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Die Erfindung betrifft einen Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge mit einem in einem Verstärkergehäuse geführten Steuergehäuse, mit einem betätigbaren Eingangsglied, welches mit einem Ventilkolben verbunden ist, der über eine Eingangswirkfläche auf ein elastisches Reaktionselement einwirkt, und mit einem Ausgangsglied, welches einen Hauptzylinder mit einer Verstärkungskraft beaufschlagt und welches mit einer Ausgangswirkfläche auf das Reaktionselement einwirkt, wobei der Ventilkolben einen flanschartigen, radialen Vorsprung zur Anlage des Ventilkolbens an dem Steuergehäuse im Aussteuerpunkt aufweist.
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Ein derartiger Bremskraftverstärker ist beispielsweise aus der
EP 0 655 039 A1 bekannt. Dieser weist einen im wesentlichen zylindrischen Ventilkolben mit einem flanschartigen, radialen Vorsprung auf, welcher in einer Vollbremsstellung, d.h. wenn der Aussteuerpunkt des Bremskraftverstärkers erreicht ist, an dem Steuergehäuse zur Anlage kommt.
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Im Aussteuerpunkt des Bremskraftverstärkers ist die maximale mögliche Hilfskraft erreicht und eine weitere Erhöhung der Kraft auf einen Betätigungskolben des Hauptzylinders ist danach nur durch eine weitere, gleich hohe Steigung der Eingangskraft möglich. Eine Eingangskraft wird dann über den flanschartigen, radialen Vorsprung in das Steuergehäuse eingeleitet. Um keine zu hohe Flächenpressung auf das Steuergehäuse zu erhalten, ist daher der flanschartige, radiale Vorsprung des Ventilkolbens mit einer möglichst großen Anlagefläche am Steuergehäuse zu versehen.
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Die Übersetzung eines Bremskraftverstärkers wird durch das Verhältnis Ausgangskraft zu Eingangskraft bzw. Ausgangswirkfläche zu Eingangswirkfläche definiert, wobei die Grenze der Übersetzung durch die Dimensionierung der Bauteile des Bremskraftverstärkers festgelegt ist. Dennoch werden immer größere Übersetzungsverhältnisse gefordert. Gleichzeitig besteht die Forderung, den Bauraum des Bremskraftverstärkers zu optimieren, d.h. möglichst gering zu halten.
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Aus
DE 100 54 251 A1 ist ein Bremskraftverstärker mit einem verlängerten Ventilkolben bekannt, an dem sowohl der als Anschlag dienender radialer Vorsprung als auch der Sitz des Querglieds bezüglich des Kolbenkopfes des Eingangsgliedes axial in Richtung Reaktionselement versetzt sind. Dies führt jedoch zu einer unerwünschten signifikanten Erhöhung der Baulänge.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremskraftverstärker bereitzustellen, welcher im Vergleich zu gattungsgemäßen Bremskraftverstärkern eine Erhöhung der Übersetzung bei gleichbleibender bzw. optimierter Baulänge des Bremskraftverstärkers ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ventilkolben auf einer dem Reaktionselement zugewandten Seite abgestuft mit einem ersten zylindrischen Abschnitt, einem zweiten zylindrischen Abschnitt sowie dem flanschartigen radialen Vorsprung als drittem zylindrischen Abschnitt ausgebildet ist, wobei der zweite zylindrische Abschnitt in eine Ausnehmung des Steuergehäuses eintauchbar ist, und dass der Ventilkolben eine axiale Anlagefläche zur Anlage des Eingangsgliedes aufweist, welche im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnittes vorgesehen ist.
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Die Eingangswirkfläche an dem Ventilkolben kann somit im Vergleich zu einem gattungsgemäßen Bremskraftverstärker verkleinert werden, ohne dass Einbußen in Hinblick auf die Festigkeit des Ventilkolbens oder in Hinblick auf den Bauraum des Bremskraftverstärkers in Kauf genommen werden müssen. Gleichzeitig bleibt eine möglichst große Anschlagfläche des Ventilkolbens an dem Steuergehäuse im Falle einer Vollbremsung erhalten.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen hervor.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel zeigt. Dabei zeigt jeweils in Teilansicht sowie im Längsschnitt:
- 1 einen erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker in Bereitschaftsstellung;
- 2 den Bremskraftverstärker gemäß 1 in Vollbremsstellung und
- 3 den Bremskraftverstärker gemäß den 1 und 2 in Rücklaufstellung.
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Die
1 bis
3 zeigen lediglich einen für die Erfindung wesentlichen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers. Die grundsätzliche Funktion eines Bremskraftverstärkers, wie sie beispielhaft der
EP 0 655 039 A1 zu entnehmen ist, wird dabei als bekannt vorausgesetzt.
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Ein angedeutetes Verstärkergehäuse 1 des in 1 gezeigten pneumatischen Bremskraftverstärkers in Single-Ausführung einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage ist durch eine lediglich teilweise angedeutete, axial bewegliche Wand 2 in eine Unterdruckkammer 3 und eine Arbeitskammer 4 unterteilt. Die axial bewegliche Wand 2 besteht aus einem Membranteller 22 und einer daran anliegenden flexiblen Membran 23, die nicht näher dargestellt zwischen dem äußeren Umfang des Membrantellers 22 und dem Verstärkergehäuse 1 eine Rollmembran als Abdichtung bildet.
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Ein Eingangsglied 10 des Bremskraftverstärkers ist mittels eines nicht dargestellten Bremspedals betätigbar. Ein durch ein Eingangsglied 10 betätigbares Steuerventil 6 ist in einem im Verstärkergehäuse 1 abgedichtet geführten, die bewegliche Wand 2 tragenden Steuergehäuse 5 untergebracht und besteht aus einem am Steuergehäuse 5 ausgebildeten ersten Dichtsitz 7, einem an einem mit dem Eingangsglied 10 verbundenen Ventilkolben 11 ausgebildeten zweiten Dichtsitz 8 sowie einem mit beiden Dichtsitzen 7,8 zusammenwirkenden Ventilkörper 9, der in einer im Steuergehäuse 5 abgedichtet angeordneten Führung 24 bewegbar angeordnet ist und mittels einer, sich an der Führung 24 abstützenden Ventilfeder 25 gegen die Ventilsitze 7,8 gedrückt wird. Die Arbeitskammer 4 ist mit der Unterdruckkammer 3 über einen seitlich im Steuergehäuse 5 verlaufenden Kanal 26 verbindbar.
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Die Bremskraft wird über ein stirnseitig an einem Vorderteil 35 des Steuergehäuses 5 anliegendes, als gummielastische Reaktionsscheibe ausgebildetes Reaktionselement 20 sowie ein als Druckstange ausgebildetes Ausgangsglied 21 auf einen Betätigungskolben eines nicht dargestellten Hauptzylinders der Bremsanlage übertragen, der an einer unterdruckseitigen Verstärkergehäusehälfte angebracht ist.
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Eine in der Zeichnung schematisch dargestellte Rückstellfeder 27, die sich an einer unterdruckseitigen Stirnwand des Verstärkergehäuses 1 abstützt, hält die bewegliche Wand 2 in der gezeigten Bereitschaftsstellung. Außerdem ist eine zweite Druckfeder bzw. Eingangsgliedrückholfeder 28 vorgesehen, die einerseits indirekt an dem Eingangsglied 10 und andererseits am Führungsteil 24 abgestützt ist und deren Kraft für eine Vorspannung des Ventilkolbens 11 bzw. seines Dichtsitzes 8 gegenüber dem Ventilkörper 9 sorgt.
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Um die Arbeitskammer 3 bei der Betätigung des Steuerventils 5 mit der Atmosphäre verbinden zu können, ist schließlich im Steuergehäuse 5 ein annähernd radial verlaufender Kanal 29 ausgebildet. Die Rückkehrbewegung des Ventilkolbens 11 am Ende eines Bremsvorganges wird dabei durch ein Querglied 30 begrenzt, das in der in 1 gezeigten Bereitschaftsstellung des Unterdruckbremskraftverstärkers an einem am Verstärkergehäuse 1 ausgebildeten Anschlag 31 anliegt.
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Wie aus 1 zu erkennen ist, weist der Ventilkolben 11 eine Ausnehmung 18 mit einer kegel- oder kalottenförmigen Anlagefläche 40 zur Aufnahme eines Kugelkopfes 19 des Eingangsgliedes 10 auf. Zur gelenkigen Verbindung des Eingangsgliedes 10 mit dem Ventilkolben 11 wird der Ventilkolben 11 nach Zusammenfügen der beiden Teile in einem Bereich hinter dem Kugelkopf 19 durch Umformen lanciert, so dass eine oder mehrere Lanciernasen 32 den Kugelkopf 19 in der Ausnehmung 18 halten.
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Es ist 1 weiter zu entnehmen, dass dem Eingangsglied 10 bzw. dem damit verbundenen Ventilkolben 11, welcher nachstehend näher beschrieben wird, eine Eingangswirkfläche mit dem Durchmesser D1 und dem Ausgangsglied 21 eine Ausgangswirkfläche mit dem Durchmesser D4 zugeordnet ist, wobei der Durchmesser D4 an einem flanschartigen Abschnitt 33 des Ausgangsgliedes 21 ausgebildet ist. Das Übersetzungsverhältnis i des Bremskraftverstärkers ist somit über das Verhältnis Ausgangswirkfläche zu Eingangswirkfläche definiert.
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Der Ventilkolben 11 ist auf einer dem Reaktionselement 20 zugewandten Seite 41 gestuft ausgebildet und weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 12 mit einem ersten, kleinen Durchmesser D1, einen zweiten zylindrischen Abschnitt 13 mit einem zweiten, mittleren Durchmesser D2 sowie einem dritten zylindrischen Abschnitt 14 mit einem dritten, großen Durchmesser D3 auf. Wie aus 1 erkennbar ist, ist der erste zylindrische Abschnitt 12 des Ventilkolbens 11 in einer Ausnehmung 36 des Vorderteils 35 des Steuergehäuses 5 geführt angeordnet und eine Stirnseite 34 des ersten Abschnittes 12 des Ventilkolbens 11 mit dem kleinen Durchmesser D1, welche in Richtung Reaktionselement 20 zeigt, stellt die Eingangswirkfläche des Bremskraftverstärkers dar.
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Die Ausnehmung 36 des Steuergehäuses 5 geht auf einer, dem Reaktionsglied 20 abgewandten Seite in eine weitere Ausnehmung 15 über, welche im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist und eine erste Seitenfläche 16 und eine zweite Seitenfläche 17 aufweist. Dabei ist die erste Seitenfläche 16 im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse A des Bremskraftverstärkers und die zweite Seitenfläche 17 senkrecht zur Längsachse A vorgesehen.
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Wie aus 2 hervorgeht, in welcher eine Vollbremsstellung des Bremskraftverstärkers dargestellt ist, ist die Ausnehmung 15 des Steuergehäuses 5 derart ausgestaltet, dass der zweite zylindrische Abschnitt 13 des Ventilkolbens 11 in diese hineintauchen kann. Dies bedeutet, dass ein äußerer Durchmesser der Ausnehmung 15 geringfügig größer ausgestaltet ist als der mittlere Durchmesser D2 des Ventilkolbens 11. Außerdem schlägt in dieser Stellung des Bremskraftverstärkers der dritte zylindrische Abschnitt 14 des Ventilkolbens 11, der als flanschartiger, radialer Vorsprung ausgestaltet ist, mit einer dem Reaktionselement 20 zugewandten Seitenfläche 37 an einer als Anschlag 38 ausgebildeten Fläche des Vorderteiles 35 an. Damit ist der maximale Öffungshub des Dichtsitzes 8 erreicht und die Arbeitskammer 4 ist in vollem Umfang über den Kanal 29 mit Atmosphärendruck beaufschlagt. In dieser Stellung ist der sogenannte Aussteuerpunkt des Bremskraftverstärkers, d.h. die maximale mögliche Hilfskraft erreicht. Eine weitere Erhöhung der Kraft auf den Betätigungskolben des Hauptzylinders ist dann nur durch eine weitere, gleich hohe Steigung der Eingangskraft möglich, wobei eine Eingangskraft in diesem Fall über den dritten zylindrischen Abschnitt 14 in das Steuergehäuse 5 eingeleitet wird. Der dritte zylindrische Abschnitt 14 des Ventilkolbens 11 dient somit zum einen der Anlage des Ventilkolbens 11 am Steuergehäuse 5 in einer Vollbremsstellung (2), zum anderen stellt er eine Anlage für das Querglied 30 in einer Bereitschaftsstellung (1) dar, wodurch das Eingangsglied 10 sowie der damit verbundene Ventilkolben 11 gegen ein Herausfallen aus dem Steuergehäuse 5 gesichert sind.
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Um eine Anlage des zweiten zylindrischen Abschnittes 13 an der zweiten Seitenfläche 17 der Ausnehmung 15 und damit eine zu hohe Flächenpressung auf das Steuergehäuse 5 zu vermeiden, ist in der gezeigten Vollbremsstellung immer ein geringer Spalt zwischen dem zweiten zylindrischen Abschnitt 13 und der Seitenfläche 17 vorhanden.
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Durch die Abstufung des Ventilkolbens 11 ist es somit möglich, mittels der kleinen Eingangswirkfläche mit dem Durchmesser D1 eine Übersetzung i mit einem Wert von ca. 18 zu erreichen. Im Gegensatz hierzu liegen die derzeit mit bekannten Bremskraftverstärkern zu erreichenden Übersetzungen bei ca. 7,5 bei Single-Ausführung und bei ca. 9,4 bei Tandem-Ausführung.
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Der kleine Durchmesser D1 des ersten zylindrischen Abschnittes 12 des Ventilkolbens 11 ist nur durch die Abstufung des Ventilkolbens 11 realisierbar, da die Anlagefläche 40 der Ausnehmung 18 des Ventilkolbens 11, an welcher der Kolbenkopf 19 des Eingangsgliedes 10 in axialer Richtung anliegt und über welche die Eingangskraft von dem Eingangsglied 10 auf den Ventilkolben 11 übertragen wird, wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, zur Reduzierung und Optimierung der Baulänge des Bremskraftverstärkers in einem Bereich des zweiten zylindrischen Abschnittes 13 vorgesehen ist und eine Festigkeit des Ventilkolbens 11 durch den zweiten zylindrischen Abschnitt 13 gewährleistet werden kann, weil der erste zylindrische Abschnitt 12 nicht geschwächt ist.
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Zur Verbesserung der Montage des Ventilkolbens 11 ist die erste Seitenfläche 16 um einen geringen Winkel zur Längsachse A geneigt vorgesehen und die zweite Seitenfläche 17 weist in ihrem Übergang zur Ausnehmung 35 einen Radius auf.
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Weiter ist aus 1 ersichtlich, dass ein Übergang 39 zwischen dem zweiten und dem dritten zylindrischen Abschnitt 13,14 des Ventilkolbens 11 ist mit einem Radius versehen um die Kerbwirkung zu reduzieren.
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Aus 3, welche eine Stellung im Rücklauf aus der Betätigung des Bremskraftverstärkers zeigt, ist ersichtlich, dass der erste zylindrische Abschnitt 12 des Ventilkolbens 11 in der Ausnehmung 36 des Steuergehäuses 5 ausreichend geführt ist, um ein Verklemmen der Teile zu vermeiden.
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Obwohl die Erfindung lediglich am Beispiel einer Single-Ausführung eines Bremskraftverstärkers mit lediglich jeweils einer Unterdruckkammer und einer Arbeitskammer erläutert wurde, ist die Übertragung auf einen Bremskraftverstärker in Tandem-Ausführung besonders vorteilhaft.
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Durch die gestufte Ausgestaltung des Ventilkolbens 11 auf der dem Reaktionselement 20 zugewandten Seite mit den zylindrischen Abschnitten 12,13,14 sowie durch die Ausnehmung 15 des Steuergehäuses 5, welche den zweiten zylindrischen Abschnitt 13 bei einer Betätigung des Bremskraftverstärkers aufnimmt, ist eine Reduzierung der Eingangswirkfläche auf den kleinen Durchmesser D1 und somit eine Erhöhung der Übersetzung i auf den Wert von ca. 18 möglich. Gleichzeitig wird die Festigkeit des Ventilkolbens 11 nicht gemindert und die Baulänge des Bremskraftverstärkers nicht vergrößert.
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Weiter vorteilhaft ist, dass für die Erhöhung der Übersetzung i nur wenige Bauteile eines bekannten Bremskraftverstärkers geändert werden müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstärkergehäuse
- 2
- bewegliche Wand
- 3
- Unterdruckkammer
- 4
- Arbeitskammer
- 5
- Steuergehäuse
- 6
- Steuerventil
- 7
- Dichtsitz
- 8
- Dichtsitz
- 9
- Ventilkörper
- 10
- Eingangsglied
- 11
- Ventilkolben
- 12
- Abschnitt
- 13
- Abschnitt
- 14
- Abschnitt
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Seitenfläche
- 17
- Seitenfläche
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Kugelkopf
- 20
- Reaktionselement
- 21
- Ausgangsglied
- 22
- Membranteller
- 23
- Membran
- 24
- Führung
- 25
- Ventilfeder
- 26
- Kanal
- 27
- Rückstellfeder
- 28
- Eingangsgliedrückholfeder
- 29
- Kanal
- 30
- Querglied
- 31
- Anschlag
- 32
- Lanciernase
- 33
- Abschnitt
- 34
- Stirnfläche
- 35
- Vorderteil
- 36
- Ausnehmung
- 37
- Seitenfläche
- 38
- Anschlag
- 39
- Übergang
- 40
- Anlagefläche
- 41
- Seite
- A
- Längsachse
- D1
- Durchmesser
- D2
- Durchmesser
- D3
- Durchmesser
- D4
- Durchmesser
