DE10222864C1

DE10222864C1 - Hauptbremszylinder

Info

Publication number: DE10222864C1
Application number: DE2002122864
Authority: DE
Inventors: Peter Schlueter
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: AU2003236683A1; WO2003099623A1

Abstract

Ein Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage umfasst ein Hauptzylindergehäuse (28) mit einer darin ausgebildeten Bohrung (30), in die sich ein zur Betätigung durch ein Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage vorgesehener Betätigungskolben (26) erstreckt, der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen ersten Kolben (32) geführt ist, welcher zur Begrenzung einer Druckkammer (36) in der Bohrung (30) abdichtend und axial verschiebbar geführt und im Normalfall nur von einem Kraftabgabeglied (66) eines dem Hauptzylinder vorgeschalteten Bremskraftverstärkers (12) betätigbar ist, und eine Hülse (40), die axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben (32) und dem Betätigungskolben (26) geführt ist. Wenn der Druck in der Druckkammer einen ersten vorbestimmten Wert (D¶1¶) überschreitet, stützt sich die Hülse (40) entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betätigungskolben (26) vorhandenen Anschlag (58) ab, während sie sich entgegen der Betätigungsrichtung an dem ersten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer einen zweiten vorbestimmten Wert (D¶2¶) überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanla ge mit einem Hauptzylindergehäuse mit einer darin ausgebildeten Bohrung, einem zur Betätigung durch ein Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage vorgesehenen Betätigungskolben, der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen ersten Kolben geführt ist, welcher zur Begrenzung einer Druckkammer in der Bohrung abdichtend und axial verschiebbar geführt und im Normalfall nur von einem Kraftabgabeglied ei nes dem Hauptzylinder vorschaltbaren Bremskraftverstärkers betätigbar ist, einer Hülse, die axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben und dem Betätigungskol ben geführt ist und die sich entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betäti gungskolben vorhandenen Anschlag abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und einem Schaltelement, welches sich entgegen der Betätigungsrichtung an dem ersten Kolben abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet. Mit "Normalfall" ist hier gemeint, dass der erste Kolben immer dann ausschließlich durch den dem Hauptbremszylinder vorgeschalteten Bremskraftverstärker betätigt wird, wenn letzterer ordnungsgemäß funktioniert und bei einer Bremsung nicht voll ausge steuert ist.

Bei Hauptbremszylindern gemäß der DE 44 29 439 C2 findet die Rückwirkung auf ihr Eingangsglied rein hydraulisch statt, d. h. zwischen dem üblicherweise mit einem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage, zum Beispiel einem Bremspedal, verbundenen Eingangsglied und dem Hauptbremszylinder befindet sich keine gummielastische Reaktionsscheibe. Eine solche Reaktionsscheibe aus Elastomermaterial ist in vielen, derzeit eingesetzten Bremskraftverstärker/Hauptzylindereinheiten vorhanden und legt zusammen mit ei ner Fühlscheibe das "Einsprungverhalten" des Bremskraftverstärkers und damit die Ansprechcharakteristik der Bremsanlage fest.

Bremskrafterzeuger ohne zwischengeschaltete gummielastische Reaktionsscheibe weisen häufig den Nachteil auf, dass sie dem Fahrer des Fahrzeugs ein sehr steifes Pedalgefühl vermitteln, was dazu führt, dass die Dosierbarkeit der Fahrzeugbremse als schlecht empfunden wird und der Fahrer eine ungenügende Rückmeldung über einen stattfindenden Bremsvorgang erhält. In der DE 44 29 439 C2 ist daher vorge schlagen worden, dass in einer Anfangsphase der Bremsung ein erster Durchmesser und später ein gegenüber dem ersten Durchmesser vergrößerter zweiter Durchmes ser hydraulisch wirksam ist. Mittels des ersten, kleineren hydraulischen Durchmessers wird zu Beginn einer Bremsung mit relativ geringer Betätigungskraft rasch ein erhöh ter Bremsdruck aufgebaut, während der anschließend zur Wirkung kommende zweite hydraulische Durchmesser dem Fahrer eine gute Rückmeldung der zwischenzeitlich erreichten, höheren Bremsdrücke vermittelt.

Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Mehrzahl der Fahrzeugführer bei ei ner starken Bremsung und insbesondere bei einer Notbremsung nicht so stark auf das Bremspedal tritt, wie es zur Erreichung der maximalen Bremsleistung erforderlich wäre, und ferner nicht dazu in der Lage ist, einen hohen Bremsdruck über einen län geren Zeitraum aufrecht zu erhalten. Dadurch wird der Bremsweg des Fahrzeugs un nötig verlängert. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der Fahrer bei ei ner Betätigung des Bremspedals eine hohe Gegenkraft überwinden muss.

Die DE 198 34 193 C1 offenbart einen Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeug bremsanlage der eingangs genannten Art mit einem Gehäuse und einer darin ausgebildeten Bohrung, in der ein auf eine Druckkammer wirkender Primärkolben axial verschiebbar geführt ist. In dem Primärkolben ist ein axial verschiebbarer Hilfskolben aufgenommen, in den ein mittels eines Betätigungsgliedes der Fahrzeugbremsanlage betätigbarer Betätigungskolben ragt. Der Betätigungskolben weist einen ersten hydraulisch wirksamen Durchmesser und der Hilfskolben einen zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser auf. Nach Überwindung einer festgelegten Strecke entgegen seiner federnden Vorspannung koppelt der Hilfskolben starr mit dem Betätigungskolben, so dass bei einer weiteren Verschiebung des Betätigungskolbens in Betätigungsrichtung der zweite hydraulisch wirksame Durchmesser wirkt. Zur Realisierung einer Bremsassistentenfunktion ist in dem Primärkolben ein Schaltkolben angeordnet, der federnd in Richtung der Druck kammer vorgespannt und axial relativ zum Hilfskolben verschiebbar ist. Die federnde Vorspannung des Schaltkolbens entspricht einem vorbestimmten Druckniveau in der Druckkammer. Dadurch verschiebt sich der Schaltkolben bei Erreichen des vorbe stimmten Druckniveaus entgegen der Federvorspannung relativ zu dem Hilfskolben, so dass ein durch einen am Schaltkolben ausgebildeten Ringflansch und eine Veren gung einer in dem Primärkolben ausgebildeten Bohrung gebildetes Ventil geschlossen wird. Bei einer weiteren Druckerhöhung in der Druckkammer verbleibt die am Bremspedal spürbare Reaktionskraft somit auf dem für das Schließen des Ventils maßgeblichen Niveau.

Die DE-OS 2 014 beschreibt eine Bremsbetätigungsanordnung mit einem hydrauli schen Hauptzylinder und einem mit dem Hauptzylinder verbundenen Strömungsmit teldruck-Servomotor. Bei dem aus diesem Dokument bekannten Hauptzylinder ist ein Betätigungskolben axial verschiebbar in einem weiteren Kolben geführt. Bei einer Be tätigung des Betätigungskolbens gerät ein an dem Betätigungskolben ausgebildeter Flansch in Anlage an eine Stirnfläche des weiteren Kolbens, so dass der Betätigungs kolben und der weitere Kolben bei einer weiteren Betätigung des Betätigungskolbens gemeinsam in Betätigungsrichtung verschoben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfach gestalteten Hauptbremszylinder mit rein hydraulischer Rückwirkung bereitzustellen, der dazu in der Lage ist, einem Fahrer bei einer starken Bremsung den erforderlichen hohen Bremsdruck zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Hauptbremszylinder gelöst, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Zu Beginn des Bremsvorgangs, be vor sich die zwischen dem ersten Kolben und dem Betätigungskolben angeordnete Hülse entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betätigungskolben vorhande nen Anschlag abstützt, wirkt der sich in der Druckkammer infolge der Verschiebung des ersten Kolbens aufbauende Druck nur über den Betätigungskolben auf das Betä tigungsglied zurück. Die vom Fahrer am Bremspedal wahrzunehmende hydraulische Reaktionskraft hängt in dieser Phase der Bremsung also vom hydraulisch wirksamen, relativ kleinen Durchmesser des Betätigungskolbens ab, so dass der Hydraulikdruck in der Druckkammer rasch erhöht werden kann. Erst wenn der Druck in der Druck kammer einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, stützt sich die Hülse entge gen der Betätigungsrichtung am Betätigungskolben ab, wodurch eine mechanische Kopplung zwischen der Hülse und dem Betätigungskolben entsteht. Nachdem die mechanische Kopplung zwischen dem Betätigungskolben und der Hülse erfolgt ist, verschiebt sich die Hülse gemeinsam mit dem Betätigungskolben in dessen Betäti gungsrichtung. Die nun vom Fahrer am Bremspedal verspürte hydraulische Reakti onskraft setzt sich daher in dieser Phase des Bremsvorgangs im wesentlichen aus der Summe der auf die hydraulische Wirkfläche des Betätigungskolbens wirkenden Kraft und der auf die hydraulische Wirkfläche der Hülse wirkenden Kraft zusammen. Der Fahrer erhält somit eine stärkere Rückmeldung über den tatsächlich in der Druckkammer vorherrschenden Druck. Wenn der Druck in der Druckkammer einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet, stützt sich die Hülse entgegen der Betätigungsrichtung an dem ersten Kolben ab. Durch die so entstehende mechani sche Kopplung zwischen der Hülse und dem ersten Kolben wird die auf die Hülse wirkende hydraulische Rückwirkkraft über den ersten Kolben in den Bremskraftver stärker abgeleitet, so dass der Fahrer diesen Anteil der hydraulischen Rückwirkkraft nicht mehr wahrnimmt. Für die vom Fahrer am Bremspedal verspürte hydraulische Reaktionskraft ist in dieser Phase des Bremsvorgangs somit wiederum die hydrauli sche Wirkfläche des Betätigungskolbens maßgeblich, wodurch es dem Fahrer wie zu Beginn der Bremsung einfacher gemacht wird, den Bremsdruck rasch zu erhöhen oder zu halten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird sichergestellt, dass ein Fahrzeugführer bei einer starken Bremsung und insbesondere bei einer Notbrem sung den hohen Bremsdruck bereitstellen kann, der erforderlich ist, um das Fahrzeug mit einem kurzen Bremsweg zum Stillstand zu bringen.

Die Hülse kann federnd in Betätigungsrichtung vorgespannt sein und sich nach Überwindung einer ersten vorbestimmten Strecke entgegen der federnden Vorspan nung in Betätigungsgegenrichtung an dem Anschlag des Betätigungskolbens abstüt zen, wenn der Druck in der Druckkammer den ersten vorbestimmten Wert überschreitet. Bei dieser Anordnung verschiebt sich die Hülse infolge des Drucks in der Druckkammer gegen die auf sie wirkende federnde Vorspannung relativ zum Betätigungskolben, bis sie die erste vorbestimmte Strecke überwunden hat und sich an dem am Betätigungskolben vorhandenen Anschlag abstützt. Die federnde Vor spannung der Hülse legt dann den ersten vorbestimmten Wert des Drucks in der Druckkammer fest, ab dem sich die Hülse um die erste vorbestimmte Strecke ver schieben und eine mechanische Kopplung mit dem Betätigungskolben herstellen kann.

Die Hülse stützt sich vorzugsweise nach Überwindung einer zweiten vorbestimmten Strecke entgegen der federnden Vorspannung in Betätigungsgegenrichtung an dem ersten Kolben ab, wenn der Druck in der Druckkammer den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet. Bei dieser Anordnung wird die mechanische Kopplung der Hülse mit dem Betätigungskolben infolge des weiter ansteigenden Drucks in der Druck kammer gelöst und die Hülse verschiebt sich um die zweite vorbestimmte Strecke relativ zum Betätigungskolben bis sie sich in Betätigungsgegenrichtung am ersten Kolben abstützt.

Gemäß einer Ausführungsform liegt eine dem Betätigungsglied der Fahrzeugbrems anlage zugewandte Stirnfläche der Hülse an einem federnd in Betätigungsrichtung vorgespannten und axial verschiebbar auf dem Betätigungskolben geführten Stütz element an. Die federnde Vorspannung des Stützelements kann beispielsweise mittels einer ersten Schraubenfeder erzeugt werden, deren Enden sich an dem Stützelement bzw. am Betätigungskolben abstützen. Wenn der Druck in der Druck kammer den ersten vorbestimmten Wert überschreitet, verschiebt sich die Hülse gemeinsam mit dem Stützelement gegen die federnde Vorspannung des Stützele ments in einer der Betätigungsrichtung entgegengesetzten Richtung relativ zum Betätigungskolben. Alternativ dazu kann die Hülse auf ihrer dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage zugewandten Seite auch einen radial nach außen ragenden Flansch aufweisen, der z. B. mit der Hülse verrastet sein kann. Die Enden der ersten Schraubenfeder können sich dann an dem radial nach außen ragenden Flansch der Hülse bzw. am Betätigungskolben abstützen.

Vorzugsweise stützt sich das Stützelement in einer zu Beginn einer Bremsung vorlie genden Ruhestellung des Hauptzylinders in Betätigungsrichtung an einer dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage zugewandten Stirnfläche eines radial nach innen ragenden Vorsprungs des ersten Kolbens ab. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hauptzylinders ist die Ruhestellung der Hülse auf konstruktiv einfache Weise festgelegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptzylinders stützt sich das Stützelement in Betätigungsgegenrichtung an dem am Betätigungs kolben vorhandenen Anschlag ab, wenn der Druck in der Druckkammer den ersten vorbestimmten Wert überschreitet. Durch das Zusammenwirken des Stützelements und des Anschlags entsteht die mechanische Kopplung zwischen der Hülse und dem Betätigungskolben, die bewirkt, dass die Hülse gemeinsam mit dem Betätigungskol ben in dessen Betätigungsrichtung verschoben wird. Die erste vorbestimmte Strecke ist dann durch einen Abstand zwischen dem Stützelement und dem Anschlag in einer zu Beginn einer Bremsung vorliegenden Ruhestellung des Hauptzylinders definiert.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Anschlag axial verschieb bar auf dem Betätigungskolben geführt und von einer federnd in Betätigungsrichtung wirkenden Vorspannung gegen einen an dem Betätigungskolben ausgebildeten Vorsprung gedrängt. Die federnde Vorspannung des Anschlags kann beispielsweise mittels einer zweiten Schraubenfeder erzeugt werden, deren Enden sich an dem Anschlag bzw. am Betätigungskolben abstützen. Bei dieser Anordnung kann sich die Hülse infolge des weiter ansteigenden Drucks in der Druckkammer gemeinsam mit dem Anschlag gegen die federnde Vorspannung der Hülse und des Anschlags relativ zum Betätigungskolben verschieben, bis die Hülse die zweite vorbestimmte Strecke überwunden hat und sich an dem ersten Kolben abstützt. Die Summe der federnden Vorspannungen der Hülse des Anschlags bestimmt dann den zweiten vorbestimmten Wert des Drucks in der Druckkammer, ab dem sich die Hülse um die zweite vorbe stimmte Strecke verschieben und eine mechanische Kopplung mit dem ersten Kolben herstellen kann.

Vorzugsweise weist die Hülse an ihrem von dem Betätigungsglied der Fahrzeug bremsanlage abgewandten Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch auf, der sich in Betätigungsgegenrichtung an dem ersten Kolben abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet. Durch das Zusammenwirken des Flansches der Hülse mit dem ersten Kolben entsteht die mechanische Kopplung zwischen der Hülse und dem ersten Kolben, die bewirkt, dass die auf die Hülse wirkende Rückwirkkraft in den ersten Kolben und von diesem in das Kraftabgabeglied des Bremskraftverstärkers eingeleitet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptzylinders stützt sich der Flansch der Hülse an einer von dem Betätigungsglied der Fahrzeug bremsanlage abgewandten Stirnfläche eines radial nach innen ragenden Vorsprungs des ersten Kolbens ab, wenn der Druck in der Druckkammer den zweiten vorbe stimmten Wert überschreitet. Die zweite vorbestimmte Strecke ist dann durch einen Abstand zwischen dem Flansch der Hülse und dem Vorsprung des ersten Kolbens zu dem Zeitpunkt eines Bremsvorgangs definiert, zu dem die Hülse die erste vorbe stimmte Strecke überwunden hat und mechanisch mit dem Betätigungskolben gekoppelt ist.

Bei einer konstruktiv vorteilhaft gestalteten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptzylinders ist der radial nach innen ragende Vorsprung, an dessen von dem Betätigungsglied abgewandten Stirnfläche sich der Flansch der Hülse abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet, derselbe Vorsprung, an dessen dem Betätigungsglied zugewandten Stirnfläche sich das erste Stützelement in der Ruhestellung des Hauptzylinders abstützt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt des relevanten Bereichs eines mit einem Bremskraftver stärker verbundenen erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders in einer Ruhe stellung,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1 in einer ersten Betätigungsstellung,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 1 in einer zweiten Betätigungsstellung,

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einer aufgebrachten Ein gangskraft und dem dadurch erzielten Bremsdruck in den verschiedenen Betä tigungsstellungen des erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders wiedergibt.

In Fig. 1 ist der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung interessierende Bereich eines Hauptzylinders 10 für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage in seiner Ruhestellung dargestellt. Dem Hauptzylinder 10 ist funktionell ein Unterdruckbrems kraftverstärker 12 allgemein bekannter und deshalb hier nicht detailliert erläuterter Bauart vorgeschaltet.

Der Bremskraftverstärker 12 hat ein Gehäuse, in dessen Innenraum eine bewegliche Wand 14 eine Unterdruckkammer 16 von einer Arbeitskammer 18 trennt. Die Unter druckkammer 16 steht im Betrieb des Bremskraftverstärkers 12 ständig mit einer Unterdruckquelle in Verbindung, beispielsweise mit dem Ansaugtrakt eines Verbren nungsmotors oder mit einer Unterdruckpumpe. Ein nicht weiter veranschaulichtes Steuerventil ist dazu vorgesehen, wahlweise eine Verbindung der Arbeitskammer 18 mit der Unterdruckkammer 16 herzustellen, damit auch die Arbeitskammer 18 evakuiert wird, oder eine Verbindung zwischen der evakuierten Arbeitskammer 18 und der Umgebungsatmosphäre, d. h. dem Umgebungsdruck herzustellen, um durch den dann an der beweglichen Wand entstehenden Differenzdruck eine Unterstüt zungskraft bereitzustellen.

Der Hauptzylinder 10 und der Bremskraftverstärker 12 werden mittels eines in ein Gehäuse 20 des Steuerventils ragenden stangenförmigen Eingangsgliedes 22 betä tigt. Das Eingangsglied 22 ist mit seinem kugelig ausgeführten Ende 24 in einem Betätigungskolben 26 befestigt. An seinem anderen Ende ist das Eingangsglied 22 mit einem nicht gezeigten Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage verbunden, beispielsweise mit einem Bremspedal, über das eine Axialkraft auf das Eingangsglied 22 ausgeübt werden kann, die in den Fig. 1 bis 3 mit einem Pfeil F angedeutet ist.

Der dem Bremskraftverstärker 12 funktionell nachgeschaltete Hauptzylinder 10 hat ein Gehäuse 28 mit einer Bohrung 30, in der ein hohlzylindrischer erster Kolben 32 axial verschiebbar geführt und mittels einer ersten Dichtung 34 abgedichtet ist. Der erste Kolben 32 wirkt auf eine Druckkammer 36, die auch als Primärdruckkammer bezeichnet wird und die in der Bohrung 30 des Hauptzylindergehäuses 28 axial zwischen dem ersten Kolben 32 und einem nicht dargestellten, schwimmend in der Bohrung 30 angeordneten weiteren Kolben begrenzt ist. Im eingebauten Zustand des Hauptzylinders 10 ist die Druckkammer 36 mit einem ersten Bremskreis der Fahr zeugbremsanlage verbunden, während eine nicht dargestellte, auch als Sekundär druckkammer bezeichnete weitere Druckkammer, auf die der weitere Kolben wirkt, mit einem zweiten Bremskreis der Fahrzeugbremsanlage in Verbindung steht.

Der Betätigungskolben 26 durchsetzt den ersten Kolben 32 und ist mittels eines sich radial nach außen erstreckenden Ringbundes 38 axial verschiebbar in dem ersten Kolben 32 geführt. An seinem von dem Eingangsglied 22 abgewandten, in den Fig. 1 bis 3 linken Ende weist der Betätigungskolben 26 einen in die Druckkammer 36 ragenden stabförmigen Fortsatz 39 verringerten Durchmessers auf. Auf diesem stabförmigen Fortsatz 39 des Betätigungskolbens 26 ist eine hohlzylindrische Hülse 40 axial verschiebbar angeordnet, die an ihrem von dem Eingangsglied 22 abge wandten, in den Fig. 1 bis 3 linken Ende einen radial nach außen ragenden Flansch 42 aufweist. Die Hülse 40 ist mittels einer ersten O-Ringdichtung 44 gegenüber dem Betätigungskolben 26 und mittels einer zweiten O-Ringdichtung 46 gegenüber dem ersten Kolben 32 abgedichtet. Eine dem Eingangsglied 22 zugewandte, in den Fig. 1 bis 3 rechte Stirnfläche 48 der Hülse 40 liegt an einem kreisringförmigen Stützele ment 50 an, das von dem Betätigungskolben 26 durchsetzt und axial verschiebbar auf diesem geführt ist. Das Stützelement 50 wird von einer ersten Schraubenfeder 52, deren Enden sich an dem Stützelement 50 bzw. am Ringbund 38 des Betäti gungskolbens 26 abstützen, gegen eine dem Eingangsglied 22 zugewandte, in den Fig. 1 bis 3 rechte Stirnfläche 53 eines am ersten Kolben 32 ausgebildeten Vor sprungs 54 gedrückt, der radial nach innen in eine in dem ersten Kolben 32 ausge bildete Zentralbohrung 56 ragt.

Auf dem Betätigungskolben 26 ist ferner ein kreisringförmiger Anschlag 58 angeord net, der von einer zweiten Schraubenfeder 60, deren Enden sich an dem Anschlag 58 bzw. einem ersten, am Ringbund 38 des Betätigungskolben 26 ausgebildeten stufen förmigen Vorsprung 62 abstützen, gegen einen zweiten, am Betätigungskolben 26 ausgebildeten stufenförmigen Vorsprung 64 gedrückt wird. Der Anschlag 58 ist axial auf dem Betätigungskolben 26 verschiebbar geführt.

Im folgenden wird die Funktion des Hauptbremszylinders 10 anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Wenn durch das nicht gezeigte Betätigungsglied der Fahrzeug bremsanlage eine Kraft F auf das Eingangsglied 22 aufgebracht wird, überträgt das Eingangsglied 22 diese Kraft auf den Betätigungskolben 26, wodurch sich dieser gegen die Kraft der ersten und zweiten Schraubenfedern 52, 60 relativ zum ersten Kolben 32 und zur Hülse 40 in Fig. 1 nach links verschiebt. Dabei taucht der stabför mige Fortsatz 39 des Betätigungskolbens 26 in die Druckkammer 36 ein.

Gleichzeitig führt die Verschiebung des Betätigungskolbens 26 nach links dazu, dass das Steuerventil des Bremskraftverstärkers 12 eine Verbindung der Arbeitskammer 18 mit der Umgebungsatmosphäre freigibt. An der beweglichen Wand 14 entsteht daraufhin eine Druckdifferenz, die eine Verschiebung der beweglichen Wand 14 nach links bewirkt, so dass sich das über einen Membranteller 66 fest mit der beweglichen Wand 14 verbundene Steuerventilgehäuse 20 ebenfalls nach links verschiebt. Die zusätzliche, vom Bremskraftverstärker 12 erzeugte Kraft wird über eine an dem Membranteller 66 ausgebildete Kraftabgabefläche 68 auf eine gegenüberliegende Stirnfläche 70 eines an dem ersten Kolben 32 ausgebildeten, radial nach außen ragenden Flansches 72 übertragen, so dass der erste Kolben 32 beginnt, sich eben falls nach links und somit in die Druckkammer 36 hinein zu verschieben. Nach einem definierten Leerweg wird eine Verbindung zwischen der Druckkammer 36 und einem nicht gezeigten Hydraulikfluidbehälter in bekannter Weise unterbrochen, so dass sich in der Druckkammer 36 ein Hydraulikdruck aufbauen kann.

Der sich im Zuge der Verschiebung des Betätigungskolbens 26 und des ersten Kolbens 36 nach links in der Druckkammer 36 aufbauende Hydraulikdruck wirkt sowohl auf die hydraulisch wirksame Fläche des Betätigungskolbens 26, als auch auf die hydraulisch wirksame Fläche der Hülse 40. Da die auf den ersten Kolben 32 wirkende Reaktionskraft über den Membranteller 66 und das Steuerventilgehäuse 20 in den Bremskraftverstärker 12 eingeleitet wird und daher am Bremspedal nicht spürbar ist, sind für eine Rückmeldung des sich in der Druckkammer 36 aufbauenden Hydraulikdrucks an das Bremspedal und damit an den Fahrzeugführer die hydraulisch wirksamen Flächen des Betätigungskolbens 26 und der Hülse 40 maßgeblich.

Bezüglich der vom Fahrer bei einer Betätigung der Bremse am Bremspedal verspür ten Reaktionskraft lassen sich demzufolge mehrere Phasen unterscheiden. Zu Beginn der Bremsbetätigung ist die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 36 und dem Hydraulikfluidbehälter noch geöffnet, so dass die Reaktionskraft der Federkraft der ersten Schraubenfeder 52 entspricht (Phase 1). Das Ansprechverhalten des Brems systems kann daher durch geeignete Wahl der Federsteifigkeit der ersten Feder 52 in gewünschter Weise eingestellt werden.

Sobald die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 36 und dem Hydraulikfluid behälter unterbrochen ist und sich infolgedessen in der Druckkammer 36 ein Hydraulikdruck aufbaut, wird zusätzlich eine hydraulische Reaktionskraft (Rückwirkkraft) erzeugt, die über eine Stirnfläche des stabförmigen Fortsatzes 39 des Betätigungskolbens 26 auf das Bremspedal zurückwirkt. Demzufolge setzt sich dann die am Bremspedal verspürte Reaktionskraft aus der auf die Stirnfläche des stabför migen Fortsatzes 39 wirkenden Hydraulikkraft und der Federkraft der ersten Schraubenfeder 52 zusammen (Phase 2).

Wenn der Druck in der Druckkammer 36 im Verlauf des Bremsvorgangs weiter ansteigt und einen ersten Wert D₁ überschreitet, wird die Hülse 40 relativ zum ersten Kolben 32 und zum Betätigungskolben 26 gegen die Kraft der ersten Feder 52 nach rechts verschoben, bis das Stützelement 50 nach Überwindung einer ersten Strecke S₁ in Anlage an den Anschlag 58 gerät (Fig. 2). Dadurch entsteht eine mechanische Kopplung zwischen der Hülse 40 und dem Betätigungskolben 26, so dass die Hülse 40 bei einer weiteren Verschiebung des Betätigungskolbens 26 nach links gemeinsam mit dem Betätigungskolben 26 verschoben wird. Für den hydraulischen Anteil der am Bremspedal verspürten Reaktionskraft ist dann die Summe der hydraulisch wirksa men Flächen des Betätigungskolbens 26 und der Hülse 40 maßgeblich (Phase 3).

Wenn der Hydraulikdruck in der Druckkammer 36 noch weiter ansteigt und einen zweiten vorbestimmten Wert D₂ überschreitet, wird die Hülse 40 gegen die von der ersten und der zweiten Feder 52, 60 ausgeübten Kräfte wiederum relativ zum ersten Kolben 32 und zum Betätigungskolben 26 nach rechts verschoben, bis der an der Hülse 40 ausgebildete Flansch 42 nach Überwindung einer zweiten Strecke S₂ in Anlage an eine von dem Betätigungsglied 22 abgewandte, in den Fig. 1 bis 3 linke Stirnfläche 74 des radial nach innen ragenden Vorsprungs 54 des ersten Kolbens 32 gerät (Fig. 3). Dadurch wird die mechanische Kopplung zwischen der Hülse 40 und dem Betätigungskolben 26 aufgehoben und es entsteht statt dessen eine mechani sche Kopplung zwischen der Hülse 40 und dem ersten Kolben 32, so dass die Hülse 40 nun gemeinsam mit dem ersten Kolben 32 verschoben wird. Der hydraulische Anteil der am Bremspedal verspürten Reaktionskraft wird dann, wie in der Phase 2, durch die hydraulisch wirksame Fläche des Betätigungskolbens 26 bestimmt (Phase 4).

Das Verhältnis, in dem ein Fahrzeugführer den Anstieg des Hydraulikdrucks in der Druckkammer 36 als Anstieg der zu überwindenden Gegenkraft am Bremspedal verspürt, wird als Übersetzungsverhältnis bezeichnet. Bei einem großen Überset zungsverhältnis kann sich der Betätigungskolben 26 bei gleicher Betätigungskraft F relativ zum Steuerventilgehäuse 20 weiter nach links verschieben, als bei einem kleineren Übersetzungsverhältnis. Gleichzeitig führt ein größeres Übersetzungsver hältnis zu einem größeren Öffnungshub des Steuerventils des Bremskraftverstärkers 12 und damit zu einem stärkeren Ansprechen des Bremskraftverstärkers 12.

Der Verlauf des von der Fahrzeugbremsanlage aufgebauten Drucks P in Abhängigkeit der vom Fahrer über das Bremspedal in das Eingangsglied 22 eingeleiteten Betäti gungskraft F ist in Fig. 4 gezeigt. In einem ersten Kurvenabschnitt A steigt der Bremsdruck P bei zunehmender Betätigungskraft F steil an, da sich die vom Fahrer zu überwindende Gegenkraft aus der auf die hydraulisch wirksame Fläche des Betätigungskolbens 26 wirkenden Hydraulikkraft und der Federkraft der ersten Schraubenfeder 52 zusammensetzt (Phase 2). Der Punkt B im Kurvenverlauf reprä sentiert die Herstellung der mechanischen Kopplung zwischen dem Betätigungskol ben 26 und der Hülse 40, so dass der hydraulische Anteil der zu überwindenden Gegenkraft in einem zweiten Kurvenabschnitt C durch die hydraulisch wirksamen Flächen des Betätigungskolbens 26 und der Hülse 40 bestimmt wird (Phase 3). In dem zweiten Kurvenabschnitt C ist der Anstieg des Bremsdrucks P mit zunehmender Betätigungskraft F deutlich flacher als im Kurvenabschnitt A, da der Fahrer zur Erhöhung des Bremsdrucks P zusätzlich die über die hydraulisch wirksame Fläche der Hülse 40 auf das Bremspedal zurückwirkende Gegenkraft überwinden muss. Am Punkt D des Kurvenverlaufs stützt sich die Hülse 40 in Betätigungsgegenrichtung am ersten Kolben 32 ab, so dass für den hydraulischen Anteil der am Bremspedal verspürten Gegenkraft somit wiederum die hydraulisch wirksame Fläche des Betäti gungskolbens 26 maßgeblich ist (Phase 4). Aufgrund der verringerten Gegenkraft findet daher im Kurvenabschnitt E wieder ein steilerer Anstieg des Bremsdrucks P statt.

Claims

1. Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit
einem Hauptzylindergehäuse (28) mit einer darin ausgebildeten Bohrung (30),
einem zur Betätigung durch ein Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage vorge sehenen Betätigungskolben (26), der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen ersten Kolben (32) geführt ist, welcher zur Begrenzung einer Druckkammer (36) in der Bohrung (30) abdichtend und axial verschiebbar geführt und im Normalfall nur von einem Kraftabgabeglied (66) eines dem Hauptzylinder vorschaltbaren Brems kraftverstärkers (12) betätigbar ist,
einer Hülse (40), die axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben (32) und dem Betätigungskolben (26) geführt ist und die sich entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betätigungskolben (26) vorhandenen Anschlag (58) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) einen ersten vorbestimmten Wert (D₁) überschreitet, und
einem Schaltelement, welches sich entgegen der Betätigungsrichtung an dem ers ten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) einen zweiten vorbestimmten Wert (D₂) überschreitet,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Betätigungskolben (26) im unbetätigten Zu stand in die im Hauptzylindergehäuse (28) ausgebildete Bohrung (30) erstreckt und das Schaltelement durch die Hülse (40) gebildet ist.

2. Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (40) federnd in Betätigungsrichtung vorge spannt ist und sich nach Überwindung einer ersten vorbestimmten Strecke (S₁) entgegen der federnden Vorspannung in Betätigungsgegenrichtung an dem Anschlag (58) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den ersten vorbestimmten Wert (D₁) überschreitet.

3. Hauptzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hülse (40) nach Überwindung einer zweiten vorbestimmten Strecke (S₂) entgegen der federnden Vorspannung in Betätigungsge genrichtung an dem ersten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkam mer (36) den zweiten vorbestimmten Wert (D₂) überschreitet.

4. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage zugewandte Stirnfläche (48) der Hülse (40) an einem federnd in Betätigungsrichtung vorgespannten und axial verschiebbar auf dem Betätigungskolben (26) geführten Stützelement (50) anliegt.

5. Hauptzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützelement (50) in einer zu Beginn einer Bremsung vorliegenden Ruhestellung des Hauptzylinders (10) in Betätigungsrichtung an einer dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage zugewandten Stirnfläche (53) eines radial nach innen ragenden Vorsprungs (54) des ersten Kolbens (32) abstützt.

6. Hauptzylinder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützelement (50) in Betätigungsgegenrich tung an dem Anschlag (58) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den ersten vorbestimmten Wert (D₁) überschreitet.

7. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (58) axial verschiebbar auf dem Betäti gungskolben (26) geführt ist und von einer federnd in Betätigungsrichtung wirken den Vorspannung gegen einen an dem Betätigungskolben (26) ausgebildeten Vorsprung (64) gedrängt wird.

8. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (40) an ihrem von dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage abgewandten Ende einen sich radial nach außen erstrecken den Flansch (42) aufweist, der sich in Betätigungsgegenrichtung an dem ersten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den zweiten vorbe stimmten Wert (D₂) überschreitet.

9. Hauptzylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flansch (42) der Hülse (40) in Betätigungsge genrichtung an einer von dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage abge wandten Stirnfläche (74) eines radial nach innen ragenden Vorsprungs (54) des ersten Kolbens (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den zweiten vorbestimmten Wert (D₂) überschreitet.

10. Hauptzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der radial nach innen ragende Vorsprung (54) dersel be Vorsprung (54) ist, an dem sich ein Stützelement (50) in der Ruhestellung des Hauptzylinders (10) abstützt.

11. Hauptzylinder/Bremskraftverstärkereinheit, gekennzeichnet durch einen Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 10.