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Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Bremskraftverstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher, als Unterdruckbremskraftverstärker für ein Kraftfahrzeug ausgebildeter Bremskraftverstärker ist aus der
DE 199 16 579 A1 bekannt.
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Normalerweise haben pneumatische Bremskraftverstärker ein festes Kraftübersetzungsverhältnis, d. h. eine mittels des Eingangsgliedes in den Bremskraftverstärker eingeleitete Betätigungskraft wird von einer dem Eingangsglied zugeordneten, kleineren Fläche auf eine dem Kraftabgabeglied zugeordnete, größere Fläche übertragen, zumeist unter Zwischenschaltung einer sich flüssigkeitsähnlich verhaltenden, sogenannten Reaktionsscheibe aus Elastomermaterial. Unter bestimmten Umständen, beispielsweise in einer Notbremssituation, ist es jedoch erwünscht, einem Benutzer eine möglichst hohe Bremskraftunterstützung zur Verfügung zu stellen, damit ausgehend von einer bestimmten Eingangskraft ein möglichst hoher Bremsdruck erzeugt werden kann.
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In der genannten
DE 199 16 579 A1 wird deshalb vorgeschlagen, mittels eines Schaltkolbens die auf die Reaktionsscheibe wirkende und dem Eingangsglied zugeordnete kleinere Fläche nach Überschreiten einer bestimmten Eingangskraft weiter zu verkleinern. Diese verkleinerte Fläche dringt, verglichen mit der nicht verkleinerten Fläche, bei gleicher Eingangs- oder Betätigungskraft weiter in die elastische Reaktionsscheibe ein, so dass das Steuerventil des Bremskraftverstärkers entsprechend weiter öffnet, woraus ein entsprechend höherer Differenzdruck im Bremskraftverstärker und damit eine erhöhte Kraftverstärkung resultiert. Die in der
DE 199 16 579 A1 vorgeschlagene Lösung zeigt jedoch beim Umschalten von der auf die Reaktionsscheibe zunächst wirkenden, größeren Fläche auf die verkleinerte Fläche ein Übergangsverhalten, welches die verkleinerte Fläche erst mit einiger Verzögerung zur Wirkung gelangen lässt. Entsprechend findet die Verringerung der von einem Benutzer des Bremskraftverstärkers für eine hohe Bremskraft aufzubringenden Eingangskraft nicht so schnell statt wie gewünscht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Bremskraftverstärker mit einer Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit der auf das Krafteingangsglied ausgeübten Kraft bereitzustellen, dessen Umschaltverhalten so verbessert ist, dass bei einem Umschaltvorgang von der kleinen Fläche auf die weiter verkleinerte Fläche letztere schneller zur Wirkung kommt, d. h. das zur Verringerung der für eine hohe Bremskraft benötigten Eingangskraft vergrößerte Kraftübersetzungsverhältnis des Bremskraftverstärkers für einen Benutzer schneller spürbar wird.
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Ausgehend von einem Bremskraftverstärker der genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Schaltkolben und dem Steuerventilgehäuse eine Schaltkolbenabstützungseinrichtung vorhanden ist, die die auf den Schaltkolben wirkende Rückwirkkraft zumindest teilweise in das Steuerventilgehäuse einkoppelt, sobald der Schaltkolben sich von dem Anschlag gelöst hat. Auf diese Weise wird erreicht, dass die von der Schaltkolbenabstützungseinrichtung auf das Steuerventilgehäuse übertragene Rückwirkkraft nicht mehr durch eine entsprechende, vom Benutzer des Bremskraftverstärkers aufzubringende Gegenkraft kompensiert werden muss, sodass das Kraftübersetzungsverhältnis des Bremskraftverstärkers sich entsprechend erhöht. Mit den Worten ”sobald der Schaltkolben sich von dem Anschlag gelöst hat” ist hier gemeint, dass es unmittelbar oder kurz nachdem sich der Schaltkolben von dem Anschlag gelöst hat zu einer Einleitung von Rückwirkkräften in das Steuerventilgehäuse kommt. Die für einen Benutzer spürbare Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses des Bremskraftverstärkers findet dabei umso schneller statt, je vollständiger die auf den Schaltkolben einwirkende Rückwirkkraft auf das Steuerventilgehäuse übertragen wird und je kürzer der Zeitverzug ist, mit dem diese Übertragung erfolgt. Für eine optimale Unterstützung eines Fahrers in einer Notbremssituation ist eine möglichst schnelle und möglichst vollständige Übertragung der Rückwirkkraft auf das Steuerventilgehäuse zwar vorteilhaft, allerdings kann es im Sinne eines verbesserten Brems- bzw. Pedalgefühls bei einer abrupten Freigabe der Bremse und einer unmittelbar anschließenden, erneuten Bremsbetätigung wünschenswert sein, die Übertragung der Rückwirkkraft auf das Steuerventilgehäuse erst allmählich beginnen zu lassen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers ist die Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses in einer Bohrung des Steuerventilgehäuses angeordnet, wobei der Schaltkolben in einem gegenüber dem restlichen Teil der Bohrung durchmessergrößeren Abschnitt der Bohrung geführt ist und die Schaltkolbenabstützungseinrichtung sich einerseits an einer durch eine Durchmesserverringerung der Bohrung gebildeten Stufe und andererseits an einer der Stufe zugewandten Fläche des Schaltkolbens abstützt. Dies ermöglicht es, die Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses als vormontierbare Einheit in Gestalt einer Patrone auszuführen, die nach erfolgter Vormontage in das Steuerventil einsetzbar ist. Die Patrone weist einen Stößel, dessen der Reaktionsscheibe zugewandtes Ende mit einem Kolben verbunden ist, den hohlzylindrischen Schaltkolben, der den zuvor genannten Kolben umgibt und der relativ zu dem Kolben verschiebbar ist, einen am Stößel vorhandenen Anschlag, der eine Ausgangsstellung für den Schaltkolben festlegt, in welcher die der Reaktionsscheibe zugewandten Flächen des Schaltkolbens und des Kolbens eine gemeinsame, bündige Fläche bilden, und die den Schaltkolben gegen den Anschlag vorspannende Feder auf, die sich an dem Stößel abstützt. Auf diese Weise ist eine kompakte, leicht vormontierbare Einheit geschaffen, die nach erfolgter Vormontage nur noch in die entsprechende Ausnehmung des Steuerventils eingeschoben zu werden braucht. Tiefergehende Änderungen des konstruktiven Aufbaus des Bremskraftverstärkers bzw. des Steuerventils sind nicht erforderlich, vielmehr lässt sich eine solche Patrone in viele bestehende Bremskraftverstärkerkonstruktionen ohne großen Aufwand integrieren. Es besteht damit die Möglichkeit, ein und dieselbe Bremskraftverstärkerkonstruktion mit oder ohne veränderlicher Kraftübersetzung anbieten zu können.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die Schaltkolbenabstützungseinrichtung eine weitere Feder. Vorzugsweise ist diese weitere Feder so ausgebildet, dass sie in dem Zustand, in dem sich bei einer Betätigung des Bremskraftverstärkers der Schaltkolben von dem Anschlag löst, keine oder nahezu keine Kraft auf den Schaltkolben ausübt. Damit ist gewährleistet, dass der Umschaltwiderstand nur von der den Schaltkolben gegen den Anschlag vorspannenden Feder bestimmt wird.
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Die weitere Feder kann eine Schraubenfeder sein, sie kann aber auch ein Elastomerelement sein.
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Wenn die weitere Feder ein Elastomerelement ist, dann hat das Elastomerelement vorzugsweise die Form eines hohlen Kreiszylinders. Dabei kann zumindest eine Stirnfläche des Hohlkreiszylinders nach außen gewölbt ausgebildet sein, um die Übertragung der Rückwirkkraft auf das Steuerventilgehäuse erst allmählich beginnen zu lassen. Beispielsweise kann ein Ende oder können beide stirnseitige Enden des Hohlzylinders einen halbkreisförmigen Querschnitt haben oder mit einem Wulst versehen sein, sodass das Elastomerelement sich zu Beginn seiner Abstützungstätigkeit mit einer geringeren Fläche am Steuerventilgehäuse bzw. am Schaltkolben abstützt. Wenn die weitere Feder eine Schraubenfeder ist, kann eine ähnliche Wirkung durch eine geeignet gewählte Federsteifigkeit erreicht werden, d. h. durch eine nicht zu steife Feder, oder mittels einer Feder, deren Federsteifigkeit sich progressiv ändert, d. h. die zunächst weicher und dann zunehmend steifer wird.
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Vorzugsweise ist der Schaltkolben auf einem Schaft des Stößels gleitend verschiebbar geführt. Eine solche Ausbildung erspart eine separate Führung des Schaltkolbens und ergibt eine kompakte Bauweise.
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Zur weiteren Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus und zur Verkleinerung der Einrichtung zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses ist bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers der Stößelschaft an seinem dem Krafteingangsglied zugewandten Ende mit einem Teller verbunden, an dem sich die den Schaltkolben gegen den Anschlag vorspannende Feder abstützt. Vorteilhaft ist dabei der Außendurchmesser des Schaltkolbens größer als der Außendurchmesser des Tellers gewählt, so dass sich die gesamte Einrichtung als Patrone in das Steuerventilgehäuse einschieben lässt. Der Teller kann einstückig mit dem Stößelschaft ausgebildet sein.
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Der Kolben, der mit dem der Reaktionsscheibe zugewandten Ende des Stößels verbunden ist, kann eine zumindest annähernd kugelsegmentförmige Erhebung auf seiner der Reaktionsscheibe zugewandten Fläche aufweisen. Mittels einer solchen Erhebung wird ein bestimmtes, sogenanntes ”Einsprungverhalten” des Bremskraftverstärkers realisiert. Genauer gesagt dringt die kugelsegmentförmige Erhebung zu Beginn einer Betätigung des Bremskraftverstärkers bei vorgegebener Kraft tiefer in die Reaktionsscheibe ein, so dass das Steuerventil sich in der Anfangsphase einer Bremsbetätigung etwas weiter öffnen kann und der Bremskraftverstärker somit relativ schnell eine bestimmte Bremskraftunterstützung bereitstellt.
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Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers werden im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Bremskraftverstärker mit einer Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses zwischen Krafteingangsglied und Kraftabgabeglied im Längsschnitt,
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2 einen die Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses vergrößert wiedergebenden Ausschnitt aus 1, wobei die Einrichtung in einem Zustand dargestellt ist, wie er sich bei unbetätigtem Bremskraftverstärker einstellt,
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3 den Ausschnitt gemäß 2 mit der Einrichtung in einer Stellung, wie sie sich bei normaler Betätigung des Bremskraftverstärkers ergibt,
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4 den Ausschnitt gemäß 2 mit der Einrichtung in einer Stellung, in der aufgrund einer erhöhten Betätigungskraft bereits eine gewisse Relativverschiebung zweier Kolben der Einrichtung stattgefunden hat,
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5 den Ausschnitt gemäß 2 mit der Einrichtung in einer Stellung, in der ein äußerer Kolben der Einrichtung an einem gehäusefesten Anschlag anliegt,
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6 den Ausschnitt gemäß 2 mit der Einrichtung in einer Stellung, die sie bei gegenüber der 5 weiter erhöhter Betätigungskraft einnimmt,
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7 ein Diagramm, das das sich in Abhängigkeit der Eingangskraft ändernde Übersetzungsverhältnis des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers wiedergibt,
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8 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses in vergrößerter Darstellung,
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9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses in vergrößerter Darstellung,
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10 eine abgewandelte Ausführungsform der in 9 dargestellten Einrichtung, und
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11 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses.
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1 zeigt im Längsschnitt einen typischen Unterdruckbremskraftverstärker 10 mit einem Gehäuse 12, das durch eine bewegliche Wand 14 in eine Unterdruckkammer 16 und eine Arbeitskammer 18 unterteilt ist. Der hier dargestellte Bremskraftverstärker 10 ist in Tandembauweise ausgeführt, d. h. er weist eine zusätzliche bewegliche Wand 14' auf, die einen durch eine feststehende Wand 20 abgetrennten Teil des Gehäuses 12 in eine weitere Unterdruckkammer 16' und eine weitere Arbeitskammer 18' unterteilt.
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Während die Unterdruckkammern 16 und 16' im Betrieb des Bremskraftverstärkers 10 ständig mit einer Unterdruckquelle in Verbindung stehen, können die Arbeitskammern 18, 18' wahlweise entweder mit Unterdruck oder mit Atmosphärendruck in Verbindung gebracht werden. Hierzu dient ein Steuerventil 22, das in Abhängigkeit der Betätigung eines Krafteingangsgliedes 24, welches üblicherweise mit einem hier nicht dargestellten Bremspedal verbunden ist, im Steuerventil 22 vorhandene Ventilsitze so steuert, dass Atmosphärendruck in die Arbeitskammern 18, 18' einströmen kann, oder dass – bei Beendigung einer Betätigung des Bremskraftverstärkers 10 – die Unterdruckkammern 16, 16' in Verbindung mit den Arbeitskammern 18, 18' gebracht werden, um letztere wieder zu evakuieren. Der Aufbau und die Funktion eines solchen Bremskraftverstärkers 10 sind Fachleuten auf diesem Gebiet gut bekannt und es werden deshalb im Folgenden nur diejenigen Teile und deren Funktion näher beschrieben, die für die vorliegende Erfindung von Interesse sind.
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Das bereits erwähnte Krafteingangsglied 24 ist mit einem Ventilkolben 26 verbunden, der in einem Gehäuse 28 des Steuerventils 22 axial verschiebbar aufgenommen ist. Auf der dem Krafteingangsglied 24 axial gegenüberliegenden Seite des Ventilkolbens 26 schließt sich eine im Folgenden noch näher erläuterte Einrichtung 30 zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses an, die hier als eine vormontierte Patrone bezogen auf die Figuren von links her in eine gestufte Ausnehmung oder Bohrung 32 des Steuerventilgehäuses 28 eingesetzt ist. An diese Einrichtung 30 schließt sich axial eine Reaktionsscheibe 34 an, die aus Elastomermaterial besteht und in einem becherförmig erweiterten Endabschnitt 36 eines Kraftabgabegliedes 38 des Bremskraftverstärkers 10 aufgenommen ist. Das Kraftabgabeglied 38 ist mittels seines becherförmigen Endabschnittes 36 auf einem nabenförmigen Endabschnitt 40 des Steuerventilgehäuses 28 geführt.
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Bei einer Betätigung des Bremskraftverstärkers 10 bewirkt eine auf das Krafteingangsglied 24 ausgeübte Betätigungskraft eine Verschiebung desselben nach links, d. h. in den Bremskraftverstärker 10 hinein. Diese Verschiebung wird auf den mit dem Krafteingangsglied 24 gekoppelten Ventilkolben 26 übertragen und führt zur Öffnung desjenigen Ventilsitzes, der Atmosphärendruck in die Arbeitskammern 18, 18' einströmen lässt. Der Ventilkolben 26 überträgt die genannte Verschiebung mittels der Einrichtung 30 auf die Reaktionsscheibe 34, deren Verhalten sich idealisiert mit dem Verhalten einer hydraulischen Flüssigkeit vergleichen lässt. Das bedeutet, dass die auf das Krafteingangsglied 24 ausgeübte Kraft von der kleineren Querschnittsfläche der Einrichtung 30 mittels der Reaktionsscheibe 34 auf die vom Innendurchmesser des becherförmigen Endabschnittes 36 definierte größere Querschnittsfläche des Kraftabgabegliedes 38 übertragen wird. Das Verhältnis der kleineren Querschnittsfläche der Einrichtung 30 zur größeren Querschnittsfläche der Reaktionsscheibe 34 stellt das Kraftübersetzungsverhältnis des Bremskraftverstärkers 10 dar.
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Die Einrichtung 30 zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses wird nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 näher beschrieben. Sie umfasst einen Stößel 42 mit einem Schaft 44, dessen krafteingangsgliedseitiges Ende mit einem Teller 46 im dargestellten Ausführungsbeispiel verbunden ist. Der Teller 46 dient zum einen der Kraftübertragung von dem Ventilkolben 26 auf die Einrichtung 30 und zum anderen zur Abstützung einer koaxial zum Stößelschaft 44 angeordneten und ihn umgebenden Druckfeder 48.
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Am anderen Ende des Stößelschaftes 44 ist ein hier plattenförmiger, kreisrunder Kolben 50 eines Durchmessers D1 befestigt, der einen Teil der auf die Reaktionsscheibe 34 wirkenden Querschnittsfläche der Einrichtung 30 bildet. Koaxial zu diesem Kolben 50 ist ein hohlzylindrischer Schaltkolben 52 angeordnet, der mittels eines Kragens 54 gleitend verschiebbar auf dem Stößelschaft 44 geführt ist und dessen Innendurchmesser im Bereich des Kolbens 50 bis auf übliche Toleranzen dem Außendurchmesser D1 des Kolbens 50 entspricht. Der Außendurchmesser D2 des Schaltkolbens 52 ist größer als der Außendurchmesser des Tellers 56 und entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser eines durchmessergrößeren Abschnitts 33 der gestuften Bohrung 32 im Steuerventilgehäuse 28.
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Auf einem dem Kolben 50 benachbarten Endabschnitt des Stößelschaftes 44 ist in einer Nut 56 ein Sicherungsring 58 gehalten, der nach dem Aufschieben des Schaltkolbens 52 auf den Stößelschaft 44 in der Nut 56 befestigt wird und der dann einen Anschlag 60 für den Schaltkolben 52 bildet. Die sich am Teller 46 abstützende Druckfeder 48 spannt den Kragen 54 des Schaltkolbens 52 gegen diesen Anschlag 60 vor.
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In der durch den Anschlag 60 festgelegten Ausgangsstellung bilden die der Reaktionsscheibe 34 zugewandten Flächen des Kolbens 50 und des Schaltkolbens 52, wie aus 2 ersichtlich, eine einzige bündige Fläche. In dieser Ausgangsstellung besteht zwischen dem von der Reaktionsscheibe 34 abgewandten Ende des Schaltkolbens 52 und einer durch eine Durchmesserverkleinerung der Ausnehmung 32 gebildeten Ringschulter 62 ein axialer Abstand s1.
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Die Funktion der Einrichtung 30 in Abhängigkeit der mittels des Ventilkolbens 26 auf sie ausgeübten Kraft ist wie folgt:
Wird das nicht dargestellte, mit dem Krafteingangsglied 24 gekoppelte Bremspedal niedergedrückt, überträgt sich diese Bewegung von dem Krafteingangsglied 24 auf den Ventilkolben 26 und von diesem auf den Teller 46 der Einrichtung 30. Ausgehend von der in 2 gezeigten Stellung verschiebt sich die gesamte Einrichtung 30 nach links, wobei zunächst eine auf dem Kolben 50 vorhandene, kugelsegmentförmige Erhebung 64 in die Reaktionsscheibe 34 eindringt. Aufgrund der zu Beginn sehr kleinen Kontaktfläche zwischen der Erhebung 64 und der Reaktionsscheibe 34 kann der Kolben 50 relativ schnell in die Reaktionsscheibe 34 eindringen, was in der Anfangsphase einer Betätigung zu einem schnellen Öffnen des Steuerventils 22 und damit zum schnellen Aufbau einer Bremskraftunterstützung führt. In dem Diagramm der 7, das den Bremsdruck in einem von dem Kraftabgabeglied 38 beaufschlagten, hier nicht dargestellten Hauptzylinder aufgetragen über der mittels des Krafteingangsgliedes 24 eingeleiteten Eingangskraft darstellt, ist dies an dem nach Überwindung eines Anfangsspieles (Punkt A) steilen Anstieg des Hauptzylinderdrucks zu erkennen (Strecke zwischen den Punkten A und B).
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Eine weitere Verschiebung des Krafteingangsgliedes 24 führt jedoch nach kurzer Zeit zu einem vollflächigen Anliegen sowohl des Kolbens 50 als auch des Schaltkolbens 52 an der Reaktionsscheibe 34 (siehe 3). Die Einrichtung 30 ist dabei insgesamt nach links verschoben worden, was sich an dem nun größeren Abstand s2 zwischen der Ringschulter 62 und dem inneren Ende des Schaltkolbens 52 zeigt. Der mittlerweile in dem nicht dargestellten Hauptzylinder aufgebaute und über das Kraftabgabeglied 38 zurückwirkende Bremsdruck führt dazu, dass das Material der Reaktionsscheibe 34 etwas in die Ausnehmung 32 gepresst wird. Die über die Reaktionsscheibe 34 auf den Schaltkolben 52 übertragene Rückwirkkraft reicht jedoch noch nicht dazu aus, die Druckfeder 48 zu komprimieren. In diesem Zustand (siehe in 7 die Strecke zwischen den Punkten B und C) ist daher das Kraftübersetzungsverhältnis des Bremskraftverstärkers 10 gegeben durch das Verhältnis des Durchmessers D2 zum Innendurchmesser des die Reaktionsscheibe 34 aufnehmenden becherförmigen Endabschnittes 36.
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Bei einer weiteren Erhöhung der mittels des Krafteingangsgliedes 24 aufgebrachten Eingangskraft wird der über den Stößel 42 starr mit dem Ventilkolben 26 verbundene Kolben 50 der Einrichtung 30 weiter nach links verschoben und damit tiefer in die Reaktionsscheibe 34 hinein gedrückt. Der entsprechend höhere, im Hauptzylinder erzielte Bremsdruck wirkt über die Reaktionsscheibe 34 auch auf den Schaltkolben 52 zurück und reicht nun dazu aus, die Druckfeder 48 zu komprimieren. Der Schaltkolben 52 löst sich infolge dessen von dem Anschlag 60 und der Abstand zwischen dem inneren Ende des Schaltkolbens 52 und der Ringschulter 62 verringert sich (siehe 4). Im Diagramm der 7 ist dies an dem zunehmend steiler werdenden Abschnitt zwischen den Punkten C und D der Kurve zu erkennen, der auf den zuvor erwähnten, flacheren Abschnitt zwischen den Punkten B und C folgt.
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Bei weiter erhöhter Eingangskraft gerät schließlich das innere Ende des Schaltkolbens 52 in Kontakt mit der Ringschulter 62 (siehe 5), was zur ”Erdung” des Schaltkolbens 52 führt, d. h. die mit der Reaktionsscheibe 34 in Kontakt stehende Fläche des Schaltkolbens 52 hat nun keinen Einfluss mehr auf das Kraftverstärkungsverhältnis des Bremskraftverstärkers 10. Wirksam ist jetzt nur noch die kleinere Fläche des Kolbens 50, so dass sich das Kraftverstärkungsverhältnis des Bremskraftverstärkers 10 nunmehr aus dem Verhältnis des Durchmessers D1 des Kolbens 50 zum Innendurchmesser des becherförmigen Endabschnittes 36 ergibt. In 7 entspricht die in 5 wiedergegebene Stellung der Einrichtung 30 dem Punkt D.
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Ausgehend von 5 dringt bei einer weiteren Erhöhung der Eingangskraft der Kolben 50 noch tiefer in die Reaktionsscheibe 34 ein (siehe 6), bis ein mit dem Ventilkolben 26 verbundener, sich in einer radialen Ausnehmung des Steuerventilgehäuses 28 erstreckender Riegel 66 gegen das Steuerventilgehäuse 28 stößt (siehe 6). Dies ist der sogenannte Aussteuerpunkt des Bremskraftverstärkers 10, der in 7 dem Punkt E entspricht. Eine weitere Erhöhung der Eingangskraft kann dann vom Bremskraftverstärker 10 nicht mehr verstärkt werden, und führt deshalb zu einem entsprechend geringeren Anstieg des Hauptzylinderdrucks.
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Beim Lösen der Bremse werden die beschriebenen Stellungen der Einrichtung 30 in umgekehrter Richtung durchlaufen.
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Aus der vorhergehenden Funktionsbeschreibung ist ersichtlich, dass die Steigung und der Verlauf der in 7 wiedergegebenen Kurve zwischen den Punkten C und D von der Charakteristik der Druckfeder 48 abhängt. Die Steigung des genannten Abschnittes der Kurve kann durch unterschiedliche Federsteifigkeiten beeinflusst werden, wobei solche unterschiedlichen Federsteifigkeiten sogar in ein und derselben Druckfeder 48 vorhanden sein können (progressive Federkennlinie), um den Verlauf des Kraftverstärkungsverhältnisses in dem genannten Kurvenabschnitt in einer gewünschten Weise zu beeinflussen.
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Wie aus der vorstehenden, allgemeinen Funktionsbeschreibung der Einrichtung 30 zur Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses des Bremskraftverstärkers 10 hervorgeht, muss der Schaltkolben 52 erst in Anlage mit der Ringschulter 62 des Steuerventilgehäuses 28 gelangen, damit die aus der Verringerung des aktiven Wirkdurchmessers D2 auf den Wirkdurchmesser D1 der Einrichtung 30 resultierende Änderung des Kraftübersetzungsverhältnisses vollständig zur Wirkung kommt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung 30 deshalb mit dem Ziel optimiert worden, das Übergangsverhalten zwischen den beiden Kraftübersetzungsverhältnissen zu verbessern, die durch die Wirkdurchmesser D1 und D2 gegeben sind.
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Verschiedene Ausführungsformen der Einrichtung 30, die eine solche Verbesserung des Übergangsverhaltens beim Umschalten von einem Kraftübersetzungsverhältnis auf das andere Kraftübersetzungsverhältnis bewirken, werden nun anhand der 8 bis 11 näher erläutert. Im Unterschied zu der unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschriebenen Einrichtung 30 weist in den 8 bis 11 der Kolben 50 keine Erhebung 64 auf (er könnte jedoch ebenfalls eine Erhebung aufweisen) und es fehlt darüber hinaus der Sicherungsring 58. Der Anschlag 60 ist gemäß den 8 bis 11 durch die dem Krafteingangsglied 24 zugewandte Rückseite des Kolbens 50 gebildet, gegen die die Feder 48 den Schaltkolben 52 drängt. In weiterem Unterschied zu der mit Bezug auf die 2 bis 6 beschriebenen Einrichtung 30 weist der Kolben 50 in den Ausgestaltungen, wie sie in den 8 bis 11 gezeigt sind, jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende und zur Umfangsfläche hin offene Ringnut 68 auf, die zur Aufnahme von Materialpartikeln bestimmt ist, welche sich im Dauerbetrieb durch Verschleiß von der Reaktionsscheibe 34 lösen und mit der Zeit zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Einrichtung 30 führen können. Die Ringnut 68 ist deshalb so dimensioniert, dass sie eine aufgrund von Verschleiß anfallende Menge an Materialpartikeln aufnehmen kann, wodurch sich aus einem Vorhandensein von Materialpartikeln keine negativen Auswirkungen mehr auf die Funktion der Einrichtung 30 ergeben können.
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Allen in den 8 bis 11 gezeigten Ausführungsformen der Einrichtung 30 ist gemeinsam, dass sie zur erwünschten Verbesserung des Übergangsverhaltens zwischen dem Schaltkolben 52 und dem Steuerventilgehäuse 28 eine Schaltkolbenabstützungseinrichtung 70 aufweisen, die die von der Reaktionsscheibe 34 auf den Schaltkolben 52 ausgeübte Rückwirkkraft zumindest teilweise in das Steuerventilgehäuse einkoppelt, sobald der Schaltkolben 52 sich von dem Anschlag 60 gelöst hat. Auf diese Weise ist eine frühzeitigere Einleitung von Rückwirkkräften in das Steuerventilgehäuse 28 und damit eine entsprechende Entlastung eines den Bremskraftverstärker 10 betätigenden Benutzers möglich, der deshalb mit einer gegebenen, auf das Krafteingangsglied 24 ausgeübten Eingangskraft eine höhere Verstärkung des Bremskraftverstärkers 10 abrufen kann, was zu einer entsprechend höheren, auf das Kraftabgabeglied 38 wirkenden Ausgangskraft führt. Unter Bezugnahme auf die bereits erläuterte 7 bedeutet dies, dass der sich auf der dargestellten Kurve zwischen den Punkten C und D befindende Übergangsbereich kleiner wird oder sogar ganz verschwindet und somit die Steigungsänderung vom Kurvenabschnitt B–C zum Kurvenabschnitt D–E idealerweise bereits im Punkt C stattfindet (der Übergangsbereich C–D existiert dann nicht mehr). Ein solches Verhalten des Bremskraftverstärkers 10 ist insbesondere in Notbremssituationen und bei Benutzern von Vorteil, die nicht dazu in der Lage sind, eine Eingangskraft auf das Krafteingangsglied 24 auszuüben, die für eine wirkungsvolle Notbremsung ausreicht.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Schaltkolbenabstützungseinrichtung 70 ist in 8 gezeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Schaltkolbenabstützungseinrichtung 70 eine weitere Feder, die hier als Schraubendruckfeder 72 ausgebildet ist und sich mit ihrem einen Ende an der Ringschulter 62 der Bohrung 32 und mit ihrem entgegengesetzten, anderen Ende an einer radial äußeren Ringfläche 74 abstützt, die an der dem Krafteingangsglied 24 zugewandten Rückseite des Schaltkolbens 52 ausgebildet ist. Wie aus 8 ersichtlich, ist die Schraubendruckfeder 72 die Feder 48 umgebend und koaxial zu dieser angeordnet. Um die Schraubendruckfeder 72 sicher zu lagern, ist am radial inneren Rand der Ringfläche 74 und am radial inneren Rand der Ringschulter 62 jeweils ein sich axial erstreckender, ringförmig umlaufender Kragen 76 bzw. 78 ausgebildet, deren Axialerstreckung in der 8 allerdings übertrieben groß dargestellt ist.
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Bei einer Betätigung des Bremskraftverstärkers 10 gemäß 8 werden die beiden Kolben 50, 52 wie zuvor bereits beschrieben aus der Bohrung 32 heraus und in die elastische Reaktionsscheibe 34 hineingedrückt. Bei diesem Vorgang kommt es zu einer Entlastung der weiteren Schraubendruckfeder 72. Vorzugsweise ist diese weitere Schraubendruckfeder 72 so ausgelegt, dass sie genau dann keine Kraft mehr auf den Schaltkolben 52 ausübt, wenn der Punkt erreicht ist, an dem die von der Reaktionsscheibe 34 auf die Einrichtung 30 ausgeübten Rückwirkkräfte so groß werden, dass sie der entgegen gerichteten Kraft der Druckfeder 48 entsprechen. Bei einer weiteren Erhöhung der Rückwirkkräfte wird dann die Druckfeder 48 komprimiert und der Schaltkolben 52 löst sich vom Anschlag 60. Sobald dies geschieht, übt die weitere Druckfeder 72 wieder eine Kraft auf den Schaltkolben 52 aus, wodurch die entsprechende Gegenkraft am anderen Ende der weiteren Druckfeder 72 in das Steuerventilgehäuse 28 eingeleitet wird. Mit anderen Worten, sobald der Schaltkolben 52 sich vom Anschlag 60 und damit vom Kolben 50 löst, wird über die weitere Druckfeder 72 ein Teil der auf den Schaltkolben 52 ausgeübten Rückwirkkraft in das Steuerventilgehäuse 28 abgeleitet. Durch geeignete Wahl der Federsteifigkeit der weiteren Druckfeder 72 und/oder durch eine, falls gewünscht, progressiv verlaufende Federkennlinie kann der Konstrukteur festlegen, wie schnell das Maß der in das Steuerventilgehäuse 28 abgeleiteten Rückwirkkraft ansteigt und wann eine vollständige Übertragung der auf den Schaltkolben 52 ausgeübten Rückwirkkraft auf das Steuerventilgehäuse 28 stattfindet.
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9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltkolbenabstützungseinrichtung 70 in Gestalt eines hohlzylindrischen Elastomerelements 80 mit rechteckigem Querschnitt. Das ebenfalls wie eine Feder wirkende Elastomerelement 80 stützt sich analog zur weiteren Druckfeder 72 mit einer Stirnseite an der Ringschulter 62 der Bohrung 32 und mit seiner entgegengesetzten, anderen Stirnseite an der Ringfläche 74 des Schaltkolbens 52 ab. In der in 9 wiedergegebenen Ausgangsstellung der Einrichtung 30 liegt das Elastomerelement 80 spaltfrei an der Ringschulter 62 und an der Ringfläche 74 an. Je nach konstruktiver Auslegung des Elastomerelements 80 kann sich beim Betätigen des Bremskraftverstärkers 10 und der sich dann ergebenden, bereits beschriebenen Relativverschiebung der Kolben 50 und 52 gegenüber dem Steuerventilgehäuse 28 zwischen dem Elastomerelement 80 und der Ringfläche 74 und/oder zwischen dem Elastomerelement 80 und der Ringschulter 62 ein Spalt bilden oder auch nicht. Die Bildung eines Spalts an den genannten Stellen lässt sich beispielsweise weitgehend dadurch verhindern, dass das Elastomerelement 80 in der gezeigten Ausgangsstellung einen komprimierten Zustand einnimmt.
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Die 10 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in 9 dargestellten Ausführungsbeispiels der Schaltkolbenabstützungseinrichtung 70. Wiederum ist die Schaltkolbenabstützungseinrichtung 70 durch ein hohlzylindrisches Elastomerelement 82 gebildet, jedoch weist dies im Unterschied zur 9 keinen rechteckigen Querschnitt auf. Stattdessen sind die entgegengesetzten, axialen Stirnseiten des Elastomerelements 82 gewölbt bzw. abgerundet ausgeführt, beispielsweise wie dargestellt mit einem halbkreisförmigen Querschnitt. Eine solche, gewölbte Ausbildung einer oder beider Stirnseiten des Elastomerelements 82 bewirkt, dass beim Zurückgleiten des Schaltkolbens 52 in die Bohrung 32 nach seinem Freikommen von dem Anschlag 60 ein Kontakt zwischen dem Schaltkolben 52 und dem Steuerventilgehäuse 28 zur Einleitung der Rückwirkkräfte zunächst mit einer kleineren Kontaktfläche startet, die sich im weiteren Verlauf, d. h. bei weiter zunehmender Rückwirkkraft, allmählich vergrößert und der Kontaktfläche annähert, die das Elastomerelement 80 mit rechteckigem Querschnitt aufweist. Dadurch kann die Einleitung der Rückwirkkraft in das Steuerventilgehäuse 28 weicher verlaufend erfolgen, was insbesondere in Situationen vorteilhaft ist, in denen die Bremse, genauer das Krafteingangsglied 24, zunächst abrupt freigegeben und unmittelbar anschließend wieder betätigt wird. Die abgerundeten Stirnflächen des Elastomerelements 82 führen in solchen Situationen zu einem verbesserten Bremsgefühl.
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Die 11 schließlich zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schaltkolbenabstützungseinrichtung 70 in Gestalt eines ringförmigen Elastomerelements 84, das in eine in der Ringschulter 62 ausgebildete Ringnut eingelassen ist. Das Elastomerelement 84 kann in die Ringnut der Ringschulter 62 eingelegt, eingepresst oder auch einvulkanisiert sein. Das Elastomerelement 84 kann bündig mit der Oberseite der Ringnut in der Ringschulter 62 abschließen oder über die Oberseite hervorstehen. Zum Zusammenwirken mit dem ringförmigen Elastomerelement 84 ist die der Ringschulter 62 zugewandte Rückseite des Schaltkolbens 52 mit einer ringförmigen Erhebung 86 versehen, deren Durchmesser dem Durchmesser des Elastomerelements 84 entspricht und deren Querschnitt im gezeigten Beispiel etwa halbkreisförmig ist. Durch die abgerundete Ausführung der ringförmigen Erhebung 86 wird wie im vorgenannten Ausführungsbeispiel eine welch verlaufende Übertragung der Rückwirkkräfte vom Schaltkolben 52 auf das Steuerventilgehäuse 28 beim Eintauchen der ringförmigen Erhebung 86 in das ringförmige Elastomerelement 84 erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19916579 A1 [0001, 0003, 0003]
