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Empfänger für hydraulische Kraftübertragungsvorrichtungen, insbesondere
zur Steuerung hydraulischer Bremsen Bei zahlreichen Anwendungen hat der Empfängerkolben
von hydraulischen Kraftübertragungsvorrichtungen nacheinander zwei Aufgaben zu erfüllen:
i. Er soll zunächst einen größeren Weg gegen geringen Widerstand ausführen; diese
anfängliche Verschiebung ist notwendig, um z. B. im Empfängermechanismus vorhandenes
Spiel oder toten Gang auszugleichen; 2. er muß dann bei geringer Verschiebung eine
verhältnismäßig große Kraft übertragen können.
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Diese doppelte Aufgabe tritt unter anderem bei der Betätigung von
Bremsen, insbesondere bei denen von Kraftfahrzeugen, auf.
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Bei Kraftfahrzeugen ist ferner noch zu berücksichtigen, daß bei den
ohne Verwendung eines Hilfsmotors betätigten Bremsen die für ihre Steuerung oder
ihren Antrieb nutzbare Arbeit begrenzt und abhängig ist von der maximalen Kraft,
welche der Fahrer auf den Fußhebel ausüben kann, und der möglichen Verschiebung
des Fußhebels. Um die Backe mit einer genügenden Kraft an die Bremstrommel andrücken
zu können, muß daher eine gewisse Untersetzung zwischen der Verschiebung des Fußhebels
und der Verschiebung der Bremsbacke vorgesehen werden. Diese Untersetzung wird dadurch
begrenzt, daß man für eine genügende Verschiebung der Bremsbacke während der ersten
Arbeitsstufe sorgen muß. Es ist daher zweckmäßig, daß für die beiden Wirkungsphasen
verschiedene Untersetzungen vorgesehen werden.
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Es sind bereits Anlagen vorgeschlagen worden, bei denen die Änderung
der Untersetzung über eine Regelung des in der Antriebspumpe herrschenden Druckes
erfolgt.'Bei diesen Einrichtungen wird das
plötzliche Anlegen einer
starken Kraft an dem Bremspedal infolge der Strömungsträgheit der Übertragungsflüssigkeit
in der von der Pumpe zum Empfängerzylinder führenden Leitung einen. starken Druck
im Pumpenkörper erzeugen, während die Einwirkung auf die Empfängerteile noch kaum
begonnen hat. Infolge dieses starken Druckes kann bereits die Stufe großer Untersetzung
eingeschaltet sein, wenn sich die Bremsbacken noch in ihrer Ruhestellung befinden.
Es wird in diesem Fall das Bremspedal an seinem Hubende anlangen, wenn die Bremsbacken
noch nicht gegen die Bremstrommel gedrückt sind.
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Zur Beseitigung der Mängel der obengenannten Anlagen benutzt die Erfindung
Empfänger mit zwei hintereinander angeordneten, in bezüg aufeinander verschiebbaren
Kolben von verschiedenem Durchmesser, auf die der Antriebsdruck unmittelbar einwirkt,
wobei der Kolben von größerem Durchmesser den Zylinder für den Kolben von kleinerem
Durchmesser bildet, welch letzterer unmittelbar die zu steuernden Teile, wie Bremsbacken
od. dgl. bzw. das Bremsgestänge, betätigt.
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Ausgehend von diesen bekannten Empfängern wird der Zutritt der Antriebsflüsigkeit
zu dem kleineren Kolben durch ein an sich bekanntes Rückschlagventil gesteuert,
das in der Ruhelage des Hauptkolbens selbsttätig offengehalten wird, so daß zu Beginn
der Wirkung des hydraulischen Druckes lediglich der kleine Kolben um eine verhältnismäßig
große Hublänge verschoben wird, daß dagegen dieser kleine Körben mit dem Hauptkolben
von großem Querschnitt hydraulisch fest verriegelt wird, sobald die auf das Bremsgestänge
wirkenden Gegenkräfte einen bestimmten Wert erreicht haben. Letzteres wird dadurch
erzielt, daß durch die mit der Zunahme jener Gegenkräfte verbundene Steigerung des
Druckes in der hydraulischen Antriebsflüssigkeit die Verschiebung des Hauptkolbens
in seinem Zylinder entgegen einer elastischen Rückholkraft unter selbsttätiger Schließung
des Rückschlagventils hervorgerufen wird, worauf der Hauptkolben und der Nebenkolben
als ein starres Ganzes wirken, welches dem Antriebsdruck auf einer verhältnismäßig
großen Oberfläche ausgesetzt ist.
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Die Änderung der Untersetzung wird also bei jedem Empfänger nur eintreten,
wenn alle freien Spiele tatsächlich ausgeglichen sind, unabhängig davon, wie groß
diese Spiele in jedem Fall sind. Bei einem plötzlichen Anlegen der Antriebskraft
wird nicht mehr eine Behinderung der einwandfreien Wirkungsweise der Anlage infolge
des Widerstandes gegen die Strömung der Flüssigkeit in den übertragungsleitungen
und infolge der verhältnismäßig geringen Trägheit der Organe des Empfängers eintreten
können, da der hydraulische Antriebsdruck unmittelbar auf den Empfänger einwirkt.
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Man kennt zwar bereits eine als hydraulischen Sender ausgebildete
und mechanisch angetriebene Vorrichtung mit zwei hintereinandergeschalteten, in
bezug aufeinander verschiebbaren Kolben von verschiedenem Durchmesser, wobei der
Kolben von größerem Durchmesser den Zylinder für den Kolben von kleinerem Durchmesser
bildet, welch letzterer über eine hydraulische Leitung die zu steuernden .Organe,
wie die Bremsbacken od. dgl., mittels eines Zwischengliedes, wie eines einzigen
Empfängerkolbens, betätigt. Bei diesem bekannten Sender, der infolge seines mechanischen
Antriebes nicht ohne weiteres als hydraulischer Empfänger benutzt werden kann, erfolgt
jedoch nicht, wie gemäß der Erfindung, eine hydraulische Verriegelung zwischen den
beiden Kolben, sobald der Widerstand gegen die Bewegung des -kleineren Kolbens einen
bestimmten Wert überschreitet; vielmehr wird die anfängliche Schwächung der Einwirkung
auf den unmittelbar mit dem Bremsgestänge verbundenen einzigen Empfängerkolben j
dadurch erreicht, daß zu Beginn des Niederdrückens des Bremspedals ein Teil des
dabei vom Hauptkolben in die hydraulische Leitung geförderten Druckmittels durch
einen Schlitz des kleineren Kolbens wieder zurückfließt und daß der Bremsdruck mit
seiner vollen Wirkung auf den einzigen Empfängerkolben erst dann zur Wirkung gelangt,
wenn der Kolben des Senders so weit niedergedrückt ist, daß jener Schlitz geschlossen
wird.
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Der erfindungsgemäße hydraulische Empfänger läßt sich zur Steuerung
von allen hydraulischen Kraftübertragungsvorrichtungen verwenden, bei welchen ohne
Anordnung eines Hilfsmotors vermittels einer einzigen Druckmittelquelle und einer
einzigen Steuerung zuerst eine verhältnismäßig große Verschiebungsbewegung der anzutreibenden
Teile, wobei die Widerstandskraft verhältnismäßig schwach ist, und sodann die Überwindung
einer beträchtlichen Widerstandskraft, wobei die Verschiebungsbewegung verhältnismäßig
klein ist, bewirkt werden soll. So läßt sich der erfindungsgemäße hydraulische Empfänger
neben Bremsen auch zur Betätigung von hydraulischen Pressen und Eisenbahnweichen,
zum Einziehen von Flugzeugfahrwerken, zur Steuerung von Werkzeugmaschinen u. dgl.
verwenden.
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Zur Erläuterung der Erfindung sollen nachstehend zwei Ausführungsbeispiele
beschrieben werden.
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Fig. r zeigt eine hydraulische Empfängereinrichtung mit einem Differentialdoppelkolbem;
Fig. 2 zeigt eine Abänderung des Empfängers, bei welchem die Abdichtung zwischen
Hauptkolben und -zylinder mit Hilfe eines elastischen, zylindrischen Ringes erfolgt.
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Bei dem Beispiel gemäß Fig. z tritt die Steuer-oder Antriebsflüssigkeit
durch eine in den Boden des Zylinders 2 gebohrte Öffnung z in die Kammer 3 ein,
die zwischen dem Zylinder 2 und dem Hauptkolben 4. liegt. Die Abdichtung zwischen
dem Zylinder 2 und dem Kolben 4 wird durch eine Packung 5 bewirkt. In der Ruhelage
stützt sich der Kolben 4 unter der Einwirkung des Druckes der Feder 7 auf dem Boden
des Zylinders 2 mit einem Ansatz 6 ab. In dem Kolben 4 ist ein zweiter, kleiner
Zylinder 13 ausgebohrt, dessen Achse zweckmäßig mit der Längsachse des Hauptzylinders
2
und des Hauptkolbens 4 zusammenfällt. Die Verbindung zwischen dem Zylinder 13 und
der Kammer 3 des Hauptzylinders 2 wird durch eine im Kopf des Kolbens 4 vorgesehene
axiale Bohrung 1 i sowie durch mit dieser verbundene seitliche Bohrungen 8 hergestellt.
Die axiale Bohrung i i wird auf der Seite des zweiten Zylinders 13 durch ein Ventil
9 gesteuert, das unter dem Druck einer Feder io steht, die sich auf einer Zunge
12 abstützt. In der Ruhelage des Hauptkolbens 4 stößt die durch die axiale Bohrung
i i hindurchgeführte Ventilspindel 9a am Boden des Zylinders 2 an und wird dadurch
ein wenig von ihrem Sitz abgehoben. Die Flüssigkeit kann dabei durch die Öffnungen
8 und die axiale Bohrung i i in den im Innern des Hauptkolbens 4. gebildeten kleinen
Zylinder 13 gelangen, in welchen ein zweiter, kleiner Kolben 14 sich gleitend verschieben
kann. Die Abdichtung zwischen dem Nebenkolben 14 und dem Zylinder 13 wird durch
eine Packung 15 hergestellt. Der gesteuerte Teil, z. B. eine Bremsbacke, wird durch
eine Spindel 16 betätigt, auf welche unmittelbar der Nebenkolben 14 einwirkt. Geht
man von der in Fig. i dargestellten Ruhelage der Einrichtung :aus, so wird die durch
die Öffnung i in die Kammer 3 eintretende Flüssigkeit durch die Öffnungen 8 und
9 in den Zylinder 13 gelangen und dort auf den Kolben 14 sowie die Spindel i6 einwirken,
bis der Widerstand des zu steuernden Teiles auf der Spindel 16 genügend stark wirksam
wird, um die in der Druckanlage enthaltene Flüssigkeit auf einen solchen Druck zu
bringen, daß die auf den Hauptkolben 4 wirkende Schubkraft die Gegenkraft der Feder
7 überwindet. In diesem Augenblick wird sich der Kolben 4 leicht in Richtung des
Pfeiles F verschieben, wobei sich das Ventil 9 unter der Einwirkung seiner Feder
io schließt. Von diesem Zeitpunkt an stehen die Kolben 4 und 14 gewissermaßen in
starker Verbindung, und die Antriebskraft wird auf die Spindel 16 übertragen werden,
als ob lediglich ein einfacher Kolben 4 vorhanden wäre. Wenn der Steuer- oder Antriebsdruck
zu wirken aufhört, so wird der Kolben 4 wieder in seine Ruhelage unter dem Einfluß
der von der Feder 7 ausgeübten Rückholkraft und der Gegenkraft des gesteuerten Organs
zurückkehren. Dabei wird der Ansatz 6 sich wieder gegen den Boden des Zylinders
2 legen, so d@aß die Spindel 9a des Ventils 9 ebenfalls auf den Zylinderboden aufstößt
und das Ventil 9 ein wenig von seinem Sitz abgehoben wird. In diesem Augenblick
wird der Kolben 14 ebenfalls unter der Einwirkung der auf ihn ausgeübten Gegenkräfte
wieder in seine Ruhelage zurückkehren können, wobei die Antriebsflüssigkeit in einem
der Pfeilrichtung F entgegengesetzten Sinn durch die Bohrungen i i und 8 zurückströmen
wird.
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Zur größeren Klarheit und Vereinfachung der Zeichnung sind die zur
Entfernung der gegebenenfalls in der Flüssigkeit befindlichen Luft notwendigen Vorrichtungen
nicht mit dargestellt worden.
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Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der vorstehend beschriebenen Ausführung, jedoch sind die Abdichtungspackungen 5
und die Rückholfeder 7 des Hauptkolbens 4 durch eine zylindrische Einlage 17 :aus
elastischem Werkstoff ersetzt worden, die am Zylinder 2 und' am Kolben 4 festheftet.
Diese elastische Dichtungseinlage 17 füllt den Zwischenraum zwischen dem Zylinder
2 und dem Kolben 4 derart aus, daß sie sich jeglicher gleitenden Verschiebung an
den Berührungsflächen mit dem Zylinder 2 und dem Kolben 4 widersetzt und fest an
diesen Berührungsflächen anhaftet. Dabei können Verschiebungen des Kolbens 4 im
Zylinder 2 gegeneinander nur unter elastischer Verformung der Zwischenlage 17 erfolgen,
welche bei dieser elastischen Verformung eine Rückholwirkung ausübt und den Kolben
4 in seine Ruhelage zurückzuholen sucht, in welcher sich sein Ansatz 6 auf dem Boden
211 des Zylinders 2 abstützt. Die Querschnittsoberfläche des Kolbens 4 wird ferner
vorzugsweise groß im Verhältnis zur Querschnittsoberfläche der elastischen Zwischenlage
17 ausgebildet, so daß die einer Verschiebung des Kolbens 4 um eine bestimmte Strecke
entsprechende Volumenänderung der Kammer 3 im wesentlichen unabhängig von der Verformung
der Zwischenlage 17 ist.
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Derartige elastische Zwischenlagen, wie Gummimuffen, die gleichzeitig
als :Ersatz für Rückholfeder und Dichtungspackung dienen, sind an sich bekannt.
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Zwecks Erzielung einer großen Berührungsfläche zwischen der elastischen
Dichtungseinlage 17, den Wandungen des Kolbens 4 und denen des Zylinders 2 werden
Länge oder Höhe der Zwischenlage 17 und des Kolbens 4 vorzugsweise verhältnismäßig
groß ausgebildet. Die elastische Zwischenlage 17 zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder
:2 kann ferner vorteilhaft in an sich bekannter Weise durch Ankleben oder Aufvulkanisieren
zum festen Anhaften an den Berührungsflächen mit den dicht zu verbindenden Teilen
2, 4 gebracht werden. Damit wird nicht nur die Verhinderung jeglicher Gleitmöglichkeit
der Dichtungseinlage 17 noch verstärkt, sondern es wird auch eine vollkommene Abdichtung
zwischen dem Kolben und seinem Zylinder geschaffen. Die elastische Zwischenlage
17 kann aus einem Werkstoff hergestellt werden, der eine geringe anfängliche Zusammendrückbarkeit
aufweist, wie Kautschuk.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 bietet, abgesehen davon, daß sie
die Feder 7 überflüssig macht und eine vollkommene Abdichtung zwischen Kolben und
Zylinder schafft, noch den Vorteil, daß sich auch eine sehr genaue Bearbeitung des
Kolbens und der inneren Zylinderwandung erübrigt, da etwaige Ungleichmäßigkeiten
auf diesen Wandungen durch die fest und dicht anhaftende elastische Zwischenlage
17 ausgeglichen werden würden. Auch ist jegliche Abnutzung durch Reibung, wie sie
bei Anwendung gewöhnlicher Dichtungspackungen, wie 5, unvermeidlich im Gebrauch
auftreten, vermieden, da die Zwischenlage lediglich elastischen Verformungen bei
der gegenseitigen Verschiebung von Kolben und Zylinder ausgesetzt
ist,
sich aber in bezug auf den Kolben 4 und den Zylinder 2 nicht verschiebt, sondern
fest an diesen beiden Teilen haftet und demnach keinerlei Reibungen ausgesetzt wird.