DE2925550A1

DE2925550A1 - Kraftverstaerker

Info

Publication number: DE2925550A1
Application number: DE19792925550
Authority: DE
Inventors: Akira Nakamura; Masato Oguri
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1978-08-01
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1980-02-14
Also published as: GB2027144B; JPS5522279U; US4283911A; DE2925550C2; GB2027144A; JPS5746678Y2

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Kraftverstärker mit einem durch Fluiddruck betätigten Kraftkolben, zur Verstärkung einer an ein Eingangsglied angelegten Eingangskraft und zur ausgangsseitigen Abgabe der verstärkten Kraft.

Ein derartiger Kraftverstärker wird häufig für den Bremsbetätigungsmechanismus in Fahrzeugen oder ähnlichen dazu verwendet, die Auegangskraft ohne Erhöhung des Eingangshubes zu erhöhen. Bei herkömmliehen Verstärkern ist der Eingangshub allgemein gleich dem Betrag des Ausgangshubes (genau genommen ist der Eingangshub um den Betrag seines Leerlaufhubes größer als der Ausgangshub), so daß sich der Nachteil ergibt, daß der Eingangshub unnötig groß ist.

Venn der betrachtete Mechanismus eine hydraulische Fahrzeugbremse ist, ist es erforderlich, daß der Fluid (öl)-Verbrauch aufgrund der anfänglichen elastischen Deformation jedes Bauteils des hydraulischen Systems, wie einer Kolbenschale, kompensiert wird; überdies ist es erforderlich, das Bremsspiel zu beseitigen, das während der Zeit vom Beginn der Kolbenbewegung im Hauptzylinder bis zum Beginn des engen Gleitens des Bremsschuhs oder Bremsbelags auf der Bremstrommel oder Bremsscheibe auftritt. Aus diesem Grund muß der Kolben des HauptZylinders über eine beträchtlich lange Strecke bewegt werden, wahrend der anfänglichen Hubstufe wird kaum eine Bremswirkung erzeugt, so daß das Bremsgefühl des Fahrers sogar dann nicht beeinträchtigt wird, wenn der Eingangshub und der Ausgangshub eines Verstärkers, der zwischen dem Bremspedal und dem Hauptzylinder eingefügt ist, nicht proportional zueinander sind. Es gibt daher kein Problem, sogar wenn der Kolben des Haupt Zylinders während des anfänglichen Hubvorganges unabhängig von dem Betätigungsbetrag des

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Bremspedals durch, den Fahrer verschoben wird, vorausgesetzt, daß der Betätigungsbetrag des Bremspedals in ein proportionales Verhältnis mit dem Verschiebungsbetrag des Hauptzylinders gerät, nachdem der Gleitvorgang des Bremsschuhs oder Bremsbelags mit der Trommel oder der Scheibe begonnen hat. Es ist nicht erforderlich, daß der Eingangs- und Ausgangshub des Verstärkers während des gesamten Betriebsbereichs identisch sind, wie es herkömmlicherweise als notwendig erachtet wurde.

Es ist daher ein Hauptziel der Erfindung, einen Kraftverstärker zu schaffen, der es möglich macht, einen größeren Ausgangshub als den angelegten Eingangshub zu erhalten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kraftverstärker zu schaffen, der es ermöglicht, aus einem dürftigen Eingangshub innerhalb eines Hubbereichs, in dem der Eingangshub und der Ausgangshub nicht proportional zueinander sein müssen, einen größeren Ausgangshub zu erhalten, und der es weiter ermöglicht, daß der Ausgangshub innerhalb eines Hubbereichs, in dem die beiden Hübe zueinander proportional sein müssen, proportional zu dem Eingangshub ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kraftverstärker zu schaffen, der es ermöglicht, den Betriebshub ohne Erhöhung der Größe des Kraftverstärkers oder der für die Bremsbetätigung erforderlichen Kraft zu vermindern, und der die Hubverminderung ermöglicht, ohne daß dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl der Diskrepanz zwischen dem Bremsbetätigungsgefühl und der tatsächlichen Bremswirkung vermittelt.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kraftverstärker zu schaffen, der bei Verwirklichung der vorstehenden Ziele ait geringstmöglichen Kosten herstellbar ist.

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Ein Kraftverstärker gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Kraftkolben, der zwischen einem Eingangsglied und einem Ausgangsglied derart angeordnet ist, daß er eine innere Kammer eines luftdichten Gehäuses in zwei Teile teilt, konstant durch eine Pedereinrichtung in eine ursprüngliche Position vorgespannt ist und entgegen der Wirkung der Federeinrichtung aufgrund der Druckdifferenz in den "beiden Kammern betätigbar ist, durch einen Steuerkolben, der innerhalb einer vorher begrenzten Strecke in bezug zu dem Kraftkolben bewegbar ist und normalerweise durch eine Pedereinrichtung in einer ursprünglichen Position gehalten ist, jedoch zusammen oder einheitlich mit dem Kraftkolben bewegbar ist, nachdem aufgrund der Betätigung des Kraftkolbens die Eelativbewegungs-Strecke auf Null reduziert worden ist, weiterhin durch ein Steuerventil, welches zwischen dem Steuerkolben und dem Eingangsglied angeordnet und durch eine Belatiwerschiebung dieser beiden Teile betätigbar ist, um den Druckunterschied in den beiden Kammern auf entgegengesetzten Seiten des Kraftkolbens zu steuern, sowie durch einen Zwischenmechanismus zur Übertragung einer von dem Steuerkolben und dem Eingangsglied ausgeübten Kraft, wobei eine Relatiwerschiebung dieser Teile ermöglicht ist, und durch einen Krafthebel, der an einem seiner Enden am Ausgangsabschnitt des Zwischenmechanismus anliegt, der an seinem anderen Ende am Ausgangsabschnitt des Kraftkolbens anliegt und der mit seinem mittleren Abschnitt am Ausgangsglied anliegt, um eine von dem Zwischenmechanismus und dem Kraftkolben ausgeübte Kraft zu übertragen und dabei eine Relativverschiebung dieser beiden Elemente zu ermöglichen·

Erfindungsgemäß wird also ein neuartiger Kraftverstärker geschaffen, mit dem ein gewünschter Betrag eines Ausgangshubs im anfänglichen Betriebszustand durch einen sehr kleinen Eingangshub erzielt wird und der danach eine zu herkömmlichen Kraftverstärkern identische Funktionsweise annimmt, und zwar durch eine geringfügige Änderung des Auf-

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baus von herkömmlichen Kraftverstärkern. Da dieser Kraftverstärker eine große Verminderung des Betätigungshubs des Bremsmechanismus herbeiführt, kann er insbesondere auf dem Gebiet von Fahrzeugbremsen sehr nützlich sein, wenn die Betätigung in einem begrenzten kleinen Raum und bei leichter Berührung ausgeführt werden muß·

Die Erfindung betrifft also einen Kraftverstärker mit der Eigenschaft des "Hubspringens". Bei dieser Art von Kraftverstärker ist ein Kraftkolben, der durch den Unterschied des auf seine beiden Seiten einwirkenden Fluiddruckes betätigt ist, derart aufgebaut, daß er sich innerhalb eines gewissen begrenzten Abstandes verschiebt, und zwar in Relation zu einem Steuerkolben mit einem eingebauten Steuerventil zur Steuerung des Fluiddruckes.

Zwischen dem Ausgangsglied des Kraftverstärkers und den beiden Kolben, d.h. dem Kraft- und dem Steuerkolben, ist ein Krafthebel angeordnet, der an seinen beiden Enden am Ausgangsabschnitt der beiden Kolben anliegt und an seinem HLttelabschnitt am Ausgangsglied, um die Bewegung beider Kolben auf das Ausgangsglied zu übertragen, und dabei eine Relativbewegung der beiden Kolben zu ermöglichen. Der Ausgangshub dieses Kraftverstärkers kann größer gemacht werden als der Eingangshub, und zwar mittels der Relativbewegung des Kraftkolbens und des Steuerkolbens·

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 einen seitlichen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftverstärkers;

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des in Fig. 1 dargestellten Kraftverstärkers;

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J¹Ig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Seils der Fig. 1; -and

Pig· 4 eine teilweise geschnittene Seitenansient eines Kraftverstärkers gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel·

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anwendung der Erfindung in einem Unterdruck-Kraftverstärker für eine nydrauliscne Bremsbetätigungsvorrichtung eines Fahrzeugs. Dieser TJnterdruck-Verstärker 100 verstärkt die Eingangsgröße, die von einem Bremspedal 101 an eine Betätigungsstange 1, ein Eingangsglied, angelegt wird, so daß die verstärkte Kraft am Ausgang von einer Schiebestange bzw. Druckstange 2, einem Ausgangsglied, an den Hauptzylinder 102 abgegeben wird. Der im Hauptzylinder 102 erzeugte hydraulische Druck wird auf eine Vorderradbremse 104 und eine Hinterradbremse 105 zur Betätigung dieser Bremsen 104, 105 übertragen.

Der Unterdruck-Verstärker 100 ist mit einem luftdichten Gehäuse 5 versehen, welches durch einen Kraftkolben 4 vom Membrantyp in zwei Teile unterteilt ist, wie in der Fig.1 dargestellt. Einer der beiden Teile (die vordere Kammer des Kraftkolbens 4) ist eine Konstantdruck-Kammer 6, die über eine Rohrverbindung 5 mit einem Rückschlagventil an eine Unterdruckquelle, wie das Einlaß-Sammelrohr des Motors, eine Vakuumpumpe, usw. angeschlossen ist4 die andere (hintere Kammer des Kraftkolbens 4) ist eine Kammer 7 mit variablem Druck, die selektiv über ein später beschriebenes Steuerventil mit der Konstantdruck-Kammer oder der Umgebungsatmosphäre verbunden ist. Der Kraftkolben 4 ist durch eine Rückholfeder 8 konstant nach rechts in der Fig. 1 vorgespannt, so daß er in einer ursprünglichen Position gehalten ist und an der inneren Oberfläche des Gehäuses 3 anstößt, jedoch mit der Ausnahme, daß er nach links (vorwärts) unter Überwindung

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der Federkraft der Rückholfeder 8 verschoben wird, wenn der Druckunterschied zwischen der Konstantdruck-Kammer 6 und der Kammer 7 mit variablem Druck einen vorbestimmten Wert überschreitet. In einer axial im mittleren !Teil des Kraftkolbens geformten Durchgangsbohrung ist ein Steuerkolben 9 mit zylindrischer Gestalt gleitend eingepaßt, der aus einem Hauptkörper 11 und einem damit verschraubten Hilfsglied 12 zusammengesetzt ist. Ein am äußeren Umfang des Hilfsgliedes 12 geformter flanschförmiger Anschlag 10 und ein am inneren Umfang der Durchgangsbohrung des Kraftkolbens 4 geformter Flanschabschnitt 4a stehen einander mit einem bestimmten Abstand C gegenüber. Zwischen dem Steuerkolben 9 und dem Kraftkolben 4 ist eine Druckfeder 15 angebracht, die den Steuerkolben 9 mit ihrer Federkraft in einer ursprünglichen Position hält, in welcher ein Flanschabschnitt 9f des Steuerkolbens 9 an der inneren Oberfläche des Gehäuses 3 anliegt. Die Federkraft dieser Kompressionsfeder 13 ist derart gewählt, daß sie geringfügig großer ist als die den Steuerkolben 9 nach links vorspannende Kraft, die aus dem Unterschied des Druckes besteht, der auf die entgegengesetzten Seiten des Steuerkolbens 9 einwirkt, und zwar sogar dann, wenn die Kompressionsfeder 13 in ihrem am weitest gedehnten Zustand ist, bei dem wegen der Betätigung des Kraftkolbens 4 durch den Druckunterschied zwischen der Konstantdruck-Kammer 6 und der Kammer 7 mit variablem Druck der Flanschabschnitt 4a an dem Anschlag 10 anliegt. Im zentralen Teil des Steuerkolbens 9 ist eine abgestufte Bohrung geformt, die aus einer Bohrung 9a mit großem Durchmesser und einer Bohrung 9b mit kleinem Durchmesser besteht, wobei in die erstere Bohrung eine Beaktionsscheibe 14 und ein Zwischenkolben 15 als Glied mit großem Durchmesser und in die letztere ein Ventilstößel 16 als Glied mit geringem Durchmesser eingepaßt sind. Die Eeaktionsscheibe 14, die aus einem weichen Material, wie Gummi, weichem Kunstharz oder ähnlichem besteht, überträgt die τοη dem Ventilstößel 16 und dem Steuerkolben 9 ausgeübte Kraft über den Zwischen-

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kolben 15 auf einen nachfolgend beschriebenen Krafthebel 17 t und erlaubt dabei eine Relativbewegung zwischen dem Ventilstößel 16 und dem Steuerkolben 9. Die Reaktionsscheibe 14 und der Zwischenkolben 15 bilden zusammen einen Zwischenmechanismus 20. Der Ventilstößel 16 ist an der Spitze der Betätigungsstange 1 befestigt, so daß er zusammen mit dieser bewegbar ist. Die Betätigungsstange 1 ist durch die Druckfedern 18 und 19 konstant in Rückwärts- oder Rückziehrichtung (nach rechts in der Fig. 1) vorgespannt.

Auf dem Steuerkolben 9 ist ein erster Ventilsitz 9c und auf dem Ventilstößel 16 ist ein zweiter Ventilsitz 16a geformt. Gegenüberliegend zu diesen beiden Ventilsitzen ist ein Ventilteller bzw. Ventilglied 21 angeordnet, das keiner weiteren Erläuterung bedarf, da es bekannt ist. Es ist durch eine Druckfeder 18 gegen die beiden Ventilsitze 9c, 16a vorgespannt und stellt somit zusammen mit dem ersten Ventilsitz 9c ein Unterdruckventil und zusammen mit dem zweiten Ventilsitz 16a ein Luftventil dar. In der Fig. 1 ist der erste Ventilsits 9c im Abstand zum Ventilteller 21 angeordnet und der zweite Ventilsitz 16a steht in Kontakt mit dem Ventilglied, um das Vakuumventil zu öffnen und das Luftventil zu schließen, so daß die Kammer 7 mit variablem Druck über einen Verbindungsdurchgang 9d, einer Zwischenkammer 22, das Vakuumventil und einen Verbindungsdurchgang 9e mit der Konstantdruck-Kammer 6 verbunden ist, jedoch abgetrennt oder isoliert von der Umgebungsatmosphäre. Wenn die Betätigungsstange 1 nach links (in der Fig. 1) geschoben wird, so daß der zweite Ventilsitz 16a von dem Ventilglied 21 gelöst wird und in Berührung mit dem ersten Ventilsitz 9c tritt, dann wird die Kammer 7 mit variablem Druck von der Konstantdruok-Kammer 6 abgetrennt (isoliert) und tritt über einen Durchgang 25 mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung. Mit anderen Worten besteht ein Steuerventil 2M- zur Steuerung des Druckunterschieds zwischen der Kammer ? mit variablem Druck und der Konstantdruck-Kammer 6 aufgrund der

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Relativbewegung (Verschiebung) des Steuerkolbens 9 und der Betätigungsstange 1, aus drei Elementen, d.h. dem ersten Ventilsitz 9c, dem zweiten Ventilsitz 16a und dem Ventilglied 21.

Obwohl die Ausgangsgröße des Zwischenmechanismus 20 auf den Krafthebel 17 übertragen wird, wie bereits erläutert, wird die Ausgangsgröße des Kraftkolbens 4 ebenfalls auf den Krafthebel 17 übertragen, so daß folglich die Kraftsumme der beiden Ausgangsgrößen auf die Druckstange 2 übertragen wird. Sie wird also die Ausgangsgröße des Ühterdruck-Verstärkers 100. Der Krafthebel 17 liegt an seinem ersten Eingangsende 17a am Ausgangsvorsprung 15a des Zwischenkolbens 15 an und an seinem zweiten Eingangsende 17b an einem Ausgangs-Metallpaßstück 4b, welches in den Kraftkolben 4 eingebettet ist, sowie an seinem mittleren Abschnitt an einem Eingangsvorsprung 2a der Druckstange 2, so daß die Summe der Ausgangsgröße von dem Kraftkolben 4 und dem Zwischenmechanismus 2 an die Druckstange 2 übertragen wird, und dabei eine Relativbewegung des Kraftkolbens 4 und des Zwischenmechanismus 20 ermöglicht ist. Obwohl in der Pig. 1 nur ein Krafthebel dargestellt ist, sind bei diesem Ausführungsbeispiel tatsächlich drei vorhanden, und zwar um Jeweils 120° zueinander versetzt. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet ein Glied zur Verhinderung des Lösens des Krafthebels 17» das gleichzeitig der Rückholfeder 8 als Sitz dient.

Das Bezugsseichen 26 bezeichnet eine Staubkappe und mit 27, 28 und 29 sind jeweils Dichtungen bezeichnet. Die Bezugszeichen 31 und 32 bezeichnen einen Filter. Ein Anschlagglied 33 ist am Steuerkolben 9 befestigt und steht mit einem Teil des Ventilstößels 16 im Eingriff, wobei es gleichzeitig die Relativbewegung zwischen diesen Teilen begrenzt.

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Hit Bezug auf die I?ig. 2 wird nun der Betrieb des Verstärkers 100 erläutert. In der Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Eingangsgröße und der Ausgangsgröße des Ühterdruck-Verstärkers 100 dargestellt. Der zweite (II) und der vierte (IV) Quadrant zeigen jeweils die Beziehung zwischen der Eingangskraft und der Ausgangskraft bzw. zwischen dem Eingangshub und dem Ausgangshub in bezug auf den Unterdruck Verstärker 100 selbst. Andererseits zeigt der dritte (III) Quadrant die Beziehung zwischen dem Hub und der Belastung im hydraulischen Bremsmechanismus (zusammengesetzt aus dem Hauptzylinder 102, der Vorderradbremse 104- und der Hinterradbremse 105), also einem Mechanismus, der unter dem Einfluß des Verstärkers 100 steht, wobei die dargestellte Kurve dem allgemeinen Verlauf entspricht.

Zunächst werden in das Diagramm ausgehend von einem gegebenen Punkt auf der Kurve im dritten (III) Quadrant jeweils gerade parallele Linien zur Ordinate und zur Abszisse gezogen; dann zieht man wiederum jeweils eine gerade parallele Linie von den Schnittpunkten mit der entsprechenden charakteristischen Linie im zweiten (II) und im vierten (IV) Quadranten zu der Abszisse und zur Ordinate, so daß man einen Schnittpunkt der letzten beiden geraden Linien findet. Wenn man die vielen Schnittpunkte, die man nacheinander in ähnlicher Weise erhält, miteinander verbindet, ergibt sich eine charakteristische Kurve im ersten (I) Quadrant. Diese charakteristische Kurve bezeichnet die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Eingangshub und der Eingangskraft eines Unterdruck-Verstärkers 100, wenn dieser die im zweiten (II) und vierten (IV) Quadranten ©zeigten charakteristischen Kurvenverläufe aufweist und einen hydraulischen Bremsmechanismus betätigt, der die im dritten (III) Quadranten gezeigten Eigenschaften hat. Je näher der im ersten (I) Quadranten gefundene Schnittpunkt, der einem gegebenen Punkt auf der charakteristischen Kurve des dritten (III)

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Quadranten entspricht, am Schnittpunkt der Koordinaten (Ursprung) liegt, umso "besser ist das Bremsbetätigungs-"Gefühl" für den Fahrer.

Im unbetätigten Zustand des Verstärkers 100 ist jedes seiner Teile wie in der Pig. 1 gezeigt positioniert, d.h., daß die Betätigungsstange 1 unter der Einwirkung der Druckfedern 18, 19 in einer zurückgezogenen Stellung gehalten ist; die Kammer 7 mit variablem Druck steht mit der Konstantdruck-Kammer 6 in Verbindung, so daß die beiden Seiten des Kraftkolbens 4· auf identischem Druck gehalten sind, da das Ventilglied 21 von dem ersten Ventilsitz 9c beabstandet ist. Folglich wird der Kraftkolben 4- gegen die innere Oberfläche des Gehäuses 3 aufgrund der Wirkung der Rückholfeder 8 gedrückt und der Steuerkolben 9 wird durch die Druckfeder 13 ebenfalls gegen die innere Oberfläche des Gehäuses 3 gedrängt. Wenn in diesem Zustand das Bremspedal 101 gedrückt wird, dann wird die Betätigungsstange 1 (nach links in der Fig. 1) vorgeschoben und gleichzeitig der Ventilstößel 16 und das Ventilglied 21 nach vorwärts geschoben, so daß folglich die Kammer 7 mit variablem Druck aufgrund des Kontaktes des Ventilglieds 21 mit dem ersten Ventilsitz 9c von der Konstantdruck-Kammer 6 getrennt wird. Der Hub der Betätigungsstange 1 ist zu diesem Zeitpunkt ein sogenannter Leerlaufhub, der in der Fig.2 mit A bezeichnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbleibt sogar zu diesem Zeitpunkt, wenn die Betätigungsstange 1 durch den Anfangshub vorgeschoben worden ist, ein kleines Spiel (Abstand) B übrig zwischen dem Ventilstößel 16 und der Reaktionsscheibe 14, die beide in einem nichtberührenden Zustand bleiben, wie in der Fig. 3 zu sehen ist.

Wenn die Betätigungsstange 1 weiter vorgeschoben wird, nachdem das Ventilglied 21 in Berührung mit dem ersten Ventilsitz 9c geraten ist, dann steht der zweite Ventilsitz 16a im Abstand zum Ventilglied 21, so daß die Kammer 7 mit variab-

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lern Druck mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht und Luft in sie einströmen kann, so daß der Druck ansteigt» Dadurch wird der Druck auf den entgegengesetzten Seiten des Kraftkolbens 4 verschieden oder ungleich, so daß der Kraftkolben 4 entgegen der Kraft der Rückholfeder 8 rasch vorgeschoben wird, um den Krafthebel 17 um den Ausgangsvorsprung 15a des Zwischenkolbens 15 als Gelenkpunkt zu drehen. Die Druckstange 2, die am mittleren Teil des Krafthebels 17 anliegt, wird folglich vorgeschoben. Der Steuerkolben 9 bleibt unabhängig von dem Vorschub des Kraftkolbens 4 stationär und wird im Anschlag an der inneren Oberfläche des Gehäuses 3 mit seinem Planschabschnitt 9£ gehalten. Somit verläuft die das Verhältnis zwischen dem Eingangshub und dem Ausgangshub im vierten (IV) Quadranten der Fig. 2 bezeichnende charakteristische Kurve parallel zur Ordinate. Diese Erscheinung wird nachfolgend in diesem Zusammenhang als "Hubsprung" bezeichnet.

Wenn die Druckstange 2 vorgeschoben wird, um den Kolben des Hauptzylinders 102 zu verschieben, dann wird der Druck hierin angehoben und folglich eine die Druckstange 2 zurückschiebende Reaktionskraft erzeugt. Diese Kraft wird über den Krafthebel 17 auf den Kraftkolben 4 und den Zwischenkolben 15 übertragen. Obwohl die auf den Zwischenkolben 15 übertragene Kraft andererseits mittels der Reaktionsscheibe 14 auf den Steuerkolben 9 übertragen wird, wird sie letztlich vom Gehäuse 3 aufgenommen, da der Steuerkolben 9 fortwährend an der inneren Oberfläche des Gehäuses 3 anliegt. Da nun der Ventilstößel 16 ohne Berührung mit der Reaktionsscheibe 14 stillsteht, wird die Betätigungsstange 1 durch keine andere Kraft als die Federkraft der Druckfedern 18, 19 beaufschlagt, so daß kein Anstieg der Eingangskraft erfolgt ist.

Die charakteristische Kurve, die die Beziehung zwischen der Eingangskraft und d«r Ausgangskraft im zweiten (II) Quadranten der Fig. 1 zeigt, verläuft parallel zur Abszisse. Diese

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Erscheinung wird nachstehend in diesem Zusammenhang als "Kraftsprung" bezeichnet.

Wenn der Kraftkolben 4 um die Strecke 0 vorgeschoben ist, dann stößt sein Flanschabschnitt 4a am Anschlag 10 an, so daß nunmehr eine einheitliche Bewegung des Kraftkolbens 4 und des Steuerkolbens 9 hervorgerufen wird. Zum Zeitpunkt des Anstoßens des Flanschabschnitts 4a am Anschlag 10, beginnt der Ventilstößel 16 die Reaktionsscheibe 14 zu berühren, da das Spiel zwischen beiden Teilen derart gewählt oder konstruiert wurde.

Nach dem Beginn der einheitlichen bzw. gemeinsamen Bewegung des Kraftkolbens 4 und des Steuerkolbens 9, und nach Beginn der Berührung zwischen der Reaktionsscheibe 14 und dem Ventilstößel 16, werden die an die Betätigungsstange 1 angelegte Kraft F^ und die an der Druckstange 2 erzeugte Ausgangsgröße Fg verändert, wobei eine lineare Beziehung aufrechterhalten wird, wie sie durch die folgende Gleichung gegeben ist:

F₀ = (1 + 1/r) · s . (F„ - f _Λ + (X,) - f _o

hierbei bedeuten

r : Hebelverhältnis des Krafthebels 17 (die Länge zwischen dem Kontaktpunkt mit der Druckstange 2 und dem zweiten Eingangsseitenende wird dividiert durch die Länge zwischen dem Kontaktpunkt und dem ersten Eingangsseitenende)

s : Verhältnis zwischen der Kontaktfläche der Reaktionsscheibe 14 mit dem Zwischenkolben 15 und der Kontaktfläche der Reaktionsscheibe 14 mit dem Ventilstößel (Quotient: der erstgenannte Ausdruck wird durch den letztgenannten dividiert)

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f.: federkraft der Druckfeder 18, 19

f₂: federkraft der Druckfeder 8

OC: Sprungbelastung (die in der Reaktionsscheibe 14 erzeugte Eückholkraft während der Zeit, wenn die Eeaktionsscheibe 14 in Berührung mit dem Ventilstößel 16 deformiert ist).

Der Eingangshub X^ der Betätigungsstange 1 und der Ausgangshub X₂ &er Druckstange 2 verändern sich entlang der geraden Linie, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

X₁ = X₂ + A - 0/(1 + r)

hierbei bedeuten

A : Leerlaufhub

G : der maximale Abstand (Spiel) zwischen dem flanschabschnitt 4a und dem Anschlag 10 (anfänglicher Abstand)·

Der Eingangshub der Betätigungsstange 1 und ihre Eingangskraft verändern sich also gemäß dem Verlauf, wie er mit der durchgezogenen Linie im ersten (I) Quadranten der fig. 2 gezeigt ist; dies bedeutet eine Verminderung des Eingangshubes um einen großen Betrag im Vergleich mit einem fall, bei dem kein "Hubsprung" auftritt. Wie aus dieser gleichen figur klar entnehmbar ist, ist das Bremsgefühl in diesem fall ganz ausgezeichnet, da der Eingangshub im wesentlichen proportional zur Eingangskraft verläuft.

Der Betriebszustand beim Drücken des Bremspedals 101 wurde vorstehend bereits im einzelnen erläutert· Ein vollständig umgekehrter Durchlauf wird ausgeführt, wenn das Bremspedal 101 gelöst wird, so daß es in den in der fig, 1 gezeigten Zustand zurückkehrt.

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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls vorgesehen, daß ein Kraftsprung zusätzlich zu dem Hubsprung erfolgt, so daß eine neuartige Erscheinung der Erzeugung des Eingangshubes, der nahezu proportional zur Eingangslast ist, erzielt wird, die nicht lediglich auf die Verminderung des Eingangshubes beschränkt ist. Sogar wenn der Kraft sprung nicht erzeugt wird, kann die Wirkung einer Eingangshub-Verminderung erwartet werden, wie in der unterbrochenen Linie in Fig. 2 gezeigt.

Mit Bezug auf die Pig. 4 wird nun kurz ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Rückholfeder 36 des Kraftkolbens 35 nicht direkt auf den Kraftkolben 35 einwirkt, sondern indirekt über den Krafthebel 37» so daß sich ein unterschied zum vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ergibt· Bei diesem Aufbau kann die Rückholfeder 36 gleichzeitig die funktion erfüllen, welche die Druckfeder 13 ia vorher erläuterten Ausführungsbeiepiel beim Zurückhalten des Steuerkolbens in seiner ursprünglichen Position während des Anfangsstadiums des Brenshubes erfüllt. Da die übrigen Teile dem vorherigen Ausführungsbeispiel fast gleich sind, wird eine weitere Erläuterung der Einzelheiten weggelassen.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens liegt auch ein Kraftverstärker, der anstelle der TJnterdruckquelle der erläuterten Ausführungsbeispiele eine positive Druckquelle verwendet. In diesem Fall ist jedoch die Konstantdruck-Kammer fortwährend der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt und eine positive Druckquelle 106 ist mit dem Durchgang 23 verbunden, wie in der Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.

Es soll zusätzlich angemerkt werden, daß der erfindungsgemäße Kraftverstärker nicht auf die Verwendung mit einem Bremsbetätigungsmechanismus beschränkt ist.

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Claims

Patentansprüche:

1. Kraftverstärker zur Verstärkung einer an ein Eingangsglied angelegten Eingangskraft, um diese nach Verstärkung mittels eines Hydraulikdrucks ausgangsseitig abzugeben, gekennzeichnet durch einen Kraftkolben, der derart angeordnet ist, daß er eine Kammer innerhalb eines luftdichten Gehäuses in zwei Kammern aufteilt, der durch Federeinrichtungen in eine ursprüngliche Position vorgespannt ist und der aufgrund des Druckunterschieds in den beiden auf entgegengesetzten Seiten des Kraftkolbens gelegenen Kammern entgegen der Wirkung der Feuereinrichtung betätigt ist, sowie durch einen Steuerkolben, der bezüglich des Kraftkolbens innerhalb eines begrenzten Abstandes relativ bewegbar ist, durch eine Federeinrichtung konstant in eine ursprüngliche Position zurückgehalten ist und einheitlich mit dem Kraftkolben bewegbar ist, nachdem die begrenzte Entfernung der relativen Bewegung aufgrund der Betätigung des Kraftkolbens auf ITuIl vermindert worden ist,

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durch, ein Steuerventil, welches zwischen dem Steuerkolben und dem Eingangsglied angeordnet ist und durch eine relative Bewegung zwischen dem Steuerkolben und dem Eingangsglied betätigt ist, um die Druckdifferenz in den beiden Kammern auf entgegengesetzten Seiten des Kraftkolbens zu steuern, durch einen Zwischenmechanismus zur Übertragung einer auf den Steuerkolben und das Eingangsglied ausgeübten Kraft, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Steuerkolben und dem Eingangsglied ermöglicht ist, und durch einen Krafthebel, der an einem Ende am Ausgangsabschnitt des Zwischenmechanismus anstößt, der an seinem anderen Ende am Ausgangsabschnitt des Kraftkolbens anstößt und der mit seinem Mittelabschnitt am Eingangsabschnitt des AusgangsglLedes anliegt, um die Ausgangsgröße von dem Zwischenmechanismus und dem Kraftkolben auf das Ausgangsglied zu übertragen, während eine Relativbewegung zwischen dem Zwischenmechanismus und dem Kraftkolben gewährleistet ist.

2, Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben gleitend in eine axial im Zentralabschnitt des Kraftkolbens geformte Durchgangsbohrung eingepaßt ist.

3· Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zwischenmechanismus aus einem Glied mit kleinem Durchmesser, welches gleitend in einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser einer abgestuften Bohrung eingepaßt ist, die axial im Zentralabschnitt des Steuerkolbens zur Aufnahme einer Kraft von dem Eingangsglied geformt ist, besteht, sowie aus einem Glied mit großem Durchmesser, welches gleitend in einen Abschnitt mit großem Durchmesser der abgestuften Bohrung eingepaßt ist und an einem Ende des Krafthebels anstößt, und aus einem Plattenteil aus weichem Material, welches in einem

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von dem Steuerkolben, dem Glied mit kleinem Durchmesser und dem Glied mit großem Durchmesser umgebenen Raum angeordnet ist, um eine Kraft von dem Steuerkolben und dem Glied mit kleinem Durchmesser auf das Glied mit großem Durchmesser mittels einer Deformation des Plattenteils zu übertragen, und dabei eine Relativbewegung zwischen dem Steuerkolben und dem Glied mit kleinem Durchmesser zu gestatten.

4-, Kraftverstärker nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer Verschiebung des Eingangsgliedes durch einen geringen Hub im anfänglichen Betriebszustand des Kraftverstärkers zur Betätigung des Steuerventils der Kraftkolben bezüglich des Steuerkolbens unabhängig von der Hubamplitude des Eingangsgliedes unverzüglich um die begrenzte Relativbewegungs-Strecke vorgeschoben wird, und daß der Eraftkolben nur zusammen mit dem Steuerkolben vorgeschoben werden kann, nachdem diese Strecke auf Null reduziert worden ist.

5. Kraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verschiebung des Eingangsgliedes durch einen geringen Hub im anfänglichen Betriebszustand des Kraftverstärkers zur Betätigung des Steuerventils der Kraftkolben relativ zum Steuerkolben unabhängig von der Hubamplitude des Eingangsgliedes augenblicklich um die begrenzte Relativbewegungs-Strecke verschoben wird, daß der Kraftkolben nur zusammen mit dem Steuerkolben vorgeschoben werden kann, nachdem diese Strecke auf Null reduziert worden ist, und daß überdies ein vorbestimmtes Spiel zwischen dem Glied mit kleinem Durchmesser und der Reaktionsscheibe aufrechterhalten wird, während der Kraftverstärker im nichtarbeitenden Zustand ist.

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6. Kraftverstärker nach Anspruch. 4- zur Verstärkung der Betätigungskraft einer hydraulischen Bremse, dadurch gekennzeichnet, daß die begrenzte Relativbewegungs-Strecke derart gewählt ist, daß diese im wesentlichen dann auf Bull reduziert wird, wenn die hydraulische Bremse tatsächlich wirksam wird.

7. Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ffedereinrichtung zur Vorspannung des Kraftkolbens in eine Ursprünglich-Position und die Federeinrichtung, die den Steuerkolben normalerweise in einer ursprünglichen Position hält, durch eine Schraubenfeder ersetzt sind, die gleichzeitig auf beide Kolben über den Krafthebel einwirkt.

8. Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die vorderseitige der beiden Kammern auf entgegengesetzten Seiten des Kraftkolbens als Konstantdruck-Kammer mit einer negativen Druckquelle verbunden ist, und daß die andere Kammer an der hinteren Seite selektiv mittels des Steuerventils mit der Konstantdruck-Kammer oder der ümgebungsatmosphäre als Kammer mit variablem Druck verbunden ist, deren Innendruck variabel ist·

9· Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die vordereeitige der beiden Kammern an entgegengesetzten Seiten des Kraftkolbens als Konstantdruck-Kammer mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist, und daß die andere Kammer an der Hinterseite selektiv mittels des Steuerventils mit der Konstantdruck-Kammer oder einer Hochdruck-Luft quelle als Kammer mit variablem Druck verbunden ist, deren Innendruck variabel ist.

10. Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kraftkolben ein Membran-Kolben ist.

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