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Vorrichtung zur hydraulischen Bremskraftverstärkung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur hydraulischen
Bremskraftverstärkung mittels Steuergliedern in einem Gehäuse, die vom Bremspedal
betätigt werden und dabei unter hohem Druck stehendes Druckmedium aus einer Druckversorgungsanlage
auf di*i Kolbeii des Hauptzylinders wirken lassen oder diese Einwirkung wieder aufheben.
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Diese Vorrichtung kann zweckmäßig mit einer automatischen Bremsschlupfregelung
(ABS-System) betrieben werden. Es ist aber auch möglich, dicse Vorrichtung ohne
diese Bremsschlupfregelung zu betreiben.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nur in einem Kraftfahrzeug
sinnvoll, das mit einer Zentralhydraulik ausgerüstet ist. Ist dies der Fall, dann
werden im Fahrzeug alle Aggregate, die ein hydraulisches Druckmedium als Energietrager
entweder unmittelbar verarbeiten, wie beispielsweise die hydropneumatische Federung,
das Bremsventil oder Komforthydraulik, oder zur Kraftunterstützung verwenden, wie
Bremsverstärker odor Servolenkung, entsprechend betätigt. Diese
Aggregate
werden dann in ihrer Gesamtheit an eine gemeinsame Druckvorsorgungsanlage angeschlossen,
die aus Vorratsbehältern, Pumpe, Druckniveau speist. Sowie im die die Aggregate
mit hohem Druckniveau speist. sowie im Fahrzeug mehrere Aggregate verwendet werden,
die an die Zentralhydraulik angeschlossen werden können, ist eine Einsparung gegenüber
anderen Fahrzeugen möglich, die mit separat versorgten Aggregaten arbeiten. Das
in der Zentralhydraulik verwendete hohe Druckniveau wirkt sich nämlich vorteilhaft
auf das Bauvolumen der einzelnen Aggregate aus.
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mit Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem/Zentralhydraulik versehenen
Kraftfahrzeug nach die Bremseinrichtung so auszagestalten, daß diese nicht nur an
die Zentralhydraulik ik angeschlossen, sondern auch mit anderen sonst noch vorteilhaft
einsetzbaren Zusatzeinrichtungen zusammenarbeiten kann. Dabei soll die Bremsvorrichtung
nicht nur ein geringes Bauvolumen aufweisen, sondern auch vielseitig einsetzbar
sich und auch in Notsituationen, beispielsweise beim Ansfall eines Bremskreises
oder bei Ausfall der Druckspeichereinrichtung überhaupt, noch ausreichende Bremswirkungen
hervorrufen können.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß ein Tandem-Stufen-Hauptzylinder
mit einem Bremskraftverstärkor in dem Gehäuse zusammenarbeitet und dio Vorrichtung
so ausgebildet ist, daß sie auch als Bremsventil unter Umgehang des Tandem-Stufen-Hauptzylinders
wirken kann.
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Der Tandem-Stufen-Hauptzylinder nimmt einen im Durchmesser kleineren
vom Bremspedal abgekehrten Schwimmkolben auf, der
am im Durchmesser
größeren Druckstangenkolben gefesselt ist, der auf der Bremspedalseite des Hauptzylinders
angeordnet ist. Am Schwimmkolben wie am Druckstangenkolben sind Ringnuten angebracht,
über die mittels einer Verbindungsleitung sowohl eine Nachströmverbindung zu einem
drucklosen Vorratsbehälter als auch eine Verbindung zwischen dem Schwimmkolben und
dem Druckspeicher hergestellt wird, wenn entweder das ADS-System in Tätigkeit tritt
oder ein Kreis ausfällt, zumindest in diesem eine Leckage auftritt.
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Der Schwimmkolben weist an beiden Enden je eine Lippendichtung auf.
Diese Lippendichtungen sind über eine Längsbohrung und eine Querbohrung mit der
Ringnut am Mantel des Schwimmkolbens verbunden, in die in jeder Stellung des Schwimmkolbens
eine Bohrung im Zylindergehäuse mündet, die über die Verbindungsleitung, in der
sich ein Rückschlagventil befindet, und über eine Bohrung und eine Ringnut am Druckstangenkolben
Verbindung mit dem Vorratsbehälter hat. Weiterhin ist parallel zu dem Rückschlagventil
ein Druckreduzierventil angeordnet, das über eine weitere Bohrung im Zylindergehäuse
dafür sorgt, daß Druckmedium aus dem unter Speicherdruck stehenden Steuerraum über
die Verbindungsleitung in den Bremskreis gelangt, aus dem ein Teil des Druckmediums
entwichen ist, wenn der Druck in einem der Bremskreise unter den in der Verbindungsleitung
herrschenden Druck gesunken ist.
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Durch die Direkteinspeisung des Druckmediums in die Bremskreise beim
Ventilbetrieb ist es zweckmäßig, Mineralöl als Druckmedium zu verwenden.
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Die Vorteile, die sich durch dcii Anmeldungsgegenstand ergeben, bestehen
darin, daß das Bauvolumen des hier nur benütigten Bremsgohäuses sehr viel kleiner
1 ist als das bisher verwendete Bremsgerät, das ein Mastervac-Unterdruckverstärker
relativ großen Umfangs benötigte, der an einen Tandem-Stufen-Hauptzylinder angeschlossen
war.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es außerdem möglich, die
Dichtheit der Dichtmanscheiten zu überwachen.
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Hierdurch wird mit größerer Sicherheit als bisher ausgeschlossen,
daß bei einem Verstärkerausfall die Notbremsfähigkeit nicht in Frage gestellt ist.
Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Vorteil, <taL die Anzahl
zusätzlicher Einrichtungen geringer ist, dio bei oiiiom Defekt am Bremsgerät für
die Funktionssicherheit der intakten Teilsystemo sorgen. Außerdem ist die Funktion
dieser zusätzlichen Einrichtungen während des Normalbetriebs überwachbar.
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Schließlich ist es auch von Vorteil, daß ini Vergleich zu den bisher
üblichen Geräten bei Vorhandensein einer Bremsschlupfregelung (ABS-Anlage) die Rückförderpumpe
der ABS-Anlage entfallen kann.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten des
Gegensiandes der Erfindung entnommen werdon können. Es zeigen: Fig. 1 das Schaltscheme
einer Druckversorgungsanlage mit einem Speicherbremsventil und einer automatischen
Bremsschlupfregelung (ABS-Anlage),
Fig. 2 einen Längsschnitt durch
ein erfindungsgemäßes Speicherbremsventil.
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In Fig. 1 ist der im Hinblick auf die Erfindung wesentliche Teil einer
Zentralhydraulik schematisch dargestellt.
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Eine Pumpe 53 saugt aus einem drucklosen Vorratsbehälter 54 das Druckmedium
Mineralöl an und führt es einem Druckregler 55 zu. Von dort gelangt das Druckmedium
zu einem Druckspeicher @@ und über die Leitung 57 auch zu einem Speicheranschluß
22 am Speicherbremsventil 1. Durch eine überströmleitung 5@ kann überflüssiges ol
wieder in den Vorratsbehälter 54 zurückgeleitet werden.
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Am Bremsspeicherventil 1 ist ein Faltenbalg 34 zu erkennen, durch
den eine Druckstange 11 hindurchgeführt ist, die am Bremspedal 59 angelenkt ist.
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Am Gehäuse des Bremsspeicherventils sind Behälteranschlußbohrungen
19, 45, 48 und 49 sowie der Anschluß für eine Schlauchleitung 52 vorgesehen, die
sämtlich über die Leitung 60 Verbindung mit dem Vorratsbehälter 54 haben.
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Bremskreisanschlußbohrungen 61 und 62 für den hinteren und vorderen
Bremskreis sichen über die Leitungen 63 bzw. 64 mit der automatischen Bremsschlupfregelung
(ABS-Anlage 65) in Verbindung. Von dort führen bremsdruckleitungen 66 bzw. 67 zum
vorderen und hinteren Bremskreis. Die ABS-Anlage hat über eine Rücklaufleitung 68
Verbindung mit dem Vorratsbehälter 54.
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Im Gehäuse 1 des Speicherbremsventils sind ein Schwimmkolben 2 und
ein Druckstangenkolben 3 in Tandembauweise angeordnet. Beide Kolben werden durch
vorgespannte Druckfedern 6 und 7 in einer Ausgangslage gehalten, die durch Fesselungen
8 und 9 in Richtung auf das bremspedal zu begrenzt ist.
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Die Feder 7 ist störker vorgespannt als die Feder 4, damit die beiden
Kolben 2 und 3 sich bei Bremsbetätigung gleich zeitig vom Bremspedal wegbegeben
und die Dichtlippen von Lippendichtringen 4 und 5 gleichzeitig die ihnen zugeordne
ten Schnüffellöcher 48 bzw. 49 überfahren. Diese Schnuffellöcher 48, 49 sind mit
dem drucklosen Vorratsbehälter @4 verbunden und ermöglichen in Ruhestellung des
Bremsventils einen Druckausgleich in den Bremskreisen. Nach dem oberfahren der Schnüffellöcher
48, 49 bauen die Kolben 2 und 3 in den Bremskreisen mit den Leitungen 63 und 64
einen Druck auf. Die Lippendichtringe 4 und 5 am Schwimmkolben 2 bzw. am Druckstangenkolben
3 sorgen für druckdichten Abschluß der Bremskreise.
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Die Lippendichtringe 4 des Schwimmkolbens 2 sind durch eine Längsbohrung
41 miteinander verbunden. Von dieser aus besteht eine weitere Verbindung über eine
Querbohrung 39, eine Ringnut 50, eine Bohrung 38, eine Verbindungsleitung 37, ein
Rückschlagventil 42, eine Ringnut 44 des Druckstangenkolbens @ und eine Bohrung
45 bis zum drucklosen Vorratsbehälter 54.
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Diese Verbindung ermöglicht es bei in der Zeichnung links von den
Schnüffellöchern 48 und 49 stehenden Dichtungen 4 und beim Rückhub der Kolben 2
und 3 einen eventuell in den Bremskreisen entstehenden Unterdruck auszugleichen.
Die Lippendichtungen 4 übernehmen in diesem Halle eine Rückschlagventilbank tion.
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Die soeben beschriebene Nachströmverbindung hat noch eine zweite Aufgabe
zu erfüllen. Sie sorgt für die Bremsventilfunktion, die später nach näher beschrieben
wird.
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An die Stufenkolben 2 und 3 schließt sich in der Zeichnung nach rechts
das in der gleichen Gehäusebohrung wirkende Servodruckregelsystem an. Dieses besteht
aus einem Steuerschieber 10, einer Pedalwegsimulier- und Druckregelfeder 16, einem
Federkraftausgleichskolben 26 und einer Betätigungsstange 13, die die vom bremspedal
59 her eingeleitete Pedalkraft in das Bremsventil weiterleitet. Ein Steuerschieber
10 regelt von Vorstärkungsdruck über die Steuerkanten 21 und 23 einer Steuernut
47 und bleibt selbst frei von Reaktionskräften. Die Ansprechempfindlichkeit des
Bremsventils wird nur durch eine zwischen der Betätigungsstange und dem Deckel 18
des Gehäuses abgeordnete, den Steuerraum nach außen abschliessende, reibungsarme
Teflondichtung 33 beeinflußt.
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Im folgenden wird nun beschrieben, welche Wirkungen eintreten, wenn
unter verschiedenartigen Umständen gebremst wird.
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Zunächst wird dargelegt, was eintritt, wenn eine Bremsung bei intaktem
Bremssystem unterhalb der ABS-Regelschwelle durchgeführt wird.
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Beim Betätigen der Bremse durch das Bremspedal 59 wird die an ihm
angelenkte Druckstange 11 bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
nach links bewegt. Die Bewegung wird über ein Druckstück 12, die Betätigungsstange
13 und deren Bund 14 auf eine Scheibe 15 übertragen, die ihrereseits die Bewegung
über die vorspannungslose Pedalwegsimulierfeder 10 und einen Bund 17 auf den Steuerschieber
10 überträgt.
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Der über Bohrungen 31 und eine ringnut 47 mit einer Behälteranschlußbohrung
19 verbundene Steuerraum 20 wird nach etwa 0,9 mm Weg des Steuerschiebers 10 nach
links durch die rechte Steuerkante 21 der Ringnut 47 vom behälteranschluß 19 getrennt
und nach weiteren etwa 0,7 mm Weg nach Überfahren den Bohrung des Speicheranschlusses
22 durch die linke Steuerkante 23 über die Nut 47 und die bohrung 31 mit dem Speicheranschluß
22 verbundon.
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Im Gegensatz zur schematischen Darstellung des Speicherbremsventils
in Fig. 1 sind in Fig. 2 zwei gegenüberliegende Speicheranschulßbohrungen 22 dargestellt.
Mindestens zwei diesen Bohrungen sind notwendig, damit keine Verkantungen bei der
Bewegung des Steuerscliiebors vorkomlilen, da bei mehreren Anschlüssen eher eine
gleichmäßige Beaufschlagung des Steuerschiebers gewährleistet ist.
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Der eingespeiste verstärkerdruck workt auf die rückseitige Fläche
24 des Druckstangenkolbens 3, der nun seinerseits verschoben und im Zusammenwirken
mit dem Schwimmkolben 2 den entspreichenden Bremsdruck in den beiden Bremskreisen
erzeugt.
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Die vom Fahrer aufgebrachte Fußkraft am Bremspedal 59 bestimmt die
Höhe des eingespeisten Verstärkerdruckes. Der über die Druckstangen 11 und 12, die
Betätigungsstange 13 und die Scheibe 15 auf die rechte Seite dor Feder 16 aufgebrachten
Kraft wird über den auf dio Fläche 25 eines @ Federkraftausgleichskol -bens 26 wirkenden
Verstärkerdruck das Gleichgewicht gehalt en.
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Der Federkraftauseleichskolben 2G, der in dor Betätigungsstange 13
geführt wird, stützt sich über eine Kolbenstange 27, iii
die der
Federkraftausgleichskolben 26 übergeht, und eine Spannhülse 28, einen Anschlag 29,
einen Bund 30 und einen Bund 17 des Steuerschiebers 10 auf die Feder 16 ab. Die
Betätigungsstange 13 weist am ventilseitigen Ende einen Schlitz 69 auf, um ungehindert
durch den Anschlag 29 die Bremspedalkraft entsprechend dem ausgeführtes Bremspedalweg
auf die Pedalwegsimulierfeder 16 übertragen zu können.
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Der auf das Bremspedal 59 wirkenden Kraft der Feder 16 überlagert
sich eine von der Kreisringquerschnittsfläche 32 der Stange 13 un ddem Verstärkungsdruck
gebildeten Kraft. Die auf das Pedal 59 wirkenden Reaktionskräfte entsprechen den
Kräften des herkömmlichen Nastervas-Verstärkers.
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Durch den Dichtspalt zwischen dem Federausgleichskolben 26 und der
Betätigungsstange 13 kann ein wenig von dem Druckmedium hindurchlecken, weil aus
Reibungsgründen zunächst keine elastische Dichtung vorgesehen ist. Außerdem kann
zwischen der Dichtung 33 und der Betätigung 13 noch ein wenig Lecköl austreten.
Dieses Lecköl gelangt in einen geschlossenen Faltenbalg 34 und wird von dort über
eine Schlauchleitung 52 in den drucklosen Vorratsbehälter 54 abgeleitet.
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Während einer Bremsung bewegt sich der Steuerschieber 10 nur in einem
engen Bereich von etwa 0,7 mm, wobei die linke Steuerkante 23 den Zulauf des Verstärkungsmediums
durch die Bohrungen 22 freigibt, wenn die Bremskraft erhöht wird. Bei Bremskraftverringerung
dagegen gibt die Steuerkante 21 den Ablauf an die Behälteanschlußbohrung 19 frei.
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Es wird nun im folgenden beschrieben, was geschieht, wenn mit einem
intakten Bremssystem oberhalb der ABS-Regelschwelle gebremst wird.
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Der Überschreitung der Haftung eines Rades auf der Fahrbahn reduziert
das hier nicht näher beschriebene ABS-System den Bremsdruck im überbremsten Kreis
durch Ablassen von Druckme dium. Kommt beispielsweise der Vorderachskreis zum Blockieren,
wird vom ABS-System eine geringe Menge des Druckmediums aus dem Kreis zur Drucksenkung
entnommen. Da hier die Rückförderpumoe fehlt, wandert der Druckstangenkolben 3 nach
links, weil der eingespeiste Verstärkungsdruck ständig auf dessen Fläche 24 wirkt.
Nach etwa 21 mm Gesamtweg gibt die Hinterkante 35 des Druckstangenkolbens 3 eine
Überströmbohrung 36 frei. Über ein einstellbares Druckreduzierventil 40, eine Verbindungsleitung
37 und die Bohrungen 38, 39 und 41 sowie die Lippendichtung 4 gelangt Druckmedium
aus dem Steuerraum 20 unmittelbar in den ABS-geregelten Vorderachskreis, wenn der
Druckstangenkolben 3 auf den Schwimmkolben 2 aufgelaufen und der Druck im Vordersachskreis
unter den in der Verbindungsleitung 37 herrschenden Druck gesunken ist. Das Druckreduzierventil
4o soll den Druck in dor Verbindungsleitung 37 um einige bar sonken, um zu verhindern,
daß l,ei 1 t i einer starken Bremsung, die keine ABS-Regelung erfordert, bei der
aber die Hinterkante 35 des Druckstangenkolbens 3 auch die Überströmbohrung 36 überführt,
die Bremskreise unmittelbar Druckmedium aus dem Verstärkungsraum erhalten. Dadurch
würde die Kraft/Weg-Zuordnung am bremspedal 59 während Der Bremsung durch Hysterese
geändert. Das Rückschlagventil 42 sperrt dann dem Druckmedium den Kurzschluß über
eine Bohrung 43, eine Ringnut 44 und die Bohrung 45 zum B6hälter.
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Im folgenden wird beschrieben, was geschieht, wenn gebremst wird und
es ist einn defekter Bremskreis vorhanden.
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Bei einer bremsung mit einem defekten Bremskreis ändert sich im prinzip
nichts im Vergleich zur intakten Anlage. Der dem defekten Kreis zugehörige Kolben
fährt auf Anschlag. Die ABS-Steuerventile des defekten Kreises sollen während der
Bremsung geschlossen werden, um ein Ausfließen von Druckmedium aus dem raum 46 über
die Verbindungsleitung 37, die Bohrungen 38, 39 und 41 sowie die Lippendichtungen
4 aus dem defekten Kreis zu verhindern. Dies ist der gleiche Vorgang, der auch im
vorhergehenden Abschnitt schon beschrieben worden ist. Die Vorstärkung und ABS-Regelung
des intakten Bremskreises bleibt erhalten.
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Im folgenden Abschnitt wird beschrieben, was geschieht, wenn die Verstärkung
ausgefallen sit, vom Druckspeicher also kein Druck mehr geliefert wird.
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Bei der Bremsung mit ausgefallener Verstärkung kommt die dem Druckstangenkolben
3 zugekehrte Fläche 70 der Betätigungsstange 13 auf dem Boden des Druckstangenkolbens
3 zum Anschlag und die Bremskraft wird über die Druckstangen 11 und 12 sowie die
Betätigungsstange 13 unmittelbar eingeleitet. Das jetzt wirkungslose Druckregelsystem
wird kraftfrei mitgenommen. Die ABS-Regelung wird für beide Kreise abgeschaltet,
um ein Durchfallen des Pedals zu verhindern.
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L e e r s e i t e