DE19535709A1 - Hydraulische Bremsanlage zur Bremsschlupfregelung und Aktivbremsung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer hydraulischen Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine der­ artige Bremsanlage ist aus der DE 41 28 091 A1 bekannt. Die bekannte Bremsanlage dient zur Bremsschlupf- und Antriebs­ schlupfregelung, wobei der Vordruckerzeuger im Behälter zum schnellen Vorfüllen der Radbremsen oder zur Erzeugung eines Vordruckes für die Rückförderpumpe der Bremsanlage dient. Auch in der bekannten Bremsanlage wird der Vordruck von einem in einer Ladekammer verschiebbar angeordneten Kolben erzeugt. Allerdings wird dieser Kolben von einer Druckfeder derart be­ aufschlagt, daß er in Richtung auf die Vergrößerung der Lade­ kammer gedrückt wird. Um den Vordruck zu erzeugen, muß aus der Ladekammer Druckmittel in den Hauptzylinder verdrängt werden. Dazu dient eine Vakuumdose, welche mit einem Arbeitskolben ausgestattet ist, der über eine Stange mit dem Kolben der La­ dekammer verbunden ist. Durch Evakuierung einer Arbeitskammer wird der Arbeitskolben verschoben, so daß über die Stange das Druckmittel aus der Ladekammer verdrängt wird. Es ist dabei jedoch nachteilig, daß in der Arbeitskammer erst ein bestimm­ tes Vakuum erreicht sein muß, bis der Arbeitskolben sich in Bewegung setzt, da der Kolben der Ladekammer federbeaufschlagt ist. Gerade für einen schnellen Bremsdruckaufbau ist jedoch eine schnelle Vorladung der Radbremsen oder der Saugseite der Rückförderpumpe erforderlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Bremsanlage der eingangs genannten Art mit einem Vordrucker­ zeuger auszustatten, der eine schnelle Vorladung sieherstellt.

Diese Aufgabe wird gelöst in Verbindung mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Druckmittelverdrängung aus der Ladekammer nicht durch Evakuierung einer Arbeitskammer vorzu­ nehmen, sondern durch die mechanische Vorspannung einer Druck­ feder. Das hat den Vorteil, daß die potentielle Energie der gespannten Druckfeder schlagartig zur Verfügung steht und eine schnelle Befüllung der Bremskreise möglich macht. Eine Span­ nung der Druckfeder nach erfolgter Vorladung kann dann auch langsamer erfolgen, so daß hier eine nur allmähliche Evakuie­ rung nicht nachteilig ist.

Die Befüllung der Ladekammer erfolgt nach einem Vorladevorgang am besten dadurch, daß über ein Rückschlagventil bei Rückfah­ ren des Kolbens Druckmittel nachfließen kann. Dabei sollte dieses Rückschlagventil sich mit Sicherheit unter dem Druck­ mittelspiegel befinden, da sonst Luft in die Ladekammer gerie­ te, welche dann in die Bremskreise verbracht würde.

Ein besonders einfacher Aufbau des Vordruckerzeugers ergibt sich, wenn das verwendete Vakuum direkt an die federbelastete Seite des Kolbens in der Ladekammer anlegbar ist. Dabei ist jedoch zu bedenken, daß das Vakuum in der Lage sein muß, die den Kolben beaufschlagende Druckfeder zu überwinden. In diesem Falle darf also die Federkraft nicht größer sein als die er­ zeugte Druckdifferenz multipliziert mit der Wirkfläche des Kolbens. Das heißt, daß bei Verwendung eines ungestuften Kol­ bens der erzeugbare Vordruck höchstens 1 bar über Atmosphären­ druck liegt, da die Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und Vakuum höchstens 1 bar betragen kann.

Eine dem Rückschlagventil parallel geschaltete Drossel be­ wirkt, daß auch bei Temperaturschwankungen die Ladekammer stets druckausgeglichen ist. Während eines Ladevorganges je­ doch, bei welchem die Druckmittelverdrängung schnell erfolgt, spielt eine solche Drossel keine Rolle. Es fließt nur eine unwesentliche Menge von Druckmittel ab. Der Hauptteil des Druckmittels wird in den Hauptzylinder zur Vorladung der Bremskreise verdrängt.

Als konstruktive Lösung empfiehlt sich die Verwendung eines Röhrchens mit verdicktem Ende als Schließglied des Rückschlag­ ventils, wobei das dünne Ende in einen Führungstopf ragt und das dicke Ende als Schließteil des Rückschlagventils dient. Da innerhalb der Ladekammer kein allzu hoher Druck aufgebaut wird und demnach keine große Beschädigungsgefahr für das Rück­ schlagventil besteht, kann dieses Schließglied einstückig aus Kunststoff gefertigt sein. Durch die Lagerung des dünnen Endes des Röhrchens in einem Führungstopf mit loser Passung wird der erwünschte Drosseleffekt erzielt.

Genauso, wie ein Eindringen von Luft in die Ladekammer uner­ wünscht ist, ist auch ein Eindringen von Druckmittel in die Vakuumquelle oder deren Arbeitskammer zu vermeiden. Dies wird durch eine Überlaufsperre am Anschluß der Vakuumquelle er­ reicht.

Ladekammer, Führungstopf und Überlaufsperre können auf preis­ werte Weise direkt an den Vorratsbehälter angeformt sein.

Wenn 1 bar Überdruck als Vorladedruck nicht ausreicht, kann auf an sich bekannte Weise eine Druckübersetzung vorgesehen sein, entweder in Form eines gestuften Kolbens oder durch eine Vakuumdose, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Eine nähere Erläuterung des Erfindungsgedankens erfolgt nun durch die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung.

Die einzige Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer erfin­ dungsgemäßen Bremsanlage mit einer Darstellung des Vorrats­ behälters und eines Teils des Hauptzylinders.

Der dargestellte Vorratsbehälter 1 weist einen maximalen und einen minimalen Füllstand auf, die mit MAX und MIN bezeichnet sind. Er besitzt zwei Vorratskammern 2 und 3, die in Höhe des maximalen Füllstandes durch einen Überlauf 4 verbunden sind.

Innerhalb der Vorratskammer 2 ist ein Vordruckerzeuger 5 an­ geordnet. Er besteht im wesentlichen aus einem Kolben 6, der in einem zylindrischen Bereich 7 einer Arbeitskammer 15 abge­ dichtet verschiebbar geführt ist und unterhalb dessen sich Druckmittel befindet und oberhalb dessen sich Luft befindet, einer Ladekammer 8 unterhalb des Kolbens 6, welche mit einem Druckmittelanschluß 9 eines Tandemhauptzylinders in Verbindung steht sowie einem Rückschlagventil 10, welches die Ladekammer mit der Vorratskammer 2 verbindet. Das Schließglied 11 des Rückschlagventils 10 ist von einer in der Ladekammer 8 ange­ ordneten Druckfeder 12 in Richtung auf einen Ventilsitz 13 hin beaufschlagt. Es hat die Form eines Röhrchens, wobei das als Schließteil dienende, in der Ladekammer 8 befindliche Ende des Röhrchens verdickt ist. Das der Ladekammer 8 abgewandte Ende des Schließgliedes 11 ragt in einen Führungstopf 14, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als das Röhrchen. An die­ ser Stelle ist also ein Druckmittelfluß von der Vorratskammer 2 durch den Führungstopf 14 in das Röhrchen hinein und somit in die Ladekammer 8 möglich. Die Druckmittelverbindung ist jedoch gedrosselt, so daß bei einem schnellen Ladevorgang, also einer Druckmittelverdrängung durch den Kolben 6 aus der Ladekammer 8 in den Hauptzylinder hinein der Druckmittelver­ lust über diese Drosselstelle nur gering ist. Das Rückschlag­ ventil 10 ist in Bodennähe des Vorratsbehälters 1 angeordnet, so daß es stets weit unterhalb das Druckmittelspiegels liegt.

Von Seiten der Arbeitskammer 15, in deren zylindrischem Be­ reich 7 der Kolben 6 angeordnet ist, ist der Kolben 6 von ei­ ner Druckfeder 16 zur Ladekammer 8 hin beaufschlagt. Die Ar­ beitskammer 15 weist einen Vakuumanschluß 18 auf, welcher durch einer Überlaufsperre 17 vor Druckmittel geschützt ist, welches unter Umständen am Umfang des Kolbens 6 entlang in die Arbeitskammer 15 eindringen könnte. Die Überlaufsperre 17 ist im Prinzip eine bis knapp unter die obere Wand des Vorrats­ behälters 1 geführte Trennwand, so daß jegliche Luftzu- und -abfuhr nur an der Oberkante des Vorratsbehälters 1 entlang erfolgen kann. Die Vakuumquelle VAC ist hier nur schematisch dargestellt. Sie ist beispielsweise über ein 3/2-Wegemagnet­ ventil 19 an den Vakuumanschluß 18 anschließbar. Die zweite Stellung des 3/2-Wegeventils 19 verbindet den Vakuumanschluß 16 mit der Atmosphäre atm.

Durch die konstruktive Gestaltung des Vordruckerzeugers 5 er­ gibt sich folgende Funktionsweise:
Um die Ladekammer 8 mit Druckmittel zu füllen, wird die Vaku­ umquelle VAC an den Vakuumanschluß 16 angeschlossen, so daß sich durch die entstehende Druckdifferenz zwischen Ladekammer 8 und Arbeitskammer 15 der Kolben 6 nach oben bewegt und die Druckfeder 16 zusammendrückt. Der nun in der Ladekammer 8 ent­ stehende Unterdruck wirkt sich derart aus, daß der Atmosphä­ rendruck in der Vorratskammer 2 das Schließglied 11 des Rück­ schlagventils 10 gegen die Ventilfeder 12 verschiebt. Damit ist die Druckmittelverbindung zwischen der Vorratskammer 2 und der Ladekammer 8 frei. Die Ladekammer 8 füllt sich entspre­ chend dem Hub des Kolbens 6 mit Druckmittel. Da in der Verbin­ dung zwischen dem Druckmittelanschluß 16 und der Vakuumquelle VAC nicht nur das 3/2-Wegeventil 19, sondern auch noch ein Rückschlagventil 20 angeordnet ist, bleibt der evakuierte Zu­ stand der Arbeitskammer 15 so lange erhalten, bis über das 3/2-Wegeventil 19 die Atmosphäre an die Arbeitskammer 15 an­ geschlossen wird.

Wenn die Druckdifferenz zwischen der Vorratskammer 2 und der Ladekammer 8 kleiner wird als der Öffnungsdruck des Rück­ schlagventils 10, so schließt sich das Rückschlagventil 10 wieder. Ein weiterer Druckangleich zwischen der Vorratskammer 2 und der Ladekammer 8 kann dann über die Drosselstelle am Führungstopf 14 erfolgen. Dieser Druckangleich findet bei­ spielsweise auch immer dann statt, wenn durch Temperatur­ schwankungen in der Ladekammer 8 ein Über- oder Unterdruck entsteht. Das gleiche gilt auch für einen eventuellen Druck­ mittelverlust innerhalb der Bremskreise.

Eine Betätigung des Hauptzylinders wird durch das begrenzte Volumen der Ladekammer 8 nicht beeinträchtigt, da durch den Hauptzylinder lediglich Druckmittel in die Bremskreise ver­ bracht wird, welches in seinen Druckkammern ohnehin vorhanden ist.

Wird eine Vorladung bei unbetätigtem Hauptzylinder erforder­ lich, so schaltet das 3/2-Wegeventil 19 um und schießt die Atmosphäre an die Arbeitskammer 15 an. Zwischen Ladekammer 8 und Arbeitskammer 15 besteht somit keine Druckdifferenz mehr, so daß die Druckfeder 16 nun wirksam wird und den Kolben 6 nach unten verschiebt. Aus der Ladekammer 8 wird Druckmittel in den Hauptzylinder verdrängt. Dabei wird das Schließglied 11 mit seinem verdickten Ende fester gegen seinen Ventilsitz 13 gedrückt, so daß auch das im Führungstopf 14 befindliche Ende des Schließgliedes 11 weiter in den Führungstopf 14 hineinge­ schoben wird und die Druckmittelleckage aus der Ladekammer 8 in die Vorratskammer 2 minimiert ist. Unterhalb des Hauptzy­ linders kann nun die Vorladung entweder direkt in die Radbrem­ sen oder aber zur Saugseite einer Pumpe führen. Das hängt von der jeweiligen Bremsanlage und den verfolgten Zwecken ab. Des weiteren hängt es davon ab, wie hoch der erzeugte Vordruck ist.

Wenn der Vordruckerzeuger auf die dargestellte Weise aufgebaut ist, kann die Vorspannung der Druckfeder 16 nur so groß sein, wie sie einer Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck und Vakuum multipliziert mit der wirksamen Fläche des Kolbens 6 entspricht. Das heißt, daß in der Ladekammer 8 auch nur höch­ stens ein Überdruck von 1 bar erzeugt werden kann. Wenn ein größerer Vordruck erzeugt werden soll, kann der Kolben 6 bei­ spielsweise als Stufenkolben ausgebildet sein, wobei das Ende geringeren Durchmessers dann die Ladekammer 8 begrenzt und das Ende größeren Durchmessers an Vakuum angeschlossen ist. Die Stufe dazwischen kann an Atmosphäre angeschlossen sein, so daß sich eine Druckübersetzung ergibt. Je nach Flächenverhältnis des größeren und des kleineren Durchmessers ergibt sich somit ein Vielfaches des Atmosphärendruckes als Vordruck.

Es ist auch möglich, den Kolben 6 über eine Vakuumdose zu be­ tätigen, welche funktional genau einem Stufenkolben ent­ spricht.

Claims (8)

1. Hydraulische Bremsanlage, die zur Bremsschlupfregelung und Aktivbremsung ausgestattet ist,
mit einem von einem Bremspedal betätigbaren Hauptzylin­ der, der an einen Vorratsbehälter (1) angeschlossen ist und über mindestens einen Bremskreis mit mindestens einer Radbremse verbunden ist,
und mit einem pneumatisch betätigten Vordruckerzeuger (5) im Vorratsbehälter (1), der durch den Hauptzylinder hin­ durch bei unbetätigtem Bremspedal einen Vordruck im Bremskreis für eine Aktivbremsung erzeugt, wobei der Vor­ druckerzeuger (5) einen federbelasteten Kolben (6) zur Druckmittelverdrängung aus einer druckmittelgefüllten Ladekammer (8) in den Hauptzylinder hinein aufweist, wo­ bei eine Vakuumquelle (VAC) gegen die Feder (16) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16) den Kolben (6) in Verdrängungsrichtung beaufschlagt.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladekammer (8) über ein Rückschlagventil (10) mit ei­ ner Vorratskammer (2) des Vorratsbehälters (1) verbunden ist, wobei das Rückschlagventil (10) zur Ladekammer (8) hin öffnet und unterhalb des minimal zulässigen Füllstan­ des (3) des Vorratsbehälters (1) angeordnet ist.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der federbelasteten Seite des Kolbens (6) Vakuum anlegbar ist.

4. Bremsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Rückschlagventil (10) eine Drossel (11/14) parallelgeschaltet ist.

5. Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (11) des Rückschlagventils (10) als Röhr­ chen mit einem verdickten Ende ausgebildet ist, wobei das Röhrchen einen Ventilsitz (13) zwischen Ladekammer (8) und Vorratskammer (2) durchragt, das verdickte Ende in der Ladekammer (8) angeordnet ist und von einer Ventilfe­ der (12) beaufschlagt ist und wobei das andere Ende des Röhrchens in einen in der Vorratskammer (2) angebrachten Führungstopf (14) ragt, der mit diesem Ende die Drossel bildet.

6. Bremsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Anschluß (18) für die Vaku­ umquelle durch eine Überlaufsperre (17) vor Druckmittel geschützt ist.

7. Bremsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ladekammer (8) und ggf. der Führungstopf (14) und die Überlaufsperre (17) am Vor­ ratsbehälter (1) angeformt sind.

8. Bremsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Druckübersetzung zwischen Vakuumquelle VAC und Ladekammer (8) angelegt ist.