DE3343160C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremskraftverstärker in Tandem-Bauweise mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Derartige Bremskraftverstärker tragen zur Erzeugung von ausreichend großen Bremskräften bei den Bremsen von Kraftfahrzeugen bei und verbessern das Bremsgefühl des Fahrzeuglenkers. Um dies zu erreichen, sind bisher Versuche durchgeführt worden, um das Volumen eines geschlossenen Gehäuses der Bremskraftverstärker zu erhöhen. Einer dieser Versuche zielte auf die Erhöhung des Durchmessers des geschlossenen Gehäuses ab. Gemäß einem anderen Vorschlag, der in Fig. 2(b) der Zeichnung schematisch dargestellt ist, wurde ein geschlossenes Gehäuse 10b in eine vordere und eine hintere Kammer R, R mit gleichem Außendurchmesser aufgeteilt, und es wurden jeweils in der vorderen und hinteren Kammer Kolben 20b, 30b angeordnet. Auf diese Weise entstand eine Tandem-Konstruktion mit zwei axial angeordneten Konstantdruckkammern und Kammern mit veränderlichem Druck. Der erstgenannte Vorschlag besitzt den Nachteil, daß die Abmessung des Bremskraftverstärkers in Radialrichtung zunehmen. Die zuletzt beschriebene Ausführungsform ist infolge ihrer erhöhten Axiallänge mit Nachteilen behaftet. Diese Bremskraftverstärker des Standes der Technik können daher dem Bedarf nach Bremskraftverstärkern einer geringeren Größe nicht gerecht werden.

Aus der US 40 69 742 ist ein Bremskraftverstärker mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. Bei dem bekannten Bremskraftverstärker befindet sich zwischen beiden Kammern ein Trennelement, das fast bis zur Gehäusewandung durchläuft und dort an einem Teil einer Membran anliegt, der einen Durchtrittskanal aufweist. Damit entspricht aber der Außendurchmesser der vorderen Kammer im wesentlichen dem der hinteren Kammer, so daß auch für dieses Ausführungsbeispiel die in Fig. 2(b) dargestellten Bedingungen zutreffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bremskraftverstärker der angegebenen Art zu schaffen, der bei einer besonders robusten Bauweise sehr klein baut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Bremskraftverstärker der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Teil des Trennelementes, nämlich das becherförmige Verstärkungselement, gleichzeitig zur Verstärkung der Innenseite der Vorderseite der Gehäuseeinheit verwendet, so daß hierdurch die Robustheit des Bremskraftverstärkers verbessert wird.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre weist die vordere Kammer einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der der hinteren Kammer und der des in der hinteren Kammer angeordneten Kolbens, und der Kolben in der hinteren Kammer besitzt einen äußeren Umfangsabschnitt, der einen äußeren Umfangsabschnitt der vorderen Kammer überlappt, wenn die Kolben vorwärts oder in ihre Ruhestellungen zurückbewegt werden. Um die gleiche Bremshilfskraft zur Verfügung zu stellen wie bei einem herkömmlich ausgebildeten Bremskraftverstärker, kann der erfindungsgemäß ausgebildete Verstärker ein Volumen besitzen, das kleiner ist als das des bekannten Bremskraftverstärkers, wobei die Volumendifferenz dem Produkt aus dem Querschnittsbereich (genauer gesagt, einem zur Erzeugung einer Bremshilfskraft geeigneten Querschnittsbereich) einer Kammer mit kleinerem Durchmesser in der geschlossenen Gehäuseeinheit und einer Axiallänge entspricht, um die ein äußerer Umfangsabschnitt des Kolbens in einer Kammer mit größerem Durchmesser einen äußeren Umfangsabschnitt der Kammer mit kleinerem Durchmesser überlappt. Daher kann der erfindungsgemäß ausgebildete Bremskraftverstärker eine um dieses reduzierte Volumen verringerte Größe aufweisen als die Bremskraftverstärker nach dem Stand der Technik. Mit anderen Worten, der erfindungsgemäß ausgebildete Bremskraftverstärker, der eine geschlossene Gehäuseeinheit mit dem gleichen Volumen besitzt wie die herkömmlich ausgebildeten Bremskraftverstärker, ist in der Lage, eine Bremshilfskraft zu erzeugen, die um das dem reduzierten Volumen entsprechende maß größer ist als die von den Bremskraftverstärkern des Standes der Technik erzeugte Kraft.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die DE-OS 21 05 424 verwiesen. Aus dieser Veröffentlichung ist ein Bremskraftverstärker mit einem becherförmigen vorderen Gehäuseteil und einem hinteren Gehäuseteil bekannt. Der bekannte Bremskraftverstärker weist jedoch kein Trennelement auf, das ein becherförmiges Verstärkungselement besitzt, welches einen geringeren Durchmesser als das vordere Gehäuseteil hat und dieses verstärkt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes geht aus Patentanspruch 2 hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Bremskraftverstärker in Tandem-Bauweise;

Fig. 2(a) eine schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Bremskraftverstärkers; und

Fig. 2(b) eine schematische Darstellung eines herkömmlich ausgebildeten Bremskraftverstärkers.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt ein Bremskraftverstärker in Tandem-Bauweise eine geschlossene Gehäuseeinheit 10a, die sich aus einem vorderen und einem hinteren Gehäuseteil 11, 12 zusammensetzt, welche eine vordere und eine hintere Kammer R2, R1 umgrenzen. Ein becherförmiges Verstärkungselement 13 verstärkt das vordere Gehäuseteil 11, wobei eine ringförmige Trennwand eine hintere Öffnung im Verstärkungselement 13 abdeckt. Ein erster und ein zweiter Kolben 20, 30, die die Hauptkomponenten des Bremskraftverstärkers darstellen, sind in den Kammern R1, R2 angeordnet.

Der in der hinteren Kammer R1 angeordnete erste Kolben 20 aus einem mittleren Kolbenelement 21 und einer Membran 23, die mit einem Halter 22 an einem Hals des Kolbenelementes 21 aneinander befestigt sind. Das Kolbenelement 21 weist einen hinteren rohrförmigen Abschnitt 21a auf, der in luftdichter Weise axial beweglich im hinteren Gehäuseteil 12 gelagert ist. Das Kolbenelement 21 ist ferner mit einem vorderen rohrförmigen Abschnitt 21b versehen, der in einer Öffnung 14a in der Trennwand 14 axial beweglich gelagert ist. Die Membran 23 besitzt einen äußeren Umfangsrand, der durch eine Verbindung zwischen dem vorderen und hinteren Gehäuseteil 11, 12 festgeklemmt ist. Im vorderen Abschnitt der hinteren Kammer R1 ist eine erste Konstantdruckkammer ra1 und in einem hinteren Abschnitt der hinteren Kammer R1 ist eine erste Kammer rb1 mit veränderlichem Druck vorgesehen. Die erste Konstantdruckkammer ra1 ist an eine Unterdruckquelle (nicht gezeigt), wie beispielsweise einen Einlaßkrümmer einer Brennkraftmaschine, angeschlossen, um in der Kammer ra1 einen Unterdruck zu erzeugen.

Ein Ventilkolben 41 ist in den hinteren rohrförmigen Abschnitt 21a des Kolbenelementes 21 derart eingepaßt, daß er über eine vorgegebene Länge eine maximale Gleitbewegung durchführen kann. Ferner ist im hinteren rohrförmigen Abschnitt 21a ein Halter 43 befestigt, der einen rohrförmigen Ventilkörper 42 haltert. Der Ventilkolben 41 ist an eine Schubstange 45 angeschlossen, die in eine Staubschutzhaube 15 und ein Luftfilter 44 eingesetzt ist, welche den Außenumfang und das hintere Ende des hinteren rohrförmigen Abschnitts 21a des Kolbenelementes 21 abdecken. Der rohrförmige Ventilkörper 42 wird normalerweise durch eine Schraubenfeder 46 mit kleinem Durchmesser so unter Druck gesetzt, daß er sich nach vorne bewegt und sein vorderes Ende gegen das hintere Ende des Ventilkolbens 41 stößt. Die Schubstange 45 wird normalerweise durch eine Schraubenfeder 47 mit mittleren Durchmesser nach hinten unter Vorspannung gesetzt. Die Schubstange 45 wird in Abhängigkeit vom Durchdrücken eines Bremspedales (nicht gezeigt) nach vorne bewegt. Wenn die Schubstange 45 auf diese Weise bewegt wird, wird der Ventilkolben 41 den Reaktionskräften einer Reaktionsscheibe 48 aus Gummi ausgesetzt, die in den vorderen rohrförmigen Abschnitt 21b des Kolbenelementes 21 eingepaßt ist.

Wenn die Schubstange 45 nicht betätigt wird, werden im Kolbenelement 21 ausgebildete Kanäle 21c, 21d miteinander in Verbindung gehalten, so daß eine Verbindung zwischen der ersten Konstantdruckkammer ra1 und der ersten Kammer rb1 mit veränderlichem Druck aufrechterhalten und die erste Kammer rb1 mit veränderlichem Druck gegenüber der Atmosphäre geschlossen wird. Somit sind die Kammern ra1, rb1 dem gleichen Unterdruck ausgesetzt. Wenn die Schubstange 45 weiter vorwärts bewegt wird, wird auch der Ventilkolben 41 vorwärts bewegt. Zur gleichen Zeit wird der rohrförmige Ventilkörper 42 durch die Vorspannung der Schraubenfedern 46 mit kleinem Durchmesser ausgefahren, bis er auf einen Ventilsitz 21e des Kolbenelementes 21 gelangt, so daß auf diese Weise die Verbindung zwischen den Kammern ra1 und rb1 unterbrochen wird. Wenn die Schubstange 45 weiter nach vorne bewegt wird, wird das hintere Ende des Ventilkolbens 41 mit dem vorderen Ende des rohrförmigen Ventilkörpers 42 außer Kontakt gebracht, so daß die erste Kammer rb1 mit veränderlichem Druck durch den Kanal 21d im Kolbenelement 21 und das Luftfilter 44 mit der Atmosphäre in Verbindung treten kann.

Somit wird der erste Kolben (20) durch eine Druckdifferenz, die nunmehr zwischen den Kammern ra1 und rb1 besteht, nach vorne bewegt.

Die vordere Kammer R2 besitzt einen Durchmesser, der kleiner ist als der der hinteren Kammer R1, und der zweite Kolben 30, der in der vorderen Kammer R2 angeordnet ist, weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der des ersten Kolbens 20. Der zweite Kolben 30 umfaßt ein stangenförmiges Kolbenelement 31 und eine Membran 33, die zusammen mit einem Halter 32 an einer äußeren Umfangsfläche des Kolbenelementes 31 befestigt ist. Das Kolbenelement 31 weist einen vorderen Abschnitt auf, der in luftdichter Weise in einem Dichtungselement 16 axial beweglich gelagert ist, welches in einer mittleren Öffnung des vorderen Gehäuseteiles 11 fest montiert ist. Die Membran 33 besitzt einen äußeren Umfangsrand, der von einer Verbindung zwischen dem Verstärkungselement 13 und der Trennwand 14 ergriffen wird, so daß in einem vorderen Abschnitt der vorderen Kammer R2 eine zweite Konstantdruckkammer ra2 und in einem hinteren Abschnitt dieser Kammer eine zweite Kammer rb2 mit veränderlichem Druck gebildet wird. Der zweite Kolben 30 wird normalerweise durch eine Schraubenfeder 51 mit großem Durchmesser, die in der zweiten Konstantdruckkammer ra2 angeordnet ist, so unter Druck gesetzt, daß er sich nach hinten bewegt und das hintere Ende des Kolbenelementes 31 gegen einen Halter 32 stößt, der gleitend in den vorderen rohrförmigen Abschnitt 21b des Kolbenelementes 21 des ersten Kolbens 20 eingepaßt ist. Der erste Kolben 20 wird von der Schraubenfeder 51 mit großem Durchmesser so vorgespannt, daß er sich in die Ruhestellung (wie gezeigt) zurückbewegt. Die zweite Konstantdruckkammer ra2 in der vorderen Kammer R2 wird über eine Öffnung 13a, die in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verstärkungselementes 13 angeordnet ist, mit der ersten Konstantdruckkammer ra1 in Verbindung gehalten. Die zweite Kammer rb2 mit veränderlichem Druck wird über einen Kanal 21f, der im Kolbenelement 21 des ersten Kolbens 20 ausgebildet ist, mit der ersten Kammer rb1 mit veränderlichem Druck in Verbindung gehalten.

Der zweite Kolben 30 und der erste Kolben 20 sind koaxial zueinander angeordnet und stehen miteinander in Wirkverbindung. Wenn infolge einer Betätigung der Schubstange 45 zwischen der Konstantdruckkammer ra1 und der Kammer rb1 mit veränderlichem Druck eine Druckdifferenz in der hinteren Kammer R2 erzeugt wird, wird die gleiche Druckdifferenz gleichzeitig zwischen der zweiten Konstantdruckkammer ra2 und der zweiten Kammer rb2 mit veränderlichem Druck in der vorderen Kammer R2 verursacht, da sich der zweite und erste Kolben 30, 20 gemeinsam nach vorne bewegen. Während der Vorwärtsbewegung der Kolben 20, 30 wird der erste Kolben 20 so weit bewegt, bis der äußere Umfangsabschnitt des Halters 22 einen hinteren äußeren Umfangsabschnitt der vorderen Kammer R2 überlagert. Wenn daher die Schubstange 45 durch ein Niederdrücken des Bremspedals (nicht gezeigt) vorwärts bewegt wird, werden die Kolben 20, 30 als Einheit über eine vorgegebene Strecke vorwärts bewegt, so daß eine in das vordere Ende des Kolbenelementes 31 eingeschraubte Betätigungsstange 53 den Kolben in einem Hauptzylinder (nicht gezeigt) verschieben kann. Im Hauptzylinder wird dann ein hoher hydraulischer Druck erzeugt, der zur Abbremsung des Kraftfahrzeuges an die Radzylinder (nicht gezeigt) weitergeführt wird.

In den Fig. 2(a) und 2(b) sind der erfindungsgemäß ausgebildete Bremskraftverstärker und ein herkömmlich ausgebildeter Bremskraftverstärker dargestellt, um die Berechnung der Volumina Va, Vb der geschlossenen Gehäuse 10, 10b und der von den Bremskraftverstärkern erzeugten Bremshilfskräfte Qa, Qb zu ermöglichen. Mit A ist in den Fig. 2(a) und 2(b) ein wirksamer Querschnittsbereich der Kammern R in dem herkömmlich ausgebildeten Bremskraftverstärker bezeichnet. A1 stellt den wirksamen Querschnittsbereich der hinteren Kammer R1 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Bremskraftverstärker und A2 den wirksamen Querschnittsbereich der vorderen Kammer R2 des erfindungsgemäß ausgebildeten Bremskraftverstärkers dar. Mit α sind die axialen Unterabschnitte des Kolbens der hinteren Kammer und der Membran der vorderen Kammer und mit l die Bewegungsintervalle der Kolben 20, 30, 20b, 30b bezeichnet. Die Abmessungen α, l sind bei diesen Bremskraftverstärkern im wesentlichen gleich. Darüberhinaus ist mit δ diejenige axiale Länge bezeichnet, um die der äußere Umfangsabschnitt des ersten Kolbens 20 bei der Erfindung den äußeren Umfang des Verstärkungselementes 13 der vorderen Kammer R2 überlagert, wenn der erste Kolben 20 die maximale Strecke nach vorne bewegt worden ist.

Das Volumen Va des geschlossenen Gehäuses 10 des erfindungsgemäß ausgebildeten Bremskraftverstärkers und das Volumen Vb des geschlossenen Gehäuses 10b des herkömmlich ausgebildeten Bremskraftverstärkers wird in der folgenden Weise errechnet:

Va = (l+α) Al+(l+α-δ) A2
Vb = 2 (l+α) A

Wenn die maximale Druckdifferenz zwischen der Konstantdruckkammer und der Kammer mit veränderlichem Druck durch p ausgedrückt wird, können die vom erfindungsgemäßen und herkömmlich ausgebildeten Bremskraftverstärker erzeugten Bremshilfskräfte Qa, Qb in der folgenden Weise errechnet werden:

Qa = (A1+A2) p
Qb = 2 A p

Um die gleichen Bremshilfskräfte von beiden Bremskraftverstärkern zu erzielen, muß Qa = Qb und somit 2A= A1+A2 sein, so daß sich hieraus ergibt:

Vb-Va = (l+α) (A1+A2)-{(l+α) A1+(l+α-δ) A2} = A2δ

Aus dieser Gleichung folgt, daß zum Erzielen der gleichen Bremshilfskraft das Volumen des geschlossenen Gehäuses des erfindungsgemäß ausgebildeten Bremskraftverstärkers kleiner sein kann als das des Gehäuses des bekannten Bremskraftverstärkers, und zwar um den Betrag A2×δ, und daß die axiale Länge des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers um den Betrag δ geringer sein kann als die des bekannten Bremskraftverstärkers. Der erfindungsgemäß ausgebildete Bremskraftverstärker kann daher eine geringere Größe aufweisen. Mit anderen Worten, wenn der erfindungsgemäß ausgebildete und der bekannte Bremskraftverstärker das gleiche Volumen besitzen, kann der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker eine größere Bremshilfskraft erzeugen als der bekannte Bremskraftverstärker.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Bremskraftverstärker ist auch insofern vorteilhaft, als daß die vordere Kammer R2 einen geringeren Außendurchmesser besitzt als die hintere Kammer R1 und die Öffnung 13a in einfacher Weise in der äußeren Umfangsfläche des Verstärkuungselementes 13, das die vordere Kammer R2 begrenzt, ausgebildet ist, um eine Verbindung zwischen der zweiten Konstantdruckkammer ra2 in der vorderen kammer R2 und der ersten Konstantdruckkammer ra1 in der hinteren Kammer R1 vorzusehen.

Da das Verstärkungselement 13 im vorderen Gehäuseteil 11 becherförmig ausgebildet ist und mit der Trennwand 14 zur Begrenzung der vorderen Kammer R2 zusammenwirkt, kann das Verstärkungselement 13 in wirksamer Weise gleichzeitig zur Verstärkung und zur Begrenzung der vorderen Kammer eingesetzt werden.

Claims (2)

1. Bremskraftverstärker in Tandem-Bauweise mit einer geschlossenen, ein becherförmiges vorderes Gehäuseteil aufweisenden Gehäuseeinheit, in der eine vordere und eine hintere Kammer ausgebildet sind, welche durch ein eine ringförmige Trennwand aufweisendes Trennelement voneinander getrennt sind, und mit einem ersten und zweiten Kolben, die koaxial in der vorderen und hinteren Kammer angeordnet sind, miteinander in Wirkverbindung stehen und sich in luftdichter Weise durch einen mittleren Abschnitt der Trennwand erstrecken, wobei die vordere und hintere Kammer jeweils durch eine Membran ihres Kolbens in eine Konstantdruckkammer, die einem Unterdruck ausgesetzt ist, und eine Kammer mit veränderlichem Druck, die wahlweise mit der Konstantdruckkammer und der Atmosphäre in Verbindung bringbar ist, unterteilt sind, die Konstantdruckkammern in der vorderen und hinteren Kammer und die Kammern mit veränderlichem Druck in der vorderen und hinteren Kammer miteinander in Verbindung gehalten werden und die Kolben durch Druckdifferenz zwischen den Konstantdruckkammern und den Kammern mit veränderlichem Druck als Einheit in Axialrichtung bewegbar sind, und wobei der Kolben der hinteren Kammer einen nach vorn gerichteten äußeren Umfangsabschnitt aufweist sowie einen größeren wirksamen Querschnitt als der Kolben der vorderen Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (13, 14) weiterhin ein becherförmiges Verstärkungselement (13) mit einer hinteren, durch die ringförmige Trennwand (14) verschlossenen Öffnung aufweist, welches an der Innenseite der Vorderseite des vorderen Gehäuseteils (11) dieses verstärkend anliegt, wobei das Verstärkungselement (13) einen geringeren Außendurchmesser als das vordere Gehäuseteil (11) aufweist und der nach vorn gerichtete äußere Umfangsabschnitt des Kolbens (20) der hinteren Kammer (R1) den äußeren Umfang des Verstärkungselements (13) auf einer axialen Länge (δ) überlagert, wenn die Kolben (20; 30) nach vorn bewegt sind.

2. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) der hinteren Kammer (R1) ein mittleres Kolbenelement (21) aufweist, das einen rohrförmigen Abschnitt (21a) besitzt, der in luftdichter Weise axial beweglich im hinteren Gehäuseteil (12) der geschlossenen Gehäuseeinheit (10a) geführt ist und in dem ein vom Fahrzeuglenker betätigbarer Ventilmechanismus angeordnet ist, mittels dem die Kammer (rb₁) mit veränderlichem Druck der hinteren Kammer (R1) wahlweise mit der Konstantdruckkammer (ra₁) der hinteren Kammer (R1) oder der Atmosphäre in Verbindung bringbar ist.