DE19753787A1 - Bremskraftverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstärkung der über ein Bremspedal oder dergleichen eingeleiteten Kraft zur Betätigung eines Arbeitskolbens im Hauptzylinder einer hydraulischen Bremsanlage, mit

• - einem in einem Gehäuse axial verschieblich, abdichtend gelagerten Verstärkungskolben,
• - einem mit dem Bremspedal gekoppelten Eingangsstößel,
• - einem direkt auf den Arbeitskolben wirkenden Ausgangsstößel und
• - einer in dem Ventilkolben integrierten, vom Eingangsstößel zu betätigenden Steuereinrichtung.

Zur Verstärkung der über ein Fußpedal oder andere Einrichtungen aufgebrachten Kraft, mit der ein Arbeitskolben im Hauptzylinder einer hydraulischen Bremsanlage in Arbeitsrichtung bewegt wird, sind verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen entweder von einem pneumatischen Druckspeicher oder von einer hydraulischen Hilfsdruckquelle Gebrauch gemacht wird. In allen Fällen muß durch eine entsprechende Steuerung da für gesorgt werden, daß bei der Reduzierung des zur Bremsbetätigung erforderlichen Kraftaufwandes die feinfühlige Abstufung der Bremsung nicht beeinträchtigt wird.

Als pneumatische Druckspeicher werden überwiegend Unter­ druckspeicher verwendet, die einen in einem zylindrischen Gehäuse geführten Kolben mit Druckstange und Rückstellfeder umfassen. Das zylindrische Gehäuse wird zu beiden Seiten des Kolbens über eine Verbindung zur Ansaugleitung des Kraftfahrzeug-Antriebsmotors evakuiert und bei einer Betäti­ gung des Bremspedals über eine Steuereinrichtung einseitig mit Atmosphärendruck beaufschlagt, so daß der Differenzdruck unter Spannung der Rückstellfeder über die Druckstange am Arbeitskolben des Hauptzylinders der Bremsanlage in Arbeits­ richtung einwirken kann. Derartige Vorrichtungen haben zwar den Vorteil, daß zur Aufladung des Druckspeichers keine zu­ sätzlichen Aggregate mit eigener Energieversorgung erforder­ lich sind, daß zur Erzeugung ausreichend großer Kräfte zur Betätigung des Arbeitskolbens im Hauptzylinder aber verhält­ nismäßig große pneumatische Kolben erforderlich sind, weil als Differenzdruck maximal 1 bar zur Verfügung steht.

Bei pneumatischen Druckspeichern können zwar höhere Diffe­ renzdrücke realisiert werden, so daß bei gleicher Baugröße auch entsprechend größere Hilfskräfte zur Verfügung stehen, derartige Druckspeicher erfordern aber ein Ladegerät, für das zusätzlicher Bauraum und Antriebsenergie zur Verfügung gestellt werden muß. Rein hydraulische Bremskraftverstärker ohne Druckspeicher haben sich bisher nicht durchsetzen kön­ nen, weil die für ein plötzliches Bremsen erforderliche Lei­ stung auf elektromechanischem Wege nicht schnell genug be­ reitgestellt werden kann. Es muß daher auf hydraulische Druckspeicher zurückgegriffen werden, die jedoch sehr auf­ wendig und kostenintensiv sind.

Es besteht somit die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit vertretbarem konstruktiven Aufwand eine ausreichend große Bremskraftver­ stärkung erreicht werden kann, ohne daß dafür mehr Bauraum zur Verfügung gestellt werden muß. Außerdem soll die Vor­ richtung möglichst unabhängig von einer Aufladung über das Ansaugrohr eines 4-Takt-Ottomotors sein, so daß sie auch bei 2-Takt-Ottomotoren und Dieselmotoren ohne gesonderte Vakuum­ pumpe anwendbar ist. Schließlich sollen selbstverständlich die obengenannten Nachteile der bekannten Bremskraft ver­ stärker überwunden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine gat­ tungsmäßige Vorrichtung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen in Arbeitsrichtung auf den Verstärkungskol­ ben wirkenden pneumatischen Druckspeicher und einen in Gegen-Arbeitsrichtung auf den Verstärkungskolben wirkenden hydraulischen Druckspeicher.

Dem liegt die Erwägung zugrunde, zur Bereitstellung der beim Bremsen erforderlichen Zusatzkraft einen bewährten pneumati­ schen Druckspeicher zu verwenden und zur Aufladung des pneu­ matischen Druckspeichers sowie zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Gegenkraft bei nicht betätigtem Bremspedal einen hydraulischen Druckspeicher vorzusehen, dessen Druck bei einer Betätigung des Bremspedals vermindert wird und dessen Druck bei einer Entlastung des Bremspedals durch Zu­ fuhr von Hydraulikmittel wieder erhöht wird. Auf diese Weise kann für das Bremsen eine rasch wirkende Zusatzkraft zur Verfügung gestellt werden, die bei einer Rücknahme des Brem­ spedals, also in einer für das Bremsen unkritischen Phase, jeweils neu aufgeladen wird.

Der pneumatische Speicher kann als Unterdruckspeicher oder als Überdruckspeicher ausgeführt werden. Beim Unterdruck­ speicher ist die erzeugbare Druckdifferenz wie gesagt auf maximal 1 bar beschränkt, so daß die Stellkraft nur über eine Vergrößerung der wirksamen Fläche, d. h. über eine Ver­ größerung der Vorrichtung erreicht werden kann. Unterdruck­ speicher haben jedoch den Vorteil, daß die bei einem plötz­ lichen Bremsen auftretende schlagartige Vergrößerung des Speichervolumens nicht zu einer Eisbildung führen kann. Die­ se kann bei Überdruckspeicher auftreten, wenn das Speicher­ gas nicht ausreichend getrocknet ist. Überdruckspeicher kön­ nen bei gleichem Bauvolumen jedoch für höhere Differenzdrücke ausgelegt werden, so daß zur Erzielung einer bestimmten Hilfskraft im Vergleich zu Unterdruckspeicher kleinere Vor­ richtungen ausreichen.

Im Vergleich zu rein hydraulischen Bremskraftverstärkern werden zur Bereitstellung der Hilfskraft beim Bremsen keine hydraulischen Druckspeicher benötigt. Der vorgesehene hy­ draulische Druckspeicher wird nur benutzt, um die dem pneu­ matischen Druckspeicher entgegenwirkende Kompensationskraft aufzubauen bzw. um den pneumatischen Druckspeicher nach ei­ nem Bremsvorgang wieder zu laden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 beschrieben. Weitere Einzelhei­ ten werden anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit pneumatischem Unterdruckspei­ cher,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit pneumatischem Überdruckspei­ cher, und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in stark vereinfachter Darstel­ lung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, in dem ein Ver­ stärkungskolben 2 axial verschieblich angeordnet ist. Das Gehäuse 1 umfaßt einen pneumatischen Unterdruckspeicher 6a und einen hydraulischen Druckspeicher 7. Der Verstärkungs­ kolben ist mit einem Eingangsstößel 4 und einem Ausgangs­ stößel 5 gekoppelt. Die dem pneumatischen Druckspeicher 6a abgewandte Fläche des Verstärkungskolbens 2 ist dem Atmo­ sphärendruck ausgesetzt.

Im Ruhezustand, d. h. bei nicht betätigtem Bremspedal, stehen die auf den Verstärkungskolben einwirkenden Druckkräfte mit­ einander im Gleichgewicht. Der pneumatische Differenzdruck zwischen Atmosphäre und Unterdruckspeicher 6a wird durch den hydraulischen Druck im hydraulischen Druckspeicher 7 kompen­ siert. Wird der Eingangsstößel 4 durch eine äußere Kraft in Arbeitsrichtung nach links verschoben, bewirkt eine noch zu beschreibende Steuereinrichtung, daß der Druck im hydrau­ lischen Druckspeicher 7 abgesenkt wird. Dadurch überwiegt der auf den Verstärkungskolben wirkende Atmosphärendruck und der Verstärkungskolben 2 bewegt sich zusammen mit dem Aus­ gangsstößel 5 in Arbeitsrichtung nach links. Über den Aus­ gangsstößel 5 kann die verstärkte Bremskraft auf den Ar­ beitskolben im Hauptzylinder der Bremsanlage einwirken.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjeni­ gen gemäß Fig. 1 nur dadurch, daß der Verdrängungskolben 2 auf seiner rechten äußeren Seite dem Druck in einem Über­ druckspeicher 6b ausgesetzt ist, während seine linke Seite unter Atmosphärendruck steht. Der hydraulische Druckspeicher dient wiederum dazu, den Verstärkungskolben gegen die Kraft im pneumatischen Druckspeicher 6b in der dargestellten Po­ sition zu halten. Bei einer Betätigung des Eingangsstößels 4 wird der Druck im hydraulischen Druckspeicher 7 abgebaut, so daß die Kraft des pneumatischen Überdruckspeichers 6b über­ wiegt und der Verstärkungskolben zusammen mit dem Ausgangs­ stößel in Arbeitsrichtung nach links bewegt wird.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 umfaßt das Gehäuse 1 einen pneumatischen Überdruckspeicher 6 und einen hydrau­ lischen Druckspeicher 7, wobei zwischen den beiden Druck­ speichern ein Verstärkungskolben 2 im Gehäuse 1 axial be­ weglich und abdichtend gelagert ist. Der Verstärkungskolben 2 ist mit einem Eingangsstößel 4 und einem Ausgangsstößel 5 gekoppelt, wobei der vom Bremspedal 3 zu betätigende Ein­ gangsstößel seine Stellkraft über eine endseitig geschlosse­ ne Hülse 14 einbringt. Mit der Hülse 14 ist ein Ventilele­ ment 10 verbunden, das von einer Feder 11 in Schließstellung gehalten wird, so daß der Überströmkanal 8, der eine Verbin­ dung zwischen dem hydraulischen Druckspeicher 7 und einem zwischen Verstärkungskolben 2 und zylindrischer Wand 18 des Gehäuses 1 ausgebildeten Abströmraum 19 versperrt ist. Wird das Bremspedal 3 betätigt, so wird die Hülse 14 durch den Eingangsstößel 4 nach links in Arbeitsrichtung bewegt, wobei die Feder 11 zusammengedrückt und das Ventilelement 10 aus seiner Schließstellung herausbewegt wird. Auf diese Weise wird über den Überströmkanal 8 eine Verbindung zwischen dem hydraulischen Druckspeicher 7 und dem Abströmraum 19 her­ gestellt, über die hydraulisches Druckmittel durch den Aus­ laß 20 in einen drucklosen Vorratsbehalter 9 abfließen kann. Die Absenkung des Druckes in hydraulischen Druckspeichern 7 bewirkt, daß die Stellkraft des pneumatischen Überdruckspei­ chers 6 überwiegt und der Verdrängungskolben 2 nach links in Arbeitsrichtung verschoben wird. Dabei wird der Ausgangs­ stößel 5 mitgenommen und die Stellbewegung auf den nicht dargestellten Arbeitskolben des Hauptzylinders der Brems­ anlage übertragen. Der Abströmraum 19 ist zwischen zwei zu­ einander beabstandeten zylindrischen Dichtflächen 16a und 16b als eine am Verstärkungskolben 2 außen umlaufende Nut 17 ausgebildet. Die Hülse 14 ist im Verstärkungskolben 2 und in einer eingangsseitigen Stirnwand 15 des Gehäuses 1 axial verschieblich und abdichtend gelagert. Der Ausgangsstößel ist im Verstärkungskolben 2 und abdichtend in einer aus­ gangsseitigen Stirnwand 13 des Gehäuses abdichtend geführt. Mit 18 ist eine zylindrische Wand des Gehäuses 1 bezeichnet, die zusammen mit der am Verstärkungskolben 2 außen umlaufen­ den Nut 17 den Abströmraum 19 begrenzt. Zwischen der Hülse 14 und dem Ausgangsstößel 5 sind noch ein inkompressibles Druckstück 25 und eine Druckscheibe 26 aus elastisch ver­ formbarem Material angeordnet. Letztere ist derart ausge­ legt, daß sie sich bei einer Bewegung der Hülse 14 nach links in Arbeitsrichtung zusammendrücken kann, ohne daß der Ausgangsstößel 5 mitbewegt wird. Für den Fall, daß die Vor­ richtung zur Verstärkung der mittels Bremspedal eingeleite­ ten Kraft ausfallen sollte, kann jedoch der Ausgangsstößel 5 durch weiteres Durchtreten des Bremspedals über den Ein­ gangsstößel und die Hülse 14 auch direkt beaufschlagt wer­ den, nachdem die Druckscheibe 26 entsprechend komprimiert wurde. Auf diese Weise ist bei einem Ausfall der Vorrichtung immer noch eine Not-Bremsbetätigung möglich.

Zum Aufbau und zur Aufrechterhaltung des Drucks im hydrau­ lischen Druckspeicher 7 ist eine Druckquelle vorgesehen, die eine beispielsweise elektromotorisch angetriebene Pumpe 22, ein Druckbegrenzungsventil 23 und ein Sicherheitsventil 24 umfaßt. Über einen Einlaß 21 kann so der hydraulische Druckspeicher 7 aus dem drucklosen Vorratsbehälter 9 befüllt werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die an sich bekannte Steuereinrichtung mit dem Überströmkanal 8, dem Ventilele­ ment 10 der Feder 11 und dem Abströmraum 19 mit Auslaß 20 so ausgelegt ist, daß eine sogenannte untergelagerte Wegrege­ lung erreicht wird. Jede Verschiebung der Hülse 14 relativ zum Verstärkungskolben 2 nach links in Arbeitsrichtung führt dazu, daß hydraulisches Druckmedium aus dem Druckspeicher 7 abfließen kann und nachfolgend der Verstärkungskolben 2 ebenfalls nach links in Arbeitsrichtung verschoben wird. Dadurch gelangt das Ventilelement 10 wieder in seine Schließstellung, so daß der Verstärkungskolben 2 eine neue Gleichgewichtsposition erreicht. Erst wenn dieses Gleichge­ wicht durch eine weitere Verschiebung der Hülse 14 nach links und ein Herausbewegen des Ventilelements 10 aus seiner Schließstellung erfolgt, kann weiteres hydraulisches Druck­ mittel abfließen und der Verstärkungskolben 2 weiter nach links verschoben werden. Auf diese Weise wird in Abhängig­ keit von der Stellung des Bremspedals bzw. des damit mecha­ nisch gekoppelten Eingangsstößels 7 und der Hülse 14 selbst­ tätig eine Gleichgewichtsposition des Verstärkungskolbens 2 mit entsprechender Auswirkung auf den Arbeitskolben im Hauptzylinder der hydraulischen Bremsanlage über den Aus­ gangsstößel 5 erreicht. Die Bremswirkung kann so mit gerin­ gem Kraftaufwand feinfühlig dosiert werden, wobei für Voll­ bremsungen gleichwohl die volle Verstärkungskraft der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur Verfügung steht.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Verstärkung der über ein Bremspedal oder dergleichen eingeleiteten Kraft zur Betätigung eines Arbeitskolbens im Hauptzylinder einer hydrauli­ schen Bremsanlage, mit

• - einem in einem Gehäuse (1) axial verschieblich, abdichtend gelagerten Verstärkungskolben (2),
• - einem mit dem Bremspedal (3) gekoppelten Eingangs­ stößel (4),
• - einem direkt auf den Arbeitskolben wirkenden Aus­ gangsstößel (5) und
• - einer in den Ventilkolben (2) integrierten, vom Eingangsstößel (4) zu betätigenden Steuereinrich­ tung,

gekennzeichnet durch einen in Arbeitsrichtung auf den Verstärkerkolben (2) wirkenden pneumatischen Druckspei­ cher (6) und einen in Gegen-Arbeitsrichtung auf den Verstärkerkolben (2) wirkenden hydraulischen Druckspei­ cher (7)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pneumatischer Unterdruckspeicher (6a) vorgese­ hen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pneumatischer Überdruckspeicher (6b) vorgese­ hen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Druckspeicher mit­ tels einer am Verstärkungskolben (2) befestigten und randseitig im Gehäuse (1) eingespannten Roll-Membran abgedichtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Verstärkungskolben (2) integrierte Steuereinrichtung einen verschließbaren Überströmkanal (8) umfaßt, der eine Verbindung zwi­ schen dem hydraulischen Druckspeicher (7) und einem außerhalb des Gehäuses (1) angeordneten drucklosen Vor­ ratsbehälter (9) bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Überströmkanal (8) ein Ventilelement (10) an­ geordnet ist, das mittels einer Feder (11) in Schließ­ stellung gehalten wird und das bei einer weiteren Span­ nung der Feder (11) in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, wenn der Eingangsstößel (4) relativ zum Verstär­ kungskolben (2) in Arbeitsrichtung verschoben wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verstärkungskolben (2) und Ausgangsstößel (5) eine elastisch verformbare Druck­ platte (12) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsstößel (4) direkt oder indirekt an der Druckplatte (12) anliegend ausgebildet ist und daß die Druckplatte (12) zusammendrückbar ist, wenn der Ein­ gangsstößel (4) bei stillstehendem Ausgangsstößel (5) relativ zum Verstärkungskolben (2) in Arbeitsrichtung bewegt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstößel (5) im Verstär­ kungskolben (2) und abdichtend in einer ausgangsseiti­ gen Stirnwand (13) des Gehäuses (1) geführt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsstößel (4) in eine end­ seitig geschlossene Hülse (14) eingreift, die im Ver­ stärkungskolben (2) und in einer eingangsseitigen Stirnwand (15) des Gehäuses (1) abdichtend geführt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (10) mit der Hülse (14) verbun­ den, vorzugsweise einstückig, ausgebildet ist und durch die Feder (11) in Gegen-Arbeitsrichtung relativ zum Verstärkungskolben (2) vorgespannt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 sowie 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungs­ kolben (2) eine eingangsseitige und eine dazu axial beabstandete ausgangsseitige zylindrische Dichtfläche (16a, 16b) sowie eine dazwischen angeordnete, außen umlaufende Ringnut (17) aufweist, so daß zwischen dem Verstärkungskolben (2) und einer zylindrischen Wand (18) des Gehäuses (1) ein Abströmraum (19) gebildet wird, der über einen Anschluß (20) mit dem drucklosen Vorratsbehälter (9) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Druckspeicher (7) im Gehäuse (1) zwischen dem Verstärkungskolben (2) und der ausgangs­ seitigen Stirnwand (13) ausgebildet und mit einem An­ schluß (21) für eine Druckquelle (22, 23) versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckquelle eine Pumpe (22) mit Druckbegren­ zungsventil (23) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle außerdem ein Sicherheitsventil (24) umfaßt.