-
Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Bremskraftverstärker
eines Kraftfahrzeugs mit einem in einem Zylinder geführten
Verstärkerkolben, dessen erste Stirnseite einen mit Hydraulikmedium
befüllten Druckraum im Zylinder begrenzt, der durch ein Förderorgan
mit zusätzlichem druckbeaufschlagten Hydraulikmedium weiter
befüllbar ist, während die andere Stirnseite des
Verstärkerkolbens direkt oder indirekt auf zumindest einen
hydraulischen Bremskreis der Fahrzeug-Bremsanlage, insbesondere
auf einen Tandem-Hauptbremszylinder, einwirkt, sowie mit einem im
wesentlichen koaxial zum Verstärkerkolben angeordneten
und vom Fahrer des Kraftfahrzeugs mittels seines Bremspedals oder
dgl. von der anderen Seite in den Druckraum hinein verlagerbaren
Primärkolben, dessen hydraulisch wirksame Querschnittsfläche
geringer als diejenige des Verstärkerkolbens ist.
-
Bremskraftverstärker
in Personenkraftwagen als Kraftfahrzeuge sind auch heute noch zumeist
als Unterdruckbremskraftverstärker ausgebildet und verwenden
für die Erzeugung der Unterstützungskraft Unterdruck,
welcher bei früheren Fahrzeug-Antriebsaggregaten in Form
quantitätsgesteuerter Brennkraftmaschinen quasi als „Abfallprodukt” zur
Verfügung stand. Bei heutigen modernen Fahrzeug-Antriebsaggregaten
steht diese Energiequelle jedoch nicht mehr oder nur noch unzureichend
zur Verfügung. Man sieht daher eine zusätzliche
Unterdruckpumpe vor, um die konventionellen Unterdruck-Bremskraftverstärker
weiter verwenden zu können. Dies ist relativ aufwändig;
darüber hinaus ist der relativ hohe Bauraumbedarf eines
Unterdruck-Bremskraftverstärkers von Nachteil. Alternativ kann
ein hydraulischer Bremskraftverstärker verwendet werden,
wofür die
DE
44 01 524 A1 ein Beispiel zeigt. Dabei sind die Anforderungen,
die an solche Bremskraftverstärker gestellt werden, sehr
hoch. Zum einen müssen diese nämlich höchsten
Sicherheitsanforderungen genügen und auch bei Ausfall einer
elektrischen Komponente oder dgl. noch ein sicheres Abbremsen des
Fahrzeugs durch den Fahrer ermöglichen; zum anderen soll
das sog. Pedal-Gefühl, welches der Fahrer des Kraftfahrzeugs
beim Betätigen seines Bremspedals empfindet, möglichst vergleichbar
dem von Unterdruck-Bremskraftverstärkern gewohnten Pedal-Gefühl
mit einer stimmigen Zuordnung zwischen der Pedalkraft und dem Pedalweg
sein.
-
Bei
den bekannten hydraulischen Bremskraftverstärkern ist es
für die Darstellung eines akzeptablen Pedal-Gefühls
erforderlich, dass der mittels einer Pumpe oder dgl. (als sog. Förderorgan)
in den Bremskraftverstärker eingebrachte hydraulische Verstärkungsdruck
praktisch gleichzeitig mit einer Bewegung des Bremspedals äußerst
genau moduliert wird. Ist der hydraulische Druckaufbau beispielsweise
geringfügig langsamer als die vom Fahrer initiierte Bewegung
des Bremspedals, so wird sich das Bremspedal für den Fahrer
gefühlsmäßig „verhärten”,
da der aufgebrachte hydraulische Unterstützungsdruck für
den erzeugten Pedalweg zu gering ist, so dass der Fahrer dann selbst über
das Bremspedal einen signifikanten Anteil des Bremsdrucks in den
Hauptbremszylinder der hydraulischen Fahrzeug-Bremsanlage einleiten
muss. Die Zuordnung zwischen Pedalweg und Pedalkraft liegt dann
nicht mehr auf der gewünschten Pedalkraftkennlinie. Entsprechendes
gilt im gegenteiligen Fall, nämlich dann, wenn der hydraulische
Unterstützungsdruck zu schnell aufgebaut wird. Dann wird
das Bremspedal „durchfallen”, das heißt,
dass die vom Fahrer abverlangte Pedalkraft für den jeweiligen
Pedalweg zu gering ist. Betrachtet man die Dynamik einer Bremsbetätigung
näher detailliert, so erscheint es also nur äußerst
schwer möglich (bis nahezu unmöglich) zu sein,
eine entsprechend hohe Dynamik in der Erzeugung von hydraulischem
Unterstützungsdruck zu erzielen, insbesondere auch da der
Bremspedal-Weg äußerst exakt gemessen und danach
zunächst von einer elektronischen Steuereinheit weiterverarbeitet werden
muss, ehe von dieser ein hydraulischer Aktuator, wie beispielsweise
ein Ventil oder dgl., geeignet angesteuert werden kann.
-
Hiermit
soll nun ein hydraulischer Bremskraftverstärker aufgezeigt
werden, der sowohl den genannten hohen Sicherheitsanforderungen
genügt als auch ein gutes Pedalgefühl ermöglicht
(= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). Diese Aufgabe wird durch
die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst;
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
-
Vorgeschlagen
wird somit ein hydraulischer Bremskraftverstärker eines
Kraftfahrzeugs mit einem in einem Zylinder geführten Verstärkerkolben,
dessen erste Stirnseite einen mit Hydraulikmedium befüllten
Druckraum im Zylinder begrenzt, der durch ein Förderorgan
mit zusätzlichem druckbeaufschlagten Hydraulikmedium weiter
befüllbar ist, während die andere Stirnseite des
Verstärkerkolbens direkt oder indirekt auf zumindest einen
hydraulischen Bremskreis der Fahrzeug-Bremsanlage, insbesondere
auf einen Tandem-Hauptbremszylinder, einwirkt, sowie mit einem im
wesentlichen koaxial zum Verstärkerkolben angeordneten
und vom Fahrer des Kraftfahrzeugs mittels seines Bremspedals oder
dgl. von der anderen Seite in den Druckraum hinein verlagerbaren
Primärkolben, dessen hydraulisch wirksame Querschnittsfläche
geringer als diejenige des Verstärkerkolbens ist und der
im Normalbetrieb des Bremskraftverstärkers nur über
ein zwischengeschaltetes Druckfederelement mechanisch am Verstärkerkolben
abgestützt ist, so dass ohne zusätzliches in den
Druckraum eingebrachtes Hydraulikmedium der Primärkolben
um eine durch das Verhältnis der hydraulisch wirksamen
Querschnittsflächen von Verstärkerkolben und Primärkolben
bestimmte größere Strecke in den Druckraum hinein
verlagerbar ist als der Verstärkerkolben hierdurch in der
gleichen Richtung verlagert wird, bis schließlich aufgrund
einer mechanischen Abstützung zwischen dem Primärkolben
und dem Verstärkerkolben eine weitere Verlagerung des Primärkolbens
eine betragsmäßig gleiche Verlagerung des Verstärkerkolbens
bewirkt, wobei die Verlagerung des Primärkolbens messtechnisch
erfasst wird und im Normalbetrieb des Bremskraftverstärkers
eine elektronische Steuereinheit das Förderorgan solchermaßen
ansteuert, dass aufgrund der durch dieses dem Druckraum zugeführten
Menge von Hydraulikmedium mit einer Verlagerung des Primärkolbens
um eine bestimmte Wegstrecke der Verstärkerkolben auch
ohne mechanische Abstützung um eine betragsmäßig
im wesentlichen gleiche Wegstrecke verlagert wird.
-
Analog
dem Stand der Technik wirkt auf den oder die hydraulischen Bremskreis(e)
des Fahrzeugs ein sog. Verstärkerkolben ein, der jedoch
abweichend vom Stand der Technik über einen sog. Primärkolben,
der über eine übliche Druckstange oder dgl. mit
dem Bremspedal des Fahrers verbunden ist, unter Zwischenschaltung
eines Druckraums verlagerbar ist, wobei der besagte Primärkolben
im Normalbetrieb des Bremskraftverstärkers auch unabhängig
vom Verstärkerkolben verschoben bzw. verlagert werden kann.
Durch diese „Unabhängigkeit” ist eine
im Hinblick auf das Pedalgefühl unerwünschte direkte
Rückwirkung des Verstärkerkolbens auf das Bremspedal
ausgeschlossen. Eine solche direkte Rückwirkung des Verstärkerkolbens
auf das Bremspedal stellt sich nur im Falle einer mechanischen Koppelung zwischen
diesen beiden Elementen ein, welche jedoch nur im Notbetrieb eines
erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers
vorliegt, nämlich dann, wenn im besagten Druckraum, der
vom Verstärkerkolben einerseits und vom Primärkolben
andererseits begrenzt wird, keine ausreichende Menge von Hydraulikmedium
vorhanden ist. In diesem Notbetrieb ist jedoch gewährleistet,
dass der Fahrer – wenn auch unter Aufbringung einer hohen
Pedalkraft – einen ausreichend hohen Bremsdruck in den
hydraulischen Bremskreisen aufbauen kann.
-
Im
Normalbetrieb des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers
hingegen wird in den Druckraum zwischen dem Verstärkerkolben
und dem Primärkolben gezielt so viel Hydraulikmedium eingebracht,
dass stets ein Abstand zwischen dem Primärkolben und dem
Verstärkerkolben gewahrt bleibt. Da die Erzeugung des Drucks
im Druckraum jedoch vorrangig über den Primärkolben
bzw. durch dessen Verlagerung in den Druckraum hinein erfolgt, muss das
Förderorgan, welches Hydraulikmedium in den Druckraum fördert,
keinen exakt auf den Pedalweg abgestimmten hydraulischen Unterstützungsdruck bereit
stellen, sondern es ist ausreichend, wenn dieses Förderorgan
eine gewisse Menge von Hydraulikmedium in Abhängigkeit
von der Verlagerungsstrecke des Primärkolbens in den Druckraum
fördert. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht
also darin, die bislang im Stand der Technik erforderliche hochpräzise
Druckmodulation durch eine hinsichtlich der Regelung wesentlich
fehlertolerantere Volumenregelung zu ersetzen. Hierfür
ist der genannte Primärkolben so ausgelegt, dass durch
eine hydraulische Übersetzung ein gewünschter
Verstärkungsfaktor im hydraulischen Bremskraftverstärker
realisiert ist.
-
Beispielsweise
habe dieser gewünschte Verstärkungsfaktor den
Wert „6” („sechs”), so dass
die Stirnfläche (als hydraulisch wirksame Querschnittsfläche)
des Primärkolbens 1/6 („ein sechstel”)
der Stirnfläche (= hydraulisch wirksame Querschnittsfläche)
des Verstärkerkolbens betrage. Damit ist für einen
kleinen Pedalweg, nämlich soweit, bis der Primärkolben
bei einer Verlagerung in den Druckraum hinein auf dem Verstärkerkolben
aufsetzen würde, eine günstige Pedalkraftkennlinie
einfach darstellbar. In dieser Zeitspanne, die zur Umsetzung dieses
genannten kleinen Pedalwegs benötigt wird, kann die hydraulische
Hilfsenergie durch das besagte Förderorgan in den Druckraum
zwischen dem Primärkolben und dem Verstärkerkolben
eingebracht werden. Für die Bemessung dieser Hilfsenergie
ist grundsätzlich eine einfache Steuerung ausreichend,
dahingehend, dass sich einem bestimmten Bremspedal-Weg einfach eine
bestimmte in den Druckraum einzuführende Hydraulikmenge
zuordnen lässt. Im Falle des beispielhaft genannten Übersetzungsverhältnisses
von „6” verdrängt der Primärkolben
mit Zurücklegen einer gewissen Wegstrecke 1/6 des Hydraulik-Volumens im
Druckraum und verlagert selbst somit den Verstärkerkolben
um 1/6 der von diesem zurückzulegenden (im wesentlichen
gleichen) Wegstrecke, während 5/6 der vom Verstärkerkolben
zurückzulegenden Wegstrecke einfach durch die Zufuhr einer
entsprechenden Menge von Hydraulikmedium in den Druckraum initiiert
werden können. Gesteuert oder geregelt wird erfindungsgemäß also
die in den Druckraum zwischen dem (mit dem Bremspedal verbundenen)
Primärkolben und dem (auf den oder die hydraulischen Fahrzeug-Bremskreis(e)
einwirkenden) Verstärkerkolben einzuführende Menge
von Hydraulikmedium, bei welchem es sich vorzugsweise um die Bremsflüssigkeit
der hydraulischen Bremskreise des Fahrzeugs handeln kann.
-
Beendet
der Fahrer einen eingeleiteten Bremsvorgang und nimmt dabei seinen
Fuß vom Bremspedal, so wird in bekannter Weise aufgrund des
dann nicht mehr vom Primärkolben auf den besagten Druckraum
einwirkenden Drucks der Verstärkerkolben unter Einwirkung
des (Tandem-)Hauptbremszylinders zunächst geringfügig
in Richtung der Ruhestellung bewegt und aufgrund der Übertragung dieser
Bewegung durch das zwischen dem Verstärkerkolben und dem
Primärkolben abgestützte Druckfederelement auch
der Primärkolben quasi aus dem Druckraum heraus in seine
Ruhestellung zurückverlagert. In Verbindung hiermit muss
jedoch auch die während des vorherigen Bremsvorgangs in
den Druckraum eingeleitete Hydraulikmenge aus diesem wieder abgeführt
werden, damit der oder die hydraulische(n) Bremskreis(e) der Fahrzeug-Bremsanlage vollständig
entlastet und die Fzg.-Bremsen hierdurch vollständig gelöst
werden können. Für den Fall, dass aufgrund irgendeiner
Funktionsstörung die besagte Abfuhr von Hydraulikmedium
aus dem Druckraum nicht möglich sein sollte, kann in einer
bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung am Primärkolben
eine in dessen Ruhelage öffnende und den Druckraum mit
einem Hydraulikreservoir verbindende Druckentlastungsvorrichtung
vorgesehen sein. Letztere kann in einer vorteilhaften, da funktionssicheren
und kompakt bauenden Ausführungsform als ein in der dem
Druckraum zugewandten Stirnseite des Primärkolbens vorgesehenes
Druckentlastungsventil ausgebildet sein, welches von einer in der
Ruhelage des Primärkolbens über einen Ventilanschlag
außer Kraft gesetzten Ventilfeder in seiner Schließposition
gehalten ist.
-
Es
wurde bereits erläutert, dass in einem erfindungsgemäßen
hydraulischen Bremskraftverstärker ein hydraulisches Übersetzungsverhältnis
vorliegt bzw. wirksam ist, welches durch das Verhältnis der
auf den besagten Druckraum einwirkenden Querschnittsflächen
(= hydraulisch wirksame Querschnittsflächen) des Verstärkerkolbens
und des Primärkolbens definiert ist. Für übliche
Personenkraftwagen wird vorzugsweise ein solches Übersetzungsverhältnis
in der Größenordnung von „sechs” gewählt,
d. h. die Stirnfläche des Verstärkerkolbens ist sechs
mal so groß wie die Stirnfläche des Primärkolbens.
Um dabei eine beispielsweise hinsichtlich der Festigkeit ausreichende
Querschnittsfläche des Primärkolbens zu erreichen,
kann es erforderlich sein, dem Verstärkerkolben eine größere,
dann auch hydraulisch wirksame Querschnittsfläche als die
Bohrung bzw. hydraulische Querschnittsfläche des Hauptbremszylinders
zuzuweisen. Wenn aus diesem Grunde also die Stirnfläche
(= hydraulisch wirksame Querschnittsfläche) des in den
Hauptbremszylinder der Fahrzeug-Bremsanlage integrierten Verstärkerkolbens
größer als die hydraulische Querschnittsfläche
des Hauptbremszylinders ist, so sollte ein auf der dem Druckraum
abgewandten Seite des Verstärkerkolbens liegender Hydraulikraum
mit einem Hydraulikreservoir verbunden sein, um sicherzustellen,
dass während eines Bremsvorgangs der Verschiebeweg des
Verstärkerkolbens dem durch diesen verursachten Verschiebeweg
des Kolbens des Hauptbremszylinders entspricht, indem aus dem besagten
Hydraulikraum eine Teilmenge von Hydraulikmedium abgeführt
werden kann. Selbstverständlich soll für die entgegen
gerichtete Verlagerung des Verstärkerkolbens mit Beendigung
des Bremsvorgangs wieder eine entsprechende Menge von Hydraulikmedium
in den genannten Hydraulikraum gelangen können.
-
Für
die Ausgestaltung des genannten Förderorgans, welches gemäß obiger
Schilderung dem Verschiebeweg des Primärkolbens entsprechend
Hydraulikmedium in den besagten Druckraum fördert, bestehen
verschiedene Möglichkeiten. So kann die Bereitstellung
der benötigten Hydraulikmenge und somit die hydraulische
Bremskraftverstärkung durch eine vorzugsweise elektromotorisch
angetriebene Pumpe in Zusammenwirken mit geeignet angesteuerten
Ventilen, ggf. in Verbindung mit einem Druckspeicher, erfolgen.
Vorzugsweise jedoch wird ein erfindungsgemäßer
Bremskraftverstärker von einer geeignet angetriebenen Zylinder-Kolbeneinheit
mit Hilfsenergie, d. h. mit zusätzlichem Hydraulikmedium,
welches die hydraulische Bremskraftverstärkung bewirkt,
versorgt, da wie bereits beschrieben für eine ausreichende
Regelgüte eines solchen Systems aufgrund der Tatsache,
dass keine hochdynamische Regelung vonnöten ist, keine
aufwändige Regelung über Ventile erforderlich
ist. Vielmehr ist eine durch die Verlagerung, genauer den Verlagerungsweg
des Primärkolbens gesteuerte Verlagerung eines sog. Unterstützungskolbens
innerhalb eines sog. Speicherzylinders umsetzbar, welche bzw. welcher
die entsprechende bzw. benötigte Menge von Hydraulikmedium
aus dem Speicherzylinder in den besagten Druckraum fördert,
wozu die diesem Unterstützungskolben abgewandte Seite des
Innenraums des Speicherzylinders hydraulisch mit dem Druckraum verbunden
ist. Initiiert wird die Verlagerung des besagten Unterstützungskolbens
der Zylinder-Kolbeneinheit vorzugsweise durch einen Elektromotor,
da ein solcher einfach und genau von einer elektronischen Steuereinheit,
welche eine Verlagerung des Primärkolbens über
Sensoren erfasst, angesteuert werden kann.
-
Der
Unterstützungskolben des Förderorgans kann mittels
eines Kugelgewindetriebs oder eines Getriebes mit veränderlicher Übersetzung
(bspw. in Form eines Kurbeltriebs) vorzugsweise durch einen Elektromotor
verlagert werden, da hiermit dessen Leistungsbedarf in vertretbaren
Grenzen gehalten wird und ein schnelles Ansprechen bei niedrigen
Hydraulik-Druckwerten ermöglicht wird. Zusätzlich
kann auf den Unterstützungskolben des Förderorgans
ein Federspeicherelement einwirken, um den Leistungsbedarf des Elektromotors
weiter zu reduzieren. Der Elektromotor hat damit mehr Zeit, die
angeforderte Arbeit zu verrichten, indem bei einer Bremsbetätigung
das bereits gespannte Federspeicherelement den Elektromotor beim
Aufbau des hydraulischen Drucks unterstützt. Beim späteren
Lösen der Fahrzeug-Bremse spannt der Elektromotor dann
das im Verlauf eines Bremsvorgangs entspannte Federspeicherelement
wieder.
-
Das
Förderorgan kann gemäß der im weiteren
erläuterten Ausführungsbeispiele direkt am Hauptbremszylinder
der Fahrzeug-Bremsanlage angeordnet sein, alternativ ist jedoch
auch eine eigenständige Anordnung unter Verwendung einer Hydraulikleitung
zwischen dem Förderorgan und dem Druckraum eines erfindungsgemäßen
Bremskraftverstärkers möglich.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
weiter erläutert, wobei die beigefügte 1 einen
Prinzip-Schnitt einer ersten Ausführungsform zeigt, von
der in den 3 und 4 Abwandlungen
gezeigt sind, während 2 den sog.
Primärkolben in vergrößerter Darstellung zeigt.
In sämtlichen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen
Bezugsziffern gekennzeichnet und erfindungswesentlich kann jedes
der dargestellten Merkmale sein.
-
Mit
der Bezugsziffer 1 ist das hohlzylindrische Gehäuse
eines Tandem-Hauptbremszylinders einer zweikreisigen hydraulischen
Fahrzeug-Bremsanlage gekennzeichnet, in welchem in üblicher
Weise ein Verstärkerkolben 2 sowie ein Schwimmkolben 3 in
Reihe angeordnet verschiebbar geführt sind. Zwischen dem
Verstärkerkolben 2 und dem Schwimmkolben 3,
genauer zwischen deren Stirnseiten ist eine erste Bremsfluid-Kammer 4a vorgesehen, an
die der Vorderachs-Bremskreis des Fahrzeugs angeschlossen ist, und
an die der Bremsfluid-Kammer 4a gegenüber liegende
Stirnseite des Schwimmkolbens 3 schließt sich
eine zweite Bremsfluid-Kammer 4b an, an die der Hinterachs-Bremskreis
des Fahrzeugs angeschlossen ist. Ein Bremsfluidbehälter 5 ist
als sog. Hydraulikreservoir wirkend in üblicher Weise auf
dem Gehäuse 1 befestigt und stellt dann, wenn
kein Bremsdruck erzeugt wird, sicher, dass sich eine ausreichende
Menge von Bremsfluid in den Bremsfluid-Kammern 4a, 4b befindet.
In üblicher Weise ist dieser Bremsfluidbehälter 5 bei
Verlagerung des Verstärkerkolbens 2 und des Schwimmkolbens 3 aus
ihrer Ruhelage heraus von den Bremsfluid-Kammern 4a, 4b getrennt.
Eine entsprechende Position dieser beiden im Gehäuse 1 des
Tandem-Hauptbremszylinders geführten Kolben 2, 3 ist in
den 1, 3, 4 dargestellt,
wobei diese Kolben 2, 3 aus ihrer Ruheklage heraus
geringfügig nach links verlagert sind, so dass hier der
Zustand zu Beginn eines Bremsvorgang figürlich dargestellt
ist.
-
Eine
einen Bremsvorgang auslösende Verlagerung des Verstärkerkolbens 2,
der seinerseits bzw. die ihrerseits den Schwimmkolben 3 verlagert,
wird durch einen Primärkolben 6 bzw. eine durch
den Fahrer des Fahrzeugs mit seinem Bremspedal verursachte Verlagerung
dieses Primärkolbens 6 in Zusammenwirken mit einem Förderorgan 7 für
Hydraulikmedium verursacht. Hierzu wirkt auf die äußere Stirnseite
des koaxial zum Verstärkerkolben 2 im Gehäuse 1 auf
der der Bremsfluid-Kammer 4a abgewandten Seite des Verstärkerkolbens 2 angeordneten
Primärkolbens 6 das vom Fahrer des Fahrzeugs betätigbare
Bremspedal (oder dgl. – nicht gezeigt) über ein
Gestänge oder dgl. (nicht gezeigt) ein. Ferner ist wie
ersichtlich zwischen den einander zugewandten Stirnseiten des Verstärkerkolbens 2 sowie des
Primärkolbens 6 innerhalb des hohlzylindrischen Gehäuses 1 ein
sog. Druckraum 8 vorgesehen, in welchem ein Druckfederelement 9 zwischen
den einander zugewandten Stirnseiten von Verstärkerkolben 2 und
Primärkolben 6 eingespannt angeordnet ist. Hydraulisch über
einen Verbindungskanal 10 mit diesem Druckraum 8 verbunden
ist der Innenraum 11a eines hydraulischen Speicherzylinders 11,
in dem ein sog. Unterstützungskolben 12 derart
verlagerbar angeordnet ist, dass dieser aus dem Innenraum 11a des
Speicherzylinders 11 entweder ein hierin vorgesehenes Hydraulikmedium
in den Druckraum 8 fördert, indem das freie Volumen
des Innenraums 11a des Speicherzylinders 11 verringert
wird, oder dass aus dem Druckraum 8 Hydraulikmedium in
den Innenraum 11a des Speicherzylinders 11 gelangen kann,
wenn dieser durch entsprechende Verlagerung des Unterstützungskolbens 12 vergrößert
wird. Der Unterstützungskolben 12 bildet also
zusammen mit dem Speicherzylinder 11 das genannte Förderorgan 7,
welches Hydraulikmedium in den Druckraum 8 zwischen dem
Primärkolben 6 und dem Verstärkerkolben 2 fördern
und somit den Verstärkerkolben 2 gegenüber
dem Primärkolben (weiter) verlagern kann.
-
Der
Unterstützungskolben 12 des Förderorgans 7 kann
in Richtung der Zylinderachse des Speicherzylinders 11 im
Sinne einer Verkleinerung oder Vergrößerung von
dessen Innenraum 11a hier (bei allen Ausführungsbeispielen)
unter Einwirkung eines Elektromotors 13 verschoben werden,
dessen Abtriebswelle unter Zwischenschaltung eines geeigneten Getriebes
auf den Unterstützungskolben 12 entsprechend einwirkt.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 3 ist
dieses Getriebe als Kugelgewindetrieb 14a ausgebildet,
beim Ausführungsbeispiel nach 4 als Kurbeltrieb 14b.
Beim Ausführungsbeispiel nach 3 wirkt
auf den Unterstützungskolben 12 zusätzlich
ein am Gehäuse des Elektromotors 13 abgestütztes
Federspeicherelement 15 in Form einer Schraubendruckfeder
ein.
-
Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers
beispielsweise nach 1 wurde vor der Figurenbeschreibung
bereits ausführlich erläutert, so dass hier nur
noch einmal kurz das wesentliche wiederholt wird: Nachdem die Stirnfläche
(= hydraulisch wirksame Querschnittsfläche) des Primärkolbens 6 erheblich
geringer als diejenige des Verstärkerkolbens 2 ist,
wird letzterer im Rahmen eines Bremsvorgangs, d. h. bei einer Betätigung
des Bremspedals durch den Fahrer mit einer daraus resultierenden
Verlagerung des Primärkolbens 6 in den Figuren
nach links, d. h. in den Druckraum 8 hinein, bei unverändertem
Volumen des Innenraums 11a des Speicherzylinders 11 aufgrund
der hydraulischen Übersetzung um ein geringeres Maß ebenfalls
nach links, d. h. in die Bremsfluid-Kammer 4a hinein verlagert.
Gleichzeitig wird die Verlagerung des Primärkolbens 6 mittels
eines nicht dargestellten Wegsensors erfasst und diese einer ebenfalls
nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit mitgeteilt, welche
daraufhin den Elektromotor 13 des Förderorgans 7 solchermaßen
ansteuert, dass aus dem Innenraum 11a des Speicherzylinders 11 im
wesentlichen eine solche Menge von Hydraulikmedium in den Druckraum 8 gefördert
wird, dass mit einer Verlagerung des Primärkolbens 6 schließlich
der Verstärkerkolben 2 um eine im wesentlichen
gleiche Wegstrecke wie der Primärkolben 6 verlagert
wird, so dass über eine Bremsbetätigung gesamthaft
betrachtet der Abstand zwischen dem Primärkolben 6 und
dem Verstärkerkolben 2 im wesentlichen gleich
bleibt. Mit der einfachen Ansteuerung des Förderorgans 7 in
Abhängigkeit vom Verschiebeweg des Primärkolbens 6 stellt
sich für den Fahrer am Bremspedal ein gutes Pedalgefühl ein,
so wie es von den bislang üblichen Unterdruck-Bremskraftverstärkern
her bekannt ist, und zwar mit einer stimmigen Zuordnung zwischen
der für den Fahrer am Bremspedal spürbaren Pedalkraft und
dem dabei zurückgelegten Pedalweg des Bremspedals.
-
Beendet
wird ein Bremsvorgang wie üblich durch Wegnehmen des Drucks
vom Bremspedal, woraufhin die zwar figürlich dargestellten
jedoch nicht näher bezeichneten Federelemente im Hauptbremszylinder,
d. h. das zwischen dem Verstärkerkolben 2 und
dem Schwimmkolben 3 sowie zwischen letzterem und der Innenwand
des Gehäuses 1 liegende Federelement, den Verstärkerkolben 2 in
seine Ausgangslage oder Ruhelage zu verschieben trachten. Hierdurch
wird auch der über das Druckfederelement 9 am
Verstärkerkolben 2 abgestützte Primärkolben 6 in
seine Ruhelage verschoben, wobei jedoch die beim vorangegangenen
Bremsvorgang durch das Förderorgan 7 in den Druckraum 8 geförderte
Hydraulikmedium aufgrund der unterschiedlichen Stirnflächen
des Verstärkerkolbens 2 und des Primärkolbens 6 wieder
aus dem Druckraum 8 abgeführt werden muss. Hierzu
wird auch bei der Zurück-Verlagerung des Primärkolbens 6 der
Elektromotor 13 des Förderorgans geeignet, d.
h. solchermaßen angesteuert, dass sich mit dieser beschriebenen
Verlagerung des Primärkolbens 6 sowie des Verstärkerkolbens 2 der
Innenraum 11a des Speicherzylinders 11 entsprechend
vergrößert.
-
Sollte
bei diesem soeben beschriebenen Vorgang im Förderorgan 7,
d. h. bei der entsprechenden Ansteuerung von dessen Elektromotor 13 ein Fehler
auftreten, so könnte der Druckraum 8 möglicherweise
nicht entlastet und das Bremssystem des Fahrzeugs (bzw. dessen beiden
Bremskreise) daher nicht gelöst werden. Um dies zu vermeiden,
ist am Primärkolben 6 eine in dessen Ruhelage öffnende und
den Druckraum 8 mit einem Hydraulikreservoir, nämlich über
eine in der Wand des Gehäuses 1 verlaufende Entlastungsbohrung 16 mit
dem Bremsfluidbehälter 5 verbindende Druckentlastungsvorrichtung 17 vorgesehen.
Diese ist durch ein in der dem Druckraum 8 zugewandten
Stirnseite des Primärkolbens 6 vorgesehenes Druckentlastungsventil 17a gebildet, welches
in 2 vergrößert dargestellt ist
und von einer in der Ruhelage des Primärkolbens 6 über
einen Ventilanschlag 17b außer Kraft gesetzte
Ventilfeder 17c in seiner Schließposition gehalten
ist. An dieses Druckentlastungsventil 17a schließt
sich ein in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 17d gekennzeichnetes
und zunächst innerhalb des Primärkolbens 6 sowie
im Anschluss daran außerhalb desselben in einer Führungsbuchse 18 für
den Primärkolben 6 verlaufendes und schließlich
in der Entlastungsbohrung 16 mündendes Kanalsystem
an. Wie aus 2 weiterhin hervorgeht, ist
die Ventilfeder 17c mit ihrem dem Ventilkörper
des Druckentlastungsventils 17a abgewandten Seite an einem
an der Stirnseite des Primärkolbens 6 befestigten
käfigartigen Federteller 17e abgestützt.
Im übrigen kann anstelle der hier gezeigten und kurz beschriebenen Druckentlastungsvorrichtung 17 auch
eine geeignete einfache Bohrung in Form eines sog. Schnüffellochs vorgesehen
sein, welche(s) ebenso verhindern kann, dass bei einer Störung
im Förderorgan 7 hydraulischer Druck in der Druckkammer 8 und
somit auch im Tandem-Hauptbremszylinder verbleibt und somit aufgebrachter
Bremsdruck nicht mehr abgebaut werden könnte.
-
Auch
die Funktion des in 3 dargestellten und zusätzlich
zum Elektromotor 13 auf den Unterstützungskolben 12 des
Förderorgans 7 einwirkenden Federspeicherelements 15 in
Form einer Schraubendruckfeder wurde vor der Figurenbeschreibung
bereits kurz erläutert. Ein solches hier mit seinem anderen
Ende am Gehäuse des Elektromotors abgestütztes
Federspeicherelement 15 kann nämlich den Leistungsbedarf
des Elektromotors 13 dadurch reduzieren, dass diesem mehr
Zeit zur Verfügung steht, die angeforderte Arbeit zu verrichten, indem
bei einer Bremsbetätigung das zunächst bereits
gespannte Federspeicherelement 15 den Elektromotor 13 beim
Aufbau des hydraulischen Drucks im Druckraum 8 unterstützt.
Beim späteren Lösen der Fahrzeug-Bremse wird dieses
Federspeicherelement 15 durch die vom Elektromotor 13 verursachte Zurückverlagerung
des Unterstützungskolbens 12 im Sinne einer Vergrößerung
des Innenraums 11a des Speicherzylinders 11 wieder
gespannt, wobei hier der zunächst im Druckraum 8 herrschende
hydraulische Druck den Elektromotor 13 unterstützt.
-
3 zeigt
weiterhin eine ebenfalls vor der Figurenbeschreibung bereits erwähnte
Gestaltung dahingehend, dass die bezüglich des Druckraums 8 wirksame
Stirnfläche (= hydraulisch wirksame Querschnittsfläche)
des Verstärkerkolbens 2 größer
ist als die hydraulische Querschnittsfläche 19 des
Tandem-Hauptbremszylinders, welche im wesentlichen gleich der wirksamen
Stirnfläche des in diesem geführten Schwimmkolbens 3 ist.
Ist ein bestimmtes hydraulisches Übersetzungsverhältnis
zwischen dem Primärkolben 6 und dem Verstärkerkolben 2 gewünscht
(hier bspw. ein Verhältnis von 1:6), so kann es im Hinblick
auf eine sinnvolle Dimensionierung des Primärkolbens 6 erforderlich
sein, dem Verstärkerkolben 2 eine größere
hydraulisch wirksame Querschnittsfläche als die hydraulische
Querschnittsfläche 19 des Hauptbremszylinders
zu verleihen. Im Hinblick auf die dann erforderliche Querschnittsreduzierung
von der Stirnfläche des Verstärkerkolbens 2 auf
die Querschnittsfläche 19 des Hauptbremszylinders
ist ein auf der dem Druckraum abgewandten Seite des Verstärkerkolbens 2 liegender
Hydraulikraum 20 mit einem Hydraulikreservoir, nämlich
dem Bremsfluidbehälter 5 hydraulisch verbunden,
um sicherzustellen, dass während eines Bremsvorgangs der
Verschiebeweg des Verstärkerkolbens 2 dem durch
diesen verursachten Verschiebeweg des Schwimmkolbens 3 des
Hauptbremszylinders entspricht, indem aus dem besagten Hydraulikraum 20 eine
Teilmenge von Hydraulikmedium abgeführt werden kann. Selbstver ständlich
kann für die entgegen gerichtete Verlagerung des Verstärkerkolbens 2 mit
Beendigung des Bremsvorgangs wieder eine entsprechende Menge von
Hydraulikmedium aus dem Bremsfluidbehälter 5 in
den genannten Hydraulikraum 20 gelangen können.
-
Auch
die in 4 gezeigte Ausbildung des zwischen dem Elektromotor 13 und
dem Unterstützungskolben 12 vorgesehenen Getriebes
als Kurbeltrieb wurde vor der Figurenbeschreibung bereits kurz erwähnt
und führt in der figürlich dargestellten Anordnung
dazu, dass mit Beginn der Bewegung des Elektromotors 13 und
somit am Anfang des Bremsvorgangs ein schnellerer Druckaufbau erfolgt,
während geringfügig später, wenn bereits
ein relativ hoher Druck vorliegt, der Unterstützungskolben 12 um
ein geringeres Maß als bei Beginn der Bewegung des Elektromotors 13 weiter
verschoben wird. Der Leistungsbedarf des Elektromotors 13 wird
auf diese Weise in vertretbaren Grenzen gehalten.
-
Schließlich
sei noch darauf hingewiesen, dass bei Ausfall der durch das Förderorgan 7 bewirkten
hydraulischen Verstärkung (bspw. durch Leckage oder durch
einen Fehler im Förderorgan 7 oder bei dessen
Ansteuerung) beim Betätigen des Bremspedals der Primärkolben 6 soweit
verschoben wird, bis er auf dem Verstärkerkolben 2 direkt
oder über das entsprechend komprimierte Druckfederelement 9 indirekt
aufsetzt, wonach eine weitere Verlagerung des Primärkolbens 6 den
Verstärkerkolben 2 mechanisch verlagert, so dass
der Aufbau von hydraulischem Bremsdruck im Hauptbremszylinder weiterhin,
wenn auch mit deutlich höherem Kraftaufwand durch den Fahrer,
möglich ist. Der vorgestellte hydraulische Bremskraftverstärker
verhält sich im Fehlerfall daher ähnlich wie ein
konventionelles Bremsgerät mit Unterdruckverstärkung.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass durchaus
eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen
gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen. So kann beispielsweise der Verstärkerkolben 2 gleichzeitig
die Funktion der Führungsbuchse 18 des Primärkolbens 6 übernehmen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-