DE3609391A1 - Einrichtung zur veraenderung der federrate einer steuerfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Veränderung der Federrate einer ein Bauteil, insbeson­ dere ein Bauteil einer Ventileinheit, mit einer Steuer­ kraft beaufschlagenden, mit Windungen versehenen Steuer­ feder mit einer in Achsrichtung der Steuerfeder verstell­ baren, zwischen Windungen eingreifenden Abstützung, die durch über Umfangsteilbereiche angeordnete Stützele­ mente gebildet ist, die in dem durch die Windungen in radialer Richtung definierten Innenraum oder dem Außen­ raum der Steuerfeder an einem Auflager abgestützt sind und sich radial bis in den Außenraum oder den Innenraum der Steuerfeder erstrecken, und deren Enden in Umfangs­ richtung und in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind.

Bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent verlaufen die Stützelemente etwa strahlenförmig von innen nach außen durch die etwa auf einem Kegelmantel liegenden schrauben­ linienförmigen Windungen der Steuerfeder hindurch, wobei sie zu einer rechtwinklig zur Achse der Steuerfeder verlaufenden Ebene geneigt sein können. Die Neigung kann durch eine Verdrehung der Stützelemente einstellbar sein, liegt dann jedoch fest. Wenn sich jedoch die Stei­ gung der Windungen über die Länge der Steuerfeder ändert, kann die konstante Neigung der Stützelemente, wenn die Stützelemente mit der Steuerfeder durch Verdrehung des Auflagers verschraubt werden, zu einer Verkantung der Stützelemente zwischen den Federwindungen und einer ungleichmäßigen Belastung einzelner Windungsabschnitte führen.

Das vorliegende Zusatzpatent befaßt sich mit einer Ver­ besserung der Erfindung des Hauptpatents dahingehend, daß Verkantungen der Stützelemente zwischen den Windungen der Steuerfeder und ungleichmäßige Belastungen einzel­ ner Windungsabschnitte der Steuerfeder vermieden werden.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stützelemente um eine radiale Achse frei schwenkbar gelagert sind.

Hierbei kann sich die Neigung der Stützelemente selbst­ tätig einer unterschiedlichen Steigung der Steuerfeder anpassen.

Vorzugsweise sind die Stützelemente zwei sich diametral in bezug auf die Achse der Steuerfeder gegenüberliegende kreissegmentförmige Platten, deren gerade Kanten (Seh­ nen) einander zugekehrt sind. Derart als Schwenkplatten ausgebildete Stützelemente bieten der Steuerfeder eine deutlich vergrößerte Stützfläche, die ein leichtes Ver­ schwenken der Stützelemente bei einer Drehung des Auf­ lagers um die Achse der Steuerfeder gestattet.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß die Schwenklager in der Umfangsmitte der Stützelemente auf der den Stütz­ flächen der Stützelemente abgekehrten Seite der Stützele­ mente liegen und in einer den Außenraum der Steuerfeder begrenzenden Seitenwand des Auflagers abgestützt sind und daß die Stützelemente in der Nähe ihrer beiderseits der Schwenkachse liegenden Enden durch hydraulisch kom­ munizierende Kolben abgestützt sind. Hierbei wird trotz der einseitigen schwenkbaren Lagerung, die einen großen Freiraum für die Aufnahme der unwirksamen Windungen der Steuerfeder bietet, eine Verkantung der Stützelemente durch die als Loslager wirkenden Kolben in dem mittleren als Festlager wirkenden Schwenklager vermieden.

Da sich ferner die Abstände der benachbarten Windungen der Steuerfeder ändern können, ist es günstig, wenn das Auflager axial in zwei jeweils eines der Schwenklager der Stützelemente aufweisende Hälften unterteilt ist, die in einem axial verschiebbaren Träger jeweils auf einem von zwei hydraulisch kommunizierenden Kolben axial verschiebbar gelagert sind. Auf diese Weise kann sich der axiale Abstand der radialen Drehachsen der Stützele­ mente dem ihrer Axiallage in bezug auf die Steuerfeder entsprechenden Windungsabstand anpassen.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung, soweit er gegenüber der Einrichtung nach dem Hauptpatent abgewandelt ist, in einer zur Schnitt­ ebene nach Fig. 1 des Hauptpatents radial ver­ setzten Axialschnittebene, die dem Schnitt E-F nach Fig. 5 entspricht,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Fig. 1 ohne die Steuerfeder,

Fig. 3 den Schnitt A-B nach Fig. 5,

Fig. 4 den Schnitt C-D nach Fig. 5,

Fig. 5 denSchnitt I-J nach Fig. 3,

Fig. 6 den Schnitt G-H nach Fig. 5,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Einrichtung im Schnitt A 1-B 1 nach Fig. 8,

Fig. 8 den Schnitt C 1 -D 1 nach Fig. 7,

Fig. 9 den Schnitt E 1-F 1 nach Fig. 7,

Fig. 10 den Schnitt K-L nach Fig. 8 und

Fig. 11 den Schnitt M-N nach Fig. 8.

Soweit die Bauteile der erfindungsgemäßen Einrichtungen denen des Hauptpatents entsprechen, werden die gleichen Bezugszahlen wie in der Hauptpatentschrift verwendet.

Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Einrichtung 14 dient wie bei dem Hauptpatent zur Änderung der Feder­ rate einer nur teilweise dargestellten Ventileinheit zur Steuerung des Bremsdrucks einer Kraftfahrzeugbremse in Abhängigkeit von der Kraftfahrzeugbeladung, wobei mit 5 ein Teil eines Druckraums der Ventileinheit und mit 9 ein Kolben der Ventileinheit bezeichnet ist, an dessen Ende ein Federteller 31 befestigt ist, an dem sich die zur Vereinfachung nur in Fig. 1 dargestellte Steuerfeder 10 drehfest abstützt. In den Außenumfang des Federtellers 31 ist ein Stift 32 eingesetzt, der in einem Langloch 33 der den Federteller 31 umgebenden Wand des Gehäuses 1 geführt ist, so daß eine Verdrehung des Federtellers 31 und damit des Kolbens 9 nicht mög­ lich ist.

Die Steuerfeder 10 ist wie bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent im wesentlichen kegelig gewunden und weist einen Drahtquerschnitt auf, der mit kleiner werden­ dem Windungsdurchmesser kontinuierlich kleiner wird. Das Ende der Steuerfeder 10 mit dem kleineren Windungs­ durchmesser und dem kleineren Drahtdurchmesser weist zwei Windungen mit im wesentlichen gleichem Windungs­ durchmesser auf.

Die in den Fig. 2 bis 6 in verschiedenen Schnittansich­ ten ausführlicher dargestellte Einrichtung 14 zur Ver­ änderung der Federrate der Steuerfeder 10 hat eine im Gehäuse 1 drehbar gelagerte Gewindespindel 15 (Fig. 3 und 4), die durch eine nicht näher dargestellte Dreh­ einheit in Abhängigkeit von der jeweiligen Beladung des Fahrzeugs drehbar ist, ein am Spindelende drehfest befestigtes Auflager 16 und in einer Stufenbohrung 34 des Auflagers 16 zwei schwenkbar gelagerte plattenförmi­ ge Stützelemente 17 und 18 in Form von Kreissegmenten, deren gerade Kanten (Sehnen) 35 und 36 einander zuge­ kehrt sind. Die Gewindesteigung der Gewindespindel 15 stimmt mit der Steigung der Windungen der Steuerfeder 10 überein, so daß sich zum Beispiel bei einmaliger Drehung der Gewindespindel 15 ein axialer Versatz des Auflagers 16 einstellt, der dem axialen Abstand von benachbarten Windungen, d. h. der Ganghöhe der Steuer­ feder 10 entspricht. Die Einrichtung 14 ist dem Steuer­ federende mit dem kleineren Windungsdurchmesser zuge­ ordnet.

Die Stützelemente 17 und 18 sind in Umfangsrichtung um 180° zueinander versetzt und greifen radial von außen in den Zwischenraum zwischen benachbarten Federwindungen und enden im Innenraum der Steuerfeder 10 in der Nähe eines axial in der Stufenbohrung 34 mittels einer Schrau­ be 86 befestigten zapfenförmigen Fortsatzes 23 des Auf­ lagers 16. Der Durchmesser des Fortsatzes 23 entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser der letzten beiden Federwindungen, so daß die Steuerfeder 10 mit diesen beiden Windungen mit Radialspiel auf dem Fortsatz 23 axial verschiebbar geführt ist.

Die kreissegmentförmigen Stützelemente 17 und 18 sind auf ihrer ihren Stützflächen 20, 21 abgekehrten Seite jeweils auf einem Schwenklager 37 und 38 in der Stufen­ bohrung 34 schwenkbar gelagert. Jedes Schwenklager 37, 38 besteht aus einem am betreffenden Stützelement 17 bzw. 18 befestigten Lagerbock 39 und einem Lagerzapfen 40, der radial in der Seitenwand des Auflagers 16 be­ festigt ist, wie es die Fig. 3, 5 und 6 zeigen, wobei in der Schnittansicht nach Fig. 6 das Stützelement 18 weggelassen ist. Die Schwenklager 37 und 38 liegen in der Umfangsmitte der Stützelemente 17 und 18 und wirken als einseitige Festlager.

Um ein Verkanten der Stützelemente 17 und 18 aufgrund der einseitig wirkenden Schwenklager 37 und 38 durch die Federbelastung zu vermeiden, sind die beiderseits der Schwenkachsen der Schwenklager 37 und 38 liegenden Enden der Stützelemente 17 und 18 durch in achsparallelen Bohrungen 41 und 42 des Auflagers 16 axial verschiebbar und gegen die Bohrungen 41 und 42 abgedichtet gelagerten Kolben 43 und 44 abgestützt. Jedes Bohrungspaar 41, 42 ist durch eine Querbohrung 45 im Auflager 16 verbun­ den, die mit einer Flüssigkeit, wie Bremsöl, gefüllt und nach außen hin durch einen eine Kugel 26 ( Fig. 3) aufweisenden Verschluß abgeschlossen ist.

Bei einer Verdrehung der Gewindespindel 15, um die Fe­ derrate der Steuerfeder 10 zu ändern, werden auch die Stützelemente 17 und 18 um die Drehachse der Gewinde­ spindel 15 mitgedreht und zusammen mit dem Auflager 16 axial verschoben, so daß in Abhängigkeit von der Drehrichtung mehr oder weniger Windungen der Steuerfeder 10 auf die den Stützflächen 20, 21 der Stützelemente 17, 18 abgekehrten Seiten der Stützelemente 17, 18 in die Stufenbohrung 34 gelangen und unwirksam werden. Bei sich gleichzeitig ändernder Steigung der Windungen der Steuerfeder 10 ändert sich selbsttätig auch die Neigung der Stützelemente 17 und 18 aufgrund ihrer schwenkbaren Lagerung mittels der Schwenklager 37 und 38, so daß sich die Neigung der Stützelemente 17 und 18 selbsttätig der jeweiligen Windungssteigung anpaßt, ohne daß die Stützelemente zwischen den Windungen verkan­ ten. Bei der Verschwenkung der Stützelemente 17 und 18 um die radialen Achsen der einseitig wirkenden Schwenklager 37 und 38 sind durch die Kraft der Steuer­ feder 10 Verkantungen der Stützelemente um eine zu den Achsen der Schwenklager senkrechte und in der Ebene der Stützelemente liegende Achse möglich. Diese Verkan­ tungen werden durch die Kolben 43 und 44 verhindert, die über die jeweilige Querbohrung 45 hydraulisch kommu­ nizieren, so daß, wenn der eine Kolben 43 in die ihn aufnehmende axiale Bohrung 41 hineingedrückt wird, der andere Kolben 44 durch die in der Querbohrung 45 enthal­ tene Flüssigkeit aus der ihn aufnehmenden axialen Bohrung 42 um den gleichen Weg herausgedrückt wird, ohne daß ein Druckunterschied in der neuen Endlage der Kolben gegenüber der Ausgangslage verbleibt. Die an den Stütz­ elementen 17 und 18 anliegenden Stirnflächen der Kolben 43 und 44 sind gewölbt bzw. abgerundet, so daß die über die Stützelemente auf die Kolben wirkenden Kräfte der Steuerfeder 10 weitgehend unabhängig von der Schwenkwin­ kellage der Stützelemente stets weitgehend das gleiche Drehmoment mit weitgehend dem gleichen wirksamen Hebelarm um die Schwenkachsen ausüben.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 bis 11 ist das Auflager 16 in zwei gleiche Hälften 16′ und 16′′ axial unterteilt und jede Hälfte in einer axialen Sack­ loch-Bohrung 46 eines mit der Gewindespindel 15 eintei­ lig ausgebildeten, im Gehäuse 1 axial verschiebbar ge­ lagerten zylindrischen Trägers 47 axial verschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck sind die Auflagerhälften 16′ und 16′′ auf ihrer Innenseite jeweils mit axialen Zapfen 48 und 49 versehen, die in axial durchgehenden Bohrungen 50 und 51 im Boden des Trägers 47 axial verschiebbar gelagert sind.

Jede Hälfte 16′ und 16′′ des Auflagers 16 ist ferner auf einer Stirnseite eines Kolbens 52 bzw. 53 gelagert, der seinerseits jeweils in einer axialen, nicht durchge­ henden Bohrung 54 bzw. 55 im Boden des Trägers 47 axial verschiebbar gelagert ist. Die beiden Bohrungen 54 und 55 sind durch eine radiale Bohrung 56 verbunden, die durch eine Kugel 57 nach außen hin verschlossen ist. Die Kolben 52 und 53 sind jeweils gegen die sie aufneh­ mende Bohrung 54 bzw. 55 abgedichtet und die Bohrungen 54 bis 56 mit einer Flüssigkeit, wie Bremsöl, gefüllt, so daß bei einer Einwärtsbewegung des einen Kolbens 52 der andere Kolben 53 nach außen bewegt wird, und umgekehrt, und die Auflagerhälften 16′ und 16′′ ent­ sprechend gegensinnig verschoben werden.

Durch diese axiale Verschiebbarkeit der Auflagerhälften 16′ und 16′′ wird die Lage der Drehachsen der Schwenk­ lager 37 und 38 und damit die Lage der Stützelemente 17 und 18 selbsttätig dem jeweiligen Abstand der benach­ barten Windungen bzw. der Teilung der Windungen der Steuerfeder 10 selbsttätig angepaßt.

Der zapfenförmige Fortsatz 23 ist bei dem Ausführungs­ beispiel nach den Fig. 7 bis 11 im Boden des Trägers 47 befestigt, wobei er zwischen entsprechend halbzylin­ drischen Aussparungen in der Trennfuge des Bodens der Bohrung 34 mit Spiel hindurchgeführt ist.

Ferner sind die Auflager-Hälften 16′ und 16′′ gegenseitig in Umfangsrichtung über Kugeln 58 und 59 aneinander abgestützt und zentriert, die in axialen Nuten 60 und 61 in den einander zugekehrten Flächen der Auflager-Hälf­ ten geführt sind, wie es in den Fig. 8, 10 und 11 darge­ stellt ist.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Veränderung der Federrate einer ein Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Ventilein­ heit, mit einer Steuerkraft beaufschlagenden, mit Windungen versehenen Steuerfeder mit einer in Achs­ richtung der Steuerfeder verstellbaren, zwischen Windungen eingreifenden Abstützung, die durch über Umfangsteilbereiche angeordnete Stützelemente gebil­ det ist, die in dem durch die Windungen in radialer Richtung definierten Innenraum oder dem Außenraum der Steuerfeder an einem Auflager abgestützt sind und sich radial bis in den Außenraum oder den Innen­ raum der Steuerfeder erstrecken, und deren Enden in Umfangsrichtung und in axialer Richtung gegenein­ ander versetzt sind, nach Patentanspruch 1 des Haupt­ patents 35 09 607, dadurh gekennzeichnet, daß die Stützelemente (17, 18) um eine radiale Achse frei schwenkbar gelagert sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (17, 18) zwei sich diametral in bezug auf die Achse der Steuerfeder (10) gegen­ überliegende kreissegmentförmige Platten sind, deren gerade Kanten (Sehnen) (35, 36) einander zugekehrt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenklager (37, 38) in der Umfangsmitte der Stützelemente (17, 18) auf der den Stützflächen (20, 21) der Stützelemente abgekehrten Seite der Stützelemente liegen und in einer den Außenraum der Steuerfeder (10) begrenzenden Seitenwand des Aufla­ gers (16) abgestützt sind und daß die Stützelemente (17, 18) in der Nähe ihrer beiderseits der Schwenk­ achse liegenden Enden durch hydraulisch kommunizieren­ de Kolben (43, 44) abgestützt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Auflager (16) axial in zwei jeweils eines der Schwenklager (37, 38) der Stützelemente (17, 18) aufweisende Hälften (16′, 16′′) unterteilt ist, die in einem axial verschiebbaren Träger (47) jeweils auf einem von zwei hydraulisch kommunizieren­ den Kolben (52, 53) axial verschiebbar gelagert sind.