DE19935628A1

DE19935628A1 - Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Betriebsteil und einem Federspeicherteil

Info

Publication number: DE19935628A1
Application number: DE19935628A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Pohl
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2001-02-01

Abstract

Bei einer bekannten derartigen Kolben/Zylinder-Einheit erfolgt die Beatmung der Federkammer des Federspeicherteils über eine Druckausgleichsleitung aus der Sekundärkammer des Betriebsteils, wobei die Sekundärkammer über eine Atmungsöffnung aus der umgebenden Atmosphäre beatmet wird. Mit der Atmosphärenluft treten auch darin enthaltene Verunreinigungen in die Sekundärkammer ein, von der sie in die Federkammer übertreten können. DOLLAR A Zur Vermeidung von Betriebsstörungen oder wenigstens zur Verringerung der Gefahr solcher Störungen aufgrund der genannten Verunreinigungen schlägt die Erfindung vor, die Sekundärkammer (4) gegenüber der umgebenden Atmosphäre abzuschließen und zwischen der Federkammer (12) und der Lösekammer (8) des Federspeicherteils eine sperrbare Verbindung (11) anzuordnen, die bei druckloser Lösekammer (9) durchlässig und bei mit Druck beaufschlagter Lösekammer (9) gesperrt ist. DOLLAR A Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung wird von den Bremsanlagen in der Fahrzeugtechnik gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben/Zylinder-Einheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Kolben/Zylinder-Einheit ist aus der DE- AS 19 21 622 bekannt. Bei dieser erfolgt die Beatmung der Federkammer über die Druckausgleichsleitung aus der Sekundärkammer, welche ihrerseits über eine Atmungsöff nung aus der umgebenden Atmosphäre beatmet wird. Auf grund der häufigen Volumenänderungen der Sekundärkammer und der Federkammer im Einsatz der Kolben/Zylinder-Ein heit erfolgt ein reger Luftaustausch zwischen den ge nannten Kammern und der umgebenden Atmosphäre. Mit der Atmosphärenluft treten auch die darin enthaltenen Ver unreinigungen, das heißt deren Wasser-, Partikel- und Chemikaliengehalt, in diese Kammern ein. Diese Verun reinigungen können an den von ihnen berührten Innentei len der Kolben/Zylinder-Einheit Verschleiß sowie Korro sion hervorrufen und dadurch zu Betriebsstörungen der Einheit führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Gefahr von Betriebsstörungen infolge der Beatmung der Federkammer und der Sekundärkammer wenig stens zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Fortbildungen und vorteil hafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen ange geben.

Wenn die Kolben/Zylinder-Einheit mit dem zu betätigen den Gerät so zusammengebaut ist, daß die Sekundärkammer mit einem oder mehreren Hohlräumen dieses Gerätes ver bunden ist, sind beim Stand der Technik auch - möglicherweise empfindliche - Teile des Gerätes den in Rede stehenden Verunreinigungen ausgesetzt, so daß auch dessen Betriebssicherheit gefährdet sein kann. Auch diese Gefahr verringert oder beseitigt die Erfindung.

Kolben/Zylinder-Einheiten der eingangs genannten bzw. der erfindungsgemäßen Art sind auf allen technischen Gebieten zur Erzeugung von Stell- bzw. Betätigungskräf ten bzw. -bewegungen gebräuchlich, in denen es neben einer von der Kolben/Zylinder-Einheit abgegebenen, durch Druck erzeugten, Kraft auf die durch den Feder speicherteil mit rein mechanischen Mitteln erzeugte Kraft ankommt, z. B. bei einem Druckausfall. Als bei spielhaftes, bedeutendes Anwendungsgebiet sei die Fahr zeugtechnik genannt, in welcher solche Einheiten als Betriebsbrems- und Hilfs- und/oder Feststellbremszylin der eingesetzt werden, wobei der Federspeicherteil je weils die Hilfs- bzw. Feststellbremswirkung erbringt.

Unter Angabe weiterer Vorteile wird die Erfindung nun mehr anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausfüh rungsbeispiels erläutert.

Die dargestellte Kolben/Zylinder-Einheit besteht aus einem insgesamt mit (6) bezeichneten Betriebsteil und einem insgesamt mit (13) bezeichneten Federspeicher teil, die in einen gemeinsamen, aus Montagegründen mehrteiligen, Gehäuse untergebracht sind, welches nicht näher bezeichnet ist.

In dem dem Betriebsteil (6) zugeordneten Gehäuseteil trennt ein darin abgedichtet beweglicher Betriebskolben (5, 7) eine Druckkammer (20) von einer Sekundärkammer (4). Der Betriebskolben (5, 7) in Membranbauart besteht aus einer in dem zugeordneten Gehäuseteil fest einge spannten Membran (7) und einem Membranteller (5).

Die Sekundärkammer (4) ist gegenüber der umgebenden At mosphäre abgeschlossen. Dies ist durch den Zusammenbau des dem Betriebsteil (6) zugeordneten Gehäuseteils mit dem zu betätigendem Gerät (1) bewirkt. Durch diesen Zu sammenbau ist die Sekundärkammer (4) mit einem Hohlraum (2) des Gerätes (1) verbunden. Dieser Hohlraum (2) kann, je nach spezieller Ausbildung des Geräts (1), aus mehreren Teilräumen bestehen. Dargestellt ist das Gerät (1) als Scheibenbrems-Zuspanneinrichtung.

Der Betriebskolben (5, 7) wirkt auf das Gerät (1) über eine die Sekundärkammer (4) durchdringende Kolbenstange (3). Die Druckkammer (20) ist über einen Anschluß und Druckleitungen, die nicht näher bezeichnet sind, und eine Ventileinrichtung (21) mit Druck aus einem Druck luftvorrat (22) beaufschlagbar und alternativ dazu mit der Atmosphäre verbindbar.

Der Federspeicherteil (13) ist in koaxialer Anordnung an den Betriebsteil (6) angebaut. In den ihm zugeordne ten Gehäuseteil trennt ein darin abgedichtet verschieb barer Federkolben (16) eine Lösekammer (9) von einer Federkammer (12).

Der Federkolben (16) ist als Gleitkörper mit darauf um laufenden Dichtelementen ausgebildet.

Sowohl der Federkolben als auch der Betriebskolben kön nen auch auf jede andere geeignete Art ausgebildet sein, beispielsweise wie der jeweils andere Kolben des Ausführungsbeispiels.

Die Lösekammer (9) ist über einen Anschluß und Druck leitungen, die nicht näher bezeichnet sind, mit Druck aus einem Druckluftvorrat (17) beaufschlagbar und al ternativ dazu mit der Atmosphäre verbindbar. Die Ven tileinrichtung (18) ist von der dem Betriebsteil (6) zugeordneten Ventileinrichtung (21) unabhängig. Beide Ventileinrichtungen (18 und 21) weisen zwecks Herstel lung der Verbindung zur Atmosphäre als abgehende Pfeil spitzen angedeutete Entlüftungen auf, von denen dieje nige der Ventileinrichtung (18) mit (19) bezeichnet ist.

Die Druckbeaufschlagungen der Druckkammer (20) und der Lösekammer (9) sind im Ausführungsbeispiel abstufbar, können aber, abhängig von der Art des zu betätigenden Gerätes, auch nicht abstufbar sein.

Die Entlüftung (19) der dem Federspeicherteil (13) zu geordneten Ventileinrichtung (18) mündet direkt oder über eine Entlüftungsleitung in eine geschützte Umge bung. In der Fahrzeugtechnik ist die Ventileinrichtung (18) häufig ein Relaisventil, oft aber auch ein vom Fahrer direkt zu betätigendes Ventil. Insbesondere in der Ausgestaltung als solches direkt betätigtes Ventil ist häufig die ganze Ventileinrichtung in der geschütz ten Umgebung angeordnet, in der Fahrzeugtechnik bei spielsweise in der Fahrerkabine. Obwohl die Anordnung der dem Betriebsteil (6) zugeordneten Ventileinrichtung (21) vorliegend irrelevant ist, sei erwähnt, daß auch sie bzw. ihre Entlüftung in ähnlicher Weise in ge schützter Umgebung angeordnet ist bzw. in eine solche mündet.

Der dem Federspeicherteil (13) zugeordnete Druckluft vorrat (17) enthält gereinigte und getrocknete Druck luft. Er ist in der Regel von dem dem Betriebsteil (6) zugeordneten Druckluftvorrat (22) unabhängig. Auch im letztgenannten Fall ist in der Regel die in dem Druck luftvorrat (22) enthaltene Druckluft gereinigt und ge trocknet.

Die Federkammer (12) nimmt eine Betätigungsfeder (14) auf, die zwischen dem Federkolben (16) und dem zugeord neten Gehäuseteil gefangen ist.

Die Federkammer (12) und die Sekundärkammer (4) sind über eine Druckausgleichsleitung (8) miteinander ver bunden.

In dem Federkolben (16) ist ein Durchbruch von der Fe derkammer (12) zur Lösekammer (9) angeordnet, der eine Verbindungsleitung zwischen diesen Kammern darstellt. An der der Lösekammer (9) zugewandten Mündung des Durchbruchs ist ein Rückschlagventil mit einem auf die Lösekammer (9) zu durch eine Rückstellfeder beauf schlagten Ventilkörper angeordnet. Die Durchlaßrichtung des Rückschlagventils verläuft deshalb von der Feder kammer (12) zur Lösekammer (9). Der Durchbruch, das Rückschlagventil und dessen Einzelheiten sind nicht nä her bezeichnet. Zusammen bilden diese Elemente eine insgesamt mit (11) bezeichnete sperrbare Verbindung zwischen der Federkammer (12) und der Lösekammer (9), die bei mit der Atmosphäre verbundener Lösekammer (9) durchlässig und bei mit Druck beaufschlagter Lösekammer (9) gesperrt ist.

Die im Ausführungsbeispiel aus der Verbindungsleitung und dem Rückschlagventil bestehende sperrbare Verbin dung (11) kann auch anders ausgebildet sein, z. B. mit tels einer äußeren oder einer als Gehäusekanal ausge bildeten Verbindungsleitung zwischen der Federkammer (12) und der Lösekammer (9), in welchem Falle das Rück schlagventil oder auch ein Ventil einer anderen geeig neten Bauart in oder an einem Ende der Verbindungs leitung angeordnet sein kann. Die Ausgestaltung im Ausführungsbeispiel bietet aber eine einfache und kostengünstige Lösung.

Als über die bisher beschriebene Grundausführung hin ausgehende Fortbildung ist in einem die Federkammer (12) begrenzenden Teil des zugeordneten Gehäuseteils auf geeignete Weise ein Überströmventil (15) ohne Rück strömung so befestigt, daß sein Einlaß der Federkammer (12) zugewandt ist und sein Auslaß in die Atmosphäre mündet. Diese Atmosphäre kann die umgebende sein. Das der Atmosphäre zugewandte Ende des Überströmventils (15) ist in der Darstellung durch eine Schutzkappe ge gen Umgebungseinflüsse geschützt. Das Überströmventil kann auch auf jede andere Art angeordnet sein, bei der es die weiter unten beschriebenen Wirkungen erbringt. Beispielsweise könnte das Überströmventil in einer von der Federkammer (12) ausgehenden Rohr- und/oder Schlauchleitung oder auch an der Druckausgleichleitung angeordnet sein.

Alle erwähnten Bauelemente des Ausführungsbeispiels sind für sich bekannt. Hinsichtlich des Überströmven tils (15) ohne Rückströmung sei vorsorglich festge stellt, daß als solches jede Ventileinrichtung zu ver stehen ist, die von ihrem Einlaß zu ihrem Auslaß durch lässig wird bzw. ist, wenn und solange ihr Einlaßdruck den Wert eines konstruktiv vorbestimmten Überström drucks erreicht, während sie in Gegenrichtung stets un durchlässig ist.

Bei der jetzt folgenden Funktionsbeschreibung wird zu nächst das Überströmventil (15) als nicht vorhanden an genommen.

Die Kolben/Zylinder-Einheit ist in ihrem unbetätigten Zustand dargestellt. In diesem Zustand sind

- die Druckkammer (20) über die Entlüftung der zugeordneten Ventileinrichtung (21) mit der At mosphäre verbunden,
- der Betriebskolben (5, 7) in seiner Ruhestel lung,
- die Lösekammer (9) mit dem Lösedruck oder einem höheren Druck beaufschlagt,
- die sperrbare Verbindung (11) gesperrt,
- der Federkolben (16) gegen die Kraft der Betä tigungsfeder (14) in eine Lösestellung oder, im Falle ausreichenden Lösekammerdrucks, in seine Löse-Endlage verschoben,
- der von der Sekundärkammer (4) und dem Hohlraum (2) gebildete Raum (2, 4) - wie auch in jedem anderen Zustand der Einheit - über die Druck ausgleichsleitung (8) mit der Federkammer (12) verbunden.

In diesem Zustand kann in der Federkammer (12) und dem Raum (2, 4) als Ruhedruck Atmosphärendruck oder ein leicht erhöhter Druck herrschen (letzterer Druck, weil der Federkolben (16) bei gesperrter Verbindung (11) unter Verkleinerung der Federkammer (12) in seine dargestellte Lage gelangt ist).

Wird nun zwecks Betätigung des Betriebsteils (6) durch Betätigung der Ventileinrichtung (21) die Druckkammer (20) mit Druck aus dem Druckluftvorrat (22) beauf schlagt, so erzeugt dieser Druck auf der Wirkfläche des Betriebskolbens (5, 7) eine Kolbenkraft.

Diese Betätigung geht mit einer Bewegung des Betriebs kolbens (5, 7) aus seiner Ruhestellung in die Sekundär kammer (4) hinein einher. Dadurch wird der von der Se kundärkammer (4) und dem Hohlraum (2) gebildete Raum (2, 4) verkleinert und infolgedessen Luft aus diesem Raum durch die Druckausgleichsleitung (8) in die Feder kammer (12) verschoben. Dabei wird die in der Federkam mer (12) und dem Raum (2, 4) enthaltene Luft verdich tet.

Wird zwecks Beendigung der Betätigung des Betriebsteils (6) durch entsprechende Rückbetätigung der Ventilein richtung (21) der Druck aus der Druckkammer (20) über die Entlüftung der Ventileinrichtung (21) abgelassen, so bewegt sich der Betriebskolben (5, 7) unter Rückver größerung des von der Sekundärkammer (4) und dem Hohl raum (2) gebildeten Raums (2, 4) in Richtung seiner Ru hestellung zurück. Das dadurch mögliche Rückströmen von Luft aus der Federkammer (12) in den Raum (2, 4) über die Druckausgleichsleitung (8) ist mit einer Entspan nung der in diesen Räumen enthaltenen Luft bis auf den Ruhedruck verbunden.

Bei dem beschriebenen Arbeitsspiel hat kein Luftaus tausch zwischen einer Kammer der Kolben/Zylinder-Ein heit sowie dem Hohlraum (2) mit der Atmosphäre und folglich auch kein Zutritt von in der Umgebungsluft vorhandenen Verunreinigungen zu diesen Räumen stattge funden. Dadurch wird die Gefahr von Betriebsstörungen der Kolben/Zylinder-Einheit und des Gerätes (1) infolge solcher Verunreinigungen verringert, wenn nicht vermieden.

Soll nun, ausgehend vom unbetätigten Zustand der Ein heit, der Federspeicherteil (13) betätigt werden, so wird zu diesem Zweck durch Betätigung der zugeordneten Ventileinrichtung (18) Druck aus der Lösekammer (9) ab gelassen. Dadurch kann der Federkolben (16) von der Be tätigungsfeder (14) aus der Lösestellung bzw. seiner Löse-Endlage in die Lösekammer (9) hinein verschoben werden. Dabei überträgt der Federkolben (16) die frei werdende Kraft der Betätigungsfeder (14) über eine die Lösekammer (9) durchdringende Kolbenstange (10) sowie dem Betriebskolben (5, 7) und dessen Kolbenstange (3) auf das zu betätigende Gerät (1).

Mit der Verschiebung des Federkolbens (16) geht eine Vergrößerung der Federkammer (12) einher. Bei seiner Verschiebung nimmt der Federkolben (16) bzw. die ihm zugeordnete Kolbenstange (10) den Betriebskolben (5, 7) in die Sekundärkammer (4) hinein mit, wodurch diese eine Verkleinerung erfährt. Je nach den Durchmessern der Kolben bzw. deren Durchmesserverhältnis wird der Druck in der Federkammer (12) und dem Raum (2, 4) bei dieser Betätigung gleichbleiben, steigen oder fallen.

Wird durch entsprechende Betätigung der Ventileinrich tung (18) der Lösekammerdruck wieder bis zum Lösedruck oder darüber hinaus gesteigert und somit der Federspei cherteil wieder gelöst, so werden alle bei der Betäti gung erfolgten Kolbenbewegungen und Kammerveränderungen rückgängig gemacht, so daß am Betätigungsende wieder der Ruhedruck in den beteiligten Räumen herrscht.

Auch dieses Arbeitsspiel ist ohne Luftaustausch zwi schen einer Kammer der Kolben/Zylinder-Einheit sowie dem Hohlraum (2) und der Atmosphäre mit dem bereits ge nannen Vorteil verlaufen.

Soll der Federspeicherteil (13) Voll betätigt werden, so wird zu diesem Zweck durch entsprechende Betätigung der zugeordneten Ventileinrichtung (18) der Lösekammerdruck auf Atmosphärendruck abgelassen. Dabei öffnet die Rückstellfeder des in der sperrbaren Verbindung (11) enthaltenen Rückschlagventils dasselbe, so daß dieses in Richtung von der Federkammer (12) zur Lösekammer (9) voll und, wegen seiner Rückstellfeder, in Gegenrichtung für einen geringen Durchfluß durchlässig wird.

Durch die nunmehr durchlässige Verbindung (11) kann ein Luftaustausch von der Federkammer (12) in die Lösekam mer (9) und umgekehrt, gegebenenfalls unter Herstellung des Atmosphärendrucks in der Federkammer (12) und dem mit dieser über die Druckausgleichsleitung (8) kommuni zierenden Raum (2, 4) erfolgen. Die in diesem Fall aus getauschte Luft ist gereinigte und getrocknete Luft aus dem Druckluftvorrat (17) oder entstammt der geschützten Umgebung, in die Entlüftung (19) der zugeordneten Ven tileinrichtung (18) mündet, so daß auch bei diesem Vor gang keine Luftverunreinigungen in das Innere der Kolben/Zylinder-Einheit und des Gerätes (1) eintreten können.

Es ist ersichtlich, daß ein erhöhter Druck in der Fe derkammer (12) und dem von der Sekundärkammer (4) und dem Hohlraum (2) gebildeten Raum (2, 4) der Kolbenkraft des Betriebskolbens (5, 7) entgegenwirkt. Die über die Kolbenstange (3) auf das Gerät (1) als Stell- oder Be tätigungskraft übertragene Kraft ist deshalb nicht die volle, von dem Druck in der Druckkammer (20) auf den Betriebskolben (5, 7) ausgeübte, Kraft. Der erwähnte, etwa auftretende, erhöhte Druck beträgt jedoch im Ver gleich zu dem Vorratsdruck in dem dem Betriebsteil (6) zugeordneten Vorratsluftbehälter (22) nur wenige Pro zent, so daß in der Regel sein Einfluß auf die Kraftab gabe des Betriebsteils (6) in der Praxis vernachlässig bar ist. Der genannte, etwa auftretende, erhöhte Druck in der Federkammer (12) wirkt an dem Federkolben (16) dem Lösedruck des Federspeicherteils (13) entgegen. Auch hier sind in der Regel seine Auswirkungen in der Praxis vernachlässigbar.

Allerdings kann bei deutlich unterschiedlichen Durchmessern des Betriebskolbens (5, 7) und des Federkolbens (16) eine etwaige Druckerhöhung in der Federkammer (12) und im Raum (2, 4) doch eine störende Größenordnung annehmen. In einem solchen Fall kann dieser Druck durch die Anordnung des Überströmventils (15) und die zweckdienliche Auslegung bzw. Einstellung des Überströmdrucks desselben auf einen unschädlichen Wert begrenzt werden.

Statt, wie dargestellt, durch den Zusammenbau des zuge ordneten Gehäuseteils mit dem zu betätigenden Gerät (1) kann die Sekundärkammer auch auf jede andere geeignete Weise gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgeschlossen werden. Eine häufige andere Lösung ist die mittels ei nes einerseits auf den zugeordneten Gehäuseteil und an dererseits auf der Kolbenstange abgedichtet gehalterten Faltenbalgs. Das in diesem Fall der Sekundärkammer (4) zuzurechnende Innere des Faltenbalgs ist, gegebenen falls, dem erhöhten Druck in der Federkammer und der Sekundärkammer ausgesetzt, so daß sowohl der Faltenbalg als auch seine Halterungen an dem Gehäuseteil und auf der Kolbenstange ausreichend belastbar ausgeführt sein müssen.

Der Fachmann erkennt, daß das Ausführungsbeispiel den Schutzbereich der Erfindung nicht erschöpfend be schreibt und daß dieser vielmehr alle Ausgestaltungen umfaßt, deren Merkmale sich den Patentansprüchen unter ordnen.

Claims

1. Kolben/Zylinder-Einheit mit

a) einem Betriebsteil (6), in dem ein Betriebskol ben (5, 7) eine Druckkammer (20) von einer Se kundärkammer (4) trennt,
b) einem Federspeicherteil (13), in dem ein Feder kolben (16) eine über eine Ventileinrichtung (18) alternativ mit Druck beaufschlagbare und mit der Atmosphäre verbindbare Lösekammer (9) von einer eine Betätigungsfeder (14) aufnehmen den Federkammer (12) trennt,
wobei
c) die Federkammer (129) und die Sekundärkammer (4) über eine Druckausgleichsleitung (8) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
d) die Sekundärkammer (4) gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgeschlossen ist,
e) zwischen der Federkammer (12) und der Lösekam mer (8) eine sperrbare Verbindung (11) angeord net ist, die bei mit der Atmosphäre verbundener Lösekammer (9) durchlässig und bei mit Druck beaufschlagter Lösekammer (9) gesperrt ist.

2. Kolben/Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sperrbare Verbindung (11) aus einer Verbin dungsleitung und einem in oder an einem Ende der selben angeordneten Rückschlagventil gebildet ist.

3. Kolben/Zylinder-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung als Durchbruch des Fe derkolbens (16) ausgebildet ist.

4. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer (12) über ein einlaßseitig an sie angeschlossenes Überströmventil (15) ohne Rück strömung mit der Atmosphäre verbindbar ist.

5. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der vorhergehen den Ansprüche, die mit einem zu betätigenden Gerät (1) zusammengebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkammer (4) mit wenigstens einem Hohlraum (2) des Gerätes (1) verbunden ist.