DE19834193C1

DE19834193C1 - Hauptzylinder mit verbesserten Notbremseigenschaften für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE19834193C1
Application number: DE19834193A
Authority: DE
Inventors: Peter Schlueter; Josef Pickenhahn
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: JP2002521273A; US20010004833A1; EP1098800A1; WO2000006436A1

Abstract

Ein Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage hat ein Gehäuse (34) und eine darin angeordnete Bohrung (36), in der ein hohlzylindrischer Primärkolben (38), der auf eine Druckkammer (40) wirkt, abdichtend und axial verschieblich geführt ist. In dem Primärkolben (38) ist ein axial verschieblicher, hohlzylindrischer Hilfskolben (42) aufgenommen, in den ein Betätigungskolben (46) ragt, der mittels eines Eingangsgliedes (24) betätigbar ist und der abdichtend und verschieblich in dem Hilfskolben (42) geführt und zumindest während einer Bremsung federnd von letzterem weg vorgespannt ist. Der Betätigungskolben (46) hat einen ersten hydraulisch wirksamen Durchmesser (D¶1¶) und der Hilfskolben (42) einen zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser (D¶2¶). Nach Überwindung einer festgelegten Strecke entgegen seiner federnden Vorspannung koppelt der Hilfskolben (42) starr mit dem Betätigungskolben (46). Zur Realisierung einer Bremsassistentfunktion ist in dem Primärkolben (38) ein Schaltkolben (48) angeordnet, der federnd in Richtung auf die Druckkammer (40) vorgespannt und axial relativ zum Hilfskolben (42) verschiebbar ist. Die federnde Vorspannung des Schaltkolbens (58) entspricht einem vorherbestimmten Druckniveau in der Druckkammer (40), nach dessen Überschreiten sich der Schaltkolben (58) entgegen der Federvorspannung relativ zu dem Hilfskolben (42) verschiebt, wodurch ein Ventil (68) die Fluidverbindung zwischen dem zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Hauptzylinder ist beispielsweise aus der DE 44 29 439 C2 bekannt.

Bei Hauptzylindern der vorausgesetzten Art findet die Rückwir kung auf ihr Eingangsglied rein hydraulisch statt, d. h. zwi schen dem üblicherweise mit einem Bremspedal verbundenen Eingangsglied und dem Hauptzylinder befindet sich keine soge nannte Reaktionsscheibe aus Elastomermaterial. Eine solche gummielastische Reaktionsscheibe ist in den weitaus meisten der heutzutage verbauten Bremskraftverstärker/Hauptzylinder- Einheiten vorhanden. Mit dieser Reaktionsscheibe wird im Zusam menspiel mit einer sogenannten Fühlscheibe das "Einsprung verhalten" des Bremskrafterzeugers festgelegt, d. h. letztlich die Ansprechcharakteristik der Bremsanlage. Je nach Fahrzeug hersteller herrschen hier unterschiedliche Philosophien vor, beispielsweise ziehen manche Fahrzeughersteller eine bei gerin gen Betätigungskräften bereits relativ stark ansprechende Bremsanlage vor, während andere Fahrzeughersteller ein weniger "giftiges" Ansprechen der Bremsanlage realisiert sehen möchten.

Bremskrafterzeuger ohne eine zwischengeschaltete gummielasti sche Reaktionsscheibe sind häufig hinsichtlich des Pedalgefühls nicht zufriedenstellend, denn sie vermitteln ein sehr steifes Pedalgefühl, was zu einer als schlecht empfundenen Dosierbar keit der Fahrzeugbremse führt. In der DE 44 29 439 C2 ist deshalb vorgeschlagen worden, den Hauptzylinder so auszuführen, daß in einer Anfangsphase einer Bremsung ein erster hydrauli scher Durchmesser und später ein gegenüber dem ersten Durchmes ser größerer zweiter Durchmesser hydraulisch wirksam ist. Mittels des ersten, kleineren hydraulischen Durchmessers wird zu Beginn einer Bremsung mit relativ geringer Betätigungskraft schnell ein erhöhter Bremsdruck aufgebaut, während der an schließend zur Wirkung kommende zweite hydraulische Durchmesser dem Fahrer eine gute Rückmeldung der zwischenzeitlich erreich ten, höheren Bremsdrücke vermittelt.

Ebenfalls bekannt sind sogenannte Bremsassistenten. Unter diesem Begriff versteht man üblicherweise ein System, welches einem Fahrer im Fall einer Notbremsung bei im wesentlichen gleicher Betätigungskraft eine erhöhte Bremsleistung zur Verfü gung stellen kann. Systeme dieser Art wurden entwickelt, weil Untersuchungen ergeben haben, daß die Mehrzahl der Fahrzeugbe nutzer bei einer Notbremsung nicht so stark auf das Bremspedal tritt, wie es zum Erreichen der maximalen Bremsleistung erfor derlich wäre. Der Anhalteweg des Fahrzeugs ist deshalb länger als notwendig. Bereits in Produktion befindliche Systeme dieser Art verwenden einen elektromagnetisch betätigbaren Bremskraft verstärker in Verbindung mit einer Einrichtung, die die Betäti gungsgeschwindigkeit des Bremspedals ermitteln kann. Stellt diese Einrichtung eine über einem vorgegebenen Schwellenwert liegende Betätigungsgeschwindigkeit fest, wird angenommen, daß eine Notbremssituation vorliegt und der Bremskraftverstärker wird mittels der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung voll ausgesteuert, d. h. er stellt seine höchstmögliche Verstär kungsleistung bereit.

Bremskraftverstärker mit elektromagnetischer Betätigungsmög lichkeit sind für Kraftfahrzeuge der unteren und mittleren Preisklasse jedoch zu teuer. Es besteht deshalb der Wunsch nach Lösungen, die eine Bremsassistentfunktion mit geringerem Auf wand erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Hauptzylinder der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln eine Bremsassistentfunktion zu realisieren, d. h. insbesondere ohne einen elektromagnetisch betätigbaren Bremskraftverstärker. Die anzugebende Lösung soll es darüber hinaus so weit wie möglich vermeiden, daß die Bremsassistentfunktion unbeabsich tigt ausgelöst wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage gelöst, der die im Pa tentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. In dem hohlzylin drischen Primärkolben des Hauptzylinders ist erfindungsgemäß zusätzlich zu dem Hilfskolben und dem Betätigungskolben noch ein Schaltkolben angeordnet, der federnd in Richtung auf die Primärdruckkammer vorgespannt und axial relativ zu dem Hilfs kolben verschiebbar ist. Wird in der Primärdruckkammer ein vorbestimmtes Druckniveau erreicht, verschiebt sich der Schalt kolben gegen die federnde Vorspannung relativ zum Hilfskolben, wodurch ein Ventil die Fluidverbindung zwischen dem durch den Hilfskolben bestimmten zweiten hydraulisch wirksamen Durchmes ser und der Druckkammer schließt.

Die Höhe der federnden Vorspannung des Schaltkolbens legt also erfindungsgemäß ein Bremsdruckniveau fest, unterhalb dem es nicht zu der durch das Schließen des Ventils bestimmten Brems assistentfunktion kommen kann. Erst nach Überschreiten der durch die federnde Vorspannung des Schaltkolbens vorgegebenen Druckschwelle kann die angestrebte Bremsassistentfunktion zum Tragen kommen. Damit ist verhindert, daß es bei Bremsungen im Bereich relativ niedriger Bremsdrücke, in dem die meisten aller Bremsungen stattfinden, auch dann nicht zu einer Auslösung der Bremsassistentfunktion kommt, wenn die Betätigungsgeschwindig keit des Bremspedals hoch ist.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hauptzylinders ist die federnde Vorspannung des Schaltkolbens am Primärkolben abgestützt, beispielsweise an einem inneren Vorsprung des Primärkolbens.

Zur Realisierung einer kompakten Bauweise ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Hauptzylinders der Hilfskolben abdichtend und verschieblich in dem Schaltkolben geführt.

Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Lösung wird durch das Schließen des genannten Ventils der in Richtung des Betäti gungsgliedes angeordnete Abschnitt des Primärkolbens vollstän dig von der Primärdruckkammer des Hauptzylinders abgesperrt. Bei dieser Lösung ist das Ventil vorzugsweise durch einen Ringflansch des Schaltkolbens und einer mit diesem Ringflansch zusammenwirkenden stufenförmigen Verengung der Durchgangsaus nehmung des Primärkolbens gebildet. Der Schaltkolben kann dabei eine im wesentlichen topfförmige Gestalt haben, derart, daß der Hilfskolben in den Schaltkolben eintaucht und der Ringflansch des Ventils radial außen am Schaltkolben angeordnet ist. Damit vom Hilfskolben verdrängtes Hydraulikfluid bei geöffnetem Ventil in die Primärdruckkammer gelangen kann, sind in der Umfangswandung eines solchermaßen ausgebildeten Schaltkolbens radiale Kanäle vorgesehen.

Wenn wie vorstehend der Schaltkolben selbst ein Teil des Ven tils ist, kann der Öffnungshub des Ventils durch einen in der Bohrung des Primärkolbens aufgenommenen Sprengring begrenzt sein, gegen den der Schaltkolben stößt.

Die Bremsassistentfunktion der ersten erfindungsgemäßen Lösung beruht darauf, daß ein einmal geöffnetes Steuerventil eines mit dem Hauptzylinder gekoppelten Unterdruckbremskraftverstärkers sich erst wieder schließen kann, wenn eine der Betätigungskraft entsprechende Gegenkraft in der Primärdruckkammer des Hauptzy linders aufgebaut worden ist. Wird eine entsprechende Rückwir kung des Primärkammerdrucks auf das Betätigungsglied und damit auf das Steuerventil des Bremskraftverstärkers verhindert, so wird der Bremskraftverstärker - eine zumindest gleichbleibende Betätigungskraft vorausgesetzt - bis zu seiner maximalen Ver stärkerleistung ausgesteuert werden, was bei gleichbleibender Betätigungskraft zu einer spürbaren Erhöhung des Bremsdrucks und damit der erzielbaren Bremsleistung führt.

Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung ist das Ventil durch einen am Betätigungskolben ausgebildeten Dichtkegel und einen damit zusammenwirkenden Ventilsitz gebildet, der federnd in Richtung auf den Dichtkegel und einen zwischen dem Dichtke gel und dem Ventilsitz angeordneten, am Schaltkolben ausgebil deten Anschlag vorgespannt ist. Bei dieser Lösung sperrt das Ventil den durch den Hilfskolben gegebenen zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser gegenüber der Primärdruckkammer ab und es kommt nach Überschreiten der festgelegten Druckschwelle ein dritter hydraulisch wirksamer Durchmesser zum Einsatz, der kleiner als der zweite hydraulisch wirksame Durchmesser ist. Der am Schaltkolben ausgebildete Anschlag verhindert ein Schließen des Ventils, solange der Schaltkolben noch nicht relativ zum Hilfskolben verschoben worden ist, d. h. unterhalb der die Auslösung der Bremsassistentfunktion bestimmenden Druckschwelle.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilsitz an einem hohlzylindrischen Ventilkolben ausgebildet, der den dritten hydraulisch wirksamen Durchmesser bereitstellt. Der Ventilkolben kann dabei in einem topfförmigen Halteelement abdichtend und verschieblich aufgenommen sein, das seinerseits in dem Schaltkolben abdichtend und verschieblich geführt ist und das einen ständig offenen Durchlaß zur Primärdruckkammer aufweist. Auf diese Weise ist bei geöffnetem Ventil eine Fluidverbindung zwischen der Primärdruckkammer und dem zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser vorhanden, der durch den Hilfskolben bestimmt ist. Bei geschlossenem Ventil hingegen wirkt der dritte hydraulisch wirksame Durchmesser, der kleiner als der zweite hydraulisch wirksame Durchmesser ist, auf die Primärdruckkammer. Damit wird nach Schließen des Ventils, d. h. nach Überschreiten der festgelegten Druckschwelle, eine höhere Kraftübersetzung wirksam, was bei gleicher Betätigungskraft zu entsprechend höheren Bremsdrücken führt (Bremsassistent funktion).

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hauptzylinders werden im folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den interessierenden Bereich einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hauptzylinders, der mit einem Unterdruckbremskraftver stärker verbunden ist, in Ruhestellung,

Fig. 2 die Ansicht gemäß Fig. 1 in einer ersten Betätigungs stellung,

Fig. 3 die Ansicht gemäß Fig. 1 in einer zweiten Betätigungs stellung,

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einer aufgebrachten Eingangskraft und den dadurch erzielten Primärkammerdruck gemäß den verschiedenen Betätigungs stellungen für die erste Ausführungsform wiedergibt,

Fig. 5 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht eines zweiten Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hauptzylin ders in Ruhestellung,

Fig. 6 die Ansicht gemäß Fig. 5 in einer ersten Betätigungs stellung,

Fig. 7 die Ansicht gemäß Fig. 5 in einer zweiten Betätigungs stellung,

Fig. 8 die Ansicht gemäß Fig. 5 in einer dritten Betätigungs stellung,

Fig. 9 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einer aufgebrachten Eingangskraft und den dadurch erzielten Primärkammerdruck gemäß den verschiedenen Betätigungs stellungen für die zweite Ausführungsform wiedergibt.

In Fig. 1 ist der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfin dung interessierende Bereich eines ersten Ausführungsbeispieles eines Hauptzylinders 10 für eine hydraulische Fahrzeugbremsan lage dargestellt, dem ein Unterdruckbremskraftverstärker 12 vorgeschaltet ist.

Der Bremskraftverstärker 12 hat ein Gehäuse, dessen Innenraum durch eine feststehende Wand 14 in zwei Abschnitte unterteilt ist. In dem einen Abschnitt trennt eine bewegliche Wand 16 eine Unterdruckkammer 18 von einer Arbeitskammer 20, während in dem anderen Abschnitt eine weitere bewegliche Wand 16' eine Unter druckkammer 18' von einer Arbeitskammer 20' trennt.

Die Unterdruckkammern 18, 18' stehen im Betrieb des Bremskraft verstärkers 12 ständig mit einer Unterdruckquelle in Verbin dung, beispielsweise mit dem Ansaugtrakt eines Verbrennungs motors oder mit einer Unterdruckpumpe. Ein Steuerventil 22 ist dazu vorgesehen, wahlweise eine Verbindung der Arbeitskammern 20, 20' mit den Unterdruckkammern 18, 18' herzustellen, damit auch die Arbeitskammern 20, 20' evakuiert werden, oder um eine Verbindung zwischen den evakuierten Arbeitskammern 20, 20' und der Umgebungsatmosphäre, d. h. dem Umgebungsdruck herzustellen. Die dargestellte Bauweise des Bremskraftverstärkers mit zwei Unterdruckkammern 18, 18' und zwei Arbeitskammern 20, 20' wird als Tandembauweise bezeichnet. Häufig weisen Unterdruckbrems kraftverstärker jedoch nur eine Unterdruckkammer und eine Arbeitskammer auf.

Der Hauptzylinder 10 und der Bremskraftverstärker 12 werden mittels eines in ein Gehäuse 23 des Steuerventils 22 ragenden stangenförmigen Eingangsgliedes 24 betätigt. Das Eingangsglied 24 ist mit seinem kugelig ausgeführten Ende in einem Übertra gungskolben 26 befestigt, an dem ein erster ringförmiger Ven tilsitz 28 des Steuerventils 22 ausgebildet ist, der im Zusammenwirken mit einem federnd gegen den ersten Ventilsitz 28 vorgespannten Ventildichtglied 30 die Verbindung zwischen der Umgebungsatmosphäre und den Arbeitskammern 20, 20' des Brems kraftverstärkers 12 steuern kann. Radial außerhalb des ersten Ventilsitzes 28 und konzentrisch zu diesem ist innen am Steuer ventilgehäuse 22 ein zweiter ringförmiger Ventilsitz 32 des Steuerventils 22 ausgebildet, der ebenfalls mit dem federnd vorgespannten Ventildichtglied 30 zusammenwirkt und der die Verbindung zwischen den Unterdruckkammern 18, 18' und den Arbeitskammern 20, 20' steuern kann.

Der dem Bremskraftverstärker 12 nachgeschaltete Hauptzylinder 10 hat ein Gehäuse 34 mit einer Bohrung 36, in der ein hohlzy lindrischer Primärkolben 38 abdichtend und axial verschieblich geführt ist. Der Primärkolben 38 wirkt auf eine Druckkammer 40, die auch als Primärdruckkammer bezeichnet wird und die in der Bohrung 36 des Hauptzylindergehäuses 34 axial zwischen dem Primärkolben 38 und einem nicht dargestellten, schwimmend in der Bohrung 36 angeordneten Sekundärkolben begrenzt ist. Im eingebauten Zustand des Hauptzylinders 10 ist die Druckkammer 40 mit einem Bremskreis der Fahrzeugbremsanlage verbunden.

In dem Primärkolben 38 ist ein Hilfskolben 42 mit einer gestuf ten Durchgangsbohrung 44 aufgenommen, in der ein komplementär gestuft ausgebildetes Ende eines Betätigungskolbens 46 abdich tend und verschieblich geführt ist, das einen ersten hydrau lisch wirksamen Durchmesser D₁ definiert. Das andere Ende des Betätigungskolbens 46 ragt in Richtung des Eingangsgliedes 24 aus dem Primärkolben 38 heraus. Jede Verschiebung des Eingangs gliedes 24 in Betätigungsrichtung, d. h. in Fig. 1 nach links, wird über einen im Steuerventilgehäuse 23 geführten Dichtkolben 48 auf den Betätigungskolben 46 des Hauptzylinders 10 übertra gen.

Eine im Primärkolben 38 angeordnete, sich an einem Ringbund 50 des Betätigungskolbens 46 und an einem Kragen 52 des Hilfskol bens 42 abstützende Druckfeder 54 drängt den Betätigungskolben 46 und den Hilfskolben 42 auseinander und drückt den Hilfskol ben 42 gegen einen Anschlag 56 des Primärkolbens 38 und den Betätigungskolben 46 gegen den Dichtkolben 48.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten ersten Ausfüh rungsbeispiel ist der Hilfskolben 42 abdichtend und verschieb lich in einem näherungsweise topfförmigen Schaltkolben 58 geführt, der seinerseits abdichtend und verschieblich in der Bohrung 36 des Primärkolbens 38 geführt ist. Der Schaltkolben 58 ist durch eine sich am Anschlag 56 abstützende Druckfeder 60 in Richtung auf die Druckkammer 40 vorgespannt und stützt sich axial an einem Sprengring 62 ab, der in der Bohrung 36 des Primärkolbens 38 aufgenommen ist. An seinem Boden weist der Schaltkolben 58 radial außen einen Ringflansch 64 vergrößerten Durchmessers auf, der mit einer stufenförmigen Verengung 66 der Bohrung 36 des Primärkolbens 38 zusammenwirken kann. Der Ring flansch 64 ist auf der der Verengung 66 zugewandten Seite mit Elastomermaterial versehen. Auf diese Weise ist ein Ventil 68 gebildet, das in Fig. 1 in Offenstellung wiedergegeben ist und das durch Anlage des Ringflansches 64 an der stufenförmigen Verengung 66 schließt, wenn die aufgrund des in der Druckkammer 40 herrschenden Hydraulikdrucks auf den Boden des Schaltkolbens 58 wirkende Kraft größer als die entgegengerichtet wirkende Kraft der Druckfeder 60 ist. Die Druckfeder 60 definiert also eine Druckschwelle, bei deren Überschreiten das Ventil 68 schließt.

Es wird nun die Funktion des Ausführungsbeispieles gemäß den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Eine Betätigung des Brems kraftverstärkers 12 bzw. des Hauptzylinders 10 verschiebt das Eingangsglied 24 in den Bremskraftverstärker 12 hinein, d. h. in den Figuren nach links. Diese Verschiebung wird über den Über tragungskolben 26 und den Dichtkolben 48 verzögerungsfrei auf den Betätigungskolben 46 übertragen. Der Betätigungskolben 46 verdrängt mit seinem hydraulisch wirksamen Durchmesser D₁ Hydraulikfluid durch die gestufte Durchgangsbohrung 44 des Hilfskolbens 42 in den Schaltkolben 48, aus dem heraus das Hydraulikfluid durch radiale Kanäle 70 und anschließend durch das geöffnete Ventil 68 in die Druckkammer 40 strömt und dort den Druck entsprechend anhebt.

Die genannte Verschiebung des Eingangsgliedes 24 bewirkt des weiteren, daß der am Übertragungskolben 26 ausgebildete erste Ventilsitz 28 von dem Ventildichtglied 30 abgehoben wird, wodurch Umgebungsluft durch einen das Eingangsglied 24 umgeben den Kanal 72 und vorbei am geöffneten Ventilsitz 28 durch einen weiteren im Steuerventilgehäuse 23 ausgebildeten Kanal 74 in die Arbeitskammer 20' und von dort in die weitere Arbeitskammer 20 gelangen kann. An den beweglichen Wänden 16 und 16' entsteht daraufhin eine Druckdifferenz und die daraus resultierende Kraft will die beweglichen Wände 16 und 16' nach links ver schieben. Diese Kraft wird von den beweglichen Wänden 16 und 16' auf das Steuerventilgehäuse 23 übertragen, welches die Kraft über einen Justierring 76 an den Primärkolben 38 abgibt. Der Primärkolben 38 wird demzufolge in die Druckkammer 40 hinein verschoben, was zu einer entsprechenden Erhöhung des in der Druckkammer 40 herrschenden Hydraulikdrucks führt.

Ab einem bestimmten, durch die Druckfeder 54 vorgegebenen ersten Druckwert in der Druckkammer 40 ist die von Druckkammer 40 aus auf den Hilfskolben 42 wirkende Kraft größer als die entgegengerichtet wirkende Kraft der Druckfeder 54. Dies führt dazu, daß der Hilfskolben 42 axial gegen die Kraft der Druckfe der 54 und relativ zum Betätigungskolben 46 verschoben wird, bis die stufenförmige Verengung in der Durchgangsbohrung 44 des Hilfskolbens 42 gegen den Abschnitt des Betätigungskolbens 46 stößt, der den ersten hydraulisch wirksamen Durchmesser D₁ festlegt und abdichtend und verschieblich im Hilfskolben 42 geführt ist (sh. Fig. 2). Ab diesem Zeitpunkt bilden der Betä tigungskolben 46 und der Hilfskolben 42 eine Einheit und es wirkt bei einer weitergehenden Verschiebung des Betätigungskol bens 46 in Betätigungsrichtung nicht mehr der erste hydraulisch wirksame Durchmesser D₁ des Betätigungskolbens 46, sondern ein größerer zweiter hydraulisch wirksamer Durchmesser D₂, der durch den Hilfskolben 42 bestimmt ist. In einer Anfangsphase der Bremsung ist somit der kleinere erste hydraulische Durch messer D₁ wirksam, was einen im Verhältnis zur Betätigungskraft schneller ansteigenden Bremsdruck in der Druckkammer 40 ergibt, während nach der Koppelung des Betätigungskolbens 46 mit dem Hilfskolben 42 der größere zweite hydraulische Durchmesser D₂ wirkt, der eine verstärkte Rückmeldung des in der Druckkammer 40 herrschenden Bremsdrucks auf das Eingangsglied 24 und damit auf das Bremspedal ergibt. Im Detail wird hierzu auf die DE 44 29 439 C2 verwiesen.

Wird die auf das Eingangsglied 24 aufgebrachte Betätigungskraft nicht erhöht, kommt das Ventildichtglied 30 im Zuge der Ver schiebung des Steuerventilgehäuses 23 wieder mit dem ersten Ventilsitz 28 in Kontakt, so daß die Luftzufuhr in die Arbeits kammern 20 und 20' unterbrochen wird (Gleichgewichtsstellung, beide Ventilsitze 28 und 32 geschlossen, sh. Fig. 2).

Ab einem bestimmten, durch die Druckfeder 60 vorgegebenen zweiten Druckwert in der Druckkammer 40 übersteigt die daraus resultierende Kraft auf den Schaltkolben 58 die in entgegenge setzter Richtung auf ihn wirkende Kraft der Druckfeder 60, was zu einer Verschiebung des Schaltkolbens 58 entgegen der Kraft der Druckfeder 60 und in Folge zu einer Anlage des Ringflan sches 64 an der Verengung 66 der Bohrung 36 des Primärkolbens 38 führt. Das Ventil 68 ist damit geschlossen (sh. Fig. 3).

Wenn zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils 68 der erste Ventilsitz 28 des Steuerventils 22 noch geöffnet ist (sh. Fig. 3), wozu es bei einer schnell und mit relativ großem Hub erfolgenden Betätigung des Eingangsgliedes 24 kommt, und wenn darüber hinaus die auf das Eingangsglied 24 ausgeübte Betäti gungskraft nicht zurückgenommen wird, dann tritt die sogenannte Bremsassistentfunktion in Kraft, weil ein geöffneter erster Ventilsitz 28 bei gleichbleibender Betätigungskraft jetzt nämlich nur durch einen entsprechenden Gegendruck des Hauptzy linders 10, hervorgerufen durch den in der Druckkammer 40 herrschenden Druck, geschlossen werden könnte. Die Rückwir kungsmöglichkeit des in der Druckkammer 40 herrschenden Bremsdrucks auf den Übertragungskolben 26 und den an ihm ausge bildeten ersten Ventilsitz 28 besteht jedoch bei geschlossenem Ventil 68 nicht mehr, denn die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 40 und den in den Figuren rechts des Schaltkolbens 58 angeordneten Bauteilen, insbesondere zum Betätigungskolben 46, ist unterbrochen. Der erste Ventilsitz 28 bleibt deshalb geöffnet und es strömt weiter Umgebungsluft in die Arbeitskam mern 20 und 20' ein, bis der maximal mögliche Differenzdruck und damit die maximal mögliche Verstärkungskraft des Brems kraftverstärkers 12 erreicht ist (Aussteuerpunkt des Brems kraftverstärkers).

Die bis zum Aussteuerpunkt zunehmende Verstärkungskraft des Bremskraftverstärkers 12 wird wie zuvor beschrieben über das Steuerventilgehäuse 23 auf den Primärkolben 38 übertragen, so daß sich der Druck in der Druckkammer 40 entsprechend erhöht. Die am Bremspedal spürbare Rückwirkungskraft erhöht sich jedoch nicht, sondern bleibt auf einem dem zweiten vorgegebenen Druck wert entsprechenden Niveau. Nach Erreichen des Aussteuerpunkts des Bremskraftverstärkers 12 liegt ein am Übertragungskolben 26 befestigter und in den Kanal 74 ragender Riegel 77 am Steuer ventilgehäuse 23 an, weshalb durch eine Erhöhung der auf das Eingangsglied 24 ausgeübten Betätigungskraft der Druck in der Druckkammer 40 lediglich noch entsprechend der durch den hy draulisch wirksamen Durchmesser des Primärkolbens 38 gegebenen Übersetzung erhöht werden kann, jedoch ohne eine zusätzliche Verstärkung durch den Bremskraftverstärker 12.

Fig. 4 zeigt die beschriebenen Zusammenhänge in Form eines Diagramms. Der Punkt A gibt die Umschaltung vom ersten hydrau lisch wirksamen Durchmesser D₁ auf den größeren zweiten hydrau lisch wirksamen Durchmesser D₂ im Rahmen einer Normalbremsung wieder, während der Punkt B das Schließen des Ventils 68 im Rahmen einer Panikbremsung (Notbremsung) repräsentiert, zu dem es bei einer schnell und mit größerem Hub erfolgenden Betäti gung des Bremspedals kommt. Von dem Punkt B ab wird bei gleich bleibender Eingangs- oder Betätigungskraft die Verstärkerkraft bis zum Aussteuerpunkt C des Bremskraftverstärkers 12 erhöht (Bremsassistentfunktion). Von dem Aussteuerpunkt C ab wirkt sich eine Zunahme der Betätigungskraft nur noch entsprechend der durch den hydraulisch wirksamen Durchmesser des Primär kolbens 38 gegebenen Kraftübersetzung aus, ohne daß der Brems kraftverstärker 12 einen weiteren Kraftbeitrag leistet.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hauptzylinders 10, das sich vom zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel durch eine andere Ausgestaltung des Schaltkolbens und des Ventils unterscheidet, weswegen die Bezugszeichen dieser Elemente mit 58' und 68' bezeichnet sind. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der Hilfskolben 42 abdichtend und verschieblich in dem Schaltkolben 58' geführt, jedoch ist der Schaltkolben 58' ein Hohlzylinder mit einem darin angeordneten Anschlag 78. Der Schaltkolben 58' ist einerseits in dem Primär kolben 38 und andererseits auf einem hohlzylindrischen Ab schnitt 80 eines im wesentlichen topfförmigen Halteelementes 82 abdichtend und verschieblich geführt, der sich von der Druck kammer 40 aus in den Schaltkolben 58' erstreckt.

Das Halteelement 82 dient zur Aufnahme eines Ventilkolbens 84, der in dem hohlzylindrischen Abschnitt 80 abdichtend und ver schieblich geführt und mittels einer darin eingekammerten Druckfeder 86 gegen den Anschlag 78 im Schaltkolben 58' vorge spannt ist. An dem ebenfalls hohlzylindrischen Ventilkolben 84 ist auf seiner dem Anschlag 78 zugewandten Stirnseite ein ringförmiger Ventilsitz 88 ausgebildet.

Der Betätigungskolben 46 durchsetzt im zweiten Ausführungsbei spiel mit seinem im Primärkolben 38 angeordneten Ende den Hilfskolben 42 und ragt mit einem stiftförmigen Endabschnitt in den hohlzylindrischen Ventilkolben 84 hinein. Axial zwischen dem Hilfskolben 42 und dem Ventilkolben 84 ist am Betätigungs kolben 46 ein Dichtkegel 90 ausgebildet, der mit dem Ventilsitz 88 zusammenwirken kann und mit diesem das Ventil 68' bildet. In seinem Boden weist das Halteelement 82 einen ständig offenen Durchlaß 92 auf, so daß bei geöffnetem Ventil 68' eine Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 40 und dem durch den Hilfskolben 42 bestimmten zweiten hydraulisch wirksamen Durch messer D₂ besteht.

Die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels ist in der An fangsphase ähnlich der des ersten Ausführungsbeispiels, d. h. es findet zunächst nach Erreichen eines vorbestimmten ersten Druckniveaus in der Druckkammer 40 eine Verschiebung des Hilfs kolbens 42 entgegen der Kraft der Druckfeder 54 relativ zum Betätigungskolben 46 statt, bis letzterer mit dem Hilfskolben 42 gekoppelt ist, so daß ab dann der vom Hilfskolben 52 be stimmte zweite hydraulische Durchmesser D₂ zur Wirkung kommt (sh. Fig. 6). Entsprechend diesem zweiten hydraulischen Wirk durchmesser D₂ steigt bei zunehmender auf das Eingangsglied 24 aufgebrachter Betätigungskraft der in der Druckkammer 40 er zielte Bremsdruck mit entsprechender Kraftunterstützung durch den Bremskraftverstärker 12, bis schließlich der Aussteuerpunkt des Bremskraftverstärkers 12 erreicht ist (siehe hierzu den Punkt B in Fig. 9). Danach kann der Bremsdruck mit zunehmender Eingangs- oder Betätigungskraft nur noch entsprechend der durch den hydraulischen Wirkdurchmesser des Primärkolbens 38 gegebe nen Kraftübersetzung erhöht werden.

Im Fall einer Notbremsung, bei der regelmäßig mit relativ hoher Geschwindigkeit auf das Bremspedal getreten wird und somit eine relativ große Verschiebung des Eingangsgliedes 24 gegenüber dem Steuerventilgehäuse 23 erreicht wird, passiert im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel folgendes: Die aufgrund des dann weit geöffneten ersten Ventilsitzes 28 des Steuerventils 22 schnell ansteigende Druckdifferenz im Bremskraftverstärker 12 hat eine entsprechend schnell ansteigende Kraft zur Folge, die vom Steuerventilgehäuse 23 an den Primärkolben 38 abgegeben wird. Der Hydraulikdruck in der Druckkammer 40 erhöht sich deshalb schnell auf einen Wert, der zur Verschiebung des Schaltkolbens 58' gegen die Kraft der Druckfeder 60 führt (sh. Fig. 7). Mit dem Schaltkolben 58' verschiebt sich der innen in ihm ausgebildete Anschlag 78, so daß auch der federnd gegen diesen Anschlag 78 vorspannte Ventilkolben 84 dieser Bewegung folgt und sich dem Dichtkegel 90 annähert (sh. Fig. 7).

Bleibt die anfänglich hohe Betätigungsgeschwindigkeit erhalten, kann sich der Dichtkegel 90 an den Ventilsitz 88 anlegen und dadurch das Ventil 68' schließen (sh. Fig. 8). Damit ist der zweite hydraulische Wirkdurchmesser D₂ von der Druckkammer 40 abgekoppelt und es kommt ein durch den Ventilkolben 84 bestimm ter dritter hydraulischer Durchmesser D₃ während des weiteren Bremsvorgangs zur Wirkung. Der dritte hydraulische Durchmesser D₃ ist kleiner als der zweite hydraulisch Wirkdurchmesser D₂, so daß die Kraftübersetzung des Hauptzylinders 10 wieder erhöht ist, d. h. bei einem vorgegebenen Eingangskraftzuwachs ergibt sich eine stärkere Bremsdruckerhöhung als zuvor.

Findet bei geschlossenem Ventil 68' eine weitere Verschiebung des Betätigungskolbens 46 in Betätigungsrichtung statt, löst sich der Ventilkolben 84 von seinem Anschlag 78 im Schaltkolben 58' und preßt Hydraulikfluid durch den Durchlaß 92 in die Druckkammer 40. Diese Verhältnisse lassen sich auch gut aus Fig. 9 ersehen, wo der Punkt C den Schließzeitpunkt des Ventils 68' darstellt, zu dem aufgrund des jetzt verkleinerten hydrau lischen Wirkdurchmessers (von D₂ auf D₃) bei gleichbleibender Eingangskraft eine Erhöhung des Hydraulikdrucks in der Druck kammer 40 erfolgt. Jede weitere Eingangskrafterhöhung (ab Punkt D in Fig. 9) zieht dann eine Druckerhöhung in der Druckkammer 40 nach sich, die aufgrund des kleineren Wirkdurchmessers D₃ größer als eine während einer Normalbremsung bei gleicher Eingangskrafterhöhung erfolgende Druckzunahme ist. Ab dem Erreichen des Aussteuerpunktes des Bremskraftverstärkers 12 kann der Bremsdruck mit zunehmender Eingangs- oder Betätigungs kraft nur noch entsprechend der durch den hydraulischen Wirk durchmesser des Primärkolbens 38 gegebenen Kraftübersetzung erhöht werden.

Wird die Betätigungskraft zurückgenommen, öffnet das Ventil 68' sofort wieder. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß das Ventil 68' nur dann schließen kann, wenn eine zweite, durch die Kraft der Druckfeder 60 vorgegebene Druckschwelle in der Druck kammer 40 erreicht bzw. überschritten worden ist und sich demzufolge der Schaltkolben 58' entgegen der Betätigungsrich tung verschoben hat. Unterhalb dieser zweiten Druckschwelle kann es auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht zum Einsatz der Bremsassistentfunktion kommen.

Claims

1. Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsan lage, mit

1. einem Gehäuse (34) und einer darin angeordneten Bohrung (36),
2. einem in der Bohrung (36) abdichtend und axial verschieblich geführten hohlzylindrischen Primärkolben (38), der auf eine Druckkammer (40) wirkt,
3. einem in dem Primärkolben (38) angeordneten, hohlzylindri schen und axial verschieblichen Hilfskolben (42), und
4. einem in den Primärkolben (38) und den Hilfskolben (42) ragenden Betätigungskolben (46), der mittels eines Eingangs gliedes (24) betätigbar ist und der abdichtend und verschieb lich in dem Hilfskolben (42) geführt und zumindest während einer Bremsung federnd von letzterem weg vorgespannt ist, wobei der Betätigungskolben (46) einen ersten hydraulisch wirksamen Durchmesser (D₁) und der Hilfskolben (42) einen zweiten hydrau lisch wirksamen Durchmesser (D₂) aufweist und der Hilfskolben (42) nach Überwindung einer festgelegten Strecke entgegen der federnden Vorspannung starr mit dem Betätigungskolben (46) koppelt,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. in dem Primärkolben (38) ein Schaltkolben (58; 58') angeord net ist, der federnd in Richtung auf die Druckkammer (40) vorgespannt und axial relativ zu dem Hilfskolben (42) ver schiebbar ist, wobei
2. die federnde Vorspannung des Schaltkolbens (58; 58') einem vorherbestimmten Druckniveau in der Druckkammer (40) entspricht und bei Überschreiten dieses Druckniveaus sich der Schaltkolben (58; 58') entgegen der Federvorspannung relativ zu dem Hilfs kolben (42) verschiebt, wodurch ein Ventil (68; 68') die Fluidverbindung zwischen der den zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser (D₂) des Hilfskolbens (42) aufweisenden Kammer und der Druckkammer (40) schließt.

2. Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Vorspannung des Schaltkolbens (58; 58') am Primärkolben (38) abgestützt ist.

3. Hauptzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (42) abdichtend und verschieblich in dem Schaltkolben (58; 58') geführt ist.

4. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (68) durch einen Ring flansch (64) des Schaltkolbens (58) und einer mit dem Ring flansch (64) zusammenwirkenden stufenförmigen Verengung (66) der Bohrung (36) des Primärkolbens (38) gebildet ist.

5. Hauptzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkolben (58) eine im wesentlichen topfförmige Gestalt hat und die Fluidverbindung zwischen dem zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser (D₂) des Hilfskolbens (42) und der Druckkammer (40) in Offenstellung des Ventils (68) durch radiale Kanäle (70) in der Umfangs wandung des Schaltkolbens (58) hergestellt ist.

6. Hauptzylinder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungshub des Ventils (68) durch einen im Primärkolben (38) aufgenommenen Sprengring (62) begrenzt ist, gegen den der Schaltkolben (58) stößt.

7. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (68') durch einen am Betätigungskolben (46) ausgebildeten Dichtkegel (90) und einen damit zusammenwirkenden Ventilsitz (88) gebildet ist, der federnd in Richtung auf den Dichtkegel (90) und einen zwischen dem Dichtkegel (90) und dem Ventilsitz (88) angeordneten, am Schaltkolben (58') ausgebildeten Anschlag (78) vorgespannt ist.

8. Hauptzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (88) an einem hohlzylindrischen Ventilkolben (84) mit einem dritten hydrau lisch wirksamen Durchmesser (D₃) ausgebildet ist.

9. Hauptzylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (84) in einem topfförmigen Halteelement (82) abdichtend und verschieblich aufgenommen ist, das seinerseits in dem Schaltkolben (58') abdichtend und verschieblich geführt ist und das einen ständig offenen Durchlaß (92) zur Druckkammer (40) aufweist.

10. Bremskrafterzeugungseinheit für eine hydraulische Fahr zeugbremsanlage, mit einem Bremskraftverstärker und einem Hauptzylinder, gekennzeichnet durch einen Hauptzylinder (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.