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Bremsanlage mit Hilfskraftverstärkung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsanlage mit Hilfskraftverstärkung,
mit Bremspedal, Hauptzylinder und mindestens einem Verstärkerzylinder, dessen Eingangskammer
mit Hilfe einer Ventilanordnung, darunter ein Druckregelventil und gegebenenfalls
ein 2-Wege-Ventil eines Antiblockiersystems, wahlweise mit einer Pumpe oder einem
Rücklaufbehälter verbindbar ist, dessen Ausgangskammer mit wenigstens einem Radzylinder
und über ein in Abhängigkeit von der Pedalbetätigung schließendes Sperrventil mit
der Ausgangskammer des Hauptzylinders verbunden ist und dessen Kolben durch eine
Feder in Rückstellrichtung belastet ist.
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Bei einer bekannten Bremsanlage dieser Art (DE-OS 22 02 998) ist die
Pumpe mit einem Speicher kombiniert, so daß fortwährend der Maximaldruck der Anlage
zur Verfügung steht. Als Druckregelventil dient ein Schieberventil, dessen Schieber
mit dem Bremspedal verbunden und dessen Hülse durch den Kolben des Hauptzylinders
gebildet wird. Dieser Kolben wird daher durch denselben geregelten Druck belastet,
der auch dem Verstärkerkolben zugeführt wird. Der Verstärkerkolben ist zusätzlich
zu dem bereits mit Hilfskraft beaufschlagten Hauptzylinderkolben erforderlich, damit
3-Wege-Ventile eines Antiblockiersystems unabhängig voneinander auf die Bremszylinder
einzelner Räder oder einzelner Radgruppen wirken können. Die Ausgangskammer
des
Hauptzylinders ist über das Sperrventil mit der Ausgangskammer des Verstärkerzylinders
verbunden, damit beim Ausfall der Hilfskraftlenkung noch ein Notbetrieb mit der
Fußkraft möglich ist. Der Verstärkerkolben verschiebt sich, sobald ihm Druck zugeführt
wird; das Sperrventil schließt gleichzeitig mit dem Beginn der Kolbenbewegung oder
erst danach.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage der eingangs
beschriebenen Art anzugeben, die ohne Speicher und mit einer kleinen Pumpe geringer
Leistung auskommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Druckregelventil
ein in einer Kurzschlußleitung zwischen Pumpe und Rücklaufbehälter angeordnetes
Stauventil ist, das vom Hauptzylinder druckgesteuert ist und einen hierzu proportionalen
Druck in der zur Eingangskammer des Verstärkerzylinders führenden Leitung erzeugt,
daß das Sperrventil so ausgelegt ist, daß es erst nach Überschreiten eines vorgegebenen
ersten Grenzwerts des Hauptzylinderdrucks schließt, und daß die Kolbenfeder des
Verstärkerzylinders so vorgespannt ist, daß sich der Verstärkerkolben erst nach
tiberschreiten eines vorgegebenen zweiten Grenzwerts des Hauptzylinderdrucks, der
mindestens gleich dem ersten Grenzwert ist, verschiebt.
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Bei dieser Auslegung wird in der Bremsanlage nur dann ein Hilfskraft-Bremsdruck
aufgebaut, wenn er tatsächlich benötigt wird. Ein Speicher kann entfallen. Die Pumpe
arbeitet, wenn nicht gebremst wird, im Leerlauf, also sehr leistungsarm.
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Darüber hinaus kann die Pumpe sehr klein sein und trotzdem in kürzester
Zeit den erforderlichen Staudruck aufbauen, weil sie nur zur Druckerzeugung, nicht
aber zur Volumenlieferung benötigt wird. Wenn nämlich der Kolben des Hauptzylinders
vom Bremspedal verschoben wird, besteht über das offene Sperrventil und die Ausgangskammer
des Verstärker zylinders eine
direkte Verbindung zum zugehörigen
Radzylinder, so daß das Lastspiel und jeglicher Totgang durch die Pedalbewegung
überwunden wird. Wenn nun Bremsflächen aneinander anliegen und der Hauptzylinderdruck
steigt, schließt das Sperrventil. Wenn nunmehr die Bremskraft mit Hilfe des Staudrucks
erhöht werden soll, kann sich der Kolben des Verstärkerzylinders nur noch geringfügig
verlagern, so daß die Pumpe nur sehr geringe Druckflüssigkeitsvolumina liefern muß.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben des Verstärkerzylinders
eine erste, vom Staudruck beaufschlagte Druckfläche und eine zweite vom Hauptzylinderdruck
beaufschlagte Druckfläche auf. Hiermit ist sichergestellt, daß der Verstärkerkolben
auch dann wirksam ist, wenn das Sperrventil geschlossen und noch kein ausreichender
Staudruck vorhanden ist, z. B.
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wenn die Pumpe ausfällt.
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Hierbei kann der Kolben des Verstärkerzylindersinsbesondere einen
Flansch aufweisen, dessen Ringfläche die erste Druckfläche bildet, während die eine
Stirnfläche die zweite Druckfläche bildet und die andere Stirnfläche die Ausgangskammer
begrenzt.
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Beim Ausfall des Staudrucks ergibt/ein Übersetzungsverhältnis von
1 : 1. sich Das Sperrventil kann bei einer ersten Ausführungsform ein Flatterventil
sein, das schließt, wenn der Radzylinderdruck den Hauptzylinderdruck übersteigt.
Dies ist der Fall, wenn die Druckerzeugung zusätzlich vom Staudruck übernommen wird.
Der Druckgrenzwert für das Schließen des Ventils stimmt daher mit dem Druckgrenzwert
für den Bewegungsbeginn des Verstärkerkolbens überein.
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Bei einer anderen Ausführungsform des Sperrventils ist dieses in Schließrichtung
durch den Hauptzylinderdruck gegen die Kraft einer Feder belastet. Das Schließen
erfolgt daher, wenn der Hauptzylinderdruck die Kraft der Feder überwindet. Damit
läßt
sich der erste Grenzwert sehr genau festlegen.
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Des weiteren kann das Sperrventil in Schließrichtung zusätzlich durch
den Staudruck belastet sein. Auf diese Weise erhält man eine zusätzliche Sicherung,
daß das Sperrventil geschlossen ist, wenn der Verstärkerkolben sich zu bewegen beginnt.
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Eine besonders platzsparende Ausführung ergibt sich, wenn das Sperrventil
in den Kolben des Verstärkerzylinders eingebaut ist.
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Mit Vorzug weist das Stauventil einen Stufenkolben auf, dessen Stirnfläche
kleineren Querschnitts vom Hauptzylinderdruck beaufschlagt ist und an dessen Stirnfläche
größeren Querschnitts ein Verschlußstück mit dem Staudruck ausgesetzter äußerer
Ringfläche ausgebildet ist. Ein solches Stauventil läßt sich sehr verlustarm ausbilden.
Durch das Verhältnis der Ringfläche zur Stirnfläche kleineren Querschnitts läßt
sich ein beliebiger Proportionalitätsfaktor zwischen Staudruck und Hauptzylinderdruck
wählen.
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Bei Verwendung eines Tandem-Hauptzylinders mit einer ersten Ausgangskammer
für die Vorderachsbremsen und einer zweiten Ausgangskammer für die Hinterachsbremsen
empfiehlt es sich, den Steuereingang des Stauventils mit der zweiten Ausgangskammer
zu verbinden. Wenn das Vorderachs-Bremssystem, das bei einem Kraftfahrzeug die größte
Bremsleistung aufzubringen hat, ausfällt, ist auf diese Weise sichergestellt, daß
das Hinterachs-Bremssystem nach wie vor mit Hilf skraftverstärkung arbeitet, also
noch ein verhältnismäßig sicheres Bremsen erzielt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung veranschaulichter,
bevorzugter Ausftihrungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Bremsanlage, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines
Stauventils, Fig. 3 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Verstärkerzylinders
mit Sperrventil, Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite AusfUhrungsform eines Verstärkerzylinders
mit Sperrventil, Fig. 5 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Verstärkerzylinders
mit Sperrventil und Fig. 6 in schematischer Darstellung eine abgewandelte Form einer
erfindungsgemäßen Bremsanlage.
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Die Bremsanlage der Fig. 1 weist eine Pumpe 1, die vom Motor des Kraftfahrzeuges
angetrieben ist, einen Rücklaufbehälter 2, einen Tandem-Hauptzylinder 3 mit Ausgleichsbehälter
und zwei Ausgangskammern 5 und 6, ein Bremspedal 7, das direkt mit dem Kolben 8
des Tandem-Hauptzylinders 3 verbunden ist, zwei Radzylinder 9 und 10 zum Bremsen
der Räder der Vorderachse, zwei Bremszylinder 11 und 12 zum Bremsen der Räder der
Hinterachse, ein Stauventil 13 und zwei Verstärkerzylinder 14 und 15 auf. Im Kolben
16 bzw. 17 dieser Verstärkerzylinder befindet sich je ein Sperrventil 18 bzw. 19,
das nachstehend noch näher beschrieben wird. Außerdem sind diese Kolben je durch
eine unter Vorspannung stehende Rückstellfeder 20 bzw. 21 belastet; Eine Pumpenleitung
22 führt zu einer Ventilkammer 23 des Stauventils 13, die ihrerseits über eine Staudruckleitung
24 mit einer ersten Eingangskammer 25 des Verstärkerzylinders 14 und einer ersten
Eingangskammer 26 des Verstärkerzylinders 15
verbunden ist. Ein
Stufenkolben 27 im Stauventil 13 trägt an seinem Stirnende größeren Durchmessers
ein Verschlußstück 28, das mit einem Ventilsitz 29 zusammenwirkt und eine zum Rückführbehälter
2 führende Kurzschlußleitung 30 abzusperren gestattet. Das Stirnende kleineren Durchmessers
des Stufenkolbens 27 ist dem Druck in einer Steuerdruckkammer 31 ausgesetzt, die
über eine Leitung 32 mit der zweiten Ausgangskammer 6 des Tandem-Hauptzylinders
und einer zweiten Eingangskammer 33 des Verstärkerzylinders 14 verbunden ist. Die
erste Ausgangskammer 5 des Tandem-Hauptzylinders ist über eine Leitung 32a mit einer
zweiten Eingangskammer 34 des Verstärkerzylinders 15 verbunden. Die Ausgangskammer
35 des Verstärkerzylinders 14 ist über eine Leitung 36 mit den beiden Radzylindern
11 und 12, die Ausgangskammer 37 des Verstärkerzylinders 15 über eine Leitung 38
mit den beiden Radzylindern 9 und 10 verbunden.
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Eine Ausführungsform des Stauventils 13 ist in Fig. 2 veranschaulicht.
Der Ventilsitz ist als Gummiringscheibe 19t ausgebildet, die zwischen zwei Gehäuseteilen
39 und 40 eingespannt ist. Das Verschlußstück ist durch eine Ringrippe 18' gebildet,
die einen Durchmesser Dl hat. Der Stufenkolben 27 hat zwei Abschnitte mit einem
größeren Durchmesser D2 und einem kleineren Durchmesser D3. Die dazwischen liegende
Stufe ist über zwei Dichtungen 41 und 42 abgedichtet sowie über eine Bohrung 43
entlüftet.
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Ist das Bremspedal 7 nicht betätigt, herrscht also kein Hauptzylinderdruck,
wird das Stauventil infolge des Pumpendrucks voll geöffnet; die gesamte Fördermenge
der Pumpe wird praktisch leistungslos in den Rücklaufbehälter zurückgeführt. Wird
das Pedal 7 niedergedrückt, wirkt der dabei entstehende Hauptzylinderdruck in der
Steuerkammer 31. Nunmehr ergibt sich eine Gleichgewichtsstellung des Stufenkolbens
27, wenn das Verhältnis des Staudrucks in der Ventilkammer 23 zum Hauptzylinderdruck
dem Verhältnis D32 : (D22 - D12) entspricht.
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Bei der Ausführungsform des Verstärkerzylinders 14 gemäß Fig. 3 ist
das Sperrventil 18 im Kolben 16 untergebracht.
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Ein Flansch 44 am Kolben 16 bildet eine der ersten Eingangskammer
25 zugewandte Druckfläche 45, welche dem Staudruck ausgesetzt ist, die der zweiten
Eingangskammer 33 zugewandte Stirnfläche bildet eine Druckfläche 46, welche dem
Hauptzylinderdruck ausgesetzt ist. Die andere Stirnfläche 47 begrenzt die Ausgangskammer
35.
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Das Sperrventil 18 besitzt einen Ventilsitz 48 und ein Verschlußstück
49, das von einer Ventilfeder 50 in Öffnungsrichtung belastet ist. Das Verschlußstück
wird von einem Kolben 51 getragen, der an der gegenüberliegenden Stirnfläche 52
eine Druckkammer 53 begrenzt, welche über einen Axialkanal 54 im Kolben 16 mit der
zweiten Eingangskammer 33 des Verstärkerzylinders 14 und über einen Axialkanal 55
in Verbindung mit einer Querbohrung 56 im Ventilkolben 51 mit der dem Ventilsitz
48 vorgeschalteten Ventilkammer 57 verbunden ist.
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Vom Ventilsitz führt ein weiterer Axialkanal 58 in die Ausgangskammer
35. In üblicher Weise sind auch hier Dichtungen und Entlüftungsöffnungen vorgesehen.
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Die Ventilfeder 50 sorgt dafür, daß das Sperrventil 18 erst schließt,
wenn der auf die Stirnfläche 52 wirkende Hauptzylinderdruck einen vorgegebenen ersten
Grenzwert Uberschreitet. Die Kolben-Rückstellfeder 20 sorgt dafür, daß der Kolben
16 erst dann nach rechts verschoben werden kann, wenn der HauptzylinderL druck (und
damit der mit ihm verknüpfte Staudruck) einen vorgegebenen zweiten Grenzwert überschritten
hat, der mindestens gleich dem ersten Grenzwert ist.
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Damit ergibt sich die folgende Betriebsweise bei der Bremsanlage der
Fig. 1: Ist das Bremspedal 7 nicht betätigt, wird die gesamte von der Pumpe geförderte
Flüssigkeitsmenge praktisch drucklos in den Rückführbehälter 2 geleitet. Die Verstärkerventile
14 und 15 haben ihre von den Federn 20 und 21 bestimmte
Ruhestellung.
Wird nun das Bremspedal 7 niedergedrückt, werden, da die Sperrventile 18 und 19
noch offenstehen, die Radzylinder 9 und 10 unmittelbar mit Flüssigkeit aus der ersten
Ausgangskammer 5 und die Radzvlinder 11 und 12 unmittelbar mit Flüssigkeit aus der
zweiten Ausgangskammer 6 des Hauptzylinders 3 gefüllt. Wenn die Bremsflächen nach
tiberwindung jeglichen Luftspiels und Totgangs aufeinanderliegen, steigt der Hauptzylinderdruck,
so daß die Sperrventile 18 und 19 schließen. Dies kann beispielsweise bei einem
Druck von 4 bis 5 bar geschehen. Gleichzeitig ist mit Hilfe des Stauventils 14 der
Staudruck gestiegen.
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Dieser drückt nunmehr nach Überwindung der V d raft t der Federn 20
bzw. 21 die Kolben 16 bzw. 17 in ihre Arbeitsstellung.
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Dies kann beispielsweise bei einem Druck von 5 bis 6 bar geschehen.
Hierbei muß die Pumpe 1 nur ganz geringfügige Volumina liefern, weil die Radzylinder
vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind. beim Freigeben des Bremspedals 7 kehren
alle Teile unter dem Einfluß ihrer Federn in die Ruhestellung zurück.
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fällt die Pumpe 1 aus, so können die Radzylinder allein durch die
Pedalkraft betätigt werden, weil ein freier Durchfluß vom Hauptzylinder zum Radzylinder
gegeben ist bzw. nach Schließen der Sperrventile 18 und 19 der Hauptzylinderdruck
über die zweiten Eingangskammern 33 und 34 auf die Verstärkerkolben 16 bzw. 17 wirken.
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Fällt der Bremskreis für die Hinterachse aus, so wirkt d-ie Pedalkraft
unmittelbar auf die Radzylinder 9 und 10 der Vorderachse. Durch entsprechende Bemessung
läßt sich erreichen, daß auch dann noch ine für den Notfall ausreichende Bremskraft
vorhanden ist. Beispielsweise kann der Durchmesser des Tandemhauptzylinders so bemessen
sein, daß bei ener Fußkraft von 500 N noch' ein Bremsverhältnis von z = 0,3 auftritt.
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Hierbei merkt der Fahrer sofort, wenn der Bremskreis für die Hinterachse
ausgefallen ist.
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Wenn der Bremskreis für die Vorderachse ausfällt, bleibt die Verstärkerfunktion
für die Hinterachse erhalten.Damit wird die an sich schlechtere Bremswirkung der
Hinterachse kompensiert.
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In Fig. 4 ist eine abgewandelte Form eines Verstärkerzylinders veranschaulicht,bei
dem für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 und für analoge Teile
um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet werden. Der wesentliche Unterschied ist darin
zu sehen, daß der Kolben 151 des Sperrventils 118 nicht nur mit seiner einen Stirnfläche
eine Druckkammer 143 begrenzt, welche mit dem Hauptzylinderdruck beaufschlagt ist,
sondern mit einem Flansch 59 eine zweite Druckkammer 60, die über eine Bohrung 61
mit der ersten Eingangskammer 25 verbunden und daher dem Staudruck ausgesetzt ist.
Dieses Sperrventil schließt daher mit zusätzlicher Unterstützung durch den Staudruck.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden für analoge Teile um 200
gegenüber Fig. 3 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Hier ist das Sperrventil 218 als
Flatterventil ausgelegt. Als Ventilsitz 248 dient das Ende des Axialkanals 254.
Als Verschlußstück dient eine einfache Scheibe 249, die sich gegen den Ventilsitz
248 anlegt, wenn der Druck in den Radzylindern 11 und 12 größer wird als der Hauptzylinderdruck.
Dieser Zustand tritt ein, wenn die Radzylinder vollständig gefüllt und der Kolben
216 zusätzlich durch den Staudruck belastet wird. Noppen 62 sorgen dafür, daß der
Ausgang des Ventils nicht durch die Scheibe 249 verschlossen werden kann. Um das
Öffnen des Flatterventils bei abnehmendem Zylinderdruck mit Sicherheit zu ermöglichen,
kann ein parallelgeschaltetes Ventil vorgesehen sein, das in Abhängigkeit vom Hauptzylinderdruck
gesteuert wird.
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Die Ausführungsform der Bremsanlage nach Fig. 6 unteraheidet sich
von derJenigen nach Fig. 1 dadurch, daß für Jeden der Vorderachs-Radzylinder 9 und
10 Je ein eigener Verstärkerzylinder 15a und 15b vorgesehen ist. Diese Zylinder
haben denselben Aufbau wie der Zylinder 15. Ein weiterer Unterschied
besteht
darin, daß jedem Verstärkerzylinder 14, 15a, 15b ein elektromagnetisch betätigtes
3-Wege-Ventil 63, 64 bzw. 65 zugeordnet ist. Jedes dieser 3-Wege-Ventile besteht
aus einem Zulaufventil A und einem Ablaufventil B. Die Verschlußstücke beider Ventile
sind Je mit einem Tauchanker C und D verbunden, die von einer gemeinsamen Magnetspule
E beeinflußt und Je unter dem Einfluß einer Rückstellfeder F bzw. G stehen.
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Sämtliche Zulaufventile sind eingangsseitig mit der Staudruckleitung
24 verbunden. Der Ausgang führt beim 3-Wege-Ventil 63 über eine Leitung 66 zur ersten
Eingangskammer des-Verstärkerzylinders 14. Entsprechende Leitungen 67 und 68 führen
von den 3-Wege-Ventilen 64 und 65 zu den Verstärkerzylindern 15a und 15b. Dieselben
Leitungen führen auch zur Eingangsseite der Ablaufventile B. Deren Ausgänge sind
über eine gemeinsame Leitung 69 im Rücklaufbehälter 2 verbunden.
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Normalerweise sind die Zulaufventile A geöffnet und die Ablaufventile
B geschlossen. Dann ergibt sich die gleiche Betriebsweise wie in Fig. 1. Wird nun
durch einen Sensor das Blockieren eines der Räder festgestellt, so wird die entsprechende
Magnetspule E mit Strom beschickt. Das Zulaufventil A schließt und das Ablaufventil
B öffnet. Dies hat eine Entlastung des betreffenden Verstärkerzylinders zur Folge,
so daß die Bremskraft im angeschlossenen Radzylinder nachläßt. Durch entsprechende
Steuerung des Erregerstromes bzw. durch intermittierendes Ansprechen der Ventile
wird der Blockierungszustand abgebaut.
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