DE4240518A1 - Hauptzylinder mit wegabhängiger Füllstufe, insbesondere für Twin-Hauptzylinder - Google Patents

Description

Bei der Betätigung einer hydraulischen Bremse kann man zwei Phasen unterscheiden. Zum ersten werden die Bremsklötze gegen die Bremsscheibe gefahren, wobei unter vergleichsweise geringer Kraftaufwendung die Volumenaufnahme des Systems relativ ist. Beim nachfolgenden eigentlichen Bremsvorgang werden bei nur geringfügiger Bewegung, also sehr kleiner Volumenaufnahme, die Bremsklötze unter großem Kraftaufwand gegen die Bremsscheibe gepreßt. Hierbei tritt somit unter großem Kraftaufwand eine nur geringfügige Volumenaufnahme des Systems ein.

Um die Arbeitsweise eines Hauptzylinders besser an diese beiden Phasen der Bremsbetätigung anzupassen, wurden sie mit einer sogenannten Füllstufe versehen. Dabei ist ein Haupt­ zylinder mit einer Vorstufe (Füllstufe) größeren Durch­ messers und einem nachfolgenden Druckraum versehen. Während einer ersten Betätigungsphase wird Druckmittel aus der Füll­ stufe in die Druckstufe gepreßt. Erst wenn hierdurch ein bestimmter Druck in der Füllstufe und damit der Druckstufe erreicht ist, wird die Füllstufe abgetrennt und die Druck­ stufe kleineren Durchmessers wird allein wirksam. Auf diese Weise wird in der ersten Phase mittels der Füllstufe relativ viel Volumen gefördert, während während der zweiten Phase aufgrund der Druckstufe engeren Durchmessers für die Betätigungsperson eine günstigere Kraftübersetzung geschaf­ fen wird. Einzelheiten hierzu sind beispielsweise aus der DE-PS 31 51 391 und den dort genannten Literaturstellen bekannt. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus dem Bremsen- Handbuch, 9. Auflage, Bartsch-Verlag, Ottobrunn, Seite 50.

Nachteilig bei den bekannten Zylindern mit Füllstufe ist es, daß dort zum Umschalten mechanische Schalter benutzt werden, die in ihrer Konstruktion vergleichsweise aufwendig sind. Die Erfindung geht daher aus von einem Füllstufenzylinder, der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung und hat sich zur Aufgabe gestellt, einen derartigen Hauptzylinder mit einfachen Mitteln auszubilden, so daß sich hier eine preiswerte und zuverlässig arbeitende Konstruktion ergibt.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmals­ kombination. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die zum Abdichten der Füllstufe notwendige Dichtung gleich­ zeitig als Rückschlagventil auszunutzen. Das bedeutet, daß die erste Manschettendichtung durch Überströmen auch gleich­ zeitig dafür sorgt, daß beim Zurückziehen des Füllstufen­ zylinders in seine Ausgangslage Druckmittel aus dem Nach­ füllbehälter in die Füllstufe nachgesaugt wird.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Steuerung ergibt sich durch die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Dabei wird der Steuervorgang des Entleerens der Füllstufe nach Aufbau eines hinreichenden Drucks nicht durch einen geson­ derten mechanischen Schalter, sondern durch den Stufenkolben selbst erreicht, der mit einem geeigneten vierten Kanal versehen ist. Damit ist die Durchschaltung des vierten Kanals (zur Druckentlastung der Füllstufe) zu dem Nachfüll­ behälter von der Lage des Stufenkolbens abhängig und damit wegabhängig. Andererseits setzt eine bestimmte Lage des der Füllstufe zugeordneten Kolbens auch einen bestimmten Druck voraus, so daß man bei Kenntnis der Abhängigkeit des Füll­ drucks vom Weg des Füllkolbens auch den Druck angeben kann, bei dem die Füllstufe mit dem Nachfüllbehälter verbunden wird.

Einen geeigneten Aufbau für die wegabhängige Steuerung erhält man durch Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 3.

Um nach dem Druckabbau in der Füllstufe zu verhindern, daß Druckmittel aus der Druckstufe in die Füllstufe zurück­ strömt, läßt sich in einfacher Weise die Merkmalskombination nach Anspruch 4 anwenden. Hierdurch wird die Primärdichtung der Druckstufe doppelt ausgenutzt, in dem sie gleichzeitig ein Rückschlagventil gegenüber der Füllstufe bildet.

Um das zweite Rückschlagventil nach dem Druckabbau in der Füllstufe zu entlasten, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 5. Dabei wird durch Überfahren der ersten Manschettendichtung durch den Eingang des dritten Kanals dieser von der Füllstufe abgetrennt und schließlich mit einem zum Nachfüllbehälter führenden Verbindungskanal verbunden.

Eine besonders einfache Ausgestaltung für die im Zusammen­ hang mit Fig. 5 angegebene Konstruktion ergibt sich durch Anwendung der Merkmale nach Anspruch 6. Danach wird der dritte Kanal durch die Wirkung der ersten Manschetten­ dichtung von der Füllstufe abgetrennt. Damit erfüllt die erste Manschettendichtung zwei Aufgaben, in dem sie sowohl als erstes Rückschlagventil dient als auch den dritten Kanal nach dem Öffnen des vierten Kanals zum Nachfüllbehälter von der Füllstufe abtrennt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei werden nur die für die Erfindung wesentlichen Merkmale beschrieben. Weitere Merk­ male können der Patentanmeldung entnommen werden, die auf der Patentanmeldung P 7409 der Anmelderin beruht.

Die Zeichnung zeigt ein Gehäuse 11, welches aus Blech tiefgezogen ist und im wesentlichen zwei Räume unterschied­ lichen Durchmessers besitzt. Dies sind der Druckraum 9 mit einem ersten Durchmesser und der Füllraum 1 mit einem zweiten Durchmesser, wobei der zweite Durchmesser größer ist als der erste Durchmesser. In den Füllraum 1 ist ein Kunst­ stoffeinsatz 12 eingefügt, der die Zylinderfläche für einen Füllzylinder besitzt. In den durch den Druckraum 9 gebilde­ ten Druckzylinder sowie durch den Füllraum 1 ragt ein Stufenkolben 15, der zur Abdichtung des Druckraums 9 eine erste Manschettendichtung 13 und zur Abdichtung des Füll­ raums 1 eine dritte Manschettendichtung 14 aufweist. Die Lage der inneren Lippen der Manschettendichtung 13 auf dem Stufenkolben 15 wird durch eine Haltescheibe 16 festgelegt, die gleichzeitig mit geeigneten Zungen den mittleren Ringbereich der ersten Manschettendichtung 13 zurückhält. Die dritte Manschettendichtung 14 sitzt an einer geeigneten Nut des Stufenkolbens 15. Eine zweite Manschettendichtung 17 stützt sich über einen Stützring 19 und einen Haltetopf 20 an einem Gehäuseabsatz 18 ab, welcher am Übergang von dem Druckraum 19 in den Füllraum 1 des Gehäuses angeordnet ist. In ent­ gegengesetzter Richtung findet die Manschettendichtung 17 an dem Kunststoffeinsatz 12 eine Stütze.

Für die Erfindung auch wichtig sind die beiden in Längs­ richtung des Stufenkolbens 15 verlaufenden Kanäle, und zwar der dritte Kanal 3 und der vierte Kanal 4. Die drei Manschettendichtungen 13, 14 und 17 sind sowohl an ihrem Innendurchmesser als auch an ihrem Außendurchmesser jeweils mit Dichtlippen versehen, die zumindest teilweise in der einen Richtung eine Dichtfunktion und in der entgegen­ gesetzten Richtung eine Ventilfunktion durch Überström­ verhalten wahrnehmen. Die Kanalbohrung 4 tritt mit ihrem ersten Ende in den Füllraum 1 ein und endet an ihrem zweiten Ende durch eine senkrechte Ausgangsbohrung an der Oberfläche des Stufenkolbens 15. Entsprechendes gilt für die dritte Kanalbohrung 3, die an dem den Druckraum 9 abge­ wandten Ende der ersten Manschettendichtung 13 mündet und an ihrem anderen Ende durch eine radiale Ausgangsbohrung Verbindung zu dem Füllraum 1 hat. Der Druckraum 9 ist weiterhin in an sich bekannter Weise mit einer Ausgleichs­ bohrung 6 (Schnüffelloch 30) wie mit einer Nachlaufbohrung 7 versehen, die beide in einem nur abschnittsweise ange­ deuteten Nachfüllbehälter 21 münden. Durch entsprechende Ausnehmungen 22 bis 25 an der Oberfläche des Stufenkolbens 15, dem Haltetopf 20 und dem Stützring 19 wird ein zweiter Kanal geschaffen, der unter der Lippe 27 der zweiten Manschettendichtung 17 ausgehend vom Behälter 21 in der Füllstufe 1 mündet, wobei die innere Lippe 27 oder äußere Lippe 2 der zweiten Manschette 17 als sogenanntes erstes Rückschlagventil dient, welche zwar einen Druckmittelstrom vom Behälter in die Füllstufe zuläßt, einen Druckmittelstrom in umgekehrter Richtung aber sperrt. In entsprechender Weise wirkt die äußere Dichtlippe der ersten Manschettendichtung 13 ebenfalls als zweites Rückschlagventil 5 für einen von dem Füllraum 1 in den Druckraum 9 über die dritte Kanal­ bohrung 3 erfolgenden Druckmittelstrom, der zwar einen Druckmittelstrom von dem Füllraum in den Druckraum zuläßt, aber nicht in umgekehrter Richtung.

Der erfindungsgemäße Hauptzylinder arbeitet wie folgt. Schiebt man den Stufenkolben 15 aus der dargestellten Endlage in der Zeichnung nach links, so gilt der Verschie­ bungsweg sowohl für den Druckraum 9 als auch für den Füllraum 1. Aufgrund des größeren Durchmessers der Füllstufe 1 gegenüber der Druckstufe 9 ergibt sich bei gleichem Verschiebungsweg ein höherer Druckaufbau in der Füllstufe 1. Dieser erhöhte Druck wird über die dritte Kanalbohrung 3 als auch die überströmte äußere Lippe 5 der ersten Manschetten­ dichtung 13 zur Druckstufe 9 hin übertragen. Auf diese Weise wird in der Druckstufe der Druck trotz relativ geringer Verschiebung des Stufenkolbens 15 rasch erhöht. Die Erhöhung des Drucks in der Füllstufe 1 geht solange weiter, bis schließlich die Öffnung 29 des vierten Kanals 4 die innere Lippe 27 der zweiten Manschettendichtung 17 passiert hat. In diesem Falle hat dann die Öffnung 29 eine Verbindung zu dem zweiten Kanal 22 bis 25. Auf diese Weise ist über das zweite Ende 30 des vierten Kanals 4 die Füllstufe 1 mit dem Nachfüllbehälter 21 verbunden, so daß der Druck bin der Füll­ stufe 1 zum Nachfüllbehälter 21 hin abgebaut wird. Eine weitere Druckerhöhung in der Druckstufe 9 durch die Füll­ stufe 1 ist dann nicht mehr möglich. Andererseits kann durch die Wirkung der als zweites Rückschlagventil wirkenden Dichtlippe 5 der erhöhte Druck im Druckraum 9 sich nicht zum Füllraum 1 hin ausbreiten, da in dieser Richtung der dritte Kanal 3 durch den Rücken der ersten Manschettendichtung 13 versperrt ist. Wird nun der Stufenkolben 15 weiter einge­ schoben, so wird die Füllstufe 1 nicht mehr verdichtet und dementsprechend auch keine Kraft mehr für die Füllstufe aufgewandt. Vielmehr dient die von der Bedienungsperson aufgebrachte Kraft ausschließlich zur Druckerhöhung in der Druckstufe 9.

Bei einer Weiterbewegung des Kolbens 15 in der Zeichnung nach links erreicht schließlich das zweite Ende 31 des dritten Kanals 3 die innere Dichtlippe 27 der zweiten Manschettendichtung 17, so daß auch der dritte Kanal von der Füllstufe 1 abgetrennt ist und schließlich bei einer Weiter­ bewegung des Stufenkolbens 15 nach links das zweite Ende 31 mit dem zum Nachfüllbehälter führenden zweiten Kanal 22 bis 24 verbunden wird. Bei einer Rückwärtsbewegung des Kolbens in der Zeichnung nach rechts aus seiner linken Endlage vergrößert sich sowohl der Raum des Druckraums 9 als auch der Füllstufe 1. Damit wird zum einen der Druck im Druckraum 9 abgebaut und zum anderen Druckmittel über den zweiten Kanal 22 bis 25 und durch Überströmen der inneren Dichtlippe 27 der zweiten Manschettendichtung von dem Ausgleichs­ behälter 21 in die Füllstufe 1 gebracht, so daß hier kein Unterdruck entstehen kann. Nachdem die äußere Dichtlippe 5 der ersten Manschettendichtung 13 den die Ausgleichsbohrung bildenden ersten Kanal 6 passiert hat und damit als Ventil nicht mehr wirksam ist, wird der Druck der Druckstufe 9 über den Nach­ füllbehälter 21 ausgeglichen.

Eine Verbindungsbohrung 26 sorgt dafür, daß der Rücken der Manschette 13 im wesentlichen auf dem Druckniveau des Ausgleichsbehälters gehalten wird, abgesehen von dem überströmenden Bereich in Folge des oben beschriebenen Füllvorgangs der Druckstufe 9. Der Druck der Druckstufe 9 wird üblicherweise am Ausgangspunkt 32 des Gehäuses 11 abgenommen.

Wie sich aus der oben gegebenen Beschreibung zeigt, wird die Umschaltung der Füllstufe vom Fülldruck auf den Druck des Nachfüllbehälters wegabhängig vorgenommen. Die Kanäle 3 und 4 sind über die Länge des Stufenkolbens 15 derart angeord­ net, daß zuerst die Füllstufe 1 entladen und danach das zweite Ende 31 der dritten Kanalbohrung durch die zweite Manschettendichtung 17 verschlossen wird. Das wegabhängige Verschließen der dritten Kanalbohrung 3 gegenüber der Füllstufe 1 ist nicht dringend notwendig. Weiterhin kann auch der Zugang der vierten Kanalbohrung 4 am zweiten Ende 30 nicht unbedingt in waagerechter Richtung liegen, sondern kann ebenfalls an anderer geeigneter Stelle radial durch die Außenfläche des Stufenkolbens 15 münden.

Die Füllstufe ist nach wirksamer Umschaltung (Überfahren der Bohrungen 29 und 31) mit dem Behälter verbunden und drucklos, - dadurch treten keine erhöhten Betätigungskräfte auf.

Der erfindungsgemäße Hauptzylinder ist in der Lage, sicher auch bei höherem Druck zu schalten und ist damit für gesteuerte Bremsensysteme (ABS/ASR) tauglich. Er ist auch hervorragend als Twin-Hauptzylinder geeignet, wie er z. B. in der Patentanmeldung P 41 21 413.7 beschrieben ist.

Claims (6)

1. Hauptzylinder mit einer in einem Gehäuse (11) ausge­ bildeten Stufenbohrung (9, 1) zur Aufnahme eines Stufenkolbens, dessen größere Kolbenstufe (1) einen Füllraum (1) und dessen kleinere Kolbenstufe einen Druckraum (9) begrenzt, wobei der Druckraum in Löse­ stellung des Stufenkolbens über einen bei Betätigung des Stufenkolbens durch ein erstes Ventil (5, 13) schließ­ baren ersten Kanal (6) mit einem Nachfüllbehälter (21) und der Füllraum (1) mit dem Nachfüllbehälter (21) durch einen zweiten Kanal (22 bis 25), in dem ein zum Füllraum (1) öffnendes erstes Rückschlagventil (27) angeordnet ist und mit dem Druckraum (9) durch einen dritten Kanal (3, 5) verbunden ist, in dem ein zum Druckraum (9) öffnendes zweites Rückschlagventil (5, 13) angeordnet ist und mit einem Steuerventil (4, 15), das einen, das erste Rück­ schlagventil überbrückenden vierten Kanal (4) aufweist, und das bei Erreichen eines vorgegebenen Zustandes zum Nachfüllbehälter (21) öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rückschlag­ ventil (27) eine gegenüber dem Füllstufenzylinder (1) des Füllraums fixierte zweite Manschettendichtung (17) ist, die den Füllraum (1) gegenüber dem Nachfüllbehälter (21) abdichtet.

2. Hauptzylinder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch den Stufenkolben (15) gebildet ist und der vierte Kanal (4) eine mit ihrem zweiten Ende (30) in den Füllraum (1) mündende, mit ihrem ersten Ende (29) aus der Oberfläche des Stufenkolbens (15) austretende Kolbenbohrung ist.

3. Hauptzylinder nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Kanal (4) durch die Steuerung (15) wegabhängig zum Nachfüllbehälter hin öffnet, sobald das durch die Bewegung des Stufenkolbens (15) erste Ende (29) des vierten Kanals (4) die Dichtlippe (27) der zweiten Manschettendichtung (17) passiert hat.

4. Hauptzylinder nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rückschlagventil durch die Dichtlippe (5) einer ersten Manschettendichtung (13) gebildet ist, die die Dichtung des Druckraums (9) bildet.

5. Hauptzylinder nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die durch den verschiebbaren Kolben (15) gebildete Steuerung den dritten Kanal (3) gegen den Füllraum (1) wegabhängig verschließt, nachdem der vierte Kanal (4) geöffnet hat.

6. Hauptzylinder nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Zugang des dritten Kanals (3) zum Füllraum (1) durch die zweite Manschettendichtung (17) verschlossen wird.