DE3640793A1 - Bremsbetaetigungseinheit fuer hydraulische kraftfahrzeug-bremsanlagen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsbetätigungs­ einheit für hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, die aus einem an einem tragenden Bauteil des Kraftfahrzeuges befestigten Hauptbremszylinder sowie einem am offenen Ende des Hauptbremszylinders befestigten Vakuumbremskraftver­ stärker besteht, dessen Verstärkergehäuse mittels einer beweglichen Wand in eine Unterdruck- und eine Arbeits­ kammer unterteilt ist, mit einer den Hauptbremszylinder betätigenden Druckstange, einer Steuerventileinrichtung zur Steuerung des in der Arbeitskammer herrschenden Druckes, einer einerseits mit der beweglichen Wand des Vakuumbremskraftverstärkers und andererseits mit einem Primärkolben des Hauptbremszylinders verbundenen, im Hauptbremszylinder geführten Kraftübertragungsstange, sowie einem Reaktionskraftübertragungselement, das in Ab­ hängigkeit von der Verstärkungskraft eine entgegen der Betätigungskraft der Druckstange gerichtete Reaktionskraft auf die Druckstange überträgt.

Eine Bremsbetätigungsanordnung dieser Art ist durch die europäische Patentanschrift 01 10 740 bekannt geworden. Die darin beschriebene, im wesentlichen durch einen Haupt­ bremszylinder mit einem Nachlaufbehälter und eine Servovorrichtung gebildete Bremsbetätigungseinheit ist zum Zwecke der Verkürzung des bei Betätigung des Steuerventils der Servovorrichtung auftretenden Leerweges mit einem Ein­ stellmechanismus zum Einstellen der Ruhelage des Haupt­ bremszylinderkolbens relativ zu einer eine Druckkammer des Hauptbremszylinders mit dem Nachlaufbehälter verbindenden Öffnung und somit zur zeitlichen Abstimmung der Unter­ brechung der Druckmittelverbindung zwischen dem Nachlauf­ behälter und der Druckkammer bei einer Bewegung des Haupt­ bremszylinderkolbens in seine Betätigungsstellung versehen.

Weniger vorteilhaft anzusehen ist bei der bekannten Brems­ betätigungseinheit die Vielzahl von Dichtungen, die sowohl hohe Reibungskräfte als auch verhältnismäßig hohe Her­ stellungskosten mit sich bringen und außerdem in dem in Frage kommenden weiten Temperaturbereich (-40°C bis 120°C) erhebliche Schwierigkeiten verursachen. Nachteilig bei der erwähnten Bremsbetätigungseinheit ist auch der große Durchmesser des innerhalb des Gehäuses der Servovor­ richtung angeordneten Steuerventilgehäuses, dessen Quer­ schnitt eine große Verlustfläche im Zusammenhang mit der aktiven Wirkfläche der beweglichen Wand der Servovor­ richtung darstellt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsbetätigungseinheit der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die unter Vermeidung der obigen Nachteile einfach im Aufbau ist und sich durch ein geringes Gewicht sowie einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerventileinrichtung zur Steuerung des in der Arbeits­ kammer herrschenden Druckes außerhalb des Verstärkerge­ häuses angeordnet und mit Ausgangssignalen einer elektro­ nischen Steuereinheit ansteuerbar ist. Hierdurch wird eine Bremsbetätigungseinheit geschaffen, bei der die durch die Kraftübertragungsstange eingeleiteten Kräfte unmittelbar am Hauptbremszylinder abgestützt sind und das Verstärker­ gehäuse nicht belasten. Die Wände des Verstärkergehäuses können daher sehr dünn augebildet sein, wodurch eine er­ hebliche Gewichtsverminderung erzielt wird. Die durch die Arbeitsdrücke bewirkten Dehnungen des Verstärkergehäuses sind ohne Nachteile, da sie sich bei der Kraftübertragung von der Kraftübertragungsstange zum Kolben des Hauptbrems­ zylinders nicht auswirken. Ein weiterer Vorteil der Brems­ betätigungseinheit nach der Erfindung besteht darin, daß die Kraftübertragungsstange ausschließlich auf Zug bean­ sprucht wird. Sie kann daher sehr dünn ausgebildet sein, so daß sich die Größe des Hauptbremszylinders nur un­ wesentlich ändert. Die Arbeitsfläche der beweglichen Wand des Vakuumbremskraftverstärkers ist nur durch die Quer­ schnittsfläche der Kraftübertragungsstange vermindert. Da diese Querschnittsfläche bei Antrieb des Vakuumbremskraft­ verstärkers mittels Unterdruck in dessen Lösestellung eine Druckkraft in Bremslöserichtung erzeugt, sind keine zu­ sätzlichen Rückstellfedern erforderlich, um die bewegliche Wand des Bremskraftvertärkers in die Bremslösestellung zu bewegen. Der Wirkungsgrad des Bremskraftverstärkers wird daher nicht durch das Zusammendrücken starker Rückstell­ federn beeinträchtigt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Steuerung des in der Arbeitskammer herrschenden Druckes in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines Betätigungskraftsensors erfolgt, die als Eingangs­ größe der elektronischen Steuereinheit zugeführt werden, wobei der Betätigungskraftsensor durch ein druckempfind­ liches, beispielsweise piezoelektrisches Element gebildet wird. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders genaue Zu­ ordnung der resultierenden Verstärkungskraft der auf das Bremspedal einwirkenden Betätigungskraft.

Eine besonders raumsparende Ausführung des erfindungs­ gemäßen Gegenstandes sieht vor, daß der Betätigungskraft­ sensor zwischen der Betätigungskraft-Einleitungsstelle und dem Angriffspunkt der Verstärkungskraft angeordnet ist und gleichzeitig als Reaktionskraftübertragungselement dient.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Steuerventileinrichtung durch zwei elektrisch betätigte 2/2-Wegeventile gebildet ist, wobei das erste Ventil in einer die Unterdruckkammer mit der Arbeitskammer verbindenden Leitung und das zweite Ventil in der Verbindung der Arbeitskammer mit der Atmosphäre vorgesehen ist. Die 2/2-Wegeventile sind vorzugsweise elektromagnetische Auf-Zu-Ventile, wobei das erste Ventil in stromlosem Zustand geöffnet und das zweite Ventil ge­ schlossen ist. Durch die Verwendung von mehrfach er­ probten, bewährten Elektromagnetventilen wird eine hohe Zuverlässigkeit sowie eine feinfühlige Bremsdruckdosierung erreicht, da die gewünschte Verstärkungskraft durch ent­ sprechend gewählte Öffnungs- bzw. Schließzeiten der Ven­ tile optimal eingestellt werden kann.

Eine wesentliche Vereinfachung der erfindungsgemäßen Bremsbetätigungseinheit besteht schließlich darin, daß die Steuerventileinrichtung durch ein elektrisch betätigtes 4/2-Wegeventil, vorzugsweise ein 4/2-Wege-Elektromagnet­ ventil gebildet ist, das in stromlosem Zustand die Ver­ bindung zwischen den beiden Kammern freihält und die Ver­ bindung der Arbeitskammer zur Atmosphäre sperrt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden Text anhand einer schematischen Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung ist eine Brems­ betätigungseinheit für die Bremsanlage eines Kraftfahr­ zeuges in halbseitigem Axialschnitt dargestell.

Die in der einzigen Figur gezeigte Bremsbetätigungseinheit besteht im wesentlichen aus einem Vakuumbremskraftver­ stärker 1 und einem daran befestigten Hauptbremszylinder 2, der an einem Flansch 7 mittels Schraubenbolzen 8 an einer den Motorraum vom Fahrgastraum trennenden Spritzwand 6 eines Kraftfahrzeuges angebracht werden kann. Ein über dem Hauptbremszylinder 2 sitzender Vorratsbehälter 3 für Hydraulikflüssigkeit ist in der Figur nur schematisch an­ gedeutet. In einem Zylindergehäuse 9 des Hauptbremszy­ linders 2 sind in einer Zylinderbohrung 11 ein Primär­ kolben 19 und ein Sekundärkolben 21 verschiebbar angeordnet. Der vom Primärkolben 19 in einer Primärkammer 31 erzeugte hydraulische Druck wird über eine nicht ge­ zeigte Anschlußbohrung einem ersten Bremskreis zugeführt. Zugleich wirkt der in der Primärkammer 31 erzeugte Druck auf den Sekundärkolben 21, der auch als Schwimmkolben be­ zeichnet wird. Der Sekundärkolben 21 baut in einer Sekun­ därkammer 33 ebenfalls einen hydraulischen Druck auf, der über einen ebenfalls nicht gezeigten Kanal einem zweiten Bremskreis zugeführt wird.

Der Hauptbremszylinder 2 weist ferner zwei getrennte Rück­ stellfedern 39, 40 auf. Die Rückstellfeder 39 liegt in der Primärkammer 31 und drückt in Ruhestellung, sich mit ihrem in der Darstellung linken Ende am Sekundärkolben 21 ab­ stützend, den Primärkolben 19 gegen einen im Zylinderge­ häuse 9 angeordneten, näher nicht bezeichneten Anschlag. Die Rückstellfeder 40 ist in der Sekundärkammer 33 ange­ ordnet und stützt sich einerseits über eine Anschlaghülse 25 am Sekundärkolben 21 und andererseits an einem am linken Ende der Zylinderbohrung 11 angeordneten Dichtring 35 ab, der für hydraulische Abdichtung des Hauptbrems­ zylinders 2 gegenüber dem Verstärkergehäuse 10 sorgt. Da die Rückstellfeder 40 so bemessen ist, daß ihre Federkraft größer ist als die der Rückstellfeder 39, ist im Zylinder­ gehäuse 9 eine Fesselschraube 41 vorgesehen, die als An­ schlag für den Sekundärkolben 21 dient. Zur Betätigung der Bremsbetätigungseinheit dient eine einerseits mit dem Primärkolben 19 und andererseits mit einem Bremspedal 15 in Verbindung stehende Druckstange 5.

Der dargestellte Vakuumbremskraftverstärker 1 ist insgesamt im wesentlichen rotationssymmetrisch in bezug auf eine Achse A und hat ein Verstärkergehäuse 10, in dem eine bewegliche Wand 12 eine vordere Unterdruckkammer 14 und eine hintere Arbeitskammer 16 voneinander trennt und eine Steuerventilanordnung 18 beide Kammer wahlweise mitein­ ander verbindet oder voneinander getrennt hält. Die vordere Unterdruckkammer 14 ist ständig mit einer Unterdruckquelle, beispielsweise einem Saugrohr 17 eines Verbrennungsmotors verbunden; die hintere Arbeitskammer 16 läßt sich durch die Steuerventileinrichtung 18 wahlweise mit der vorderen Unterdruckkammer 14 oder mit der umgebenden Atmosphäre verbinden.

Das Verstärkergehäuse 10 hat ein vorderes Gehäuseteil 20 sowie ein hinteres Gehäuseteil 27, mit dem achsparallele Gewindebolzen 26 zur Befestigung des Hauptbremszylinders 2 vernietet sind. Das hintere Gehäuseteil 24 hat einen äußeren Bördelrand 28, der die beiden Gehäuseteile 20 und 24 zusammenhält.

Zur beweglichen Wand 12 gehören eine Membran 32 aus einem Elastomer sowie eine Stützplatte 34. Die Membran 32 hat einen äußeren Randwulst 36, der im Bereich des Bördel­ randes 28 zwischen den Gehäuseteilen 20 und 24 dicht ein­ gespannt ist, sowie einen inneren Randwulst 38 , der zu­ sammen mit der Stützplatte 34 an einer mittig angeordneten Kraftübertragungsstange 13 befestigt und gegen diese eben­ falls abgedichtet ist. Die Kraftübertragungsstange 13 erstreckt sich dabei durch das Zylindergehäuse 9 des Hauptbremszylinders 2 und steht, z. B. mittels eines Gewindes, in Verbindung mit dessen Primärkolben 19.

Die Steuerventileinrichtung 18 wird beim dargestellten Beispiel durch zwei 2/2-Wegenventile 27, 29, vorzugsweise zwei elektromagnetische Auf-Zu-Ventile gebildet, die mit Ausgangssignalen einer elektronischen Steuereinheit 4 an­ steuerbar sind. Das erste Ventil 27 ist dabei in einer an die Unterdruckquelle 17 angeschlossenen Leitung 22 vorge­ sehen, die die Unterdruckkammer 14 und die Arbeitskammer 16 miteinander verbindet. Das zweite Ventil 29 ist in einer Verbindungsleitung 23 vorgesehen, die einerseits mit der Arbeitskammer 16 und andererseits mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht. Als Eingangsgröße werden der elektronischen Steuereinheit 4 Ausgangssignale eines z. B. in der Druckstange 5 integrierten Betätigungskraft­ sensors 30 zugeführt, der durch ein druckempfindliches, beispielsweise piezoelektrisches Element gebildet wird, das gleichzeitig die Funktion eines Reaktionskraftüber­ tragungselementes erfüllt.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der beschriebenen Bremsbetätigungseinheit näher erläutert, wobei von einem Ruhezustand der Anordnung ausgegangen wird, in dem die einzelnen Teile der Bremsbetätigungseinheit die aus der Darstellung ersichtliche Position einnehmen. In der Ruhe­ stellung stehen die beiden Kammern 14, 16 des Vakuum­ bremskraftverstärkers 1 über das in stromlosem Zustand offene erste Ventil 27 mit der Unterdruckquelle 17 in Verbindung, so daß an der beweglichen Wand 12 ein Gleichgewichtszustand herrscht. Die Arbeitskammer 16 ist mittels des in stromlosem Zustand geschlossenen zweiten Ventils 29 vom atmosphärischen Druck getrennt.

Wird nun eine Betätigungskraft auf das Bremspedal 15 ausgeübt, so gibt der darauf ansprechende Betätigungs­ kraftsensor 30 ein Ausgangssignal an die elektronische Steuereinheit 4 ab, die z. B. durch einen geeigneten Mikro­ prozessor gebildet sein kann. Der in Frage kommende Mikro­ prozessor verfügt über eine 2D-Tabelle, die mit den Aus­ gangssignalen des Betätigungskraftsensors 30 adressier­ bar ist, so daß jedem Wert der Betätigungskraft ein fester Wert der Ausgangs- bzw. Verstärkungskraft nach einer ge­ wünschten, in der 2D-Tabelle abgelegten Charakteristik zugeordnet wird. Die Ausgangs- bzw. Verstärkungskraft ist dabei direkt proportional der auf die bewegliche Wand 12 des Vakuumbremskraftverstärkers 1 wirkenden Druck­ differenz, die durch Änderung der Schließzeit des ersten 2/2-Wegeventils 27 bzw. der Öffnungszeit des zweiten 2/2-Wegeventils 29 genau eingestellt werden kann. Demzufolge wird das Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit 4 durch elektrische Stromimpulse unter­ schiedlicher Länge gebildet, mit denen die Ventile 27, 29 angesteuert werden. Da sonst die Funktionsweise derartiger Bremsbetätigungseinheiten bekannt ist, kann auf eine weitere detaillierte Beschreibung verzichtet werden.

• Bezugszeichenliste  1 Bremskraftverstärker
   2 Hauptbremszylinder
   3 Vorratsbehälter
   4 Steuereinheit
   5 Druckstange
   6 Spritzwand
   7 Flansch
   8 Schraubenbolzen
   9 Zylindergehäuse
  10 Verstärkergehäuse
  11 Zylinderbohrung
  12 bewegliche Wand
  13 Kraftübertragungsstange
  14 Unterdruckkammer
  15 Bremspedal
  16  Arbeitskammer
  17 Saugrohr
  18 Steuerventileinrichtung
  19 Primärkolben
  20 Gehäuseteil
  21 Sekundärkolben
  22 Leitung
  23 Verbindung
  24 Gehäuseteil
  25  Anschlaghülse
  26 Gewindebolzen
  27 2/2-Wegeventil
  28 Bördelwand
  29 2/2-Wegeventil
  30 Betätigungskraftsensor
  31 Primärkammer
  32 Membran
  33 Sekundärkammer
  34 Stützplatte
  35 Dichtring
  36 Randwulst
  37 
  38 Randwulst
  39 Rückstellfeder
  40 Rückstellfeder
  41 Fesselschraube

Claims (9)

1. Bremsbetätigungseinheit für hydraulische Kraftfahr­ zeug-Bremsanlagen bestehend aus einem an einem tragenden Bauteil des Kraftfahrzeuges befestigten Hauptbremszylinder sowie einem am offenen Ende des Hauptbremszylinders befestigten Vakuumbremskraftver­ stärker, dessen Verstärkergehäuse mittels einer be­ weglichen Wand in eine Unterdruck- und eine Arbeits­ kammer unterteilt ist, mit einer den Hauptbremszy­ linder betätigenden Druckstange, einer Steuerventil­ einrichtung zur Steuerung des in der Arbeitskammer (16) herrschenden Druckes, einer einerseits mit der beweglichen Wand des Vakuumbremskraftverstärkers und andererseits mit einem Primärkolben des Hauptbrems­ zylinders verbundenen, im Hauptbremszylinder ge­ führten Kraftübertragungsstange sowie einem Reaktionskraftelement, das in Abhängigkeit von der Verstärkungskraft eine entgegen der Betätigungskraft der Druckstange gerichtete Reaktionskraft auf die Druckstange überträgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (18) zur Steuerung des in der Arbeitskammer (16) herrschenden Druckes außerhalb des Verstärkergehäuses (10) angeordnet und mit Ausgangssignalen einer elektronischen Steuereinheit (4 ) ansteuerbar ist.

2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerung des in der Arbeitskammer (16) herrschenden Druckes in Abhängig­ keit von Ausgangssignalen eines Betätigungskraft­ sensors (30) erfolgt, die als Eingangsgröße der elektronischen Steuereinheit (4) zugeführt werden.

3. Betätigungseinheit nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Betätigungskraft­ sensor (30) durch ein druckempfindliches, beispiels­ weise piezoelektrisches Element gebildet wird.

4. Betätigungseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungs­ kraftsensor (30) zwischen der Betätigungskraft-Ein­ leitungsstelle und dem Angriffspunkt der Ver­ stärkungskraft angeordnet ist.

5. Betätigungseinheit nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungs­ kraftsensor (30) gleichzeitig als Reaktionskraft­ übertragungselement dient.

6. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (18) durch zwei elektrisch betätigte 2/2-Wegeventile (27, 29) gebildet ist, wobei das erste Ventil (27) in einer die Unter­ druckkammer (14) mit der Arbeitskammer (16) verbin­ denden Leitung (22) und das zweite Ventil (29) in der Verbindung (23) der Arbeitskammer (16) mit der Atmosphäre vorgesehen ist.

7. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventil­ einrichtung (18) durch ein elektrisch betätigtes 4/2-Wegenventil, vorzugsweise ein 4/2-Wege-Elektro­ magnetventil gebildet ist, das in stromlosem Zustand die Verbindung zwischen den beiden Kammern (14, 16) freihält und die Verbindung der Arbeitkammer (16) zur Atmosphäre sperrt.

8. Betätigungseinheit nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die 2/2-Wegeventile (27, 29) elektromagnetiche Auf-Zu-Ventile sind, wobei das erste Ventil (27) in stromlosem Zustand geöffnet und das zweite Ventil (29) geschlossen ist.

9. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Sekundärkolben (21) des Hauptbremszylinders (2) mit einer Anschlaghülse (25) versehen ist, die mit einem Dichtring (25) zu­ sammenwirkend, den Hub des Sekundärkolbens (21) begrenzt.