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Titel: Kraftverstärker für Fahrzeugbremsanlagen
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Kraftverstärker für Sahrzeugbremsanzagen 3ESOHRE IBUNG Die Erfindung
bezieht sich auf Kraftverstärker für hydraulische Fahrzeugbremsanlagen, bei denen
eine Servokraftverstärkeranordnung, die dazu dient, einen Kraftverstärkungs druck
auf einen Betätigungskolben in einer gesonderten Hauptzylinderanordnung auszuüben,
durch ein Steuerventil gesteuert wird, welches auf eine Bewegung eines pedalbetätigten
Krafte inle itungs kolbens der Hauptzylinderanordnung anspricht, wobei der Krafteinleitungskolben
bewirkt, daß ein Fluid in einer Steuerkammer unter Druck gesetzt wird, um einen
das Arbeiten des Steuerventils bestimmenden Betätigungsdruck zu erzeugen.
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Bei einem bekannten Kraftverstärker dieser Art wird der Kraftverstärkungsdruck
der Steuerkammer zugeführt, um auf den Betätigungskolben zu wirken, damit der Eingangsdruck
erhöht wird, und um an dem Bremspedal eine Reaktions- oder Gefühlskraft zur Wirkung
zu bringen. Wenn der Kraftverstärkungsdruck ausbleibt, kommt der Krafte inleitungs
kolben in unmittelbare Berührung mit dem Betätigungskolben, damit ein Bremsdruck
erzeugt wird. Jedoch ist hierbei der Punkt, an dem sich das Steuerventil schließt
oder sich in eine "Null"-Stellung bewegt, ziemlich unbestimmt, da er sich
nur
nach der Verringerung des Drucks in der Steuerkammer richtet.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem Bremskraftverstärker der genannten
Art der Kraftverstärkungsdruck in einer solchen Richtung zur Wirkung auf das Steuerventil
gebracht, daß ein Bestreben besteht, es in Richtung auf eine Schließstellung zu
bewegen, und zwar entgegen dem Betätigungsdruck, der bestrebt ist, das Steuerventil
in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen, um es zu öffnen.
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Somit wird das Steuerventil sowohl in Abhängigkeit von dem Betätigungsdruck
als auch in Abhängigkeit von dem Kraftverstärkungsdruck betätigt, und es wird eine
zwangsläufig wirkende Öffnungs- bzw. Schließkraft erzeugt.
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Der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker läßt sich relativ leicht
in die Spritzwand eines Fahrzeugs einbauen.
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Die Servokraftverstärkeranordnung ist vorzugsweise mit einer bewegbaren
Wand versehen, die in einem Gehäuse arbeitet und auf einen Kraftverstärkerkolben
wirkt, der seinerseits in einer Bohrung in dem Gehäuse arbeitet, um in einer Kraftverstärkerkammer
ein Fluid unter Druck zu setzen. Die bewegbare Wand ist auf einer Seite einem ersten
Druck und auf der entgegengesetzten Seite einem zweiten Druck ausgesetzt, der durch
die Betätigung des Steuerventils geregelt wird, und sie bewegt sich in Abhängigki
t von einem Unterschied zwischen den beiden Drücken. Hierbei kann die bewegbare
Wand durch einen Unterdruck abgestützt und zu diesem Zweck auf einer Seite einem
Unterdruck ausgesetzt sein, während die andere Seite, bei der es sich um die Betätigungsseite
handelt, nach Bedarf entweder einem Unterdruck oder dem Atmosphärendruck ausgesetzt
wird, was sich jeweils danach richtet, ob das Steuerventil geschlossen oder offen
ist. Wenn die entgegengesetzt zueinander auf das Steuerventil
wirkenden
Kräfte, die auf den Kraftverstärkungsdruck bzw. den Betätigungsdruck zurückzuführen
sind, die gleiche Größe haben, bewegt sich das Steuerventil in eine "Null"-oder
Ruhestellung, bei der die Betätigungsseite der bewegbaren Wand abgesperrt ist. Die
bewegbare Wand behält ihre Stellung bei, und der Kraftverstärkungsdruck bleibt an
diesem Punkt konstant. Wird der Betätigungsdruck herabgesetzt, bewegt sich das Steuerventil
in seine Schließstellung, und die Betätigungsseite der bewegbaren Wand wird mit
einer Unterdruckquelle verbunden, so daß sich die bewegbare Wand und der Kraftverstärkerkolben
in ihre Ruhestellung zurückbewegen. Beim Ausbleiben des Unterdrucks wird die Servokraftverstärkeranordnung
kurzgeschlossen, und der Krafteinleitungskolben wirkt auf die Betätigungskolben,
um einen Bremsdruck zu erzeugen, und daher ist die erforderliche Pedalkraft relativ
klein. Hierin besteht eine Verbesserung gegenüber bekannten, direkt arbeitenden
Unterdruck-Kraftverstärkern, bei denen der Kraftverstärkerkolben bzw. die bewegbare
Wand über eine Kraftabgabestange unmittelbar auf die Hauptzylinderanordnung wirkt,
und bei denen dann, wenn die Unterdruckquelle versagt, durch die Pedalkraft eine
große Federkraft und die Reibung mehrerer Kolbendichtungen überwunden werden müssen.
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Zu dem Steuerventil gehört ein Steuerkolben mit Flächen unterschiedlicher
Größe, die dem Kraftverstärknngsdruck bzw. dem Betätigungsdruck ausgesetzt sind.
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Das Steuerventil kann eine Hebelanordnung aufweisen, die an einem
Ende mit dem als Stufenkolben ausgebildeten Steuerkolben gekuppelt ist, welcher
am einen Ende mit dem Betätigungsdruck und am anderen Ende mit dem Kraftverstärkungsdruck
beaufschlagt wird. Zu der Hebelanordnung kann ein T-förmiger Hebel gehören, der
auf entgegengesetzten Seiten mit Ventilköpfen zusammenarbeitet, welche die Verbindung
zwischen einem Einlaß für den Atmosphärendruck bzw. einem
Unterdruckauslaß
und einer Seite der bewegbaren Wand steuern.
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Alternativ kann das Steuerventil einen Stufenkolben aufweisen, der
die Verbindung zwischen der bewegbaren Wand und der Atmosphäre bzw. einer Unterdruckquelle
direkt steuert.
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Der Steuer- oder Ventilkolben kann ferner an einem zwischen seinen
Enden liegenden Punkt dem in einem primären Druckraum in der Hauptzylinderanordnung
herrschenden Druck ausgesetzt sein, der auf den Steuerkolben entgegen dem Betätigungsdruck
wirkt. In diesem Fall reagiert der Ventilsteuerkolben unter normalen Betriebsbedingungen
auf eine Ausgangskraft, doch kommt beim Ausbleiben des Drucks in dem primären Druckraum
der Kraftverstärkungsdruck zur Wirkung, um das Ventil zu steuern.
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Der Betätigungskolben kann durch den primären Kolben der Tandem-Hauptzylinderanordnung
gebildet sein, der dazu dient, das Fluid in einem primären Druckraum unter Druck
zu setzen, damit es einem ersten Bremskreis zugeführt wird; hierbei wirkt das unter
Druck gesetzte Fluid auch auf einen zweiten Kolben, um ein Fluid in einem zweiten
Druckraum unter Druck zu setzen, damit es einem zweiten Bremskreis zugeführt wird.
Alternativ kann die Hauptzylinderanordnung einen einzigen Kolben aufweisen, der
durch den Betätigungskolben betätigt wird, um ein Fluid in einem Druckraum unter
Druck zu setzen, damit es einem ersten Bremskreis für die Vorderräder eines Fahrzeugs
zugeführt wird, und in diesem Fall kann der Kraftverstärkungsdruck unmittelbar einem
zweiten Bremskreis zugeführt werden, um die Hinterradbremsen zu betätigen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt eines Kraftverstärkers
für eine Fahrzeugbremsanlage;
Fig. 2 einen Axialschnitt einer Weiterbildung
eines Teils des Steuerventils für den Kraftverstärker nach Fig. 1; Fig. 3 einen
Axialschnitt einer weiteren abgeänderten Ausführungsform eines Teils der Ventilanordnung
für den Kraftverstärker nach Fig. 1; und Fig. 4 einen Axialschnitt einer abgeänderten
Ausführungsform eines Kraftverstärkers.
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Zu dem in Fig. 1 dargestellten Kraftverstärker gehört eine pedalbetätigte
Tandem-Hauptzylinderanordnung 1, die an eine durch Unterdruck abgestützte Servokraftvers
tärkeranordnung 2 angeschlossen ist. Die Hauptzylinderanordnung weist einen primären
Druckraum 3 und einen sekundären Druckraum 4 auf, die mit nicht dargestellten Bremskreisen
für die Vorder-bzw. Hinterräder eines Fahrzeugs verbunden sind.
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Zu der Hauptzylinderanordnung 1 gehört ein Gehäuse 5 mit einer abgestuften
Sackbohrung 6 und einem Krafteinleitungskolben 7, der durch ein in einem ersten
Bohrungsabschnitt 9 arbeitendes pedalbetätigtes Krafteinleitungsglied 8 betätigt
wird. Ferner arbeitet in dem ersten Bohrungsabschnitt vor dem Kolben 7 ein Zwischenkolben
10, und zwischen dem Krafteinleitungskolben 7 und dem Zwischenkolben 10 ist ein
Nachfüllventil 11 angeordnet. In dem ersten Bohrungsabschnitt befindet sich vor
dem Krafteinleitungskolben 7 eine Steuerkammer 12.
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Der Zwischenkolben 10 ist als Stufenkolben ausgebildet und weist einen
nach vorn ragenden Schaft 13 von kleinerem Durchmesser auf, der durch einen ringförmigen
Flansch 14 ragt, mit dem er zusammenarbeitet. Das freie Ende des Schaftes 18 wirkt
auf einen Betätigungskolben 16, der einen ersten Kolben bildet, mittels dessen ein
Fluid in dem primären Druckraum 3 unter Druck gesetzt werden kanne Der Druckraum
3 wird
durch den Kolben 16 und einen zweiten Kolben 17 abgegrenzt,
welch letzterer dazu dient, ein Fluid in dem sekundären Druckraum 4 unter Druck
zu setzen.
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Die Steuerkammer 12 ist durch eine Rohrleitung 19 mit einem Steuerventil
20 zum Steuern der Servokraftverstärkeranordnung 2 verbunden.
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Zu der Kraftverstärkeranordnung 2 gehört ein Gehäuse 21, in dem eine
bewegbare Wand 22 verschiebbar gelagert ist.
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Die Wand 22 ist auf ihrer Seite 23 einem durch eine Unterdruckquelle
aufgebrachten Unterdruck ausgesetzt, während die andere Seite, d.h. die Betätigungsseite
24, durch eine äußere Leitung 26 mit einer Ventilkammer 25 des Steuerventils 20
verbunden ist. Von der bewegbaren Wand 22 aus ragt ein Kraftverstärkungskolben 27
in eine Bohrung 28 des Gehäuses 21, so daß ein Fluid in einem durch die Bohrung
28 gebildeten Kraftverstärkungsdruckraum 29 unter Druck gesetzt werden kann. Der
Druckraum 29 ist durch eine Rohrleitung 30 mit einer ringförmigen Kraftverstärkungskammer
31 verbunden, die in der Hauptzylinderanordnung 1 zwischen dem Betätigungskolben
16 und dem ringförmigen Flansch 14 liegt.
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Eine sich an die Bohrung 28 anschließende Nachfüllöffnung 32 ist durch
eine in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutete Leitung 33 mit einer ringförmigen
Kammer 34 verbunden, welche den Schaft 13 des Zwischenkolbens 10 in dem Bohrungsabschnitt
9 umgibt. Die Kammer 34 steht in Verbindung mit einem nicht dargestellten Behälter
für ein hydraulisches Medium.
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Zu dem Steuerventil 20 gehört ein als Stufenkolben ausgebildeter Steuerkolben
35, der in einer Bohrung 36 arbeitet und zwischen seinen Enden eine Aussparung 37
besitzt, in die ein Kopf 38 am freien Ende des Schaftabschnitts eines T-förmigen
Ventilhebels 39 eingreift. Mit den freien Enden des Yentilhebels 39 sind in der
Ventilkammer 25 Ventilköpfe
40 und 41 gelenkig verbunden, die ein
Auslaßventil bzw. ein Einlaßventil bilden; diese Ventilköpfe arbeiten mit durch
einen Abstand getrennten Sitzen 42 und 43 zusammen, die durch einen inneren Kanal
44 mit der Unterdruckquelle und der Kammer auf der zugehörigen Seite der bewegbaren
Wand 22 bzw. mit einem zur Atmosphäre führenden Anschluß verbunden sind.
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Der Kraftverstärkungsdruckraum 29 ist mit einer Kammer 45 am einen
Ende des Stufenkolbens 35 durch einen Kanal 46 verbunden.
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Wird das Bremspedal niedergedrückt, um den Kraftverstärker zu betätigen,
werden gemäß Fig. 1 das Krafteinleitungsglied 8 und der Krafteinleitungskolben 7
nach links bewegt, um das Nachfüllventil 11 zu schließen und das Fluid in der Steuerkammer
12 unter Druck zu setzen. Hierbei strömt das Fluid durch die Leitung 19, um einen
Betätigungsdruck auf das linke Ende des abgestuften Ventilsteuerkolbens 35 aufzubringen,
das im Vergleich zum rechten Ende einen größeren Querschnitt hat. Der Ventilsteuerkolben
bewegt sich jetzt nach rechts, um den Hebel 39 so zu schwenken, daß das Auslaßventil
40 geschlossen wird, um die Kammern auf entgegengesetzten Seiten der bewegbaren
Wand 22 gegeneinander abzusperren und das Einlaßventil 41 zu öffnen, damit die Ventilkammer
25 mit der Atmosphäre verbunden wird. Auf diese Weise wird die Betätigungsseite
24 der bewegbaren Wand 22 mit dem Atmosphärendruck beaufschlagt, so daß die Wand
zusammen mit dem Kraftverstärkungskolben 27 nach rechts bewegt wird, um die Nachfüllöffnung
32 zu schließen und das Fluid in dem Kraftverstärkungsdruckraum 29 unter Druck zu
setzen. Der Kraftverstärkungsdruck wirkt jetzt über die Rohrleitung 30 auf die Kraftverstärkungskammer
31, um den Betätigungskolben 16 zu betätigen, so daß ein Druck, welcher der Summe
des aufgebrachten Eingangsdrucks und des Kraftvers tärkungsdrucks
entspricht,
bestrebt ist, den Betätigungskolben 16 nach links zu bewegen, um das Fluid in dem
primären Druckraum 3 unter Druck zu setzen und den zweiten Kolben 17 zu betätigen.
Der Kraftverstärkungsdruck wird auch auf das rechte Ende des Ventilsteuerkolbens
35 aufgebracht, das im Vergleich zum linken Ende einen kleineren Querschnitt hat,
und wenn die auf beide Enden des Steuerkolbens 35 wirkenden Kräfte, die dadurch
erzeugt werden, daß der Kraftverstärkungsdruck und der Betätigungsdruck auf die
zugehörigen Flächen an beiden Enden des Kolbens 35 wirken, einander gleich sind,
bewegt sich der Kolben, um den Hebel 39 in eine Null-Stellung zu schwenken, bei
der beide Ventilköpfe 40 und 41 an den zugehörigen Sitzen 42 und 43 anliegen.
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Danach bleibt der Kraftverstärkungsdruck konstant.
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Wird der von der Steuekammer 12 aus aufgebrachte Betätigungsdruck
verringert, bewegt sich der Kolben 35 wieder in die in Fig. 1 gezeigte Stellung
zurück, so daß das Einlaßventil 41 geschlossen und das Auslaßventil 42 geöffnet
wird, um die Betätigungsseite der bewegbaren Wand 22 mit der Unterdruckquelle zu
verbinden, damit die Wand wieder ihre Ruhestellung einnimmt und der Kraftverstärkungsdruck
verringert wird, was danach zu einer Verringerung des Bremsdrucks führt.
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Bleibt der Unterdruck aus, wird die Kraftverstärkungßanordnung wirkungslos,
und der Krafteinleitungskolben 7 wirkt über den Zwischenkolben 10 auf den Betätigungskolben
16, so daß eine relativ kleine Pedalkraft benötigt wird, um die Bremsen unter diesen
Bedingungen zu betätigen. Für den Fall, daß der eine oder andere Bremskreis versagt,
bleibt die Servokraftverstärkungsanordnung in Betrieb, um den Bremsdruck in dem
betriebsfähig gebliebenen Bremskreis zu erhöhen.
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Fig. 2 zeigt eine andere Aus führungs form eines Steuerventils
20,
bei welcher der beschriebene Hebel fortgelassen ist, und bei der ein zweiteiliger
Stufenkolben 47, 48 in einer Stufenbohrung 36 arbeitet, um die Verbindungen zwischen
der Ventilkammer 25, die mit der Betätigungsseite 24 der bewegbaren Wand 22 verbunden
ist, und von der Bohrung 36 ausgehenden Kanälen, und zwar einem ersten Kanal 49
und einem zweiten Kanal 50 zu steuern, welche in Verbindung mit der Atmosphäre bzw.
einer Unterdruckquelle stehen. Konstruktion und Wirkungsweise eines Kraftverstärkers,
der mit der Ventilanordnung nach Fig. 2 versehen ist, entsprechen in allen übrigen
Punkten der Konstruktion und Wirkungsweise des Kraftverstärkers nach Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Teil einer weiteren Ausführhngsform eines Steuerventils,
bei welcher der primäre Druckraum 3 durch einen Einlaßkanal 52 mit einer Zwischenkammer
51 in der Bohrung 36 verbunden ist. Im übrigen kann das Steuerventil nach Fig. 3
bezüglich seiner Konstruktion und Wirkungsweise dem Steuerventil nach Fig. 1 oder
demjenigen nach Fig. 2 entsprechen.
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Wird die abgeänderte Ventilanordnung nach Fig. 3 bei dem Kraftverstärker
verwendet, bleibt zwar die Wirkungsweise im wesentlichen unverändert, doch wird
der Punkt, an dem sich der Steuerventilkolben 35 aus seiner Betriebsstellung heraus
bewegt, bei welcher das Einlaßventil 41 geöffnet ist, um in seine Ruhestellung zurückzukehren,
normalerweise durch den Druck bestimmt, der in dem primären Druckraum 3 auf den
Kolben 35 entgegen dem Druck am Einlaß wirkt, und nicht etwa durch den Kraftverstärkungsdruck.
Dies entspricht einer "Ausgangsgrößen-Rückkopplung". Wenn jedoch der erste Bremskreis
versagt, bestimmt der auf das rechte Ende des Steuerkolbens 35 wirkende Kraftverstärkungsdruck
den Punkt, an dem sich das Einlaßventil 41 schließt, und an dem die Ventilanordnung
wieder auf eine n Eingangs größen-Rückkopplung?' reagiert.
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Fig. 4 zeigt eine geringfügig veränderte Weiterbildung des Bremskraftverstärkers
nach Fig. 1, bei der entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet
sind. Gemäß Fig. 4 weist die Hauptzylinderanordnung 1 nur einen Kolben auf, d.h.
der zweite Kolben 17 und der Druckraum 4 sind fortgelassen, und der einzige vorhandene
Druckraum 3 ist mit dem ersten Bremskreis verbunden. Der in dem Kraftvers tärkungs
druckraum 29 herrs chende Kraftvers tärkungs -druck wird über eine Rohrleitung 50
direkt zur Wirkung auf die Hinterradbremsen gebracht. Wie anhand von Fig. 1 beschrieben,
kann man bei dem Kraftverstärker nach Fig. 4 ebenfalls alternativ die abgeänderten
Steuerventile nach Fig. 2 und 3 verwenden. Im übrigen arbeitet der Kraftverstärker
nach Fig. 4 in der gleichen Weise wie derjenige nach Fig. 1, abgesehen davon, daß
beim Versagen der Kraftverstärkeranordnung 2, z.B. beim Ausbleiben des Unterdrucks,
zwar der Hinterradbremskreis ebenfalls versagt, daß jedoch der Vorderradbremskreis
immer noch mit Hilfe der Hauptzylinderanordnung direkt betätigt werden kann. Sollte
der Vorderradbremskreis versagen, bewegt sich der Hauptzylinderkolben über seine
ganze Hubstrecke, und danach bringt der Steuerkolben 7 die Rohrleitung 19 zur Wirkung,
um die Servoeinrichtung zu veranlassen, den HinterradDremskreis proportional zur
aufgebrachten Kraft zu betätigen.