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Hydraulische Mehrkreis-Bremsanlage mit Hilfskraftvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Mehrkreis-Bremsanlage mit Hilfskraftvorrichtung, bei wel- cher der Bremsdruck für sämtliche hydraulische Kreise in üblicher Weise in einem einzigen zentralen
Hauptzylinder erzeugt wird, der die in Tandem angeordneten und jeweils den einzelnen Hydraulikkrei- sen zugehörenden Druckkolben enthält.
Die Hilfskraftvorrichtung an sich bildet keinen Teil der Erfindung. Im Ausführungsbeispiel wird die
Anwendung des heute allgemein gebräuchlichen pneumatischen Bremsverstärkers vorausgesetzt, der über die Ansaugleitung des Motors mittels Unterdruck angetrieben wird. Es können aber ebensogut Druckluftverstärker oder hydraulische Hilfskraftvorrichtungen zur Verwendung kommen.
Ein engerer Gegenstand der Erfindung ist die Gestaltung einer auf den Bremsfuss des Fahrers wirkenden feinfühligen und differenzierten Rückanzeige der von der Hilfskraftvorrichtung ausgeübten Bremswirkung als Funktion des in den Radzylindem jeweils vorhandenen hydraulischen Bremsdruckes.
Einrichtungen zu solchen Rückanzeigen sind an sich bekannt und seit Jahrzehnten in zahlreichen Vorschlägen beschrieben worden. Wenn der Fahrer eines Fahrzeuges mit Bremsverstärker keine Mittel zu einer Rückanzeige besitzt, wird er kein unmittelbares Gefühl für die von ihm jeweils eingesetzte Bremskraft haben, sondern er wird erst nachträglich die Bremskraft an Hand der Wirkung auf das Fahrzeug beurteilen können. Er ist folglich nicht in der Lage, die Bremswirkung sinnvoll zu dosieren und wird in den meisten Fällen schärfer bremsen als die Verkehrssituation es verlangt. Dieser Mangel mag früher tragbar gewesen sein, als die Strassen relativ verkehrsarm waren und die Bremsverstärker fast ausschliesslich in schweren Fahrzeugen Verwendung fanden, deren Masse die meisten abrupten Änderungen an der Bremswirkung überspielte.
Als mit steigender Verkehrsdichte und Fahrgeschwindigkeit die Notwendigkeit entstand, Hilfskraftvorrichtungen auch bei Personenwagen einzuführen, wurde die Rückanzeige der Bremswirkung dringend erforderlich. Es kam eine Rückanzeige über eine elastische Zwischenscheibe zur Anwendung, die zwischen dem Bremsstössel, dem pneumatischen Druckkolben und dem hydraulischen Hauptkolben unter Einhaltung eines Zwischenraumes nach dem Bremsstössel hin angeordnet war. Sobald der pneumatische Druckkolben in Tätigkeit gesetzt wurde, drückte er auf den Rand der elastischen Zwischenscheibe, deren Zentralteil nach Erreichen eines gewissen Druckes sich aufwölbte und seinerseits einen Druck auf den Bremsstössel ausübte, der an das Bremspedal übertragen wurde.
Die soeben beschriebenen Mittel zur Rückanzeige werden heute noch bei der weit überwiegenden Zahl von Fahrzeugen mit Hilfskrafteinrichtung verwendet.
Eine solche Rückanzeige weist jedoch den Nachteil auf, dass die Verformung der Kautschukscheibe erst dann erfolgt, wenn die Hilfskraft eine beträchtliche Grösse erreicht hat, die einem hydraulischen Druck von 20 bis 25 at entspricht. Ein anderer Nachteil besteht darin, dass die Kautschukscheibe mit der Zeit spröde wird und ihre elastischen Eigenschaften verändert. Fernerhin bereitet es Schwierigkeiten, eine Kautschuksorte zu finden, die einerseits weich genug ist, um die erfindungsgemässe Verformung schon bei kleineren Drücken zu gewährleisten und die anderseits stabil genug ist, um die Federcharakteristik über eine angemessene Betriebszeit hinweg zu erhalten.
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Der wesentliche Nachteil dieses bekannten Vorschlages liegt jedoch darin, dass die Übertragung des Gegendruckes und damit das Gefühl für die Dosierung der Bremswirkung nicht sofort beim Einsetzen der Hilfskraftvorrichtung stattfindet, sondern erst nachdem die Hilfskraft eine gewisse Grösse erreicht hat.
Bis dahin steigt die Bremswirkung steil an, ohne dass der Fahrer durch einen entsprechenden Gegendruck benachrichtigt wird.
In neuester Zeit ist ein Vorschlag bekanntgeworden, nach welchem sowohl der Hauptkolben des ersten Hydraulikkreises als auch derjenige des zweiten Hydraulikkreises mit Fühlkolben ausgestattet werden. Dieser Vorschlag bildet eine Weiterentwicklung älterer Fühlkolbenanlagen, indem hiebei jeder Hauptkolben in einer Axialbohrung einen besonderen Fühlkolben aufnimmt. Wenn der erste Hydraulikkreis ausfällt, drückt die Hilfskraftvorrichtung den ersten Hauptkolben bis zum Anschlag des zweiten Hauptkolbens heran ; der Fühlkolben des ersten Hauptkolbens und der Gegendruck aus dem zweiten Hydraulikkreis wird nunmehr über beide Fühlkolben an den Bremsfuss des Fahrers zurückvermittelt.
Wenn aber der zweite Hydraulikkreis ausfällt, wird der zweite Hauptkolben vom Öldruck des ersten Hydraulikkreises bis zum Anschlag am Ende des Hydraulikzylinders zurückgedrängt ; der erste Hauptkolben mit seinem Fühlkolben rückt entsprechend nach und der erste Fühlkolben übermittelt nach wie vor den Gegendruck des ersten Hydraulikkreises.
Bei diesem Vorschlag wird der Gegendruck grundsätzlich vom Fühlkolben des ersten Hydraulikkrei- ses angezeigt, so lange der erste Hydraulikkreis intakt ist. Der Fühlkolben des zweiten Hydraulikkreises tritt lediglich dann in Funktion, wenn der Druck im ersten Hydraulikkreis zerfällt. Die Einrichtung vermittelt somit immer den gleichen Druck, ob nun beide Kreise intakt sind oder ob lediglich ein Hydraulikkreis arbeitet.
Der wesentlichste Nachteil dieser bekannten Einrichtung ist jedoch, dass bei Ausfall eines Hydraulikkreises der erste Hauptkolben mitsamt dem Fühlkolben schlagartig nach vom springt, so dass der Fahrer einen Augenblick das Gefühl hat, seine Bremsanlage sei gänzlich ohne Druck. Der Gegenstand des Vorschlages hat diesen Nachteil mit sämtlichen andern bekannten Einrichtungen zur Rückanzeige gemeinsam. Es haben sich aus diesem Übelstand bereits Paniken der Fahrer ergeben, die zu Unfällen führten.
Ein weiterer Nachteil aller bekannten Rückanzeige-Einrichtungen ist die verhältnismässig lange Zeit, die zwischen dem Bremsimpuls des Fahrers am Bremspedal bis zum beendeten Aufbau des maximalen Bremsdruckes in den Radbremszylindern verläuft. Bei den bekannten Einrichtungen wurden bisher Verzögerungen am Einsatz der Hilfskraftvorrichtung nicht nur in Kauf genommen, sondern sogar erstrebt und vereinzelt unter Patentschutz gestellt. Die Ursache hiefür war das Bestreben, die Zäsur an der Bremswirkung zu überbrücken, die zwischen einer Bremsung mit Muskelkraft allein und der nachfolgenden Bremsung mit Hilfsbremskraft entstand. Diese Zäsur wirkte besonders verhängnisvoll, weil die Gegendruckrückanzeige über die bisher allgemein verwendeten Gummischeiben nicht zuverlässig war und vor allem nicht mit der eingesetzten Bremswirkung proportional.
Sowohl die Fahrer als auch die Automobil-Hersteller kommen jedoch bei der heutigen Verkehrslage immer mehr zu der Überzeugung, dass eine schnelle Bremse grundsätzlich mehr wert ist als eine starke Bremse. Bisher war jedoch niemand in der Lage, das Zeitintervall zwischen dem Einsatz des Bremsimpulses am Bremspedal und dem Aufbau des maximalen Bremsdruckes an den Radzylindem auf weniger als 280 msec herabzudrücken. Bei einer Fahrgeschwindigkeit von 140 km/h, die heute auf den Autostrassen gang und gäbe ist-rund 40 m/sec - bedeutet diese Verzögerung einen Leerweg von 11 m.
Hierin ist eine wesentliche Ursache für die vielen Auffahrunfälle zu erblicken.
Die Erfindung hat zum Ziel, die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Einrichtungen zu beseitigen. Es soll eine Mehrkreis-Bremsanlage geschaffen werden, die eine differenzierte und stets mit dem tatsächlichen hydraulischen Druck in den Bremskreisen proportionale Gegendruckanzeige gewährleistet, gleichgültig, ob sämtliche Hydraulikkreise intakt sind oder ob der eine oder andere Hydraulikkreis ausfällt. Ferner soll die erfindungsgemässe Bremsanlage vermeiden, dass beim Ausfall eines Bremskreises das Gegendruckgefühl am Bremspedal auch nur für einen Augenblick aufhört. Schliesslich soll die Reaktionszeit der Bremsanlage drastisch beschränkt werden.
Eine hydraulische Mehrkreis-Bremsanlage mit Hilfskraftvorrichtung gemäss der Erfindung besteht zunächst in bekannter Weise aus einem oder mehreren pneumatischen oder hydraulischen Druckzylindern mit Druckkolben, die über einen Druckkörper auf den ersten einer Reihe von in einem hydraulischen Hauptzylinder gleichachsig angeordneten Hauptkolben einwirken, von denen jeder einen getrennten Bremskreis mit Druck versorgt, wobei zum Zwecke der Rückanzeige der wirksamen Bremskraft der hydraulische Druck jedes Kreises in axialen Bohrungen der Hauptkolben angeordnetenFühlkolbenflächen
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Querschnitt der Kolbenstufe 171. Die Bedeutung dieses Merkmals wird in der Folge ausführlich be- schrieben.
An der Kolbenstange 17 ist im Bereich des Zentralteils 151 der Membrane 15 eine kragen- förmige Erweiterung 173 ausgebildet, die eine ringförmige Mulde 174 und eine ringförmige Kan- te 175 aufweist. Die Kolbenstange 17 setzt sich ausserhalb der Hilfskraftvorrichtung fort bis zum
Hebelarm des Bremspedals (nicht gezeichnet). In einer andern Ausführungsform der Erfindung endet die
Kolbenstange mit der kragenförmigen Erweiterung 173, deren Mulde 174 dann als Widerlager für einen Bremsstössel ausgebildet ist. Am Druckkörper 5 ist ein ringförmiger Ventilsitz 51 angeord- net. Die Kolbenstange 17 wird mittels Dichtscheibe 52 und Haltescheibe 53 gegen die Zen- tralbohrung des Druckkörpers 5 abgedichtet.
Eine Schraubenfeder 18 stützt sich auf den ringförmi- gen Federsitz 175 ab und ist bestrebt, die Bremsstange 17 in pedalseitiger Richtung zu bewegen.
Die Schraubenfeder 18 kann durch Auflage verschieden dicker Haltescheiben 53 oder in anderer
Weise nachgestellt werden. Sie weist einige Kilogramm mehr Federkraft auf als die Haltefeder 161 des Blechkolbens 16. Eine weitere Schraubenfeder 19 stützt sich am Oberteil 20 des Druckkör- pers 5 der Hilfskraftvorrichtung ab und drückt auf den kraterähnlichen Zentralteil 151 der Mem- brane 15. Die Versorgung der Hilfskraftvorrichtung mit Unterdruck geschieht über die Unterdruck- leitung 21, die mit der Ansaugleitung des Motors in Verbindung steht.
Die oben beschriebene Bremsanlage wirkt nunmehr wie folgt : Der Fahrer drückt auf das Bremspe- dal, wodurch die Kolbenstange 17 in hydraulikseitiger Richtung verschoben wird. Über die Spannung der Schraubenfeder 18 wird der Druckkörper 5 vorgeschoben. Die Feder 19 drückt den als Ventilklappe ausgebildeten kraterähnlichen Klappenteil 151 der Membrane 15 nach vorne, so dass der Klappenteil 151 zunächst auf dem Kragen 173 in Anlage bleibt. Die Atmosphärenluft im Raum D hat demzufolge noch keinen Zugang zu den Räumen E und F der Hilfskraftvorrichtung. Drückt der Fahrer noch weiter auf das Bremspedal, bewegt sich die Kolbenstange 17 und damit der als Ventilsitz ausgebildete Kragen 173 so weit nach der Hydraulikseite hin, dass der als Ventilklappe ausgebildete Zentralteil 151 der Membrane 15 sowohl auf dem Kragen 173 als auch auf dem Rand des Ventilsitzes 51 aufliegt.
Die Räume E und F sind auch in dieser Lage immer noch vom Raum D (Atmosphärendruck) getrennt und bleiben unter Unterdruck stehen ; jedoch ist nunmehr die bisherige Verbindung zwischen dem Unterdruckraum C und den Räumen E und F abgetrennt. Bis hierher ist der Weg des Druckkörpers 5 und damit der Hauptkolben 2,3 von dem Kraftüberschuss der Feder 18 im Verhältnis zur Feder 161 bestimmt. Die Dichtlippen 201, 301 schieben sich bei mässigem, durch die Stauwirkung bedingten Druckanstieg an den Schnüffelbohrungen der Nachfüllkanäle 9,10 vorüber. Es wird in dieser Weise vermieden, dass die Dichtlippen 201, 301 bei hohem Druck in die Schnüffelbohrungen hineingedrückt und beschädigt werden.
Eine weitere hydraulikseitige Bewegung der Kolbenstange 17 hat zur Folge, dass die Ventilklappe 151 weiterhin am Rand des Ventilsitzes 51 aufliegt, wogegen sich der Rand des Kragens 173 von der Ventilklappe 151 trennt. Aus dem Raum D dringt jetzt Atmosphärendruck in den Raum E und über den Luftkanal 54 in den Raum F. Durch den Druck auf die Membrane 15 und somit auf den tellerförmigen Blechkolben 16 bewegt sich der Kolben 16 mitsamt dem Druckkörper 5 nach vom (Richtung Hydraulik) und schiebt den Hauptkolben 2 vor sich. Der Hauptkolben 2 baut im Druckraum A einen Druck auf, der sich über die Druckleitung 11 in den hydraulischen Bremskreis I verpflanzt.
Der Druck im Raum A wirkt gleichzeitig auf den Hauptkolben 3 des zweiten Hydrauliksystems n und schiebt diesen nach vom, wodurch wieder ein gleicher Druck sich im Druckraum B aufbaut, der über die Druckleitung 12 den Hydraulikkreis II beaufschlagt.
Solange der Fahrer lediglich einen leichten Druck auf das Bremspedal ausübt und noch nicht die Hilfskraftvorrichtung betätigt, baut sich in den Räumen A und B lediglich so viel Druck auf, wie es die durch die Kolbenstufen 171 und 172 verursachte Verdrängung bedingt. Da die Kolbenstufen 171 und 172 erheblich kleinere Querschnitte aufweisen als die beiden Hauptkolben 2, 3, ist der Fahrer imstande, eine differenzierte und äusserst feinfühlige Bremsung auszuüben.
Der Druckkörper 5 folgt dem Impuls der Kolbenstange 17 und drückt den Hauptkolben 2 nach vom, der wieder über den Druckraum A den Hauptkolben 3 verschiebt. Die Bremsanlage arbeitet nun mit Muskelkraft. Durch den Gegendruck der Räume A, B auf die Kolbenflächen 171, 172 hat der Fahrer ein unmittelbares Gefühl für die von ihm jeweils eingesetzte Bremswirkung.
Sobald die Hilfskraft ausgelöst wird und der Druck in den Räumen A und B entsprechend steil ansteigt, wird der Fahrer den Druckanstieg vom ersten Augenblick an über die Kolbenstange 17 fühlen, u. zw. genau als Funktion der tatsächlich ausgeübten Bremswirkung. Der Übergang von der Muskel-
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dem Querschnitt der Kolbenstufe 172 ein Gegendruck, der die Hälfte des Gegendruckes beträgt, der vor dem Zerfall des Bremskreises I zur Rückanzeige kam. Die Rückanzeige entspricht somit genau der verbliebenen Bremswirkung.
Es geht aus dieser Beschreibung hervor, dass bei entsprechender Bemessung der Querschnitte der Kolbenstufen 171, 172 im Verhältnis zum gemeinsamen Querschnitt der Hauptkolben 2,3 eine stets zuverlässige und stets mit dem hydraulischen Druck im Hydrauliksystem proportionale Rückanzeige des Bremsdruckes gewährleistet wird. Die Rückanzeige, die ohne jedes Zwischenglied von den Kolbenstufen 171,172 auf den Bremshebel übertragen wird, erfolgt augenblicklich ; wenn ein Hydraulikkreis ausfällt, steht eine der beiden Kolbenstufen 171,172 auch weiterhin unter Druck, so dass der Fahrer ein plötzliches Nachgeben des Bremsdruckes nicht empfindet, sondern lediglich das Bremspedal tiefer eintritt, immer noch gegen den Gegendruck der Kolbenstange 17.
Ein sehr wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die Rückanzeige nach dem Ausfall eines Bremskreises ihre genaue Proportionalität mit dem Leitungsdruck im Hydrauliksystem stets behält, d. h. dass ein gleichbleibender Bremspedalgegendruck einen dem Querschnittsverhältnis der Kolbenstufe ent-
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sprechenden höheren hydraulischen Leitungsdruck anzeigt.
Fernerhin ist es mit einfachen Mitteln gelungen, die Beschädigung der Dichtlippen 201, 301 zu vermeiden, indem die Feder 18 einstellbar gestaltet ist, beispielsweise durch die Zwischenlage mehrerer oder stärkerer Scheiben 53, so dass die Dichtlippen in ihrer Ruhestellung sich immer unmittelbar an den Schnüffelbohrungen befinden.
Die Reaktionszeit beläuft sich bis zum Aufbau eines Leitungsdrucks an den Radbremszylindern von 125 at auf 10 msec. Der Erfindungsgegenstand ist auch auf diesem Gebiet den bisher bekannten Einrichtungen weit überlegen.
Obwohl die Erfindung durch die oben beschriebenen technischen Vorteile den Stand der Technik sprunghaft erweitert hat, lassen unmittelbare Vergleiche mit den neuesten bekannten Einrichtungen zur Riickanzeige des Bremsdruckes klar erkennen, dass dieses Ergebnis einen relativ geringeren Aufwand fordert. Der technische Fortschritt, den die Erfindung darstellt, ist somit bei einer überraschenden Einfachheit der Konstruktion erreicht worden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Mehrkreis-Bremsanlage mit Hilfskraftvorrichtung, bestehend aus einem oder mehreren pneumatischen oder hydraulischen Druckzylindem mit Druckkolben, die über einen Druckkörper auf den ersten einer Reihe von in einem hydraulischen Hauptzylinder gleichachsig angeordneten Hauptkolben einwirken, von denen jeder einen getrennten Bremskreis mit Druck versorgt, wobei zum Zwecke der Rückanzeige der wirksamen Bremskraft der hydraulische Druck jedes Kreises in axialen Bohrungen
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Bohrungen (203, 302) aller Haupt-benstufen (171, 172) auf die in den einzelnen Bremskreisen (I, vorgesehenen Bremsdrücke abgestimmt sind.