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Für eine Fremdkraftbremsanlage in Kraftfahrzeugen bestimmtes Bremsventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein für eine Fremdkraftbremsanlage in Kraftfahrzeugen
bestimmtes Bremsventil mit einem eine Druckmittelzufuhr in einen Drucknittelraum
wegabhängig steuernden, mit einem Bremspedalstößel verbundenen Steuerkolben, wobei
der 3remspedalstößel in Pedalrichtung vom Bremsdruck beaufschlagbar ist und mit
einem zwischen dem Steuerkolben und dem Bremspedalstößel vorgesehenen Wegsimulator.
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win solches Bremsventil ist durch die DT-PS 1 206 323 bekannt.
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Bei Betriebsbremsen von Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, daß über
das Bremspedal die Wirkung der Bremse "gefühlt" werden kann. Anderenfalls ist eine
genaue Dosierung der Bremskraft in Abhängigkeit vom Straßenzustand und damit von
der Haftung der gebremsten Räder nicht möglich.
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Zunehmende Bremskraft wird aus einer zunehmenden Gegenkraft am Bremspedal
und aus dem zur Bremsbetätigung zurückgelegten Bremspedalweg geschlossen. Bei den
derzeit bei Personenkraftwagen am meisten verbreiteten einfachen hydraulischen Bremssystemen
ist die Fußkraft direkt proportional dem erzeugten Bremsdruck. Der Bremspedalweg
ergibt
sich zunächst aus dem Lüftspiel der Bremsen, dann in erster
Linie aus elastischen Verformungen im Bremssystem. Er ist somit auch von der FuSkraft
abhängig.
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Schwere Fahrzeuge können nicht mehr durch FuSkraft ausreichend stark
abgebremst werden. Solche Fahrzeuge erhalten eine Rilfs- oder Fremdkraftbremsanlage.
Hierbei betätigt der Fahrzeugführer mit dem Fuß nur noch ein Bremsventil, über das
den Bremsen Druckmittel aus einem Druckspeicher zugeführt wird. Der gegenwärtige
Entwicklungstrend geht dahin, immer leichtere Fahrzeuge mit Hilfs- oder Fremdkraftbremsanlagen
auszustatten, um die für den Fahrer erforderliche Arbeit des Bremsens zu verringern.
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Bremsventile für Fremdkraftbremsanlagen sind in ihrer einfachsten
Form so gestaltet, daß weder ein nennenswerter Pedalweg eintritt, noch der erzeugte
Bremsdruck fühlbar ist. Hierzu müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden.
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Die DT-PS 1 266 323 zeigt ein Bremsventil für Fremdkraftbremsanlagen,
dessen die Druckmittelzufuhr steuerndes Schließglied hydraulisch über einen fußpedalbetätigten
Kolben betätigbar ist. Der im Bremssystem herrschende Druck wirkt auch auf den genannten
Kolben, so daß am Fußpedal immer eine dem Bremsdruck entsprechende Gegenkraft vorhanden
ist.
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Um auch nach Beginnen der Druckmittelzufuhr aus einem Druckmittelspeicher
einen mit zunehmendem Bremsdruck zunehmenden Pedalweg zu ermöglichen, ist bei diesem
bekannten Bremsventil ein Wegsizirtilator vorgesehen. Dieser besteht aus zwei starken
Federn, gegen die sich ein Dremszylinder unter Vergrößerung des hydraulischen Volumens
im Bremsventil bewegen kann.
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Ein entscheidender Nachteil des bekannten Bremsventils liegt - abgesehen
von seinem komplizierten Aufbau - darin, daß die Pedalwege unzulässig
groß
sind. Ein großer Pedalweg geht schon allein für das Anlegen der Bremsen, also zur
tjberwindung des Lüftspiels, verloren. Ist die Fremdkraft ausgefallen, so muß anschließend
mittels des Bremspedals auch noch das gesamte Volumen verschoben werden, welches
der Wegsimu lator mit ansteigendem Druck zusätzlich freigibt. Das erfordert Pedalwege,
die in Kraftfahrzeugen nicht mehr zulässig und erreichbar sind.
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Durch die DT-OS 2 045 803 ist ein Bremsventil bekannt, bei dem zwei
Eauptzylinderkolben ausschließlich durch Fremdkraft bewegt werden. Das die Eauptzylinderkolben
beaufschlagende Druckmittel erzeugt gleichzeitig am Bremspedal eine Gegenkraft,
so daß der Fahrer ein Gefühl für den erzeugten Bremsdruck erhält. Der Nachteil dieses
bekannten Bremsventilæ liegt darin, daß praktisch kein Pedalweg mehr vorhanden ist
und dadurch das Gefühl - für die Bremsung nur noch aus der Gegenkraft in unvollkommenem
MaBe gewonnen werden kann.
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Es wurde schon vorgeschlagen, bei einem Bremsventil mit einem eine
Gegenkraft am Bremspedal erzeugenden Kolben zwischen diesem Kolben und dem Steuerkolben
zwei Druckfedern als Wegsimulator anzuordnen. Dadurch kann der Gegedruckkolben und
damit das Bremspedal einen größeren Wegzurücklegen als der Steuerkolben. Die Nachteile
dieses vorgeschlagenen Steuerventils liegen darin, daß der Simulator wegen seiner
starken Federn großvolumig und teuer wird und daß bei Ausfall der Fremdenergie der
erforderliche Pedalweg zu groß wird, da dabei schon Pedalweg zum Verschieben eines
Steuerkolbens im ausgefallenen Bremskreis auf Anschlag erforderlich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerven-;til
der eingangs genannten Art für eine zweikreisige Bremsanlage zu schaffen, bei dem
der Bremsdruck in Abhängigkeit von der Pedalkraft und dem Pedalweg steht und bei
dem sich bei Ausfall eines Bremskreises der Pedalweg nicht unzulässig erhöht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckmittelraum
mit einem ersten- Bremskreis unmittelbar verbunden und durch eine bremspedalstößelseitige
Stirnfläche eines Hauptsylinderkolbens begrenzt ist, vor dessen anderer Stirnfläche
ein mit einem zweiten Bremskreis verbundener Hauptzylinderraum gebildet ist und
daß über axial verschiebbare Bauteile eine starre Verbindung zwischen dem Bremspedalstößel
und dem Rauptzylinderkolben besteht, solange keine Druckmittelzufuhr erfolgt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die starre Verbindung
aus einem gabelförmigen Endstück des Bremspedalstößels, zwei axial verschiebbaren
Stößeln und einem gegen den Rauptzylinderkolben anliegenden Ausgleichsstück.
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Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung ist bei Ausfall der Fremdkraft
der Hauptzylinderkolben über das topfförmige Endstück des Bremspedalstößels, den
axial verschiebbaren Stößeln und dem Ausgleichs stück ohne Wegverlust betätigbar.
Der Wegsimulator vergrößert den Pedalweg nicht, da in diesem Fall über ihn keine
Kräfte übertragen werden müssen. Dieses Merkmal des erfindungsgemäßen Bremsventils
macht es möglich, den Hauptzylinderkolben optimal zur Betätigung bei ausgefallener
Bremskraft auszulegen. Dadurch daß der Druck des einen Bremskreises unmitteilbar
auf einen Rauptzylinderkolben wirkt, der den anderen Bremskreis beaufschlagt, tritt
zwischen beiden Bremskreisen nur eine sehr geringe Druckdifferenz auf. Dadurch kann
das erfindungsgemäße Bremsventil gut für Bremsanlagen mit DiagonalkreisauSteilung
verwendet werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin,
daß der Steuerkolben zu den beiden Drucksittelräumen hin gleichen Durchmesser und
eine mit einem drucklosen Behälter in Verbindung stehende, bremspedalstößelseitig
offene Sackbohrung hat, in der dichtend ein Simulatorkolben vorgesehen ist, der
mit einem Stößel an den Bremspedalstößel
befestigt ist und daß
als Wegsimulator eine oder mehrere Druckfedern unmittelbar zwischen dem Steuerkolben
und dem Bremspedalstößel vorgesehen sind. Dadurch daß der Wegsimulator nicht mehr
die Kraft vom Bremspedalstößel auf den Hauptzylinderkolben übertragen muß, wenn
die Premdkraft ausgefallen ist, kann eine sehr schwache Simulatorfeder verwendet
werden. Die Simulatorfeder muß nur der Kraft widerstehen, die durch den auf den
Simulatorkolben wirkenden Druck erzeugt wird. Statt der Anordnung eines Simulatorkolbens
im Steuerkolben kann der Steuerkolben selbst als Stufenkolben mit unterschiedlichen
Wirkflächen ausgebildet sein, so daß er durch Druckbeaufschlagung mit geringer Kraft
in Richtung auf den Bremspedalstößel vorgespannt ist.
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Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt auch darin,
daß man hinsichtlich der Wirkfläche des Bremspedalstößels 11 unabhängig von anderen
Wirkflächen des Bremsventils ins$. Man kann daher die Wirkfläche dieses Bremspedalstößels
so auslegen, daß bei Bremsbetätigung eine optimale Gegenkraft erzeugt wird.
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Vorteilhaft ist es auch, daß infolge des Simulators das Ausgleichsstück
sich etwas in Richtung des durch Fremdenergie bewegten Rauptzy linderkolbens verschiebt.
Dadurch wird bei Ausfall der Fremdenergie während des Bremsens kein aus Sicherheitsgründen
zu großer Pedalhub erforderlich, um weiterhin einen hohen Bremsdruck aufrechtzuerhalten.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch ein
erfindungsgemäß gestaltetes Bremsventil Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Detail
des erfindungsgemäßen Bremsventils im Bereich des Steuerkolbens.
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Die Figur 1 zeigt ein Bremsventil 1, über das durch Fremdkraft aus
einem Druckspeicher 2 unabhängig voneinander Bremskreise 3 und 4 eines Hinterachsbremskreises
5 und Bremsen 6 und 7 eines Vorderachsbremskreises 8 mit Druckmittel beaufschlagbar
sind. Zur Betätigung des Bremsventils 1 dient ein Bremspedal 9, welches über ein
Gestänge 10 mit einem Bremspedalstößel 11 verbunden ist. Das Bremsventil 1 hat ein
Gehäuse 12 gegenüber dem der Bremspedalstößel 11 mittels einer Dichtung 13 abgedichtet
ist.
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Der Druckspeicher 2 ist über einen Anschluß 14 mit dem Gehäuse 12
des Bremsventils 1 verbunden. Innerhalb des Gehäuses 12 führt ein Druckmittelkanal
15 vom Anschluß 14 in eine Ringnut 16. Diese ist über eine radiale Bohrung 17 einer
Buchse 18 mit einer Steuernut 19 in Verbindung. Zwischen dem Druckmittelkanal 15
und dem Anschluß 14 ist ein in Richtung des Druckmittelkanals 15 schließendes Rückschlagventil
20 vor gesehen. Zum Öffnen des Ventils dient-ein Ventilstößel 21, der mittels einer
Rampe 22 am Bremspedalstößel 11 axial verschiebbar ist.
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Das Gehäuse 12'des Bremsventils 1 hat weiterhin einen Anschluß 23,
der mit einem drucklosen Behälter 24 in Verbindung steht; Von diesem Anschluß 23
besteht über eine Bohrung 25, einem Ringraum 26 und einer Bohrung 27 eine Verbindung
zu einer zweiten Steuernut 28 in der Buchse 18. Innerhalb der Buchse 18 ist axial
beweglich ein Steuerkolben 29 vorgesehen, der Steuernuten 30 und 31 hat. Dabei sind
der gegenseitige Abstand und die Breite der Steuernuten 30 und 31 so bemessen, daß
in einer Ruhestellung des Steuerkolbens 29 ein Druckmittelraum 32 auf der dem Bremspedal
9 abgewandten Seite des Steuerschiebers 29 über die Steuernut 31, die Steuernut
28, der Bohrung 27, dem Ringraum 26, der Bohrung 25 und dem Anschluß 23 mit dem
Behälter 24 in Verbindung steht.
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Der Steuerkolben 29 ist mittels eines Wegsimulators 33 mit dem Bremspedalstößel
11 verbunden. Dieser Wegsimulator 33 besteht aus einem
Simulatorkolben
34, der innerhalb einer bremspedalseitig offenen Sackbohrung 35 im Steuerkolben
29 dichtend axial beweglich angeordnet ist.
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Dabei ist die Sackbohrung 35 durch eine Querbohrung 36 über die Steuernut
28 mit dem Behälter 24 verbunden. Der Simulatorkolben 34 hat einen am Bremspedalstößel
11 befestigten Stößel 58 . Diese Befestigung erfolgt mittels eines Federtellers
37 am Bremspedalstößel 11. Druckfedern 36 des Simulators 33 stützen sich einerseits
am Steuerkolben 29, andererseits am Federteller 37 ab.
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In den Druckmittelraum 32 ragt mit einer bremspedalstößelseitigen
Stirnfläche 38 ein Hauptzylinderkolben 39. Bei Druckbeaufschlagung der Stirnfläche
38 verdrängt dieser Hauptzylinderkolben 39 mit einer anderen Stirnfläche 40 Druckmittel
aus einem Rauptzylinderraum 41 in den Vorderachsbremskreis 8.
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Im Bereich des Hauptzylinderkolbens 39 ist im Gehäuse 12 des Bremsventils
1 ein Warnschalter 42 vorgesehen, der so gestaltet ist, daß in der zweiten Hälfte
des maximal möglichen Hubes des Hauptzylinderkolbens 39 ein Stromkreis geschlossen
wird. Hierzu dient beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Auflauframpe 43 am
Hauptzylinderkolben 39 und ein Schaltstift 44 am Warnschalter 42. Auf der dem Bremspedal
9 zugewandten Seite des Steuerkolbens 29 ist ein Druckmittelraum 45 vorgesehen,
der über einen Kanal 46 im Gehäuse 12 des Bremsventils 1 ständig mit dem Druckmittelraum
32 in Verbindung steht.
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Um bei Ausfall des Druckspeichers 2 den Vorderachsbremskreis funktionstüchtig
zu erhalten, hat der Bremspedalstößel 11 ein topfförmiges Endstück 47, welches gegen
zwei in der Buchse 18 axial verschiebbare Stößel 48 und 49 anliegt. Die Stößel 48
und 49 liegen ihrerseits gegen ein Ausgleichs stück 50 im Druckraum 32 an, welches
die bremspedalstößelseitige Stirnfläche 38 des Hauptzylinderkolbens 39 berührt.
Durch Rückstellfedern 51 und 52 werden die genannten Bauteile in gegenseitiger Anlage
gehalten, solange keine Druckbeaufschlagung aus dem Druckspeicher 2 erfolgt.
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Um ein Übersteuern des Steuerkolbens 29 auszuschließen, hat dieser
einen Anschlag 53. Dieser Anschlag macht es erforderlich, daß auch die Buchse 18
axial verschiebbar im Bremsventil 1 angeordnet ist, was in der sich anschließenden
Funktionsbeschreibung begründet wird. Während des normalen Betriebs wird diese Buchse
18 aber entweder durch federnde Mittel oder durch eine im Druckmittelraum 32 größere
Beaufschlagungsfläche als im Druckmittelraum 45 gegen einen bremspedalseitigen Anschlag
54 des Gehäuses 12 des Bremsventils 1 gehalten.
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Zur Beschreibung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bremsventils
wird zunächst davon ausgegangen, daß im Speicher 2 Fremdkraft vorhanden ist und
beide Bremskreise funktionstüchtig sind.
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Bei Betätigung des Bremspedals 9 bewegt sich der Bremspedalstößel
11 in das Bremsventil 1 hinein. Dabei wird zunächst der Ventilstößel 21 durch die
Wirkung der Rampe 22 nach oben verschoben, so daß das Rückschlagventil 20 öffnet
und Druckmittel aus dem Druckspeicher 2 über den Drucknittelkanal 15 in die Steuernut
19 gelangt.
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Durch die Betätigung des Bremspedals 9 bewegt sich ebenfalls der Steuerkolben
29 in der Zeichnung gesehen nach rechts. Über das Endstück 47, den Stößeln48, 49
und dem Ausgleichsstück 50 wird weiterhin der Hauptzylinderkölben 39 verschoeben.
Die Buchse 18 verbleibt in ihrer in der Zeichnung dargestellten Stellung, da ihre
Reibung im Gehäuse 12 des Bremsventils 1 erheblich größer ist als die Reibung des
Steuerkolbens 29 in der Buchse 18. Wie bereits angeführt, können aber auch zue sätzlich
federnde Mittel vorgeshen sein, die die Buchse gegen ihren Anschlag 54 halten.
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Durch die Bewegung des Steuerkolbens 29 relativ zur Buchse 18 gelangt
die Steuernut 30 in den Bereich der Steuernut 19. Dadurch kann Druckmittel aus dem
Druckspeicher 2 in den Druckmittelraum 45 und von dort
über den
Kanal 46 in den Druckmittelraum 32 gelangen. Dieses Druckmittel beaufschlagt im
Druckmittelraum 32 die Stirnfläche 51 des Hauptzylinderkolbens 39, so daß sich dieser
von dem Ausgleichs stück 50 fortbewegt und im Hauptzylinderraum 41 einen Druck erzeugt
und der Vorderachsbremskreis 8 druckbeaufschlagt wird. Da der Druckmittelraum 32
unmittelbar mit dem Hinterachsbremskreis 5 in Verbindung steht, wird auch dieser
Bremskreis mit-Druck beaufschlagt.
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Im Druckmittelraum 45 wirkt das eingeströmte Druckmittel auf die Flache
des Bremspedalstößels 11, welche zwischen der Dichtung 13 vorhanden ist. Dadurch
spürt der Fahrer am Bremspedal 9 eine dem Bremsdruck entsprechende Kraft.
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Die Steuernut 31 ist so angeordnet, daß vor dem Einströmen des Druckmittels
aus der Steuernut 19 in den Druckraum 45 die Verbindung vom Druckmittelrauin 32
über die Steuernut 28 in den Behälter 24 verschlossen ist, eine-Verbindung der Sackbohrung
35 über die Querbohrung 36 der Steuernut 28 der Bohrung 27 dem Ringraum 26, der
Bohrung 25 und dem Anschluß 23 zum Behälter 24 aber stets erhalten bleibt. Dadurch
wirkt im Druckmittelraum 45 eine Druckkraft auf den Simulatorkolben 34, so daß dieser
bei weiterer Pedalbetätigung gegendie Kraft der Druckfeder 36 in die Sackbohrung
35 hineinwandert. Der Steuerkolben 29 hat hingegen infolge der Wirkung des Simulatorkolbens
34 und der Federn 36 die Tendenz, sich in Richtung auf den Bremse dalstößel 11 zu
verschieben, so daß die Steuernut 30 wieder von der Steuernut 19 zurückgefahren
wird und eine Druckmittelzufuhr in den Druckmittelraum 45 abgeschlossen ist. Auf
diese Weise muß der Bremspedalstößel 11 zur Betätigung des Steuerkolbens 29 mit
zunehmendem Druck im Bremsventil 1 auch einen zunehmenden Weg zurücklegen.
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Kommt es zu einem Ausfall der Fremdkraft im Druckspeicher 2, so wird
zunächst der Hauptzylinderkolben 39 über das topfförmige Ende 47,
den
axial verschiebbaren Stößeln 48 und 49 und dem Äusgleichsstück 50 verschoben. Sobald
der Steuerkolben 29 mit seinem Anschlag 53 gegen die Buchse 18 anliegt, wird bei
weiterer Bremsbetätigung die Buchse-18 zusammen mit den Stößeln 48 und 49 verschoben.
Eine Betätgung des Eauptzylinderkolbens 39 ist damit ohne jeden Wegverlust möglich.
Auch braucht nicht die Kraft der Simulatorfeder überwunden werden.
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Versagt der an den Hauptzylinderraum 41 angeschlossene Vorderbremskreis
8, so bewegt sich bei Bremsbetätigung durch die Druckmittelzufuhr aus dem Druckspeicher
2 der Haupisylinderkolben 39 bis auf Anschlag. Ein vergrößerter Pedalweg ist hierzu
nicht erforderlich, da das zur Verschiebung des Hauptzylinderkolbens 39 erforderliche
Volumen aus dem Druckspeicher 2 entnommen wird.- Da der Fahrer aus diesem Grunde
nicht feststellen kann, wie groß der beim Bremsen auftretende Hub des Hauptzylinderkolbens
39 ist, ist der Warnschalter 42 im Gehäuse 12 des Bremsventils so angeordnet, daß
er in der zweiten Hälfte des maximal möglichen Hubs ein Warnsignal abgibt. Dadurch
werden dem Fahrer etwaige Lufteinschlüsse oder eine Dampfblasenbildung im Bremssystem
angezeigt. Auch kann auf einen Differensdruckwarnschalter verzichtet werden, wenn
zusätzlich zu diesem Schalter noch eine Anzeigevorrichtung für den Speicherdruck
vorgesehen wird.
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Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem nach Figur 1 dadurch, daß der Steuerkolben im Druckmittelraum 32 eine Beaufschlagungsfläche
56 hat, die größer ist als seine Beaufschlagungsf lache 57 im Druckmittelraum 45.
Das hat zur Folge, daß der Steuerkolben 29 bei Druckbeaufschlagung der Druckmittelräume
45 und 32 die Tendenz hat, sich in Richtung auf den Bremspedalstößel 11 zu bewegen.
Dadurch kann auf den beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 erforderlichen Simulatorkolben
34 verzichtet werden.