 40 abgebildete Kugelzapfenverbindung). Demgemäß gleiten die Gegenführungsflächen dieser Verbindung nach dem Stand der Technik notwendigerweise gegeneinander, wenn die Stange 30 schwenkt. Das erfordert es, diesen Oberflächen eine besondere Aufmerksamkeit zu widmen (z.B. ist es erforderlich, daß sie geschliffen und poliert werden). Es ist schwierig und teuer, die mit einer Ausnehmung versehene Oberfläche des Kolbens 20 zu schleifen und zu polieren. Eine Schmierung derartiger mit einer Ausnehmung versehener Oberflächen ist auch schwierig. Durch den erfindungsgemäßen Ersatz des oben beschriebenen Rollens der Oberfläche 34 auf der Oberfläche 26 wird es unnötig, die Oberfläche 26 zu schleifen und zu polieren. Eine Schmierung dieser Oberflächen wird auch weniger wichtig.
Der Krümmungsradius der Oberfläche 34 ist vorzugsweise so groß wie möglich gewählt, ohne so groß zu sein, daß ein normales Verschwenken der Schubstange 30 bewirkt, daß der Rand der Oberfläche 34 in Kontakt mit der Kolbenoberfläche 26 kommt. Ein typischer Krümmungsradius kann beispielsweise ungefähr 76,2 cm (30 Inch) sein. Ein großer Radius ist wünschenswert, um den Kontaktdruck zwischen den Oberflächen 26 und 34 möglichst weit zu verteilen. Die weite Verteilung des Drucks ist auch der Grund, warum es wünschenswert ist, einen Kontakt zwischen dem Rand der Oberfläche 34 und der Oberfläche 26 zu vermeiden.
Während davon ausgegangen wird, daß die einfachste und billigste Art zum Erreichen des oben beschriebenen Rollkontakts zwischen den Schubstangenoberflächen 34 und der Kolbenoberfläche 26 darin besteht, die Oberfläche 26 flach und die Oberfläche 34 sphärisch konvex herzustellen, wird erkannt, daß andere Möglichkeiten im Bereich dieser Erfindung sich befinden. Ein Beispiel einer Abwandlung innerhalb des Bereichs der Erfindung besteht darin, daß - wenn die Schubstange 30 bezüglich einer Drehung um die Achse 18 arritiert wird - die Oberfläche 34 zylindrisch konvex um eine Achse parallel zur Achse 16 hergestellt werden kann. Gemäß einer anderen Möglichkeit kann die Oberfläche 26 sphärisch konvex (oder zylindrisch konvex um eine Achse parallel zur Achse 16, wenn der Kolben 20 bezüglich einer Drehung um die Achse 18 arretiert wird) hergestellt werden, während die Oberfläche 34 flach hergestellt worden ist. Als eine weitere Möglilchkeit können beide Oberflächen 26 und 34 sphärisch konvex hergestellt werden (oder bei einer geeigneten Arretierung der Elemente 20 und 30 können beide Oberflächen 26 und 34 zylindrisch konvex um eine Achse parallel zur Achse 16 hergestellt werden). Bei allen diesen Ausführungsbeispielen sollte der Radius der gekrümmten Oberfläche oder Oberflächen vorzugsweise so groß wie möglich sein, ohne daß ein Inkontaktkommen des Rands der gekrümmten Oberfläche mit der gegenüberliegenden Oberfläche bewirkt wird, so daß ein rollender Kontakt statt einem Gleitkontakt zwischen den Oberflächen gewährleistet wird.
Beispielsweise kann der Krümmungsradius der konvexen Rolloberfläche variiert werden, um der durch eine besondere Anwendung der Erfindung vorgegebenen Geometrie Genüge zu tun.

Claims

1. Hydraulische Kolbenvorrichtung zum Gebrauch in einer Kompressionsfreigabe-Motorbremse (10), umfassend einen Kolben (20), der sich entlang einer Hubachse (18) hin- und herbewegt, zum Koppeln der Bewegung des Kolbens in der Motorbremse an die Bewegung eines Elements (12) in dem Motor, das mit der Bremse verbunden ist und das um eine Schwenkachse (16) schwenkt, die quer zu der Hubachse verläuft; eine Schubstange (30) mit einer longitudinalen Achse, die allgemein mit der Hubachse (18) ausgerichtet ist, einer quer zu der longitudinalen Achse ausgerichteten ersten Oberfläche (34), die mit der Schubstange an den Kolben angrenzend verbunden ist, und einem an das Ende der Schubstange (30) angrenzenden Lagermittel (40), das von der ersten Oberfläche entfernt zur Berührung des Elements (12) vorgesehen ist, so daß das Lagermittel (40) sich entlang eines Bogens bewegt, der zu der Schwenkachse (16) konzentrisch ist, wenn das Element (12) schwenkt; und eine zweite Oberfläche (26), die mit dem Kolben in Verbindung steht, welche zweite Oberfläche quer zu der Hubachse ausgerichtet und in Berührung mit der ersten Oberfläche (34) ist, wobei eine der ersten und zweiten Oberflächen (341 26) konvex ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der ersten und zweiten Oberflächen (34, 26) eine Gestalt aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus im wesentlichen flach und konvex besteht.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die erste Oberfläche (34) konvex ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die zweite Oerfläche (26) flach ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine der ersten und zweiten Oberflächen einen Krümmungsradius von ungefähr 76,2 cm (30 Inch) besitzt.

Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (50) zum elastischen Vorspannen der longitudinalen Achse der Schubstange (30) im wesentlichen parallel zu der Hubachse (18) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Mittel zum elastischen Vorspannen umfaßt:

Mittel (50a, 50b) zum elastischen Vortrieb des Kolbens, um sich entlang der Hubachse (18) in einer Richtung weg von dem Element (12) zu bewegen.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der das Mittel zum elastischen Vorspannen umfaßt:

eine dritte Oberfläche (32) auf der Schubstange;

eine vierte Oberfläche auf dem Kolben (20);

ein Element (52), das mit den beiden dritten und vierten Oberflächen in Berühung steht, wenn die longitudinale Achse parallel zu der Hubachse (18) ist, und

eine Feder (50) zum elastischen Vortrieb des Elements (52) in Berührung mit beiden der dritten und vierten Oberflächen.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die dritte (32) und vierte Oberfläche im wesentlichen konzentrische ringförmige Oberflächen um die longitudinale Achse sind, die zu dem Element (12) hinweisen und die im wesentlichen zueinander parallel sind, wenn die longitudinale Achse parallel zu der Hubachse (18) ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die dritte (32) und vierte Oberfläche im wesentlichen koplanar sind, wenn die longitudinale Achse parallel zu der Hubachse (18) ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der das Element (52) eine ringförmige fünfte Oberfläche aufweist, die im wesentlichen konzentrisch zu den dritten und vierten Oberflächen ist, welche fünfte Oberfläche in im wesentlichen ringförmiger Berührung mit beiden der dritten und vierten Oberflächen steht, wenn die longitudinale Achse parallel zu der Hubachse (18) ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Kolben (20) sich in einem Zylinder (22) in der Bremse (10) hin- und herbewegt, und bei der das Mittel zum elastischen Vorspannen umfaßt:

ein vorgespanntes Druckschraubenfedermittel (50a, 50b), das im wesentlichen konzentrisch zu der Schubstange ist, wobei ein Ende des vorgespannten Druckschraubenfedermittels auf der Schubstange (30) und dem Kolben (20) aufliegt und das andere Ende des vorgespannten Druckschraubenfedermittels auf einer Wand (56) des Zylinders (22) zwischen dem Kolben (20) und dem Element (12) aufliegt.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der der Kolben sich in einem Zylinder (22) in der Bremse (10) hin- und herbewegt und bei der die Feder (50) eine vorgespannte Druckschraubenfeder ist, die im wesentlichen konzentrisch zu dem Schubstab (30) ist und ein Ende, das auf dem Element (52) gegenuber den dritten und vierten Oberflächen aufliegt, und ein anderes Ende aufweist, das auf eine Wand (56) des Zylinders (22) zwischen dem Kolben (20) und dem Element (12) wirkt.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Auflagemittel umfaßt:

einen Fuß (40), der an dem Ende der Schubstange (30) schwenkbar angebracht ist, welches von der ersten Oberfläche (34) entfernt ist.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der der Fuß (40) zu der Schubstange (30) eine Kugelzapfenverbindung aufweist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der der Fuß (40) an der Schubstange (30) durch einen Federclip (42) gehalten wird, der um die Schubstange (30) und den Fuß (40) geschlagen ist.