DE19620228A1 - Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage - Google Patents
Hauptzylinder für eine hydraulische FahrzeugbremsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Solche Hauptzylinder werden millionenfach in
Kraftfahrzeuge eingebaut und sind daher allgemein bekannt. Sie
sind üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker gekoppelt,
der die von einem Fahrer eingeleitete Betätigungskraft erhöht
und so dafür sorgt, daß der Fahrer hohe Bremskräfte mit einer
relativ niedrigen Betätigungskraft aufbringen kann. Die auf den
Hauptzylinder bei einer Betätigung einwirkende Kraft setzt sich
demnach aus einem Fußkraftanteil, der vom Fahrer aufgebracht
wird, und einem Anteil zusammen, der durch den Bremskraftver
stärker aufgebracht wird. Häufig ist der Bremskraftverstärker
ein Unterdruckbremskraftverstärker.
Herkömmlicherweise sind Bremskraftverstärker so dimensioniert,
daß die von einem durchschnittlichen Fahrer maximal aufbringba
re und durch den Bremskraftverstärker erhöhte Betätigungskraft
dazu ausreicht, alle Räder eines Fahrzeuges auch bei hohen
Reibwerten zwischen Rad und Fahrbahn zum Blockieren zu bringen.
Die Bremskraftverteilung eines Fahrzeuges ist dabei üblicher
weise so ausgelegt, daß den vorderen Rädern des Fahrzeuges
deutlich mehr Bremskraft zugeleitet wird als den hinteren Rä
dern, um ein frühzeitiges Blockieren der Hinterräder zu vermei
den, das durch die Entlastung der Hinterräder aufgrund der beim
Bremsen auftretenden dynamischen Achslastverlagerung begünstigt
wird. Seit einiger Zeit sind viele Fahrzeuge auch mit Brems
schlupfregelanlagen ausgestattet, die ein Blockieren der Fahr
zeugräder während einer starken Bremsung verhindern und so das
Fahrzeug lenkfähig halten. Neuerdings werden solche Brems
schlupfregelsysteme nicht nur beim Bremsen, sondern auch wäh
rend des übrigen Fahrbetriebs eingesetzt, um durch gezieltes
Abbremsen einzelner Fahrzeugräder kritische Fahrzustände zu
verhindern oder wenigstens zu entschärfen oder um ein Durchdre
hen von Antriebsrädern auf rutschigem Untergrund zu vermeiden.
Erweiterte Systeme dieser Art sind unter den Begriffen Fahrdy
namikregelungssystem (FDR-System) und Antriebsschlupfregelungs
system (ASR-System) bekannt geworden. Die zuletzt genannten Sy
steme können einzelne Fahrzeugräder selbst dann abbremsen, wenn
der Fahrer des Fahrzeugs die Bremse nicht betätigt. Dies setzt
naturgemäß voraus, daß der mit dem Hauptzylinder zusammenwir
kende Bremskraftverstärker fahrerunabhängig betätigbar ist, um
gegebenenfalls, d. h. beispielsweise beim Feststellen eines kri
tisch werdenden Fahrzustandes oder eines durchdrehenden An
triebsrades, eine Betätigungskraft auf den Hauptzylinder aus
üben zu können. In diesem Zusammenhang tritt das Problem auf,
daß die vom Bremskraftverstärker allein aufbringbare Betäti
gungskraft unter Umständen nicht mehr dazu ausreicht, eine zum
Abbremsen einzelner Fahrzeugräder bis zur Blockiergrenze not
wendige Bremskraft zu erzeugen. Zwar läßt sich dieses Problem
bis zu einem gewissen Grad durch die Verwendung entsprechend
größer dimensionierter Bremskraftverstärker lösen, jedoch gerät
man damit speziell bei kompakteren Kraftfahrzeugen aufgrund des
dort limitierten Einbauraums schnell an Grenzen. Es kommt er
schwerend hinzu, daß der Einsatz eines FDR-Systems nicht beim
Bremsen, sondern im normalen Fahrbetrieb erfolgt, wo z. B. die
die Hinterräder entlastende, dynamische Achslastverlagerung
nicht auftritt. Im Rahmen einer Regelung durch das FDR-System
ist deshalb zum Abbremsen eines Hinterrades bis zur Blockier
grenze eine erheblich höhere Bremskraft erforderlich als selbst
bei einer starken Betriebsbremsung. Auch die dynamische Radlast
des kurvenäußeren Vorderrades kann aufgrund der sich infolge
der Fliehkraft zum Kurvenaußenrand neigenden Fahrzeugkarosserie
so zunehmen, daß die zu seinem Blockieren notwendige Bremskraft
über derjenigen liegt, die zu einem Blockieren bei einer Gera
deausbremsung erforderlich wäre. Ähnliches gilt für das Abbrem
sen durchrutschender, angetriebener Hinterräder im Rahmen einer
Regelung durch ein ASR-System. Insbesondere bei mit FDR-
Systemen ausgerüsteten Fahrzeugen, aber auch bei solchen mit
einem ASR-System, können daher im normalen Fahrbetrieb Zustände
auftreten, bei denen die vom Bremskraftverstärker allein be
reitgestellte und auf den Hauptzylinder einwirkende Betäti
gungskraft nicht mehr zur Erzeugung des Bremsdruckes ausreicht,
der vom FDR-System bzw. vom ASR-System zur Vermeidung oder Ent
schärfung eines kritischen Fahrzustandes angefordert wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage bereit
zustellen, dem im Zusammenwirken mit einem gegebenen Brems
kraftverstärker wahlweise die Erzeugung höherer Bremsdrücke er
möglicht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Hauptzylinder ge
löst, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Er
findungsgemäß wird die Tatsache ausgenutzt, daß normalerweise
der in der Bohrung des Hauptzylinders angeordnete Kolben eine
hydraulisch wirksame Fläche aufweist, die größer als die hy
draulisch wirksame Fläche des diesen Kolben verschiebenden Be
tätigungsgliedes ist. Durch wahlweises Verbinden der Druckkam
mer mit der auf der anderen Seite des Kolbens angeordneten,
d. h. sich auf der Seite des Betätigungsgliedes befindenden
Nachlaufkammer kann die Druckübersetzung des Hauptzylinders im
Verhältnis der hydraulisch wirksamen Fläche des Kolbens zur hy
draulisch wirksamen Fläche des Betätigungsgliedes erhöht wer
den, da im Fall einer flüssigkeitsleitenden Verbindung zwischen
Druckkammer und Nachlaufkammer in diesen beiden Kammern immer
derselbe Fluiddruck herrscht und deshalb in der Druckkammer nur
noch die hydraulisch wirksame Fläche des Betätigungsgliedes
maßgebend für die Druckübersetzung des Hauptzylinders ist. Die
Erhöhung der Druckübersetzung läßt sich demnach durch Variation
der hydraulisch wirksamen Fläche des Kolbens bzw. der hydrau
lisch wirksamen Fläche des Betätigungsgliedes in weiten Grenzen
einstellen. Hat beispielsweise das Betätigungsglied einen
Durchmesser, der nur halb so groß wie der Durchmesser des Kol
bens ist, so steigt die Druckübersetzung des Hauptzylinders
beim Verbinden der Druckkammer mit der Nachlaufkammer um den
Faktor 4. Zwar geht die erfindungsgemäße Erhöhung der Druck
übersetzung des Hauptzylinders zu Lasten der verschiebbaren
Flüssigkeitsmenge, dies wirkt sich jedoch nicht nachteilig aus,
da im Rahmen einer Fahrdynamikregelung meist nur ein einziges
Fahrzeugrad, höchstens jedoch zwei Fahrzeugräder abgebremst
werden müssen und die übrigen Fahrzeugräder währenddessen vom
Hauptzylinder hydraulisch getrennt sind, beispielsweise mittels
der Elektromagnetventile der Bremsdruckregelanlage.
Erfindungsgemäß kann also ohne vergrößerten Bremskraftverstär
ker mittels der die Druckkammer und die Nachlaufkammer wahlwei
se flüssigkeitsleitend verbindenden Einrichtung dann ein höhe
rer Bremsdruck an einzelnen Fahrzeugrädern bereitgestellt wer
den, wenn das FDR-System einen solchen Bremsdruck anfordert. Im
Normalbetrieb wird die Verbindung zwischen Druckkammer und
Nachlaufkammer jedoch meistens gesperrt sein, da die erwähnten,
vom Bremskraftverstärker allein aufzubringenden, hohen
Bremsdrücke im Rahmen normaler Betriebsbremsungen nicht benö
tigt werden. Der erfindungsgemäße Hauptzylinder funktioniert
also den meisten Teil der Zeit wie ein herkömmlicher Hauptzy
linder ohne wahlweise Druckübersetzungserhöhung. Wenn die flüs
sigkeitsleitende Verbindung zwischen der Druckkammer und der
Nachlaufkammer unterbrochen ist, steht die Nachlaufkammer wie
auch bei einem herkömmlichen Hauptzylinder in Flüssigkeitsver
bindung mit einem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid. Sind da
gegen die Druckkammer und die Nachlaufkammer flüssigkeitslei
tend miteinander verbunden, dann ist die Nachlaufkammer erfin
dungsgemäß von dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid abge
sperrt.
Bevorzugt umfaßt die Einrichtung zum flüssigkeitsleitenden Ver
binden von Druckkammer und Nachlaufkammer ein elektrisch an
steuerbares Ventil, das die Verbindung zwischen der Druckkammer
und der Nachlaufkammer wahlweise sperrt oder freigibt. Vorteil
haft ist dieses Ventil als ein Umschaltventil ausgebildet, das
die Nachlaufkammer in seiner einen Stellung mit dem Vorratsbe
hälter für Hydraulikfluid und in seiner anderen Stellung mit
der Druckkammer verbindet. In dieser anderen Stellung sperrt
das Umschaltventil dann gleichzeitig die Nachlaufkammer gegen
über dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid ab.
Um eine Verlängerung des Bremspedalweges vermeiden, zu der es
bei der soeben beschriebenen Ausführungsform beispielsweise
kommt, wenn auf einen durch das FDR-System fahrerunabhängig
ausgelösten Bremsvorgang, der eine hohe Bremskraft benötigt,
sofort eine normale Fußbremsung durch den Fahrer folgt, ist ge
mäß einer weitergebildeten Ausführungsform eines erfindungsge
mäßen Hauptzylinders der Nachlaufkammer eine Füllstufe vorge
schaltet, die aus einer Füllkammer und einem darin aufgenomme
nen Füllkolben besteht. Die Füllkammer ist einerseits durch ein
in Betätigungsrichtung des Hauptzylinders öffnendes Rückschlag
ventil mit der Nachlaufkammer und andererseits mit einem der
Einlaßseite einer Hydraulikpumpe zugeordneten Fluidspeicher
flüssigkeitsleitend verbunden. Die Druckseite der Hydraulikpum
pe steht in Flüssigkeitsverbindung mit der Druckkammer. Sind
Druckkammer und Nachlaufkammer flüssigkeitsleitend miteinander
verbunden, kann aufgrund des sich in der Nachlaufkammer aufbau
enden Drucks Hydraulikfluid nicht mehr aus der Füllkammer in
die Nachlaufkammer überführt werden. Statt dessen wird das Hy
draulikfluid aus der Füllkammer in den Fluidspeicher auf der
Ansaugseite der Hydraulikpumpe geleitet. Wenn der Füllkolben
eine hydraulisch wirksame Fläche hat, die der Differenz aus der
hydraulisch wirksamen Fläche des Kolbens und der hydraulisch
wirksamen Fläche des Betätigungsgliedes entspricht, ist gewähr
leistet, daß das aus der Füllkammer in den Fluidspeicher über
führte Flüssigkeitsvolumen genau demjenigen Flüssigkeitsvolumen
entspricht, das aus der Druckkammer in die Nachlaufkammer ver
drängt wird. Mit einer solchen Anordnung läßt sich eine Betäti
gungswegverlängerung des Hauptzylinders trotz eingeschalteter
Druckübersetzungserhöhung vermeiden, wenn das aus der Füllkam
mer in den Fluidspeicher gelangte Flüssigkeitsvolumen mittels
der Hydraulikpumpe nahezu verzögerungsfrei der Druckkammer zu
geführt wird. Die Hydraulikpumpe muß dazu so ausgelegt sein,
daß sie schnell anläuft und jederzeit gegen den in der Druck
kammer herrschenden Druck fördern kann. Der als Zwischenspei
cher fungierende Fluidspeicher und die Hydraulikpumpe müssen
nicht separat vorgesehen werden, denn übliche Bremsdruckre
gelanlagen weisen diese Komponenten bereits auf.
Vorteilhaft ist bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Hauptzylinders die Hydraulikpumpe so
gestaltet, daß nur das während einer Betätigung des Hauptzylin
ders aus der Füllkammer in den Fluidspeicher verdrängte Flüs
sigkeitsvolumen in die Druckkammer gefördert werden kann. Be
sonders einfach läßt sich dies dadurch erreichen, daß die Hy
draulikpumpe vom nicht selbst ansaugenden Typ ist. Unter der
Voraussetzung, daß der Fluidspeicher auf der Ansaugseite der
Hydraulikpumpe zu Beginn einer Betätigung des Hauptzylinders
leer ist, kann die Hydraulikpumpe dann nämlich nur das während
der Betätigung in den Fluidspeicher gelangende Flüssigkeitsvo
lumen in die Druckkammer fördern.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Füllkolben durch
das stangenförmige Betätigungsglied mit dem Kolben zumindest in
Betätigungsrichtung starr gekoppelt, so daß eine absolut syn
chrone Verschiebung des Kolbens und des Füllkolbens gewährlei
stet ist.
Entsprechend der heutzutage bei hydraulischen Bremsanlagen für
Kraftfahrzeuge üblichen zwei Bremskreise weisen bevorzugte Aus
führungsformen des erfindungsgemäßen Hauptzylinders einen als
Schwimmkolben ausgebildeten zweiten Kolben auf, der abdichtend
und verschiebbar in der Hauptzylinderbohrung geführt ist und in
letzterer eine zweite Druckkammer begrenzt, in der der Brems
druck für den zweiten Bremskreis aufgebaut wird.
Alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hauptzylinders
sind in erster Linie für einen Einsatz mit einem fahrerunabhän
gig betätigbaren Bremskraftverstärker vorgesehen, der insbeson
dere ein Unterdruckbremskraftverstärker ist. Bei einem Unter
druckbremskraftverstärker läßt sich eine fahrerunabhängige Be
tätigung beispielsweise dadurch einfach realisieren, daß das
Steuerventil, welches die Zufuhr von Atmosphärendruck in die
Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers steuert, elektromagne
tisch betätigbar ausgeführt ist.
Die Einrichtung zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druck
kammer und Nachlaufkammer umfaßt bevorzugt ein Steuergerät,
welches bei einer fahrerunabhängigen Betätigung des Bremskraft
verstärkers ein Signal zur Herstellung der flüssigkeitsleiten
den Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer
abgibt. Die Schaltung kann dabei so sein, daß das Signal zur
Herstellung der flüssigkeitsleitenden Verbindung erst während
einer fahrerunabhängigen Betätigung des Bremskraftverstärkers
dann erfolgt, wenn ein Bremsdruck angefordert wird, der ohne
eine eingeschaltete Druckübersetzungserhöhung nicht bereitge
stellt werden kann. Die Schaltung kann aber auch so ausgeführt
sein, daß das Signal zur Herstellung der flüssigkeitsleitenden
Verbindung von vornherein immer dann abgegeben wird, wenn eine
fahrerunabhängige Betätigung des Bremskraftverstärkers erfolgt.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hauptzylin
ders werden im folgenden anhand der beigefügten, schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein teilweise im Schnitt wiedergegebenes, erstes Aus
führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hauptzylin
ders, der an eine herkömmliche hydraulische Bremsan
lage mit Bremsschlupfregelsystem angeschlossen ist,
Fig. 2 den Hauptzylinder aus Fig. 1, jetzt jedoch mit einge
schalteter Druckübersetzungserhöhung,
Fig. 3 ein teilweise im Schnitt wiedergegebenes, zweites
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hauptzy
linders, der an eine hydraulische Fahrzeugbremsanla
ge mit Bremsschlupfregelsystem angeschlossen ist, und
Fig. 4 den Hauptzylinder aus Fig. 3, jetzt jedoch mit einge
schalteter Druckübersetzungserhöhung.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch ein erstes Ausführungsbei
spiel eines Hauptzylinders 10 einer hydraulischen Fahrzeugbrem
sanlage 12, die vier hier als Scheibenbremsen ausgestaltete
Bremsen 14 umfaßt, von denen jede einem hier nicht dargestell
ten Fahrzeugrad zugeordnet ist, und die mit einem Bremsschlupf
regelsystem ausgestattet ist. Jeder Bremse 14 sind zwei Elek
tromagnetventile 16 zugeordnet, so daß das Bremsschlupfregelsy
stem den Bremsdruck an jedem einzelnen Fahrzeugrad unabhängig
von den übrigen Fahrzeugrädern aufbauen, halten oder abbauen
kann. Der Aufbau und die Arbeitsweise solcher Bremsschlupfre
gelsysteme, die häufig auch als Antiblockiersysteme bezeichnet
werden, ist Fachleuten auf diesem Gebiet allgemein bekannt und
braucht daher nicht weiter erläutert zu werden.
Der Hauptzylinder 10 hat ein meist langgestrecktes Gehäuse 18
mit einer darin ausgebildeten Bohrung 20, in der ein im folgen
den als Primärkolben bezeichneter Kolben 22 und ein im folgen
den als Sekundärkolben bezeichneter und als Schwimmkolben aus
gebildeter Kolben 24 abdichtend und verschiebbar geführt sind.
Der Primärkolben 22 ist mechanisch mit einem stangenförmigen
Betätigungsglied 26 verbunden, das abdichtend und verschiebbar
durch die Wandung des Gehäuses 18 geführt ist und stirnseitig
aus dem Gehäuse 18 herausragt. Mit dem Betätigungsglied 26 läßt
sich eine Eingangskraft F auf den Primärkolben 22 übertragen.
Diese Eingangskraft F wird zum Teil von einem hier nicht darge
stellten Bremskraftverstärker erzeugt, der mit dem Betätigungs
glied 26 mechanisch gekoppelt ist und so die durch ihn bereit
gestellte Betätigungskraft auf den Hauptzylinder 10 übertragen
kann. Der Bremskraftverstärker ist seinerseits auf übliche Weise
mit einem ebenfalls nicht dargestellten Bremspedal der Fahr
zeugbremsanlage 12 gekoppelt.
Der Primärkolben 22 begrenzt in der Bohrung 20 zum einen zusam
men mit dem Sekundärkolben 24 eine erste Druckkammer 28, die
einem ersten Bremskreis der als Zweikreissystem ausgeführten
Fahrzeugbremsanlage 12 zugeordnet ist, und zum anderen eine
Nachlaufkammer 30, die sich bezüglich des Primärkolbens 22 auf
der Seite des Betätigungsgliedes 26 befindet. Der Sekundärkol
ben 24 begrenzt darüber hinaus in der Bohrung 20 eine zweite
Druckkammer 32, die dem zweiten Bremskreis der Fahrzeugbremsan
lage 12 zugeordnet ist. In betriebsbereitem Zustand sind die
beiden Druckkammern 28 und 32 sowie die Nachlaufkammer 30 mit
Hydraulikfluid gefüllt.
Zur Bremsdruckerzeugung wird die Eingangskraft F von dem Betä
tigungsglied 26 auf den Primärkolben 22 übertragen, der sich
daraufhin bezogen auf Fig. 1 nach links verschiebt. Sobald der
Primärkolben 22 eine Nachlaufbohrung 34 überfährt, die die er
ste Druckkammer 28 in der hier nicht gezeigten Ausgangsstellung
des Primärkolbens 22 zu Druckausgleichszwecken über eine Lei
tung 36 mit einem Vorratsbehälter 38 für Hydraulikfluid verbin
det, baut sich in der Druckkammer 28 ein der Eingangskraft F
proportionaler Bremsdruck auf, der durch einen Druckkammeraus
laß 40 dem ersten Bremskreis zugeführt wird. Aufgrund des sich
in der ersten Druckkammer 28 aufbauenden Drucks verschiebt sich
der Sekundärkolben 24 ebenfalls nach links, so daß nach Über
fahren einer der zweiten Druckkammer 32 zugeordneten Nachlauf
bohrung 42, die analog der Nachlaufbohrung 34 über eine Leitung
44 mit dem Vorratsbehälter 38 für Hydraulikfluid verbunden ist,
auch in der zweiten Druckkammer 32 ein zur Eingangskraft F pro
portionaler Bremsdruck aufgebaut wird, der durch einen Druck
kammerauslaß 46 dem zweiten Bremskreis zugeführt wird. Mit 48
sind zwei nur schematisch dargestellte Rückstellfedern bezeich
net, die die beiden Kolben 22 und 24 nach Fortfall der Betäti
gungs- bzw. Eingangskraft F in ihre Ausgangsstellungen zurück
drücken. Sobald die beiden Kolben 22 und 24 auf dem Weg in ihre
Ausgangsstellungen die Nachlaufbohrungen 34 und 42 in umgekehr
ter Richtung überfahren haben, findet in den Druckkammern 28
und 32 über die Leitungen 36 und 44 ein Druckausgleich mit der
Atmosphäre statt.
Die vom Hauptzylinder 10 erzielte Druckübersetzung bezüglich
der Eingangskraft F hängt für den ersten Bremskreis von der hy
draulisch wirksamen Fläche A des Primärkolbens 22 ab. Um bei
einer vorgegebenen Eingangskraft F trotz eines geometrisch vor
gegebenen Primärkolbens 22 wahlweise eine Druckübersetzungser
höhung zu erzielen, weist der Hauptzylinder 10 eine Einrichtung
50 auf, mit der die erste Druckkammer 28 und die Nachlaufkammer
30 flüssigkeitsleitend miteinander verbunden werden können. Die
Einrichtung 50 umfaßt dazu ein in der Leitung 36 angeordnetes
und elektrisch ansteuerbares Ventil 52 sowie in der ersten
Druckkammer 28 eine Überströmöffnung 54, an die sich eine zum
Ventil 52 führende Leitung 56 anschließt.
In einer ersten Stellung (s. Fig. 1) sperrt das Ventil 52 die
Leitung 56 ab und gibt die Leitung 36 frei, so daß eine Flüs
sigkeitsverbindung zwischen der Nachlaufbohrung 34 und dem Vor
ratsbehälter 38 hergestellt ist. Dies ist die Normalstellung
des Ventils 52, in der die Druckübersetzung des Hauptzylinders
10 von der hydraulisch wirksamen Fläche A des Primärkolbens 22
bestimmt wird.
In einer zweiten Stellung (s. Fig. 2) sperrt das Ventil 52 die
Leitung 36 gegenüber dem Vorratsbehälter 38 ab und verbindet
sie statt dessen mit der Leitung 56. Auf diese Weise ist, nach
dem der Primärkolben 22 die Nachlaufbohrung 34 überfahren hat,
eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der ersten Druck
kammer 28 und der gegenüber der Atmosphäre abgesperrten Nach
laufkammer 30 hergestellt, so daß die beiden Kammern 28 und 30
hinsichtlich des in ihnen herrschenden Drucks ein kommunizie
rendes System bilden. Die Druckübersetzung des Hauptzylinders
10 bezüglich der ersten Druckkammer 28 wird nun von der gegen
über der Fläche A kleineren hydraulisch wirksamen Fläche B des
Betätigungsgliedes 26 bestimmt, denn ein der Differenz zwischen
den Flächen A und B entsprechendes Flüssigkeitsvolumen wird
während einer Betätigung des Hauptzylinders 10 aus der ersten
Druckkammer 28 in die Nachlaufkammer 30 verschoben, ohne
bremsdruckerhöhend zu wirken. Bezüglich dieses Flüssigkeitsvo
lumenanteils herrscht deshalb am Primärkolben 22 ein Kräf
tegleichgewicht. Somit kann dann, wenn sich das Ventil 52 in
der zweiten Stellung befindet, in der ersten Druckkammer 28 bei
gleicher Eingangskraft F ein um den Faktor A/B höherer
Bremsdruck erzielt werden, allerdings auf Kosten eines entspre
chend größeren Verschiebeweges des Kolbens 22. Das bedeutet,
daß die Ausgangskraft eines gegebenen, fahrerunabhängig betä
tigbaren Bremskraftverstärkers wahlweise in einen erhöhten
Bremsdruck umsetzbar ist, ohne daß hierzu am Hauptzylinder 10
tiefgreifende konstruktive Änderungen notwendig wären. Der ver
längerte Verschiebeweg des Kolbens 22 ist dabei im Zusammenhang
mit FDR-Systemen nicht von Nachteil, da im Regelfall nur einer
einzigen Bremse 14 Bremsdruck zugeführt werden muß, während die
übrigen Bremsen 14 hydraulisch abgesperrt sind, so daß das zur
Druckerhöhung zu verschiebende Flüssigkeitsvolumen sehr viel
geringer ist als bei einer normalen Bremsung, bei der alle vier
Bremsen 14 mit Bremsdruck versorgt werden müssen.
In Fig. 3 und Fig. 4 ist ein abgewandeltes, zweites Ausfüh
rungsbeispiel des Hauptzylinders 10 dargestellt, bei dem trotz
einer wahlweise möglichen Druckübersetzungserhöhung kein ver
größerter Verschiebeweg des Kolbens 22 und damit kein verlän
gerter Bremspedalweg auftritt. Im folgenden wird das zweite
Ausführungsbeispiel nur hinsichtlich seiner zum ersten Ausfüh
rungsbeispiel vorhandenen Unterschiede näher beschrieben. Der
Hauptunterschied besteht in einer der Nachlaufkammer 30 vorge
schalteten Füllstufe 58, die aus einer im Gehäuse 18 des Haupt
zylinders 10 ausgebildeten Füllkammer 60, die von dem stangen
förmigen Betätigungsglied 26 durchsetzt wird, und einem darin
aufgenommenen Füllkolben 62 besteht. Die Füllkammer 60, die in
betriebsbereitem Zustand des Hauptzylinders 10 ebenfalls mit
Hydraulikfluid gefüllt ist, steht über eine Verbindungsleitung
64 und ein darin angeordnetes, in Betätigungsrichtung des
Hauptzylinders öffnendes Rückschlagventil 66 in Flüssigkeits
verbindung mit der Nachlaufkammer 30. Eine Leitung 68, in der
ein in Betätigungsrichtung des Hauptzylinders sperrendes Rück
schlagventil 70 angeordnet ist, sowie eine weitere Leitung 72
verbinden die Füllkammer 60 mit dem Vorratsbehälter 38 für Hy
draulikfluid. Des weiteren steht die Füllkammer 60 über einen
Füllkammerauslaß 74 und eine sich daran anschließende Leitung
76 mit einem der Ansaugseite einer Hydraulikpumpe 78 zugeordne
ten Fluidspeicher 80 in Flüssigkeitsverbindung. Die Druckseite
der Hydraulikpumpe 78 ist mit einer Leitung 82 an den Druckkam
merauslaß 40 der ersten Druckkammer 28 angeschlossen.
Der Füllkolben 62 ist auf dem Betätigungsglied 26 befestigt
bzw. einstückig damit ausgebildet und über dieses mit dem Pri
märkolben 22 zur gemeinsamen Verschiebung gekoppelt. Wie darge
stellt, weist der Füllkolben 62 eine hydraulisch wirksame Flä
che C auf, die der Differenz aus der hydraulisch wirksamen Flä
che A des Primärkolbens 22 und der hydraulisch wirksamen Fläche
B des Betätigungsgliedes 26 entspricht.
Es wird nun die Funktion der Füllstufe 58 des zweiten Ausfüh
rungsbeispiels beschrieben, wobei zunächst davon ausgegangen
wird, daß sich das Ventil 52 gemäß Fig. 3 in einer Stellung be
findet, in der die Leitung 36 durchgängig ist, so daß die Nach
laufkammer 30 mit dem Vorratsbehälter 38 verbunden ist. Sobald
eine Eingangskraft F auf das Betätigungsglied 26 wirkt, wird
der damit gekoppelte Füllkolben 62 in der Füllkammer 60 nach
links verschoben, wodurch aus der Füllkammer 60 ein entspre
chendes Flüssigkeitsvolumen durch die Verbindungsleitung 64 in
die Nachlaufkammer 30 überführt wird. Im Anschluß an einen Weg
fall der Eingangskraft F werden der Primärkolben 22 und der da
mit gekoppelte Füllkolben 62, bezogen auf Fig. 3, gemeinsam
nach rechts verschoben. Das in der Verbindungsleitung 64 ange
ordnete Rückschlagventil schließt, während das in der Leitung
68 angeordnete Rückschlagventil 70 aufgrund des in der Füllkam
mer 60 entstehenden Unterdrucks öffnet, so daß Hydraulikfluid
aus dem Vorratsbehälter 38 in die Füllkammer 60 nachfließen
kann. Das zusätzliche Flüssigkeitsvolumen der Füllstufe 58 wird
somit in der ersten Stellung des Ventils 52 lediglich räumlich
verschoben und bleibt wirkungslos.
Befindet sich jedoch das Ventil 52, wie in Fig. 4 dargestellt,
in seiner zweiten Stellung, wird wie beim ersten Ausführungs
beispiel ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen aus der ersten
Druckkammer 28 in die Nachlaufkammer 30 verschoben, und es
stellt sich in letzterer ein Druck ein, der dem Druck in der
ersten Druckkammer 28 entspricht. Deshalb wird das aufgrund der
gemeinsam mit dem Primärkolben 22 erfolgenden Bewegung des
Füllkolbens 62 aus der Füllkammer 60 zu verdrängende Flüssig
keitsvolumen nicht mehr durch die Verbindungsleitung 64 in die
Nachlaufkammer 30, sondern durch den Füllkammerauslaß 74 und
die sich daran anschließende Leitung 76 in den Fluidspeicher 80
überführt, der zu Beginn des Betätigungsvorgangs des Hauptzy
linders 10 leer war.
Die Hydraulikpumpe 78 fördert nun das im Fluidspeicher 80 ent
haltene Flüssigkeitsvolumen über die Leitung 82 und den Druck
kammerauslaß 40 nahezu verzögerungsfrei in die erste Druckkam
mer 28. Damit steht in der ersten Druckkammer 28 unabhängig von
der Stellung des Ventils 52 immer das gleiche Flüssigkeitsvolu
men zur Verfügung. Trotz der in der zweiten Stellung des Ven
tils 52 eingeschalteten Druckübersetzungserhöhung verlängert
sich deshalb der Verschiebeweg des Primärkolbens 22 nicht. Der
in der ersten Druckkammer 28 erzeugte Bremsdruck wird bei dem
zweiten Ausführungsbeispiel also zu einem Teil durch die Lei
stung der Hydraulikpumpe 78 und zum anderen Teil durch die Ein
gangskraft F erbracht, welche über die hydraulisch wirksame
Fläche B des Betätigungsgliedes 26 in Fluiddruck umgesetzt
wird.
Die Hydraulikpumpe 78 ist so ausgelegt, daß ihre Förderleistung
nicht durch den sich in der ersten Druckkammer 28 im Rahmen ei
ner Betätigung des Hauptzylinders 10 aufbauenden Bremsdruck be
schränkt wird. Sie kann also immer das im Fluidspeicher 80 be
findliche Flüssigkeitsvolumen in die Druckkammer 28 fördern.
Die Hydraulikpumpe 78 ist darüber hinaus vom nicht selbst an
saugenden Typ, so daß sie nur das während einer Betätigung des
Hauptzylinders aus der Füllkammer 60 in den Fluidspeicher 80
verdrängte Flüssigkeitsvolumen in die Druckkammer 28 fördern
kann.
Claims (9)
1. Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanla
ge (12), mit einem Gehäuse (18) und einer darin ausgebildeten
Bohrung (20), in der ein Kolben (22) abdichtend und verschieb
bar geführt ist, der mechanisch mit einem stangenförmigen Betä
tigungsglied (26) verbunden ist, mit dem eine Eingangskraft zur
Druckübersetzung auf den Kolben (22) übertragbar ist, und der
in der Bohrung (20) eine Druckkammer (28) und eine betätigungs
gliedseitig angeordnete Nachlaufkammer (30) begrenzt, wobei der
Kolben (22) eine hydraulisch wirksame Fläche A und das Betäti
gungsglied (26) eine hydraulisch wirksame Fläche B < A auf
weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (28) und die
Nachlaufkammer (30) durch eine Einrichtung (50) wahlweise flüs
sigkeitsleitend verbindbar sind, so daß in diesem Zustand die
Druckübersetzung des Hauptzylinders (10) um den Faktor A/B er
höht ist.
2. Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (50) zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von
Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) ein vorzugsweise elek
trisch ansteuerbares Ventil (52) umfaßt, das die Verbindung
zwischen der Druckkammer (28) und der Nachlaufkammer (30) wahl
weise sperrt oder freigibt.
3. Hauptzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Nachlaufkammer (30) eine Füllstufe (58) vorge
schaltet ist, die aus einer Füllkammer (60) und einem Füllkol
ben (62) besteht, wobei der Füllkolben (62) eine hydraulisch
wirksame Fläche C = A - B aufweist und die Füllkammer (60) ei
nerseits durch ein in Betätigungsrichtung des Hauptzylinders
(10) öffnendes Rückschlagventil (66) mit der Nachlaufkammer
(30) und andererseits mit einem der Einlaßseite einer Hydrau
likpumpe (78) zugeordneten Fluidspeicher (80) flüssigkeitslei
tend verbunden ist, deren Druckseite in Flüssigkeitsverbindung
mit der Druckkammer (28) steht.
4. Hauptzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydraulikpumpe (78) nur das während einer Betätigung des
Hauptzylinders (10) aus der Füllkammer (60) in den Fluidspei
cher (80) verdrängte Flüssigkeitsvolumen in die Druckkammer
(28) fördern kann.
5. Hauptzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydraulikpumpe (78) vom nicht selbstansaugenden Typ ist.
6. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Füllkolben (62) durch das Betätigungs
glied (26) mit dem Kolben (22) gekoppelt ist.
7. Hauptzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß ein als Schwimmkolben ausgebildeter
zweiter Kolben (24) abdichtend und verschiebbar in der Bohrung
(20) geführt ist, der in letzterer eine zweite Druckkammer (32)
begrenzt.
8. Hauptzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß ein fahrerunabhängig betätigbarer
Bremskraftverstärker, insbesondere ein Unterdruckbremskraftver
stärker, mit dem Betätigungsglied (26) gekoppelt ist.
9. Hauptzylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (50) zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von
Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) ein Steuergerät um
faßt, welches bei einer fahrerunabhängigen Betätigung des
Bremskraftverstärkers ein Signal zur Herstellung der flüssig
keitsleitenden Verbindung zwischen Druckkammer (28) und Nach
laufkammer (30) abgibt.
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