Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Bremsdruckregler für die hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges, mit einem fahrzeugparameterabhängigen strahlenförmigen Kennlinienfeld (Ausgangs- druck als Funktion des Eingangsdruckes) , wie er beispielsweise aus der DE-OS 27 08 941 und DE-OS 29 23 018 bekannt ist.

Derartige Bremsdruckregeier werden verwendet, um unabhängig von sich ändernden Fahrzeugparametern, z».B. unabhängig von der Belastung der Fahrzeughinterachse oder von der Fahrzeugverzögerung, ein möglichst gleichbleibendes Bremsverhalten des Kraftfahrzeuges zu erreichen.

Bekanntlich wird beim Abbremsen eines Kraftfahrzeuges die Vorderachse gegenüber der statischen Gewichtskraft stärker belastet und die Hinter¬ achse entsprechend entlastet. Wie man weiß ist eine optimale Abbremsung des Fahrzeuges dann erreicht, wenn Vorder- und Hinterachse bei den je- weiligen Straßenverhältnissen und der jeweiligen Geschwindigkeit die gleiche Kraftschlußausnutzung beanspruchen. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn Vorder- und Hinterachse beim Abbremsen gleichzei¬ tig in den Übergangsbereich zum Blockieren gelangen. Bei Kenntnis der Fahrzeugabmessungen, des Fahrzeuggewichtes und der Schwerpunktslage des Fahrzeuges läßt sich für jede Kraftschlußbean¬ spruchung die optimale Bremskraftverteilung zwischen Vorder- und Hinter-

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achse berechnen. In Fig. 1 ist diese ideale Bremskraft- bzw. Bremsdruck¬ verteilung, bezogen auf das Fahrzeuggewicht, für den Beladungszustand "Vollast" und "Leerlast + Fahrer" qualitativ als dünne Vollinie darge¬ stellt. Man erkennt, daß es sich dabei um stetige nichtlineare Kenn- linien handelt. Für jeden Beladungszustand des Kraftfahrzeuges gilt eine zwischen diesen beiden Grenzkennlinien liegende eigene Kurve.

Damit ein Überbremsen der Hinterachse, d. h. ein Blockieren der Hinter¬ räder bei noch nicht blockierten Vorderrädern in jedem Falle wegen des sich sonst ergebenden instabilen Fahrverhaltens vermieden wird, muß bei der Bemessung einer hydraulischen Bremsanlage die Bremskraftver¬ teilung auf Vorder- und Hinterachse so gewählt werden, daß die wirksame Bremskraft an der Hinterachse nie höher ist als die für den Fall der idealen Abbremsung in Figur 1 dargestellte Bremskraft.

Eine Überbremsung de ^" Hinterachse wäre somit in einfacher Weise dadurch zu vermeiden, daß eine feste Bremskraftverteilung vorgesehen wird, die sich z. B. daran orientieren könnte, daß die reale Bremskraftverteilung bei der Abbremsung a = 0,8 ein Funkt der in Figur 1 dargestellten idealen Bre skraftverteilung für den Beladungsfall "Leerlas + Fahrer" ist. ^• Bei einer solchen festen Bremskraftverteilung ergäbe sich dann die in Figur 1 als dicke Vollinie dargestellte Gerade.

Es ist leicht erkennbar, daß bei einer derartigen festen Bremskraftver¬ teilung nur für diesen speziellen Lastfall und für die vorausgesetzte Abbremsung a = 0,8 ideale Verhältnisse vorlägen, daß dagegen bei einer größeren Beladung des Fahrzeuges oder bei einer geringeren Kraftschluß- beanspruchung sich weit von einer idealen Abbremsung entfernt liegende Verhältnisse ergäben.

Um die reale Bremskraftverteilung eines Kraftfahrzeuges der Idealen Bremskraftverteilung wenigstens anzunähern, ist es z. B. aus der DE-AS 1655 003, Figur 3, bekannt und in vielen Kraftfahrzeugen bereits reali- siert, Bremsdruckregler (Bremsdruckminderer) mit einer geknickten Kenn¬ linie vorzusehen, wobei der Knickpunkt sich lastabhängig verändert. In Figur 1 ist die Kennlinie eines derartigen bekannten Bremsdruckreglers gestrichelt angedeutet. Auch bei Einsatz eines solchen bekannten last¬ abhängigen Bremsdruckreglers ist die reale Bremskraftverteilung von

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der idealen Bremskraftverteilung noch deutlich entfernt.

Eine im Vergleich dazu bessere Anpassung an die ideale Bremskraftver¬ teilung ermöglichen hydraulische Bremsdruckregier, deren Kennlinien¬ feld aus einer Schar von geknickten Geraden besteht, deren Steigung und Knickpunkt lastabhängig veränderbar sind. Solche Bremsdruckregler sind z. B. aus der DE-OS 27 08 941 und der DE-OS 29 23018 bekannt. In Figur 1 sind die beiden Grenzlinien solcher bekannter Bremsdruck¬ regler, die man auch als Strahlenregler mit lastabhängigem Knickpunkt bezeichnen könnte, strichpunktiert angedeutet. Aber auch diese bekannten hydraulischen Bremsdruckregler mit ihrer degressiven.Kennlinie lassen bezüglich ihrer Anpassbarkeit an die ideale Bremskraf verteilung noch erhebliche Wünsche offen. Darüber hinaus sind sie vergleichsweise kom¬ pliziert aufgebaut. Der eine bekannte Bremsdruckregier dieser Art (DE-OS 29 23 018) arbeitet z. B. wie bekannte Strahlenregler (DE-OS 1780560) nach dem Waagebalkenprinzip, bei dem die wirksamen Hebellängen eines mit zwei Kolbengliedern zusammenwirkenden Waagebalkens in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeladung selbsttätig verändert werden. Dieser Bremsdruck¬ regler ist nicht nur mechanisch kompliziert, sondern besitzt auch ver¬ gleichsweise große Abmessungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Bremsdruck¬ regler für die hydraulische Bremsanlage eines Kraft ahrzeuges, mit einem fahrzeugparameterabhängigen strahlenförmigen Kennlinienfeld (Aus¬ gangsdruck als Funktion des Eingangsdruckes) weiter zu. verbessern und ihn insbesondere so auszubilden, daß einerseits sein Kennlinienfeld der idealen Bremskraftverteilung möglichst nah angepaßt werden kann und andererseits der konstruktive, fertigungstechnische und räumliche Aufwand vergleichsweise gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele werden die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen davon näher er¬ läutert.

In der Zeichnung zeigen in schematisierter Darstellung

Fig. 1 ein Kennlinienfeld der Bremskraftverteilung eines

Kraf fahrzeuges, Fig. 2 im Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bremsdruckregiers gemäß der Erfindung zum Einbau in den Bremskreis der Vorderachse,

Fig. 3 . im Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines solchen Bremsdruckreglers, Fig. ein mit den Bremsdruckreglern der Figuren 2 und 3 erzielbares Kennlinienfeld mit dem auf das Fahr- zeuggewicht bezogenen Reglerausgangsdruck als

Funktion des Reglereingangsdruckes, Fig. 5 im Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bremsdruckreglers zum Einbau in den Bremskrei der Hinterachse, Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel eines solchen

Bremsdruckreglers, Fig. 8 ein mit den Bremsdruckreglern der Figuren 5 - 7 erzielbares Kennlinienfeld mit dem auf das Fahrzeug gewicht bezogenen Reglerausgangsdruck als Funktion des Reglereingangsdruckes, Fig. 9 ein Beispiel für eine- hydraulische Bremsanlage mit in einem Bremskreis der Vorderachse angeordnete

Bremsdruckregler gemäß den Figuren 2 und 3 und Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Brems¬ anlage mit einem im Bremskreis der' Hinterachse angeordneten hydraulischen Bremsdruckregier gemäß den Figuren 5 - 7.

Der erfindungsgemäße hydraulische Bremsdruckregier besteht aus einem Reglergehäuse 1 mit einer ersten Druckkammer 2 und einer zweiten Druck¬ kammer 4, welche voneinander durch einen axial verschiebbaren ersten Kolben 6 getrennt sind. Die erste Druckkammer 2 weist einen Druckein¬ gang 3 auf, über welchen ein hydraulisches Medium mit einem Eingangs¬ druck p ₁ - z. B. von einem Hauptbremszylinder des Kraftfahrzeuges - in die erste Druckkammer eingeleitet wird. In der zweiten Druckkammer 4 ist ein Druckausgang 5 angeordnet, über den das hydraulische Medium mit einem gegenüber dem Eingangsdruck p ₁ geminderten Ausgangsdruck

einem Verbraucher, z. B. bestimmten Radbremszylindern der Bremsanlage zugeführt werden kann.

Im Abstand zum ersten Kolben 6 ist ein zweiter Kolben 8 vorgesehen, welcher unabhängig vom ersten Kolben axial verschiebbar ist und die zweite Druckkammer 4 axial begrenzt. Über ein s angenförmiges Kraft¬ übertragungsglied 9 ist mit diesem zweiten Kolben 8 das mit einer Ventilbohrung 72 zusammenwirkende Ventilglied 71 eines am ersten Kolben 6 angeordneten Regelventils 7 gekoppelt. Durch das Öffnen und Schließen dieses Regelventiles wird für das hydraulische Druckmedium jeweils eine druck- und strömungsmäßige Verbindung vom Druckeingang 3 zum Druckausgang 5 hergestellt bzw. wieder unterbrochen. Das öffnen und Schließen des Regelventiles 7 hängt dabei vom axialen Abstand zwischen den beiden Kolben 6 und 8 ab.

Die beiden Kolben 6 und 8 werden jeweils von einer nichthydraulischen Gegenkraft beaufschlagt, die voneinander unabhängig sind. Diese Gegen¬ kräfte sind so gerichtet, daß sie der von Eingangsdruck p auf den ersten Kolben 6 ausgeübten.Kraft bzw. der vom Ausgangsdruck p _? auf den zweiten Kolben 8 ausgeübten Kraft entgegenwirken, wobei die eine Gegenkraft von einer nichthydraulischen ersten Kraftvorrichtung in Form einer mechanischen Federvorrichtung 10 mit linearer Charakteristik und die zweite Gegenkraft von einer davon unabhängigen nichthydrau¬ lischen zweiten Kraftvorrichtung in Form einer pneumatischen Federvor- richtung 11 mit progressiver Charakteristik erzeugt wird. Während die progressive Charakteristik der zweiten Kraftvorrichtung, das heißt der pneumatischen Federvorrichtung 11, in Abhängigkeit von Parametern des Kraftfahrzeuges, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrzeugbe¬ ladung veränderbar ist, ist. die lineare Charakteristik der ersten Federvorrichtung, der mechanischen Federvorrichtung 10 unveränderbar.

Ein derartig ausgebildeter hydraulischer Bremsdruckregier besitzt ein fahrzeugparameterabhängiges strahlenförmiges Kennlinienfeld (Ausgangs¬ druck des Reglers als Funktion des Eingangsdruckes) , dessen einzelnen Kennlinienstrahlen nichtlinear und völlig stetig verlaufen, so daß es möglich wird, die reale Bremskraftverteilung eines mit einem derart-

_* gen hydraulischen Bremsdruckregier ausgerüsteten Fahrzeuges der idealen Bremskraftverteilung sehr genau anzupassen.

Je nachdem, welche der beiden verschiedenen nichthydraulischen Kraft¬ vorrichtungen mit welchem der beiden Kolben 6 bzw. 8 zusammenwirkt, besitzten die nichtlinearen Kennlinienstrahlen des Kennlinienfeldes (Ausgangsdruck als Funktion des Eingangsdruckes) dabei entweder einen degressiven oder einen progressiven Verlauf. Brems-druckregler mit degressivem Kennlinienverlauf können dann zur Erzielung der gewünschten nahezu idealen Bremskraftverteilung in üblicher Weise zwischen den Hauptbremszylinder und die Radbremszylinder der Hinterachse des Kraft¬ fahrzeuges geschaltet werden, wie dies in Fig. 10 schematisch angedeute ist.

Hydraulische Bremsdruckregler mit progressivem Kennlinienfeld müssen zur Erzielung der nahezu idealen Bremskraftverteilung dagegen zwischen den Hauptbremszylinder und die Radbremszylinder der Vorderachse des Fahrzeuges geschaltet werden, wie dies in Fig. 9 schematisch angedeutet ist. Während die Anordnung gemäß Fig. 10 vorzugsweise bei üblichen Personenkraftfahrzeugen Verwendung finden kann, wird die Anordnung gemäß Fig. 9 vorzugsweise bei Lastkraftfahrzeugen eingesetzt werden, bei denen die Differenz zwischen Vollast und Leerlast besonders groß ist.

In den Figuren 2 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele für Bremsdruck¬ regler dargestellt, mit denen ein Kennlinienfeld mit progressiv ver¬ laufenden Kennlinienstrahlen erzeugt werden kann. In Fig. 4 ist ein solches progressives' ennlinien eld dargestellt, wobei Ausgangsdruck p sowie Eingangsdruck p ₁ jeweils auf das Gewicht G des Fahrzeuges bezogen ist und lediglich die beiden Grenzstrahlen "Vollast" sowie "Leerlast + Fahrer" eingezeichnet sind.

Bei diesen beiden Bremsdruckreglern gemäß den Figuren 2 und 3 wirkt die erste Kraftvorrichtung mit linearer Charakteristik, das heißt die mechanische Federvorrichtung 10 mit dem ersten Kolben 6 zusammen, wobei sie in den Ausführungsbeispielen als Druckfeder ausgebildet ist und sich mit ihrem einen Ende an einem nicht näher bezifferten Sprengring und mit ihrem anderen Ende am Boden des Kolbens 6 abstützt.

Die nichthydraulische zweite Kraftvorrichtung mit progressiver _^ Charak¬ teristik, nämlich die pneumatische Federvorrichtung 11 wirkt mit dem zweiten Kolben 8 zusammen. Sie besitzt einen mit einem kompressiblen

gasförmigen Medium gefüllten und fahrzeugparameterabhängig, z. B. beladungsabhängig variablen Kompressionsraum. In diesen Ausführungs- beispielen ist der Kompressionsraum der pneumatischen Federvorrichtung 11 als im Reglergehäuse 1 integrierter Zylinderraum ausgebildet, mit einem axial verschiebbaren ersten Zylinderboden 12, dessen axiale

Stellung fahrzeugparameterabhäπgig, z. B. beladungsabhängig verstellbar ist, und mit einem axial verschiebbaren zweiten Zylinderboden, der kraftschlüssig mit einem der beiden Kolben verbunden ist. In den Aus¬ führungsbeispielen gemäß den Figuren.2 und 3 wird dieser axial ver- schiebbare zweite Zylinderboden des Kompressionsraumes durch den zweite Kolben 8 selbst gebildet.

Durch bewußtes Verändern der Größe des Kompressionsraumes der neuma¬ tischen Federvorrichtung 11 kann die wirksame Federkennlinie dieser Federvorrichtung gezielt verändert werden. In Fig. 2 ist diese Möglich- keit schematisch durch ein Gestänge 18 angedeutet, mit dessen Hilfe der erste Zylinderboden 12 nach Bedarf axial weiter nach links oder nach rechts verschoben werden kann, wobei die Art der Verstellkraft für die Erfindung grundsätzlich ohne Bedeutung ist. Sie könnte zum Beispiel mechanisch oder elektrisch erfolgen, insbesondere mit einem rückwirkungsfreien Antrieb über eine Spindel.

Der erste Zylinderboden 12 des Kompressionsraumes kann statt mechanisch oder elektro echanisch auch pneumatisch oder hydraulisch axial ver¬ schoben werden, wie dies beispielsweise in den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 3 sowie 5 und 6 dargestellt ist. Bei diesen Aus- führungen besitzt der Bremsdruckregier einen weiteren Druckei gang, nämlich einen Verstelleingang 19, über welchen zur Vergörßerung oder Verkleinerung des Kompressionsraumes 11, d. h. zur axialen Verschiebung des ersten Zylinderbodens 12 ein direkt oder indirekt auf diesen Zy¬ linderboden einwirkende Druckmedium eingeleitet werden kann.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wirkt das über den Verstelleingang 19 zugeführte Druckmedium über die Kolbenstange 28 direkt auf den ersten Zylinderboden 12 ein, und zwar gegen die Kraft einer an diesem Zylinderboden angreifenden Zugfedervorrichtung 29.

_*

Um dem Bre sdruckregler ein gewünschtes fahrzeugbeladungsabhängiges strahlenförmiges Kennlinienfeld zu geben, muß die Größe des Kompressions

OM

raumes 11 _r d. h. in den Ausführungsbeispielen der Abstand 1 zwischen den diesen Kompressionsraum stirnseitig begrenzenden Zylinderböden in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeladung verändert werden und zwar derart, daß bei Leerlast + Fahrer ein bestimmter Kleinstwert und bei Vollast ein bestimmter Größtwert vorliegt.

Bei der im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 dargestellten Ausführung wird zur Verstellung der -axialen Stellung des ersten Zylinderbodens 12 ein Druckmedium verwendet, dessen Druck umgekehrt propotional der Gewichtskraft des Fahrzeuges, d. h. also der Fahrzeugbeladung ist, so daß die auf die Stirnfläche F_ des Kolbens 28 wirkende Verstellkraft bei Vollast kleiner als bei Leerlast + Fahrer ist.

Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten hydraulischen Bremsdruck¬ regler stimmen im wesentlichen überein. Lediglich um verschiedene denkbare Ausgestaltungsmöglichkeiten anzudeuten, ist im Äusführungsbei- spiel gemäß Fig.3 abweichend von Fig.2 der erste Kolben 6 als Stufen¬ kolben ausgebildet und wird der erste Zylinderboden 12 in seiner axiale Stellung nicht mechanisch, sondern hydraulisch verstellt.

Bei nichtbetätlgter Bremse, d. h. wenn das Bremssystem drucklos ist, befinden sich die Kolben 6 und 8 sowie der erste Zylinderboden 12 in ihrer dargestellten Ausgangslage. Die als Druckfeder ausgebildete mechanische Federvorrichtung 10 mit linearer Charakteristik ist ent¬ spannt. Der zweite Kolben 8 ist.axial so positioniert, daß ein im Kompressionsraum 11 beginnender Ausgleichskanal 20 geöffnet ist. Im Ausführungsbeispiel wird als kompressibles gasförmiges Medium Luft verwendet; es ist.daher in einfacher Weise möglich, den Ausgleichskanal 20 nach außen zu führen, so daß der zu diesem Zeitpunkt im Kompressions raum 11 herrschende Anfangsdruck p_ dem Atmosphärendruck entspricht.

Wenn aus irgendwelchen Gründen ein anderes kompressibles gasförmiges Medium Verwendungfinden soll, muß der Ausgleichskanal in sinngemäßer Weise zu einen entsprechenden Gasspeicher mit einem definierten An¬ fangsdruck führen.

»

Die axiale Stellung des ersten Zylinderbodens 12 ist entsprechend der Fahrzeugbeladung, z. B. also entsprechend dem Niveau der Hinter- f O

positioniert, und zwar wie oben bereits ausgeführt derart, daß der zwischen dem zweiten Kolben 8 und dem ersten Zylinderboden 12 gebildete Kompressionsraum 11 bei hoher Beladung groß und bei niedriger Beladung entsprechend klein ist.

Bei dieser Konstellation liegt das Ventilglied 71 des im ersten Kolben 6 angeordneten Regelventiles spielfrei an seinem Ventilsitz an, so daß die Ventilbohrung 72 verschlossen ist.

Bei. Betätigung des Bremspedals wird im Hauptbremszylinder des Fahr¬ zeuges ein Druck aufgebaut, der als Eingangsdruck p ₁ am Druckeingang des Bremsdruckreglers wirksam wird und die der ersten Druckkammer 2 zugewandte Kolbenfläche F des ersten Kolbens 6 beaufschlagt, wodurch dieser in X-Richtung, d. h.. in der Zeichnung nach rechts ausgelenkt wird. Durch diese .leichte Auslenkung des ersten Kolbens δwird das über das stangenförmige Kraftübertragungsglied 9 mit dem zweiten Kolben 8 gekoppelte Ventilglied 71 des Regelventiles von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß das hydraulische Druckmedium durch die Ventilbohrung 72 hindurch in die zweite Druckkammer 4 strömen kann, in der sich ein Druck p _? aufgebaut.

Dieser Ausgangsdruck p _? wirkt gleichzeitig auf den ersten Kolben 6 sowie auf den zweiten Kolben 8, wodurch einerseits der erste Kolben 6 etwas in X-Richtung zurückbewegt und andererseits der zweite Kolben 8 in X-Richtung ausgelenkt wird. Dabei legt sich das Ventilglied 71 des Regelventils wieder auf seinen Ventilsitz an und andererseits wird die im Kompressionsraum 11 mündende Öffnung des Ausgleichskanals 20 durch den zweiten Kolben verschlossen, wodurch der ^' Kompressionsraum .als pneumatische Federvorrichtung mit progressiver Charakteristik wirksam werden kann.

Die Auslenkung der beiden. sich grundsätzlich unabhängig voneinander bewegten Kolben 6 und 8 findet so lange statt, bis sich beide im Kräfte- gleichgewicht befinden, bei dem das Regelventil 7 geschlossen ist und beide Kolben gleichweite Wege zurückgelegt haben. Dieser Gleich¬ gewichtszustand wird durch die an den beiden Kolben 6 und 8 wirksamen Druck- und Federkräfte bestimmt.

Im stationären Gleichgewichtszustand des Bremsdruckreglers gilt:

1) . - P. X = 0 und

^F 2 -

2) F. =

- ^P i

In diesen Gleichungen bedeuten:

Eingangsdruck des Bremsdruckreglers Ausgangsdruck des Bremsdruckreglers ^p i Druck im Kompressionsraum 11 bei Kompression seines kom¬ pressiblen gasförmigen Mediums der ersten Druckkammer 2 zugewandte wirksame Kolbenfläche des ersten Kolbens 6 der zweiten Druckkammer 4 zugewandte wirksame Kolben läche des ersten Kolbens 6 der zweiten Druckkammer zugewandte wirksame Kolbenfläche des zweiten Kolbens 8 dem Kompressionsraum 11 zugewandte wirksame Kolbenfläche des zweiten Kolbens 8 (zweiter Zylinderboden) k Federkonstante der mechanischen Federvorrichtung 10 und X Verschiebung des ersten Kolbens 6.

Sobald die Öffnung des im Kompressionsraum 11 mündenden Ausgleichs- kanals 20 durch den.zweiten Kolben 8 verschlossen ist, wird das in diesem Raum befindliche gas örmige Medium bei einer weiteren Aus¬ lenkung des zweiten Kolbens 8 in X-Richtung komprimiert-. Nimmt man für diese Kompression eine polytrope. Zustandsänderung an, dann er¬ folgt die Kompression nach der Gleichung

n

3) = (- V. woraus sich ergibt i n

Pi = Pr

¹ o ^{" x}

In dieser Gleichung bedeuten u. a.

p _n Anfangsdruck, insbesondere Atmosphärendruck, im Kompressionsraum

11 vor der Kompression V_ Anfangs olumen des Kompressionsraumes V. Volumen des Kompressionsraumes 11 nach Kompression 1_ axiale Anfangslänge des Kompressionsraumes (Abstand des zweiten Kolbens 8 vom ersten Zylinderboden 12) n Polytropen-Exponent.

Aus den Gleichungen 1. und 2. ergibt sich unter Verwendung des Aus¬ druckes für p. für den Bremsdruckregler letztlich folgende Gleichung: p . F 1/n 4) _?1 . P ₁ - k . 1 _Q (1 -i 2 ) - p ₂ . F ₂ = 0.

^P 2 ^{• F} 3

Mit l _n als variablem Parameter ergibt sich aus dieser Gleichung für den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Bremsdruckregler ein Kenn¬ linienfeld wie es tendenziell in Fig. 4 dargestellt ist. Durch ent¬ sprechende, unter Umständen auch unterschiedliche Bemessung der verschiedenen Kolbenflächen F bis F^ (z. B. Stufenkolben und Stufen¬ zylinder), der Federkonstanten k der mechanischen Federvorrichtung 10, und eventuell durch Verwendung eines Systemvordruckes p _> Pfttmosυhä

- eventuell in Verbindung mit einer Federvorspannung - lassen sich alle möglichen gekrümmten Kennlinien mit der gezeichneten Krümmungs- tendenz sowie alle möglichen quasilinearen Kennlinien mit l _n als

Variationparameter erzielen. Selbstverständlich wird die Reglercharak- teristik auch durch den Polytropen Exponenten n, d. h. durch die Art des verwendeten kompressiblen gasförmigen Mediums beeinflußt. Wegen der progressiven Charakteristik der durch den Kompressionsraum 11 gebildeten pneumatischen Federvorrichtung wächst der Weg des zweiten Kolbens 2 nicht linear mit dem Ausgangsdruck p _? . Das hat wiederum zur Folge, daß der Ausgangsdruck p_ eine nichtlineare Funktion des Eingangsdruckes p ist. Je nach der Größe des Anfangsvolumens V bzw. der axialen Anfangslänge l _n des Kompressionsraumes 11 wird wegen der festen Wegebindung zwischen dem ersten Kolben 6 und den zweiten Kolben 8 das Verhältnis zwischen der linear wachsenden Federkraft k . X der mechanischen Federvorrichtung 10, die den ersten Kolben 6 beaufschlagt, und der progressiv wachsenden Druckkraft p. . F der pneumatischen Federvorrichtung 11 verändert, so daß l _n die maßgebliche Größe für

- -

die jeweilige Anfangssteigung des Ausgangsdruckes p _p im Kennlinienfeld gemäß Fig. 4 ist. Wenn die Anfangslänge 1_ bzw. das Anfangsvolu en V _n des Kompressionsraumes 11 - wie eingangs bereits erläutert - in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeladung variiert wird, ergibt sich ein strahlenförmiges Kennlinienfeld mit stetigen und nichtlinearen Kenn- linienstrahlen sowie der Fahrzeugbeladung als variablen Parameter. Da der Verlauf, d. h. die Krümmung der Kennlinienstrahlen durch die Bemessung der verschiedenen Reglerkolben und Federvorrichtungen bestimmt werden kann, kann das Kennlinienfeld des Bremsdruckreglers der gewün- sehten idealen Bremskraftverteilung sehr genau angenähert werden.

Die axiale Verschiebung des ersten Zylinderbodens 12 zur Veränderung des Wertes V _Q bzw. 1 _Q wird zweckmäßigerweise bei nicht betätigter Bremse durchgeführt, wenn also der Ausgangsdruck p = 0 Ist und ins¬ besondere der zweite Kolben 8 seine in den Figuren gezeigte Anfangs- läge ( X = 0 ) einnimmt, in dem die im Kompressionsraum 11 mündende Öffnung des Ausgleichskanals 20 noch geöffnet ist. Durch die dann vorliegende druckmäßige Verbindung zwischen dem Kompressionsraum 11 und der Kammer 30 wird eine rückwirkungsfreie Verstellung des ersten Zylinderbodens 12 ermöglicht. Es ist natürlich auch möglich, den ersten Zylinderboden 12 während eines BremsVorganges ( XJVO ^' ) zu verstellen. Das ist jedoch mit einem höheren Kraftauf and verbunden, so daß es dann ratsam ist, die Wegeübertragung auf den ersten Zylinderboden 12 selbsthemmend auszuführen.

Die Gleichungen 1 bis 4 wurden in erster Linie aufgestellt, um deutlich zu machen, daß sich infolge der Verwendung der pneumatischen Federvor¬ richtung 11 mit progressiver Charakteristik zwischen dem Eingangsdruck p und dem Ausgangsdruck p eine stetige, jedoch nichtlineare Abhängig¬ keit ergibt. Die Gleichungen selbst gelten jedoch nur in erster An¬ näherung, da z. B. die wirksamen Flächen des Regelventils nicht weiter berücksichtigt worden sind. Wie genauere Rechnungen zeigen, ist es zur Funktionsfähigkeit des Bremsdruckreglers jedoch erforderlich, daß die wirksame Fläche F des zweiten Kolbens 8 (bzw. bei abgewandel- ten Ausführungen eine entsprechende Fläche) größer sein muß als die wirksame Ventilfläche des Regelventils 7, damit dieses - nachdem es geöffnet hatte - wieder schließen kann.

In den Figuren 5 bis 7 sind demgegenüber drei Ausführungsbeispiele für Bremsdruckregier dargestellt, mit denen ein Kennlinienfeld mit degressiv verlaufenden Kennlinienstrahlen erzeugt werden kann, wobei eine bevorzugte Ausführung in Figur 7 gezeigt ist.

Ein mit diesen Bremsdruckreglern erzeugbares degressives Kennlinien¬ feld ist in Figur 8 dargestellt, wobei die voll ausgezogene Linie die bei "Vollast" geltende Kennlinie, die gestrichelte Linie die bei "Leerlast + Fahrer" geltende Kennlinie und die dazwischen befind¬ lichen strichpunktierten Linien Kennlinien darstellen, welche für zwischen Vollast und Leerlast liegende Belastungen des Fahrzeuges gelten.

Bei diesen drei Ausführungsbeispielen greift - abweichend von den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 und 3 - die nichthydrau¬ lische erste.Kraftvorrichtung mit linearer Charakteristik, d. h. die mechanische Federvorrichtung 10, nicht am ersten Kolben 6, sondern am zweiten Kolben 8 an und in entsprechender Weise beaufschlagt die nichthydraulische zweite Kraftvorrichtung mit progressiver Charakteristi d. h. die pneumatische Federvorrichtung 11, statt den zweiten Kolben den ersten Kolben 6.

Ansonsten stimmen diese Bremsdruckregler jedoch in ihrem Aufbau und bezüglich ihrer Funktionsweise im wesentlichen mit denen der Figuren 2 und 3 überein.

Gleiche Elemente sind daher mit .den gleichen Bezugsziffern versehen. Ein grundsätzlicher Unterschied zu den Ausführungen gemäß den Figuren 2 und 3 besteht jedoch darin, daß die nichthydraulische erste Kraft¬ vorrichtung-mit linearer Charakteristik, d. h. die mechanische Feder¬ vorrichtung 10 den.zweiten Kolben 8 und die nichthydraulische zweite Kraftvorrichtung mit progressiver Charakteristik, nämlich die pneuma¬ tische Federvorrichtung mit dem Kompressionsraum 11 den ersten Kolben 6 beaufschlagt. Auch hierbei ist der Kompressionsraum 11 der pneuma¬ tischen Federvorrichtung als Zylinderraum mit einem axial verschieb¬ baren ersten Zylinderboden 12 ausgebildet, dessen axiale Stellung fahrzeugparameterabhängig, insbesondere in Abhängigkeit von der Be¬ ladung des Fahrzeuges, verstellbar ist. Im Gegensatz zu den Ausführungen

gemäß den Figuren 2 und 3 wird der Zylinderraum auf der dem ersten Zylinderboden 12 axial gegenüberliegenden Seite nicht durch den zweiten Kolben 8 selbst, sondern durch einen axial verschiebbaren zweiten Zylinderboden 13 begrenzt, welcher kraftschlüssig mit dem ersten Kolben 6 verbunden ist. Zu diesem Zweck besitzt er einen vom Kompressionsraum 11 wegweisenden zylindrischen Fortsatz 14, der mit seinem freien Ende am ersten Kolben 6 anliegt und einen Führungszylinder 15 bildet, in dem der zweite Kolben 6 axial verschiebbar gelagert ist. In der zylin¬ drischen Wandung des Fortsatzes 14 sind Durchbrüche 16 vorgesehen, über die eine ständige Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 4 und dem Druckausgang 5 gewährleistet ist.

Bei Betätigung des Bremspedals beaufschlagt der vom Hauptbremszylinder des Kraftfahrzeuges erzeugteund in der ersten Druckkammer 2 des Brems¬ druckreglers wirksame Eingangsdruck den ersten Kolben 6, wodurch dieser in X-Richtung ausgelenkt wird. Hierdurch hebt das Ventilglied

71 des Regelventils 7 von.seinem Ventilsitz ab, so daß die Ventilbohrung

72 frei wird und das hydraulische Druckmedium in die zweite Druckkammer 4 strömt, wodurch sich dort ein Ausgangsdruck p_ aufbaut. Durch die Auslenkung des ersten Kolbens 6 in X-Richtung wird gleichzeitig auch der über seinen zylindrischen Fortsatz 14 an diesem anliegende zweite Zylinderboden 13 um die gleiche Wegstrecke in X-Richtung verschoben, wodurch die im Kompressionsraum 11 mündende Öffnung des Ausgleichska¬ nals 20 verschlossen wird. Entsprechend der Verlagerung des zweiten Zylinderbodens 13 wird das Volumen des Kompressionsraumes 11 um den Faktor ( 1_ - X ) verringert, wodurch sich der Druck in der Kompressions ka mer entsprechend der Polytropen-Gleichung von seinem Anfangsdruck p ₀ auf

V, n ^p i ^{= p} o - —VT ^"

^■ " ^■ 0 ⁿ

= p_. . - ψ erhöht.

0 ι ₀ -

Der mit der Auslenkung des zweiten Zylinderbodens 13 progressiv an¬ steigende Druck übt auf den zweiten Zylinderboden eine progressiv ansteigende -Gegenkraft p. . F aus, wobei F die wirksame Fläche des zweiten Zylinderbodens ist. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen

der Figuren 2 und 3 greift am ersten Kolben 6 also keine federbedingte lineare Gegenkraft, sondern eine federbedingte progressive Gegenkraft an.

Das Ventilglied 71 im ersten Kolben 6 steht über das stangenföπnige Kraftübertragungsglied 9 mit dem zweiten Kolben 8, welcher im Führungs¬ zylinder 15 geführt wird, in fester Verbindung. Da der zweite Kolben 8 unter der Wirkung der auf ihn einwirkenden Druckkraft p . F gegen die Kraft der mechanischen Federvorrichtung 10 ebenfalls in X-Richtung ausgelenkt wird, wird die Ventilbohrung 72 schließlich wieder durch das Ventilglied 71 verschlossen.

Im Gleichgewichtszustand sind beide Kolben 6 und 8 gleichweit ausge- lenkt und das Regelventil 7 verschlossen.» Für die beiden Kolben 6 und 8 gelten dann folgende Krä tegleichungen:

Kolben 6: 5) p ₁ . F. - p„ . F_ - p = 0, wobei annähernd gilt

p. = p _± . F ₄ - p _Q . F ₄

Unter Berücksichtigung, daß bei- polytroper Zustandsänderung im Kom¬ pressionsraum 11

ergibt sic

In entsprechender Weise gilt für den zweiten Kolben 8:

7) p . F, - k . X - p . F a 0.

Da im Gleichgewichtszustand beide Kolben 6 und 8 gleichweit ausgelenkt sind, ist der Weg X in den Gleichungen 6 und 7 gleich groß. Daraus ergibt sich für den Zusammenhang zwischen Eingangsdruck ₁ und dem

Ausgangsdruck p„ die Gleichung

Da der in Gleichung 8 beschriebene Bremsdruckregler technisch nur sinnwoll ist, wenn der Nenner des in runden Klammern stehenden Aus- druckes positiv ist, ergibt sich als größtmöglicher Ausgangsdruck des Bremsdruckreglers der Wert

- ¹ o

^P 2 max ^" F ₃ ^{+ P} 0

Auch die Gleichungen 5 bis 8 gelten nur in erster Annäherung, da einige Vereinfachungen vorgenommen worden sind. Unter anderem wurde angenommen, daß der im Führungszylinder 15 herrschende Anfangsdruck p auch beim Eintauchen des zweiten Kolbens 8 seinen Wert beibehält und dem Atmos¬ phärendruck entspricht. Wenn die mechanische Federvorrichtung 10 eine große Federkonstante k besitzt, kann diese Annahme ohne weiteres als - gültig angesehen werden. Falls die Federkonstante k jedoch vergleichs- weise klein ist und deshalb das Produkt k . X nicht in jedem _. Falle viel größer ist als das Produkt p. . F , muß dafür gesorgt werden, daß der Führungszylinder 15 eine Verbindung nach außen besitzt, oder aber die Reglercharakteristik ändert sich etwas. Falls eine solche Ausgleichsverbindung nicht vorgesehen ist - wie in den Figuren 5 und 6 -, dann ist es von Vorteil im Boden des zweiten Zylinderbodens 13 ein Rückschlagventil 21 anzuordnen, über welches bei nicht betätigter Bremse ein im Führungszylinder eventuell vorhandener Überdruck gegen den Kompressionsraum 11 abgebaut werden kann.

Durch entsprechende Bemessung der verschiedenen Reglerparameter läßt sich das Kennlinienfeld dieses Bremsdruckreglers innerhalb eines sehr weiten Bereiches festlegen, wobei die in Fig. 8 vergleichsweise stark gekrümmten Kennlinienstrahlen im Grenzfalle quasilinear sind. Es ist daher mit dem erfindungsgemäßen Bremsdruckregier in einfacher Weise ein Kennlinienfeld zu erzielen, welches der idealen Bremskraftvertei- lung entsprechend Fig. 1 sehr nahe kommt.

Wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 und 3 ist die Größe des Kompressionsraumes 11 variabel, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrzeugbelastung. Die axiale Anfangslänge 1- dieses Raumes wird wiederum durch axiales Verschieben des ersten Zylinderbodens 12 eingestellt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Koppel¬ stange 23 mit einem innerhalb eines Hilfszylinders 31 angeordneten Hilfskolben 22.verbunden ist. Dieser wird innerhalb des Hilfszylinders 31 unter der Einwirkung eines über den Verstelleingang 19 zugeführten Druckmediums gegen die Wirkung einer Federvorrichtung 24 axial ver- schoben. Wenn der Druck im Hilfszylinder 31 der Fahrzeugbelastung proportional gemacht wird, wird der zweite Zylinderboden 12 axial jeweils so verschoben, daß die Größe von 1 der jeweiligen Fahrzeugbe¬ ladung proportional ist.

Wie aus den Figuren 2 bis 6 leicht zu erkennen ist, ist der Regelvor- gang jeweils mit einer Volumenvergrößerung des hydraulisches Druckmedium aufnehmenden Raumes verbunden. Dieser Volumenzuwachs beträgt

Δ V = x . F ₃

und wird klein, wenn entweder der Verschiebeweg x oder aber die wirksame Fläche F_ des zweiten Kolbens 8 kleingehalten wird. Generell wird der Verschiebeweg x um so kleiner, je kleiner einerseits die wirksame Fläche F_ und je größer die Federkonstante k der mechanischen Feder¬ vorrichtung 10 gemacht wird; und generell wird der erreichbare höchste Ausgangsdruck p_ um so größer, je größer die Federkonstange k und je kleiner die wirksame Fläche F bemessen werden. Es ist daher von Vorteil, die Federkonstante k groß und die wirksame Fläche F klein zu machen, wodurch der Bremsdruckregier so miniaturisiert wird, daß der »schädliche Hydraulikraum" x . F gegenüber den sowieso im Brems¬ kreis vorhandenen Elastizitäten praktisch nicht mehr spürbar ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 ist ein in dieser Weise abge- wandelter Bremsdruckregler dargestellt. Bei diesem ist der Innendurch¬ messer des Führungszylinders 15 in dem Bereich, in dem der zweite Kolben 8 gelagert ist, spürbar kleiner bemessen als der Durchmesser der den ersten Kolben 6 aufnehmenden ersten Druckkammer 2. Der "schäd¬ liche Hydraulikraum" ___J V = x . F ist bei dieser Ausführungsvariante

-gTR OM

somit vergleichsweise klein.

Wenn bei einer optimalen Bremsdruckreglerauslegung der Verschiebe¬ weg x so klein wird, daß die im Kompressionsraum 11 mündende Öffnung des Ausgleichskanales 20 nicht mehr mit Sicherheit ausreichend ge- schlössen werden kann, dann ist es zweckmäßig, innerhalb dieses Aus¬ gleichskanales z. B. ein elektromagnetisches Ventil σ. ä. vorzusehen, wie dies im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 angedeutet und mit 25 beziffert ist. Ein solches Ventil kann z. B. mit Schließen des üblichen Bremslichtkontaktes oder auch bei Überschreiten eines bestimmten, vergleichsweise geringen Druckes im Bremskreis betätigt werden. Der Vollständigkeit halber ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 noch ein weiterer Ausgleichskanal 27 angedeutet, durch welchen der Führungs¬ zylinder 15 mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht, so daß ein besonderes Rückschlagventil im zweiten Zylinderboden 13 - wie in den Figuren 5 und 6 - nicht erforderlich ist. Vorgesehen ist weiterhin ein zwischen dem Druckeingang 3 und dem Druckausgang 5 liegendes Rück¬ schlagventil 26, durch welches gewährleistet ist, daß der Druck am Druckausgang 5 nie größer werden kann als am Druckeingang 3.

Wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 gezeigt ist, ist es auch möglic im Prinzip alle Dichtungen entfallen zu lassen, wenn die abzudichtenden Kolben, Kolbenstangen und Zylinderböden etc. in axial federnden Mem¬ branen 17 aufgehängt werden. Die Funktion dieses Bremsdruckreglers ist die gleich wie die des in Fig. 5 dargestellten Bremsdruckreglers. Bei dieser Ausführung ist das eingezeichnete Magnetventil 25 in jedem Falle erforderlich.

Nicht dargestellt ist in den einzelnen Figuren, daß es auch möglich ist, den Grund- oder Anfangsdruck _n des Kompressionsraumes 11 nicht unter einen bestimmten Wert absinken zu lassen, wodurch die Regel¬ charakteristik des Bremsdruckregiers sehr stark beeinflußt werden kann.