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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftverstärker mit zwei Verstärkungsfaktoren
zur Unterstützung
bei einer Gefahrbremsung eines Kraftfahrzeugs.
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Unterdruckbremskraftverstärker, darunter solche,
die mit einem System zur Unterstützung
einer Gefahrbremsung (Bremsassistent oder BAS-System, das von den
Fachleuten auch durch den englischen Begriff „panic assist" bezeichnet wird)
versehen sind, sind inzwischen wohlbekannt.
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Das
Dokument
FR 2 857 641 beschreibt
einen Verstärker,
der eine Funktion zur Unterstützung einer
Gefahrbremsung aufweist, bei der ein Austrittselement eine ausschaltbare
Kupplung aufweist, die auf eine Betätigungsgeschwindigkeit reagiert.
Diese Kupplung ist ein kompliziertes System aus zahlreichen Bauteilen.
Außerdem
muss es bei seiner Anbringung auf den Verstärker eingestellt werden.
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Das
Dokument
EP 1 522 479 beschreibt
einen Verstärker,
bei dem eine variable Kupplung mittels einer elastisch verformbaren
Kapsel realisiert ist, in deren Innerem ein Reaktionselement montiert
ist. Bei einer Gefahrbremsung wird die Kapsel so verformt, dass
ein axiales Spiel zwischen der Kapsel und einem Stößel bewirkt
wird, was das Kupplungsverhältnis
modifiziert.
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Der
in jenem Dokument beschriebene Verstärker weist mehrere Nachteile
auf. So ist es notwendig, das Reaktionselement im Inneren der Kapsel
aufzuformen. Es ist daher nicht möglich, diese beiden Bauteile
unabhängig
voneinander herzustellen. Die Form des Reaktionselementes muss derjenigen
der Kapsel entsprechen, die durch die elastischen Eigenschaften
bedingt wird, welche die Kapsel aufweisen muss, damit sie sich verformen
kann. Es ist folglich nicht möglich,
diese Vorrichtung mit einem Reaktionselement beliebiger Form zu
verwenden, beispielsweise mit einem herkömmlichen, scheibenförmigen Reaktionselement.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Verstärker bereitzustellen, der zumindest
einige der genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
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Zu
diesem Zweck stellt die Erfindung einen Kraftverstärker mit
zwei Verstärkungsfaktoren
zur Bremsunterstützung
eines Kraftfahrzeugs bereit, mit:
- a) einem
Gehäuse,
- b) einer Membran, die in dem Gehäuse beweglich ist und zwei
Kammern in dem Gehäuse
voneinander trennt,
- c) einem an der Membran befestigten Kolben, der mit der Membran
in dem Gehäuse
beweglich ist, wobei der Kolben eine Axialbohrung aufweist,
- d) einem Plunger, der in einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung
in der Axialbohrung des Kolbens verschiebbar ist,
- e) einem Betätigungsmittel,
das mit dem Plunger gekoppelt ist, um diesen in Vorwärtsrichtung
bezüglich
des Kolbens unter der Einwirkung einer Betätigungskraft in eine Betätigungsposition
zu bewegen, in welcher ein Druckunterschied zwischen den Kammern
derart erzeugt wird, dass auf die Membran eine in die Vorwärtsrichtung
gerichtete Antriebskraft ausgeübt
wird, und
- f) ein Austrittselement, das mittels eines Reaktionselementes
gleichzeitig mit dem Kolben und dem Plunger gekoppelt ist, um die
aus dem Druckunterschied resultierende Antriebskraft und die Betätigungskraft
aufzunehmen,
wobei das Reaktionselement aus einem elastomeren
Material besteht und einer Vorderseite, die mit dem Austrittselement
gekoppelt ist, und eine Rückseite
aufweist, von der ein erster Bereich mit dem Kolben und ein zweiter
Bereich mit dem Plunger gekoppelt ist, um auf den Plunger als Reaktion
auf die Antriebskraft eine in die Rückwärtsrichtung orientierte Gegenkraft
in Richtung auf eine Rückstellposition des
Plungers zu übertragen,
in welcher ein Druckgleichgewicht zwischen den Kammern herrscht,
wobei das Reaktionselement eine seitliche Umfangsfläche aufweist,
die sich zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Reaktionselementes
erstreckt, wobei das Austrittselement eine Rückseite aufweist, die auf Höhe eines
ersten Bereichs der Vorderseite des Reaktionselements mit dem Reaktionselement gekoppelt
ist, wobei die Fläche
des ersten Bereichs kleiner als die Gesamtfläche der Vorderseite des Reaktionselements
ist, wobei der Verstärker
ein Übertragungsmittel
aufweist, das ein Kupplungsteil besitzt, welches mit dem Reaktionselement
auf Höhe eines
zweiten Bereichs der Vorderseite des Reaktionselementes gekoppelt
werden kann, wobei das Übertragungsmittel
bezüglich
des Austrittselements beweglich ist, zwischen einerseits einer entkoppelten Position,
in welcher ein Spiel zwischen einem vorderen Teil des Übertragungsmittels
und dem Austrittselement und/oder zwischen dem Kupplungsteil des Übertragungsmittels
und dem zweiten Bereich der Vorderseite des Reaktionselementes ausgespart
ist, und andererseits einer gekoppelten Position, in welcher das
Spiel derart beseitigt ist, dass das Übertragungselement eine Koppelung
zwischen dem zweiten Bereich der Vorderseite des Reaktionselementes und
dem Austrittselement herstellt, wobei das Übertragungsmittel ein Aufnahmeteil
umfasst, das mit einer Umfangswand versehen ist, die mit der seitlichen Umfangsfläche des
Reaktionselementes zusammenwirkt, wobei das Aufnahmeteil an dem
Kupplungsteil befestigt und auf der Seite angeordnet ist, die sich bezüglich des
Kupplungsteils auf der Rückwärtsrichtung
befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil und das
Reaktionselement zylindrisch sind und entsprechende Querschnitte
aufweisen, wobei das Aufnahmeteil bezüglich des Reaktionselementes
verschiebbar ist.
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Aufgrund
dieser Eigenschaften können
das Übertragungsmittel
und das Reaktionselement unabhängig
voneinander hergestellt und beim Zusammenbau des Verstärkers leicht
verbunden werden, beispielsweise indem man das Aufnahmeteil über das
Reaktionselement gleiten lässt.
Das Reaktionselement kann eine beliebige Form haben, beispielsweise
eine Scheibenform. Es ist folglich möglich, ein solches Übertragungsmittel
auf Verstärkern
zu installieren, die eine herkömmliche
Reaktionsscheibe aufweisen. Das Übertragungsmittel
muss sich im Betrieb des Verstärkers
insbesondere auf Höhe
seines Aufnahmeteils nicht wesentlich verformen. Dieses Teil kann
dann so dimensioniert und aus einem solchen Material hergestellt
werden, dass es dem Innendruck des Reaktionselementes standhält. Im Gegensatz zum
genannten Stand der Technik gibt es keine Herstellungserfordernisse,
die durch die Notwendigkeit bedingt sind, dass dieses Bauteil verformbar
sein muss. Außerdem
ist der Einfluss der Wärmeausdehnung
des Reaktionselementes auf das Spiel begrenzt, denn diese Wärmeausdehnung
führt nicht notwendigerweise
zu einer Verformung des Übertragungsmittels,
da das eine bezüglich
des anderen verschiebbar ist.
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Vorzugsweise
ist wenigstens ein Abschnitt des Aufnahmeteils in der entkoppelten
Position des Übertragungsmittels
um den Kolben herum angeordnet und bezüglich des Kolbens verschiebbar.
Somit gewährleistet
der Kolben eine Führung
des Übertragungsmittels.
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Vorteilhaft
ist das Aufnahmeteil so geführt, dass
es in die Vorwärts-
und Rückwärtsrichtungen verschiebbar
ist.
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Bevorzugt
ist das Übertragungsmittel
starr.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform umfasst
der Verstärker
ein elastisches Stellmittel, das so angeordnet ist, dass das Übertragungsmittel in
Richtung einer bezüglich
des Austragselements rückwärtigen Position
vorgespannt wird, sodass das Spiel lediglich zwischen dem vorderen
Teil des Übertragungsmittels
und dem Austrittselement in der entkoppelten Position des Übertragungsmittels
vorhanden ist.
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Vorteilhaft
wirkt das elastische Stellmittel einerseits mit einem bezüglich des
Kolbens fixierten Auflageelement und andererseits mit einem bezüglich des Übertragungsmittels
fixierten Auflageelement zusammen.
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Somit
sind die elastischen Eigenschaften des elastischen Stellmittels
unabhängig
von der Form und vom Material des Übertragungsmittels. Diese Eigenschaften
können
folglich in optimierter Weise gewählt werden, ohne dass von dem Übertragungsmittel
herstellungstechnische Zwänge
auferlegt werden. Die elastischen Eigenschaften des elastischen
Stellmittels ermöglichen
es den Durchgangsmoment des Übertragungsmittels
zwischen den entkoppelten und gekoppelten Positionen festzulegen. Man
kann daher die dynamischen Bedingungen, unter denen die Änderung
des Verstärkungsfaktors stattfindet,
zuverlässig
und dauerhaft einstellen, indem man den Einfluss der elastischen
Eigenschaften des Reaktionselementes selbst, die in Abhängigkeit von
Abnutzung und der Temperatur stark variieren, auf diese dynamischen
Bedingungen verringert oder im Wesentlichen beseitigt.
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Vorzugsweise
umfasst das elastische Stellmittel eine Spiralfeder, die zwischen
dem bezüglich des
Kolbens fixierten Auflageelement und dem bezüglich des Übertragungsmittels fixierten
Auflageelement angeordnet ist.
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Vorteilhaft
weist das Übertragungsmittel
einen Auflagekragen auf, wobei das bezüglich des Übertragungsmittels fixierte
Auflageelement den Auflagekragen umfasst.
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Vorzugsweise
umfasst der Kolben eine Schürze,
welche sich über
das bezüglich
des Übertragungsmittels
fixierte Auflageelement in die Vorwärtsrichtung hinaus erstreckt,
wobei das bezüglich des
Kolbens fixierte Auflageelement wenigstens einen über die
wenigstens eine Schürze
hinausragenden Dorn umfasst.
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Vorteilhaft
weist das Austrittselement einen hinteren zylindrischen Abschnitt
auf, wobei das vordere Teil des Übertragungsmittels
verschiebbar um den hinteren Abschnitt des Austrittselements geführt ist.
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Vorzugsweise
weist das Austrittselement einen Kragen auf, wobei der vordere Teil
des Übertragungsmittels
in der gekoppelten Position des Übertragungsmittels
mit dem Kragen zusammenwirkt.
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Vorteilhaft
ist die Kupplung zwischen dem Kolben und der Rückseite des Reaktionselementes eine
Kupplung mit direktem Kontakt.
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Die
Erfindung wird besser verständlich
und weitere ihrer Ziele, Details, Eigenschaften und Vorteile werden
im Laufe der folgenden Beschreibung einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung deutlicher werden, die rein illustrativ und nicht
einschränkend unter
Bezugnahme auf beigefügte
Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen:
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zeigt 1 schematisch
einen Bremskraftverstärker
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung im Längsschnitt,
der mit dem Bremspedal eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist,
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zeigt 2 im
Detail den Verstärker
der 1 gemäß einer
ersten Variante, in dem Fall, wo keine Bremsung erfolgt,
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ist 3 eine
der 2 entsprechende Ansicht einer zweiten Variante,
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ist 4 eine
der 3 entsprechende Ansicht, in dem Fall, wo ein normaler
Bremsvorgang stattfindet,
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ist 5 eine
der 3 entsprechende Ansicht, in dem Fall, wo eine
Gefahrbremsung stattfindet, und
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ist 6 eine
der 3 entsprechende Ansicht, in dem Fall, wo ein normaler
Bremsvorgang mit doppeltem Faktor stattfindet.
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Im
Rahmen dieser Beschreibung bezeichnet man mit „vorn" und „hinten" die linke bzw. rechte Seite der 1.
Es versteht sich, dass die die Erfindung nicht auf einen Bremskraftverstärker zur
Montage in einem Kraftfahrzeug mit den links bzw. rechts in 1 dargestellten
Elementen beschränkt
ist, die in Vorder- bzw. in Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs angeordnet sind. Anders ausgedrückt, können die Richtungen „vorn" und „hinten" mit den Richtungen zusammenfallen,
müssen
aber nicht notwendigerweise zusammenfallen, die man am Fahrzeug üblicherweise
mit „vorn" und „hinten" bezeichnet.
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Der
in 1 dargestellte Kraftverstärker umfasst ein Gehäuse 1,
das aus zwei Teilen, einem vorderen 1a bzw. hinteren 1b besteht,
die durch Verknipsen aneinander befestigt sind. Eine Membran 2 unterteilt
das Innenvolumen des Gehäuses 1 in
eine vordere Kammer 3, die mit einer Quelle relativ niedrigen
Drucks verbunden ist (üblicherweise
einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks, der von der Ansaugleitung
des Motors geliefert wird) und einer hinteren Kammer oder Arbeitskammer 4,
die selektiv mit einer Quelle relativ hohen Drucks (üblicherweise
dem Atmosphärendruck)
verbunden werden kann. Der vordere Teil 1b des Gehäuses 1 weist
einen Anschluss 5 auf, über
welchen die Kammer 3 mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Schlauchs
mit einer Unterdruckquelle verbunden werden kann. Der hintere Teil 1a des
Gehäuses 1 ist üblicherweise über nicht
dargestellte Mittel an einer Trennwand 6 befestigt, die
den Fahrgastraum 7 eines Fahrzeugs von dem Motorraum 8 des
Fahrzeugs trennt. Der hintere Teil 1a des Gehäuses 1 weist
ein zylindrisches Bauteil 1c auf, das eine Öffnung 9 der Trennwand 6 durchquert
und das in den Fahrgastraum 7 mündet.
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In
dem Gehäuse 1 befindet
sich ein Kolben 11 (Primärkolben, der auch als Ventilkörper bezeichnet
wird), der an der Membran 2 befestigt ist, und der mit
dieser in dem Gehäuse 1 und
in dem zylindrischen Bauteil 1c des hinteren Teils 1a axial
beweglich ist. Ein Plunger 12 ist in einer Axialbohrung 13 des
Kolbens 11 verschiebbar angeordnet und kann in dieser Bohrung
unter der Einwirkung eines Krafteintrittsmittels oder Betätigungsmittels 14 von
der in 2 dargestellten stabilen Ruheposition in eine
instabile Arbeitsposition nach links in 2 bewegt werden,
d. h. in Richtung des vorderen Teils 1b des Gehäuses 1.
Das Betätigungsmittel 14 kann
von einem Steuerschaft gebildet werden, der mit dem Bremspedal 15 des
Fahrzeugs verbunden ist.
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Der
Kraftverstärker
weist außerdem
ein Ventil 16 auf, das mit Sitzen 17 und 18 zusammenwirken kann,
die auf dem Kolben 11 bzw. dem Plunger 12 vorgesehen
sind. Wenn sich der Plunger 12 in der Ruheposition (2)
befindet, d. h., wenn das Bremspedal 15 nicht hinabgedrückt ist,
befindet sich das Ventil 16 im Anschlag gegen die beiden
Sitze 17 und 18 und die beiden Kammern 3 und 4 des
Gehäuses sind
voneinander isoliert. Wenn der Motor des Fahrzeugs in Betrieb ist
und sich der Plunger 12 immer noch in der Ruheposition
befindet (Bremspedal 15 nicht hinabgedrückt), herrscht in der Kammer 3 des Gehäuses 1 ein
Unterdruck und bewirkt eine geringfügige Verschiebung des Kolbens 11 nach
vorn gegen die Wirkung einer nicht dargestellten Feder. Daraus folgt,
dass der Sitz 17 sich leicht von dem Ventil 16 abhebt
und eine kommunizierende Verbindung zwischen den beiden Kammern 3 und 4 des
Gehäuses 1 über in den
Kolben 11 ausgesparte Durchlässe 19 und 21 hergestellt
wird. Wenn das Bremspedal 15 hinabgedrückt wird, stößt der Steuerschaft
den Plunger 12 nach vorn in die Bohrung 13 des
Kolbens 11. Unter diesen Bedingungen kommt das Ventil 16,
das durch eine nicht dargestellte Feder, die axial gegen eine Schulter
des Steuerschaftes 14 in Anschlag ist, auch nach vorn gestoßen wird,
zunächst
mit dem Sitz 17 in Kontakt, um die kommunizierende Verbindung zwischen
den Kammern 3 und 4 des Gehäuses 1 zu unterbrechen.
Anschließend,
während
der Plunger 12 seinen Weg nach vorn in der Bohrung 13 unter dem
Druck des Steuerschaftes 14 fortsetzt, entfernt sich das
Ventil 16 vom Sitz 18 und stellt somit über den
Durchlass 21 eine kommunizierende Verbindung zwischen der
Kammer 4 des Gehäuses 1 und
dem Fahrgastraum 7, wo Atmosphärendruck herrscht, her. Aufgrund
der Druckdifferenz, die nun zwischen den Kammern 3 und 4 des
Gehäuses 1 herrscht,
werden die Membran 2 und der Kolben 11 nach vorn
bewegt, d. h. nach links in 2.
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Der
Kraftverstärker
weist außerdem
ein Austrittsmittel 22 auf, das auch als Reaktionsschaft
bezeichnet wird, dessen vorderes Ende im Betrieb üblicherweise
mit dem Kolben eines (nicht dargestellten) Hauptzylinders gekoppelt
ist, der Teil des Bremssystems des Fahrzeugs ist. Wenn im Betrieb
das Bremspedal 15 hinabgedrückt wird, und der Kolben 11,
wie weiter oben dargestellt, unter der Einwirkung des Druckunterschieds
zwischen den beiden Kammern 3 und 4 nach vorn
verschoben wird, wirken der Kolben 11 und der Plunger 12 gemeinsam
mittels einer Reaktionsscheibe 23 aus einem Elastomermaterial
auf das Austrittsmittel 22, um das Austrittsmittel 22 nach vorn
zu stoßen,
d. h. links in 2. Daraus ergibt sich, dass
das Austrittselement 22 eine Austrittskraft auf den Kolben
des Hauptzylinders ausübt,
der dann an den Bremsen des Fahrzeugs einen Bremsdruck erzeugt,
der proportional zu der Austrittskraft des Kraftverstärkers ist.
Bei einem normalen Bremsvorgang wird der Verstärkungsfaktor des Kraftverstärkers näherungsweise
durch das Verhältnis
bestimmt zwischen einerseits der gesamten Kontaktfläche der Reaktionsscheibe 23 mit
den Stirnseiten des Kolbens 11 und des Plungers 12 und
andererseits der Kontaktfläche
zwischen der Rückseite
des Austrittselements 22 und der Reaktionsscheibe 23.
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Der
in 1 dargestellte Kraftverstärker weist ein System zur Unterstützung bei
Gefahrbremsungen auf, das auf die Geschwindigkeit der Betätigung des
Bremspedals 15 reagiert, um den Verstärkungsfaktor des Kraftverstärkers massiv
zu erhöhen, wenn
eine Gefahrbremssituation detektiert wird. Üblicherweise wird angenommen,
dass man sich in einer Gefahrbremssituation befindet, wenn ganz
am Anfang der Betätigung
des Bremspedals der Steuerschaft 14 und der Plunger 12 sehr
schnell betätigt werden,
d. h. mit einer Geschwindigkeit, die größer als eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit
VS ist, die prinzipiell größer als
100 mm/s ist, oder, was äquivalent
dazu ist, wenn der Plunger 12 bezüglich des Kolbens 11 einen
größeren Weg
durchläuft,
als ein vorgegebener Wert, der prinzipiell größer als 1 mm ist. In beiden
Fällen
bedeutet dies, dass selbst dann, wenn das Luftventil 16, 18 ganz
am Anfang der Betätigung
des Bremspedals 15 vollständig offen ist, das Luftventil
noch nicht in der Lage ist, die hintere Kammer 4 des Kraftverstärkers ausreichend
schnell mit atmosphärischer
Luft zu versorgen, um die vom Fahrer gewünschte Bremskraft zu erzeugen.
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Konkret
gesagt kann der Grenzwert VS beispielsweise gleich 500 mm/s gesetzt
werden. Der Kraftverstärker
kann einen ersten Wert Q1 eines Verstärkungsfaktors aufweisen, der
beispielsweise bei etwa 5 liegt, wenn die Betätigungsgeschwindigkeit des
Steuerschaftes 14 und des Plungers 12 kleiner ist
als VS und einen zweiten Wert Q2, der beispielsweise etwa 14 entspricht,
wenn die Betätigungsgeschwindigkeit
größer als
VS ist.
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Für einen
korrekten Betrieb ohne Einschränkungen
muss das Luftventil 16, 18 ausreichend offen sein,
d. h., dass der Plunger 12 ausreichend weit nach vorn (d.
h. nach links in 1) bezüglich des Kolbens 11 verschoben
werden muss, wobei die ausreichend weite Verschiebung abhängig von
den Modellen und den Herstellern der Kraftverstärker üblicherweise zwischen etwa
0,5 und 0,8 mm liegt. Aus diesem Grund ist es im Allgemeinen vorteilhaft,
bei einem Hub des Plungers, der größer als 1 mm ist, beispielsweise
1,5 ± 0,4
mm (wobei die ±0,4
mm vorgesehen sind, um Herstellungs- und Montagetoleranzen zu berücksichtigen)
von einem „Gefahrbremsmodus" zu sprechen. Wenn
also der Plunger 12 mehr als 1,5 ± 0,4 mm bezüglich des
Kolbens 11 vorauseilt, wird der Gefahrbremsmodus ausgelöst.
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Bezug
nehmend auf 2 weist der Kolben 11 eine
kreisförmige äußere Schürze 30 auf,
an welcher die Membran 2 auf Höhe einer kreisförmigen Aufnahmeausnehmung 31 befestigt
ist. Im Inneren der äußeren Schürze 30 weist
der Kolben 11 eine kreisförmige, zylindrische Innenschürze 32 auf,
die eine ringförmige
Stirnseite 33 aufweist. Die Bohrung 13 durchquert
die Schürze 32.
Der Plunger 12 weist eine Stirnseite 34 auf. Die
Reaktionsscheibe 23 weist eine kreisförmige zylindrische Form auf.
Sie weist eine Rückseite 35,
eine Seitenfläche 36 und
eine Vorderseite 37 auf. Sie ist auf Höhe der vorderen Enden der Schürze 32 und
des Plungers 12 so angeordnet, dass die Hinterseite 35 mit
den Stirnflächen 33 und 34 zusammenwirken
kann. Das Austrittselement 22 weist einen kreisförmigen,
zylindrischen Vorderabschnitt 38 auf, der dazu dient, mit
dem Kolben eines hydraulischen Hauptzylinders auf Höhe von dessen vorderem
Ende zusammenzuwirken, und einem hinteren Abschnitt 39,
der ebenfalls kreisförmig
zylindrisch ist, und einen größeren Durchmesser
als den Durchmesser des Abschnitts 38 aufweist. Der hintere Abschnitt 39 weist
eine Rückseite 41 auf,
die mit einem kreisförmigen
zentralen Abschnitt 37a der Vorderseite 37 der
Reaktionsscheibe 23 zusammenwirken kann. Auf Höhe der Verbindung
zwischen den Abschnitten 38 und 39 weist das Austrittselement
einen Kragen 40 auf, der radial bezüglich des hinteren Abschnitts 39 so
vorspringt, dass er eine nach hinten gerichtete Schulterfläche 60 bildet.
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Der
Kraftverstärker
weist einen Mantel 42 auf, der einen zylindrischen vorderen
Abschnitt 43 aufweist, der den hinteren Abschnitt 39 des
Austrittselements 22 umgibt und der um den Abschnitt 39 herum
nach vorn und nach hinten gleiten kann. Der Mantel 42 weist
außerdem
einen ringförmigen
Kupplungsabschnitt 44 auf, der radial von dem vorderen Abschnitt 43 herausragt
und der mit einem ringförmigen
Umfangsabschnitt 37b der Vorderseite 37 der Reaktionsscheibe 23 zusammenwirken
kann. Der Mantel 42 weist einen Aufnahmeabschnitt 45 mit
einem Durchmesser auf, der demjenigen der Reaktionsscheibe 23 und
der inneren Schürze 32,
welche die Reaktionsscheibe 23 umgibt, und der inneren Schürze 32 entspricht
und ist bezüglich
diesem verschiebbar. Der Aufnahmeabschnitt 45 ist mit dem Kupplungsabschnitt 44 auf
Höhe des äußeren Umfangs
des Kupplungsabschnitts 44 verbunden. Schließlich weist
der Mantel 42 am hinteren Ende des Aufnahmeabschnitts 45 einen
Kragen 46 auf, der radial herausragt. Der Mantel 42 wird
beispielsweise durch Tiefziehen eines Stahlblechs von 1 mm Dicke hergestellt.
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Der
Mantel 42 ist um die Schürze 32, die Reaktionsscheibe 23 und
den hinteren Abschnitt 39 des Austrittselements herum zwischen
einer hinteren Position, die in den 2 bis 4 dargestellt
ist, und einer vorderen Position, die in den 5 und 6 dargestellt
ist, verschiebbar. In der hinteren Position ist ein Spiel zwischen
der Fläche 60 des
Kragens 40 und des vorderen Teils 43 des Mantels 42 vorgesehen.
Die Kupplung zwischen dem Austrittselement 22 und der Reaktionsscheibe 23 wird
durch den Kontakt zwischen der hinteren Fläche 41 des Austrittselements 22 und
dem zentralen Abschnitt 37a der Vorderseite 37 der
Reaktionsscheibe 23 gewährleistet. Die
Koppelung entspricht dem Verstärkungsfaktor Q1.
In der vorderen Position wird das Spiel beseitigt und der vordere
Teil 43 ist gegen die Fläche 60 des Kragens 40 in
Anschlag. Der Mantel 42 bewirkt eine zusätzliche
Koppelung zwischen der Reaktionsscheibe und dem Austrittselement 22,
indem er den Kontaktdruck zwischen seinem Kupplungsabschnitt 44 und
dem Umfangsabschnitt 37b der Vorderseite 37 der
Reaktionsscheibe 23 auf das Austrittselement 22 mittels
seines vorderen Abschnitts 43 überträgt. Diese zusätzliche
Kupplung führt
zum Verstärkungsfaktor
Q2.
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Eine
Spiralfeder 47 ist so angeordnet, dass der Mantel 42 in
die hintere Position gedrückt
wird. Die Feder 47 kommt einerseits gegen den Kragen 46 und
andererseits gegen ein an den Kolben 11 befestigtes Anschlagelement
in Anlage. Bei der in 2 dargestellten Variante umfasst
dieses Anschlagelement eine Gruppe von Dornen 48, die durch
Einpressen in Bohrungen, die in der äußeren Schürze 30 ausgespart
sind, an dem Kolben 11 so befestigt wurden, dass sie ins
Innere der Schürze 30 hineinragen. Die
Dorne 48 sind bezüglich
des Kragens 46 zur Vorderseite hin angeordnet. Bei der
in 3 dargestellten Variante umfasst das Anschlagelement
ein gezahntes Metallteil 49 mit insgesamt ringartiger Form. Das
Bauteil 49 weist Zähne
auf, welche die Befestigung des Bauteils 49 auf der Innenfläche der äußeren Schürze 30 durch
Einrasten ermöglichen.
Diese Variante weist den Vorteil auf, dass keine Bohrungen in der
Schürze 30 vorgesehen
werden müssen.
Folglich ist es möglich,
einen an sich bekannten herkömmlichen
Kolben zu verwenden, der beispielsweise aus Kunststoff bestehen
kann. Die andere Variante weist den Vorteil auf, dass die Befestigung
der Dorne 49 zuverlässiger
als eine Befestigung durch Einrasten von Zähnen ist.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise des Kraftverstärkers erläutert.
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Wenn
das Bremspedal 15 nicht betätigt wird und keine Bremswirkung
ausgeübt
wird, weist die Reaktionsscheibe die oben beschriebene kreiszylindrische
Form auf und der Mantel 42 ist bezüglich der Feder 47 in
seiner hinteren Position angeordnet, wie dies in den 2 und 3 dargestellt
ist.
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Wenn
man das Bremspedal 15 betätigt, um einen herkömmlichen
Bremsvorgang auszuüben,
d. h. so, dass man den Plunger 12 mit einer geringeren Geschwindigkeit
als VS nach vorne bewegt, bewegt sich der Kolben 11 unter
der Einwirkung des Unterdrucks ebenfalls nach vorne, sodass die
relative Verschiebung des Plungers 12 bezüglich des
Kolbens kleiner als ein bestimmter Grenzwert, beispielsweise als
1 mm, bleibt, wie oben dargestellt wurde, und im stationären Zustand
verschwindet. 4 zeigt die Situation in dem
Fall eines normalen stationären Bremsvorgangs.
Der Vortrieb des Kolbens 11 und des Plungers 12 bewirkt
eine Erhöhung
des Innendrucks der Reaktionsscheibe 23, denn diese ist
seitlich durch einen Aufnahmeabschnitt 45c des Mantels 42 begrenzt
und nach vorn durch den Kupplungsabschnitt 44 des Mantels
und die Rückseite 41 des
Austrittselements 22. Dieser Innendruck reicht aus, um die
Reaktionsscheibe 23 elastisch so zu verformen, dass Material
auf Höhe
des zentralen Abschnitts 37a ihrer Vorderseite 37 „herausgepresst" wird, was bewirkt,
dass die Bewegung des Kolbens 11 und des Plungers 12 auf
das Austrittselement 22 übertragen wird. Dieser Innendruck
reicht in diesem Fall nicht aus, um den Mantel 42 gegen
die Vorspannung der Feder 47 zu bewegen.
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Folglich
bleibt der Mantel 42 in seiner hinteren Position und der
Verstärkungsfaktor
Q1 wird als Funktion der Fläche
des zentralen Abschnitts 37a bezüglich der Fläche der
Vorderseiten 33 und 34 bestimmt.
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Wenn
man das Bremspedal 15 plötzlich betätigt, um eine Gefahrbremsung
auszulösen,
d. h. so, dass der Plunger 12 mit einer größeren Geschwindigkeit
als VS nach vorn bewegt wird, bewegt sich der Kolben 11 nicht
schnell genug nach vorn, denn der Druck in der Kammer 4 ändert sich
nicht plötzlich,
sodass die relative Bewegung des Plungers 12 bezüglich des
Kolbens 11 wie oben erläutert
größer wird
als beispielsweise 1 mm. 5 zeigt die Situation für den Fall
einer Gefahrbremsung. Wie zuvor beschrieben, erhöht sich der Innendruck der
Reaktionsscheibe 23. Aufgrund des größeren Vortriebs des Plungers 12,
der in die Reaktionsscheibe 23 hineintaucht, wird der Innendruck
in diesem Fall jedoch so groß,
dass die durch den Druck, der von der Reaktionsscheibe 23 auf
den Mantel 42 auf Höhe
des Abschnitts 37b ausgeübten Kraft ausreicht, den Mantel 42 gegen
die Vorspannung der Feder 47 zu verschieben. Der Mantel 42 befindet
sich dann in seiner vorderen Position und die Reaktionsscheibe 37 wird
elastisch so verformt, dass Material auf Höhe des Abschnitts 37b gegenüber der
Vorderseite 33 „herausgepresst" wird, wie dies in 5 dargestellt
ist. In diesem Fall erzeugt der Mantel 42 eine zusätzliche
Koppelung zwischen dem Austrittselement 22 und der Reaktionsscheibe 23 und
der Kraftverstärker
erreicht einen Verstärkungsfaktor
Q2, der als Funktion der Gesamtfläche der Vorderseite 37,
d. h. der Fläche
des zentralen Abschnitts 37a und des Umfangsabschnitts 37b,
bezüglich
der Fläche
der Vorderseiten 33 und 34 bestimmt wird. Der
innere Grenzdruck, oberhalb welchem der Mantel 42 in seine
vordere Position übergeht,
kann dadurch gewählt
werden, dass man eine Feder 47 mit entsprechender Steifigkeit
wählt.
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In
einem speziellen Fall weist der Kraftverstärker ebenfalls einen Verstärkungsfaktor
Q2 auf, wenn ein normaler Bremsvorgang stattfindet. Üblicherweise
spricht man dann von einem normalen Bremsvorgang mit doppeltem Faktor,
obwohl Q2 nicht notwendigerweise dem Doppelten von Q1 entsprechen
muss. Der normale Bremsvorgang mit doppeltem Faktor wird dadurch
ausgelöst,
dass man das Bremspedal 15 gemäß einem normalen Brems vorgang
betätigt,
d. h. so, dass der Plunger 12 mit einer geringeren Geschwindigkeit
als VS nach vorn bewegt wird, aber mit einer Kraft, die größer als
ein vorgegebener Grenzwert ist. Dies kann dadurch erreicht werden,
indem man beispielsweise langsam die auf das Bremspedal ausgeübte Eingangskraft,
ausgehend von dem in 4 dargestellten Zustand erhöht, welcher
einen normalen Bremsvorgang mit einfachem Faktor repräsentiert.
In diesem Fall steigt der Innendruck der Reaktionsscheibe 23 ausreichend an,
um den Mantel 42 gegen die Vorspannung der Feder 42 in
seine vordere Position zu bewegen. Die Reaktionsscheibe 23 verformt
sich elastisch so, dass Material auf Höhe des Abschnitts 37b „herausgepresst" wird, wie dies in 6 dargestellt
ist.
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Ein
erfindungsgemäßer Kraftverstärker kann verschiedene
oben beschriebene Verstärkungsfaktoren
aufweisen.
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Verschiedene
Bauteile wurden als kreisförmig
zylindrische Bauteile beschrieben, insbesondere die Reaktionsscheibe 23,
die innere Schürze 32 und der
Aufnahmeabschnitt 45. Alternativ können diese Bauelemente entsprechende
nicht kreisförmige
zylindrische Formen aufweisen.
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Der
Kraftverstärker
kann ohne Feder 47 arbeiten. In diesem Fall ist der Mantel 42 in
seiner entkoppelten Position, die einem normalem Bremsvorgang entspricht,
schwimmend angeordnet. Das Spiel ist zwischen einerseits dem Kragen 40 und
dem vorderen Abschnitt 43 des Mantels 42 und andererseits dem
Abschnitt 44 des Mantels 42 und dem Umfangsabschnitt 37b der
Vorderseite 37 der Reaktionsscheibe 23 verteilt.
Der Grenzwert des Innendrucks oberhalb dessen die Reaktionsscheibe 23 sich
elastisch so verformt, dass sie den Mantel 42 in seine
vordere Position verschieben kann, ist abhängig von den elastischen Eigenschaften
der Reaktionsscheibe 23.
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Die
Erfindung ist auf einen Tandem-Kraftverstärker anwendbar. Es ist auch
ein erfindungsgemäßer Kraftverstärker denkbar,
der mehr als zwei Verstärkungsfaktoren
aufweist, indem man beispielsweise mehrere entkoppelbare Übertragungsmittel
vorsieht, die mit entsprechenden Abschnitten der Reaktionsscheibe
zusammenwirken.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit mehreren speziellen Ausführungsformen
beschrieben wurde, versteht es sich, dass sie keineswegs darauf
begrenzt ist und alle technischen Äquivalente der beschriebenen
Mittel sowie deren Kombinationen umfasst, soweit diese unter den
durch die Erfindung abgesteckten Rahmen fallen.