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Die Erfindung betrifft pneumatische Bremskraftverstärker des Typs, wie sie
verwendet werden, um eine Unterstützung beim Bremsen von Kraftfahrzeugen zu
erzeugen.
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Solche Bremskraftverstärker sind in der Automobiltechnik wohl bekannt und
weisen in herkömmlicher Weise ein Gehäuse mit einer Symmetrieachse auf, das
in dichter Weise durch wenigstens eine bewegliche Wandstruktur in eine vordere
Kammer, die stets mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, und eine hintere
Kammer unterteilt ist, die wahlweise mit der vorderen Kammer oder einer
Hochdruckquelle durch eine Dreiwegeventil-Anordnung verbunden ist, die durch eine
Steuerstange betätigt wird, die sich über die vordere Seite eines Tauchkolbens auf
der hinteren Seite eines Druckkolbens, der mit einer Reaktionsscheibe fest
verbunden ist, abstützen kann, wobei der Tauchkolben in einer Bohrung der
beweglichen Wand gleitet, wobei das Dreiwegeventil ein Ventilelement aufweist, das in
einem hinteren, ringförmigen Teil der beweglichen Wand angeordnet ist und
mittels einer vorderen, ringförmigen Seite mit einem ersten, auf dem Tauchkolben
gebildeten Ventilsitz und einem zweiten, auf der mobilen Wand gebildeten
Ventilsitz zusammenwirkt, wobei ein Raum zwischen den beiden Ventilsitzen
angeordnet und mit wenigstens einer radialen Durchführung verbunden ist, die in der
mobilen Wand ausgebildet ist und in der hinteren Kammer mündet, wobei
wenigstens eine axiale Durchführung in der mobilen Wand gebildet ist und in der
vorderen Kammer mündet, wobei die vordere, ringförmige Seite des Ventilelements in
Richtung der Ventilsitze durch eine Ventilfeder beaufschlagt ist.
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Sehr zahlreiche Druckschriften beschreiben diesen Typ von
Bremskraftverstärker, z. B. die Druckschrift GB-A-2 095 778. Seit langem ist man bemüht, die
Leistung dieser Bremskraftverstärker zu verbessern und bei einer Beaufschlagung
des Bremspedals insbesondere die Ansprechzeit zu verbessern, so daß eine
schnelle Bremswirkung erreicht wird, und auch die Rückkehrzeit zu verbessern,
so daß der Fahrer seine Bremsbetätigung genau dosieren kann.
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Die Verbesserung der Ansprechzeit wird dadurch erreicht, daß der Querschnitt
der Luftdurchführung bei dem ersten ringförmigen Ventilsitz vergrößert wird, und
allgemein dadurch, daß sein Durchmesser vergrößert wird. Dagegen muß der
Durchmesser des zweiten ringförmigen Ventilsitzes verkleinert werden, wenn
eine Verbesserung der Rückkehrzeit des Bremskraftverstärkers erreicht werden soll.
Diese beiden Verbesserungen sind somit antinomisch, da bei dieser Konzeption
des Bremskraftverstärkers die Ventilsitze im wesentlichen in ein und derselben
Ebene angeordnet sind und der Durchmesser des ersten Ventilsitzes, neben
anderen Parametern, durch den Durchmesser des zweiten Ventilsitzes begrenzt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist in diesem Umfeld angesiedelt und hat zur
Aufgabe, einen Bremskraftverstärker des oben erwähnten Typs vorzuschlagen, bei
dem durch einfach zu handhabende und zuverlässige Mittel gleichzeitig eine
Verkürzung der Reaktions- und der Rückkehrzeit erreicht wird und dabei darüber
hinaus nur ein Minimum der Komponenten eines herkömmlichen
Bremskraftverstärkers modifiziert wird, so daß ein Maximum der sich schon in Produktion
befindlichen Teile verwendet wird und somit die Kosten des Bremskraftverstärkers
nicht erhöht werden.
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Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung vor, daß der zweite
Ventilsitz, der auf der mobilen Wand gebildet ist, aus der Verbindung von wenigstens
zwei konzentrischen, koplanaren Kreisbögen verschiedener Radien gebildet ist.
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Vorzugsweise weist der zweite Ventilsitz, der auf der mobilen Wand gebildet
ist, wenigstens einen ersten Kreisbogen, im wesentlichen in einem Winkelbereich,
in dem der Raum direkt mit der radialen Durchführung verbunden ist, und
wenigstens einen zweiten Kreisbogen auf, im wesentlichen in einem Winkelbereich, in
dem die axiale Durchführung gebildet ist, die in der vorderen Kammer mündet.
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Vorteilhafterweise ist der Radius des ersten Kreisbogens größer als der Radius
des zweiten Kreisbogens.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die axiale Durchführung, die
in der vorderen Kammer mündet, teilweise durch eine axiale Rille gebildet, die in
dem hinteren, ringförmigen Teil der mobilen Wand ausgebildet ist.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, die nur
als Illustration dient, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in
denen:
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- Fig. 1 eine Seitenansicht im Längsschnitt des mittleren, hinteren Teils
eines pneumatischen Bremskraftverstärkers darstellt, ausgeführt gemäß der
vorliegenden Erfindung; und
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- Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 der Fig. 1 darstellt.
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Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des mittleren, hinteren Teils eines
pneumatischen Bremskraftverstärkers, der vorgesehen ist, um auf herkömmliche Weise
zwischen dem Bremspedal eines Fahrzeugs und dem Hauptzylinder angeordnet zu
werden, welcher den Druck in dem hydraulischen Bremskreis dieses Fahrzeugs
steuert.
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Aus Konvention nennt man "vorn" bei einem Bremskraftverstärker dessen
Teil, der dem Hauptzylinder zugewandt ist, und "hinten" bei dem
Bremskraftverstärker den Teil, der dem Bremspedal zugewandt ist. In der Fig. 1 ist somit vorn
links und hinten rechts.
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Der in der Fig. 1 dargestellte Bremskraftverstärker umfaßt ein
schalenförmiges äußeres Gehäuse 10, das eine Rotationssymmetrie um eine Achse X-X'
aufweist. In der Fig. 1 ist lediglich der mittlere, hintere Teil dieses Gehäuses 10
dargestellt.
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Eine bewegliche Wandstruktur 12 begrenzt im Inneren des Gehäuses 10 eine
vordere Kammer 14 und eine hintere Kammer 16. Die bewegliche Wand 12 ist
einer biegsamen Abrollmembran aus Elastomer zugeordnet, deren innerer
Umfangsrand mit Hilfe einer Wulst 18 dicht in einem hohlen Hilfskolben 20
aufgenommen ist, der entlang der Achse X-X' des Bremskraftverstärkers angeordnet ist,
und deren äußerer Umfangsrand (nicht dargestellt) dicht an dem äußeren Gehäuse
10 befestigt ist.
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Der hohle Kolben 20 setzt sich nach hinten in Form eines röhrenförmigen
Teils 22 fort, der dicht die hintere Wand des Gehäuses 10 durchquert. Eine
zwischen den Kolben 20 und die vordere Wand (nicht dargestellt) des Gehäuses 10
geschaltete Druckfeder 24 hält im Normalfall den Kolben 20 in der in Fig. 1
dargestellten hinteren Ruhestellung, in der die hintere Kammer 16 ihr
Minimalvolumen und die vordere Kammer 14 ihr Maximalvolumen aufweist.
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In dem mittleren, vor dem röhrenförmigen, hinteren Teil 22 angeordneten Teil
der beweglichen Wand weist der Kolben 20 eine gestufte Bohrung 26 auf, in der
gleitend ein Tauchkolben 28 aufgenommen ist. Das vordere Ende einer
Steuerstange 30 des Bremskraftverstärkers, die ebenfalls entlang der Achse X-X'
angeordnet ist, ist kugelgelenkig in einer Sackbohrung des Tauchkolbens 28 montiert.
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Das hintere Ende (nicht dargestellt) der Steuerstange 30, die über den
röhrenförmigen Teil 22 hinausragt, wird direkt durch das Bremspedal des Fahrzeugs
(nicht dargestellt) betätigt und durch eine Rückstellfeder 31 nach hinten in seine
Ruhestellung beaufschlagt.
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Der ringförmige Raum 32 um die Steuerstange 30 kann über eine in dem
mittleren Teil des Kolbens 20 ausgebildete radiale Durchführung 34 mit der
hinteren Kammer 16 verbunden sein, wenn die durch den Tauchkolben 28 gesteuerten
Unterstützungsmittel betätigt werden.
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Diese Unterstützungsmittel umfassen in einer Weise, die z. B. durch die zuvor
genannte Druckschrift bekannt ist, ein Dreiwegeventil, das ein ringförmiges
Ventilelement 36 und zwei Ventilsitze 20a und 28a aufweist, die hinten an dem mittleren
Teil des Kolbens 20 bzw. hinten an dem Tauchkolben 28 ausgebildet sind,
wobei der Ventilsitz 20a den Ventilsitz 28a umgibt und ein Raum 35 zwischen
diesen beiden Ventilsitzen vorhanden und mit der radialen Durchführung 34
verbunden ist.
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Das Ventilelement 36 bildet das vordere Ende, mit kleinerem Durchmesser,
einer röhrenförmigen, biegsamen Hülse aus Elastomer, dessen hinteres Ende 38 in
dichter Weise in dem röhrenförmigen Teil 22 befestigt ist, und es weist eine
vordere, ringförmige, entlang der Achse X-X' bewegliche vordere Seite 40 auf, wobei
diese vordere Seite durch eine Ventilfeder 42 nach vorn beaufschlagt ist, so daß
sie getrennt von oder in Verbindung mit dem Ventilsitz 20a und dem Ventilsitz
28a wirkt.
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In herkömmlicher Weise ist eine der Ventildurchführungen 20a-40 oder 28a-
40 entsprechend der Stellung des Tauchkolbens 28 im Inneren der Bohrung 26
geöffnet, entweder, um bei einer Bremsbetätigung den ringförmigen Raum 32 mit
der radialen Durchführung 34 und der hinteren Kammer 16 zu verbinden, oder um
den Raum 35 mit einer axialen Durchführung 37 zu verbinden, die im
wesentlichen in dem hinteren, mittleren Teil des Kolbens 20 gebildet ist und bei der
Rückkehr des Bremskraftverstärkers in seine Ruhestellung in die vordere Kammer
14 mündet.
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Schließlich begrenzt wenigstens ein Anschlagteil 44, das in dem mittleren Teil
des Kolbens 20 montiert ist, den axialen Hub des Tauchkolbens 28 im Inneren der
Bohrung 26. Der Tauchkolben 28 wird normalerweise in seiner hinteren
Ruhestellung gehalten, die durch das Teil 44 an dem Rückstellfedermittel 31 definiert
ist.
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Es ist somit klar, wie weiter oben erläutert wurde, daß die Verkürzung der
Ansprechzeit des Bremskraftverstärkers durch eine Vergrößerung des Querschnitts
der Luftdurchführung zwischen dem ringförmigen Raum 32 und der hinteren
Kammer 16 erreicht wird, d. h. indem der Durchmesser des Ventilsitzes 28a
vergrößert wird, was wiederum zu einer Vergrößerung des Durchmessers des Ventilsitzes
20a führt, wenn man vermeiden will, daß der Raum 35 nicht seinerseits den
Luftstrom in Richtung der hinteren Kammer begrenzt. Diese letztgenannte
Vergrößerung führt ihrerseits zu einer Verkleinerung des Querschnitts der axialen
Durchführung 37 und somit zu einer Verschlechterung der Rückkehrzeit des
Bremskraftverstärkers.
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Es ist ersichtlich, daß, umgekehrt, die Verkürzung der Rückkehrzeit des
Bremskraftverstärkers eine Vergrößerung des Querschnitts der Durchführung 37,
somit eine Verkleinerung des Durchmessers des Ventilsitzes 20a und folglich eine
Verkleinerung des Durchmessers des Ventilsitzes 28a erfordert, was sich in einer
Verlängerung der Ansprechzeit des Bremskraftverstärkers zeigt.
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Ein solches Problem ist im Stand der Technik gelöst, indem versucht wird,
einen Kompromiß zwischen den Querschnitten der Durchführungen 35 und 37 und
den Durchmessern der ringförmigen Ventilsitze 20a und 28a zu finden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem gelöst, indem eine
Dreiwegeventil-Anordnung vorgesehen ist, die optimale
Durchführungsquerschnitte ermöglicht, um gleichzeitig die Ansprechzeit und die Rückkehrzeit zu
verbessern.
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Wie in den Figuren dargestellt ist, ist es vorgesehen, den Ventilsitz, der auf
dem Kolben 20 gebildet ist, aus der Verbindung von wenigstens zwei
konzentrischen, koplanaren Kreisbögen 20a und 20b verschiedener Radien zu bilden.
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Genauer gesagt, und wie es insbesondere in Fig. 2 gut zu sehen ist, ist der
Kolben 20 in dem Bereich des Kolbens 20, in dem eine axiale Durchführung 37
ausgebildet ist, mit einem Ventilsitz 20b versehen, und in dem Bereich des
Kolbens 20, in dem eine Durchführung 35 ausgebildet ist, die mit einer radialen
Durchführung 34 verbunden ist, ist der Kolben 20 mit einem Ventilsitz 20a
versehen, dessen Radius größer ist als der des Ventilsitzes 20b.
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Wenn sich der Bremskraftverstärker in seiner Ruhestellung befindet, ist die
hintere Position des Tauchkolbens 28, wie sie durch das Anschlagteil 44 definiert
ist, derart, daß sich der Ventilsitz 28a an der vorderen, ringförmigen Seite 40 des
Ventilelements 36 abstützt und diese von den Ventilsitzen 20a und 20b fern hält,
so daß die vorderen Kammern 14 und 16 des Bremskraftverstärkers über die
axiale Durchführung 37, die Durchführung des Ventils 20b-40 sowie die
Durchführungen 35 und 34 miteinander verbunden sind.
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Bei einer Bremsbetätigung tritt der Fahrer des Fahrzeugs auf das Bremspedal,
um die Steuerstange 30 nach vorn zu bewegen. Der Tauchkolben 28 gleitet in der
Bohrung 26, so daß die vordere, ringförmige Seite 40 in Berührung mit den
Ventilsitzen 20a und 20b gelangt und somit die vordere und die hintere Kammer
voneinander isoliert.
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Indem sich der Tauchkolben 28 in der Bohrung 26 weiter nach vorn bewegt,
entfernt sich der Ventilsitz 28a von der vorderen, ringförmigen Seite 40, wodurch
der ringförmige Raum 32 über die Durchführungen 35 und 34 mit der hinteren
Kammer 16 verbunden wird.
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Wie aus der Fig. 2 und aus der unteren Hälfte der Fig. 1 ersichtlich ist, ist
der Ventilsitz 20a, der auf dem Kolben ausgebildet ist, gemäß der Erfindung in
dem Winkelbereich um der Achse X-X', wo die Durchführung 35 direkt mit der
Durchführung 34 verbunden ist, ausreichend von der Achse X-X' entfernt, damit
die Durchführung 35 einen maximalen Querschnitt aufweist und somit die
Ansprechzeit des Bremskraftverstärkers minimal ist.
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Der Druck kann somit in der hinteren Kammer 16 des Bremskraftverstärkers
schnell ansteigen und eine Druckdifferenz an der beweglichen Wand 12 erzeugen,
wobei eine Unterstützungskraft erzeugt wird, die diese nach vorn drängt, wobei
diese Kraft über eine vordere, ringförmige Fläche des Kolbens 20 auf einen
Druckkolben 48 übertragen wird, die auf eine Reaktionsscheibe 50 wirkt, auf
deren mittlerem Teil sich die vordere Seite des Tauchkolbens 28 abstützt.
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Wenn der Fahrer des Fahrzeugs seine Bremsbetätigung verringern oder
beenden möchte, reduziert er seinen Druck auf die Steuerstange 30, die unter der Wirkung
der Rückstellfeder 31 nach hinten zurückkehrt, wobei sie den Druckkolben
28 mitnimmt.
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Der Ventilsitz 28a gelangt in einem ersten Schritt in Kontakt mit der vorderen,
ringförmigen Seite 40, wodurch die Verbindung zwischen dem ringförmigen
Raum 32 und der hinteren Kammer 16 unterbrochen wird. Anschließend bewegt
der Ventilsitz 28a die vordere, ringförmige Seite 40 der Ventilsitze 20a und 20b
nach hinten, wodurch die vordere und die hintere Kammer des
Bremskraftverstärkers miteinander verbunden werden.
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Man sieht dort außerdem, insbesondere in Fig. 2 und der oberen Hälfte von
Fig. 1, daß der Ventilsitz 20b, der auf dem Kolben ausgebildet ist, gemäß der
Erfindung in dem Winkelbereich um die Achse X-X', wo die Durchführung 37
gebildet ist, ausreichend nahe an der Achse X-X' ist, damit die Durchführung 37
einen maximalen Querschnitt aufweist und daher die Rückkehrzeit des
Bremskraftverstärkers minimal ist.
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Um die Rückkehrzeit des Bremskraftverstärkers weiter zu verbessern, kann,
wie es in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist, vorgesehen sein, daß die
axiale Durchführung 37 teilweise durch eine axiale Rille 52 gebildet ist, die in der
Dicke des röhrenförmigen, hinteren Teils 22 des Kolbens 20 ausgeführt ist. Eine
solche Anordnung erlaubt zudem eine Vergrößerung des Durchmessers des
Ventilsitzes 20b, ohne Einfluß auf die Rückkehrzeit zu haben, wobei eine
entsprechende Vergrößerung des Durchmessers des Ventilsitzes 28a durchgeführt werden
kann, was die Ansprechzeit verbessert.
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Man erkennt somit leicht, daß ein Bremskraftverstärker entwickelt wurde, bei
dem unabhängig voneinander die Ansprechzeit und die Rückkehrzeit beeinflußt
werden können, insbesondere um diese beiden Zeiten gleichzeitig zu verkürzen.
Eine solche gleichzeitige Verkürzung wird mit Hilfe einfacher Mittel erreicht, da
sie nur den Ventilsitz, der auf dem Kolben gebildet ist, betreffen. Da die Kolben
des Bremskraftverstärkers im allgemeinen durch Gießen aus einem
thermoplastischen Material hergestellt werden, sind die Mittel zur Umsetzung besonders einfach,
zuverlässig und kostengünstig. Darüber hinaus können die anderen
Bestandteile des Bremskraftverstärkers, wie das äußere Gehäuse und die mit dem
Kolben verbundene bewegliche Wand, dazu verwendet werden, um die
vorliegende Erfindung anzuwenden, was weiter zur Verringerung der Kosten beiträgt.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt, sondern sie kann im Gegenteil zahlreiche Modifikationen
aufweisen, die für den Fachmann naheliegend sind. Auf diese Weise ist die
Erfindung selbstverständlich auf Tandem-Bremskraftverstärker oder
Bremskraftverstärker mit zusätzlichen Kammern anwendbar.