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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung zum
unterstützten Bremsen für ein Kraftfahrzeug, die einerseits
einen mit einer Bremsflüssigkeit gefüllten Hauptzylinder, der mit
einem Haupthydraulikkolben ausgestattet ist, der dazu bestimmt
ist, eine Betätigungskraft aufzunehmen, die aus einer
Eingangskraft und einer Unterstützungskraft zusammengesetzt ist, die
alle beide längs einer axialen Richtung wirken, und
andererseits einen pneumatischen Bremskraftverstärker aufweist, der
durch Aufbringen der Eingangskraft auf eine steuerstange
gesteuert werden kann, die das Öffnen eines Ventils kontrolliert,
um die Betätigungskraft auf den Haupthydraulikkolben
aufzubringen, wobei der Bremskraftverstärker ein starres Gehäuse
aufweist, das mittels wenigstens einer beweglichen Trennwand dicht
in zwei Kammern aufgeteilt ist, die durch eine Druckdifferenz
zwischen den beiden Kammern vorgespannt werden kann, die sich
aus dem Öffnen des Ventils ergibt, und die einen bezüglich des
Gehäuses beweglichen pneumatischen Kolben antreiben kann, der
das Ventil hält und wenigstens zur Übertragung der
Unterstützungskraft beiträgt, wobei der Haupthydraulikkolben des
Hauptzylinders seinerseits einen beweglichen, hohlen Zylinder
aufweist, der mit dem Hauptzylinder in Verbindung steht,
wenigstens einen Teil der Hilfskraft aufnimmt, und in dessen Innerem
ein Sekundärhydraulikzylinder dicht und längs der axialen
Richtung gleitet, der wenigstens die Eingangskraft aufnehmen kann.
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Eine Vorrichtung dieses Typs ist aus dem Stand der Technik
wohlbekannt und beispielsweise in der US-Patentschrift
4 491 058 oder in dem Dokument FR-A-2 558 126 beschrieben.
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Eine solche Bremsvorrichtung weist den Vorteil auf, daß der für
die Steuerstange und damit für das Bremspedal verfügbare Hub
als Ergebnis der Verwendung eines gegenüber dem starren Gehäuse
beweglichen pneumatischen Kolbens relativ lang ist, was eine
notwendige Bedingung zur Gewährleistung der optimalen Kontrolle
der Verzögerung des Fahrzeugs beim Bremsen darstellt.
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Allerdings reicht diese Bedingung nicht aus, wenn sie auch
notwenig ist, und die Kontrolle ist bei den gegenwärtigen
Vorrichtungen zum unterstützten Bremsen dadurch verringert, daß zum
Erhalt des zum Einleiten der Bremsung erforderlichen
Minimaldrucks ein sehr großer Anf angshub der Steuerstange
erforderlich ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optimierte
Kontrolle der Verzögerung eines Fahrzeugs durch den Fahrer zu
ermöglichen, indem eine Vorrichtung zum unterstützten Bremsen
mit hydraulischer Reaktion vorgeschlagen wird, die zum Ausüben
einer Bremskraft geeignet ist, die in Abhängigkeit von dem Hub
der Steuerstange und damit des Bremspedals viel regelmäßiger
als bei den gegenwärtigen Vorrichtungen ansteigt.
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Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche
Trennwand derart gleitend an dem pneumatischen Kolben
angebracht ist, daß sie dazu aus einer Anfangsrelativposition, in
der sie sich längs einer Richtung, die derjenigen
entgegengesetzt ist, die zu dem Hauptzylinder zeigt, in Anlage an dem
pneumatischen Kolben befindet, in Richtung des Hauptzylinders
gleiten kann, und daß diese bewegliche Trennwand dann, wenn sie
durch eine Druckdifferenz vorgespannt ist, wenigstens indirekt
auf den beweglichen Zylinder in Richtung des Hauptzylinders
drückt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen dem
pneumatischen Kolben und der beweglichen Trennwand elastische
Mittel angeordnet, um eine elastische Kraft zu erzeugen, die dem
freien Relativgleiten dieser beweglichen Trennwand und dieses
pneumatischen Kolbens entgegenwirkt, wobei diese elastischen
Mittel beispielsweise eine Schraubenfeder aufweisen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
deutlich aus der folgenden, andeutungsweisen und in keiner Weise
einschränkenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen; darin zeigen:
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- Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Bremskraftverstärkers
nach der vorliegenden Erfindung;
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- Fig. 2 und 3 Teilschnittansichten eines Bremskraftverstäkers
nach einer Variante der vorliegenden Erfindung, der in
verschiedenen Funktionsstadien beobachtet ist; und
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- Fig. 4 eine Schnittansicht eines Bremskraftverstärkers nach
einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung.
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Soweit die Erfindung nur eine Perfektionierung für Bremssysteme
mit pneumatischer Unterstützung betrifft und der Fachmann den
allgemeinen Aufbau und die Betriebsweise dieser Systeme gut
kennt, werden diese Systeme nur rasch angesprochen, um ein
Gesamtverständnis der Perfektionierung durch die Erfindung zu
ermöglichen.
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Ein System dieses Typs weist schematisch einen
Bremskraftverstärker 1 und einen Hauptzylinder 2 auf.
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Der Bremskraf tverstärker weist seinerseits ein strarres Gehäuse
3 auf, das durch eine bewegliche Trennwand 4 dicht in zwei
Kammern 3a und 3b aufgeteilt ist, die eine Membran 4a und eine
starre Schürze 4b aufweist und einen im Inneren des Gehäuses 3
beweglichen, pneumatischen Kolben 5 antreiben kann.
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Die vordere Kammer 3a, deren Vorderseite durch den
Hauptzylinder 2 dicht geschlossen ist, ist über ein Rückschlagventil 6
ständig mit einer (nicht dargestellten) Unterdruckkammer
verbunden.
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Der Druck in der hinteren Kammer 3b wird durch ein
Dreiwegeventil 7 kontrolliert, das durch eine Steuerstange 8 gesteuert
wird, die mit einem (nicht dargestellten) Bremspedal verbunden
ist.
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Befindet sich die Steuerstange 8 in der Ruhestellung, in diesem
Fall nach rechts gezogen, dann stellt das Ventil 7 eine
Verbindung zwischen den beiden Kammern 3a und 3b des
Bremskraftverstärkers her oder kommt aus einer Position, in der diese
Verbindung hergestellt worden ist.
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Da die hintere Kammer 3b dann dem gleichen Unterdruck wie die
vorder Kammer 3a unterwofen ist, wird der Kolben 5 durch eine
Feder 9 nach rechts in die Ruhestellung zurückgedrückt.
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Durch die Betätigung der Steuerstange 8 nach links wird in
einem ersten Takt die Verschiebung des Ventils 7 derart bewirkt,
daß es die Kammern 3a und 3b gegeneinander isoliert, und dann
in einem zweiten Takt die Verschiebung dieses Ventils derart
bewirkt, daß es die hintere Kammer 3b zum Atmosphärendruck
öffnet.
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Die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern, die dann von
der Membran 4a erfaßt wird, übt auf die bewegliche Trennwand 4
eine Schubkraft aus, die dazu neigt, sie nach links zu
verschieben und es damit ermöglicht, daß sie den Kolben 5
antreibt, der sich seinerseits verschiebt und dabei die Feder 9
zusammendrückt.
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Die auf die Steuerstange 8 ausgeübte Bremskraft oder "die
Eingangskraft" und die Bremsunterstützungskraft oder die
"Unterstützungskraft", die sich aus der Schubkraft der beweglichen
Trennwand 4 ergibt, werden dann zusammen längs der Achse 10 der
Steuerstange 8 in Richtung des Hauptzylinders 2 aufgebracht und
kombiniert, um die Betätigungskraft für diesen zu bilden.
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Genauer wird die Betätigungskraft auf den Haupthydraulikkolben
11 des Hauptzylinders aufgebracht und ruft seine Verschiebung
nach links hervor (in Fig. 1), woraus sich eine Erhöhung des
Drucks der im Innenvolumen 12 des Hauptzylinders vorhandenen
Bremsflüssigkeit sowie eine damit verbundene Betätigung der
Bremse ergibt.
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Der Haupthydraulikkolben 11 ist nämlich zusammengesetzt und
weist einerseits eine beweglichen und hohlen Zylinder 13 und
andererseits einen Sekundärhydraulikkolben 14 auf.
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Das Innenvolumen 15 des beweglichen Zylinders 13 steht über
Öffnungen 16 und 17 mit dem Innenvolumen 12 des Hauptzylinders
in Verbindung, die in dem beweglichen Zylinder längs einer
axialen Richtung vorgesehen sind.
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Außerhalb des Durchflusses von Flüssigkeit, der durch diese
Öffnungen 16 und 17 zwischen dem Innenvolumen 12 des
Hauptzylinders 2 und demjenigen des beweglichen Zylinders 13
ermöglicht wird, gleitet dieser bewegliche Zylinder 13 dicht in dem
Hauptzylinder 2, wobei die Dichtigkeit dank wenigstens einer
ringförmigen Dichtung 18 erhalten ist.
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Der Sekundärhydraulikkolben 14 gleitet seinerseits im Inneren
des beweglichen Zylinders 13, den er dank einer ringförmigen
Dichtung 19 verschließt.
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Der bewegliche Zylinder 13 ist über den Ring 20 derart mit der
starren Schürze 4b verbunden, daß er wenigstens einen Teil der
über diese Schürze ausgeübten Hilfskraft aufnimmt.
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Der Sekundärhydraulikkolben 14 ist axial gegenüber einer
Schubstange 21 angeordnet, die wenigstens einen Teil der auf die
Steuerstange 8 ausgeübten Eingangskraft auf ihn übertragen
kann.
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Die bis jetzt beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt.
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Wird nach einem vorbestimmten Hub auf die Steuerstange 8 eine
Eingangskraft aufgebracht, dann öffnet das Ventil 7 die hintere
Kammer 3b des Bremskraftverstärkers zur Atmosphäre, die vorher
von der vorderen Kammer 3a isoliert war, und eine
Unterstützungskraft
wird durch die starre Schürze 4b über den Ring 20
auf den beweglichen Zylinder 13 aufgebracht. Ein solcher Hub
der Steuerstange 8 mit vorbestimmter Länge wird dadurch
möglich, daß ein bestimmtes Spiel zwischen dem vorderen Ende der
Schubstange 21 und dem hinteren Ende des
Sekundärhydraulikkolbens 14 vorgesehen ist, der ständig durch eine Feder zu dem
Hauptzylinder vorgespannt ist, die zwischen einer Schulter des
Rings 20 und einer Schulter des Sekundärhydraulikkolbens 14
angeordnet ist.
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Der Hydraulikdruck in dem Innenvolumen 12 des Hauptzylinders
steigt und baut sich durch Fließen des Hydraulikfluids durch
die Öffnungen 16 und 17 in dem Innenvolumen 15 des beweglichen
Zylinders auf und erzeugt damit an dem Sekundärhydraulikkolben
14 eine Reaktionskraft, die von der Unterstützungskraft
abhängt, der Eingangskraft entgegenwirkt und damit die Kontrolle
der ersten Kraft durch die zweite ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist die bewegliche Trennwand 4 bevorzugt über
ihre starre Schürze 4b gleitend an dem pneumatischen Kolben 5
angebracht und kann dazu in Richtung des Hauptzylinders 2 aus
einer Ruheposition gleiten, die der in Fig. 1 dargestellten
Ruheposition des Bremskraftverstärkers entspricht und in der die
Schürze 4b unter der Wirkung der Rückstellfedern des
Hauptzylinders 2 längs einer Richtung, die derjenigen entgegengesetzt
ist, die zu dem Hauptzylinder 2 zeigt, in Anlage an dem
pneumatischen Kolben 5 gelangt.
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Andererseits weisen die Schürze 4b und der pneumatische Kolben
5 gegenüberliegende Anschläge 22a bzw. 22b auf, die es
ermöglichen, daß die Schürze 4b den pneumatischen Kolben 5 erst nach
einem bestimmten Hub antreibt und möglicherweise eine
Schraubenfeder 23 oder jedes andere elastische Mittel eingefangen
wird, das dazu neigt, ein freies Gleiten dieser Schürze an dem
pneumatischen Kolben über die gesamte mögliche Bewegungslgnge
zwischen diesen beiden Teilen und einen abrupten Antrieb des
einen durch das andere zu vermeiden.
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Dank dieser Merkmale ermöglicht es die Bremsvorrichtung nach
der Erfindung, in dem Hauptzylinder 2 für jeden Hub der
Steuerstange 8 mit niedriger Amplitude im Vergleich zu den bei den
bekannten Vorrichtungen typisch erhaltenen Drücken einen
relativ hohen Druck zu erhalten.
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Dieser Effekt läßt sich wie folgt erklären.
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Die durch den Bremskraftverstärker entwickelte
Unterstützungskaft hängt von der Druckdifferenz zwischen den Kammern 3a und
3b ab, wobei diese ihrerseits von der Öffnung des Ventils 7
abhängt.
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Die Öffnung dieses Ventils hängt von der Relativbewegug
zwischen der Steuerstange 8 und dem pneumatischen Kolben 5 ab, der
ebenfalls bweglich ist und das Ventil 7 trägt.
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Indem es die Erfindung ermöglicht, daß die bewegliche Trennwand
4 zu Beginn der Betätigung des Bremskraftverstärkers zu dem
Hauptzylinder 2 vorgeschoben wird und damit den Innendruck der
darin vorhandenen Flüssigkeit zu erhöhen, ohne den
pneumatischen Kolben 5 ganz und unmittelbar anzutreiben, ermöglicht
sie, daß sich die Relativebewegung der Steuerstange 8 bezüglich
dieses Kolbens 5 der absoluten Bewegung dieser Stange 8 bezogen
auf einen festen Punkt im Raum annähert, woraus sich bei
gleichem Hub für die Steuerstange 8 das Auftreten eines höheren
Drucks im Hauptzylinder 2 ergibt.
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Sind die Anschläge 22a und 22b miteinander in Kontakt gelangt,
dann findet im Laufe der weiteren Betätigung des
Bremskraftverstärkers keine Relativbewegung zwischen der Schürze 4b und dem
Kolben 5 statt, die sich dann wie bei einem herkömmlichen
Bremskraftverstärker gemeinsam bewegen, wobei sie gegenüber dem
Stand der Technik in dem Bremszylinder 2 eine Druckdifferenz
aufrechterhalten.
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Es ist also zu sehen, daß die Erfindung den Erhalt einer
Vorrichtung zum unterstützten Bremsen ermöglicht, bei der ein Teil
des Hubs der Schürze 4b und des Haupthydraulikkolben 11 des
Hauptzylinders bezüglich des Hubs der Steuerstange 8 derart
maskiert ist, daß im Betrieb ein höherer Druck in dem
Hauptzylinder erhalten wird.
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Ein weiterer wichtiger Vorteil, den die Erfindung liefert,
liegt darin, daß der zwischen der starren Schürze 4b und dem
beweglichen Zylinder 13 angeordnete Ring 20 durch seine
Regelung, z.B. durch Schrauben oder Abschrauben, die Änderung des
Ruheabstands zwischen dem vorderen Ende der Schubstange 21 und
dem hinteren Endes des Sekundärhydraulikkolbens 14 und damit
die Regelung des Werts des Sprungs des Bremskraftverstärkers
ermöglicht, der einen wichtigen Betriebsparameter darstellt.
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In Fig. 2 und 3 sind zwei Betriebspositionen eines
Bremskraftverstärkers dargestellt, der nach einer Variante der eben
beschriebenen Ausführungsform hergestellt ist. In diesen Figuren
tragen die zu denjenigen aus Fig. 1 identischen oder analogen
Elemente die gleichen Bezugszeichen.
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Nach dieser Ausführungsvariante ist der Sekundärkolben 14 durch
die axiale Verlängerung der Schubstange 21 gebildet, die ihm
einerseits die auf die Steuerstange 8 ausgeübte Eingangskraft
und andererseits einen Bruchteil der von dem pneumatischen
Kolben 5 entwickelten Unterstützungskraft übertragen kann, wobei
diese Kräfte in an sich bekannter Weise über eine
Reaktionsscheibe 26 übertragen werden, an deren einer Seite der
pneumatische Kolben und ein von der Steuerstange betätigter Taster 24
anliegen, und deren andere Seite an einem Teller 25 anliegt,
der mit der Steuerstange 21 fest verbunden ist.
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Dieser Bremskraftverstärker gleicht völlig demjenigen von Fig.
1: wird eine Eingangskraft nach einem vorbestimmten Hub der
Schubstange 8 auf die Schubstange 8 ausgeübt, dann öffnet das
Ventil 7 die hintere Kammer 3b des Bremskraftverstirkers, die
vorher von der vorderen Kammer 3a isoliert war, an Atmosphäre,
und eine Unterstützungskraft wird durch die starre Schürze 4b
über den Ring 20 auf den beweglichen Zylinder 13 aufgebracht.
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Der Hydraulikdruck in dem Innenvolumen 12 des Hauptzylinders
steigt deutlich an, baut sich durch Fließen des Hydraulikfluids
durch die Öffnungen 16 und 17 in dem Innenvolumen 15 des
beweglichen Zylinders auf und erzeugt damit an dem
Sekundärhydraulikkolben 14 eine Reaktionskraft, die von der
Unterstützungskraft abhängt, der über die Reaktionsscheibe 23 übertragenen
Eingangskraft entgegenwirkt und die Kontrolle der
Unterstützungskraft durch die Eingangskraft mittels einer gemischten,
d.h. sowohl hydraulischen als auch mechanischen Reaktion
ermöglicht.
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Wie oben beschrieben, ist die bewegliche Trennwand 4 bevorzugt
über ihre starre Schürze 4b gleitend an dem pneumatischen
Kolben 5 angebracht und kann dazu in Richtung des Hauptzylinders 2
gleiten.
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Dieses Relativgleiten findet genauer aus einer Ruheposition,
die der in Fig. 2 dargestellten Ruheposition des
Bremskraftverstärkers entspricht und in der die Schürze 4b in diesem Fall
über den Ring 20 unter der Wirkung der Rückstellfedern des
Hauptzylinders 2 längs einer Richtung, die derjenigen
entgegengesetzt ist, die zu dem Hauptzylinder 2 zeigt, in Anlage an dem
pneumatischen Kolben 5 gelangt, bis zu einer in Fig. 3
dargestellten Position statt, in der die Schürze 4b den
pneumatischen Kolben 5 zu dem Hauptzylinder antreibt.
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Die gegenüberliegenden Anschläge 22a bzw. 22b gewährleisten,
daß die Schürze 4b den pneumatischen Kolben 5 erst nach einem
vorbestimmten Relativhub antreibt, der dem Abstand entspricht,
der diese Anschlige in der Ruhestellung trennt.
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Diese Ausführungsvariante ermöglicht es auf gleiche Weise, in
dem Hauptzylinder 2 einen bezüglich der Drücke, die alleine in
den bekannten Vorrichtungen erhalten werden, relativ hohen
Druck für jeden Hub der Steuerstange 8 mit niedriger Amplitude
zu erhalten, wobei eine Reaktionsscheibe verwendet wird.
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In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung
dargestellt, die sowohl auf den in Fig. 1 als auch auf den in
Fig. 2 und 3 beschriebenen Bremskraftverstärker anzuwenden ist.
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Wir haben nämlich gesehen, daß sich bei Betätigung der
Bremsvorrichtung nach einer ersten Betriebsphase die Einheit aus der
starren Schürze 4b und dem pneumatischen Kolben 5 in einem
Block nach links (in den Figuren) in die in Fig. 3 dargestellte
Relativposition verschiebt, wobei der Druck in der hinteren
Kammer 3b fortschreitend zunimmt.
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Ist dieser Druck gleich dem Atmosphärendruck geworden, dann ist
der Bremskraftverstärker in eine sogenannte Sättigungsphase
gelangt, und die Unterstützungskraft kann nicht mehr ansteigen
und bleibt konstant, während die Eingangskraft von dem Lenker
des Fahrzeugs noch erhöht werden kann.
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Daraus ergibt sich, daß zu Beginn dieser Sättigungsphase die
Bilanz der anwesenden Kräfte zeigt, daß die Wirkung des
Anstiegs der Eingangskraft auf die Steuerstange 8 nur darin
liegt, daß der pneumatische Kolben 5 vorgeschoben wird und die
starre Schürze 4b zurückweicht, bis sie wieder in gegenseitigen
Kontakt gelangen, so daß der pneumatische Kolben 5 die Schürze
4b zu dem Hauptzylinder antreibt.
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Während dieses Hubs des Kolbens 5 und damit der Steuerstange 8
und des damit verbundenen Bremspedals ist keine Druckerhöhung
in dem Innenvolumen 12 des Hauptzylinders aufgetreten; dieses
Phänomen nimmt der Fahrer möglicherweise als unangenehm war,
und die in Fig. 4 veranschaulichte Variante hilft dem ab.
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In dieser Figur ist zu sehen, daß das Innenvolumen 15 des
beweglichen Zylinders 13 mit dem Innenvolumen 12 des
Hauptzylinders 2 über wenigstens eine Öffnung zur Verlangsamung des Flie-
Bens von Flüssigkeit wie einen in dem Durchgang 16 angeordneten
Durchsatzbegrenzer und über wenigstens ein Rückschlagventil in
Verbindung steht, das beispielweise in dem Durchgang 17
angeordnet
ist und den Umlauf der Bremsflüssigkeit nur von dem
Hauptzylinder zu dem beweglichen Zylinder zuläßt.
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Die Einheit aus Begrenzer und Rückschlagventil bildet also
einen selektiven Durchsatzbegrenzer ohne merklichen Einfluß auf
den Betrieb des Bremskraftverstärkers vor der Sättigungsphase,
ermöglicht aber zu deren Beginn den Vorschub des beweglichen
Zylinders 13, wenn der pneumatische Kolben vorgeschoben wird,
und damit eine kontinuierliche Druckerhöhung in dem
Hauptzylinder, wenn der Lenker des Fahrzeugs weiter auf das Bremspedal
drückt.