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Hydraulisch betriebener Druckkrafterzeuger, insbesondere für Flüssigkeitsbremsen
an Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulisch betriebenen
Druckkrafterzeuger, insbesondere für Flüssigkeitsbremsen an Kraftfahrzeugen, der
aus zwei in einem Zylinder gleitend angeordneten, eine ausdehnbare Kammer aufweisenden
Verbundkolben besteht, deren konkave Mantelteile unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes
gestreckt werden und dabei einen erhöhten Axialdruck auf die Endteile des Verbundkolbens
ausüben, und mit einem Ventil versehen ist, das bei Überschreiten eines bestimmten
Flüssigkeitsdruckes in der Leitung den Rückfluß aus dem Raum hinter dem Verbundkolben
sperrt und diesen wieder freigibt, wenn der Flüssigkeitsdruck unter diesen Wert
sinkt.
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Das Ventil der bekannten Einrichtung unterbindet nach Erreichen eines
bestimmten Flüssigkeitsdruckes in der Leitung nicht nur den Flüssigkeitsrückfluß,
sondern auch den -zufluß aus dem bzw. in den Raum hinter dem Verbundkolben. Damit
ist aber der schwerwiegende Nachteil verknüpft, daß das Ventil den Flüssigkeitszufluß
sperrt, bevor z. B. die Bremsbacken die Bremstrommel berühren, wodurch die Bremswirkung
herabgesetzt oder gefährdet ist, weil die Streckung der Mantelteile der ausdehnbaren
Kammer des Verbundkolbens nur eine begrenzte Verschiebung des einen Endteiles des
Verbundkolbens bewirkt.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieses Nachteiles und erreicht
dies dadurch, daß das Ventil des Druckerzeugers der eingangs erwähnten Bauart einen
ununterbrochenen Flüssigkeitszufluß in den Raum hinter dem Verbundkolben zuläßt.
In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer beispielsweisen Ausführungsform
dargestellt.
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Fig. I zeigt einen Längsschnitt durch eine Flüssigkeitsbremse gemäß
der Erfindung, bei der zwei gegenläufige Verbundkolben in einem Bremszylinder angeordnet
sind, Fig. 2 einen Querschnittparallel zur Bremszylinderachse durch das Ventil gemäß
der Erfindung, welches außen seitlich am Bremszylinder angeordnet ist, Fig. 2a eine
Einzelheit der Vorrichtung gemäß Fig. 2.
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Die in der Fig. I gezeigten Verbundkolben arbeiten nach dem Prinzip,
sowohl den parallel zur Zylinderachse auf die Stirnfläche des Kolbens wirkenden
als auch den senkrecht auf die Innenfläche des Kolbenmantels wirkenden hydraulischen
Druck auszunutzen. Der Mantel des Kolbens ist derart ausgebildet, daß die Resultierende
des normal dazu wirkenden hydraulischen Druckes eine zur Zylinderachse parallele
Komponente aufweist, welche der Resultierenden des auf die Stirnfläche des Kolbens
wirkenden hydraulischen Druckes gleichgerichtet ist.
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Die in Fig. I gezeigte Einrichtung umfaßt zwei Kolben der angegebenen
Art, die einander gegenüberliegend in einem zwischen den Bremsschuhen 2 und 2' liegenden
Flüssigkeitsbremszylinder I angeordnet sind und unter der Wirkung einer Zwischenfeder
3 und der Bremsschuhrückholfeder 4 in der Mitte des Zylinders nachgiebig im Abstand
voneinander gehalten werden.
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Zwei bei Flüssigkeitsbremsen gebräuchliche Klauen 5 und 5' sind nahe
den inneren Rändern der Bremsscheibe angeordnet und dienen zum Begrenzen des freien
Spiels zwischen den Schuhen 2, 2' und der Trommel 6, wodurch sie gleichzeitig auch
den Rückgang der gegenläufigen Kolben gegen die Mitte des Zylinders begrenzen.
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Jeder der gegenläufigen Kolben ist aus den Metallteilen 7, 7' und
8, 8', den elastischen, frei angeordneten Dichtungsringen 9, 9'' und 9', 9''' und
dem in seinen schalenartigen Metallbehältern II, II' und I2, I2' angeordneten Dehnungselement
Io, Io' zusammengesetzt.
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Die verschiedenen für sich verschiebbaren Teile der Kolben sind frei
angeordnet und in ihrer Lage durch den gegenseitigen Axialdruck der Federn 3 und
4 nachgiebig gehalten.
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Die metallischen Kolbenteile 7 und 7' sind axial durchbohrt und weisen
an ihren äußeren Enden in der Bohrung je eine Ringschulter auf, gegen die sich die
Zwischenfeder 3 mit ihren Enden abstützt. Die Dichtungsringe 9, 9'' werden von den
Ringstufen der Teile 7 und 7' aufgenommen, deren Durchmesser und Länge kleiner ist
als der Innendurchmesser und die axiale Dicke der Ringe. Die Metallteile 8 und 8'
sind in gleicher Weise mit je einer Ringstufe für die Dichtungsringe 9' und 9'''
und an ihrem den Bremszylinder berührenden Teil mit je einer Ringnut versehen, von
denen radiale Kanäle C zu einer axialen Bohrung führen, um eine Verbindung für die
Druckflüssigkeit sowohl mit der Kammer 6o, 6o' der Kappe I4 und I4' als auch über
die Bohrungen D mit den Innenflächen der Dichtungsringe 9' und 9''', nicht aber
mit dem Raum S in der Mitte des Zylinders zwischen den gegenläufigen Kolben herzustellen.
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Die Stelzen I3 und I3' sind Stoßglieder zwischen den gegenläufigen
Kolben und den Bremsschuhen. Die Dehnungselemente Io, Io' (Fig. I) liegen je in
zwei Metallschalen II, I2 und II', I2' und bestehen aus elastischen Kappen I4, I4',
die innere Kammern 6o, 6o' und konkave Mäntel aufweisen, um die eine Anzahl der
Länge nach gekrümmter Federblätter I5, I5' angeordnet ist, die mit ihren konvexen
Oberflächen nach innen schauen und eine ausdehnbare Metallumhüllung für die elastischen
Kappen I4, I4' bilden, an deren Umfang sie durch elastische Bänder I6 und I6' auf
ihrem Platz gehalten werden.
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Die Kammern 6o, 6o' der elastischen Kappen I4 und I4' sind an einem
Ende offen, um den Durchtritt der Druckflüssigkeit zu gestatten. An den Rändern
der Öffnungen sind ringförmige Lippen o und o' vorgesehen, die eine Dichtung zwischen
den elastischen Kappen und den Metallschalen II und II' bilden deren mittlere Bohrungen
mit den Öffnungen der elastischen Kammern übereinstimmen.
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Wird die Flüssigkeit unter Druck in die Kammern 6o, 6o' der Kappen
I4 und I4' gepreßt, so wirkt der hydraulische Druck senkrecht zur Innenfläche der
Kappenmäntel auf die Federblätter I5, I5', welche sich dadurch abzuflachen und dabei
den Abstand zwischen den beiden Metallbehältern II, I2 und II', I2, auf die sie
sich mit ihren Enden abstützen, zu vergrößern suchen. Kann sich der Abstand zwischen
den Metallbehältern jedoch nicht ändern, was dann der Fall ist, wenn die Bremsschuhe
2, 2' bereits an der Trommel 6 anliegen, so können sich die Federblätter I5, I5'
nicht verformen, so daß keine weitere Flüssigkeitsmenge erforderlich ist, um den
Arbeitsdruck zu erzielen.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, stehen die Dehnungselemente
Io und Io' und deren Verbindungsöffnungen nicht in direkter Verbindung mit dem Raum
in der Mitte des Bremszylinders zwischen den zwei gegenläufigen Kolben. Dieser Raum
wird durch die Öffnung A gespeist, während die Öffnungen B und B' für den Durchtritt
der Flüssigkeit zu den Dehnungselementen dienen.
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Die innere Fläche der elastischen Bänder I6 und I6' ist, wie in Fig.
I gezeigt ist, entsprechend der konkaven Krümmung der Federn I5 konvex ausgebildet,
während die konkave äußere Fläche dieser Bänder geringer gekrümmt ist als die innere,
um die radiale Ausdehnung der Kappe I4, I4' und die Streckung der gekrümmten Federblätter
15" 15' unter der Wirkung,des Flüssigkeitsdruckes zu begrenzen und eine bleibende.
Verformung der Federn 15, 15,' zu vermeiden.
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Die elastischen Ringkappen 17 und 17' aus Gummi oder ähnlichem Material
schließen die Enden des Bremszylinders ab und schützen die Kolben vor Schmutz und
Staub.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Ventil, welches mit 18 bezeichnet
ist, außen am Bremszylinder i angebracht. Es enthält einen topfförmigen oberen
Ventilkolben
I9, in dem eine Schraubenfeder 24 untergebracht ist, einen unteren Kolben 2o von
größerem Durchmesser und die Verbindungsstoßstange 2I mit einer scheibenförmigen
Basis.
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Ein elastischer Ring 23, beispielsweise aus Gummi, sitzt auf dem oberen
ringförmigen Teil eines mit Schraubengewinde versehenen Zapfens 22, der die obere
zylindrische Ventilführung von der einen größeren Durchmesser aufweisenden unteren
Ventilführung trennt, und dient als Sitz für den Ventilkolben I9. Längskanäle im
Mantel des Ventilkolbens I9 und Querkanäle, welche in den oberen Rand desselben
geschnitten sind, sichern den freien Durchtritt der Druckflüssigkeit, die durch
die Öffnung A in den Raum S des Bremszylinders I zwischen den zwei gegenläufigen
Kolben gelangt.
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Das untere Ventilglied setzt sich aus einem Kolbenkörper 25, der zur
Aufnahme der Feder 28 topfförmig ausgebildet ist, einem elastischen Dichtungsring
26 und einem in die Bohrung dieses Ringes hineinragenden Teller 27 zusammen. Der
Dichtungsring 26 ist frei angeordnet und zwischen dem Kolbenkörper 25 und dem Teller
27 nachgiebig gelagert und durch den einander entgegenwirkenden Druck der Federn
28 und 39 auf seinem Platz gehalten. Die Feder 39 ist über die Verbindungsstoßstange
2I geschoben und zwischen deren Fußscheibe und dem Zapfen 22 eingeschaltet. Die
Feder 28 wirkt gegen den Kolbenkörper 25 und eine Abschlußkappe, welche eine Ansaugöffnung
F in der Außenwand aufweist.
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Der Teller 27 weist radiale Bohrungen 27' auf (Fig. 2a), um eine Verbindung
für die Druckflüssigkeit mit der Innenfläche des Dichtungsringes 26 herzustellen.
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Die Stoßstange 2I ist frei beweglich zwischen den zwei Kolben des
Ventils angeordnet und durch den einander entgegenwirkenden Druck der Federn 28
und 24 stets in Berührung mit diesen gehalten, wobei das mit einer kreisförmigen
Platte versehene Ende im Boden des Tellers 27 liegt, während das andere Ende in
einer Höhlung des Ventilkolbens I9 gelagert ist.
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Die Federn 28, 39 und 24 sind vorgespannt, wobei die Feder 28 beträchtlich
stärker als die Federn 24 und 39 ist, so daß im normalen, unbelasteten Zustand des
Ventils die Federn 24 und 39 zusammengedrückt und der Ventilkolben I9 durch die
Stoßstange 2I von seinem Sitz abgehoben ist.
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Um das Ablassen von Luft aus dem Ventil zu erleichtern, ist in der
oberen Wand des Ventilgehäuses eine Öffnung E vorgesehen, die in Fig. 2 in die Schnittebene
verschwenkt dargestellt ist.
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Tritt von der nicht gezeichneten Hauptpumpe Flüssigkeit unter Druck
durch die Öffnung T (Fig. 2) in das Ventil I8 ein und fließt durch die Öffnungen
A, B, B' in dem Bremszylinder I (Fig. I) zwischen die beiden gegenläufigen Kolben
und in die Kammern 6o, 6o' der elastischen Kappen I4 und I4', so bewegen sich die
gegenläufigen Kolben mit allen ihren Teilen wie eine Einheit unter der Wirkung des
auf die Fläche 7a bzw. 7a' ausgeübten Flüssigkeitsdruckes von der Mitte des Bremszylinders
entgegen der Spannung der Bremsschuhrückholfeder 4 nach außen und bringen die Bremsschuhe
2, 2' mit der Bremstrommel 6 in Berührung.
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Bei einem gegebenen Flüssigkeitsdruck, gerade bevor die gegenläufigen
Kolben sich entgegen der Kraft der Feder 4 zu bewegen beginnen, wird das untere
Ventilglied 2o unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes hinunterbewegt, die Feder
28 zusammengedrückt und der Ventilkolben I9 durch die Feder 24 auf seinen Sitz 23
gedrückt. Der im Raum S zwischen den beiden Verbundkolben herrschende Flüssigkeitsdruck
wirkt durch die Bohrung A auf den Ventilkolben I9 und drückt diesen gegen seinen
Sitz 23. Auf diese Weise wird ein Rückfluß aus dem Raum S verhindert. Steigt der
Flüssigkeitsdruck in der Zuleitung T, so wird der im Raum S herrschende Gegendruck
überwunden, und Flüssigkeit strömt durch die Bohrung A in den Raum S. Während auf
diese Weise der Rückfluß der Flüssigkeit aus dem Raum S zeitweise unterbrochen ist,
bleiben die Kanäle B und B' für den Durchtritt der Flüssigkeit aus der Zuleitung
T in die Kammern 6o, 6o', der elastischen Kappen I4 und I4' und umgekehrt stets
offen.
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Wenn die Bremsbacken 2, 2' an der Trommel 6 fest anliegen und die
Verbundkolben sich voneinander nicht weiter entfernen können, kann keine weitere
Flüssigkeit durch die Öffnung A in den Raum S im Zylinder I eintreten, und das Ventil
I9, 23 schließt sich unter der Wirkung der Feder 24. Der hydraulische Druck wirkt
senkrecht auf die Mantelteile der Kappen I4, I4' und damit zugleich auf die Federn
I5, I5', die, weil die Ringräume G, G' mit der Atmosphäre in Verbindung stehen,
auf die beiden Teile II und I2 bzw. II', I2' eine Kraft ausüben, ähnlich wie die
Enden eines Bogens auf seine Widerlager. Während sich die radial gerichteten Komponenten
dieser Kraft gegenseitig aufheben, summieren sich die axial gerichteten, zu denen
noch der auf die Stirnfläche 3o, 3o' der Kammern 6o, 6o' wirkende Flüssigkeitsdruck
hinzukommt.
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Die Summe dieser Kräfte wind aber auch an den Stirnflächen 7a, 7a'
der Verbundkolben wirksam. Nachdem der Rückfluß aus dem Raum S durch das Ventil
I9, 23 gesperrt ist, wächst der Flüssigkeitsdruck in diesem Raum über den in der
Zuflußleitung herrschenden Druck an, wodurch das Gleichgewicht der an den Stirnflächen
7a, 7a' wirksam werdenden Kräfte aufrechterhalten wird.
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Da zum axialen Verschieben der beiden Verbundkolben ein geringer Flüssigkeitsdruck
auf die Stirnflächen 7a, 7a' genügt, erfahren die elastischen Elemente Io, Io' durch
den hinreichenden Widerstand, den die Federn I5, I5' einer Deformation entgegensetzen,
bis zum Anlegen der Bremsbacken 2, 2' an der Bremstrommel 6 keine nennenswerte Längsdehnung.
Aber auch nach dem Anlegen der Bremsbacken; an die Bremstrommel findet keine solche
Längsdehnung der elastischen Elemente statt, weil einerseits die Backen fest an
der Trommel anliegen und andererseits die zwischen den Kolben eingeschl.ossene inkompressi'ble
Flüssigkeit ein unnach-'
giebiges Widerlager bildet. Die auf die
Trommel ausgeübte Kraft steigt mit steigendem Flüssigkeitsdruck.
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Wird der Bremsfußhebel losgelassen, so sinkt der Flüssigkeitsdruck,
und der Kolben 2o bewegt sich unter der Wirkung der Feder 28 in seine Ausgangsstellung
zurück und hebt mittels der Stoßstange 2I den Ventilkolben I9 von seinem Sitz 23
unter Überwindung des Gegendruckes der Feder 24 ab. Die zwischen den beiden Verbundkolben
eingeschlossen gewesene Flüssigkeit fließt durch die Bohrung A ab, wodurch die beiden
Verbundkolben durch die Feder 4 in ihre Ausgangsstellung zurückkehren.
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Die Flüssigkeitsmenge, die zur Betätigung der Bremse notwendig ist,
ist praktisch nicht größer als bei Einrichtungen mit den üblichen Kolben gleichen
Querschnitts. Der Bremshub ist von der Abnutzung der Bremsbacken 22, 22' abhängig.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ergit einen starken Anstieg in der Bremswirkung
ohne eine Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes in der Leitung. Die Bremse arbeitet somit
mit niedrigem Flüssigkeitsdruck und weist alle damit verbundenen Vorteile auf.
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Es ist offensichtlich, daß die erreichbare Kraft der unter der Wirkung
des Flüssigkeitsdruckes stehenden gekrümmten Federblätter von der Länge der Sehne
und der Höhe der Durchbiegung der Federn abhängig ist, so daß die Größe der Axialkraft
bei jedem gegebenen Verbundkolben der beschriebenen Art durch Änderung der Federcharakteristiken
den Bedürfnissen angepaßt werden kann. Bei Ausnutzung der radialen Komponente des
Flüssigkeitsdruckes in einem gegebenen Bremszylinder, die normalerweise für nützliche
Arbeit verlorengeht, ist es möglich, eine Zunahme des Arbeitsdruckes auf das Drei-
bis Vierfache ohne einer wesentlichen Steigerung des Flüssigkeitsdruckes in der
Leitung mit allen angegebenen Vorteilen zu erreichen.