DE69303175T2 - Bremskraftverstärker mit hydraulischer reaktionsvorrichtung und einstellbarem schwellenwert - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsunterstützungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit zum einen einem Hauptzylinder, der mit einer Bremsflüssigkeit gefüllt und mit einem Haupthydraulikkolben versehen ist, der dafür vorgesehen ist, eine Betätigungskraft aufzunehmen, welche sich aus einer Eingangskraft und einer Unterstützungskraft zusammensetzt, welche beide entlang einer axialen Richtung wirken, und zum anderen einem pneumatischen Unterstützungs- Servomotor, der durch das Aufbringen der Eingangskraft auf eine das Öffnen eines Ventilelementes steuernde Steuerstange gesteuert werden kann, um die Betätigungskraft auf den Haupthydraulikkolben auszuüben, wobei der Servomotor ein starres Gehäuse enthält, welches in dichter Weise in zwei Kammern mittels einer beweglichen Trennwand unterteilt ist, welche von einer aus dem Öffnen des Ventilelementes resultierenden Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern beaufschlagt werden und einen Pneumatikkolben antreiben kann, der relativ zum Gehäuse beweglich ist, das Ventilelement trägt und wenigstens dazu beiträgt, die Unterstützungskraft zu übertragen.
• Eine Vorrichtung dieses Typs ist im Stand der Technik gut bekannt und beispielsweise in dem US-Patent 4 491 058 beschrieben.
• Eine solche Bremsvorrichtung weist den aus der Verwendung eines bezüglich des starren Gehäuses bewegbaren pneumatischen Kolbens resultierenden Vorteil auf, daß der für die Steuerstange und somit für das Bremspedal verfügbare Gesamtweg relativ lang ist, was eine notwendige Bedingung zum Gewährleisten der optimalen Kontrolle über die Verzögerung des Fahrzeugs beim Bremsen ist.
• Eine üblicherweise bei Vorrichtungen dieses Typs aufgrund insbesondere von Relativbewegungen der verschiedenen Teile auftretende Schwierigkeit betrifft die Regulierung eines Funktionsparameters, welcher dem Fachmann unter dem Namen "Sprung" bekannt ist.
• Dieser Ausdruck bezieht sich auf den von Null verschiedenen minimalen Wert, welchen die Betätigungskraft plötzlich annimmt, wenn die Steuerstange ausreichend aus ihrer Ruhestellung verstellt ist.
• Das US-Patent 4 984 506 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Regelung des Sprunges bei einer Bremsunterstützungsvorrichtung, wie sie in dem US-Patent 4 491 058 beschrieben ist und welche eine elastische Reaktionsscheibe verwendet.
• Trotz ihrer Vorteile und Wirksamkeit weist diese bekannte Technik dennoch einen verbleibenden Nachteil auf, welcher darin liegt, daß die Regulierung zu einer Vorspannung dieser Scheibe führt.
• Diese Vorspannung kann aber nicht nur die Ursache eines vorzeitigen Verschleißes der Reaktionsscheibe darstellen, was einen Eingriff an dem Servomotor erfordert, sondern sie kann auch eine Schubkraft auftreten lassen, welche als Störfaktor bei dem Wert des Sprunges selbst auftreten kann.
• In diesem Kontext liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Bremsunterstützungsvorrichtung des oben genannten Typs zu schaffen, bei welcher die Regulierung des Sprunges so einfach wie möglich ist und dennoch keine unerwünschten Nebeneffekte aufweist.
• Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Haupthydraulikkolben des Hydraulikzylinders wiederum einen bewegbaren hohlen Zylinder aufweist, der mit dem Hauptzylinder in Verbindung steht, wenigstens einen Teil der Unterstützungskraft aufnimmt und in dessen Inneren in dichter Weise und entlang der axialen Richtung ein Sekundärhydraulikkolben gleitet, der wenigstens die Eingangskraft aufnehmen kann, und daß im Inneren des bewegbaren Zylinders elastische Mittel angeordnet sind, welche eine einstellbare elastische Kraft zwischen dem Sekundärhydraulikkolben und dem bewegbaren Zylinder ausüben und den Sekundärhydraulikkolben in Richtung des Hauptzylinders beaufschlagen, wobei die Einstellung der elastischen Kraft ermöglicht, den von Null verschiedenen Minimalwert der Betätigungskraft einzustellen.
• Obwohl die Verwendung eines bewegbaren Zylinders und eines Sekundärkolbens zur Bildung des Hydraulikkolbens des Hauptzylinders bereits in dem Dokument FR-A-2 317 533 beschrieben ist, betrifft dieses Dokument tatsächlich einen Servomotor, dessen Ventilelement bezüglich des Gehäuses feststehend ist und nicht von einem bezüglich des Gehäuses bewegbaren, pneumatischen Kolben getragen ist, wobei ein solcher Servomotor wenigstens in seiner ersten Betätigungsphase zu einem sehr geringen Pedalweg führt, wie im zweiten Absatz auf Seite 5 des Dokuments FR-A-2 317 533 angegeben ist.
• Die fraglichen elastischen Mittel weisen beispielsweise eine Schraubenfeder auf, die gehalten ist zwischen einem ringförmigen Absatz am Sekundärhydraulikkolben und einem Gewindering, der in den bewegbaren Zylinder eingeschraubt ist, wobei dieser Ring die von der bewegbaren Trennwand stammende Unterstützungskraft auf den bewegbaren Kolben überträgt, wobei die Eingangskraft mittels einer Schubstange mit einstellbarer Länge auf den Sekundärhydraulikkolben übertragen wird.
• Vorzugsweise ist der Gewindering außerdem in zwei Teilen ausgebildet, welche ineinandergeschraubt sind, so daß sie wiederum eine einstellbare Gesamtlänge aufweisen.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der nachfolgenden, nicht einschränkenden Beschreibung, welche sich auf die einzige Figur bezieht, in der eine erfindungsgemäße Vorrichtüng im Teilschnitt dargestellt ist.
• Soweit die Erfindung nur eine Verbesserung bei pneumatischen Bremsunterstützungssystemen betrifft oder der Gesamtaufbau und die Arbeitsweise von diesen dem Fachmann gut bekannt sind, werden diese Systeme hier nur sehr kurz dargestellt, um ein Gesamtverständnis der Verbesserung zu ermöglichen, welche die Erfindung darstellt.
• Schematisch ausgedrückt enthält ein System dieses Typs einen Servomotor 1 und einen Hauptzylinder 2.
• Der Servomotor enthält wiederum ein starres Gehäuse 3, welches in dichter Weise in zwei Kammern 3a und 3b von einer bewegbaren Trennwand 4 unterteilt ist, die eine Membran 4a und eine starre Schürze 4b aufweist und einen im Inneren des Gehäuses 3 bewegbaren Pneumatikkolben 5 antreiben kann.
• Die vordere Kammer 3a, deren vordere Seite in dichter Weise durch den Hauptzylinder 2 verschlossen ist, ist über einen Anschluß 6 permanent mit einer (nicht dargestellten) Unterdruckquelle verbunden.
• Der Druck in der hinteren Kammer 3b wird von einem Ventilelement 7 kontrolliert, welches von einer Steuerstange 8 gesteuert wird, die mit einem (nicht dargestellten) Bremspedal verbunden ist.
• Wenn sich die Steuerstange 8 in der Ruhestellung befindet, im vorliegenden Fall nach rechts gezogen, bildet das Ventilelement 7 eine Verbindung zwischen den beiden Kammern 3a und 3b des Servomotors.
• Die hintere Kammer 3b befindet sich somit auf demselben Unterdruck wie die vordere Kammer 3a, und der Kolben 5 wird von einer Feder 9 nach rechts in die Ruhestellung zurückgedrückt.
• Die Betätigung der Steuerstange 8 nach links hat in einer ersten Phase zur Wirkung, daß das Ventilelement 7 so verstellt wird, daß die Kammern 3a und 3b voneinander isoliert werden, und in einer zweiten Phase, daß dieses Ventilelement so verstellt wird, daß es die hintere Kammer 3b zum Atmosphärendruck öffnet
• Die dann von der Membran 4a erfahrene Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern übt auf die bewegbare Trennwand 4 einen Schub aus, der diese nach links zu verstellen sucht und ihr ermöglicht, den Kolben 5 anzutreiben, der sich wiederum unter Zusammendrücken der Feder 9 verstellt.
• Die auf die Steuerstange 8 ausgeübte Bremswirkung oder "Eingangskraft" und die aus dem Schub der bewegbaren Trennwand 4 resultierende Bremsunterstützungskraft oder "Unterstützungskraft" werden dann zusammen entlang der Achse 10 der Schubstange 8 in Richtung des flauptzylinders 2 ausgeübt und bilden zusammen die Betätigungskraft für diesen.
• Genauer gesagt wird die Betätigungskraft auf den Haupthydraulikkolben 11 des Hauptzylinders aufgebracht, und sie ruft dessen Verstellung (bezüglich der Figur) nach links hervor, wodurch ein Druckanstieg der im Innenvolumen 12 des Hauptzylinders vorliegenden Bremsflüssigkeit sowie eine Betätigung der mit diesem verbundenen Bremse hervorgerufen wird.
• Der Haupthydraulikkolben 11 ist tatsächlich ein Verbundteil und enthält zum einen einen bewegbaren und hohlen Zylinder 13 und zum anderen einen Sekundärhydraulikkolben 14.
• Das Innenvolumen 15 des bewegbaren Zylinders 13 steht mit dem Innenvolumen 12 des Hauptzylinders über Öffnungen in Verbindung, beispielsweise Öffnungen 16 und 17, die in dem bewegbaren Zylinder in einer axialen Richtung ausgebildet sind.
• Abgesehen von dem Fluiddurchgang, den diese Öffnungen 16 und 17 zwischen dem Innenvolumen 12 des Hauptzylinders 2 und demjenigen des bewegbaren Zylinders 13 ermöglichen, gleitet dieser bewegbare Zylinder 13 in dichter Weise in dem Hauptzylinder 2, wobei die Dichtigkeit mittels wenigstens einer ringförmigen Dichtung 18 erhalten ist.
• Der Sekundärhydraulikkolben 14 gleitet seinerseits im Inneren des bewegbaren Zylinders 13, den er mittels einer ringförmigen Dichtung 19 dicht verschließt.
• Der bewegbare Zylinder 13 ist über den Ring 20 mit der starren Schürze 4b verbunden, so daß er wenigstens einen Teil der mittels diese Schürze ausgeübten Unterstützungskraft aufnimmt.
• Der Sekundärhydraulikkolben 14 ist axial gegenüber einer Schubstange 21 angeordnet&sub1; welche auf ihn wenigstens die von der Steuerstange 8 ausgeübte Eingangskraft übertragen kann.
• Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung ist die folgende.
• Wenn auf die Steuerstange 8 eine Eingangskraft aufgebracht wird, wird der Sekundärhydraulikkolben 14 nach links beaufschlagt, und er nimmt mit sich den bewegbaren Zylinder 13 mit, in dessen Inneren er in Anlage ist.
• Nach einem vorbestimmten Weg der Schubstange 8 öffnet das Ventilelement 7 die hintere Kammer 3b des Servomotors, die vorher von der vorderen Kammer 3a isoliert wurde, zur Atmosphäre, und auf dem bewegbaren Zylinder 13 wird von der starren Schürze 4b über den Ring 20 eine Unterstützungskraft aufgebracht.
• Der Hydraulikdruck im Innenvolumen 12 des Hauptzylinders steigt an, und er stellt sich durch eine Hydraulikfluidzirkulation durch die öffnungen 16 und 17 im Innenvolumen 15 des bewegbaren Zylinders ein, wodurch an Sekundärhydraulikkolben 14 eine von der Unterstützungskraft abhängige Reaktionskraft auftritt, welche der Eingangskraft entgegenwirkt und somit eine Kontrolle über die erste Kraft mittels der zweiten ermöglicht.
• In der Praxis tritt die Unterstützungskraft nicht nur erst nach einem von Null verschiedenen Weg der Steuerstange 8 auf, der sich aus der Notwendigkeit ergibt, das gesamte konstruktive Spiel aufzunehmen und das Ventilelement 7 für dessen Öffnen zu verstellen, sondern sie nimmt auch bei ihrem Auftreten plötzlich einen von Null verschiedenen Wert ein, welcher "Sprung" genannt wird und dessen sehr wünschenswerte Regulierung die Hauptaufgabe der Erfindung darstellt.
• Zu diesem Zweck ist in dem Hauptzylinder 13 eine Schraubenfeder 22 mit einstellbarer Länge angeordnet, die sich an einem ringförmigen Absatz 14a des Sekundärhydraulikkolbens 14 abstützt, um auf diesen eine regulierbare elastische Kraft auszuüben, welche zum Hauptzylinder 2 gerichtet ist, also bezüglich der Figur nach links.
• Wie in dieser Figur dargestellt ist, ist die Schraubenfeder 22 zwischen dem ringförmigen Absatz 14a des Kolbens 14 und dem axialen Ende 20a eines Rings 20 eingezwängt, der mit einem Gewinde versehen ist und in den bewegbaren Zylinder 13 eingeschraubt ist, auf welchen er wenigstens einen Teil der Unterstützungskraft überträgt, die auf die an diesem anliegende Schürze 4b ausgeübt wird.
• Das Einschrauben des Ringes 20 in den bewegbaren Zylinder 13 hat somit zur Folge, daß die Feder 22 komprimiert und somit die elastische Kraft erhöht wird, welche dieser auf den Sekundärhydraulikkolben 14 in Richtung des Hauptzylinders ausübt, so daß also der Wert des Sprunges noch erhöht wird.
• Zum Kompensieren der sich aus dem Einschrauben des Ringes 20 in den bewegbaren Zylinder 13 ergebenden Verminderung der Länge ist dieser Ring beispielsweise aus zwei Teilen 20b, 20c gebildet, welche so ineinandergeschraubt sind, daß sie eine einstellbare Gesamtlänge aufweisen.
• Außerdem ist vorzugsweise wiederum die Schubstange 21 aus zwei Teilen gebildet, die ineinandergeschraubt sind, so daß sie eine einstellbare Gesamtlänge aufweisen, wobei die Regulierung dieser Länge insbesondere ermöglicht, das Öffnen des Ventilelementes beim Auftreten des Sprunges zu modifizieren, unabhängig von dem Wert des Sprunges, der diesem durch das Einschrauben des Ringes 20 in den bewegbaren Zylinder 13 gegeben ist.

Claims (4)

1. Bremsunterstützungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit zum einen einem Hauptzylinder (2), der mit einer Bremsflüssigkeit gefüllt und mit einem Haupthydraulikkolben (11) versehen ist, der dafür vorgesehen ist, eine Betätigungskraft aufzunehmen, welche sich aus einer Eingangskraft und einer Unterstützungskraft zusammensetzt, welche beide entlang einer axialen Richtung wirken, und zum anderen einem pneumatischen Unterstützungs-Servomotor (1), der durch das Aufbringen der Eingangskraft auf eine das Öffnen eines Ventilelementes (7) steuernde Steuerstange (8) gesteuert werden kann, um die Betätigungskraft auf den Haupthydraulikkolben auszuüben, wobei der Servomotor ein starres Gehäuse (3) enthält, welches in dichter Weise in zwei Kammern (3a, 3b) mittels einer beweglichen Trennwand (4) unterteilt ist, welche von einer aus dem Öffnen des Ventilelementes resultierenden Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern beaufschlagt werden und einen Pneumatikkolben (5) antreiben kann, der relativ zum Gehäuse beweglich ist, das Ventilelement trägt und wenigstens dazu beiträgt, die Unterstützungskraft zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupthydraulikkolben (11) des Hydraulikzylinders wiederum einen bewegbaren hohlen Zylinder (13) aufweist, der mit dem Hauptzylinder in Verbindung steht, wenigstens einen Teil der Unterstützungskraft aufnimmt und in dessen Inneren in dichter Weise und entlang der axialen Richtung ein Sekundärhydraulikkolben (14) gleitet, der wenigstens die Eingangskraft aufnehmen kann, und daß im Inneren des bewegbaren Zylinders elastische Mittel (22) angeordnet sind, welche eine einstellbare elastische Kraft zwischen dem Sekundärhydraulikkolben (14) und dem bewegbaren Zylinder ausüben und den Sekundärhydraulikkolben in Richtung des Hauptzylinders beaufschlagen, wobei die Einstellung der elastischen Kraft ermöglicht, den von Null verschiedenen Minimalwert der Betätigungskraft einzustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel eine Schraubenfeder (22) aufweisen, die gehalten ist zwischen einem ringförmigen Absatz (14a) am Sekundärhydraulikkolben und einem Gewindering (20), der in den bewegbaren Zylinder eingeschraubt ist, wobei dieser Ring die von der bewegbaren Trennwand stammende Unterstützungskraft auf den bewegbaren Zylinder überträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangskraft mittels einer Schubstange (21) mit einstellbarer Länge auf den Sekundärhydraulikkolben übertragen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering (20) in zwei Teilen ausgebildet ist, welche (20b, 20c) ineinandergeschraubt sind, so daß der Gewindering eine einstellbare Gesamtlänge aufweist.