DE4343386A1 - Hydraulische Bremsanlage für Straßenfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen - Google Patents

Hydraulische Bremsanlage für Straßenfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Bremsanlage für Stra­ ßenfahrzeuge nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus DE 40 29 793 A1 ist schon eine solche Bremsanlage bekannt, bei der am Bremsbeginn das erste Absperrventil im Bremskreis in der Durchlaßstellung verbleibt, so daß durch Betätigen des Bremspedals aus dem Druckraum des Hauptbremszylinders Druckmittel verdrängt und im Radbremszylinder Bremsdruck aufgebaut wird. Dabei führt das Bremspedal eine Auslenkung aus, die überwiegend durch das Lüftspiel in der Radbremse sowie durch deren und der Bremsleitung Elastizität bestimmt ist. Die im allgemeinen gewünschte progressive Pedalcharak­ teristik, d. h. die am Anfang des Pedalwegs geringe und sich bei größerer Auslenkung progressiv steigernde Gegenkraft am Pedal wird bei der bekannten Bremsanlage jedoch dadurch unstetig, daß ab einer vorgegebenen Druckschwelle das erste Absperrventil in die Sperrstel­ lung geschaltet und die Fremdkraftbetätigung der Betriebsbremse wirksam gemacht wird. Das Bremspedal führt dann bei steigender Bela­ stung durch den Fahrer keinen nennenswerten Weg mehr aus. Es ist aber wünschenswert, daß sowohl bei Betätigung der Be­ triebsbremse als auch der Hilfsbremse eine etwa gleiche Pedalcharak­ teristik herrscht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Bremsanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Feder die Pedalcharakteristik bei der Arbeitsweise der Bremsanlage als fremd­ kraftbetätigte Betriebsbremse prägt, wobei über den gesamten Wir­ kungsbereich ein stetiger Pedalweg und ein Verlauf der Federkraft ohne Kraftsprünge erzielt wird. Während dabei das Druckmittel aus dem zweiten Druckraum des Hauptbremszylinders in den Druckmittel- Vorratsbehälter verdrängt wird, bleibt der erste Druckraum durch das erste Absperrventil vom Bremskreis getrennt, so daß eine unzulässig große Verlängerung des Pedalwegs vermieden ist. Beim Lösen der Brem­ se wird die von der Feder aufgenommene Energie vollständig an das Bremspedal abgegeben.
Wird dagegen wegen Ausfalls der Betriebsbremse die Hilfsbremse wirk­ sam, so kommunizieren die beiden Druckräume des Hauptbremszylinders durch die dritte und vierte Leitung und der Zwischenkolben ist druckausgeglichen, d. h. bei einer Betätigung des Bremspedals behält der Zwischenkolben seine Ausgangslage bei, und Druckmittel wird nur aus dem pedalseitigen Druckraum verdrängt. Die Pedalcharakteristik ist hierbei durch die Feder unbeeinflußt, so daß eine unerwünschte Verlängerung des Pedalwegs unterbleibt. Der zur Verfügung stehende Pedalweg kann daher vollständig für die Verdrängung von Druckmittel aus dem pedalseitigen Druckraum genutzt werden. Dies erlaubt es in vorteilhafter Weise, den Durchmesser des Hauptbremszylinders klein zu halten und wegen der demzufolge verringerten Betätigungskräfte einen gegebenenfalls vorhandenen Vakuumbremskraftverstärker im Durchmesser zu verkleinern oder ganz auf ihn zu verzichten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Bremsanlage möglich.
Mit der im Anspruch 2 angegebenen Ausgestaltung der Feder ist auf einfache, kostengünstige Weise eine Pedalcharakteristik erzielbar, welche durch Einflußnahme auf die Eigenschaften des Elastomers sowie den Anteil und die Größe der Zellen in weitem Umfange beeinflußt werden kann.
Die im Anspruch 3 gekennzeichnete Weiterbildung der Erfindung zeich­ net sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß der für die Feder vorgesehene Einbauraum des Hauptbremszylinders vollständig genutzt wird.
Ein besonders geeigneter Werkstoff für die Feder ist im Anspruch 4 angegeben.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schaltplan einer hydraulischen Brems­ anlage und Fig. 2 einen in der Bremsanlage angeordneten Hauptbrems­ zylinder im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine in Fig. 1 der Zeichnung mit 10 bezeichnete hydraulische Brems­ anlage, von der lediglich ein Bremskreis 11 dargestellt ist, dient sowohl als fremdkraftbetätigte Betriebsbremse wie auch als muskel­ kraftbetätigte Hilfsbremse für ein Straßenfahrzeug, insbesondere ei­ nen Personenkraftwagen. Wesentliche Elemente der Bremsanlage 10 sind ein pedalbetätigbarer Hauptbremszylinder 12, Radbremsen 13 und 14 des Bremskreises 11, eine Servodruckquelle 15, Ventilanordnungen 16 und 17 für die Druckmodulation in den Radbremszylindern 13 und 14, eine Ventilanordnung 18 für die Umschaltung der Funktionsweise der Bremsanlage als Betriebsbremse oder als Hilfsbremse und ein elektro­ nisches Steuergerät 19.
Die Bremsanlage 10 hat eine erste Leitung 21, welche von einem Druckmittel-Vorratsbehälter 22 des Hauptbremszylinders 12 ausgeht und in zwei Leitungszweige 21.1 unter 21.2 verzweigt ist, welche zu den Radbremszylindern 13 und 14 führen. Von diesen gehen Leitungs­ zweige 23.1 und 23.2 einer zweiten Leitung 23 aus, die mit dem Druckmittel-Vorratsbehälter 22 ebenfalls in Verbindung steht. Eine dritte Leitung 24 verläuft zwischen einem ersten Druckraum 25 des Hauptbremszylinders 12 und der zweiten Leitung 23. Außerdem ist eine vierte Leitung 26 vorgesehen, welche sich zwischen einem zweiten Druckraum 27 des Hauptbremszylinders 12 und der zweiten Leitung 23 erstreckt.
In der ersten Leitung 21 befindet sich eine Hochdruckpumpe 30 der Servodruckquelle 15. Mit der Hochdruckpumpe 30 ist Druckmittel aus dem Druckmittel-Vorratsbehälter 22 des Hauptbremszylinders 12 saug­ bar und auf hohem Druckniveau in einem abströmseitig der Pumpe an die erste Leitung 21 angeschlossenen Druckspeicher 31 förderbar.
Zum Überwachen des Druckes im Druckspeicher 31 ist ein an die erste Leitung 21 angeschlossener Drucksensor 32 vorgesehen. Abströmseitig von Hochdruckpumpe 30 und Druckspeicher 31 befindet sich in der er­ sten Leitung 21 ein Halteventil 33 in der Form eines 2/2-Wegeventils mit federbetätigter Sperrstellung und elektromagnetisch schaltbarer Durchlaßstellung.
Die Ventilanordnung 16 besteht aus einem im Leitungszweig 21.1 der Leitung 21 angeordneten Einlaßventil 36 und einem im Leitungs­ zweig 23.1 der zweiten Leitung 23 liegenden Auslaßventil 37. Das Einlaßventil 36 und das Auslaßventil 37 sind als drosselnde Wegeven­ tile mit zwei Anschlußöffnungen ausgebildet. Das Einlaßventil 36 nimmt in seiner einen äußeren Endstellung eine federbetätigte Sperr­ stellung und in seiner anderen äußeren Endstellung eine elektroma­ gnetisch schaltbare Durchlaßstellung ein. Das Auslaßventil 37 hat als äußere Endstellungen eine federbetätigte Durchlaßstellung und eine elektromagnetische schaltbare Sperrstellung. Die dem Radbrems­ zylinder 14 zugeordnete Ventilanordnung 17 besitzt den gleichen Ven­ tilaufbau. Radbremsseitig ist außerdem je ein Drucksensor 38 und 39 zum Überwachen des Druckes in den Radbremszylindern 13 bzw. 14 vor­ gesehen.
Die im Bremskreis 11 liegenden Radbremszylinder 13 und 14 sind nicht dargestellten Radbremsen der Vorderachse des Straßenfahrzeugs zuge­ ordnet. Ein Radbremsen der Hinterachse des Fahrzeugs enthaltender zweiter Bremskreis ist nicht in Fig. 1 wiedergegeben. Er kann ei­ nerseits an die Servodruckwelle 15 und andererseits an den Druckmit­ tel-Vorratsbehälter 22 des Hauptbremszylinders 12 angeschlossen sein und Ventilanordnungen für die Druckmodulation in den Radbremsen der Hinterachse enthalten.
In der dritten Leitung 24 der Bremsanlage befindet sich ein erstes Absperrventil 41 in der Bauform des 2/2-Wegeventils mit federbetä­ tigter Durchlaßstellung und elektromagnetbetätigter Sperrstellung. Das erste Absperrventil 41 ist von einer Bypass-Leitung 42 mit darin angeordnetem Rückschlagventil 43 umgangen, welches in der Richtung von den Radbremszylindern 13, 14 zum Hauptbremszylinder 12 durchläs­ sig ist. An die dritte Leitung 24 ist noch hauptbremszylinderseitig ein Drucksensor 44 für die Aufnahme des im ersten Druckraum 25 des Hauptbremszylinders 12 erzeugten Drucks angeschlossen.
Ein zweites Absperrventil 46 befindet sich in der zweiten Leitung 23 zwischen dem Druckmittel-Vorratsbehälter 22 und dem Anschluß der dritten Leitung 24 an die zweite Leitung 23. Das zweite Absperrven­ til 46 ist ebenso wie das erste Absperrventil 41 ein 2/2-Wegeventil, jedoch mit federbetätigter Sperrstellung und elektromagnetbetätigter Durchlaßstellung. Die vom zweiten Druckraum 27 des Hauptbremszylin­ ders 12 herführende vierte Leitung 26 ist zwischen dem ersten Ab­ sperrventil 41 und dem zweiten Absperrventil 46 an die zweite Lei­ tung 23 angeschlossen.
Der Hauptbremszylinder 12 ist mit einem Bremspedal 48 betätigbar. Dieses wirkt durch eine Betätigungsstange 49 auf einen Kolben 50 ein, der den ersten Druckraum 25 pedalseitig begrenzt. Durch Betäti­ gen des Bremspedals 48 ist ein Bremslichtschalter 51 schließbar, während die Bewegung der Betätigungsstange 49 mit einem Wegsensor 52 aufnehmbar ist. Wie aus dem in Fig. 2 vergrößert wiedergegebenen Längsschnitt des Gehäuses 53 des Hauptbremszylinders 12 zu erkennen ist, befindet sich in einer durch den Kolben 50 abgeschlossenen Zy­ linderbohrung 54 ein die beiden Druckräume 25 und 27 trennender Zwi­ schenkolben 55. Dieser ist in bekannter Weise mit dem Kolben 50 längsverschiebbar gekuppelt, wobei eine im ersten Druckraum 25 aufgenommene gefesselte Druckfeder 56 die beiden Kol­ ben 50 und 55 bei unbetätigtem Bremspedal 48 in vorgegebenem Abstand zueinander hält.
Der Zwischenkolben 55 ist etwa in der Mitte seiner Längserstreckung mit einem Bund 59 versehen, der radial bis nahezu an den Innenumfang einer Durchmessererweiterung 60 der Zylinderbohrung 54 reicht. Die Durchmessererweiterung 60 ist gegen den zweiten Druckraum 27 durch eine Bohrungsstufe 61 begrenzt. Der Zwischenkolben 55 und sein Bund 59 einerseits sowie die Durchmessererweiterung 60 der Zylinder­ bohrung 54 und die Bohrungsstufe 61 andererseits schließen einen Ringraum 62 ein, in dem eine Feder 63 aufgenommen ist. Diese hat die Form eines geraden Hohlkreiszylinders und füllt den Ringraum 62 völ­ lig aus. Die Feder 63 umgibt den Zwischenkolben 55 gleichachsig und ist einerseits an diesem und andererseits am Hauptbremszylinder-Ge­ häuse 53 abgestützt. Die Feder 63 besteht aus einem Elastomer, wie Polyurethan, und ist mit geschlossen porigen, gasgefüllten Zellen, vorzugsweise Mikrozellen, ausgebildet. Die Feder 63 bestimmt die Pe­ dalcharakteristik bei der Funktionsweise der Bremsanlage 10 als Be­ triebsbremse. Schließlich ist der Zwischenkolben 55 noch mit einer Dichtung 64 gegen den zweiten Druckraum 27 abgedichtet.
Die Pumpe 30, die Ventile 33, 36, 37, 41, 46, die Sensoren 32, 38, 39, 44, 52 und der Bremslichtschalter 51 sind elektrisch mit dem Steuergerät 19 verbunden. Dieses wertet die Signale des Schalters und der Sensoren aus und schaltet bzw. steuert die Pumpe und die Ventile nach einem vorgegebenen Algorithmus.
Die hydraulische Bremsanlage 10 hat folgende Wirkungsweise:
Bei funktionsfähiger Betriebsbremse ist der Druckspeicher 31 gela­ den, und die Ventile der Servodruckquelle 15, der Ventilanordnungen 16, 17 und 18 nehmen die gezeichnete Stellung ein. Durch Betätigen des Bremspedals 48 wird der Bremslichtschalter 51 geschlossen, so daß das Steuergerät 19 den Bremswunsch erkennt. Das Steuergerät 19 schaltet das erste Absperrventil 41 in die Sperrstellung und das zweite Absperrventil 46 in die Durchlaßstellung. Außerdem überführt das Steuergerät 19 die Auslaßventile 37 der Ventilanordnungen 16 und 17 in die Sperrstellung. Das Niederdrücken des Bremspedals 48 wird durch den Wegsensor 52 überwacht. Die Betätigungsstange 49 bewirkt eine Verschiebung des Kolbens 50, welche wegen des geschlossenen Ab­ sperrventils 41 und des sperrenden Rückschlagventils 43 von der hy­ draulischen Säule im Druckraum 25 auf den Zwischenkolben 55 übertra­ gen wird. Dieser verdrängt Druckmittel aus dem zweiten Druckraum 27 durch das offene zweite Absperrventil 46 in den Druckmittel-Vorrats­ behälter 22. Gleichzeitig wird die Wegsimulator-Feder 63 vom Zwi­ schenkolben 55 komprimiert, was zu einem Ansteigen des Druckes im ersten Druckraum 25 führt. Dieser Druck wird vom Drucksensor 44 er­ faßt und vom Steuergerät 19 in Schaltsignale bzw. Steuersignale für das Halteventil 33 sowie die Einlaßventile 36 der Ventilanordnungen 16 und 17 gewandelt. Entsprechend dem Signal des Drucksensors 44 wird Bremsdruck in den Radbremszylindern 13 und 14 des Bremskreises 11 aufgebaut und von den Drucksensoren 38 und 39 überwacht. Wird der Druck im ersten Druckraum 25 verringert, so steuert das Steuergerät 19 Druckmittel aus den Radbremszylindern 13 und 14 mittels der Aus­ laßventile 37 in den Druckmittel-Vorratsbehälter 22 ab. Im nicht dargestellten zweiten Bremskreis der Bremsanlage 10 werden die Rad­ bremsen in gleicher Weise betätigt.
Bei der vorbeschriebenen Funktionsweise der Bremsanlage 10 als Be­ triebsbremse bestimmt die Wegsimulator-Feder 63 die Pedalcharakteri­ stik, weil das im ersten Druckraum 25 eingeschlossene Druckmittel inkompressibel ist und demzufolge die Druckfeder 56 nicht gespannt wird, und weil ferner das Druckmittel aus dem zweiten Druckraum 27 ohne nennenswerten Widerstand durch den Zwischenkolben 55 verdrängt werden kann. Die im Ringraum 62 eingeschlossene Feder 63 setzt dem Zwischenkolben 55 einen Widerstand entgegen, der zum einen aus der Verformung des Elastomer-Gerüstes und zum anderen aus der Verdich­ tung des Gases in den Zellen herrührt. Hierdurch ergibt sich ein mit zunehmendem Betätigungsweg progressiv ansteigender Verlauf der Betä­ tigungskraft. Beim Entlasten des Bremspedals 48 wird die in der Fe­ der 63 gespeicherte Energie restlos abgegeben, und die Feder nimmt ihr ursprüngliches Volumen wieder ein. Das aus dem Druckraum 27 ver­ drängte Druckmittel wird aus dem Vorratsbehälter 22 ersetzt.
Fällt die Betriebsbremse aus, so verbleiben die Ventile der Bremsan­ lage 10 in der gezeichneten Stellung und die Hilfsbremse wird wirk­ sam. Die Servodruckquelle 15 vermag kein Druckmittel in die Rad­ bremszylinder 13 und 14 einzusteuern. Statt dessen wird durch die Be­ tätigung des Bremspedals 48 Druckmittel aus dem ersten Druckraum 25 des Hauptbremszylinders 12 ausgestoßen. Druckmittelteilmengen gelan­ gen von der zweiten Leitung 23 durch das offene erste Absperrventil 41 und die offenen Auslaßventile 37 der Ventilanordnungen 16 und 17 in die Radbremszylinder 13 und 14, wo sie Bremsdruck wirksam werden lassen. Der im ersten Druckraum 25 erzeugte Druck wird durch die vierte Leitung 26 auch in den zweiten Druckraum 27 übertragen. Da somit Druckgleichheit auf beiden durchmessergleichen Stirnseiten des Zwischenkolbens 55 herrscht, führt dieser keine Bewegung aus. Es wird also lediglich Druckmittel aus dem ersten Druckraum 25 verdrängt. Bei der Wirksamkeit der Hilfsbremse wird die Pedalcharakteristik zum einen durch das Spannen der Druckfeder 56 und zum anderen durch die Gegenkraft bestimmt, welche der Bremskreis 11 der Pedalkraft entgegensetzt. Auch hierbei ist eine Progressivität des Kraftanstiegs über dem Pedalweg gegeben.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist diese Hilfs­ bremsung nur im der Vorderachse des Fahrzeugs zugeordneten Brems­ kreis 11 wirksam. Dies ist ausreichend, um bei einem Ausfall der Be­ triebsbremse das Fahrzeug bei vorsichtiger Fahrweise in eine Werk­ statt zur Instandsetzung des Bremssystems zu überführen.

Claims (4)

1. Hydraulische Bremsanlage (10) für Straßenfahrzeuge) insbesondere Personenkraftwagen,
mit einer durch Angriff an einem Bremspedal (48) fremdkraftbetätig­ ten Betriebsbremse und einer muskelkraftbetätigten Hilfsbremse,
mit einem mit dem Bremspedal (48) betätigbaren, zwei Druckräume (25, 27) und einen gegen eine Feder (63) bewegbaren Zwischenkol­ ben (55) aufweisenden Hauptbremszylinder (12) mit einem Druckmittel- Vorratsbehälter (22),
mit einer vom Druckmittel-Vorratsbehälter (22) zu wenigstens einem Radbremszylinder (13) führenden ersten Leitung (21) eines Bremskrei­ ses (11), an welche eine Servodruckquelle (15) angeschlossen ist,
mit einer den wenigstens einen Radbremszylinder (13) des Bremskrei­ ses (11) mit dem Druckmittel-Vorratsbehälter (22) verbindenden zwei­ ten Leitung (23),
mit einer Ventilanordnung (16) für die Druckmodulation im wenigstens einen Radbremszylinder (13), bestehend aus einem Einlaßventil (36) in der ersten Leitung (21) und einem Auslaßventil (37) in der zweiten Leitung (23),
mit einer vom pedalseitigen, ersten Druckraum (25) des Hauptbremszy­ linders (12) ausgehenden, an den Bremskreis (11) angeschlossenen dritten Leitung (24), in der ein stromlos seine Durchlaßstellung einnehmendes, elektromagnetbetätigtes erstes Absperrventil (41) an­ geordnet ist, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
  • - die mit dem Zwischenkolben (55) zusammenwirkende Feder (63) ist als eine die Pedalcharakteristik bestimmende Wegsimulator-Feder aus­ gebildet,
  • - die dritte Leitung (24) ist zwischen dem stromlos seine Durchlaß­ stellung einnehmenden Auslaßventil (37) der Ventilanordnung (16) und dem Druckmittel-Vorratsbehälter (22) an die zweite Leitung (23) an­ geschlossen,
  • - in der zweiten Leitung (23) befindet sich zwischen dem Anschluß der dritten Leitung (24) und dem Druckmittel-Vorratsbehälter (22) ein stromlos seine Sperrstellung einnehmendes, elektromagnetbetätig­ tes zweites Absperrventil (46),
  • - an die zweite Leitung (23) des Bremskreises (11) ist zwischen dem ersten Absperrventil (41) und dem zweiten Absperrventil (46) eine vom pedalabgewandten, zweiten Druckraum (27) des Hauptbremszylinders (12) ausgehende, vierte Leitung (26) angeschlossen,
  • - bei wirksamer Betriebsbremse nehmen das erste Absperrventil (41) seine elektromagnetbetätigte Sperrstellung und das zweite Absperr­ ventil (46) seine elektromagnetbetätigte Durchlaßstellung ein,
  • - bei wirksamer Hilfsbremse verbleiben die beiden Absperrventile (41, 46) in der stromlosen Stellung.
2. Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (63) als hohlzylindrischer Körper aus einem Elastomer mit geschlossenporigen, gasgefüllten Zellen ausgebildet ist, der den Zwischenkolben (55) gleichachsig umgibt und einerseits an diesem und andererseits am Hauptbremszylinder-Gehäuse (53) abgestützt ist.
3. Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (63) mit ihren Stirnseiten an einem Bund (59) des Zwi­ schenkolbens (55) und an einer Bohrungsstufe (61) des Hauptbremszy­ linder-Gehäuses (53) abgestützt ist und einen Ringraum (62) zwischen dem Zwischenkolben (55) und dem Hauptbremszylinder-Gehäuse (53) aus­ füllt.
4. Hydraulische Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (63) aus Polyurethan besteht.
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