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Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder
für eine
hydraulische Bremsanlage mit einem Hauptzylindergehäuse, das
eine Längsbohrung
begrenzt, in der zur Ausbildung einer ersten Druckkammer ein erster
Kolben abdichtend und axial verschiebbar geführt ist, und einem ersten Ventil,
das zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung
verschiebbar ist, in seiner Offenstellung eine Fluidverbindung zwischen
einem Fluidreservoir und der ersten Druckkammer ermöglicht und
in einer Ruhestellung des ersten Kolbens in seiner Offenstellung
gehalten ist, wobei das erste Ventil radial außerhalb der Längsbohrung
angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine
Hauptzylinder/Bremskraftverstärker-Einheit.
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Ein Hauptzylinder der genannten Art
ist aus der
DE 196
10 834 C1 bekannt. Derartige Hauptzylinder werden in Fahrzeugen
vor allem zusammen mit Bremsdruckregelsystemen, wie z. B. einem
Antiblockiersystem (ABS) oder einer Antriebsschlupfregelung (ASR)
eingesetzt und weisen üblicherweise
ein in einem Druckkolben angeordnetes Zentralventil auf. Das Zentralventil
umfasst einen Ventilsitz, einen federnd in Richtung auf den Ventilsitz
vorgespannten Ventilkörper
und einen sich durch eine in dem Druckkolben ausgebildete Bohrung
erstreckenden stiftförmigen
Fortsatz. Im unbetätigten
Zustand des Hauptzylinders, d. h. wenn sich der Druckkolben in seiner Ruhestellung
befindet, stützt
sich der stiftförmige Fortsatz
an einem mit dem Zentralventil verbundenen Anlagebauteil ab, wodurch
das Zentralventil in seiner geöffneten
Stellung gehalten wird, in der es eine Fluidverbindung zwischen
einem Fluidreservoir und einer Druckkammer freigibt. Bei einer Bremsbetätigung wird
der Druckkolben aufgrund der über
ein Betätigungsglied
der Fahrzeugbremsanlage, z. B. ein Bremspedal, eingeleiteten Kraft
verschoben, so dass sich der stiftförmige Fortsatz von dem Anlagebauteil löst und sich
das Zentralventil schließt.
Dadurch wird die Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir und
der Druckkammer unterbrochen und in der Druckkammer kann ein Hydraulikdruck
aufgebaut werden.
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Bei einem derartigen, mit einem Zentralventil ausgestatteten
Hauptbremszylinder muss das Zentralventil insbesondere zur Ausführung automatischer
Bremsfunktionen, wie z. B. ESP oder Traction Control einen bestimmten
Mindestdurchflussquerschnitt aufweisen. Zudem sollen Hauptbremszylinder heutzutage
möglichst
kompakt gebaut sein, weil in modernen Fahrzeugen immer weniger Einbauraum zur
Verfügung
steht.
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Die
DE 27 11 297 C3 offenbart einen gattungsgemäßen Hauptzylinder
für eine
Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit einem Kolben, der axial verschiebbar
in einer in einem Hauptzylindergehäuse ausgebildeten Längsbohrung
geführt
ist, und einem eine Fluidverbindung zwischen der Längsbohrung und
einem Vorratsbehälter
steuernden Schieberventil. Das Schieberventil ist außerhalb
der Längsbohrung
in einer zylindrischen Vertiefung des Hauptzylindergehäuses angeordnet
und weist ein als Kolbenschieber ausgebildetes, bewegliches Ventilglied
auf. Der Kolbenschieber ist durch einen Betätigungshebel betätigbar,
der mit einem an einer Führungshülse ausgebildeten
Führungsflansch
zusammenwirkt. Der Kolbenschieber erstreckt sich bezüglich der
Längsbohrung
in radialer Richtung und gibt bei unbetätigtem Kolben eine Fluidverbindung
zwischen einem in dem Kolbenschieber ausgebildeten und mit dem Vorratsbehälter in
Verbindung stehenden ersten Kanal, einem Auslass und einem mit der
Längsbohrung
in Verbindung stehenden zweiten Kanal frei. Bei einer Betätigung des
Kolbens löst
sich der Führungsflansch
der Führungshülse von
seiner Anlage an dem Betätigungshebel
des Kolbenschiebers, woraufhin der Kolbenschieber durch die Kraft
einer Kegelfeder in bezüglich
der Längsbohrung
radialer Richtung verschoben wird und die Fluidverbindung zwischen
dem Vorratsbehälter
und der Längsbohrung
absperrt.
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Die
GB 2 266 752 A offenbart einen Hauptzylinder
mit einer in einem Hauptzylindergehäuse ausgebildeten Längsbohrung,
die an ihrem einen Ende durch ein mit dem Hauptzylindergehäuse fluiddicht verbundenes
Abschlusselement verschlossen ist.
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Die
DE 34 01 402 C2 offenbart eine Hauptzylinder/Bremskraftverstärkereinheit,
bei der ein an eine Gehäuseschale
eines Bremskraftverstärkers aufgeflanschtes
Hauptzylindergehäuse
mit Hilfe eines auf einer Innenseite der Gehäuseschale angeordneten Deckels
verschlossen ist. Der Deckel und das Hauptzylindergehäuse sind
miteinander verschraubt und schließen einen radial inneren Teil
der Gehäuseschale
zwischen sich ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen kompakter bauenden und zur Ausführung automatischer Bremsfunktionen
geeigneten Hauptbremszylinder sowie eine Hauptzylinder/Bremskraftverstärker-Einheit
bereitzustellen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen
Hauptbremszylinder gelöst,
der ein bezüglich der
Längsbohrung
quergeteiltes Hauptzylindergehäuse
mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt aufweist,
wobei das erste Ventil bezüglich der
Längsbohrung
axial verschiebbar in dem ersten Abschnitt des Hauptzylindergehäuses angeordnet ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst
durch eine Hauptzylinder/Bremskraftverstärker-Einheit gemäß dem Anspruch
18.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Hauptzylinders können
der Durchflussquerschnitt des ersten Ventils und der Durchmesser
des ersten Kolbens nach Bedarf und unabhängig voneinander gewählt werden.
Da das erste Ventil nicht mehr im ersten Kolben, sondern im Hauptzylindergehäuse radial
außerhalb
der Längsbohrung
angeordnet ist, kann das Ventil, das durch die mehrteilige Ausgestaltung
des Hauptzylindergehäuses
in einfacher Weise im Hauptzylindergehäuse montierbar ist, problemlos mit
dem, beispielsweise für
die Ausführung
automatischer Bremsfunktion, wie ESP oder Traction Control erforderlichen
Durchflussquerschnitt gestaltet werden. Dadurch wird bereits bei
geringem Ventilhub ein großer
Strömungsquerschnitt
für die
vom Fluidreservoir in die erste Druckkammer oder von der ersten Druckkammer
in das Fluidreservoir strömende
Hydraulikflüssigkeit
freigegeben. Durch den geringen Ventilhub wird ein rasches Ansprechen
der Bremse erreicht. Gleichzeitig kann ein kompakter Kolben mit einem
geringen Durchmesser verwendet werden. Der erfindungsgemäße Hauptzylinder
zeichnet sich demzufolge durch eine einfache Montierbarkeit und eine
sehr kompakte Bauweise bei gleichzeitig hoher Funktionalität aus.
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Vorzugsweise verschließt das in
dem ersten Gehäuseabschnitt
angeordnete erste Ventil in seiner Schließstellung eine in dem zweiten
Abschnitt des Hauptzylindergehäuses
ausgebildete erste Nachlaufbohrung. Ein derartig ausgestalteter
Hauptzylinder ist besonders einfach und kostengünstig zu fertigen und zu montieren.
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Die einzelnen Abschnitte des Hauptzylindergehäuses können durch
mindestens ein sie in Längsrichtung
durchsetzendes Befestigungselement miteinander verspannt sein. Das
Befestigungselement kann beispielsweise eine Schraube sein, die
in einem Gewinde verschraubt wird, welches in einem oder mehreren
Abschnitten) des Hauptzylindergehäuses ausgebildet ist. Alternativ
dazu kann jedoch auch eine Schrauben/Mutter-Anordnung oder dergleichen verwendet
werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Hauptzylinders
ist eine Schale eines Bremskraftverstärkergehäuses zwischen dem ersten und
dem zweiten Abschnitt des Hauptzylindergehäuses eingespannt. Dadurch wird
eine einfache und sichere Verbindung des Hauptzylinders mit dem Bremskraftverstärkergehäuse hergestellt.
Ferner kann der Hauptzylinder mit der Schale des Verstärkergehäuses zu
einer separaten Baugruppe vormontiert werden, die anschließend auf
einfache und damit kostengünstige
Art und Weise mit den übrigen
Bauteilen des Bremskraftverstärkers
verbunden werden kann. Im montierten Zustand der Hauptzylinder/Bremskraftverstärker-Einheit
ist der erste Abschnitt des Hauptzylindergehäuses dann platzsparend im Inneren
des Bremskraftverstärkergehäuses angeordnet.
Die Dicke der Schale legt vorzugsweise einen axialen Abstand zwischen
dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Hauptzylindergehäuses fest.
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Der axiale Abstand zwischen dem ersten
und dem zweiten Abschnitt des Hauptzylindergehäuses kann mittels eines ersten
Dichtelements gegenüber der
Umgebung abgedichtet sein, das auf kostengünstige Art und Weise auf eine
Stirnfläche
des ersten oder zweiten Abschnitts des Hauptzylindergehäuses aufvulkanisiert
ist. Alternativ dazu kann das Dichtelement auch auf eine Randfläche der
zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Hauptzylindergehäuses eingespannten
Verstärkergehäuseschale
aufvulkanisiert sein.
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Vorzugsweise ist der erste Kolben
hohlzylindrisch ausgebildet und im Normalfall nur mittelbar von
einem Kraftabgabeglied eines dem Hauptbremszylinder vorgeschalteten
Bremskraftverstärkers
betätigbar.
Zur unmittelbaren Betätigung
des ersten Kolbens kann ein Betätigungskolben
axial verschiebbar in dem ersten Kolben geführt sein. 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 ausgesteuert ist. Bei dieser Ausführungsform
ist der erfindungsgemäße Hauptzylinder
als Hauptzylinder mit rein hydraulischer Rückwirkung ausgebildet, dessen
Betätigung
ohne eine zwischengeschaltete, gummielastische Reaktionsscheibe
erfolgt.
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Vorzugsweise ist eine im wesentlichen
hohlzylindrische Hülse
axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben und dem Betätigungskolben
geführt. Die
Hülse stützt sich
entgegen der Betätigungsrichtung
am Betätigungskolben
ab, wenn der Druck in der ersten Druckkammer einen vorbestimmten
Wert überschreitet.
Dadurch wird erreicht, dass der sich in der ersten Druckkammer infolge
der Verschiebung des ersten Kolbens aufbauende Druck zu Beginn des Bremsvorgangs über den
Betäti gungskolben
auf das Betätigungsglied
zurückwirkt.
Die vom Fahrer am Bremspedal wahrzunehmende hydraulische Reaktionskraft
hängt in
dieser Phase der Bremsung also im wesentlichen vom hydraulisch wirksamen
Durchmesser des Betätigungskolbens
ab, so dass der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer rasch erhöht werden
kann. Erst wenn der Druck in der ersten Druckkammer den vorbestimmten
Wert überschreitet,
stützt
sich die Hülse
entgegen der Betätigungsrichtung
am Betätigungskolben
ab, wodurch eine mechanische Kopplung zwischen der Hülse und
dem Betätigungskolben
entsteht. Nach der Herstellung der mechanischen Kopplung zwischen
dem Betätigungskolben
und der Hülse,
verschiebt sich die Hülse
gemeinsam mit dem Betätigungskolben
in dessen Betätigungsrichtung.
Die nun vom Fahrer am Bremspedal verspürte hydraulische Reaktionskraft
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 ersten Druckkammer vorherrschenden Druck.
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Die Hülse kann federnd in Betätigungsrichtung
vorgespannt sein und sich nach Überwindung einer
vorbestimmten Strecke in Betätigungsgegenrichtung
am Betätigungskolben
abstützen,
wenn der Druck in der Druckkammer den vorbestimmten Wert überschreitet.
Bei dieser Anordnung verschiebt sich die Hülse infolge des Drucks in der
ersten Druckkammer gegen die auf sie wirkende Vorspannung relativ zum
Betätigungskolben,
bis sie die vorbestimmte Strecke überwunden hat und sich am Betätigungskolben
abstützt.
Die federnde Vorspannung der Hülse
bestimmt dann den vorbestimmten Wert des Drucks in der ersten Druckkammer,
bei dem sich die Hülse
entgegen ihrer federnden Vorspannung verschieben und die mechanische
Kopplung mit dem Betätigungskolben
herstellen kann.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Hauptzylinders
weist die Hülse
auf ihrer dem Betätigungsglied
der Fahrzeugbremsanlage zugewandten Seite einen sich radial nach
außen erstreckenden
Flansch auf. In einer zu Beginn einer Bremsung vorliegenden Ruhestellung
des Hauptzylinders stützt
sich der Flansch der Hülse
in Betätigungsrichtung
an einer in dem ersten Kolben ausgebildeten Stufe ab, so dass eine
mechanische Kopplung zwischen der Hülse und dem ersten Kolben hergestellt
wird.
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Im Verlauf einer Bremsung löst sich
der sich radial nach außen
erstreckende Flansch der Hülse von
der Stufe und stößt nach Überwindung
der vorbestimmten Strecke gegen einen am Betätigungskolben ausgebildeten
Vorsprung, wodurch die mechanische Kopplung zwischen der Hülse und
dem Betätigungskolben
hergestellt wird.
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Vorzugsweise ist ein erstes sich
radial nach außen
erstreckendes Anschlagelement axial federnd in Richtung auf einen
am Betätigungskolben
vorhandenen Anschlag vorgespannt und wirkt in einer Ruhestellung
des Betätigungskolbens
mit einem an dem ersten Ventil angeordneten, sich radial nach innen
erstreckenden zweiten Anschlagelement zusammen. Durch das Zusammenwirken
des ersten und zweiten Anschlagelements wird das erste Ventil in seiner
geöffneten
Stellung gehalten. Bei einer Verschiebung des Betätigungskolbens
in seine Betätigungsrichtung
verschieben sich das erste und das zweite Anschlagelement zunächst gemeinsam
nach links bis der Schließweg
des ersten Ventils überwunden
ist. Anschließend
löst sich
das erste Anschlagelement von dem zweiten Anschlagelement des ersten
Ventils und das erste Ventil, das beispielsweise federnd in seine
Schließstellung
vorgespannt sein kann, wird geschlossen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Hauptzylinders
ist die Ruhestellung des Betätigungskolbens
durch einen in der Längsbohrung
ausgebildeten Absatz definiert, der in der Ruhestellung des Betätigungskolbens
mit dem ersten Anschlagelement zusammenwirkt. Wenn der derart gestaltete
Hauptzylinder in üblicher
Weise mit einem Bremskraftverstärker
verbunden ist, ist durch die Festlegung der Ruhestellung des Betätigungskolbens
auch die Ruhestellung eines Steuerventilgehäuses des dem Hauptzylinder
funktionell vorgeschalteten Bremskraftverstärkers definiert. Durch geeignete
Positionierung des an dem Hauptzylindergehäuse ausgebildeten Vorsprungs
kann das Steuerventilgehäuse
in seiner Ruhestellung in eine sogenannte "Lost Travel Free"-Position gebracht werden, wodurch eine
annähernd
verlustwegfreie Aktivierung des Bremskraftverstärkers und somit ein rasches
Ansprechen des Bremssystems erreicht werden kann.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hauptzylinders
erlaubt somit den Verzicht auf einen bisher üblichen, der Einstellung der "Lost Travel Free"-Stellung des Steuerventilgehäuses dienenden Querriegel,
der am Steuerventilgehäuse
angeordnet war und mit einem an einer Wand eines Bremskraftverstärkergehäuses ausgebildeten
Anschlag zusammmenwirkte. Die Verwendung eines derartigen Querriegels
hatte den Nachteil, dass die Schalen des Bremskraftverstärkergehäuses sehr
exakt positioniert werden mußten,
da die Positionierung der Schalen aufgrund des an ihnen ausgebildeten
Anschlags für
die Festlegung der "Lost
Travel Free"-Stellung des
Steuerventilgehäuses
und somit für
die ordnungsgemäße Funktion
des Bremskraftverstärkers von entscheidender
Bedeutung war. Bei den üblicherweise
eingesetzten; zweiteilig ausbildeten Bremskraftverstärkergehäusen war
es daher zur Sicherstellung der ordnungsgemäßen Positionierung des Gehäuses zwingend
erforderlich, die Gehäuseschalen
in aufwendiger Weise miteinander zu verstemmen. Durch die Festlegung
der "Lost Travel Free"-Stellung des Steuerventilgehäuses mittels
eines im Hauptzylindergehäuse
ausgebildeten Vorsprungs kann auf diesen aufwendigen und kostenintensiven
Montageschritt verzichtet werden und die Gehäuseschalen des Bremskraftverstärkers können statt
dessen beispielsweise mittels eines Zugbolzens miteinander verbunden
werden.
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In dem ersten Anschlagelement ist
vorzugsweise ein Hydraulikfluiddurchlass ausgebildet. Der Durchlass
kann beispielsweise durch eine sich radial erstreckende erste Nut
und eine mit der ersten Nut in Fluidverbindung stehende, sich axial
erstreckende zweite Nut gebildet werden.
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Ein die Längsbohrung in Richtung ihres
freien Endes verlängernder,
im wesentlichen hohlzylindrischer Fortsatz des Hauptzylindergehäuses kann gemäß einer
Ausführungsform
den ersten Kolben axial führen.
Wenn der erfindungsgemäße Hauptzylinder
mit einem Bremskraftverstärker
zu einer Hauptzylinder/Bremskraftverstärker-Einheit montiert ist, ist der hohlzylindrische
Fortsatz vorzugsweise vollständig
im Inneren des Bremskraftverstärkergehäuses angeordnet
und stellt eine Führung
für den ersten
Kolben bereit, wobei der erste Kolben seinerseits gegebenenfalls
eine Führungsfunktion
für den Betätigungskolben
und die Hülse übernimmt.
Auf diese Weise wird die Führung
aller für
die Betätigung des
Hauptzylinders erforderlichen Kolben auf konstruktiv einfache Weise
sichergestellt.
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In der Längsbohrung des Hauptzylindergehäuses ist
vorzugsweise ein auf eine zweite Druckkammer wirkender zweiter Kolben
abdichtend und axial verschiebbar geführt, während ein zweites Ventil axial
zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verschiebbar ist,
in seiner Offenstellung eine Fluidverbindung zwischen dem Fluidreservoir
und der zweiten Druckkammer ermöglicht
und in einer Ruhestellung des zweiten Kolbens in seiner Offenstellung
gehalten ist. Das Hauptzylindergehäuse ist dann bezüglich der
Längsbohrung
zweifach quergeteilt und umfasst drei Abschnitte, wobei das zweite Ventil
radial außerhalb
der Längsbohrung
in dem zweiten Abschnitt des Hauptzylindergehäuses angeordnet ist. Wie bei
dem ersten Ventil kann der Durchflussquerschnitt des zweiten Ventils
aufgrund seiner Anordnung im Hauptzylindergehäuse radial außerhalb
der Längsbohrung
unabhängig
vom Durchmesser des zweiten Kolbens gewählt werden. Gleichzeitig kann
ein kompakter zweiter Kolben mit einem geringen Durchmesser verwendet
werden, so dass durch die erfindungsgemäße Weiterbildung ein einfach
und kostengünstig
zu montierender, kompakter Tandemhauptzylinder mit hoher Funktionalität bereitgestellt
wird.
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Das zweite Ventil kann in seiner
Schließstellung
eine in einem dritten Abschnitt des Hauptzylindergehäuses ausgebildete
zweite Nachlaufbohrung verschließen.
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An dem zweiten Kolben kann ein radial
nach außen
ragender Flansch ausgebildet sein, der in einer Ruhestellung des
zweiten Kolbens mit einem an dem zweiten Ventil angeordneten, sich
radial nach innen erstreckenden dritten Anschlagelement zusammenwirkt.
Durch das Zusammenwirken des radial nach außen ragenden Flansches mit
dem dritten Anschlagelement wird das zweite Ventil in seiner geöffneten
Stellung gehalten. Bei einer Verschiebung des zweiten Kolbens in
Richtung der zweiten Druckkammer verschieben sich der Flansch des
zweiten Kolbens und das dritte Anschlagelement zunächst gemeinsam
nach links bis der Schließweg
des zweiten Ventils überwunden
ist. Anschließend
löst sich
der an dem zweiten Kolben ausgebildete Flansch von dem dritten Anschlagelement
des zweiten Ventils und das zweite Ventil, das beispielsweise federnd
in seine Schließstellung
vorgespannt sein kann, wird geschlossen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird im folgenden anhand der beigefügten schematischen Figur näher erläutert, die
einen Längsschnitt
eines mit einem Bremskraftverstärker
verbundenen, erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders
zeigt.
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In der Figur ist ein Hauptzylinder 10 für eine hydraulische
Fahrzeugbremsanlage in seiner Ruhestellung dargestellt. Dem Hauptzylinder 10 ist
funktionell ein Unterdruckbremskraftverstärker 12 bekannter
und deshalb hier nicht detailliert erläuterter Bauart vorgeschaltet.
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Der Bremskraftverstärker 12 hat
ein Gehäuse,
in dessen Innenraum eine bewegliche Wand 14 eine Unterdruckkammer 16 von
einer Arbeitskammer 18 trennt. Die Unterdruckkammer 16 steht
im Betrieb des Bremskraftverstärkers 12 ständig mit
einer Unterdruckquelle in Verbindung, beispielsweise mit dem Ansaugtrakt
eines Verbrennungsmotors 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 Unterstützungskraft bereitzustellen.
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Der Hauptzylinder 10 und
der Bremskraftverstärker 12 werden
mittels eines in ein Gehäuse 20 des
Steuerventils ragenden stangenförmigen
Eingangsgliedes 22 betätigt.
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,
so dass über
das nicht gezeigte Betätigungsglied
eine Axialkraft auf das Eingangsglied 22 ausgeübt werden kann,
die in der Figur mit einem Pfeil F angedeutet ist.
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Der dem Bremskraftverstärker 12 funktionell nachgeschaltete
Hauptzylinder 10 hat ein Gehäuse 28 mit einer Längsbohrung 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 erste Druckkammer 36,
die auch als Primärdruckkammer
bezeichnet wird und in der Bohrung 30 des Hauptzylindergehäuses 28 axial
zwischen dem ersten Kolben 32 und einem schwimmend in der
Bohrung 30 angeordneten zweiten Kolben 38 begrenzt
ist. Der zweite Kolben 38 ist mittels einer zweiten und
einer dritten Dichtung 40, 42 gegenüber dem
Hauptzylindergehäuse 28 abgedichtet
und wirkt auf eine zwischen dem zweiten Kolben 38 und einer
Stirnwand 44 des Hauptzylindergehäuses 28 begrenzte,
auch als Sekundärdruckkammer
bezeichnete zweite Druckkammer 46. Im eingebauten Zustand
des Hauptzylinders 10 ist die erste Druckkammer 36 mit
einem ersten Bremskreis der Fahrzeugbremsanlage verbunden, während die zweite
Druckkammer 46 mit einem zweiten Bremskreis der Fahrzeugbremsanlage
in Verbindung steht.
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Der Betätigungskolben 26 durchsetzt
den ersten Kolben 32 und ist mittels eines sich radial
nach außen
erstreckenden Ringbundes 48 axial verschiebbar in dem ersten
Kolben 32 geführt.
An seinem von dem Eingangsglied 22 abgewandten, in der Figur
linken Ende weist der Betätigungskolben 26 einen
in die erste Druckkammer 36 ragenden stabförmigen Fortsatz 50 verringerten
Durchmessers auf. Auf diesem stabförmigen Fortsatz 50 des
Betätigungskolbens 26 ist
eine hohlzylindrische Hülse 52 axial
verschiebbar angeordnet, die an ihrem dem Eingangsglied 22 zugewandten,
in der Figur rechten Ende einen radial nach außen ragenden Flansch 54 aufweist.
Die Hülse 52 ist
mittels einer ersten O-Ringdichtung 56 gegenüber dem
Betätigungskolben 26 und
mittels einer zweiten O-Ringdichtung 58 gegenüber dem
ersten Kolben 32 abgedichtet. Der an der Hülse 52 ausgebildete
Flansch 54 wird von einer ersten Schraubenfeder 60,
deren Enden sich an dem Flansch 54 bzw. am Ringbund 48 des
Betätigungskolbens 26 abstützen, gegen
eine dem Eingangsglied 22 zugewandte, in der Figur rechte
Stirnfläche 62 einer
Stufe 64 gedrückt,
die in dem ersten Kolben 32 ausgebildet ist und sich in
eine Zentralbohrung 66 erstreckt.
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In der ersten Druckkammer 36 ist
auf dem in die erste Druckkammer 36 ragenden stabförmigen Fortsatz 50 des
Betätigungskolbens 26 eine
kreisringförmige
Anschlagscheibe 68 befestigt. Ein kreisringförmiges und
mittels eines hohlzylindrischen Fortsatzes 70 auf dem stabförmigen Fortsatz 50 des Betätigungskolbens 26 angeordnetes
erstes Anschlagelement 72 wird von einer zweiten Schraubenfeder 74,
deren Enden sich an dem ersten Anschlagelement 72 bzw.
einer auf dem stabförmigen
Fortsatz 50 des Betätigungskolbens 26 befestigten
Stützscheibe 76 abstützen, gegen
die Anschlagscheibe 68 gedrückt.
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Der zweite Kolben 38 wird
von einer dritten Schraubenfeder 78, deren Enden sich an
der Stirnwand 44 des Hauptzylindergehäuses bzw. an einem Kolbenboden 80 abstützen in
seine Ruhestellung vorgespannt. An seinem von dem Eingangsglied 22 abgewandten,
in der Figur linken Ende weist der zweite Kolben 38 einen
radial nach außen
ragenden Flansch 82 auf.
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Das Hauptzylindergehäuse 38 ist
bezüglich der
Längsbohrung 30 in
drei Abschnitte 84, 86, 88 quergeteilt,
die durch zwei sie in Längsrichtung durchsetzende,
in der Figur nicht dargestellte Schrauben miteinander verspannt
sind, wobei zwischen dem ersten, in der Figur rechts dargestellten Abschnitt 84 und
dem zum ersten Abschnitt 84 benachbarten zweiten Abschnitt 86 des
Hauptzylindergehäuses 28 eine
Schale 90 eines Bremskraftverstärkergehäuses eingespannt ist. Die Dicke
der Schale 90 legt einen axialen Abstand zwischen dem ersten
Abschnitt 84 und dem zweiten Abschnitt 86 des
Hauptzylindergehäuses 28 fest.
An dem ersten Abschnitt 84 ist ein in den Bremskraftverstärker 12 hineinragender
hohlzylindrischer Fortsatz 92 zur Führung des ersten Kolbens 32 in
dem Hauptzylindergehäuse 28 ausgebildet.
Ein erstes Ventil 94 mit einem Ventilkörper 96 sowie einem
stiftförmigen
Fortsatz 98 ist in dem ersten Abschnitt 84 des
Hauptzylindergehäuse 28 radial
außerhalb
der Längsbohrung 30 angeordnet,
wobei an dem stiftförmigen
Fortsatz 98 ein radial nach innen ragendes zweites Anschlagelement 100 ausgebildet
ist. In der Ruhestellung des Hauptbremszylinders 10 wirkt
das zweite Anschlagelement 100 mit dem ersten Anschlagelement 72 zusammen,
das auf dem stabförmigen
Fortsatz 50 des Betätigungskolbens 26 angeordnet
ist, um das mittels einer vierten Feder 102 in seine Schließstellung vorgespannte
erste Ventil 94 in seiner geöffneten Stellung zu halten.
Das auf dem stabförmigen
Fortsatz 50 des Betätigungskolbens 26 angeordnete
erste Anschlagelement 72 liegt in der Ruhestellung des Hauptbremszylinders 10 ferner
an einem stufenförmigen
Absatz 104 an, der am ersten Abschnitt 84 des Hauptzylindergehäuses 28 ausgebildet
ist.
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In seiner Schließstellung verschließt das erste
Ventil 94 eine in dem zweiten Abschnitt 86 des Hauptzylindergehäuses 28 ausgebildete
erste Nachlaufbohrung 106, die fluidleitend mit einem nicht
gezeigten Hydraulikfluidbehälter
verbunden ist. Der durch die Dicke der Verstärkergehäuseschale 90 festgelegte
Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 84, 86 des
Hauptzylindergehäuses 28 ist
mittels eines ersten, auf eine Stirnfläche 109 des ersten
Gehäuseabschnitts 84 aufvulkanisierten Dichtelements 110 abgedichtet.
Ferner ist in dem ersten Anschlagelement 72 ein Hydraulikfluiddurchlass 112 ausgebildet.
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In dem zweiten Abschnitt 86 des
Hauptzylindergehäuses 28 ist
ferner ein mittels einer fünften
Feder 102' in
seine Schießstellung
vorgespanntes zweites Ventil 94' mit einem Ventilkörper 96', einem stiftförmigen Fortsatz 98' sowie einem
an dem stiftförmigen
Fortsatz 98' ausgebildeten,
radial nach innen ragenden dritten Anschlagelement 100' angeordnet.
In der Ruhestellung des Hauptbremszylinders 10 wirkt das
dritte Anschlagelement 100' mit
dem radial nach außen
ragenden Flansch 82 des zweiten Kolbens 38 zusammen,
um das zweite Ventil 94' in
seiner geöffneten
Stellung zu halten. In seiner Schließstellung verschließt das zweite
Ventil 94' eine
in dem dritten Abschnitt 88 des Hauptzylindergehäuses 28 ausgebildete
zweite Nachlaufbohrung 106',
die wie die erste Nachlaufbohrung 106 fluidleitend mit
dem nicht gezeigten Hydraulikfluidbehälter verbunden ist. Ein zweites
Dichtelement 110' ist
auf eine Stirnfläche 111 des
dritten Gehäuseabschnitts 88 aufvulkanisiert.
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Im folgenden wird die Funktion des
Hauptbremszylinders 10 näher erläutert. Wenn über das nicht
gezeigte Betätigungsglied
der Fahrzeugbremsanlage 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 Schraubenfeder 60 relativ
zum ersten Kolben 32 und zur Hülse 52 in der Figur
nach links verschiebt. Dabei taucht der stabförmige Fortsatz 50 des
Betätigungskolbens 26 in
die erste Druckkammer 36 ein.
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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 114 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 114 ausgebildete Kraftabgabefläche 116 auf
eine gegenüberliegende
Stirnfläche 118 eines
an dem ersten Kolben 32 ausgebildeten, radial nach außen ragenden
Flansches 120 übertragen,
so dass der erste Kolben 32 beginnt, sich ebenfalls nach
links und somit in die erste Druckkammer 36 hinein zu verschieben.
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Durch die Verschiebung des Betätungskolbens 26 nach
links wird das erste Ventil 94 infolge seiner federnden
Vorspannung in seine Schließstellung
verschoben, in der es die erste Nachlaufbohrung 106 verschließt. Dabei
verschieben sich das erste und das zweite Anschlagelement 72, 100 zunächst gemeinsam
nach links bis der Schließweg
des ersten Ventils 94 überwunden
ist, woraufhin sich das erste Anschlagelement 72 von dem
zweiten Anschlagelement 100 des ersten Ventils 94 löst. Wenn
die Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikfluidbehälter und der
ersten Druckkammer 36 unterbrochen ist, baut sich in der
ersten Druckkammer 36 ein Hydraulikdruck auf. Aufgrund
des sich in der ersten Druckkammer 36 aufbauenden Drucks
verschiebt sich der zweite Kolben 38 ebenfalls nach links,
wodurch das zweite Ventil 94' infolge
seiner federnden Vorspannung in seine Schließstellung verschoben wird.
Dabei verschieben sich der am zweiten Kolben 38 ausgebildete
Flansch 82 und das dritte Anschlagelement 100' zunächst gemeinsam
nach links bis der Schließweg
des zweiten Ventils 94' überwunden
ist, woraufhin sich der Flansch 82 des zweiten Kolbens 38 von dem
dritten Anschlagelement 100' des
zweiten Ventils 94' löst. Wenn
auch die Fluidverbindung zwischen der mit dem Hydraulikfluidbehälter in
fluidleitender Verbindung stehenden zweiten Nachlaufbohrung 106' und der zweiten
Druckkammer 46 unterbrochen ist, baut sich in der zweiten
Druckkammer 46 ebenfalls ein Hydraulikdruck auf.
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Der sich im Zuge der Verschiebung
des Betätigungskolbens 26 und
des ersten Kolbens 36 nach links in der ersten Druckkammer 36 aufbauende
Hydraulikdruck wirkt sowohl auf die hydraulisch wirksame Fläche des
Betätigungskolbens 26,
als auch auf die hydraulisch wirksame Fläche der Hülse 52. Da die auf
den ersten Kolben 32 wirkende Reaktionskraft über den
Membranteller 114 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 ersten Druckkammer 36 aufbauenden Hydraulikdrucks
an das Bremspedal und damit an den Fahrzeugführer die hydraulisch wirksamen
Flächen
des Betätigungskolbens 26 und
der Hülse 52 maßgeblich.
Bezüglich
der vom Fahrer bei einer Betätigung
der Bremse am Bremspedal verspürten
Reaktionskraft lassen sich mehrere Phasen unterscheiden. Zu Beginn
der Bremsbetätigung
ist die Fluidverbindung zwischen der ersten Druckkammer 36 und
dem Hydraulikfluidbehälter
noch geöffnet,
so dass die Reaktionskraft der Federkraft der ersten Schraubenfeder 60 entspricht
(Phase 1). Das Ansprechverhalten des Bremssystems kann daher durch
geeignete Wahl der Federsteifigkeit der Feder 60 in der
gewünschten Weise
eingestellt werden.
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Sobald die Fluidverbindung zwischen
der ersten Druckkammer 36 und dem Hydraulikfluidbehälter unterbrochen
ist und sich infolgedessen in der ersten Druckkammer 36 ein
Hydraulikdruck aufbaut, wird zusätzlich
eine hydraulische Reaktionskraft erzeugt, die über eine Stirnfläche des
stabförmigen Fortsatzes 50 des
Betätigungskolbens 26 auf
das Bremspedal zurückwirkt.
Demzufolge setzt sich dann die am Bremspedal verspürte Reaktionskraft
aus der auf die Stirnfläche
des stabförmigen
Fortsatzes 50 wirkenden Hydraulikkraft und der Federkraft
der ersten Schraubenfeder 60 zusammen (Phase 2).
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Wenn der Druck in der ersten Druckkammer 36 im
Verlauf des Bremsvorgangs weiter ansteigt und einen Wert D überschreitet,
wird die Hülse 52 relativ zum
ersten Kolben 32 und zum Betätigungskolben 26 gegen
die Kraft der ersten Feder 60 nach rechts verschoben, bis
der Flansch 54 der Hülse 52 nach Überwinden
einer Strecke S in Anlage an einen am Betätigungskolben 26 ausgebildeten
Vorsprung 122 gerät.
Dadurch entsteht eine mechanische Kopplung zwischen der Hülse 52 und
dem Betätigungskolben 26,
so dass die Hülse 52 bei
einer weiteren Verschiebung des Betätigungskolbens 26 nach
links gemeinsam mit dem Betätigungskolben 26 nach
links verschoben wird. Für
den hydraulischen Anteil der am Bremspedal verspürten Reaktionskraft ist dann
die Summe der hydraulisch wirksamen Flächen des Betätigungskolbens 26 und
der Hülse 52 maßgeblich (Phase
3).
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Das Verhältnis, in dem ein Fahrzeugführer den
Anstieg des Hydraulikdrucks in der ersten Druckkammer 36 als
Anstieg der zu überwindenden
Gegenkraft am Bremspedal verspürt,
wird als Übersetzungsverhältnis bezeichnet.
Bei einem großen Übersetzungsverhältnis 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 Übersetzungsverhältnis zu einem
größeren Öffnungshub
des Steuerventils des Bremskraftverstärkers 12 und damit
zu einem stärkeres
Ansprechen des Bremskraftverstärkers 12.
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Bei Beendung des Bremsvorgangs durch Freigeben
des Bremspedals werden die oben beschriebenen Phasen in umgekehrter
Reihenfolge durchlaufen. Infolge der Rückverschiebung des zweiten
Kolbens 38 nach rechts gerät der am zweiten Kolben 38 ausgebildete
Flansch 82 wieder in Anlage mit dem am stiftförmigen Fortsatz 98' des zweiten
Ventils 94' ausgebildeten
dritten Anschlagelement 100',
so dass das zweite Ventil 94' die
Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckkammer 46 und
der zweiten Nachlaufbohrung 106' freigibt. Das erste Ventil 94 wird
ebenfalls wieder geöffnet,
wenn das erste Anschlagelement 72 infolge der Rückverschiebung
des Betätigungskolbens 26 nach
rechts gegen das am stiftförmigen
Fortsatz 98 des ersten Ventils 94 ausgebildete
zweite Anschlagelement 100 stößt. Die Rückbewegung des Betätigungskolbens 26 nach
rechts wird begrenzt, indem das erste Anschlagelement 72 an
den am ersten Abschnitt 84 des Hauptzylindergehäuses 28 ausgebildeten
Absatz 104 anstößt. Der Absatz 104 definiert
die Ruhestellung des Betätigungskolbens 26 und
damit die Ruhestellung des Steuerventilgehäuses 20 des dem Hauptzylinder 10 vorgeschalteten
Bremskraftverstärkers 12 in
einer sogenannten "Lost
Travel Free"-Position,
die eine annähernd
verlustwegfreie Aktivierung des Bremskraftverstärkers 12 aus seiner
Lösestellung
heraus ermöglicht.