DE3218194C2 - Hydraulischer Kraftverstärker - Google Patents
Hydraulischer KraftverstärkerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen
Kraftverstärker zur Betätigung von Hauptbremszylindern in
hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlagen nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Ein hydraulischer Kraftverstärker mit den vorgenannten Merk
malen ist beispielsweise aus dem "ATE-Bremsen-Handbuch",
6. Auflage 1979, Bartsch-Verlag, Seiten 98 bis 104, be
kannt. Der dort beschriebene Kraftverstärker ist Kernstück
einer Bremskraftverstärkungsanlage und weist ein mit einer
Zylinderbohrung versehenes Gehäuse auf, in dem ein Ver
stärkerkolben dichtend geführt ist. Der Verstärkerkolben
weist an seiner Mantelfläche eine Umfangsnut auf, die
ständig mit einem Speicherdruck beaufschlagt ist. Beider
seits dieser Umfangsnut befinden sich Hochdruckdichtungen.
Eine Stirnfläche des Verstärkerkolbens begrenzt einen Druck
raum, in den eine pedalbetätigbare Kolbenstange ragt. Mit
der pedalbetätigbaren Kolbenstange ist ein Kolbenschieber
eines Bremsventils verbunden, das in Abhängigkeit der auf
die Kolbenstange ausgeübten Kraft den Speicherdruck in
der Umfangsnut moduliert und dem Druckraum zuleitet. Der
Kolbenschieber ist in einer Axialbohrung des Verstärker
kolbens geführt.
In der Bremslösestellung ist der Druckraum des hydraulischen
Kraftverstärkers mit einem drucklosen Behälter verbunden,
so daß die Anlage die Ruhestellung einnimmt. Wird über
die Kolbenstange eine Betätigungskraft auf den Steuer
schieber übertragen, so verschiebt sich dieser relativ
zum Verstärkerkolben und unterbricht zunächst eine Ver
bindung zwischen dem Druckraum und dem drucklosen Be
hälter. Bei weiterer Relativverschiebung des Steuer
schiebers kommen Steuerkanäle im Steuerschieber und im
Verstärkerkolben zur Überdeckung, so daß ein der Pedal
kraft entsprechender Druck in den Druckraum gelangt. Hat
der Druck im Druckraum ein bestimmtes Maß überschritten,
bei dem die Reibkräfte der den Verstärkerkolben dichtenden
Ringdichtungen überwunden wird, setzt sich der Verstärker
kolben in Richtung auf den Hauptzylinder in Bewegung, so
daß eine Betätigung der Radbremsen stattfindet. Dabei ist
zu beachten, daß die auf den Verstärkerkolben ein
wirkenden Reibkräfte nicht unerheblich sind, da in der
Umfangsnut des Verstärkerkolbens ständig der hohe Speicher
druck steht. Ferner tritt die Erscheinung auf, daß der
Verstärkerkolben nach dem Erreichen des Ansprechdrucks im
Druckraum relativ abrupt nach vorne getrieben wird, da die
Haftreibung der den Verstärkerkolben dichtenden Ring
dichtungen in eine geringere Gleitreibung übergeht. Obwohl
der Steuerschieber mit feinsten Toleranzen in den Ver
stärkerkolben eingepaßt ist, tritt dennoch eine Leckage auf,
die erfahrungsgemäß vom Druck der zur Verfügung stehenden
Hochdruckquelle abhängig ist.
Ein hydraulischer Verstärker mit den eingangs genannten
Merkmalen ist ferner aus der DE-AS 19 07 104 bekannt.
Das dort beschriebene Gerät weist im wesentlichen den vor
stehend erläuterten Aufbau auf und hat sich zusätzlich
zur Aufgabe gemacht eine stetige Vorwärtsbewegung des Ver
stärkerkolbens bei Betätigung des Steuerschiebers zu er
reichen. Zu dem Zweck schlägt das in der DE-AS 19 07 104
beschriebene Gerät vor, nach dem Trennen des Druckraums
vom drucklosen Behälter eine positive Schaltüberdeckung
vorzusehen, die bei weiterer Bremsbetätigung zu einem
statischen Druckaufbau führt, der ausreichend ist, die
Reibkräfte der den Verstärkerkolben dichtenden Ring
dichtungen zu überwinden.
Bei dem beschriebenen Gerät ist es als nachteilig anzusehen,
daß die Fertigungstoleranzen hinsichtlich der positiven
Schaltüberdeckung extrem genau eingehalten werden müssen,
um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Dies ist natürlich
mit entsprechend hohen Fertigungskosten verbunden. Des
weiteren besteht bei diesem hydraulischen Bremskraftver
stärker weiterhin der Nachteil, daß der hydraulische
Fremddruck ständig in der Umfangsnut des Verstärker
kolbens bzw. am Steuerschieber des Bremsventils ansteht.
Das Leckageproblem ist also in keiner Weise gelöst. Dies
ist in dem Zusammenhang zu sehen, daß sich bei heutigen
Kraftfahrzeugbremsanlagen mit hydraulischer Kraftver
stärkung eine Tendenz zu immer höheren Drücken der
Fremdenergiequelle abzeichnet.
Aus der DE-OS 23 59 307 ist ein hydraulischer
Kraftverstärker zur Betätigung von Hauptbremszylindern in
hydraulischen Kraftfahrzeugbremsen bekannt geworden, der mit
einer Fremddruckquelle, bestehend aus einer Pumpe und einem
Speicher versehen ist, mit einem in einer Gehäusebohrung
dichtend geführten Verstärkerkolben, der mit einer
Stirnfläche einen Druckraum begrenzt, mit einem baulich
getrennt vom Kraftverstärker betätigbaren Bremsventil, das
einen Fremddruck in Abhängigkeit von einer Pedalkraft regelt
und dem Druckraum des Kraftverstärkers zuführt. Das
Bremsventil ist zur Steuerung der Druckmittelverbindung
zwischen dem Druckraum und dem drucklosen Vorratsbehälter
oder zwischen dem Druckraum und dem Speicher als Sitzventil
gestaltet, das in Abhängigkeit des in den Arbeitskammern des
Tandemhauptzylinders vorherrschenden Drucks betätigbar ist.
Das Bremsventil bewirkt somit die für eine hydraulische
Verstärkung des Tandemhauptzylinders notwendige Servokraft,
die in Abhängigkeit der konstruktiv festgelegten und
druckbeaufschlagten Wirkfläche das Ansprechverhalten und den
Druckverlauf im Druckraum bestimmt. Die konstruktive
Ausbildung sowie die daraus abgeleitete
Ansteuercharakteristik des Bremsventils innerhalb der
Bremsanlage führen zu nicht unerheblichen Ansprechkräften
die aus der Energieübertragung des Servodrucks auf den
Verstärkerkolben hergeleitet sind.
Demgegenüber hat es sich die vorliegende Erfindung zur
Aufgabe gemacht,einen hydraulischen Kraftverstärker der
eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß sich
ein weiches Ansprechverhalten bei Bremsbetätigung ergibt
und daß die Leckage auf ein Minimum reduziert ist.
Ferner soll der Kraftverstärker einfach aufgebaut und
sicher im Betrieb sein.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach zwischen der
Fremdruckquelle und dem relativ zum Verstärkerkolben
verschiebbaren Steuerventil des Bremsventils ein
Druckminderventil angeordnet ist, wobei ein einen
Ventildurchgang steuernder Stufenkolben des
Druckminderventils in Abhängigkeit der Bremsventilstellung
über eine kleinere Wirkfläche in Öffnungsrichtung des
Ventildurchgangs unmittelbar vom Fremdruck und gleichzeitig
über eine entgegengelegene größere Wirkfläche in
Schließrichtung vom geminderten Druck der Fremddruckquelle
beaufschlagt ist, und wobei in einem permanent an den
Druckraum angeschlossenen Umfangsringraum eine weitere
Wirkfläche des Stufenkolbens den geminderten Druck im
Druckraum derart ausgesetzt ist, daß eine weitere Kraft in
Öffnungsrichtung erzeugt werden kann.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise,
daß die den Verstärkerkolben abdichtenden Ringdichtungen
während des Betriebes nur mit einem relativ geringen
Druck beaufschlagt sind, so daß die auf den Verstärker
kolben einwirkenden Reibungskräfte entsprechend gering
sind. Dadurch ergibt sich ein entsprechend weiches An
sprechverhalten des hydraulischen Kraftverstärkers. Außer
dem wird die Leckage am Steuerschieber auf ein unvermeid
bares Maß reduziert. Ferner läßt sich der Steuerschieber
des Bremsventils bei einer derartigen Ausgestaltung
grober tolerieren; unter Umständen kann der Steuerschieber
sogar mit Gummidichtungen versehen sein, was zu einer
erheblichen Kostenverminderung bei minimaler Leckage
führt.
Zu einer vorteilhaften Weiterbildung gelangt man ferner
dadurch, daß in einer Stufenbohrung des Druckminderventils
der Stufenkolben verschiebbar geführt ist, wobei zwischen
dem größeren und dem kleineren Durchmesser des Stufenkolbens
der Umfangsringraum vorgesehen ist, der mit dem Druckraum
verbunden ist. Diese kompakt bauende Ausgestaltung hat zur
Folge, daß der Verstärkerkolben während des Betriebs
der Bremsanlage von einem vergleichsweise geringen Druck
beaufschlagt wird. Die im Druckraum des hydraulischen
Kraftverstärkers vorherrschende Druckkraft, die ein Maß
für die Bremsintensität ist, wird dazu benutzt, den Druck
am Verstärkerkolben dem Druckbedarf im Druckraum nachzu
führen. Die wirksamen Flächen im Umfangsringraum können
beliebig bemessen werden.
Wenn an der Stirnfläche des Stufenkolbens mit kleinerem
Durchmesser ein Ventilschließglied angeordnet ist, das im
Zusammenwirken mit einem Ventilsitz die Druckmittelleitungen
zwischen der Fremddruckquelle und dem Verstärkerkolben
steuert, ist ein konstruktiv einfaches Ventil zwischen
der Fremddruckquelle und dem Verstärkerkolben realisiert.
Zur Vermeidung einer unerwünschten Leckage am Druckminder
ventil sind beiderseits des Umfangsringraums Ringdichtungen
angeordnet. Diese Ringdichtungen setzen den Betätigungs
drücken keine wesentlichen Reibkräfte entgegen, so daß
das Druckminderventil generell schnell anspricht und
starken Schwankungen der Pedalkraft unverzüglich folgt.
Alternativ kann der Steuerkolben selbstdichtend in der
Stufenbohrung des Druckminderventils geführt sein, wo
durch eine weitere Gerätevereinfachung eintritt. Die Ring
dichtungen werden eingespart, was einerseits zu einer
Fertigungsvereinfachung und andererseits zu einer Ver
ringerung der zu montierenden Teile führt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes sieht vor, daß ein Überdruckventil vorgesehen
ist, das einerseits vom Druck im Druckraum und anderer
seits von dem dem Verstärkerkolben zugeführten Druck
beaufschlagt ist und zum Druckraum aufschaltet, wenn der
Differenzdruck den Öffnungsdruck überschreitet. Der Ein
satz eines derartigen Überdruckventils ist insbesondere
in den Betriebszuständen vorteilhaft, in denen der
hydraulische Kraftverstärker voll aus gesteuert ist und
bei denen anschließend die Pedalkraft relativ rasch
reduziert wird. Ohne Überdruckventil könnte dabei der Fall
eintreten, daß der Druck der Fremddruckenergiequelle in
voller Höhe zwischen den Ringdichtungen des Verstärker
kolbens anliegt. Durch die vorstehend beschriebene Maß
nahme wird der Druck auf den Verstärkerkolben derart be
einflußt, daß er nie mehr als der Druck im Druckraum
zuzüglich des Aufschaltdrucks des Überdruckventils beträgt.
Das heißt, daß die Rückstellfedern im Bremskraftverstärker
schwächer ausgelegt werden können, was zu einer nochmaligen
Verringerung der Ansteuerkraft führt, da der Verstärker
kolben sich beim Vorhandensein des Überdruckventils bei
einem noch geringeren Druck im Druckraum in Bewegung setzt.
Vorzugsweise sind das Druckminderventil und das Überdruck
ventil zu einer Baueinheit zusammengefaßt und in das Ver
stärkergehäuse integriert. Dadurch ergibt sich eine
Kompakteinheit, die einfach im Kraftfahrzeug zu montieren
ist, wobei der Montageaufwand gegenüber separat ausge
führten Geräteeinheiten erheblich reduziert ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Fig. 1 bis Fig. 4
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und Fig. 3 hydraulische Bremsanlagen in prinzipieller
Darstellung und
Fig. 2 und Fig. 4 Druckdiagramme.
Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist eine hydraulische Zweikreis-Bremsanlage
mit einem Tandemhauptzylinder 1 dargestellt. Von den
Arbeitskammern 2, 3 des Tandemhauptzylinders 1 zweigen
Bremskreise 4, 5 zu den Radbremszylindern eines Kraftfahr
zeuges ab. Der Tandemhauptzylinder 1 ist durch einen
hydraulischen Kraftverstärker 6 betätigbar, der seiner
seits aus einem in einer Gehäusebohrung 7 geführten Ver
stärkerkolben 8 besteht. Der Verstärkerkolben 8 weist
an einem Teil seiner Mantelfläche eine Radialnut 9 auf,
die mit dem Gehäuse 10 einen Umfangsringraum 11 bildet.
Eine in der Darstellung rechte Stirnfläche des Verstärker
kolbens 8 begrenzt einen Druckraum 12.
Der Verstärkerkolben 8 weist ferner eine Axialbohrung 13
auf, in der ein Steuerschieber 14 unter Selbstdichtung ge
führt ist. Der Steuerschieber 14 steht über einen Be
tätigungskolben 15 mit einem Bremspedal 16 in Verbindung und
verfügt über einen Axialkanal 17 sowie zwei Radialkanäle
18, 19. Desgleichen ist der Verstärkerkolben 8 mit einem
Radialkanal 20 versehen, der von dem Umfangsringraum 11
radial zur Axialbohrung 13 des Verstärkerkolbens 8 führt.
Ein weiterer in die Axialbohrung 13 mündender
Druckmittelkanal 21 im Verstärkerkolben 8 steht mit einem
drucklosen Behälter 22 in Verbindung.
Der drucklose Behälter 22 steht einerseits mit der Nachlauf
bohrung 23, 24 des Tandemhauptzylinders in Verbindung und
wirkt andererseits als Sumpf für eine durch einen Motor
25 angetriebene Druckmittelpumpe 26. Zu diesem Zweck
führt vom drucklosen Behälter 22 eine Druckmittelleitung
27 über ein Filterelement 28 zur Druckmittelpumpe 26.
Darüberhinaus steht der drucklose Behälter 22 mit einem
Raum 29 in Verbindung, der im wesentlichen durch die in
der Darstellung linke Fläche des Verstärkerkolbens 8 und
den dem ersten Bremskreis zugeordneten Hauptzylinderkolben
30 begrenzt wird. In diesem Raum 29 ist zur Rückstellung
des Verstärkerkolbens 8 eine Druckfeder 31 vorgesehen.
Der Ausgang der Druckmittelpumpe 26 ist über ein Rück
schlagventil 32 und Druckmittelleitungen 33, 34 mit einem
Druckspeicher 35 verbunden. Am Druckspeicher 35 ist über
eine weitere Druckleitung 36 ein Druckminderventil 37 an
geschlossen, das über eine Druckmittelleitung 38 eine
Verbindung zum Umfangsringraum 11 des hydraulischen Kraft
verstärkers 6 hat und außerdem über eine Druckmittel
leitung 39 am Druckraum 12 des hydraulischen Kraftver
stärkers angeschlossen ist.
Das Druckminderventil 37 besteht im wesentlichen aus
einem Gehäuse 40, das mit einer Stufenbohrung 41 ver
sehen ist. In der Stufenbohrung 41 ist ein Stufenkolben
42 axial verschiebbar geführt. Das Kolbenteil 43 mit
kleinerem Durchmesser bildet mit Teilen des Gehäuses
40 einen Raum 44, während die Stirnfläche des Kolbenteils
45 mit größerem Durchmesser einen Raum 46 begrenzt. Die
Räume 44, 46 sind durch eine Druckmittelleitung 47
miteinander verbunden. Am Kolbenteil 43 mit kleinerem
Durchmesser ist ein Ventilschließglied 48 angeformt, das im
Zusammenwirken mit einem Ventilsitz 49 eine Unterbrechung
der Druckmittelleitungen 36, 38 herbeiführen kann.
Der Stufenkolben 42 verfügt ferner über eine radiale
Umfangsnut 50, die zusammen mit Teilen des Gehäuses 40
einen Ringraum 51 bildet, der die Stufe in der Stufenbohrung
41 überdeckt und über die Druckmittelleitung 39 eine
Verbindung zum Druckraum 12 des hydraulischen Kraftver
stärker 6 hat. Der Stufenkolben 42 trägt beiderseits
der radialen Umfangsnut 50 Ringdichtungen 52, 53.
Nachfolgend ist die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten
Bremsanlage näher erläutert, wobei Ausgangspunkt der Be
trachtungen der Bremslösezustand sein soll, in dem keine
Kraft auf das Bremspedal 16 ausgeübt wird. Ferner sei an
genommen, daß der Druckspeicher 35 zunächst drucklos ist,
wie es z. B. nach einer längeren Stillstandszeit des Kraft
fahrzeuges auftreten kann. In diesem Zustand befindet sich
der Verstärkerkolben 8 infolge der Kraftwirkung der Rück
stellfeder 31 in einer in der Darstellung rechten Endstel
lung. Der Stufenkolben 42, auf den keinerlei Federkräfte
wirken, befindet sich in einer unbestimmten Axiallage in
der Stufenbohrung 41. Bei einer Inbetriebnahme des Kraft
fahrzeuges läuft die Druckmittelpumpe 26 an, wodurch die
mit dem Motor 25 mechanisch gekoppelte Druckmittelpumpe 26
Druckmittel aus dem drucklosen Behälter 22 ansaugt und über
das Rückschlagventil 32 dem Druckspeicher 35 zuführt.
Ferner werden die Räume 44, 46 dem Druck des Druckspeichers
35 ausgesetzt. Dadurch verschiebt sich der Stufenkolben 42
in eine in der Darstellung linke Endstellung. Wenn der
Druckspeicher 35 den vorgeschriebenen Höchstdruck
(beispielsweise 180 bar) erreicht hat, beträgt der Druck
im Druckraum 44, bzw. im Umfangsringraum 11 des hydraulischen
Kraftverstärkers 6 bei geeigneter Dimensionierung der
Durchmesser des Stufenkolbens 42 beispielsweise 35 bar,
wobei das Ventilschließglied 48 auf dem Ventilsitz 49
aufliegt und die Druckmittelleitungen 36, 38 voneinander
trennt. Durch seine Verbindung zum drucklosen Behälter 22
ist der Druckraum des hydraulischen Kraftverstärkers bzw.
der Umfangsringraum 51 des Druckminderventils 37 drucklos.
Bei einer Betätigungskraft auf das Bremspedal 16 bewegt
sich der Betätigungskolben 15 mit dem Steuerschieber 14 re
lativ zum Verstärkerkolben 8 nach links, wodurch zunächst
der Druckmittelkanal 21, der Verbindung zum drucklosen Be
hälter 22 hat, geschlossen wird. Bei fortgesetzter Bewegung
des Steuerschiebers 14 gelangt der Radialkanal 18 im
Steuerschieber 14 mit dem Radialkanal 20 im Verstärkerkolben
8 zur Überdeckung; Druckmittel aus dem Umfangsring 11
strömt über den Radialkanal 18, den Axialkanal 17 und den
Radialkanal 18 in den Druckraum des hydraulischen Kraftver
stärkers 6, und der Umfangsringraum 51 des Druckminderven
tils 37 wird über die Druckmittelleitung 39 druckbe
aufschlagt. Durch diese Druckbeaufschlagung des Umfangs
ringraums 51 wird auf den Stufenkolben 42 eine Kraft aus
geübt, die dem Produkt aus der eingesteuerten Druckkraft
und der Differenzfläche zwischen kleinerem Kolbenteil 43
und größerem Kolbenteil 45 entspricht. Diese Kraft wirkt
auf das Ventil 48, 49 des Druckminderventils 37 in Öff
nungsrichtung. Infolge des in den Druckraum 12 eingesteuer
ten Drucks verschiebt sich der Verstärkerkolben 8 in der
Darstellung nach links, wodurch die Relativstellung zwi
schen Verstärkerkolben 8 und Steuerschieber 14 geändert
wird, wobei eine gesonderte Schnüffelstellung erreicht
wird, in der der Druckmittelkanal 21 zum drucklosen Behäl
ter 22 verschlossen ist und der Radialkanal des Steuer
schiebers 14 minimal mit dem Radialkanal 20 des Verstärkerkolbens
8 zur Überdeckung gebracht ist. Entsprechend der
Bewegung des Verstärkerkolbens 8 des hydraulischen Kraft
verstärkers 6 werden auch die Hauptzylinderkolben 30, 54
des Tandemhauptzylinders in der Darstellung nach links ver
schoben, wodurch sich die Arbeitskammern 2, 3 verkleinern
und ein entsprechender Bremsdruck in den Bremskreisen 4, 5
bzw. in den an den Bremskreisen angeschlossenen Radbremsen
erzeugt wird.
Durch die Druckbeaufschlagung des Umfangringraums 51 mit
dem im Druckraum des hydraulischen Kraftverstärkers 6 vor
herrschenden Druck stellt sich am Druckminderventil 37 ein
neuer Gleichgewichtszustand ein, in dem der Druck in der
Druckmittelleitung 38 bzw. im Umfangsringraum 11 in Abhän
gigkeit vom Druck im Druckraum 12 angehoben ist. Eine wei
tere Verschiebung des Steuerschiebers 14 in der Darstellung
nach links stört diesen Gleichgewichtszustand erneut, wobei
jeweils der Druck im Umfangsringraum 11 angehoben wird. Bei
Vollaussteuerung des hydraulischen
Kraftverstärkers 6 ist auch das Ventil 48, 49 des Druckmin
derventils 37 voll geöffnet, so daß in den Räumen 44, 51,
46, 11 und 12 gleiche Drücke herrschen. Beim Lösen des
Bremspedals 16 kehren alle beweglichen Teile der Bremsanla
ge in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurück.
Bei Ausfall des Drucks im Druckspeicher 35 ist eine Druck
versorgung der Bremskreise 4, 5 ohne weiteres, wenn auch
mit wesentlich erhöhter Kraft am Bremspedal 16 erzeugbar.
In diesem Störfall verschiebt sich der Betätigungskolben 15
mit dem Steuerschieber 14 in der Axialbohrung 13 des Ver
stärkerkolbens 8 soweit, bis er am Boden der Axialbohrung
13 anschlägt. Bei weiterer Erhöhung der Betätigungskraft am
Bremspedal 16 werden nun der Verstärkerkolben 8 und die
Hauptzylinderkolben 30, 54 des Tandemhauptzylinders 1 in
der Darstellung nach links verschoben, wodurch die Brems
kreise 4, 5 rein mechanisch unter Druck gesetzt werden. Da
bei sind die Räume 44, 51, 46 des Druckminderventils 37
drucklos, so daß der Stufenkolben 42 eine beliebige Lage in
der Stufenbohrung 41 einnimmt, in der die Notfunktion der
Bremsanlage nicht beeinträchtigt ist.
Der Druckverlauf in den Räumen 44, 51 bzw. in den Räumen
11, 12 ist in Fig. 2 dargestellt. Bei diesem Druckdiagramm
ist vorausgesetzt, daß der Druckspeicher 35 auf seinen
Höchstwert, beispielsweise 180 bar, aufgeladen ist. Die
Wirkflächen des Druckminderventils 37 sollen so ausgelegt
sein, daß sich im Ruhezustand (Bremslösestellung) d. h., bei
drucklosem Druckraum 12, ein Druck im Umfangsringraum 11
von 35 bar einstellt. Sobald Druckmittel in den Druckraum
12 des hydraulischen Kraftverstärkers 6 strömt, steigt auch
der Druck im Umfangsringraum 51 des Druckminderventils 37
an, was zur Folge hat, daß der Druck
im Umfangsringraum 11 des hydraulischen Kraftverstärkers
6 stetig dem Druck im Druckraum 12 nachgeführt wird,
bis beim Erreichen der Vollbremsstellung im Umfangsring
raum 11 und im Druckraum 12 Druckgleichheit hergestellt
ist. In dem dargestellten Druckdiagramm ist der Druck
im Raum 44 des Druckminderventils 37 bzw. im Umfangsring
raum 11 des hydraulischen Kraftverstärkers 6 mit P1 und
der Druck im Raum 51 bzw. im Druckraum 12 mit P2 be
zeichnet. Die in das Druckdiagramm eingezeichnete Kenn
linie gibt den oben erläuterten Sachverhalt wieder.
Bei der in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Bremsanlage
kann bei einem abrupten Übergang von der Vollbremsstellung
in die Bremslösestellung der Fall eintreten, daß im Um
fangsringraum 11 der volle Druck des Druckspeichers 35 (180
bar) vorherrscht, während der Druckraum 12 des hydrau
lischen Kraftverstärkers 6 bereits mit dem drucklosen Be
hälter 22 verbunden ist. Diese hohe Druckdifferenz zwischen
dem Umfangsringraum 11 und den angrenzenden Räumen 12, 29
bedingt ebenfalls erhebliche Reibkräfte am Verstärkerkolben
8, was durch entsprechend stark ausgelegte Rückstellfedern
31 kompensiert werden muß. Zur Vermeidung dieser hohen
Druckdifferenz ist gemäß Fig. 3 eine hydraulische Bremsan
lage derart ausgebildet, daß zwischen dem Umfangsringraum
11 und dem Druckraum 12 des hydraulischen Kraftverstärkers
8 ein Überdruckventil 55 zwischengeschaltet ist. Da sich
das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mit Ausnahme des Über
druckventils 55 nicht von der in Fig. 1 dargestellten Anla
ge unterscheidet, wird an dieser Stelle auf den Aufbau im
einzelnen nicht näher Bezug genommen. Das Überdruckventil
55 ist vom Innenumfangsringraum 11 zum Druckraum 12 des hy
draulischen Kraftverstärkers 6 aufschaltbar, wenn der Druck
im Innenumfangsraum 11 um den Öffnungsdruck des
Überdruckventils 55 höher liegt. Unterhalb dieses Diffe
renzdruckes bzw. bei Druckgleichheit am Überdruckventil 55
übt das Überdruckventil 55 eine reine Sperrfunktion aus.
Ausgangspunkt der Erläuterung der Funktionsweise der Brems
anlage sei die im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterte Voll
bremsstellung, in der im Umfangsringraum 11 sowie im Druck
raum 12 des hydraulischen Kraftverstärkers 6 der volle
Druck des Druckspeichers 35 vorliegt. Wird das Bremspedal
16 aus dieser Betriebslage schlagartig in die Bremslöse
stellung überführt, so sinkt der Druck im Druckraum 12 re
lativ rasch gegenüber dem Druck im Umfangsringraum 11 ab.
Die Druckdifferenz Δp zwischen den Räumen 11, 12 kann je
doch infolge des Überdruckventils 55 allenfalls einen Wert
annehmen, der dem Öffnungsdruck des Überdruckventils 55
entspricht. Ist der Öffnungsdruck des Überdruckventils 55
beispielsweise auf p = 50 bar eingestellt, so kann auch die
Druckdifferenz zwischen den Räumen 11, 12 höchstens diesen
Wert annehmen; die Folge davon ist, daß der rückwärtigen
Bewegung des Verstärkerkolbens 8 geringere Reibkräfte ent
gegenwirken, so daß es möglich ist, die Druckfeder 31 im
Raum 29 entsprechend schwächer auszulegen.
Schließlich gibt Fig. 4 den Zusammenhang zwischen dem Druck
im Umfangsringraum 11 und dem Druckraum des hydraulischen
Kraftverstärkers 6 wieder. Auch dabei ist angenommen, daß
der höchstens im Druckspeicher 35 erzeugbare Druck 180 bar
beträgt. Der Öffnungsdruck des Überdruckventils 55 sei auf
p = 50 bar eingestellt. Es ist aus der Kennlinie deutlich
erkennbar, daß der angesprochene Differenzdruck zwischen
den Räumen 11, 12 allenfalls diesen Druck von 50 bar anneh
men kann.
Claims (7)
1. Hydraulischer Kraftverstärker zur Betätigung von Haupt
bremszylindern in hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanla
gen, mit einer Fremddruckquelle, bestehend aus einer Pum
pe und einem Speicher, einem in einer Gehäusebohrung
dicht geführten Verstärkerkolben, der mit einer Stirn
fläche einen Druckraum begrenzt und bei dem ein pedalbe
tätigbares Bremsventil mit einem relativ zum Verstärker
kolben verschiebbaren Steuerschieber vorgesehen ist, das
einen Fremddruck in Abhängigkeit von einer Pedalkraft re
gelt und dem Druckraum zuführt, wobei der Druckraum in
der Bremslösestellung mit einem drucklosen Behälter ver
bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) zwischen der Fremddruckquelle und dem relativ zum Ver stärkerkolben verschiebbaren Steuerventil des Brems ventils ein Druckminderventil (37) angeordnet ist,
- b) ein einen Ventildurchgang (48, 49) steuernder Stufen kolben (42) des Druckminderventils (37) in Abhängig keit der Bremsventilstellung über eine kleinere Wirk fläche in Öffnungsrichtung des Ventildurchganges (48, 49) unmittelbar vom Fremddruck und gleichzeitig über eine entgegengelegene größere Wirkfläche in Schließ richtung vom geminderten Druck der Fremddruckquelle (35) beaufschlagbar ist,
- c) in einem permanent an den Druckraum (12) angeschlossenen Umfangsringraum (51) eine weitere Wirkfläche des Stufenkolbens (42) dem geminderten Druck im Druckraum (12) derart ausgesetzt ist, daß eine weitere Kraft in Öffnungsrichtung erzeugbar ist.
2. Hydraulischer Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in einer Stufenbohrung
(41) des Druckminderventils (37) der Stufenkolben (42)
verschiebbar geführt ist und daß zwischen einem größeren
Kolbenteil (45) und einem kleineren Kolbenteil (43) des
Stufenkolbens (42) der Umfangsringraum (51) vorgesehen
ist, der mit dem Druckraum (12) des hydraulischen
Kraftverstärkers (6) verbunden ist.
3. Hydraulischer Kraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß an der
Stirnfläche des Stufenkolbens (42) mit kleinerem
Durchmesser ein Ventilschließglied (48) angeordnet ist,
das im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz (49) die
Druckmittelleitungen (36, 38) zwischen der
Fremddruckquelle (35) und dem Verstärkerkolben (8)
steuert.
4. Hydraulischer Kraftverstärker nach einem
der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß beiderseits des
Umfangsringraums (51) Ringdichtungen (52, 53) angeordnet
sind.
5. Hydraulischer Kraftverstärker nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (42)
selbstdichtend in der Stufenbohrung (41) des
Druckminderventils (37) geführt ist.
6. Hydraulischer Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (55)
vorgesehen ist, das einerseits vom Druck im Druckraum
(12) und andererseits von dem dem Verstärkerkolben (8)
zugeführten Druck beaufschlagt ist und zum Druckraum (12)
aufschaltet, wenn der Differenzdruck (ΔP) den
Öffnungsdruck überschreitet.
7. Hydraulischer Kraftverstärker nach
Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckminderventil
(37) und das Überdruckventil (55) zu einer Baueinheit
zusammengefaßt und in das Gehäuse (10) des hydraulischen
Kraftverstärkers (6) integriert sind.
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