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Vakuumbremskraftverstärker
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Die Erfindung betrifft einen Vakuumbremskraftverstärker mit einer
gegenüber dem Unterdruckgehäuse abgedichteten beweglichen Wand und einer mit einem
Bremspedal gekoppelten Kolbenstange zum Betätigen eines Steuerventils, durch welches
eine Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers wahlweise mit Unterdruck oder höherem
Differenzdruck verbindbar ist, wobei das Steuerventil einen in einem Steuerventilgehäuse
axial verschiebbaren Steuerventilkolben aufweist, der unter Zwischenschaltung eines
Reaktionselements auf das Ende einer Druckstange einwirkt, die den Kolben des Hauptzylinders
verschiebt und wobei die Kolbenstange mit dem Bremspedal in Wirkverbindung steht.
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Bei herkömmlichen Vakuumbremskraftverstärkern ist die Kolbenstange
einstückig ausgebildet und weist an ihrem dem Gerät abgewandten Ende einen Gabelkopf
auf, der seinerseits an das Bremspedal angelenkt ist. Wenn der Motor des Fahrzeugs
gestartet wird, bewirkt die Ausgangsstellung der Kolbenstange (bei nicht niedergetretenem
Bremspedal), daß sich auch der Steuerventilkolben in der. Lösestellung befindet
und das aus einer einteiligen Manschette gebildete, ringförmige, mehrere Dichtlächen
aufweisende, sogenannte Tellerventil eine Verbindung beider Arbeitskammern miteinander
herstellt, so daß sich beiderseits des Verstärkerkolbens ein Unterdruck einstellt
und der Verstärkerkolben von der Gerätefeder in seine Ausgangsstellung an der pedalseitigen
Stirnwand des Unterdruckgehäuses gedrückt wird. In dieser Stellung des Verstärkerkolbens
sind
die Bremsleitungen drucklos, so daß das Fahrzeug ungebremst rollen kann.
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Wird das Bremspedal niedergedrückt, dann erfolgt ein Öffnen des Außenluftdurchgangs,
wobei sich das federbelastete, die Kolbenstange umgreifende'Tellerventil auf einen
ringförmigen Sitz am Stuerventilgehäuse aufsetzt und damit für eine Trennung beider
Arbeitskammern voneinander sorgt, während sich der Steuerventilkolben mit seinem
ringförmigen Sitz durch die Bewegung der Kolbenstange vom Tellerventil abhebt, so
daß die Außenluft an der Kolbenstange vorbei und durch die zentrale Öffnung des
Tellerventils hindurch in die pedalseitige Arbeitskammer strömt.
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Dieses bekannte, mit einem Tellerventil arbeitende Steuerventil hat
den Nachteil, daß es infolge der rechtwinkligen Ablenkung des bei Bremsbetätigung
in die Arbeitskammer einströmenden Außenluftstromes Geräusche erzeugt, die für den
Fahrer des Kraftwagens eine Belästigung darstellen.
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Darüber hinaus arbeitet das Steuerventil nicht ohne Leerweg-Verluste,
d.h., daß der Übergangsbereich, in dem das Tellerventil den Vakuumanschluß der Arbeitskammer
verschließt, relativ unbestimmt ist, so daß sich verschiedene Bremskraftverstärker
des gleichen Typs bei gleicher Nolbenstangenstellung in unterschiedlichen Arbeitsstellungen
befinden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumbremskraftverstärker
mit einem Steuerventil zu schaffen, das weitgehend geräuschfrei ist, schnell anspricht
und schnell löst und mit genau definierten Steuerwegn arbeitet, dessen Montage einfach
zu bewerkstelligen ist
und dessen Herstellung infolge weniger und
einfacher Einzelteile bedeutend billiger ist als bei herkömmlichen Bremsgerätcn
mit Tellerventil.
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Erindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Steuerventilkolben
zwei Steuerkanten aufweist, von denen die eine Steuerkante eine die Verbindung vom
Außenluftdurchgang zur Arbeitskammer herstellende, im Steuerventilgehäuse angeordnete
Ventilöffnung steuert und die andere Steuerkante eine die Verbindung von einem mit
der Vakuumquelle korrespondierenden Ventilraum zur Arbeitskammer herstellende Ventilöffnung,
wobei der Abstand von der einen zur anderen Steuerkante mindestens dem Abstand der
bremspedalseitigen Kante der Ventilöffnung zur hauptzylinderseitigen Kante der Ventilöffnung
entspricht.
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Vorzugsweise weist der Steuerventilkolben mindestens eine Dichtmanschette
oder einen Dichtring auf, der eine der Steuerkanten bildet. Bei einer bevorzugten
Ausführunsform weist die den Steuerkolben umgreifende Dichtmanschette oder Dichtring
eine sich radial nach außen zu erstreckende, an der Innenwand der Bohrung für den
Steuerventilkolben anliegende Dichtkante oder Dichtlippe auf.
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Mit Vorteil ist der Steuerkolben mit einem zwei Steuerkanten aufweisenden,
den Steuerventilkolben umgreifenden Dichtring versehen, wobei die beiden Steuerkanten
von sich radial nach außen zu erstreckenden Rippen oder Stegen gebildet sind, deren
Abstand zueinander etwa der Breite einer mit diesen zusammenwirkenden in die Bohrung
für den Steuerventilkolben einmündenden Ventilöffnung entspricht.
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In einer alternativen Ausführungsform hat der Dichtring oder die Dichtmanschette
einen das pedalseitige Ende des Steuerventilkolbens übergreifenden, der sich radial
nach innen zu bis an den Schaft der Kolbenstange erstreckt und diesen dichtend umschließt.
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Um eine gute Abdichtung zwischen dem Steuerventilkolben und der Innenwand
der Bohrung für. den Steuerkolben zu gewährleisten, ist mit Vorteil eine in die
Innenwandung der Bohrung für den Steuerventilkolben eingeschnittene Ringnut mit
einem in diese eingesetzten, mit dem Steuerventilkolben zusammenwirkenden Dichtring
vorgesehen, dessen sich radial nach innen zu erstreckende Lippe, Wulst oder Rippe
eine mit dem Ventilkolben zusammenwirkende Dichtkante bildet.
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Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu.
Zwei davon sind in den anhängenden Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Bremskraftverstärker mit einem als Schieber-Ventil
ausgebildeten, zwei Ventilöffnung enthaltenden Steuerventilgehäuse und Fig. 2 einen
Längsschnitt durch einen ähnlichen Bremskraftverstärker, bei dem jedoch der Steuerventilkolben
mit doppellippigen Dichtelement nur eine einzige Ventilöffnung steuert.
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Der Bremskraftverstä.rker gemäß Fig. 1 weist ein aus den Gehäuseschalen
41, 42 bestehendes Unterdruckgehäuse 1 auf, das durch eine axial bewegliche Wand
2 in eine Arbeitskammer 3 und eine Unterdruckkammer 4 unterteilt ist. Die axial
bewegliche Wand 2 besteht aus einem aus Blech tiefgezogenenen Membranteller 5 und
einer daran anliegenden flexiblen Membrane 6, die nicht näher dargestellt zwischen
dem äußeren Umfang des Membrantellers 5 und dem Unterdruckgehäuse 1 eine Rollmembran
als Abdichtung bildet.
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Ein durch eine Kolbenstange 8 betätigbares Steuerventil 9 weist einen
mit der Kolbenstange 8 verbundenen Steuerventilkolben 10 auf, der in einem Steuerventilgehäuse
11 Ventilöffnungen 29, 30 in der Weise freigibt, daß die Arbeitskammer 3 in der
dargestellten, nicht betätigten Stellung mit der Unterdruckkammer 4 über seitlich
im Steuerventilgehäuse 11 verlaufende Luftführungskanäle 12 verbunden ist, die stirnseitig
am Umfang des Steuerventilgehäuses 11 ausmünden. Bei einer Betätigung des Steuerventils
9, d.h. bei einer axialen Verschiebung der Kolbenstange 8 wird die Verbindung von
der Unterdruckkammer 4 zur Arbeitskammer 3 unterbrochen; die Arbeitskammer 3 wird
mit der Atmosphäre verbunden, so daß sich die bewegliche Wand 2 zur Unterdruckkammer
4 hin bewegt.
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Die Bremskraft wird über eine in einer stirnseitigen Vertiefung des
Steuerventilgehäuses 11 aufgenommenen, yurnmielastische Reaktionsscheibe 13 und
über eine Druckstange 14, die einen opfflansch 15 aufweist, auf einen Betätigungsskolben
eines (nicht dargestellten) Hauptzylinders der Bremsanlage übertragen, der am unterdruckseitigen
Ende des Bremskraftverstärkers angebracht ist.
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Eine Druckfeder 16, die sich an der einen Stirnwand 7 des Unterdruckgehäuses
1 und an einem Flansch 17 abstützt, hält die bewegliche Wand 2 in der gezeigten
Ausgangsstellung.
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Ein aus Blech bestehender Führungsteller 20 ist am Steuerventilgehäuse
11 festgelegt. Der E'ührungsteller 20 verhindert, daß die Druckstange 14 bei der
Demontage des Hauptzylinders herausfällt oder abknickt; der trichterförmige Teil
21 des Führungstellers 20 sichert den opfflansch 15 der Druckstange 14 in der Ausnehmung
25 des Steuerventilgehäuses 11.
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Bei Betätigung des Bremspedals wird die Kolbenstange 8 mit dem Ventilkolben
10 entgegen der Kraft der Feder 24 nach links verschoben. Dabei verschiebt die Kolbenstange
8 den Ventilkolben 10 nach links und der Luftführungskanal 12 wird verschlossen.
Im weiteren Verlauf der Bewegung bewegt sich der Ventilkolben 10 weiter nach links,
bis die Ventilöffnung 30 und damit der Außenluftdurchgang 26 geöffnet ist. Jetzt
ist für die atmosphärische Luft der Weg durch die Bohrung im Steuerventilgehäuse
11 frei, wodurch das Vakuum in der Arbeitskammer 3 abgebaut wird. Die infolge der
nun rechts und links der beweglichen Wand 2 herrschenden Druckdifferenz entstandene
Kraft verschiebt diesen entgegen der Kraft der Druckfeder 16 nach links, ebenso
die Druckstange 14 und den Kolben im Hauptzylinder. Der sich nach Überfahren der
Ausgleichbohrung durch die Primärmanschette im Hauptzylinder aufbauende Druck übt
über den Kolben und die Druckstange 14 eine Reaktionskraft
auf
die Reaktionsscheibe 13 entsprechend dem Übersetzungsverhältnis aus. Der Reaktionsdruck
wird ebenfalls auf den Ventilkolben 10 übertragen, wodurch dieser nach rechts verschoben
wird und sich dichtend über die Ventilöffnung 30 schiebt. Damit sind der Luftführungskanal
12 und Außenluftdurchgang 26 geschlossen. Der Ventilkolben 10 hat hiermit seine
sogenannte Bereitschaftsstellung eingenomrnen.
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Bei Vollbremsung erfolgt die ständige Öffnung des Außenluftdurchganges
26, wodurch sich die maximal erreichbare Druckdifferenz an der beweglichen Wand
2 und damit der maximale Unterstützungsdruck einstellt. Der Aussteuerdruck des Gerätes
ist hiermit erreicht. Noch größerer Druck im Hauptzylinder kann jetzt nur noch durch
zusätzliche Kraft auf die Kolbenstange 8 durch die Fahrerfußkraft erzielt werden.
Bei vollkommener Zurücknahme des Bremspedals kehrt der Ventilkolben 10 in seine
Ausgangsstellung zurück, wobei der Außenluftdurchgang 26 bzw. die Ventilöffnung
30 geschlossen und der Vakuumdurchgang 12, 27, 29 ständig geöffnet ist. Infolge
des sich zwangsläufig damit ergebenden Vakuumausgleichs an der beweglichen Wand
2 wird auf diesen keine Kraft mehr ausgeübt und die Rückstellkraft der Feder 16
reicht aus, diesen in seine Lösestellung zurückzubringen. Damit kehrt auch der Kolben
des Hauptzylinders in seine Lösestellung zurück.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Steuerkolben 31 nicht,
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, mit einer einzigen Dichtmanschette 32
versehen, sondern mit zwei Dichtringen 33, 34, deren Steuerkanten 39, 40 an der
Innenwand
des Ventilraums 35 anliegen, wobei der Abstand b2, den die beiden Dichtlippen voneinander
aufweisen, mindestens der Breite d der mit der Arbeitskammer 3 verbundenen Ventilöffnung
36 entspricht. In der in Fig. 2 dargestellten Stellung des Steuerventilkolbens 31
schließt die Dichtlippe bzw. die Steuerkante 40 des Dichtrings 34 den Außenluftdurchgang
38 von der Ventilöffnung 36 und damit von der Arbeitskammer 3 ab, während die Dichtkante
39 des Dichtrings 33 den Ventilraum 35 mit der Ventilöffnung 36 um die Schlitzbreite
c öffnet. Wird nun im Falle einer Bremsbetätigung die Kolbenstange 8 in Pfeilrichtung
B und damit auch der Steuerventilkolben 31 verschoben, dann schließt nach Überwindung
der Schlitzbreite c der Dichtring 33 die Verbindung vom Ventilraum 35 zur Ventilöffnung
36 ab, während im gleichen Augenblick der Dichtring 34 die Verbindung des Außenluftdurchlaßes
38 zur Ventilöffnung 36 öffnet. Der Vorteil der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
von Steuerventilen gegenüber herkömmlichen Ausführungen mit Tellerventilen besteht
darin, daß genau definierte Steuerwege und Überströmquerschnitte vorhanden sind,
so daß ein schnelles und besonders geräuscharmes Ansprechen des Vakuum-Bremskraftverstärkers
erzielt wird. Durch eine zweckmäßige Anordnung und Auslegung der Ventilöffnungen
29, 30 bzw. 36 ist eine Optimierung des "Leerweges" des Verstärkers möglich. Die
Montage des Steuerventilkolbens 10 bzw. 31 ist besonders einfach, da dieser zusammen
mit der Kolbenstange 8 lediglich in Pfeilrichtung in das Steuerventilgehäuse 11
bzw.
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23 eingeschoben wird.
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Die in Fig. 2 dargestellte Feder zum Rückstellen der Kolbenstange
8 bzw. des Steuerventilkolbens 31 kann zur Vereinfachung
des Aggregats
auch durch eine Feder ersetzt werden, die den Steuerventilkolben umgreift und die
sich einerseits an der Schulter des Steuerventilkolbens 31 oder auf dem Dichtring
33 und andererseits an dem Steuerventilgehäuse 23 im Bereich der Bohrung für den
Steuerventilkolben 31 abstützt.
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Auflistung der Einzelteile 1 Unterdruckgehäuse 2 axial bewegliche
Wand 3 Arbeitskammer 4 Unterdruckkammer 5 Membranteller 6 flexible Membrane 7 Stirnwand
8 Kolbenstange 9 Steuerventil 10 Steuerventilkolben 11 Steuerventilgehäuse 12 Luftführunskanal
13 Reaktionsscheibe 14 Druckstange 15 Kopfflansch 16 Druckfeder 17 Flansch 18 Steuerkante
19 Steuerkante 20 Führungsteller 21 trichterförmiges Teil 22 Steuerventil 23 Steuerventilgehäuse
24 Feder 25 Ausnehmung 26 Außenluftdurchgang 27 Kanal 28 Ventilraum 29 Ventilöffnung
30 Ventilöffnung 31 Steuerventilkolben 32 Dichtmanschette 33 Dichtring 34 Dichtring
35 Ventilraum 36 Ventilöffnung 37 Innenwand 38 Außenluftdurchgang 39 Steuerkante
40 Steuerkante 41 Gehäuseschale (hauptzylinderseitig) 42 Gehäuseschale (pedalseitig)
43 Innenwand 44 Dichtring