DE2739915A1

DE2739915A1 - Hydraulische bremsanlage eines kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE2739915A1
Application number: DE19772739915
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Hattwig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1977-09-05
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1979-03-15
Also published as: GB2003565B; FR2402119A1; GB2003565A; FR2402119B3

Description

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 24O4
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Hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Bremsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Da sich während des Bremsens der Schwerpunkt eines Kraftfahrzeuges nach vorn verlagert, werden während des BremsVorganges die Vorderräder zusätzlich be- und die Hinterräder entlastet, so daß die Hinterräder frühzeitig blockieren und eine Neigung zum Ausbrechen des Fahrzeughecks einleiten können. Um diese Gewichtsverlagerung auszugleichen, muß auf die Vorderräder eine größere Bremskraft wirken als auf die Hinterräder. Es ist daher vielfach üblich, zwischen dem Hauptzylinder der Bremsanlage und die Hinterradbremsen einen Bremskraftverteiler, d. h. einen Bremsdruckminderer oder einen Brenndruckbegrenzer, zwischen zu schalten und dadurch - ab einem bestimmten Druck - den an den Hinterradbremsen wirksam werdenden Bremsdruck zu reduzieren bzw. zu begrenzen, wodurch eine Anpassung an die Achslastminderung ermöglicht wird. Häufig besitzen diese Bremskraftverteiler zur noch

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besseren Anpassung einen verzögerungs- oder beladungsabhängig gesteuerten Uaschaltpunkt. Der besondere Vorteil eines lastabhängigen Bremsdruckverteilers ist die bessere Ausnutzung der Breaskraft an der Hinterachse bei beladenem Fahrzeug. Ein wesentlicher Nachteil sind jedoch die durch den Verteiler selbst und die notwendig werdenden Leitungsänderungen bedingten hohen Kosten, so daß solche Bremskraftverteiler bisher lediglich in verhältnismäßig wenigen Kraftfahrzeugen eingebaut wurden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für eine hydraulische Bremsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu verringern, ohne dabei die Druckminderungs- oder Druckbegrenzungseigenschafen wesentlich zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die gewünschte Druckminderung bzw. Druckbegrenzung wird also durch eine unmittelbar in die die Bremsbeläge bzw. Bremsbacken der Bremsen betätigende Kolben/Zylinder-Einheit integrierte Einrichtung bewirkt, welche den Kolben der Kolben/Zylinder-Einheit in seiner axialen Verschiebbarkeit behindert oder diese sogar völlig unterbindet.

Anhand eines Ausführungsbeispieles werden die Erfindung und wesentliche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Figur 1 in schematischer Darstellung eine für die Betätigung einer Trommelbremse dienende Kolben/Zylinder-Einheit gemäß der Erfindung,

Figur 2 ein Detail dieser Kolben/Zylinder-Einheit zur Erläuterung der Funktionsweise und die

Figuren 3 und 4 zwei Bremsdruckdiagramme.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt, und zwar den Betätigungsmechanismus, einer Trommelbremse, die mit einem geminderten oder begrenzten Druck betrieben werden soll.

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ORIGINAL INSPECTED

Dieser Tätigungsmechanismus stimmt im wesentlichen mit der üblichen Art von Bremszylindern überein. Er besteht aus einem Zylindergehäuse 1, in dem zwei Kolben 2 und 3» welche auf die nur angedeuteten Bremsbacken 13 und I4 einwirken, axial verschiebbar gelagert sind. In dem zwischen den beiden Kolben 2 und 3 angeordneten Druckraum 6, welcher über eine Einlaßöffnung 5 niit dem hydraulischen Leitungssystem der hydraulischen Bremsanlage verbunden ist, ist eine Druckfeder 4 angeordnet, welche die Kolben 2 und 3 etwas auseinanderdrückt. Im Bereich des einen Kolbens 2 ist im Zylindergehäuse 1 ein Ringraum 11 vorgesehen, welcher über zwei getrennte Bohrungen 17 und 18 mit dem Druckraum 6 in Verbindung steht. In der einen Bohrung I7 ist ein unter Vorspannung stehendes erstes Einwegeventil 7 angeordnet, welches so bemessen ist, daß es öffnet, wenn der Druck im Druckraum 6 einen dem vorgesehenen Beginn der Druckminderung entsprechenden definierten Wert überschreitet. In der anderen Bohrung 18 ist ein zweites, entgegengerichtet wirkendes Einwegeventil 12 angeordnet. Auch dieses steht unter einer Vorspannung, die jedoch geringer ist als die des ersten Einwegeventilas. Die Vorspannungen werden durch Druckfedern 16 bzw. 9 erzeugt. In den Ringraun 11 ist ein den Kolben 2 umschließendes, im Durchmesser verringerbares ringähnliches Klemm- und Dichtelement 10 eingelassen. Der Ringraum 11 und die beiden Bohrungen 17 und 18 sind dabei so bemessen und angeordnet, daß durch die in den Ringraum gelangende Bremsflüssigkeit auf das Klemm- und Dichtelement 10 eine radial gegen den Kolben 2 pressende Normalkraft ausgeübt wird. Die von der Druckfeder 9 auf das Einwegeventil 7 ausgeübte Vorspannung ist so bemessen, daß dieses Ventil erst bei einem definierten Druck, der dem gewünschten Umschaltpunkt der Druckminderung oder Druckbegrenzung entspricht (z. B. 30 bar), öffnet. Wenn der Druck im Radbremszylinder, d. h. im Druckraum 6, oberhalb dieses Umschaltpunktes liegt, dann entsteht infolge des geöffneten ersten Einwegeventil s 7 eine druckmäßige Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Druckraum 6, so daß im Ringraum der gleich Druck vorliegt wie im Druckraum 6.

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Auf das Klemm- und Dichtelement 10 wird daher eine diesem Druck proportionale Normalkraft ausgeübt, so daß zwischen dem Klemmelement 10 und dem Kolben 2 eine die axiale Verschiebung des Kolbens erschwerende Reibkraft entsteht, wenn der Kolben bewegt wird. Je nachdem wie groß diese Reibkraft ist, wird daher auf die Bremsbacke 13 nur noch eine verringerte oder aber sogar gar keine Bremskraft mehr übertragen. Wenn der Bremsdruck im Druckraum 6 wieder reduziert wird, kann die im Ringraum 11 befindliche Bremsflüssigkeit über das zweite Einwegeventil 12, das unter einer geringeren Vorspannung steht, entweichen, so daß die vom Klemm- und Dichtelement 10 auf den Kolben 2 ausgeübte Bremskraft wieder entfernt wird.

Im Ausführungsbeispiel ist nur der rechte Kolben 2 mit einer Einrichtung zur Minderung oder Begrenzung der auf die zugehörige Bremsbacke 13 ausgeübten Bremskraft versehen, während der linke Kolben 3 nur mit einem normalen Dichtring 15 versehen ist und demzufolge auf jede Druckerhöhung im Druckraum 6 anspricht. Falls eine stärkere Reduzierung der Bremswirkung dieser Trommelbremse erforderlich ist, ist es natürlich auch möglich, beide Kolben mit einer entsprechenden Bremsminderungseinrichtung auszurüsten. Falls nur einer der beiden Kolben mit einer entsprechenden Einrichtung versehen ist, hängt der Grad der Bremskraftveränderung unter anderem auch davon ab, ob - bei einer Trommelbremse - die Primärbakke oder Sekundärbacke mit dieser Einrichtung in Verbindung steht.Diese Verhältnisse werden in Figur 3 noch näher erläutert werden.

Damit der Kolben 2 der in Figur 1 gezeigten Anordnung durch das Klemm- und Dichtelement 10 festgeklemmt wird und sich nicht mehr bewegen kann, muß die erzeugte Reibkraft größer sein als die durch die Bremsflüssigkeit im Druckraum auf ihn ausgeübte Druckkraft. Figur 2 zeigt zur Erläuterung dieser Verhältnisse ein Detail der in Figur 1 gezeigten Anordnung, wobei angenommen ist, daß das erste Einwegeventil 1 geöffnet ist, so daß über die Bohrung 17 eine durchgehende Verbindung vom Druckraum 6 zum Ringraum 11

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besteht. Die durch den Druck ρ der Bremsflüssigkeit im Druckraum 6 auf den Kolbenboden ausgeübte Kraft ist mit F- beziffert. Sie wirkt nach recht und besitzt die Größe

p_K - ρ -tr- j1 .

Die durch die Bremsflüssigkeit im Ringraum 11 auf das Kiemmund Dichtelement 10 ausgeübte Normalkraft ist mit F„ und die durch diese Normalkraft zwischen dem Kolben 2 und dem Klemmelement 10 bewirkte Reibkraft mit F_n beziffert. Durch die freie Verbindung zwischen Druckraum 6 und Ringraum 11 herrscht im Ringraum der gleiche Druck wie im Druckraum. Die Größe der Normalkraft ergibt sich zu

F_n - ρ · ΤΓ· d_K · b .

Mit f als Reibwert zwischen Klemmelement 10 und Kolben 2 ergibt sich damit für die Reibkraft

F_R - f · F_n = f · ρ · // · d_K · b .

Damit der Kolben 2 festgeklemmt wird und sich nicht mehr bewegen kann, muß die Reibkraft F„ größer als die Druckkraft F„ sein. Es muß also gelten

r n ~ er d²

It · d_v · f · b · ρ y ρ · Il ' ^aK

^K "T"

b > i .
4Γ

In diesen Gleichungen bedeuten

F„ Druckkraft auf den Kolben 2

F_n Reibkraft zwischen Kolben 2 und Klemmelement 10 F„ Normalkraft des Klemmelements auf den Kolben d_v Kolbendurchmesser

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b Breite des Klemmelements 10

ρ Druck der Bremsflüssigkeit

f Reibwert zwischen Klemmelement und Kolben.

Aus Figur 2 ist in Verbindung mit Figur 1 ersichtlich, daß die auf die Bremsbacke 13 ausgeübte Kraft aus der Differenz zwischen der Druckkraft F^ und der Reibkraft F_R besteht. Durch Wahl der Breite des Klemmelementes ist es daher möglich, den Grad der Bremskraftminderung festzulegen. Wenn die Breite b des Klemiaelementes den oben ermittelten Wert überschreitet und der Kolben festgeklemmt wird, liegt - natürlich jeweils nur bezogen auf die mit einer solchen Einrichtung versehene Bremsbacke - eine volle Bremskraftminderung, d. h. eine Bremskraftbegrenzung vor.

Für die Brem e als Ganzes hat die vorgeschlagene Anordnung Auswikrungen, die anhand des in Figur 3 gezeigten Diagrammes erläutert werden sollen. Das Diagramm zeigt das Bremsmoment M_ einer Trommelbremse als Funktion des Druckes. Dabei wurde angenommen, daß die Trommelbremse mittels eines zwei Kolben aufweisenden Radbremszylinders betätigt wird. Je nachdem ob nur ein oder beide Kolben mit einem als Bremsvorrichtung wirkenden Klemm- und Dichtelement ausgerüstet ist und je nachdem, ob die Breite des Klemmelements so bemessen ist, daß der Kolben festgeklemmt oder nur behindert wird, ergeben sich verschiedene Diagrammverläufe.

Kurve I zeigt die Verhältnisse für einen Radbremszylinder ohne jegliche Minderer-Einrichtung. Die Kurven II und III gehen davon aus, daß der die Primärbacke der Trommelbremse beaufschlagende Kolben mit einer entsprechenden Bremsvorrichtung ausgerüstet ist. In Kurve II wurde dabei eine volle Minderung und in Kurve III nur eine halbe Minderung der Primärbacke angenommen. Das heißt, es wurde davon ausgegangen, daß in Kurve II der Kolben 2 festgeklemmt und in Kurve III nur stark behindert wurde. Entsprechend dem Bremsmomentenanteil, den die Primärbacke in der Trommelbremse besitzt, ergibt sich in Kurve II ein Minderer-Verhältnis von etwa 1 : 4» während sich in Kurve III ein Verhältnis 1x2 ergibt. Die Kurve IV

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zeigt die Verhältnisse, die sich ergeben, wenn lediglich der die Sekundärbacke der Trommelbremse beaufschlagende Kolben mit einer entsprechenden Bremsvorrichtung versehen ist, wobei angenommen wurde, daß der Kolben völlig festgeklemmt wird. Entsprechend dem geringeren Bremsmomentenanteil der Sekundärbacke ergibt sich in diesem Falle ein Minderer-Verhältnis von etwa 3 : 4· Kurve V zeigt die Verhältnisse, wenn beide Kolben mit der vorgeschlagenen Bremsvorrichtung ausgerüstet sind und beide so bemessen sind, daß die Kolben festgeklemmt werden, d. h. eine volle Minderung beider Backen vorliegt. In diesem Grenzfall wirkt der Minderer als Begrenzer. In den Kurven I bis V war angenommen worden, daß der ümschaltpunkt des Minderers, d. h. der Punkt, bei dem das erste Einwegeventil 7 in Figur 1 öffnet, bei 30 bar liegt. Wenn beide Kolben mit einer Bremsvorrichtung ausgerüstet sind, ist es selbstverständlich möglich,die beiden Bremsvorrichtungen unterschiedlich auszulegen und/oder die Umschaltpunkte dieser Bremsvorrichtungen unterschiedlich zu bemessen. Kurve VI zeigt die Verhältnisse, die sich ergeben, wenn beide Kolben voll gemindert werden, die Ümschaltpunkte beider Bremsvorrichtungen jedoch unterschiedlich gewählt sind. Es wurde angenommen, daß der Umschaltpunkt für die Primärbacke bei 25 bar und für die Sekundärbacke bei 40 bar liegt. Man erkennt leicht, daß durch entsprechende Wahl der Umschaltpunkte und der Minderungsrate die ideale Bremskraftverteilung besser angenähert werden kann als mit den bisher üblichen Systemen.

Zur Verdeutlichung dieser Verhältnisse ist in Figur 4 ein Diagramm dargestellt, in dem das Bremsmoment M- der Hinterradbremsen als Funktion des Bremsmomentes M_n der Vorderradbremsen aufgetragen ist. Eingezeichnet ist unter A die angestrebte ideale Bremskraftverteilung und unter B die Bremskraftverteilung bei den in Kurve VI der Figur 3 angenommenen Verhältnisse. Man erkennt, daß diese Kurve der idealen Verteilung sehr nahe kommt.

Sie in den Figuren 3 und 4 erläuterten Beispiele zeigen, daS mit der vorgeschlagenen Art der Bremsdruckminderung bzw. -begrenzung alle beliebigen Kombinationen von teilweiser Minderung bis zur vollen Minderung möglich sind.

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Im gezeigten Ausführungsbeispiel und in der zugehörigen Beschreibung wurde angenommen, daß die Vorspannung des ersten Einwegeventils 7 konstant ist, das heißt daß ein fester Umschaltpunkt vorliegt. Liese konstante Vorspannung wurde mit der Druckfeder 9 erzielt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Umschaltpunkt des ersten Einwegeventils 7 lastabhängig zu verändern. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Druckfeder 9 ähnlich wie bei herkömmlichen lastabhängigen Druckminderern über einen entsprechenden Hebel, Winkel oder ähnliches mit dem Fahrzeugboden zu verbinden, so daß bei Kinfederung des Wagens die Druckfeder stärker vorgespannt wird und das erste Einwegeventil erst später umschalten kann.

Herkömmliche hydraulische Bremsanlagen mit einer Einrichtung zur Minderung oder Begrenzung des Bremsdruckes für einen Teil der Bremsen der Anlage sind verhältnismäßig teuer, wobei der geringere Teil der Kosten durch den Bremsdruckminderer bzw. Bremsdruckbegrenzer selbst verursacht wird. Der größere Teil der Kosten entsteht - im Vergleich zu Fahrzeugen ohne Bremsdruckminderungseinrichtungen - durch geänderte Bremsleitungen,durch ein kompliziertes Halte- und Versteifungsblech für die Bodenwanne, durch einen Hebel an der Achse, in den die Feder eingehängt wird, sowie durch den Einstellvorgang.

Bei der vorgeschlagenen Bremsanlage wurden sämtliche Änderungen am Fahrzeug selbst entfallen. Statt dessen würde in die Fahrzeuge, die mit einer Bremsdruckminderung ausgerüstet werden sollen, lediglich eine andere Hinterradbremse, nämlich die vorgeschlagene, eingebaut werden und bei lastabhängiger Steuerung des Umschaltpunktes eine Feder am Wagenboden eingehängt werden.

Da der konstruktive Aufbau der Minderungseinrichtung recht einfach ist und er außerdem in den bereits vorhandenen Radbremszylinder der Bremse integriert ist, kann der Aufwand für eine hydraulische Bremsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erheblich gesenkt werden.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges mit einer Einrichtung zur Minderung oder Begrenzung des Bremsdruckes an einem Teil der Bremsen der Anlage,

dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Einrichtung zur Minderung des Bremsdruckes unmittelbar in die Kolben/Zylinder-Einheit der Bremsen, welche mit einem geminderten Druck beaufschlagt werden sollen, integriert ist, derart, daß der Kolben (2) dieser Kolben/Zylinder-Einheit mit einer Bremsvorrichtung (Klemm- und Dichtelement 10) in Verbindung steht, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Bremsdrucks die Axialverschiebung des Kolbens (2) im Zylinder be- oder verhindert.

2. Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (1) einen über zwei getrennte Bohrungen (17s 18) -.mit dem Druckraum (6) der Kolben/Zylinder-Einheit in Verbindung stehenden Ringraum (11) aufweist, in welchen ein den Kolben (2) umschließendes, im Durchmesser verringerbares ringähnliches Klemm- und Dichtelement (1O) eingelassen ist,

und daß in der einen Bohrung (17) ein unter Vorspannung stehendes erstes Einwegeventil (7)t welches so bemessen ist, daß es bei einem dem vorgesehenen Beginn der Druckminderung entsprechenden definierten Bremsdruck im Druckraum (6) öffnet, und in der anderen Bohrung (18) ein unter einer geringeren Vorspannung stehendes, entgegengerichtet wirkendes zweites Einwegeventil (12) angeordnet ist, wobei Ringraum (11) und Bohrungen (I7, 18) so bemessen und angeordnet sind, daß auf das Klemm- und Dichtelement (10) eine es radial gegen den Kolben (2) pressende Normalkraft ausgeübt wird.

3. Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Klemm- und Dichtelementa (10) so bemessen ist, daß der Kolben (2) beim Öffnen

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ORIGINAL INSPECTED

des ersten Sinwegeventils (7) durch das Klemm- und Dichtelement (1O) festgeklemmt wird.

4· Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Klemm- und Dichtelements (1O) dann, wenn die dem Druckraum (6) ausgesetzte Kolbenfläche und der dem Klemmelement (1O) ausgesetzte Kolbenumfang den gleichen Durchmesser aufweisen, der Gleichung

b > ^K folgt,
4f

worin b die Breite des Klemmelements, d„ den wirksamen Kolbendurchmesser und f den Heibwert zwischen Klemmelement und Kolben angeben.

5· Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Klemm- und Dichtelements (1O) so bemessen ist, daß die Axialbewegung des Kolben.; (2) beim Öffnen des ersten Einwegeventils (7) zwar behindert, jedoch nicht völlig unterbunden wird.

6. Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Klemm- und Dichtelements (1O) dann, wenn die dem Druckraum (6) ausgesetzte Kolbenfläche und der dem Klemmelement (1O) ausgesetzte Kolbenumfang den gleichen Durchmesser aufweisen, der Gleichung

b< fx_ folgt,
4f

worin b die Breite dee Klemmelements, d„. den wirksamen Kolbendurchmesser und f den Reibwert zwischen Klemmelement und Kolben angeben.

7. Hydraulische Bremsanlage nach den Ansprüchen 2 bis 6, mit zwei im Zylindergehäuse angeordneten Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß nur einem der beiden Kolben ein in

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einem Ringraum angeordnetes, als Bremsvorrichtung wirkendes
Klemm- und Dichtelement zugeordnet ist.

8. Hydraulische Bremsanlage nach den Ansprüchen 2 bis 6, mit zwei im Zylindergehäuse angeordneten Kolben,

dadurch gekennzeichnet, daß beiden Kolben je ein in einem Ringraum angeordnetes, als Bremsvorrichtung wirkendes Klemm- und
Dichtelement zugeordnet ist.

9· Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm- und Dichtelemente der
beiden Kolben unterschiedlich bemessen sind.

10. Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 8 oder 9»

dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Klemm- und Dichtelementen zugeordneten ersten Einwegeventile voneinander verschiedene Ansprechdrücke zum Öffnen besitzeno

11. Hydraulische Bremsanlage nach den Ansprüchen 2 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungen der ersten Einwegeventile beladungsabhängig veränderbar sind.

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