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Die Erfindung betrifft einen Hauptbremszylinder für eine Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrere Hydraulikanschlüsse aufweisenden Hydraulikzylinder, in welchem zumindest ein Hydraulikkolben axial in eine Betätigungsrichtung und in eine Entlastungsrichtung verschiebegelagert ist, wobei der Hydraulikkolben in Betätigungsrichtung entgegen der Kraft eines Federelements verschiebbar ist, und wobei der Hydraulikkolben wenigstens eine Mantelwandöffnung aufweist, die in zumindest einer Schiebestellung in einen Innenraum des Hydraulikzylinders mündet.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hauptbremszylinder, der mit mindestens einem Hydraulikkreis, der wenigstens eine hydraulisch betätigbare Radbremse aufweist, verbunden ist.
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Stand der Technik
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Hauptbremszylinder und Bremsanlagen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Um die von einem Fahrer auf ein Bremspedal ausgeübte Betätigungskraft in einen Hydraulikdruck zur Betätigung hydraulischer Radbremsen zu wandeln, ist es bekannt, das Bremspedal mechanisch mit einem Hydraulikkolben zu verbinden, der in dem Hydraulikzylinder axial verschiebbar gelagert ist. Betätigt der Fahrer das Bremspedal, so wird der Hydraulikkolben entgegen der Kraft eines Federelements verlagert, sodass das Federelement vorgespannt oder weiter vorgespannt wird. Durch die Verlagerung des Hydraulikkolbens in dem Hydraulikzylinder wird ein Volumen im Innenraum des Hydraulikzylinders verkleinert, wodurch ein daran befindliches Fluid unter Druck gesetzt und durch zumindest einen der Hydraulikanschlüsse aus dem Hauptzylinder herausgefördert wird, um zumindest eine der Radbremsen zu betätigen. Entfernt der Fahrer seinen Fuß vom Bremspedal, so drückt das gespannte Federelement durch seine Eigenelastizität den Hydraulikkolben zurück in seine Ausgangsposition, wobei gleichzeitig Hydraulikmedium in den Hauptzylinder durch einen der Hydraulikanschlüsse gelangt, sodass anschließend der Hauptbremszylinder für einen weiteren Bremsvorgang vorbereitet zur Verfügung steht.
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Ist dem Federelement eine Fesselung zugeordnet, so bewirkt diese, dass die maximale Entspannung des Federelements bei Entlastung des Hydraulikkolbens durch den Fahrer mechanisch begrenzt ist.
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Anstelle einer Fesselung ist es auch bekannt, eine Dämpfung der Bewegung des Hydraulikkolbens dadurch zu realisieren, dass zwischen Hydraulikkolben und Hydraulikzylinder eine Dämpferkammer ausgebildet wird, die bei einer Bewegung des Hydraulikkolbens in Entlassungsrichtung verkleinert wird und durch eine Mantelwandöffnung im Hydraulikkolben fluidtechnisch mit dem Innenraum des Hydraulikzylinders verbunden ist. Durch eine vorgesehene Leckage-Öffnung kann das in der Dämpferkammer vorliegende Fluid langsam entweichen, wobei durch den Querschnitt der Leckage-Öffnung die Dämpfungswirkung der Dämpferkammer bestimmt und damit die maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Hydraulikkolbens begrenzt wird.
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Das Vorsehen der Dämpferkammer bedingt jedoch zusätzlichen Bauraum und insbesondere bei einer Ausbildung des Hauptbremszylinders als Tandemzylinder ist für die Ausbildung der Dämpferkammer eine zusätzliche Hülse nötig, welche die Montage erschwert und die Herstellungskosten erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Hauptbremszylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Dämpfer auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise realisiert ist, und auch bei einer Ausbildung des Hauptbremszylinders als Tandemzylinder realisiert werden kann. Dabei wird der benötigte Bauraum für den Hauptbremszylinder nicht oder nur geringfügig erweitert. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Mantelwandöffnung ein elastisch verformbare Dichtring zugeordnet ist, der innenseitig an dem Hydraulikkolben befestigt und außenseitig durch seine Eigenelastizität gegen den Hydraulikzylinder vorgespannt und derart geformt ist, dass er sich bei einer Verschiebung des Hydraulikkolbens in Betätigungsrichtung von dem Hydraulikzylinder löst und bei einer Verschiebung des Hydraulikkolbens in Entlastungsrichtung an den Hydraulikzylinder anlegt. Der Dichtring wirkt somit als Rückschlagventil, das bei einer Bewegung des Hydraulikkolbens in Betätigungsrichtung öffnet und bei einer Bewegung in entgegengesetzter Richtung schließt. Dadurch wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass die Bewegung des Hydraulikkolbens in Entlastungsrichtung gedämpft und in Betätigungsrichtung nicht beeinträchtigt wird. Damit wird für den Benutzer das Pedalgefühl einer herkömmlichen Bremsanalage mit einem Vakuumbremskraftverstärker vermittelt, auch wenn die Bremsanlage anstelle eines Vakuumbremsverstärkers beispielsweise einen elektromechanischen oder elektrohydraulischen Bremskraftverstärker aufweist. Darüber hinaus wird durch den elastisch verformbaren Dichtring, der an dem Hydraulikkolben befestigt und damit mit dem Hydraulikkolben mitbewegbar ist, die Notwendigkeit einer zusätzlichen Hülse hinfällig und eine kompakte Ausgestaltung des Hauptbremszylinders möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dichtring einen u- oder v-förmigen Querschnitt aufweist. Durch die u- oder v-Form erhält der Dichtring eine einfache Gestaltung zur Bildung des Rückschlagventils. Der Querschnitt des Dichtrings ist dann derart ausgebildet, dass der innenliegende Schenkel mit dem Hydraulikkolben verbunden und der außenliegende Schenkel dem Hydraulikzylinder beziehungsweise der Innenwand des Hydraulikzylinders zugewandt ist, wobei die geschlossene Seite des Dichtrings in Betätigungsrichtung und die offene Seite in Entlastungsrichtung weist, sodass dann, wenn der Kolben in Entlastungsrichtung bewegt wird, das gegen den Dichtring drückende Fluid den Dichtring weiter aufspannt und dadurch die Radialdichtung zwischen Dichtring und Innenwand des Hydraulikzylinders verstärkt. Damit wird eine Dämpferkammer zwischen dem Dichtring, dem Hydraulikkolben und dem Hydraulikzylinder gebildet beziehungsweise geschlossen, wenn sich der Hydraulikkolben in Entlastungsrichtung bewegt.
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Vorzugsweise ist der Dichtring vor der ersten Mantelwandöffnung an dem Hydraulikkolben befestigt, in Betätigungsrichtung gesehen. Wird der Kolben somit in Betätigungsrichtung bewegt beziehungsweise durch den Benutzer/Fahrer das Bremspedal eingetreten, so liegt der Dichtring vor der Mantelwandöffnung. Die Mantelwandöffnung mündet somit in die Dämpferkammer. Wird der Betätigungskolben in die Entlastungsrichtung bewegt, kann das in der Dämpferkammer gefangene Fluid somit durch die Mantelwandöffnung in den Innenraum des Hydraulikkolbens eindringen und damit aus der Dämpferkammer entweichen. Der Querschnitt der Mantelwandöffnung bestimmt somit die Dämpfungswirkung der Dämpferkammer.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Mantelwandöffnung in eine Kammer in dem Hydraulikkolben mündet, die wenigstens eine zweite Mantelwandöffnung axial beabstandet von einer ersten Mantelwandöffnung derart aufweist, dass die zweite Mantelwandöffnung in zumindest einer Schiebestellung des Hydraulikkolbens mit einer Entlastungskammer des Hydraulikzylinders verbunden ist. Damit wird in einer vorbestimmten Schiebestellung des Hydraulikkolbens eine hydraulische Verbindung von der Dämpferkammer zu der Entlastungskammer hergestellt oder unterbrochen. Hierdurch ist die Dämpfungswirkung des Hauptbremszylinders in vorteilhafter Weise einstellbar, indem die Position der Mantelwandöffnungen derart gewählt wird, dass sich das gewünschte Dämpfungsverhalten einstellt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die zweite Mantelwandöffnung derart in dem Hydraulikzylinder angeordnet ist, dass die Verbindung zu der Entlastungskammer erst bei einer Stellung des Hydraulikkolbens nahe zu seiner Endstellung in Entlastungsrichtung entsteht. Dadurch wird die Beschleunigungsbewegung des Hydraulikkolbens erst spät begrenzt beziehungsweise reduziert, sodass ein schnelles Lösen beziehungsweise ein schnelles Reduzieren des Bremsdrucks einerseits möglich ist, und andererseits eine hohe Anschlaggeschwindigkeit des Hydraulikkolbens an einen Endanschlag des Hydraulikzylinders bei einer Entlastung des Bremspedals verhindert wird.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Mantelwandöffnung in der oder kurz vor der Endstellung des Hydraulikkolbens durch den Hydraulikzylinder verschlossen ist. Hierdurch wird im letzten Bewegungsbereich des Hydraulikkolbens vor dessen Anschlag an den Endanschlag des Hydraulikzylinders die Dämpfung in der Kammer maximiert, um den Hydraulikkolben weiter zu bremsen. Dadurch wird insbesondere ein Aufschlaggeräusch des Hydraulikkolbens vermieden.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Hydraulikkolben zumindest mit seinem innerhalb des Hydraulikzylinders befindlichen Längsabschnitts stufenfrei ausgebildet ist. Dadurch ist eine einfache Gestaltung auch des Hydraulikzylinders gewährleistet, welche vorteilhaft in Bezug auf die Herstellungskosten ist. Darüber hinaus ist die Montage einfach durchführbar.
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Bevorzugt weist der Hydraulikkolben wenigstens eine Umfangsringnut auf, in welcher der Dichtring bereichsweise einliegt. Durch die Umfangsringnut ist der Dichtring formschlüssig in axialer Richtung an dem Hydraulikkolben befestigt beziehungsweise befestigbar, sodass eine einfache Mitnahme des Dichtrings bei einer Bewegung des Hydraulikkolbens gewährleistet ist. Zusätzlich kann der Dichtring an dem Hydraulikkolben verklemmt, verstemmt, verschweißt, verklebt oder verschraubt sein, um ein Lösen des Dichtrings auch bei hohen Belastungen sicher zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Bremsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Hauptbremszylinders aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erörtert werden. Dazu zeigen
- 1 eine Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung und
- 2 eine vereinfachte Detailansicht eines Hauptbremszylinders der Bremsanalage in einer Längsschnittdarstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Bremsanlage 1 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Bremsanlage 1 weist einen Hauptbremszylinder 2 auf, der als Tandemzylinder ausgebildet ist und durch ein Bremspedal 3 von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbar ist. Der Hauptbremszylinder 2 weist dabei einen Hydraulikzylinder 4 auf, in welchem ein Hydraulikkolben 5, der mechanisch fest mit dem Bremspedal 3 verbunden ist, sowie ein weiterer Hydraulikkolben 6 jeweils axial verschiebbar gelagert sind. Zwischen dem Hydraulikkolben 5 und dem weiteren Hydraulikkolben 6 ist ein Federelement 7 und zwischen dem weiteren Hydraulikkolben 6 und einer Stirnseite des Hydraulikzylinders 4 ein weiteres Federelement 8 axial vorgespannt angeordnet, sodass zwischen den Hydraulikkolben 5 und 6 jeweils Kammern in dem Hydraulikzylinder 4 ausgebildet sind, die mit Hydraulikanschlüssen der Bremsanlage 1 kommunizieren. Insbesondere sind zwei Bremskreise 9 und 10 mit dem Hauptbremszylinder 2 durch die Hydraulikanschlüsse derart verbunden, dass einer der Bremskreise 9 mit einer der Hydraulikkammern und der andere der Bremskreise 10 mit der anderen Hydraulikkammer fluidtechnisch verbunden ist. Hierdurch können die beiden Bremskreise 9, 10 beide durch den Hauptbremszylinder 2 bedient werden.
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Die beiden Bremskreise 9 und 10 sind im Wesentlichen identisch zueinander aufgebaut. Jeder Bremskreis 9, 10 weist zwei Radbremsen LR, RF beziehungsweise LF, RR auf, die durch Einlassventile 11 und Auslassventile 12 in dem jeweiligen Bremskreis 9, 10 betätigbar sind. Die Bremskreise 9, 10 sind dabei durch Hochdruckschaltventile 13 jeweils mit einer der Kammern des Hauptbremszylinders 2 verbindbar.
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In einem mit dem Hauptbremszylinder 2 ebenfalls verbundenen Tank 14 wird ein Fluid beziehungsweise eine Bremsflüssigkeit vorgehalten, welche in die Bremskreise 9, 10 durch Betätigung des Hauptbremszylinders 2 eindringbar ist.
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Bei der vorliegenden Bremsanlage 1 ist vorgesehen, dass auf einen Bremskraftverstärker verzichtet wird. Deswegen ist das Bremspedal 3 auch direkt mechanisch mit dem Hydraulikkolben 5 verbunden. Um dem Fahrer jedoch das gewohnte Pedalgefühl zu vermitteln, weist die Bremsanlage 1 außerdem einen Bremspedalgefühlsimulator 15 auf, der ein Schaltventil 16 und einen Druckspeicher 17 aufweist. Der Bremspedalgefühlsimulator 15 dient dazu, die Pedalbewegung des Bremspedals 3 derart zu beeinflussen, dass sie der eines Bremspedals, das mit einem Vakuumkraftverstärker verbunden ist, entspricht oder nahezu entspricht. Hierdurch wird dem Fahrer das gewöhnte Bremspedalgefühl zur Verfügung gestellt.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt eine Bremskraftverstärkung durch einen elektromechanischen Bremskraftverstärker 18, der eine Pumpe 19, vorliegend Kolbenpumpe, aufweist, die durch einen Elektromotor 20 antreibbar ist, um bei Bedarf einen Hydraulikdruck in den Bremskreisen 9, 10 zu erhöhen. Dazu sind die Bremskreise 9, 10 durch jeweils ein Schaltventil 21 mit dem Bremskraftverstärker 18 verbunden.
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2 zeigt in einer vereinfachten Detailansicht den Hauptbremszylinder 2 in einer Längsschnittdarstellung. Der mit dem Bremspedal 3 mechanisch gekoppelte Hydraulikkolben 5 ist in dem Hydraulikzylinder 4 nur bereichsweise radial geführt. Dazu weist der Hydraulikzylinder 4 an seiner Stirnseite einen verjüngten Führungsabschnitt 23 auf, in welchem der Hydraulikkolben 5 radial dicht geführt ist. In dem Führungsabschnitt 23 weist der Hydraulikzylinder 4 eine ringförmige erste Radialaufnahme 24 auf, in welcher ein elastisch verformbares Dichtelement 25 gehalten ist, das sich ringförmig um den Hydraulikkolben 5 erstreckt und axial in der Radialaufnahme 24 gehalten ist, sodass es eine radiale Dichtung für den Hydraulikkolben 5 bildet. Beabstandet zu der ringförmigen Radialaufnahme 24 ist eine weitere ringförmige Aufnahmevertiefung 26 ausgebildet, in welcher ein weiteres Dichtelement 27 angeordnet ist, das wie das Dichtelement 25 radial dichtend zwischen dem Hydraulikkolben 5 und dem Hydraulikzylinder 4 wirkt. Zwischen den beiden Dichtelementen 25, 27 weist der Hydraulikzylinder 4 einen Hydraulikanschluss 28 auf, der zu dem Hydraulikkolben 5 führt und in der Ausgangsstellung, wie sie in 2 gezeigt ist, von dem Hydraulikkolben 5 verschlossen ist.
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Der Hydraulikkolben 5 selbst weist eine innere Kammer 29 auf, die im Wesentlichen koaxial zu dem Hydraulikkolben 5 ausgebildet und dem in den Hydraulikzylinder 4 hineinragenden Ende des Hydraulikkolbens 5 zugeordnet ist. Der Kammer 29 sind zwei Mantelwandöffnungen 30 und 31 zugeordnet. Die Mantelwandöffnungen 30, 31 sind axial zueinander beabstandet, wobei der Abstand derart gewählt ist, dass wie in 2 gezeigt, eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Hauptbremszylinders 4 und dem Aufnahmeraum 26 und/oder dem Hydraulikanschluss 28 herstellbar ist.
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An seinem freien, in den Innenraum des Hydraulikzylinders 4 hineinragenden Ende trägt der Hydraulikkolben 5 außerdem einen Dichtring 32. Der Dichtring 32 ist an dem Hydraulikkolben 5 innenseitig in einer Umfangsringnut 34 befestigt und liegt außenseitig an der Innenseite beziehungsweise Innenwand 33 des Hydraulikzylinders 4 an. Der Dichtring 32 erstreckt sich über den gesamten Umfang des Hydraulikkolbens 5 und ist als Rückschlagventil ausgebildet. Dazu weist der Dichtring 32 vorliegend einen u-förmigen Querschnitt auf, durch welchen die Anpresskraft gegen den Hydraulikzylinder 4 verringert wird, wenn der Hydraulikkolben 5 in Betätigungsrichtung, wie durch einen Pfeil 35 gezeigt, in den Hydraulikzylinder 4 hineingeschoben wird, und die Anpresskraft erhöht, wenn der Hydraulikzylinder 4 in entgegengesetzte Richtung, also in Entlastungsrichtung, aus dem Hydraulikzylinder 4 herausgezogen wird. Der Dichtring 32 bildet zusammen mit dem Hydraulikzylinder und dem Hydraulikkolben 5 eine Dämpferkammer 36. Wird der Hydraulikkolben 5 in Entlastungsrichtung bewegt, so sorgt der in der Dämpferkammer 36 vorliegende Hydraulikdruck dafür, dass der Dichtring 32 weiter an den Hydraulikzylinder 4 angepresst wird. Dadurch wird das Fluid gezwungen, durch die Mantelwandöffnung 30 in den Innenraum 29 und aus dem Innenraum 29 in den Aufnahmeraum 26 zu strömen, oder anschließend in den Hydraulikanschluss 28. Der Aufnahmeraum 26 ist insofern eine Entlastungskammer, welche freigegeben wird, sobald die Mantelwandöffnung 31 im Bereich des Aufnahmeraums 26 liegt.
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Durch diese einfache Ausgestaltung des Hauptbremszylinders 2 wird erreicht, dass der Hydraulikkolben 5 an einer schnellen Bewegung in Entlastungsrichtung gehindert beziehungsweise gedämpft wird. Die auf den Hydraulikkolben 5 wirkende Federkraft des Federelements 7 sowie die auf den Hydraulikkolben 5 wirkender Hydraulikdruck, der von dem Pedalgefühlsimulator 15 eingestellt wird, drängt den Kolben 5 automatisch in Entlastungsrichtung, sobald der Fahrer seinen Fuß vom Bremspedal 3 nimmt. Durch die vorteilhafte Dämpfung wird erreicht, dass das Pedal 3 und/oder der Hydraulikkolben 5 nicht laut an einem Endanschlag auftrifft und auch ein Zurückprallen oder eine Pendelbewegung des Bremspedals 3 unterbunden wird. Die Endgeschwindigkeit des Hydraulikkolbens 5 wird somit durch die vorteilhafte Dämpfung begrenzt.
