DE4438066A1

DE4438066A1 - Füllstufe für einen Hauptzylinder

Info

Publication number: DE4438066A1
Application number: DE19944438066
Authority: DE
Inventors: Hans Bungert
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1996-05-02

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Füllstufe für einen Hauptzylinder, die zwischen dem Hauptzylinder einer Bremsanlage und einer Radbremse angeordnet ist. Dabei hat die Füllstufe die Aufgabe, in der ersten Phase der Bremsbetätigung innerhalb eines kurzen Betätigungsweges Druckmittel in die Radbremsen zur Überwindung des Lüftspieles zu fördern und in der Druckphase einen hohen Druckaufbau in den Radbremsen bei kleinen Betätigungskräften zuzulassen.

Aus der DE 38 16 110 ist eine zwischen Hauptzylinder und Radbremse angebrachte Füllstufe bekannt, bei der in der Grundposition eines Stufenkolbens der Druckmitteldurchgang geöffnet ist, so daß in der ersten Phase der Bremsbetätigung (Füllphase) die Stirnfläche des Hauptzylinderkolbens wirksam ist. Sobald in den Radbremsen ein Druck erzeugt wird, der in der Lage ist, den Stufenkolben gegen die Kraft einer Feder zu verschieben, schließt ein Ventil, so daß nun nur noch die kleinere Fläche des Stufenkolbens zum Druckaufbau wirksam wird.

Nachteilig an dieser bekannten Füllstufe ist, daß das gesamte zum Füllen der Radbremsen erforderliche Flüssigkeitsvolumen bereits in der Bremsanlage, d. h. im Hauptzylinder, enthalten sein muß, und nach der Füllphase in der Füllstufe gespeichert werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Füllstufe vorzuschlagen, die bei möglichst großem Füllvolumen ein möglichst kleines Flüssigkeitsvolumen im Hauptzylinder erfordert.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Füllstufe nach Anspruch 1, die einen Stufenkolben mit einer Endfläche größeren Durchmessers und mit einer Endfläche kleineren Durchmessers aufweist, wobei die Endfläche kleineren Durchmessers direkt mit der Druckkammer des Hauptzylinders und die Endfläche größeren Durchmessers direkt mit der Radbremse in Verbindung stehen. Ein relativ geringes, vom Hauptzylinder verdrängtes Flüssigkeitsvolumen wird somit im Verhältnis der beiden Endflächen in ein größeres in die Radbremsen befördertes Flüssigkeitsvolumen umgewandelt. Somit wird bei geringem Pedalweg eines den Hauptzylinder betätigenden Pedals ein schnelles Anlegen der Radbremsen gewährleistet.

Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, dem Hauptzylinder einen Bremskraftverstärker vorzuschalten, der die zum Verdrängen des größeren Flüssigkeitsvolumens erforderliche Kraft aufbringt, so daß nur auf den Hauptzylinder betätigende Pedal nur eine relative geringe Kraft aufgebracht werden muß.

In Anspruch 3 wird eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Füllstufe beschrieben, die mit Ventilen versehen ist, um nach der Füllphase eine Aufhebung der Übersetzungsfunktion zu gewährleisten. Dabei ist ein vorgespanntes Rückschlagventil vorgesehen, das nach dem Ende der Füllphase, d. h., wenn ein plötzlicher Druckanstieg in den Radbremsen auftritt, eine direkte Verbindung zwischen der Druckkammer des Hauptzylinders und den Radbremsen öffnet, um somit eine direkte Betätigung, wie bei einem normalen Hauptzylinder ohne Füllstufe, zu ermöglichen. Weiterhin ist ein Nachlaufraum vorgesehen, der durch eine Ringstufe des Stufenkolbens gebildet wird, und das Differenzvolumen zwischen dem vom Hauptzylinder verdrängten und dem in die Radbremse gelieferten Flüssigkeitsvolumen einem Nachlaufbehälter entnimmt. Beim Lösen der Radbremsen wird dieses zusätzliche Flüssigkeitsvolumen über den Hauptzylinder an den Behälter zurückgeführt. Dies hat den Vorteil, daß diese zusätzliche Flüssigkeitsmenge nicht von Anfang an im Hauptzylinder untergebracht sein muß, und daß beim Loslassen des Bremspedals noch nicht das gesamte Füllvolumen aus den Radbremsen in den Behälter zurückgeführt ist, so daß bei erneutem, kurz darauf erfolgenden Betätigen des Bremspedals nur ein geringer Füllweg erforderlich ist.

Im Anspruch 4 wird ein Verfahren zum Betrieb einer Füllstufe für einen Hauptzylinder vorgeschlagen, bei dem das zum Befüllen der Radbremsen erforderliche zusätzliche Flüssigkeitsvolumen während der Anfangsphase der Betätigung des Hauptzylinders einem Nachlaufbehälter entnommen wird. Dies hat den Vorteil, daß dieses Flüssigkeitsvolumen nicht von Anfang an in entsprechenden Hohlräumen des Hauptzylinders bzw. der Füllstufe untergebracht sein muß.

In Weiterbildung dieses Verfahrens wird in Anspruch 5 vorgeschlagen, daß der Füllvorgang im Arbeitsbereich eines dem Hauptzylinder vorgeschalteten Bremskraftverstärkers erfolgt, der eine steile F_Ausgang(F_Eingang)-Charakteristik aufweist. Dies bedeutet, daß bei einer geringfügigen Änderung der Eingangskraft F_Eingang, die auf dem Bremskraftverstärker wirkt, eine große Änderung der Ausgangskraft F_Ausgang erzielt wird, die zum schnellen Befüllen der Radbremsen genutzt wird. Da eine derart steile F_Ausgang(F_Eingang)-Charakteristik nur in einem engen Arbeitsbereich des Bremskraftverstärkers vorliegt, empfiehlt sich hier besonders die Verwendung einer erfindungsgemäßen Füllstufe, da diese bei einem kleinen Betätigungsweg ein relativ großes Volumen in die Radbremsen liefert. Bei herkömmlichen Füllstufenzylindern muß nach Beendigung der Füllphase ein überschüssiges Füllvolumen an einen Behälter abgegeben werden, wobei ein Rückschlagventil überwunden werden muß. In dieser Phase befindet sich der Bremskraftverstärker in einem Arbeitsbereich mit flacher F_Ausgang(F_Eingang)-Charakteristik, d. h. ein relativ großer Teil der zusätzlich auf zubringenden Kraft muß über das Bremspedal aufgebracht werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren entnommen werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Füllstufe mit Drucksteuerung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Füllstufe mit Wegsteuerung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Füllstufe mit geschwindigkeitsunabhängiger Drucksteuerung und

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Füllstufe 1, die mit einem Hauptzylinder 2, einem Behälter 3 und einer Radbremse 4 verbunden ist. Im schematisch dargestellten Hauptzylinder 2 ist ein Hauptzylinderkolben 5 geführt, der von einer Pedaleinrichtung 6 betätigt wird und im Hauptzylinder 2 eine Druckkammer 7 begrenzt. Die Druckkammer 7 ist über eine Druckleitung 8 mit einem Arbeitsraum 9 im Gehäuse 10 der Füllstufe 1 verbunden. Der Arbeitsraum 9 wird von der kleineren Endfläche 11 eines Stufenkolbens 12 begrenzt, der in einer Stufenbohrung 13 des Gehäuses 10 geführt wird, und mit seiner größeren Endfläche 14 einen Druckraum 15 begrenzt. Zwischen der Stufe 16 des Stufenkolbens 12 und einer Ringfläche 17 der Stufenbohrung 13 befindet sich ein Nachlaufraum 18. Der Nachlaufraum 18 ist über ein Rückschlagventil 19 und eine Leitung 20 mit dem drucklosen Behälter 3 verbunden. Dabei schließt das Rückschlagventil 19 in Richtung Behälter 3, d. h. Druckmittel kann nur vom Behälter 3 in den Nachlaufraum 18 nachfließen, ein Druckmittelfluß in umgekehrte Richtung wird durch das Rückschlagventil 19 verhindert.

Der Nachlaufraum 18 ist mit dem Arbeitsraum 9 über ein weiteres Rückschlagventil 21 verbunden, welches in Richtung Nachlaufraum schließt. Der Arbeitsraum 9 ist mit dem Druckraum 15 über ein vorgespanntes Rückschlagventil 22 verbunden, welches in Richtung Arbeitsraum 9 schließt und ab einem bestimmten im Arbeitsraum 9 herrschenden Druck öffnet. Als Schließglied ist im Ausführungsbeispiel eine Kugel 23 vorgesehen, die von einem Stößel 24 gegen ihren Ventilsitz gepreßt wird. Der Stößel 24 ist andererseits mit einem Kolben 26 verbunden, der von einer vorgespannten Feder 25 beaufschlagt wird. Dabei sind Feder 25 und Kolben 26 über eine Bohrung 27 mit der Atmosphäre verbunden. Im Druckraum 15 ist eine Stufe 28 ausgebildet, die einen Anschlag für den Stufenkolben 12 bildet. Im Stufenkolben 12 ist ein Rückschlagventil 29 integriert, über welches eine Verbindung zwischen Druckraum 15 und Nachlaufraum 18 hergestellt werden kann. Das Rückschlagventil 29 schließt in Richtung Nachlaufraum 18, und kann in seiner in der Zeichnung äußerst rechten Endstellung des Stufenkolbens 12 mittels eines Stößels 30 zwangsgeöffnet werden. Über eine Druckleitung 31 ist der Druckraum 15 mit der Radbremse 4 verbunden.

Zwischen Pedaleinrichtung 6 und Hauptzylinderkolben 5 ist ein an sich bekannter Vakuumbremskraftverstärker 32, der hier nur schematisch angedeutet ist, angeordnet.

Funktion der erfindungsgemäßen Füllstufe

Zum Einleiten eines Bremsvorganges betätigt der Fahrer des Kraftfahrzeuges die Pedaleinrichtung 6, die ausgeübte Kraft wird über einen Vakuumbremskraftverstärker 32 verstärkt auf den Hauptzylinderkolben 5 übertragen. Eine Verschiebung des Hauptzylinderkolbens 5 in der Abbildung nach links bewirkt eine Verkleinerung der Druckkammer 7, Druckmittel wird in Richtung des Pfeiles 33 durch die Druckleitung 8 in den Arbeitsraum 9 verschoben. Dabei vergrößert sich der Arbeitsraum 9 durch Verschieben des Stufenkolbens 12 nach links. Entsprechend dem Flächenverhältnis von größerer Endfläche 14 zu kleinerer Endfläche 11 wird ein größeres Flüssigkeitsvolumen aus dem Druckraum 15 verdrängt, als in den Arbeitsraum 9 einfließt. Das aus dem Druckraum 15 verdrängte Druckmittel gelangt über die Druckleitung 31 in Richtung des Pfeiles 34 zu der Radbremse 4. Dabei ergibt sich das maximale Füllvolumen aus dem Produkt von größerer Endfläche 14 mit dem maximalen Hub a des Stufenkolbens 12. Sobald der Stufenkolben 12 seinen maximalen Hub a zurückgelegt hat, d. h. an der Stufe 28 anschlägt oder sobald das Lüftspiel der Radbremsen 4 überwunden ist, d. h. ein Anliegen der Bremsbeläge an die Bremsscheibe erfolgt ist, wird zur Verschiebung des Stufenkolbens 12 eine höhere Kraft benötigt, d. h. der Druck im Arbeitsraum 9 steigt an. Überschreitet dieser Druck einen durch die Vorspannung der Feder 25 vorgegebenen Wert, so öffnet das Rückschlagventil 22, es besteht nun eine direkte Verbindung zwischen Arbeitsraum 9 und Druckraum 15 und somit eine direkte Verbindung zwischen Hauptzylinder 2 und Radbremse 4. Das vom Stufenkolben 12 verdrängte zusätzliche Füllvolumen entspricht der Volumenvergrößerung des Nachlaufraumes 18, welcher über das Rückschlagventil 19 Druckmittel aus dem Behälter 3 nachgesaugt hat.

Zum Beenden des Bremsvorganges wird der Hauptzylinderkolben 5 zurückfahren, worauf der Druck im Arbeitsraum 9 sinkt. Das Rückschlagventil 22 schließt, d. h. das von der Druckkammer 7 aufgenommene Druckmittel stammt aus dem Arbeitsraum 9. Der Stufenkolben 12 verschiebt sich nach rechts und verdrängt sowohl Druckmittel aus dem Arbeitsraum 9 in die Druckkammer 7, als auch aus dem Nachlaufraum 18 über das Rückschlagventil 21 in den Arbeitsraum 9. Dies führt dazu, daß der Hauptzylinderkolben 5 in seine äußerst rechte Ausgangsstellung zurückgeschoben ist, bevor das gesamte Füllvolumen aus der Füllstufe 1 verdrängt ist, d. h. bevor der Stufenkolben 12 seine äußerst rechte Endstellung erreicht hat. Bei einem erneuten Betätigen der Pedaleinrichtung 6 ist somit bereits ein großer Teil des Lüftspieles der Radbremse 4 überwunden, da sich das Füllvolumen noch in der Radbremse 4 befindet. Ein schnelleres Ansprechen der Bremse im Wiederholungsfall ist somit gewährleistet. Tritt kein erneutes Betätigen der Pedaleinrichtung 6 auf, so wird der Stufenkolben 12 durch eine Rückstellfeder 35 in seine äußerst rechte Position verschoben. Das dabei verdrängte Druckmittel aus Nachlaufraum 18 und Arbeitsraum 9 wird über den Hauptzylinder 2, der in der äußerst rechten Stellung des Hauptzylinderkolbens 5 eine Druckmittelverbindung zum Behälter 3 ermöglicht, in den Behälter 3 verschoben.

Das im Verhältnis von größerer Endfläche 14 zu kleinerer Endfläche 11 verschobene zusätzliche Füllvolumen erfordert während des Verschiebens des Stufenkolbens 12 nach links eine erhöhte Betätigungskraft, die über die Pedaleinrichtung 6 auf den Hauptzylinderkolben 5 übertragen werden muß. Da dies in der Anfangsphase der Betätigung erfolgt, während der das Verhältnis von Ausgangskraft zu Eingangskraft des Bremskraftverstärkers 32 besonders groß ist, spürt der Fahrer des Kraftfahrzeuges nicht, daß diese zusätzliche Kraft aufzubringen ist. Wird über die Pedaleinrichtung 6 eine geringe Eingangskraft F_Eingang auf den Vakuumbremskraftverstärker 32 ausgeübt, so ist dessen Ausgangskraft F_Ausgang zunächst Null; steigt die Eingangskraft über einen bestimmten Wert an, so ändert sich die Ausgangskraft sprungartig auf einen hohen Wert. Bei weiter steigender Eingangskraft steigt die Ausgangskraft nun nur noch relativ flach an. Der Füllvorgang mit der erfindungsgemäßen Füllstufe findet im Bereich des Sprunges des Verstärkungsfaktors des Vakuumbrems kraftverstärkers, d. h. der Funktion Ausgangskraft über Eingangskraft, F_Ausgang, (F_Eingang), statt.

Fig. 2 zeigt eine weggesteuerte Füllstufe, deren Aufbau größtenteils der in Fig. 1 beschriebenen Füllstufe entspricht. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie zu Fig. 9 versehen und werden hier nicht mehr näher beschrieben.

Statt des in Fig. 1 vorgesehenen, bei einem bestimmten Druck öffnenden Rückschlagventils 22 ist in Fig. 2 ein Rückschlagventil 36 zwischen Arbeitsraum 9 und Druckraum 15 vorgesehen, welches in Richtung Druckraum 15 schließt und mittels eines Stößels 37 bei Annäherung des Stufenkolbens 12 an die Stufe 28 zwangsgeöffnet wird. Dies bedeutet, daß der Füllvorgang weggesteuert beendet wird, nämlich nachdem der Stufenkolben 12 den durch den maximalen Hub a gekennzeichneten Weg zurückgelegt hat. Hierdurch ist gewährleistet, daß immer ein gleich großes Füllvolumen in die Radbremsen gelangt.

In der äußerst rechten Stellung des Stufenkolbens 12 wird das Rückschlagventil 29 über den Stößel 30 zwangsgeöffnet, so daß eine Verbindung zwischen Druckraum 15 und Arbeitsraum 9 nur über die Rückschlagventile 29 und 21 in der einen Richtung bzw. über das Rückschlagventil 22 in der anderen Richtung besteht. Auf diese Weise können beispielsweise temperaturbedingte Volumenausdehnungen, bzw. -verminderungen ausgeglichen werden.

In Fig. 3 ist eine druckgesteuerte Fülleinrichtung wie in Fig. 1 abgebildet, die unabhängig von der Betätigungs geschwindigkeit der Pedaleinrichtung 6 garantiert, daß zunächst das erforderliche Füllvolumen verdrängt wird. Auch hier sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie zu Fig. 1 versehen.

Zwischen Druckleitung 8 und Arbeitsraum 9 ist eine Drossel 38 angebracht, auf der dem Arbeitsraum 9 abgewandten Seite der Drossel 38 besteht eine Verbindung zwischen Druckleitung 8 und einem Hohlraum 39. In den Hohlraum 39 ragt das Ende eines Stößels 40, der mit dem Stößel 24 des Rückschlagventils 22 verbunden ist.

Bei einer schnellen Bremsbetätigung gelangt ein Druckstoß von der Druckkammer 7 in Richtung des Pfeiles 33 in die Füllstufe 1. Die Drossel 38 bewirkt, daß im Hohlraum 39 zunächst ein höherer Druck als im Arbeitsraum 9 herrscht, so daß das Rückschlagventil 22 geschlossen bleibt, bis der Stufenkolben 12 das Füllvolumen verdrängt hat und zu dessen weiterer Verschiebung ein Druckanstieg im Arbeitsraum 9 erfolgt. Erst dieser Druckanstieg ermöglicht ein Öffnen des Rückschlagventils 22. Bei langsamer Bremsbetätigung stellt die Drossel 38 nur einen geringen Strömungswiderstand dar, der Druck im Hohlraum 39 bleibt somit relativ niedrig. Da kein Druckstoß erfolgt, der das Ventil 22 vorzeitig, d. h. bevor das gesamte Füllvolumen verdrängt ist, öffnen könnte, ist hier auch kein erhöhter Druck im Hohlraum 39 erforderlich.

Erfindungsgemäß wird eine Füllstufe vorgeschlagen, die zum Überwinden des Lüftspieles der Radbremsen 4 in der Anfangsphase des Bremsvorganges dient, und dazu den Sprung des Verstärkungsfaktors eines Vakuumbremskraftverstärkers 32 ausnutzt. Weiterhin wird das Füllvolumen während der Anfangsphase der Bremsbetätigung aus einem Behälter 3 aufgenommen, was es ermöglicht, das Volumen des Hauptzylinders 2 kleiner bzw. das Füllvolumen der Radbremsen 4 größer auszulegen als bei herkömmlichen Anlagen. Dadurch tritt im Gegensatz zu sog. Füllstufenhauptzylindern kein Verlust an Betätigungskraft auf. Die Pedalcharakteristik in der Druckphase, d. h. nachdem das Füllvolumen verdrängt ist, entspricht der eines normalen Hauptzylinders.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Füllstufe kann darin liegen, bei unveränderten Lüftspiel an den Radbremsen 4 einen kleineren Durchmesser für den Hauptzylinder 2 zu wählen, wodurch die Verwendung eines kleinerer Bremskraftverstärkers ermöglicht wird, was sowohl den erforderlichen Bauraum als auch die Kosten minimiert.

Bezugszeichenliste

1 Füllstufe
2 Hauptzylinder
3 Behälter
4 Radbremse
5 Hauptzylinderkolben
6 Pedaleinrichtung
7 Druckkammer
8 Druckleitung
9 Arbeitsraum
10 Gehäuse
11 kleinere Endfläche
12 Stufenkolben
13 Stufenbohrung
14 größere Endfläche
15 Druckraum
16 Stufe
17 Ringfläche
18 Nachlaufraum
19 Rückschlagventil
20 Leitung
21 Rückschlagventil
22 Rückschlagventil
23 Kugel
24 Stößel
25 Feder
26 Kolben
27 Bohrung
28 Stufe
29 Rückschlagventil
30 Stößel
31 Druckleitung
32 Vakuumbremskraftverstärker
33 Pfeil
34 Pfeil
35 Rückstellfeder
36 Rückschlagventil
37 Stößel
38 Drossel
39 Hohlraum
40 Stößel
a maximaler Hub.

Claims

1. Füllstufe für einen Hauptzylinder (2), die zwischen einer Druckkammer (7) des Hauptzylinders (2) und einer Radbremse (4) angeordnet ist, und einen Stufenkolben (12) mit einer Endfläche (14) größeren Durchmessers und einer Endfläche (11) kleineren Durchmessers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (11) kleineren Durchmessers hydraulisch mit der Druckkammer (7) und die Endfläche (14) größeren Durchmessers hydraulisch mit der Radbremse (4) in Verbindung steht.

2. Füllstufe für einen Hauptzylinder (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hauptzylinder (2) ein Vakuumbremskraftverstärker (32) vorgeschaltet ist.

3. Füllstufe für einen Hauptzylinder (2), dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Gehäuse (10) aufweist, in dem eine Stufenbohrung (13) ausgebildet ist, einen in der Stufenbohrung (13) abgedichtet geführten Stufenkolben (12), dessen erste, kleinere Endfläche (11) mit dem Gehäuse einen Arbeitsraum (9) bildet, dessen andere, größere Endfläche (14) mit dem Gehäuse einen Druckraum (15) bildet und dessen Stufe (28) mit dem Gehäuse (10) einen Nachlaufraum (18) bildet, wobei der Arbeitsraum (9) mit einer Druckkammer (7) des Hauptzylinders (2), der Druckraum (15) mit einer Radbremse (4) und der Nachlaufraum (18) über ein in Richtung Nachlaufraum (18) öffnendes Rückschlagventil (19) mit einem Vorratsbehälter (3) verbunden ist, und zwischen Arbeitsraum (9) und Druckraum (15) eine Druckmittelverbindung besteht, in der sich ein in Richtung Arbeitsraum (9) schließendes, unter Vorspannung stehendes Rückschlagventil (22) befindet, und zwischen Nachlaufraum (18) und Arbeitsraum (9) eine Druckmittelverbindung besteht, in der sich ein in Richtung Nachlaufraum (18) schließendes Rückschlagventil (21) befindet, und zwischen Nachlaufraum (18) und Druckraum (15) ein Rückschlagventil (29) angeordnet ist, welches in der maximal in den Nachlaufraum (18) verschobenen Position des Stufenkolbens (12) öffnet.

4. Verfahren zum Betrieb einer Füllstufe für einen Hauptzylinder (2) zum schnellen Befüllen einer Radbremse (4) mit Druckmittel in der Anfangsphase der Betätigung des Hauptzylinders (2) dadurch gekennzeichnet, daß das entsprechende Flüssigkeitsvolumen einem Nachlaufbehälter (3) entnommen wird.

5. Verfahren zum Betrieb einer Füllstufe für einen Hauptzylinder (2) mit vorgeschaltetem Vakuumbremskraftverstärker (32) zum schnellen Befüllen einer Radbremse (4) mit Druckmittel in der Anfangsphase der Betätigung des Hauptzylinders (2) dadurch gekennzeichnet, daß das schnelle Befüllen in dem Arbeitsbereich des Vakuumbremskraftverstärkers (32) erfolgt, in dem dessen Charakteristik Ausgangskraft in Abhängigkeit von Eingangskraft, d. h. F_Ausgang(F_Eingang), am steilsten ist.