DE2558338B2 - Hydraulischer Kraftverstärker für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Kraftverstärker für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit einem in einem Arbeitszylinder verschiebbaren Verstärkerkolben, der auf seiner einen Seite mit einem Hauptzylinderkolben kraftschlüssig verbunden ist und mit seiner anderen Seite eine Verstärkerkammer begrenzt, und mit einem an die Verstärkerkammer anschließenden Steuerzylinder, in dem ein stirnseitig mit dem Arbeitskammerdruck beaufschlagter Steuerkolben verschiebbar angeordnet ist und in dessen Wand axial gegeneinander versetzt ein mit einer Hochdruckquelle verbundener Anschluß und ein mit einem Vorratsbehälter verbundener Anschluß mündet, wobei der Steuerkolben eine Umfangsnut aufweist, die bei einer Axialverschiebung des Steuerkolbens wahlweise mit einem der beiden Anschlüsse verbindbar ist und die mit einem im Steuerkolben vorgesehenen, zur Verstärkerkammer führenden Kanal verbunden ist

Ein derartiger Kraftverstärker gehört zum betriebsinternen Stand der Technik der Anmelderin. Er ist insofern vorteilhaft, als der Ventilmechanismus einfach ausgebildet ist und daß bei einem Bruch in der Öldruckförderleitung der im Arbeitszylinder gleitbare Arbeitskolben mechanisch direkt durch den Fahrer betätigt werden kann. Bei einem Ausfall der Hochdruckquelle ist jedoch der Weg des Bremspedals, der zum Bremsen des Fahrzeuges erforderlich ist, notwendigerweise größer als im Falle einer herkömmlichen Bremsanlage, die nicht mit irgendeinem Bremskraftverstärker ausgerüstet ist, und wesentlich größer als der sehr begrenzte Pedalweg, der gerade so groß ist, wie zur Betätigung des Ventilmechanismus notwendig ist Bei einem Ausfall der Hochdruckquells ist somit der Fahrer nicht in der Lage, die Bremsanlage in der gewohnten Weis«; zu betätigen.

Es ist auch ein Kraftverstärker für eine hydraulische Zweilu-eisbremsanlage bekannt (DE-OS 23 12 641), bei dem der Pedal weg bei Ausfall der Hydraulik eines

ι» Bremskreises nicht unzulässig vergrößert wird. Wenn die Hydraulikanlage ordnungsgemäß arbeitet, wird die Pedalkraft über eine zwischen einem kraftschlüssig mit dem Pedal verbundenen Bremsstößel und einem Steuerkolben eingespannte Feder auf den Steuerkolben übertragen.

Bei Ausfall der Hydraulik wird die Pedalkraft vom Bremspedal über einen Bremsstößel mit topfförmigem Endstück, zwei parallel zur Ventilachse angeordneten axial verschiebbaren Stößeln und ein gegen den Hauptzylinderkolben anliegendes Ausgleichsstück, an dem die Stößel mit ihrem anderen Ende angreifen, auf den Hauptzylinderkolben übertragen. Durch die Form des Endstücks, die Anordnung von mehreren Stößeln, die in Bohrungen einer besonderen Buchse geführt sind, und das Ausgleichsstück ist diese Anordnung kompliziert und in der Herstellung arbeitsaufwendig und damit kostspielig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Kraftverstärker der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß bei Ausfall der

Druckquelle kein größerer Bremswegverlust eintritt,

ferner soll er einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

folgende Merkmalskombination gelöst:

a) im Steuerkolben ist koaxial ein kraftschlüssig mit dem Bremspedal verbundener Betätigungskolben verschiebbar geführt;

b) eine aim Betätigungskolben vorgesehene Kolbenstange erstreckt sich durch den Steuerkolben hindurch in die Verstärkerkammer hinein, wobei das Ende der Kolbenstange dem Verstärkerkolben gegenüberliegt und an diesen in Anlage bringbar ist;

c) die Pedalkraft ist über eine sich einerseits am Steueikolbcn und andererseits am Betätigungskolben abstützende Feder auf den Steuerkolben übertragbar.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftverstärker wird bei Ausfall der Druck der Betätigungskolben und dessen Kolbenstange durch die Pedalkraft verschoben,, so daß die Spitze der Kolbenstange am Verstärkerkolben zur Anlage kommt Diese Vorschubbewegung iüt nur unwesentlich größer als die Vorschubbewegung bei intakter Hydraulikanlage, d.h. der Pedalweg ist mit oder ohne Funktion der Hydraulik nahezu gleich. Dem Fahrer wird in beiden Fällen das gleiche Gefühl für die Bremswirkung vermittelt Der Aufbau ist hierbei einfach und kostengünstig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftverstärker in einer schematisch angedeuteten Bremsanlage. In der Zeichnung ist mit 1 ein herkömmlicher Hauptbremszylinder bezeichnet, in welchem ein Arbeitskolben 2 gleitbar ist Der Hauptbremszylinder 1 ist mit den e !hydraulischen Zylindern der jeweiligen Radbremse!! (nicht gezeigt) verbunden. Mit dem

hinteren Ende des Hauptbremszylinders 1 ist ein ölhydraulischer Arbeitszylinder 3 verbunden, der eine zylindrische Bohrung 4 aufweist, in welcher ein Verstärkerkolben 5 gleitbar ist, der die Aufgabe hat, den Arbeitskolben 2 im Hauptbremszylinder 1 axial vorwärts zu bewegen. Mit 6 ist eine Schraubendruckfeder bezeichnet, die in der Bohrung 4 angeordnet ist und dazu dient, den Verstärkerkoiben 5 in seine dargestellte normale Stellung zurückzuführen. Ein sich an den Arbeitszylinder 3 anschließender Steuerzylinder 7 hat eine zylindrische Bohrung 8, deren Durchmesser kleiner als derjenige der Bohrung 4 des Arbeitszyiinders 3 ist, und ist axial am hinteren Ende des Arbeitszylinders 3 befestigt, um eine kombinierte Arbeits- und Steuerzylinderanordnung zu bilden. Mit 9 ist ein Steuerkolben bezeichnet, der in der Bohrung 8 des Steuerzylinders 3 gleitbar ist, und 10 bezeichnet eine Schraubendruckfeder, die sich in der Zylinderbohrung 8 befindet und an ihren entgegengesetzten Enden gegen den Verstärkerkolben 5 und den Steuerkolben 9 abstützt, um den letzteren in seine dargestellte Normalstellung zurückzuführen. Die Rückstellfeder 10 hat eine geringere Federsteifigkeit als die Rückstellfeder 6 für den Verstärkerkolben 5 hat In der Wand der Zylinderbohrung 8 an deren hinterem Ende sitzt ein Sprengring 11, um die axiale Rückwärtsbewegung des Steuerkolbens 9 zu begrenzen.

Durch die Umfangswand des Steuerzylinders 7 erstreckt sich ein Hochdruckölkanal 12 und ein Niederdruckölkanal 13 an Stellen, die sich axial voneinander in Abstand befinden. Andererseits ist der im Steuerzylinder 7 gleitbare Steuerkolben 9 mit einer Umfangsnut 14 an seinem Außenumfang versehen. Die Umfangsnut 14 wird ständig in Strömungsverbindung mit einer Verstärkerkammer 15 gehalten, die in der kombinierten Arbeits- und Steuerzylinderanordnung 3, 7 zwischen dem Verstärkerkolben 5 und dem Steuerkolben 9 begrenzt vird, welche Strömungsverbindung durch mindestens einen radialen ölkanal in der Wand des Steuerzylinders 7 gebildet wird, und an den entgegengesetzten Enden in die Umfangsnut 14 und in die Verstärkerkammer 15 mündet. Die Umfangsnut 14 wird in Strömungsverbindung mit dem Hochdruckölkanal 12 bzw. mit dem Niederdruckölkanal 13 gebracht, wenn der Steuerkolben 9 axial vorwärts- bzw. rückwärtsbewegt wird. Wie gezeigt, ist der Hochdruckölkanal 12 mit der Förderseite einer ölpumpe 17 über eine Hochdruckölförderleitung 16 verbunden, während der Niederdruckölkanal 13 mit einem Vorratsbehälter

19 durch eine Niederdruckölleitung 18 verbunden ist. Mit der Hochdruckölleitung 16 ist ein Öldruckspeicher

20 verbunden, wobei ein Rückschlagventil 21 in der Leitung 16 zwischen Pumpe 17 und Speicher 20 angeordnet ist. Die ölpumpe 17 steht so in Antriebsverbindung mit dem Motor des Fahrzeuges, daß sie mit der Drehzahl der Motorwelle angetrieben wird. Der Speicher 20 hat ein Gesamtgehäuse 22 und eine in diesem so angeordnete Membran, daß der Innenraum des Gehäuses 22 in eine obere Gaskammer 25 und in eine untere ölkammer 24 unterteilt wird, weiche mit der Hochdruckölleitung 16 verbunden ist Die Kammer 25 ist mit Stickstoffgas unter hohem Druck gefüllt, so daß sie als gasförmige Feder dienen kann.

Wie dargestellt, hat der Steuerkolben 9 die Form einer zylindrischen Büchse mit einer axialen Bohrung, die an den entgegengesetzten Enden offen ist, welche Büchse mit einer Trennwand in der Bohrung geformt ist, die sich zwischen ihren Enden befindet und mit einer axialen öffnung versehen ist und dem nachfolgend beschriebenen Zweck dient

In der Bohrung des Steuerkolbens 9 ist ein Betätiigungskolben 26 gleitbar, an den eine Kolbenstange 26a angeformt ist, welche sich vom Kolben axial nach vorne durch die mit einer öffnung versehene Trennwand in die Verstärkerkammer 15 ausgefluchtet und gegenüberliegend dem Antriebskolben 5 des Arbeitszylinders 3 erstreckt Wie gezeigt, ist die Kolbenstange 26a

ίο min der Trennwand des Steuerkolbens, beispielsweise durch einen O-Ring, abgedichtet Zwischen dem Betätigungskolben 26 und der ringförmigen Gegenfläche der Trennwand des Steuerkolbens 9 ist eine vorgespannte Schraubenfeder 27 angeordnet Die Feder 27 ist nur leicht vorbelastet, hat jedoch eine verhältnismäßig,-hohe Federsteifigkeit, so daß der Betätigungskolbem 26 normalerweise in seiner zurückgezogenen Stellung gehalten wird, welche durch den vorangehend beschriebenen Sprengring 11 wie im Falle des Steuerkolbens 9 bestimmt wird. Im normalen, nicht betätigten Zustand befindet sich das vordere Ende der Kolbenstange 26a des Betätigungskolbens 26 im axialen Abstand von dem Verstärkerkolben 5, wobei dieser Abstand gerade ausreicht, daß die Kolbenstange 26a auch dann nicht in Anlage an den Verstärkerkolben 5 gelangt, wenn beim normalen Betrieb der Bremsanlage der Betätigungskolben 26 über die Feder 27 den Sttuerkolben 9 verschiebt Wie gezeigt, ist der Belätigungskolben 26 durch ein Glied 30 kraftschlüssig mit einem Bremspedal 29 verbunden, das am Fahrzeugaufbau 28 gelenkig befestigt ist

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des vorangehend beschriebenen Kraftverstärkers erläutert, die in der Zeichnung in ihrem normalen unbetätigten Zustand dargestellt ist.

Wie gezeigt, befinden sich der Verstärkerkolben 5, der Steuerkolben 9 und der Betätigungskolben 26 alle in ihren zurückgezogenen Stellungen, so daß die Verstärkerkammer 15 unter niedrigem Druck gehalten wird, welche in Strömungsverbindung mit der Nisderdruckölleitung 18 über die Umfangsnut 14 im Steuerkolben 9 und den Niederdruckkanal 13 in der Wand des Steuerzylinders 7 steht Unter diesen Bedingungen arbeitet die ölpumpe 17, solange der Motor in Betrieb ist, um Drucköl in die Hochdruckölleitung 16 zu fördern, so daß Drucköl im Speicher 20 gespeichert wird und zum Hochdruckölkanal 12 des Steuerzylinders 7 geleitet wird.

Wenn nun der Fahrer das Bremspedal 29 drückt um den Betätigungskolben 26 vorwärts zu bewegen, so wird zuerst die Feder 27 sofort zusätzlich zu der Kraft des Steuerkolbens 9 axial vorwärts entgegen der Elastizität der Rückstellfeder 10 belastet um dadurch die Umfangsnut 14 im Steuerkolben 9 in Strömungsverbindung mit dem Hochdruckölkanal 12 des Steuerzylinders 7 zu bringen, während andererseits der Niederdruckkanal 13 desselben verschlossen wird. Dies hat zur Folge, daß das im Hochdruckkanal 12 und in der Förderleitung 16 gehaltene Hochdrucköl in die Ver&tärke--kammer 15 strömen kann, und der Verstärkerkolben 5 wird unter dem nun in der Kammer 15 erhöhten Öldruck axial vorwärtsgetrieben, um den Hauptbremszylinder 1 für den Bremsvorgang zu betätigen.

Der Öldruck in der Verstärkerkammer 15 wirkt natürlich auch auf die vorderen Endflächen des Steuerkolbens 9 und der Kolbenstange 26a des Betiltigungskolbens 26, um den letzteren nach rückwärts zu drücken. Auf diese Weise wird die Antriebskraft des

Öldrucks zum Fahrer über den Betätigungskolben 26 und das Glied 30 als Gegendruckkraft gegen den Antrieb zurückgeleitet, so daß der Fahrer die Antriebskraft für den Verstärkerkolben 5 fühlen und den Druck auf das Pedal genau für einen entsprechend der gewünschten Bremsung genau dosieren kann.

Ferner wird, wenn die auf das Bremspedal 29 ausgeübte Kraft erhöht wird, der Betätigungskolben 26 weiter vorbewegt und kann sich, selbst wenn sich der Steuerkolben 9 wegen des zunehmenden Widerstandes des Öldrucks in der Verstärkerkammer 15 praktisch nicht mehr weiter vorbewegen kann, weiter vorbewegen, wobei die Feder 27 gegen den Steuerkolben 9 weiter zusammengedrückt wird. Dies bedeutet, daß der Fahrer das Bremspedal 29 weich um im wesentlichen den gleichen Betrag wie im Falle einer herkömmlichen Bremsanlage niederdrücken kann, bei der ein Bremskraftverstärker fehlt Das Gefühl des Fahrers bei der Pedalbetätigung wird somit in keiner Weise gestört.

Wenn der Öldruck im Hochdruckkanal 12 ausfällt, z. B. infolge eines Bruches in der Hochdruckförderleitung 16 einschließlich der Ölpumpe 19 und des Speichers 21, bewirkt der Betätigungskolben 26, der durch die Pedalbetätigung durch den Fahrer vorbewegt wird, daß der Steuerkolben 9 ebenfalls mit vorbewegt wird, und das vordere Ende der Kolbenstange 26a des Betätigungskolbens 26 kommt in Anlage an der hinteren Endfläche des Verstärkerkolbens 5 entgegen der Belastung durch die Rückstellfeder 10, so daß der Betätigungskolben 26 den Verstärkerkolben 5 direki mechanisch vorwärtsschieben kann. Auf diese Weise kann der Hauptbremszylinder 1 ohne Störung trotz des Bruches in der Hochdruckölleitung betätigt werden. Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß in solchen Fällen der Pedalweg im wesentlichen der gleiche wie derjenige ist, der beim Nachgeben der Feder 27 im normalen Zustand der Bremsanlage und insbesondere der Hochdruckölleitung derselben erzielbar ist.

ίο Das Gleitspiel zwischen dem Steuerzylinder 7 und dem in diesem gleitbaren Steuerkolben 9 kann so bestimmt werden, daß im normalen Zustand Hochdrucköl, das in den Hochdruckkanal 12 eingeleitet wird, durch das Gleitspiel allmählich in die Umfangsnut 14 im

is Steuerkolben lecken kann und in den Niederdruckkanal 13 geleitet wird. Bei einer solchen Bauform, beispielsweise wenn das Fahrzeug längere Zeit geparkt worden ist, verringert sich der Öldruck im Speicher 20 allmählich, so daß die Membran 23 unter dem Druck des Stickstoffgases in der Gaskammer 25 allmählich in Anlage an der inneren Wandfläche des Gehäuses 22 abgesenkt werden kann. Dies hat zur Folge, daß die Kontaktfläche der Membran 23 mit dem Hydrauliköl auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird, so daß die Infiltration der Druckgasfüllung in der Kammer 25 in das hydraulische Fluid durch die Membran 23 und damit die Verschlechterung des Hydrauliköls wirksam verhindert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hydraulischer Kraftverstärker für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit einem in einem Arbeitszylinder verschiebbaren Verstärkerkolben, der auf seiner einen Seite mit einem Hauptzylinderkolben kraftschlüssig verbunden ist und mit seiner anderen Seite eine Verstärkerkammer begrenzt, und mit einem an die Verstärkerkammer anschließenden Steuerzylinder, in dem ein stirnseitig mit dem Arbeitskammerdruck beaufschlagter Steuerkolben verschiebbar angeordnet ist und in dessen Wand axial gegeneinander versetzt ein mit einer Hochdruckquelle verbundener Anschluß und ein mit einem Vorratsbehälter verbundener Anschluß mündet, wobei der Steuerkolben eine Umfangsnut aufweist, die bei einer Axialverschiebung des Steuerkolbenc wahlweise mit einem der beiden Anschlüsse verbindbar ist und die mit einem im Steuerkolben vorgesehenen, zur Verstärkerkammer führenden Kanal verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) im Steuerkolben (9) ist koaxial ein kraftschlüssig mit dem Bremspedal (29) verbundener Betätigungskolben (26) verschiebbar geführt;

   b) eine am Betätigungskolben (26) vorgesehene Kolbenstange (26a) erstreckt sich durch den Steuerkolben (9) hindurch in die Verstärkerkammer (15) hinein, wobei das Ende der Kolbenstange dem Verstärkerkolben gegenüberliegt und an diesen in Anlage bringbar ist;

   c) die Pedalkraft ist über eine sich einerseits am Steuerkolben (9) und andererseits am Betätigungskolben (26) abstützende Feder (27) auf den Steuerkolben übertragbar.