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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Bremsunterstützungsvorrichtung für Motorfahrzeuge, mit einem
Hauptzylinder einerseits, der mit einem Primär- und einem
Sekundärkreis versehen ist, welche mit einer Bremsflüssigkeit
befüllt sind, und der einen hydraulischen Haupt- und
Nebenkolben aufweist, die dazu bestimmt sind, eine
Betätigungskraft aufzunehmen, die sich aus einer
Eingangskraft und einer Unterstützungskraft zusammensetzt,
welche beide in axialer Richtung wirken, und mit einem
pneumatischen Servomotor zur Bremsunterstützung andererseits,
welcher durch Aufbringen der Eingangskraft auf eine das
Öffnen eines Ventilelements steuernde Steuerstange steuerbar
ist, um die Betätigungskraft auf den hydraulischen
Hauptkolben auszuüben, der einen Teil davon an den
hydraulischen Nebenkolben überträgt, wobei der Servomotor ein
starres Gehäuse enthält, das in dichter Weise in zwei Kammern
mittels zumindest einer beweglichen Wandung unterteilt ist,
die durch eine sich aus dem Öffnen des Ventilelements
ergebenden Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern
beaufschlagbar ist und einen pneumatischen Kolben mitnehmen
kann, der bezüglich des Gehäuses beweglich ist und das
Ventilelement trägt, wobei die Eingangskraft durch eine
Reaktionsscheibe übertragen wird, auf der sich auch der
pneumatische Kolben abstützt, um dieser zumindest einen Teil
der Unterstützungskraft zu übertragen, wobei der hydraulische
Hauptkolben des Hauptzylinders selbst einen beweglichen
Hohlzylinder enthält, der mit dem Primärkreis des
Hauptzylinders in Verbindung steht, mit der beweglichen
Wandung zusammenwirkt, um zumindest einen Teil der durch
letztere übertragenen Unterstützungskraft aufzunehmen und in
dem ein hydraulischer Hilfskolben dichtend in axialer
Richtung gleitet, der zumindest die von der Reaktionsscheibe
stammende Eingangskraft aufnehmen kann, und wobei die
bewegliche Wandung gleitend auf dem pneumatischen Kolben
angebracht ist, so daß sie relativ zu diesem über einen
vorgegebenen Weg gleiten kann, um den beweglichen Zylinder in
Richtung zum Hauptzylinder mitzunehmen.
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Eine Vorrichtung dieser Art wurde kürzlich vorgeschlagen und
ist insbesondere in der internationalen Patentanmeldung, die
unter der Nummer WO 94/07723 veröffentlicht ist, beschrieben.
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Eine solche Bremsvorrichtung hat den Vorteil, zu einer
Optimierung der Steuerung zu führen, die der Fahrer auf die
Verzögerung des betriebenen Fahrzeugs ausübt, indem es ihm
ermöglicht wird, eine Bremskraft auszuüben, die in
Abhängigkeit vom Weg des Bremspedals wesentlich gleichmäßiger
ansteigt als bei den vorbekannten Vorrichtungen.
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Jedoch läßt sich eine solche Vorrichtung schwer gegen
negative Folgen eines eventuellen Versagens des
Primärbremskreises sichern. Die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe besteht insbesondere darin, eine
Weiterentwicklung dieser Vorrichtung anzugeben, die dieses
Problem löst.
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Dazu zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie im
oben genannten Oberbegriff definiert, im wesentlichen dadurch
aus, daß der hydraulische Hilfskolben einen vorderen Teil und
einen hinteren Teil enthält, wobei der vordere Teil den
beweglichen Zylinder überragt und den hydraulischen
Nebenkolben im Falle eines Versagen des Primärkreises
mechanisch mitnehmen kann.
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Obwohl der vordere Teil und der hintere Teil des
hydraulischen Hilfskolbens aneinander befestigt sein und eine
Einblock-Konstruktion bilden können, ist es vorteilhaft, wenn
der vordere Teil hohl und bezüglich des hinteren Teils
gleitend ausgeführt ist.
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Weiterhin weist in einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung der bewegliche Zylinder einen Innenraum auf, der
mit dem Primärkreis des Hauptzylinders zumindest durch eine
radiale Öffnung des vorderen Teils in Verbindung steht, wobei
diese radiale Öffnung selektiv durch eine ringförmige
Dichtung beim Anliegen einer Ringschulter des vorderen Teils
an einem Ende des beweglichen Zylinders unter der Wirkung
einer ersten Feder verschlossen wird, die dieses vordere Teil
in zur axialen Richtung entgegengesetzter Richtung
beaufschlagt.
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Schließlich kann vorgesehen sein, daß der Innenraum des
beweglichen Zylinders ebenfalls mit dem Primärkreis des
Hauptzylinders auch durch zumindest eine Rückschlagventil in
Verbindung steht, das axial von dem vorderen Teil des
hydraulischen Hilfskolbens getragen wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
eindeutig aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich
beispielhaft und keinesfalls einschränkend versteht, in
Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigen:
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- Fig. 1 eine Schnittansicht einer vorbekannten Vorrichtung,
wie sie in der unter der Nummer WO 94/07723 veröffentlichten,
internationalen Patentanmeldung dargestellt ist; und
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- Fig. 2 bis 5 eine Teilschnittansicht einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung, in verschiedenen Betriebsstadien betrachtet.
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Soweit die Erfindung nur eine Weiterentwicklung zu
Bremssystemen mit pneumatischer Bremsunterstützung betrifft, und
soweit der allgemeine Aufbau und die Arbeitsweise dieser
Systeme dem Fachmann insbesondere aus der unter der Nummer WO
94/07723 veröffentlichten internationalen Patentanmeldung
bekannt sind, so werden diese Systeme hier nur kurz in
Erin
nerung gerufen, um so ein Gesamtverständnis der durch die
Erfindung dargestellten Weiterentwicklung zu ermöglichen.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein System dieser Art mit einem
Servomotor 1 und einem Hauptzylinder 2.
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Der Servomotor selbst enthält ein starres Gehäuse 3, das in
dichter Weise in zwei Kammern 3a und 3b mittels einer
beweglichen Wandung 4 unterteilt ist, welche eine Membran 4a
und eine starre Schürze 4b aufweist und in der Lage ist, den
im Inneren des Gehäuses 3 beweglichen pneumatischen Kolben 5
mitzunehmen.
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Die vordere Kammer 3a, deren Vorderseite durch den
Hauptzylinder 2 dicht verschlossen ist, ist durch ein
Rückschlagventil 6 permanent mit einer (nicht dargestellten)
Unterdruckquelle verbunden.
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Der Druck in der hinteren Kammer 3b wird durch ein
Ventilelement 7 gesteuert, das durch eine mit einem (nicht
dargestellten) Bremspedal verbundene Steuerstange 8 gesteuert
wird.
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Befindet sich die Steuerstange 8 ist Ruhestellung, im
vorliegendem Fall nach rechts gezogen, so stellt das
Ventilelement 7 üblicherweise eine Verbindung zwischen den
beiden Kammern 3a und 3b des Servomotors her.
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Da die hintere Kammer 3b dann dem gleichen Unterdruck wie die
vordere Kammer 3a unterliegt, wird der Kolben 5 durch eine
Feder 9 nach rechts in die Ruhestellung verschoben.
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Die Betätigung der Steuerstange 8 nach links führt dazu, daß
das Ventilelement 7 zunächst so verstellt wird, daß es die
Kammern 3a und 3b voneinander trennt, und daß es dann so
verlagert wird, daß es die hintere Kammer 3b zum
Umgebungsdruck öffnet.
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Die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern, welche sodann
durch die Membran 4a bemerkt wird, übt auf die bewegliche
Wandung 4 einen Schub aus, der bestrebt ist, diese nach links
zu verschieben, damit sie den Kolben 5 mitnehmen kann, der
sich seinerseits verlagert, wobei er die Feder 9
zusammendrückt.
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Die durch die Steuerstange 8 ausgeübte Bremskraft oder
"Eingangskraft" und die Bremsunterstützungskraft oder
"Unterstützungskraft", die sich aus dem Schub der beweglichen
Wandung 4 ergeben, werden dann zusammen in Richtung der Achse
10 der Steuerstange 8 entlang zum Hauptzylinder 2 hin
eingeleitet und vereinen sich, um die Betätigungskraft des
letztgenannten zu bilden.
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Insbesondere wird die Betätigungskraft auf den hydraulischen
Hauptkolben 11 des Hauptzylinders aufgebracht, die somit die
Verlagerung nach links (in der Figur) hervorruft, was zu
einem Druckanstieg der Bremsflüssigkeit, die im Innenraum 12
des Primärkreises des Hauptzylinders vorhanden ist, und zu
einer Betätigung der mit dem letztgenannten verbundenen
Bremse führt.
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Der hydraulische Hauptkolben 11 stellt ein zusammengesetztes
Teil dar und enthält einerseits einen beweglichen
Hohlzylinder und andererseits einen hydraulischen Hilfskolben
14.
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Der Innenraum 15 des beweglichen Zylinders 13 steht mit dem
Innenraum 12 des Hauptzylinders durch Öffnungen, wie etwa 16,
in Verbindung, die in axialer Richtung eingebracht sind.
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Abgesehen vom Flüssigkeitsdurchfluß, den diese Durchgänge 16
zwischen dem Innenraum 12 des Hauptzylinders 2 und dem
Innenraum des beweglichen Zylinders 13 ermöglichen, gleitet
dieser bewegliche Zylinder 13 dichtend im Hauptzylinder 2,
wobei die Dichtigkeit durch zumindest eine ringförmige
Dichtung 18 erhalten wird.
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Der hydraulische Hilfskolben 14 gleitet seinerseits im
Inneren des beweglichen Zylinders 13, den er durch einen
Dichtungsring 19 dichtend verschließt.
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Der bewegliche Zylinder 13 ist durch einen Ring 20 mit der
starren Schürze 4b verbunden, so daß er zumindest einen Teil
der durch diese Schürze ausgeübten Unterstützungskraft
auf nimmt.
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Der hydraulische Hilfskolben 14 bildet nämlich die axiale
Verlängerung einer Schubstange 21, die diesem einerseits die
auf die Steuerstange 8 ausgeübte Eingangskraft und
andererseits einen Teil der durch den pneumatischen Kolben 5
erzeugten Unterstützungskraft übertragen kann, wobei diese
Kräfte durch eine Reaktionsscheibe 23 übertragen werden, auf
deren einer Seite sich dieser pneumatische Kolben und ein
Tauchkolben 24 abstützen, der durch eine Steuerstange
betätigt wird, und deren andere Seite sich an einer mit der
Schubstange 21 fest verbundenen Schale 25 abstützt.
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Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung ist wie
folgt.
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Wird eine Eingangskraft auf die Steuerstange 8 aufgebracht,
so wird der hydraulische Hilfskolben 14 nach links
beaufschlagt, wobei er bestrebt ist, den beweglichen Zylinder
mitzunehmen und/oder den Druck im Primärkreis 12 des
Hauptzylinders zu erhöhen.
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Nach einem vorbestimmten Weg der Steuerstange 8 öffnet das
Ventilelement 7 die zuvor von der vorderen Kammer 3a
isolierte hintere Kammer 3b des Servomotors zur Atmosphäre,
und eine Unterstützungskraft wird von der starren Schürze 4b
durch den Ring 20 auf den beweglichen Zylinder 13 ausgeübt.
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Der Hydraulikdruck im Primärkreis 12 des Hauptzylinders
steigt deutlich an und baut sich durch Fließen der
Bremsflüssigkeit durch die Durchgänge 16 im Innenraum 15 des
beweglichen Zylinders auf, wodurch am hydraulischen
Hilfskolben 14 eine Reaktionskraft erzeugt wird, die von der
Unterstützungskraft abhängt, sich der durch die
Reaktionsscheibe 23 übertragenen Kraft entgegensetzt und die
Steuerung der Unterstützungskraft durch die Eingangskraft
ermöglicht.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die bewegliche Wandung 4 außerdem
mit ihrer Schürze 4b gleitend auf dem pneumatischen Kolben 5
angebracht und kann zu diesem in Richtung zum Hauptzylinder 2
hin gleiten.
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Insbesondere erfolgt das relative Gleiten von einer der
Ruhestellung des Servomotors entsprechenden Ruhestellung, wie
in Fig. 1 dargestellt, bis zu einer Stellung, in der die
Schürze 4b den pneumatischen Kolben 5 zum Hauptzylinder in
axialer Richtung D mitnimmt.
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Beispielsweise weisen dazu die Schürze 4b und der
pneumatische Kolben 5 jeweils einander gegenüberliegende
Anschläge 22a, 22b auf, die es der Schürze 4b ermöglichen,
den pneumatischen Kolben 5 erst nach einem vorbestimmten Weg
mitzunehmen, der dem Abstand entspricht, welcher die
Anschläge in Ruhestellung voneinander trennt.
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Alternativ können die Anschläge 22a, 22b einerseits am
hydraulischen Hilfskolben 14 und andererseits am beweglichen
Zylinder 13 vorgesehen sein, wie in Fig. 2 bis 5
dargestellt.
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Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung eines
beschriebenen Bremssystems, dessen Hauptzylinder außer einem
hydraulischen Hauptkolben 11 einen hydraulischen Nebenkolben
110 aufweist, wobei dieser Hauptzylinder also mit einem
Sekundärkreis 120 zusätzlich zum Primärkreis 12 versehen ist,
wie an sich bekannt ist.
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Erfindungsgemäß enthält der hydraulische Hilfskolben 14 einen
vorderen Teil 141 und einen hinteren Teil 142 (Fig. 2 bis
5), wobei der vordere Teil 141 den beweglichen Zylinder 13
überragt und im Falle eines Versagens des Primärkreises 12 in
der Lage ist, den hydraulischen Nebenkolben 110 mechanisch
mitzunehmen, beispielsweise in Anlage an dessen Schraube 111.
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Bei der in Fig. 2 bis 5 dargestellten bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist der vordere Teil 141 des
hydraulischen Hilfskolbens 14 hohl ausgebildet und gleitet
auf einem Ansatz 142a des hinteren Teils, und der Innenraum
15 des beweglichen Zylinders 13 steht mit dem Primärkreis 12
des Hauptzylinders zumindest durch eine radiale Öffnung 141a
des vorderen Teils in Verbindung.
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Dieser vordere Teil 141 wird in zur axialen Richtung D
entgegengesetzter Richtung durch eine erste Feder 26
beaufschlagt und weist eine Schulter 27 auf, die mit einer
ringförmigen Dichtung 28 versehen ist, deren Anordnung an
einem entsprechenden Ende des beweglichen Zylinders unter der
Wirkung der Feder 26 ein selektives Verschließen der radialen
Öffnung 141a ermöglicht.
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Der Innenraum 15 des beweglichen Zylinders 13 steht weiterhin
ebenfalls mit dem Primärkreis 12 durch zumindest ein
Rückschlagventil 17 in Verbindung, welches axial von dem
vorderen Teil des hydraulischen Hilfskolbens 14 getragen ist
und das den Durchfluß der Bremsflüssigkeit nur in der
Richtung vom Primärkreis 12 zum Innenraum 15 erlaubt.
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Schließlich verschiebt eine zweite Feder 29 den vorderen Teil
142 des Hilfskolbens in zur axialen Richtung D
entgegengesetzter Richtung.
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Fig. 2 bis 5 zeigt unterschiedliche Betriebsstadien der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der Ruhestellung dieser Vorrichtung (Fig. 2) ist die
radiale Öffnung 141a geöffnet, was eine Entlüftung des
Innenraums 15 mit Unterdruck ermöglicht.
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Sobald die Schürze 4 nur geringfügig vorrückt (Fig. 3),
nimmt sie den beweglichen Zylinder 13 mit sich, der die
ringförmige Dichtung 28 auf die Schulter 27 drückt, wodurch
der Innenraum 15 geschlossen wird. Die Hydraulikflüssigkeit
kann dennoch weiter in diesen einfließen, indem es durch das
Rückschlagventil 17 fließt, vorausgesetzt, der Druck im
Primärkreis 12 liegt über dem Druck, der im Innenraum 15
herrscht.
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Wenn die Schürze 4 ihren Weg weiterverfolgt (Fig. 4), nimmt
sie den vorderen Teil 141 des hydraulischen Hilfskolben durch
den beweglichen Zylinder mit sich, wobei der Innenraum 15
weiterhin den gleichen Bedingungen wie zuvor unterliegt.
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Schließlich bleiben bei Sättigung des Servomotors (Fig. 5)
die Relativstellungen der verschiedenen Teile gleich, wobei
der Innenraum 15 sich nur durch das Rückschlagventil 17, also
mit geringem Durchsatz, befüllen kann.