DE69303023T2 - Tandem-hauptbremszylinder mit verringertem druckunterschied - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Tandem-Hauptzylinder mit:
• - einem Körper, der von einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung durchbrochen ist, die von einem Boden verschlossen ist;
• - einem Primärkolben und einem Sekundärkolben, die in dichter Weise in der Bohrung aus einer Ruhestellung, in welcher sich die Kolben am weitesten von dem Boden entfernt befinden, bis in wenigstens eine bestimmte Betätigungsstellung gleiten können, in welcher sich die Kolben näher an dem Boden befinden;
• - einer Primärdruck-Hydraulikkammer, die zwischen dem Primär- und dem Sekundärkolben abgegrenzt ist, wobei diese Kammer erste elastische Mittel umschließt, welche eine bestimmte Steifigkeit aufweisen und zwischen den Kolben eine erste elastische Kraft in einer Richtung ausüben, welche die Kolben voneinander zu entfernen sucht;
• - einer Sekundärdruck-Hydraulikkammer, die zwischen dem Sekundärkolben und dem Boden abgegrenzt ist, wobei diese Kammer zweite elastische Mittel umschließt, welche eine bestimmte Steifigkeit aufweisen und zwischen dem Sekundärkolben und dem Boden eine zweite elastische Kraft in einer Richtung ausüben, welche den Sekundärkolben von dem Boden zu entfernen sucht;
• - wobei sich die erste und die zweite Kraft bei einer Verstellung der Kolben aus der Ruhestellung bis zu der bestimmten Betätigungsstellung von entsprechenden niedrigen Werten bis zu entsprechenden hohen Werten entwickeln, wobei der niedrige Wert der zweiten Kraft größer als derjenige der ersten Kraft ist;
• wobei die ersten elastischen Mittel im wesentlichen enthalten:
• - eine erste vorgespannte Feder, die in der Ruhestellung der Kolben für sich allein wenigstens den größeren Teil des niedrigen Werts der ersten Kraft ausüben kann, und
• - eine Zusatzfeder, die für die bestimmte Betätigungsstellung der Kolben eine Kraft entwickeln kann, die sich zu derjenigen der vorgespannten Feder hinzuaddiert und die um ein Vielfaches größer als die Kraft ist, die für die Ruhestellung der Kolben von der Zusatzfeder entwickelt wird.
• Ein Hauptzylinder dieses Typs ist beispielsweise in dem Dokument DE-A-1 480 463 dargestellt.
• Ein üblicherweise bei den Tandem-Hauptzylindern auftretendes Problem besteht darin zu gewährleisten, daß der Druck in der Sekundärkammer bei einem soweit wie möglich verringerten Weg des Primärkolbens so nahe wie möglich an dem in der Primärkammer herrschenden Druck liegt.
• Die zur Lösung dieses Problems zu überwindende Schwierigkeit liegt darin, daß die Primärfeder a priori so steif wie möglich sein muß, damit die Betätigung des Primärkolbens schnell eine Betätigung des Sekundärkolbens unter Zusammendrücken der Sekundärfeder hervorruft, wobei die Sekundärfeder dennoch steif genug sein muß, daß sie dem Sekundärkolben beim Fehlen einer Betätigung des Rückkehrens in seine Ruhestellung ermöglicht.
• Dieses Problem wird, wie die Dokumente DE-A-1 480 463 und DE-A-2 313 375 zeigen, üblicherweise durch die Verwendung von wenigstens einer Feder gelöst, die in einem unter Druck verformbaren Käfig zusammengedrückt gehalten wird, dessen maximale Länge vorbestimmt und eingestellt ist.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mittel zu schaffen, die einen Verzicht auf die Verwendung solcher Käfige und auf die Montage- und Einstellschritte ermöglicht, welche diese erfordern.
• Dieses Ziel führt wiederum zu zwei neuen Schwierigkeiten, welche mit dem Fehlen des Einstellens verbunden sind, wobei die erste Schwierigkeit darin liegt, daß die Steifigkeit der Feder aufgrund des Fehlens einer Messung nur mit einer rela-tiv großen Ungenauigkeit bekannt ist, und die zweite Schwierigkeit liegt in den mechanischen Toleranzen der hergestellten Teile, welche wiederum zu einer gewissen Unsicherheit hinsichtlich der Länge der Feder, der maximalen Entfernung zwischen den Kolben, etc.... führt.
• Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist der Tandem- Hauptzylinder der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der hohe Wert der zweiten Kraft kleiner als derjenige der ersten Kraft ist, daß die erste vorgespannte Feder eine Steif igkeit aufweist, die wenigstens gleich derjenigen der zweiten elastischen Mittel ist, und daß der Hauptzylinder keinen Federkäfig aufweist.
• Die zweiten elastischen Mittel können somit in einfacher Weise eine zweite vorgespannte Feder enthalten, deren Steifigkeit geringer als diejenige der ersten vorgespannten Feder ist.
• Vorteilhafterweise sind die erste vorgespannte Feder und die Zusatzfeder ineinander angeordnet, wobei vorzugsweise die Zusatzfeder im Inneren der ersten vorgespannten Feder liegt.
• Es ist außerdem vorteilhaft, daß diese Federn entgegengesetzte Windungsrichtungen haben, so daß ein gegenseitiges Verhaken verhindert ist.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der nachfolgenden, beispielhaften und nicht einschränkenden Beschreibung, welche sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht. In dieser zeigen:
• - Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Tandem- Hauptzylinder;
• - Fig. 2 ein Diagramm, welches die von den verschiedenen Federn ausgeübten Kräfte (in Kilogramm) in Abhängigkeit von ihrer Verformung X in Millimetern angibt; und
• - Fig. 3 eine Variante von Fig. 2.
• Da der erfindungsgemäße Tandem-Hauptzylinder abgesehen von später ausführlich unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 sehr genau erläuterten Punkten kein besonderer ist, entspricht der Hauptzylinder von Fig. 1 im allgemeinen allen bekannten Tandem-Hauptzylindern, und seine Beschreibung wird daher nicht mit dem Fachmann gut bekannten und bezüglich der Erfindung unbeachtlichen Details belastet.
• Der Tandem-Hauptzylinder enthält im wesentlichen einen Körper 1, der von einer zylindrischen Längsbohrung 1a durchbrochen ist, die durch einen Boden 1b und durch Endorgane 2a, 2b, 2c verschlossen ist, welche die Dichtigkeit der Bohrung la auf der Seite ihrer Öffnung gewährleisten.
• In der Bohrung 1a kann ein Primärkolben 3, welcher eine Stange 3a sowie Dichtungen 3b, 3c enthält, von einer (in Fig. 1) dargestellten Ruhestellung bis zu einer beliebigen Betätigungsstellung A gleiten (wobei der Kolben bezüglich Fig. 1 nach links verstellt ist), welche durch die Intensität einer externen Kraft bestimmt ist, welche auf die die Endorgane 2a, 2b, 2c durchquerende Stange 3a aufgebracht ist.
• In der Bohrung 1a kann in dichter Weise auch ein Sekundärkolben 4, welcher eine Stange 4a und Dichtungsorgane 4b, 4c enthält, aus einer (in Fig. 1 dargestellten) Ruhestellung, in welcher dieser Kolben von einem Anschlag 5 festgelegt ist, bis zu einer beliebigen Betätigungsstellung A gleiten (mit bezüglich Fig. 1 nach links verstelltem Kolben), in welcher dieser Kolben näher am Boden 1b liegt.
• Das Zwischenvolumen 6 zwischen dem Primärkolben 3 und dem Sekundärkolben 4 bildet eine Primärdruck-Hydraulikkammer, und das Volumen 7 zwischen dem Sekundärkolben 4 und dem Boden 1b der Bohrung bildet eine Sekundärdruck-Hydraulikkammer.
• Die Dichtigkeit der Primärkammer 4 gegenüber der Sekundärkammer 2 ist durch eine Dichtung 8 gewährleistet, die an der Stange 4a des Sekundärkolbens befestigt ist.
• Zwischen dem Primärkolben und dem Sekundärkolben üben erste elastische Mittel 9, 10 zum einen auf eine fest mit der Stange 3a des Primärkolbens verbundene Scheibe 11 und zum anderen auf einen Absatz an der Stange 4a des Sekundärkolbens eine erste elastische Kraft in einer Richtung aus, welche diese Kolben voneinander zu entfernen sucht.
• In gleicher Weise üben zwischen diesem Boden und dem Sekundärkolben 4 zweite elastische Mittel 12, welche sich zum einen an einer fest mit der Stange 4a des Sekundärkolbens verbundenen Scheibe 13 und zum anderen an dem Boden ib der Bohrung abstützen, eine Kraft aus, welche diesen Kolben von dem Boden zu entfernen sucht.
• Die Arbeitsweise des Tandem-Hauptzylinders ist die folgende: In der Ruhestellung der Kolben 3 und 4 steht die Primärkammer 6 und die Sekundärkammer 7 mit entsprechenden (nicht dargestellten) Bremsflüssigkeits-Vorratsbehältern über die entsprechenden öffnungen 14 und 15 und nicht dargestellte Leitungen in Verbindung. Diese Kammern sind somit mit Bremsflüssigkeit gefüllt.
• Wenn auf die Stange 3a eine ausreichende Kraft nach links ausgeübt wird, verstellt sich der Primärkolben 3 in eine Stellung, in welcher die Primärkammer 6 nicht mehr mit der Öffnung 14 verbunden ist. Der Druck in dieser Kammer erhöht sich, und er wird über in der Figur nicht sichtbare Leitungen an zwei Radzylinder angelegt, welche entsprechende Bremsen des Fahrzeugs betätigen.
• Der Sekundärkolben 4, der zuerst über die ersten elastischen Mittel 9, 19 einen Teil der Betätigungskraft des Primärkolbens 3 und dann die sich aus dem Anstieg des Drucks in der Primärkammer 6 ergebende Wirkung empfängt, verstellt sich wiederum entgegen der von der Feder 12 ausgeübten Wirkung zum Boden lb. Somit erhöht sich der Druck in der Sekundärkammer 7, und er wird über in der Figur nicht sichtbare Leitungen an zwei weitere Radzylinder, angelegt, welche entsprechende Bremsen des Fahrzeugs betätigen.
• In diesem bekannten, allgemeinen Kontext bezieht sich die Erfindung darauf, Mittel zu schaffen, welche so einfach und so kostengünstig wie möglich sind und welche dazu führen, daß der Druck in der Sekundärkammer 5 bei einem soweit wie möglich verminderten Weg des Primärkolbens 3 dem Druck in der Primärkammer 6 so nahe wie möglich folgt.
• Es ist insbesondere wichtig, daß der Leerweg CM3 des Primärkolbens 3 gering bleibt und daß der Sekundärkolben 4 seinen Leerweg CM4 nach der Betätigung des Primärkolbens 3 so schnell wie möglich überwindet.
• Zu diesem Zweck sind die ersten elastischen Mittel 9, 10 im wesentlichen durch eine erste vorgespannte Feder 9 und eine Zusatzfeder 10 gebildet, und die zweiten elastischen Mittel 12 sind im wesentlichen durch die zweite vorgespannte Feder 12 gebildet, wobei diese Federn die in den Fig. 2 und 3 angegebenen Charakteristiken haben.
• Genau gesagt sind die erste Feder 9 und die zweite Feder 12 in der Ruhestellung der Kolben so vorgespannt, daß die Kraft F(9)o oder Sitzbeaufschlagung, welche von der ersten Feder 9 ausgeübt wird, wesentlich kleiner als die von der zweiten Feder 12 ausgeübten Sitzbeaufschlagung F(12)o ist, beispielsweise höchstens gleich drei Viertel von dieser.
• Dagegen ist die Steifigkeit der ersten vorgespannten Feder 9, also die Steigung der (allgemein geradlinigen) Kurve, welche die von dieser Feder ausgeübte Kraft F(9) in Abhängigkeit von ihrer Verformung X angibt, wesentlich größer als diejenige der zweiten vorgespannten Feder 12 ist, beispielsweise wenigstens gleich dem Zweifachen von dieser.
• Außerdem ist die Zusatzfeder 10 mit einer Sitzbeaufschlagung F(10)o = F(9 + 10)o - F(9)o angebracht, die so gering wie möglich und im Idealfall gleich Null ist, sie weist jedoch eine solche Länge auf, daß sie, sobald der Primärkolben 3 verstellt ist, eine Kraft F(10) = F(9 + 10) - F(9) ausübt, die sich zur Kraft F(9) der Feder 9 hinzuaddiert und die schnell vielfach größer als die Sitzbeaufschlagung F(10)o wird.
• Wie in Fig. 2 dargestellt ist, führen diese Charakteristiken, wenn für die in der Betätigungsstellung A ausgeübten Kräfte der Index "a" hinzugefügt wird, zu:
• F(9 + 10)a > F(12)a, sowie
• F(12)a > F(9)a.
• Die Fig. 2 und 3 ermöglichen, den Vorteil der Erfindung besser zu erfassen.
• In der Theorie scheint nämlich, daß die Federn 9 und 10 einer Feder äquivalent sind, welche eine Sitzbeaufschlagung F(9 + 10)o und eine der Steigung der Geraden F(9 + 10) entsprechende Steifigkeit hat, und daß sie somit durch eine einzige solche Feder ersetzt werden können.
• In der Praxis ist dies wegen der bereits angesprochenen Gründe nicht so.
• Zuerst ist aufgrund des Fehlens einer Messung die Unsicherheit hinsichtlich der Steif igkeit einer Feder um so größer, je höher der Wert dieser Steifigkeit ist.
• Außerdem ändert sich die Unsicherheit hinsichtlich der Sitzbeauf schlagung einer vorgespannten Feder in Abhängigkeit von der Unsicherheit hinsichtlich der Länge dieser Feder in der Ruhestellung und unter Belastung um so mehr, je höher die Steifigkeit dieser Feder ist.
• Die vorliegende Erfindung ist somit nicht darauf begrenzt, mehrere Federn mittlerer Steifigkeit zu vereinigen, um im Falle des Patentes GB 2 169 368 eine äquivalente Feder höherer Steif igkeit zu erhalten, sondern sie entkoppelt die Wirkungen von Sitzbeaufschlagung und Gesamtsteif igkeit durch die Verwendung von zwei Federn, um die Herstellung der Tandem-Hauptzylinder zu vereinfachen und die Streuung ihrer Eigenschaften zu begrenzen.
• In Fig. 2 ist der Fall dargestellt, in welchem die Zusatzfeder 10 aufgrund von Abmessungstoleranzen mit einer geringen Sitzbeaufschlagung eingesetzt ist, während die Fig. 3 den Fall darstellt, in welchem diese Feder 10 aufgrund derselben störenden Gründe mit einem gewissen Spiel angebracht ist.
• Wie die Betrachtung dieser Figuren zeigt, sind im Falle der Erfindung die Gesamtwirkungen dieser Herstellungsunsicherheiten minimiert, während sie im Fall der Verwendung einer einzigen Primärfeder erheblich wären.
• Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Zusatzfeder 10 vorzugsweise im Inneren der ersten vorgespannten Feder 9 konzentrisch mit dieser angebracht, und ihre Windungsrichtung ist entgegengesetzt zu derjenigen der ersten vorgespannten Feder 9.

Claims (5)

1. Hydraulischer Tandem-Hauptzylinder mit:

- einem Körper (1), der von einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung durchbrochen ist, die von einem Boden (1b) verschlossen ist;

- einem Primärkolben (3) und einem Sekundärkolben (4), die in dichter Weise in der Bohrung aus einer Ruhestellung, in welcher sich die Kolben am weitesten von dem Boden entfernt befinden, bis in wenigstens eine bestimmte Betätigungsstellung (A) gleiten können, in welcher sich die Kolben näher an dem Boden befinden;

- einer Primärdruck-Hydraulikkammer (6), die zwischen dem Primär- und dem Sekundärkolben abgegrenzt ist, wobei diese Kammer erste elastische Mittel (9, 10) umschließt, welche eine bestimmte Steifigkeit aufweisen und zwischen den Kolben eine erste elastische Kraft in einer Richtung ausüben, welche die Kolben voneinander zu entfernen sucht;

- einer Sekundärdruck-Hydraulikkammer (7), die zwischen dem Sekundärkolben und dem Boden abgegrenzt ist, wobei diese Kammer zweite elastische Mittel (12) umschließt, welche eine bestimmte Steifigkeit aufweisen und zwischen dem Sekundärkolben und dem Boden eine zweite elastische Kraft in einer Richtung ausüben, welche den Sekundärkolben von dem Boden zu entfernen sucht;

- wobei sich die erste und die zweite Kraft bei einer Verstellung der Kolben aus der Ruhestellung bis zu der bestimmten Betätigungsstellung von entsprechenden niedrigen Werten bis zu entsprechenden hohen Werten entwickeln, wobei der niedrige Wert (F(12)o) der zweiten Kraft größer als derjenige (F(9+10)o) der ersten Kraft ist;

wobei die ersten elastischen Mittel im wesentlichen enthalten:

- eine erste vorgespannte Feder (9), die in der Ruhestellung der Kolben für sich allein wenigstens den größeren Teil des niedrigen Werts der ersten Kraft ausüben kann, und

- eine Zusatzfeder (10), die für die bestimmte Betätigungsstellung der Kolben eine Kraft entwickeln kann, die sich zu derjenigen der vorgespannten Feder hinzuaddiert und die um ein Vielfaches größer als die Kraft ist, die für die Ruhestellung der Kolben von der Zusatzfeder entwickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der hohe Wert (F(12)a) der zweiten Kraft kleiner als derjenige (F(9+10)a) der ersten Kraft ist, daß die erste vorgespannte Feder eine Steifigkeit aufweist, die wenigstens gleich derjenigen der zweiten elastischen Mittel ist, und daß der Hauptzylinder keinen Federkäfig aufweist.

2. Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten elastischen Mittel im wesentlichen eine zweite vorgespannte Feder (12) enthalten, deren Steifigkeit geringer als diejenige der ersten vorgespannten Feder (9) ist.

3. Hauptzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorgespannte Feder (9) und die Zusatzfeder (10) ineinander angeordnet sind.

4. Hauptzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzfeder (10) im Inneren der ersten vorgespannten Feder (9) aufgenommen ist.

5. Hauptzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzfeder (10) und die erste vorgespannte Feder (9) entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen.