DE2303563A1

DE2303563A1 - Hydraulischer kraftverstaerker, insbesondere bremskraftverstaerker fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2303563A1
Application number: DE19732303563
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Burckhardt; Erwin Weller
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1973-01-25
Filing date: 1973-01-25
Publication date: 1974-08-01
Also published as: FR2215546A1; FR2215546B1; IT1008152B; GB1420894A

Description

eingegangen

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9f>63/4

Stuttgart 9. März 1973

Hydraulischer Kraftverstärker, insbesondere Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kraftverstärker, insbesondere einen Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge, wobei ein Stellglied entweder von einem Verstärkerkolben dessen Druckbeaufschlagung mittels eines durch ein Betätigungsglied bewegbaren Steuerventils steuerbar ist - oder direkt vom Betätigungsglied verstellbar ist.

Hydraulische Kraftverstärker sind an sich bekannt. Von einem guten Verstärker wird ein großer Arbeitsbereich sowie eine genaue Proportionalität zwischen der Eingangs- und der Ausgangskraft verlangt. Außerdem soll auf der Primärseite eine möglichst geringe Reibung vorhanden sein, damit man die Betätigungskraft genau abfühlen kann· Dies ist insbesondere dann wesentlich, wenn Kraftverstärker als Bremskraftverstärker bei Kraftfahrzeugen angewendet werden. Hierbei ist es dann noch unbedingt notwendig, daß beim Ausfall der Hilfskraft eine einwandfreie mechanische Betätigung ohne wesentlichen Wegverlust möglich ist.

Die bekannten Kraftverstärker erfüllen die oben angedeuteten Forderungen meist nur unvollkommen. Bei Kraftfahrzeugen werden als Bremskraftverstärker meist noch sogenannte Unterdruckverstärker verwendet, d. h. diese arbeiten mit dem Unterdruck im ■ Ansaugrohr des Motors. Diese Bremskraftverstärker benötigen außerdem noch einen erheblichen Platz wegen der notwendigen relativ großen Kolbenflächen.

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Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und die angegebenen Forderungen zu erfüllen. Es soll also ein hydraulischer Kraftverstärker mit genauer Proportionalität zwischen Eingang und Ausgang, mit möglichst wenig Reibung auf der Primärseite und der Möglichkeit zu einer mechanischen Betätigung beim Ausfall der Hilfskraft vorgeschlagen werden, der einen möglichst geringen Platzbedarf aufweist.

Mach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei den eingangs genannten Kraftverstärkern dadurch gelöst, daß der Kraftverstärker an einen hydraulischen Druckspeicher als Druckmittelquelle angeschlossen ist und daß das Steuerventil im unbetätigten Zustand den Zufluß vom Speicher zum Arbeitsraum des Verstärkerkolbens sperrt und diesen nach Null entlastet, hierzu wird dann weiter noch vorgeschlagen, daß die Bewegung des Steuerkolbens des Steuerventils vom Druck in der Zuflufleitung unabhängig ist.

Auf diese Weise wird zunächst eine sehr platzsparende Anordnung geschaffen, denn der verwendete Hochdruck aus dem Speicher es ist dabei an einen Druckspeicher in der Größenordnung von 150 - 200 atü gedacht - erfordert nur kleine Kolbenflachen. Außerdem spielt dieser Druck für die Bewegung des Steuerkolbens keine Rolle, d.h. die Primärseite ist druckentlastet und gewissermaßen reibungsfrei. Man kann also das Bremspedal außerordentlich feinfühlig bewegen. Auch die genaue Proportionalität zwischen Eingangs- und Ausgangskraft ist gewährleistet. Außerdem wird es durch den Erfindungsvorschlag möglich, den Verstärker in ein Zentral-Hydraulik-System einzubauen, d.h. alle Druckmittelbetätigungen z.B. für Bremse, Servolenkung u.a. Organe von einem gemeinsamen Druckspeicher abzuleiten.

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Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist der Verstärkerkolben als ein Stufenkolben ausgebildet, dessen Ringfläche zur Druckbeaufschlagung dient und dessen Stirnseite mittels eines Stößels mit dem Stellglied verbunden ist. Hierzu wird weiter noch vorgeschlagen, daß der Verstärkerkolben in sich eine Steuerhülse aufnimmt, die zur Aufnähe« der Zuflußventile bzw. des Zuflußventils und eines Steurkolbens zur Steuerung desselben bzw. derselben dient. Dabei kann erfindungsgemäß die Steuerhülse im Verstärkerkolben axial unbeweglich festgelegt sein. Hierfür ist zweckmäßigerweise die Steuerhülse zwischen einem Ansatz des Verstärkerkolbens und einem Deckel fest eingesetzt, auf dem sich dann wiederum ein Druckstift zum Stellglied abstützt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Steuerhülse in einer zentralen Mittelbohrung den Steuerkolben aufnimmt und daß sie mehrere um die Mittelbohrung herum verteilte aehsparallele Bohrungen aufweist, von denen ein erster Teil mit dem Druckmittelzufluß in Verbindung steht, während ein zweiter Teil zur Verbindung zwischen dem Arbeitsraum des Verstärkerkolbens und dem Raum nach dem Zuflufventil bfw. den Zuflußventilen dient. Hierbei wird es zweckmäßig sein, die Bohrungen über den Umfang gleichmäßig zu verteilen, z.B. also insgesamt 6 Bohrungen vorzusehen, von denen 3 den ersten und 3 den zweiten Teil bilden. Die ersteren nehmen dann gewißermaßen die Zuflußventile auf, während die letzteren die Druckmittelverbindung zum Verstärkerkolben herstellen.

Für die Gestaltung der Zuflußventile schlägt die Erfindung vor, daß in jeder zum ersten Teil gehörenden Bohrung auf der dem Betätigungsglied zugewandten Seite ein Ausgleichskolben angeordnet und die Bohrung auf der entgegengesetzten §eite durch eine Ventilkugel verschließbar ist und daß sich alle Ausgleichskolben und alle Ventilkugeln auf je einem gemeJcGamen Wi-derlager abstützen und daß beide Wi-derlap;er am Steuerkolben befestigt sind,

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Auf .diese Weise wird ein vollständiger Kräfteausgleich erzielt, d.h. die Bewegung des Steuerkolbens ist vom Druck im Zufluß d.h. praktisch -vom Speicherdruck völlig unabhängig. Im Grunde genommen wären auch andere Ventilarten denkbar, jedoch sind die vorgeschlagenen Kugelventile mit den Ausgltichskolben hinsichtlich der Fertigung zu bevorzugen. Alle Kugelventile werden übrigens durch eine gemeinsame Schliefkraft beaufschlagt und hierfür schlägt die Erfindung vor, daß zwischen der Steuerhülse und dem die Ausgleichskolben abstützenden Wi-derlager eine Feder für diese Zuflußventile angeordnet ist. Diese Feder wird im allgemeinen eine Schraubenfeder sein.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Steuerkolben eine zentrale Durchgangsbohrung aufweist, die den Raum nach dem Zuflußventil (Arbeitsraum) mit dem Abfluß verbindet und daß die dem Betätigungsglied zugewandte Stirnseite des Steuerkolbens zusammen mit dem Betätigungsglied das Abflußventil bildet. Hierfür kann der Steuerkolben einen ringförmigen Ventilsitz und das Betätigungsglied einen plattenförmigen Verschlußkörper aufweisen. Bei der Bemessung der gegenseitigen Kontaktflächen sollte allerdings berücksichtigt 'werden, daß beim Ausfall des Druckspeichers vom Betätigungsglied die Betätigungskraft über den Steuerkolben auf das Stellglied übertragen werden muß. Dies kann natürlich dann vermieden werden, wenn erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen wird, daß nach Zurücklegen eines bestimmten begrenzten Weges das Betätigungsglied unmittelbar unter Umgehung des Steuerkolbens auf den Verstärkerkolben und damit auf das Stellglied einwirkt.

Und schließlich wird noch vorgeschlagen, daß zwischen dem Betätigungsglied und dem Steuerkolben einerseits sowie dem letzteren und dem Deckel des Verstärkerkolbens andererseits jeweils nur

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ein geringer axialer Abstand vorgesehen ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß beim Ausfall des Druckspeichers in der Betätigung des Stellgliedes kein nennenswerter Wegverlust auftritt. Dies kann auch in derselben Weise bei der vorstehend vorgeschlagenen anderen Lösung sichergestellt werden, wonach das Betätigungsglied unmittelbar auf den Verstärkerkolben einwirken kann.

Einzelheiten der Erfindung zeigt das Ausführungsbeispiel der Zeichnung und zwar zeigen:

Figur 1 einen Bremskraftverstärker im Längsschnitt und Figur 2 einen auszugsweisen Längsschnitt durch denselben Verstärker in einer anderen Ebene.

Nach den Figuren 1 und 2 ist das Gehäuse (10) des Bremskraftverstärkers auf der einen Seite durch einen Deckel (11) und auf der anderen Seite durch einen Deckel (12) abgeschlossen. Auf den Deckel (11) ist eine Dichtmanschette (13) aufgeschoben, die das Betätigungsgestänge abdichtet, welches mit einem kolbenförmigen Betätigungsglied (1Ό einen zentralen Hülsenansatz (15) des Deckels (11) durchsetzt und ihm gegenüber mittels einer Dichtung (16) abgedichtet ist. Auch der Deckel (12) hat einen zentralen Hülsenansatz (17) in welchem das Stellglied d.h. der Kolben (18) des angeflanschten Hauptbremszylinders oder ein entsprechendes Zwischenglied geführt ist. Zweckmäßigerweise wird der Deckel (12) von diesem Hauptbremszylinder selbst gebildet, d.h. also das Gehäuse (10) ist gewißermaßen an den Hauptbremszylinder angeflanscht.

Im Gehäuse (10) ist ein Verstärkerkolben (19) axial verschiebbar angeordnet und gegenüber dem Gehäuse durch die Hochdruckdichtungen (20 und 21) abgedichtet. Der Verstärkerkolben (19)

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ist als ein Stufenkolben ausgebildet, wobei die Ringflache (22) zur Druckbeaufschlapung für die Verstärkung dient. Eine weitere Dichtung (23) dichtet den die Ringfläche (22) aufnehmenden F'ingraurn (24) gegen den Mullanschluß (25) ab. Der DruckanschluiT- (26) der mit dem nicht mehr dargestellten Iiochdruckspeicher verbunden ist, mündet in einen zwischen den beiden Hochdruckdichtungen (20 und 21) liegenden Ringraum (27) von welchem aus eine Querbohrung (28) zu einer Steuerhülse (29) führt, die im Inneren des Verstärkerkolbens axial unbeweglich angeordnet ist. Diese Steuerhülse (29) liegt zwischen einem Ringabsatz (30) und einem Deckel (31), der den.Verstärkerkolben abschließt.· Dieser dient zugleich zur Aufnahme eines Druckstiftes (32) für den Kolben (18) des Hauptbremszylinder s.

In der Steuerhülse (29) ist eine Zentralbohrung (33) vorgesehen, die durch einen Steuerkolben (34) durchsetzt wird. Weiterhin sind in der Steuerhülse (29) achsparallele Durchgangsbohrungen (35) um den Steuerkolben herum angeordnet. Diese sind durch eine oder mehrere Schrägbohrungen und einen entsprechenden Ringraum mit der Querbohrung (28) im Verstärkerkolben, d.h. Also praktisch mit dem Hochdruckanschluß verbunden. In den Längsbohrungen (35) sind auf der dem Betätigungsglied zugewandten Seite Ausgleichskolben (3&) angeordnet, die sich auf ein gemeinsames Wi-derlager (37) am Steuerkolben (34) abstützen. Auf der anderen Seite sind die Bohrungen (35) durch Kugelventile verschlossen, die als Zuflußventile dienen und deren Kugeln (38) sich auf einem gemeinsamen Wi-derlager (39) abstützen, welches ebenfalls am Steuerkolben (34) befestigt ist. Eine Druckfeder (40) zwischen der Steuerhülse (29) und dem Wi-derlager (37) liefert die Vorspannkraft für die Zuflußventile. Im übrigen herrscht Kräfteausgleich, so daß der Druck für die Bewegbarkeit des Steuerkolbens (34) keine Rolle spielt.

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Zwischen den Längsbohrungen (35) sind ebenfalls gleichmäßig verteilt mehrere als Sachbohrunpen ausgeführte L-"ngsbohrungen (41) vorgesehen (s. hierzu Fißur 2), die den zwischen den Zuflußventilen und dem Deckel (31) liefenden Arbeitsraum (42) mit dem Ringraum.(24) am VerstMrkerkolben verbinden.

Der Steuerkolben (34) weist eine durchgehende Zentralbohrung (43) auf, welche den Arbeitsraum (42) mit dem Abflußraum (44) verbindet. Als Abfluftventil dient dabei der Steuerkolben (34), dessen Stirnseite als ein ringförmiger Ventilsitz (45) ausgebildet ist. Der Betätigungskolben (14) hat eine als Ventilverschlußkörper dienende Platte (4 6) an seiner Stirnseite.

In der dargestellten Stellung befindet sich der Bremskraftverstärker in Ruhelage, d.h. das Abflußventil ist offen und die Zuflußventile sind geschlossen. Auf den Kolben des Hauptbremszylinders wird kein Druck ausgeübt. Wird nun vom Bremspedal her der Betätigungskolben (14) mehr oder weniger nach links verschoben, so wird nach einem geringen Leerwep das Abflußventil verschlossen, indem die Platte (46) auf dem Ventilsitz (45) aufsitzt. Bei weiterer Verschiebung v?ird gegen die Feder (40) das Zuflußventil bzw. die Zuflußventile nach Maßgabe der Bewegung des Betatigungskolbens (14) geöffnet. Hierdurch strömt vom Hochdruckanschluß (26) her über Ringraum (27) Querbohrung (28) und die Längsbohrungen (35) sowie die Zuflußventile in den Arbeitsraum (42) Druck ein, der dann durch die Bohrung (41) dem Ringraum (24) am Verstärkerkolben zugeleitet wird. Durch den sich aufbauenden Druck verschiebt "sich der Verstärkerkolben einschließlich Steuerhülse (29) ebenfalls nach links und er betätigt dabei über den Druckstift (32) den Kolben (18) des HauptbremsZylinders. Sobald sich Kräftegleichgewicht einstellt, werden die Zuflußventile wieder geschlossen. Für eine weitere Druckerhöhung ist dann ein weiteres Durchdrücken des Bremspedals notwendig.

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Beim Loslassen des Bremspedals wird das Abflußventil ge öffnet und durch die Feder (40) die Zuflußventile sofort geschlossen. Dadurch kann der Arbeitfiraum (42) und der Ringraum (24) druckentlastet werden. Der Verstärkerkolben (19) kehrt auf diese Weise infolge der mehrfach vorhandenen Federkräfte in seine dargestellte Ausgangslage zurück.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9563A

Stuttgart 2^.1.1973

Ansprüche

Hydraulischer Kraftverstärker, insbesondere Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge, wobei ein Stellglied entweder von einem Verstärkerkolben - dessen Druckbeaufschlagung mittels eines durch ein Betätigungsglied bewegbaren Steuerventils steuerbar ist - oder direkt vom Betätigungsglied verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftverstärker an einen hydraulischen Druckspeicher als Druckmittelquelle angeschlossen ist und da/⁵· das Steuerventil im unbetätigten Zustand den ZufluP vom Speicher zum Arbeitsraum des Verstärkerkolbens sperrt und diesen nach Null entlastet.
2. Kraftverstärker nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Steuerkolbens (34) des Steuerventils vom Druck in der Zuflußleitung (26) unabhängig ist.
3. Kraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerkolben (19) als ein Stufenkolben ausgebildet ist, dessen Ringfläche (24) zur Druckbeaufschlagung dient und dessen Stirnseite mittels eines Stößels (32) mit dem Stellglied (Kolben 18 des Hauptbremszylinders) verbunden ist.
4. Kraftverstärker nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dai? der VerstMrkerkolben (19) in sich eine Steuerhülse (29) auf-

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nimmt, die zur Aufnahme der'Zuflußventile und eines Steuerkolbens (34) zur Steuerung derselben dient.
5. Kraftverstärker nach Anspruch 4 dadurch Gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (29) irr Verstärkerkolber. (19) axial unbeweglich festgelegt ist.
6. Kraftverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (29) in einer zentralen Mittelbohrung (33) den Steuerkolben (34) aufnimmt und dai³. sie mehrere um die Mittelbohrung (33) herum verteilte achsparallele Bohrungen (35, 41) aufweist, von denen ein erster Teil (35) mit den. Druckmittelzufluß (26) in Verbindung steht, während ein zweiter Teil (41) zur Verbindung zwischen dem Ringraum (24) des Verstärkerkolbens (19) und dem Arbeitsraum (42) nach den ZufIuPventilen dient.
7. Kraftverstärker nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß in jeder zum ersten Teil gehörenden Bohrung (35) auf der dem Betätigungsglied (14) zugewandten Seite ein Ausgleichskolben (36) angeordnet und die Bohrung auf der entgegengesetzten Seite durch eine Ventilkugel (38) verschließbar ist und daP sich alle Ausgleichskolben (36) und alle Ventilkugeln (38) auf je' eineir gemeinsamen widerlager (37) und (39) abstützen und daß beide V.'i-der-

.lager (37 und 35) am Steuerkolben (34) befestigt sind.
8. Kraftverstärker nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerhülse (29) und dem die Ausgleichskolben (36) abstützenden I-.'i-der lager (37) eine Feder (40) für die Zuflußventile angeordnet ist.
9. Kraftverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, daP der Steuerkolben (34) eine zen-

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trale Durchgangsbohrung ί·»3) aufweist, die den Arbeitsraum (U2) mit dem AbfluB verbindet und daß die dem Betätigungsglied (11) zugewandte Stirnseite des Steuerkolbens (34) zusammen mit dem Betätigungsglied (14) das Abflußventil bildet.
10. Kraftverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem BetMtigungsglied (I¹O und den Steuerkolben (3Ό einerseits sowie dem letzteren und dem Deckel (31) des Verstärkerkolbens (19) andererseits jeweils nur ein geringer axialer Abstand vorgesehen ist.

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