DE69620247T2

DE69620247T2 - Bremskraftverstärker mit verbessertem ventil

Info

Publication number: DE69620247T2
Application number: DE69620247T
Authority: DE
Inventors: Roland Levrai
Original assignee: Bosch Systemes de Freinage SAS
Current assignee: Bosch Systemes de Freinage SAS
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: ES2173336T3; EP0877691B1; DE69620247D1; FR2744084A1; EP0877691A1; FR2744084B1; WO1997028034A1; US5848827A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft pneumatische Bremskraftverstärker vom Typ wie jene, die verwendet werden, um eine Bremsunterstützung von Kraftfahrzeugen zu liefern.
Solche Bremskraftverstärker sind in der Automobiltechnik wohlbekannt und weisen in herkömmlicher Weise ein Gehäuse auf, in dessen Innerem sich ein Kolben befindet, der aus einer Nabe und einer Schürze gebildet ist. Der Kolben definiert eine vordere Kammer, die stets mit einer Niederdruckquelle verbunden ist, und eine hintere Kammer, die wahlweise mit der vorderen Kammer oder mit einer Hochdruckquelle durch ein Ventilanordnung verbunden ist. Diese Ventilanordnung wird durch eine Steuerstange betätigt, die sich über die vordere Seite eines Tauchkolbens auf der hinteren Seite einer Reaktionsscheibe abstützen kann, die fest mit einer Schubstange verbunden ist, die einen Hauptzylinder betätigt. Das Ventilanordnung umfaßt üblicherweise ein Ventil, dessen vordere, ringförmige Fläche mit einem ersten, kreisförmigen Ventilsitz zusammenwirkt, der auf dem Tauchkolben gebildet ist, und mit einem zweiten, kreisförmigen Ventilsitz, der auf dem Kolben gebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der des ersten Ventilsitzes. Das Ventil ist aus einer biegsamen Membran gebildet, die auf dichte Weise mit seinem äußeren Umfangsrand an dem Kolben befestigt ist, wobei die vordere, ringförmige Seite des Ventils durch die Ventilfeder nach vorn beaufschlagt ist.
Solche Bremskraftverstärker weisen mehrere Nachteile auf. Um daher zu vermeiden, daß die Steuerstange keinen zu langen Anlegehub hat, ist man gezwungen, die Ventilanordnung so zu konzipieren, daß der "Hub des Ventils" zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz möglichst kurz ist. Es folgt daher, daß bei einer Betätigung die Durchführung, die der unter Hochdruck stehenden Luft zur hinteren Kammer zur Verfügung steht, ebenso wie die Durchführung, die beim Lösen der Bremsen der Luft von der hinteren Kammer zur vorderen Kammer zur Verfügung steht, verkleinert ist.
Ein Nachteil, der aus diesen verkleinerten und turbulenten Luftdurchführungen resultiert, liegt in der Tatsache, daß die Luft bei diesen unterschiedlichen Bewegungen zwischen der Atmosphäre, der hinteren und der vorderen Kammer stark verlangsamt wird, und daß folglich die bekannten Bremskraftverstärker beträchtliche Ansprechzeiten aufweisen.
Es ergibt sich ebenfalls, daß der Betrieb dieser Bremskraftverstärker von Luftansauggeräuschen begleitet ist, die störend werden können, zumal die Struktur der Kolbennabe, die eine einzige radiale Durchführung zur hinteren Kammer und eine einzige axiale Durchführung zur vorderen Kammer aufweist, starke Turbulenzen in der bewegenden Luft hervorruft.
Außerdem ist die biegsame Membran des Ventilelements aufgrund der konzentrischen und im wesentlichen koplanaren Anordnung der beiden Ventilsitze einem veränderlichen Druckunterschied zwischen dem im wesentlichen konstanten Hochdruck, der stets im Inneren der röhrenförmigen Nabe, um den Eingangskolben herrscht, und dem veränderlichen Druck, der in der ringförmigen Kammer herrscht, die diesen Teil der biegsamen Membran des Ventilelements umgibt, ausgesetzt, wobei auf einen Teil dieser Membran der Druck wirkt, der in der vorderen Kammer des Bremskraftverstärkers herrscht, und auf einen anderen Teil dieser Membran der veränderliche Druck wirkt, der in der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers herrscht.
Dieser Druckunterschied, der in der Ruhestellung und in der Phase nachlassender Bremswirkung vorhanden ist, erzeugt auf der vorderen, ringförmigen Fläche des Ventilelements eine axiale Kraft, die sich der Kraft der Ventilfeder überlagert und die der Tauchkolben des Ventils bei jedem Nachlassen der Bremswirkung überwinden muß, um die vordere, ringförmige Fläche des Ventilelements von dem ersten, in der Nabe gebildeten Ventilsitz zu lösen und die Verbindung zwischen der hinteren Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers und der Unterdruckkammer wieder herzustellen, was eine Überdimensionierung der Rückstellfeder des Eingangskolbens notwendig macht, was wiederum insbesondere zur Folge hat, daß der Fahrer eine beträchtliche Anstrengung aufbringen muß, um den Bremskraftverstärker einzusetzen, wobei die Anstrengung in der Technik unter dem Begriff "Kraftstoß" bekannt ist.
Die Druckschrift FR-A-2 537 524 versucht, eine Lösung zu liefern, indem sie Luftdurchführungen mit vergrößertem Querschnitt vorsieht, aber sie weist noch eine herkömmliche Ventilanordnung auf, die sich in dem mittleren, röhrenförmigen Teil befindet, der im hinteren Teil des Gehäuses des Bremskraftverstärkers gebildet ist, mit einem modifizierten Tauchkolben zusammenwirkt, eine große Oberfläche aufweist, die dem Druckunterschied ausgesetzt ist und somit einen großen Kraftstoß erfordert. Darüber hinaus muß gemäß dieser Druckschrift nicht nur das Gehäuse des Bremskraftverstärkers speziell ausgelegt sein, sondern auch die Struktur der Kolbennabe weist einen einzigen radialen Durchführung zur hinteren Kammer und einen einzigen axialen Durchführung zur vorderen Kammer auf, wodurch ebenfalls starke Turbulenzen in der bewegenden Luft hervorgerufen werden, was aufgrund der Verlangsamung der Luft, die sie erzeugt, für die Ansprechzeit des Bremskraftverstärkers nachteilig ist und Betriebsgeräusche erzeugt.
Die vorliegende Erfindung ist in diesem Umfeld angesiedelt und hat zur Aufgabe, einen Bremskraftverstärker vorzuschlagen, in dem die Luftdurchführungen zwischen der Atmosphäre und der hinteren Kammer einerseits, sowie zwischen der hinteren Kammer und der vorderen Kammer andererseits den größtmöglichen Querschnitt haben, ohne Hindernisse aufzuweisen, die Turbulenzen erzeugen können, so daß eine geräuscharme Betriebsweise sowie eine ebenfalls möglichst kurze Ansprechzeit erreicht wird, und dies auf einfache, zuverlässige und wirtschaftliche Weise, unter Verwendung eines Bremskraftverstärkergehäuses herkömmlicher Bauart.
Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung einen pneumatischen Bremskraftverstärker vor, der ein Gehäuse mit einer Symmetrieachse aufweist, das in dichter Weise durch wenigstens eine bewegliche Wandstruktur in wenigstens eine vordere Kammer, die stets mit einer Niederdruckquelle verbunden ist, und wenigstens in eine hintere Kammer unterteilt ist, die wahlweise mit der vorderen Kammer oder einer Hochdruckquelle durch eine Dreiwegeventil- Anordnung verbunden ist, die durch eine Steuerstange betätigt wird, wobei das Dreiwegeventil ein Ventilelement aufweist, das mittels einer ringförmigen Seite mit einem ersten ringförmigen Ventilsitz zusammenwirkt, der auf einem Tauchkolben gebildet ist, der in der Bohrung eines Kolbens gleitet, wobei die ringförmige Seite des Ventilelements nach vorn, in Richtung des ringförmigen Ventilsitzes durch eine Ventilfeder beaufschlagt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Dreiwegeventil ein zweites Ventilelement, das mittels einer ringförmigen Seite mit einem zweiten ringförmigen Ventilsitz zusammenwirkt, der auf dem Tauchkolben gebildet ist, wobei die ringförmige Seite des zweiten Ventilelements nach hinten, in Richtung des zweiten ringförmigen Ventilsitzes durch eine zweite Ventilfeder beaufschlagt ist.
Vorteilhafterweise sind der erste ringförmige Ventilsitz und der zweite ringförmige Ventilsitz auf radialen Abstufungen des Tauchkolbens gebildet.
Gemäß ebenfalls vorteilhafter Merkmale sind der erste ringförmige Ventilsitz und der zweite ringförmige Ventilsitz in Ebenen enthalten, die senkrecht zu der Symmetrieachse des Tauchkolbens und um eine vorbestimmte axiale Distanz voneinander beabstandet sind.
In bevorzugter Weise weist das Dreiwegeventil außerdem eine Anschlagstruktur, die zwei radiale Abstufungen umfaßt, die um eine axiale Distanz voneinander beabstandet sind, die etwas kürzer ist als die axiale Distanz zwischen den Ebenen des ersten ringförmigen Ventilsitzes und des zweiten ringförmigen Ventilsitzes, um die Endstellung nach vorn des Ventilelements und die Endstellung nach hinten des zweiten Ventilelements zu bestimmen. Die Anschlagstruktur kann somit axiale Durchführungen aufweisen, die in den radialen Abstufungen gebildet sind, und radiale Öffnungen aufweist, die zwischen den radialen Abstufungen gebildet sind, wobei diese Durchführungen und Öffnungen in axialer Richtung mit den radialen Durchführungen fluchten, die in dem Kolben gebildet sind und mit der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden sind. Der Kolben kann ebenfalls radiale Durchführungen aufweisen, die in der Bohrung münden, in der der Tauchkolben gleitet und die mit der vorderen Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden sind, wobei diese axialen Durchführungen mit den radialen Durchführungen fluchten, die mit der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dreiwegeventil in einem röhrenförmigen, hinteren Teil des Kolbens angeordnet, der fest mit der beweglichen Wandstruktur des Bremskraftverstärkers verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Dreiwegeventil in einem. Kolben eines Steuermoduls angeordnet, das den Bremskraftverstärker aus der Distanz steuert.
Das Steuermodul weist vorteilhafterweise einen gestuften Kolben auf, der eine Bohrung teilt in ein erstes Volumen, das durch einen Kanal stets mit der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden ist, in ein zweites Volumen, das durch einen Kanal stets mit der vorderen Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden ist, sowie in eine ringförmige Hilfskammer, die über einen Kanal mit dem Ausgang eines Druckgebers verbunden ist, der über den Bremskraftverstärker betätigt wird.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform, die zur Illustration dient, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In de- Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Längsschnitt eines pneumatischen Bremskraftverstärkers, der mit einem Ventil ausgestattet ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des mittleren, hinteren Teils des Bremskraftverstärkers der Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht im Längsschnitt eines Steuermoduls eines pneumatischen Bremskraftverstärkers, wobei dieses Modul mit einem Ventil ausgestattet ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist; und
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des mittleren, hinteren Teils des Steuermoduls der Fig. 3.
Fig. 1 stellt eine Schnittansicht eines pneumatischen Bremskraftverstärkers dar, der vorgesehen ist, um auf herkömmliche Weise zwischen dem Bremspedal eines Fahrzeugs und dem Hauptzylinder angeordnet zu werden, der den Druck in dem hydraulischen Bremskreis dieses Fahrzeugs steuert.
Aus Konvention nennt man "vorn" bei dem Bremskraftverstärker dessen Teil, der dem Hauptzylinder zugewandt ist, und "hinten" bei dem Bremskraftverstärker den Teil, der dem Bremsbelag zugewandt ist. In den Figuren ist somit vorn links und hinten rechts.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bremskraftverstärker umfaßt ein schalenförmiges, äußeres Gehäuse 10, das eine Rotationssymmetrie um eine Achse X-X' aufweist. In der Fig. 2 ist lediglich der mittlere, hintere Teil dieses Gehäuses 10 dargestellt.
Eine bewegliche Wandstruktur 12 begrenzt im Inneren des Gehäuses 10 eine vordere Kammer 14, die über einen Kanal 15 stets mit einer Niederdruckquelle verbunden ist, und eine hintere Kammer 16. Die bewegliche Wand 12 ist einer biegsamen Abrollmembran aus Elastomer zugeordnet, deren innerer Umfangsrand durch einen Wulst 18 dicht in einem hohlen Hilfskolben 20 aufgenommen ist, der fest mit der beweglichen Wandstruktur 12 verbunden ist und entlang der Achse X- X' des Bremskraftverstärkers angeordnet ist, wobei der äußere Umfangsrand der biegsamen Membran dicht an dem äußeren Gehäuse 10 befestigt ist.
Der hohle Kolben 20 setzt sich nach hinten in Form eines röhrenförmigen Teils 22 fort, der die hintere Wand des Gehäuses 10 dicht durchquert. Eine zwischen den Kolben 20 und die vordere Wand des Gehäuses 10 geschaltete Druckfeder 24 hält im Normalfall den Kolben 20 in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten hinteren Ruhestellung, in der die hintere Kammer 16 ihr Minimalvolumen und die vordere Kammer 14 ihr Maximalvolumen aufweist.
Ein bezüglich der Achse X-X' symmetrischer Tauchkolben 28 ist gleitend mit seinem vorderen Ende in einer möglicherweise gestuften Bohrung 26 aufgenommen, die in dem mittleren Teil des Kolbens 20 gebildet ist. Das vordere Ende einer Steuerstange 30 des Bremskraftverstärkers, die ebenfalls entlang der Achse X- X' angeordnet ist, ist kugelgelenkig in einer Sackbohrung des Tauchkolbens 28 montiert. Das hintere Ende der Steuerstange 30 wird direkt durch das Bremspedal des Fahrzeugs (nicht dargestellt) betätigt und nach hinten in seine Ruhestellung durch eine Rückstellfeder 31 zurückgestellt, die sich im Inneren des röhrenförmigen Teils 22 abstützt.
Wenn der Fahrer des Fahrzeugs auf das Bremspedal tritt, betätigt in herkömmlicher Weise die Steuerstange 30 eine Dreiwegeventil-Anordnung, um den ringförmigen Raum 32 um die Steuerstange 30 mit der hinteren Kammer 16 zu verbinden und so eine Druckdifferenz beiderseits der beweglichen Wand 12 zu erzeugen, wodurch sich eine Hilfskraft ergibt, die proportional zu der Kraft ist, die auf das Bremspedal ausgeübt wird.
Ebenfalls in herkömmlicher Weise umfaßt die Dreiwegeventil-Anordnung eine erste Ventildurchführung zwischen dem ringförmigen Raum 32 um die Steuerstange 30 und der hinteren Kammer 16, und eine zweite Ventildurchführung zwischen der hinteren Kammer 16 und der vorderen Kammer 14.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die erste Ventildurchführung einen ersten, ringförmigen Ventilsitz 34, der an einer radialen Abstufung 35 hinter dem Tauchkolben 28 gebildet ist und mit einem ersten, ringförmigen Ventilelement 36 zusammenwirkt.
Das erste Ventil 36 bildet das vordere Ende einer röhrenförmigen, biegsamen Überschiebemuffe 37 aus Elastomer, dessen hinteres Ende 38 auf dichte Weise in dem röhrenförmigen Teil 22 befestigt ist, und es weist eine vordere, ringförmige Seite 40 auf, die entlang der Achse X-X' beweglich ist, wobei diese vordere Seite durch eine erste Ventilfeder 42 nach vorn beaufschlagt ist.
Die zweite Ventildurchführung weist einen zweiten, ringförmigen Ventilsitz 44 auf, der auf einer radialen Abstufung 45 des Tauchkolbens 28 vor der radialen Abstufung 35 gebildet ist und mit einem zweiten, ringförmigen Ventilelement 46 zusammenwirkt.
Das zweite Ventilelement 46 bildet das hintere Ende einer röhrenförmigen, biegsamen Überschiebemuffe 47 aus Elastomer, dessen vorderes Ende 48 auf dichte Weise in dem röhrenförmigen Teil 22 befestigt ist, und es weist eine hintere, ringförmige Seite 50 auf, die entlang der Achse X-X' beweglich ist, wobei diese vordere Seite durch eine zweite Ventilfeder 52 nach hinten beaufschlagt ist.
Die ringförmigen Ventilsitze 34 und 44, die auf den radialen Abstufungen 35 und 45 des Tauchkolbens 28 gebildet sind, sind in Ebenen enthalten, die senkrecht zu der Achse X-X', um eine vorbestimmte, axiale Distanz D beabstandet sind.
Eine röhrenförmige Anschlagstruktur 60 ist in dem röhrenförmigen Teil 22, zum Beispiel zwischen den Enden 38 und 48 der Überschiebemuffen 37 und 47, angeordnet und weist zwei radiale Abstufungen 62 und 64 auf, die nach hinten bzw. nach vorn gerichtet sind und in einem axialen Abstand L voneinander entfernt sind, der etwas kleiner ist als die Distanz D, so daß die Endstellung nach vorn des ersten Ventilelements 36 und die Endstellung nach hinten des zweiten Ventilelements 46 bestimmt sind.
Die radialen Abstufungen 62 und 64 sind gerippt und weisen axiale Durchführungen 66 bzw. 68 auf, die regelmäßig um die Achse X-X' herum verteilt sind. Die inneren Umfangsoberflächen 70 und 72 der Abstufungen 62 bzw. 64 sind konzentrisch um die gemeinsame Achse X-X' und bilden Führungsflächen für die äußeren Umfangsoberflächen der radialen Abstufungen 35 bzw. 45 des Tauchkolbens 28.
Zwischen den radialen Abstufungen 62 und 64 weist die röhrenförmige Anschlagstruktur 60 regelmäßig um die Achse X-X' verteilte radiale Öffnungen 74 auf, die mit den radialen Durchführungen 76 verbunden sind, welche in dem röhrenförmigen Teil 22 des Kolbens 20 gebildet sind und in der hinteren Kammer 16 des Bremskraftverstärkers münden.
Der Kolben 20 ist ebenfalls mit axialen Durchführungen 78 gebildet, die regelmäßig um die Achse X-X' verteilt sind und die vordere Kammer 14 des Bremskraftverstärkers mit dem vorderen Teil 79 des inneren Volumens der Bohrung 26 um den Tauchkolben 28, vor der Abstufung 64 verbinden.
Schließlich ist wenigstens ein Anschlagmittel 80 in dem röhrenförmigen Teil 22 des Kolbens 20 angebracht, um den axialen Hub des Tauchkolbens 28 bezüglich des Kolbens 20 zu begrenzen und seine hintere Ruhestellung bezüglich diesem zu definieren. Das Anschlagmittel 80 durchquert zum Beispiel die Öffnungen 74 und die Durchführungen 76, um eine Stütze an der hinteren Seite der Abstufung 45 des Tauchkolbens 28 zu bilden.
In Ruhestellung nehmen die verschiedenen Bestandteile des Bremskraftverstärkers die in den Fig. 1 und 2 dargestellten relativen Stellungen ein. In dieser Stellung ist der Tauchkolben 28 unter der Wirkung der Feder 31 abstützend nach hinten auf das Aufschlagmittel 80 beaufschlagt. Der erste ringförmige Ventilsitz 34 ist in Anlage auf das erste Ventilelement 36 und hält dieses eine Distanz von der radialen Abstufung 62 entfernt, die gleich der Differenz D-L, vergrößert um einen Betrag Δ ist.
In dieser Ruhestellung ist das zweite Ventilelement 46 unter der Wirkung der Feder 52 gegen die radiale Abstufung 64 in Anlage, wobei der zweite Ventilsitz 44 von dem zweiten Ventilelement 46 um den Betrag Δ beabstandet ist. Die hintere Kammer 14 und die vordere Kammer 16 des Bremskraftverstärkers sind folglich über die axialen Durchführungen 78, das ringförmige Volumen 79, die Ventildurchführung 44-46, die axialen Durchführungen 68, die radialen Öffnungen 74 und die radialen Durchführungen 76 verbunden. Die Kammern 14 und 16 sind darüber hinaus von dem ringförmigen Raum 32 über die Ventildurchführung 34- 36 isoliert, die in Ruhestellung geschlossen ist.
Um eine Bremswirkung zu erhalten, tritt der Fahrer des Fahrzeugs auf das Bremspedal, worauf sich die Steuerstange 30 und der Tauchkolben 28 nach vorn bewegen. Letzterer gleitet in der Bohrung 26 und zwischen den Führungsflächen 70 und 72 und bewegt sich, in einem ersten Schritt, im wesentlichen um die Distanz Δ nach vorn. Während dieser Bewegung stützt sich der zweite Ventilsitz 44 auf das zweite Ventilelement 46, das er etwas von der Abstufung 64 abhebt, wodurch die beiden Kammern 14 und 16 voneinander isoliert werden, während das erste Ventilelement 36 in Kontakt mit der Abstufung 62 kommt und dabei auf dem ersten Ventilsitz 34 in Anlage bleibt. Die beiden Ventildurchführungen 34-36 und 44-46 sind somit geschlossen.
Wenn sich die Steuerstange 30 und der Tauchkolben 28 weiter nach vorn bewegen, nimmt der zweite Ventilsitz 44 das zweite Ventilelement 46 gegen die Wirkung der Feder 52 nach vorn mit, wobei folglich die zweite Ventildurchführung 44-46 verschlossen bleibt, während sich der erste Ventilsitz 34 von dem ersten, sich in Anschlag an die Abstufung 62 befindenden Ventilelement 36 entfernt, wodurch die erste Ventildurchführung 34-36 geöffnet wird.
Die unter Atmosphärendruck stehende Luft in dem ringförmigen Volumen 32 kann somit über die Ventildurchführung 34-36, die axialen Durchführungen 66, die radialen Öffnungen 74 und die radialen Durchführungen 76 in die hintere Kammer 16 gelangen.
Vorteilhafterweise fluchten bei der vorliegenden Erfindung die axialen Durchführungen 66, die radialen Öffnunge 74 und die radialen Durchführungen 76 in axialer Richtung und erstrecken sich auf Kreisbögen mit dem gleichen Winkel um die Mitte. Es ist daher verständlich, daß diese Öffnungen mit relativ großen winkligen Ausdehnungen versehen werden können, da die verschiedenen Elemente, die das soeben beschriebene Dreiwegeventil aufbauen, relativ geringen Kräften ausgesetzt sind, und daher keine sehr hohe mechanische Festigkeit erforderlich ist.
Darüber hinaus erkennt man, daß die beiden Ventildurchführungen zwischen der Atmosphäre und der hinteren Kammer einerseits, und zwischen der hinteren Kammer und der vorderen Kammer andererseits in verschiedenen Querebenen enthalten und nicht mehr koplanar sind, wie in herkömmlicher Bauweise im Stand der Technik. Daraus folgt, daß der Durchmesser der Ventildurchführung 34-36 unabhängig von dem der Ventildurchführung 44-46 ist, und nur durch den Durchmesser des röhrenförmigen Teils 22 oder durch den der Anschlagstruktur 60 begrenzt ist. Die Ventildurchführung 34-36 kann somit einen relativ großen Durchmesser erhalten, wodurch sich ein umso größerer Luftdurchführungs- Querschnitt ergibt.
Aufgrund der Luftdurchführungen mit vergößertem Querschnitt kann der Druck in der hinteren Kammer 16 der Bremskraftverstärkers relativ schnell ansteigen und einen Druckunterschied an der beweglichen Wand 12 erzeugen, was eine schnell zunehmende Hilfskraft zur Folge hat, um sie nach vorn zu verschieben, wobei diese Kraft auf eine Schubstange 82 über eine vordere, ringförmige Seite des Kolbens 20 übertragen wird, der auf eine Reaktionsscheibe 84 wirkt, auf deren mittlerem Teil sich die vordere Seite des Tauchkolbens 28 abstützt. Man hat somit in der Tat einen Bremskraftverstärker hergestellt, dessen Ansprechzeit in beträchtlichem Maße verkürzt ist.
Es versteht sich, daß das gleiche Phänomen der Verkürzung der Ansprechzeit des Bremskraftverstärkers beim Lösen der Bremsen auftritt. Wenn nämlich die auf die Steuerstange 30 ausgeübte Kraft nachläßt, stößt diese zurück und nimmt bei ihrer Bewegung den Tauchkolben 28 mit. Bei dieser Rückstoßbewebung kommt der erste Ventilsitz 34 des Tauchkolbens 28 erneut in Kontakt mit dem ersten Ventilelement 36, das sich in Anlage an die Abstufung 62 befindet, wobei der zweite Ventilsitz 44 stets in Kontakt mit dem zweiten Ventilelement 46 ist. Die zwei Kammern 14 und 16 sind folglich voneinander und gegenüber dem äußerem Atmosphärendruck isoliert.
Dann kommt das zweite Ventilelement 46 in Anlage an die Abstufung 64, während das erste Ventilelement 36 von der Abstufung 62 angehoben wird und, während der Tauchkolben 28 weiter zurückstößt, entfernt sich der zweite Ventilsitz 44 von dem zweiten Ventilelement 46, das in Anlage an die Abstufung 64 bleibt.
Die in der hinteren Kammer 16 enthaltene Luft wird dann über die radialen Durchführungen 76, die radialen Öffnungen 74, die Ventildurchführung 44-46, das ringförmige Volumen 79 und die axialen Durchführungen 78 in die vordere Kammer 14 angesaugt.
Um den Druck zwischen diesen beiden Kammern 14 und 16 schnell wieder auszugleichen (im vorliegenden Fall den Unterdruck), kann der Tauchkolben 28 eine relativ große Distanz gegenüber dem Kolben 20 zurückstoßen. Man sieht somit hier auch, daß die Luft so geleitet wird, daß sie über die Ventildurchführung 44-46 ausströmt, deren Durchmesser deutlich größer ist als der herkömmlicher Ventildurchführungen, und folglich eine größere Oberfläche, die einen höheren Ausstoß ermöglicht, woraus sich eine sehr viel kürzere Ansprechzeit in der Phase nachlassender Bremstätigkeit ergibt.
Darüber hinaus ist der Durchmesser der Ventildurchführung 44-46 nur durch den Durchmesser des röhrenförmigen Teils 22 oder den der Anschlagstruktur 60 begrenzt, wie es in der Betätigungsphase zu sehen war. Die Ventildurchführung 44-46 kann somit einen relativ großen Durchmesser erhalten, wodurch sich ein umso größerer Luftdurchführungs-Querschnitt ergibt.
Man erkennt somit, daß aufgrund der Anordnung der Ventilsitze 34 und 44, die beide auf den radialen Abstufungen 35 und 45 des Tauchkolbens gebildet sind, der Durchfluß zwischen der Atmosphäre und der hinteren Kammer sowie zwischen der hinteren Kammer und der vorderen Kammer beträchtlich erhöht ist, wobei im gleichen Maße die Ansprechzeit des Bremskraftverstärkers sowohl in der Bremsphase als auch in der Phase nachlassender Bremstätigkeit verkürzt ist.
Die Erfindung ermöglicht es auch, die Betriebsgeräusche des Bremskraftverstärkers erheblich zu reduzieren. Man hat nämlich festgestellt, daß beim Bremsen Luft durch den Ventildurchführung 34-36, die axialen Durchführungen 66, die radialen Öffnungen 74 und die radialen Durchführungen 76 strömt, und beim Nachlassen der Bremstätigkeit durch die radialen Durchführungen 76, die radialen Öffnungen 74, die Ventildurchführung 44-46, das ringförmige Volumen 79 und die axialen Durchführungen 78.
Die besondere Gestaltung des Dreiwegeventils, welches das Ventil gemäß der Erfindung bildet, erlaubt es, vorzusehen, daß die Öffnungen oder Durchführungen 66, 74, 76 und 78 in gleicher Anzahl vorliegen und regelmäßig so um die Achse X-X' verteilt sind, daß ihre Mitten in derselben Ebene liegen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Auf diese Weise werden die Luftmassen, die beim Betrieb des Bremskraftverstärkers, der mit dem Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, in Bewegung gesetzt werden, eine Geschwindigkeit haben, deren Komponenten sich nur in einer Ebene, z. B. der der Fig. 2, befinden.
Mit anderen Worten, die Luftströmung in dem Bremskraftverstärker ist in allen Betriebssituationen vollkommen symmetrisch um die Achse X-X', d. h. daß alle Turbulenzen sowie die sich daraus ergebenden Geräusche beseitigt sind.
In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die auf ein Steuermodul 100 eines Bremskraftverstärkers von dem Typ Anwendung findet wie der, der z. B. in der Druckschrift EP-A-0 326 965 beschrieben ist. In diesen Figuren sind die Elemente, die denen der Fig. 1 und 2 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen, erhöht um 100, bezeichnet.
Das Steuermodul 100 wird über eine Steuerstange 130 betätigt, die mit einem Bremspedal (nicht dargestellt) verbunden ist, das sich in dem Innenraum des Fahrzeugs befindet. Das Modul 100 umfaßt einen Körper 86, der eine Rotationssymmetrie um eine Achse Y-Y' aufweist und mit einer gestuften Bohrung 88 ausgebildet ist, in der auf dichte Weise ein gestufter Kolben 90 gleitet. Der Kolben 90 unterteilt die Bohrung 88 innen in ein erstes Volumen 116, das im hinteren Teil der Bohrung gebildet ist, und in ein zweites Volumen 114, das davor gebildet ist und über einen Kanal 115 stets mit einer Niederdruckquelle verbunden ist. Der Kolben 90 setzt sich nach hinten durch ein röhrenförmiges, hinteres Teil 122 fort, das auf dichte Weise in dem Körper 86 gleitet, und er ist mit einer unter Umständen gestuften Bohrung 126 versehen, in der ein Tauchkolben 128 gleitet.
Über ein Dreiwegeventil, das dem entspricht, das in Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, in einer Aufnahme des Kolbens 90 angeordnet ist und über einen Tauchkolben 128 betätigt wird, der fest mit der Steuerstange 130 verbunden und symmetrisch bezüglich der Achse Y-Y' des Steuermoduls 100 ist, wird das erste Volumen 116 wahlweise mit dem zweiten Volumen 114 oder mit dem ringförmigen Raum 132 um die Steuerstange 130, in dem z. B. Atmosphärendruck herrscht, verbunden.
Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung weist ein erster Ventildurchführung einen ersten, ringförmigen Ventilsitz 134 auf, der auf einer ersten radialen Abstufung 135 hinter dem Tauchkolben 128 gebildet ist und mit einem ersten, ringförmigen Ventilelement 136 zusammenwirkt.
Das erste Ventilelement 136 bildet das vordere Ende einer röhrenförmigen, biegsamen Überschiebemuffe 137 aus Elastomer, deren hinteres Ende 138 auf dichte Weise in einem röhrenförmigen, hinteren Teil 122 des Kolbens 90 befestigt ist, und es weist eine vordere, ringförmige Seite 140 auf, die beweglich entlang der Achse X-X' ist, wobei diese vordere Seite durch eine erste Ventilfeder 142 nach vom beaufschlagt ist.
Die zweite Ventildurchführung umfaßt einen zweiten, ringförmigen Ventilsitz 144, der auf einer radialen Abstufung 145 des Tauchkolbens 128 vor der radialen Abstufung 135 gebildet ist und mit einem zweiten, ringförmigen Ventilelement 146 zusammenwirkt.
Das zweite Ventilelement 146 bildet das hintere Ende einer röhrenförmigen, biegsamen Überschiebemuffe 147 aus Elastomer, deren vorderes Ende auf dichte Weise in dem röhrenförmigen, hinteren Teil 122 befestigt ist, und es weist eine hintere, ringförmige Seite 150 auf, die beweglich entlang der Achse X-X' ist, wobei diese vordere Seite durch eine zweite Ventilfeder 152 nach hinten beaufschlagt ist.
Eine röhrenförmige Anschlagstruktur 160, die der weiter oben beschriebenen Struktur 60 entspricht, spielt die gleiche Rolle der Führung des Tauchkolbens 128 und der Begrenzung nach vom und nach hinten der Endstellungen des ersten und des zweiten Ventils 136 bzw. 146, und wird aus diesem Grund nicht mehr ausführlich beschrieben.
Der Kolben 90 ist ebenfalls mit axialen Durchführungen 178 ausgebildet, die regelmäßig um die Achse Y-Y' verteilt sind und das zweite Volumen 114 des Steuermoduls 100 mit dem Volumen 179 um den Tauchkolben 128 verbinden, und ein Anschlagmittel 180 ist in den Kolben 90 eingebaut, um den axialen Hub des Tauchkolbens 128 bezüglich des Kolbens 90 zu begrenzen und seine hintere Ruhestellung bezüglich zu diesem zu definieren.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, dient das Steuermodul 100 dazu, einen Bremskraftverstärker 300 aus der Distanz zu steuern, der schematisch dargestellt und aus einem Gehäuse gebildet ist, das innen durch eine bewegliche, dichte Trennwand in eine vordere Kammer, die über den Kanal 115 stets mit dem zweiten Volumen 114 verbunden ist, und in eine hintere Kammer unterteilt ist, die über den Kanal 117 stets mit dem ersten Volumen 116 verbunden ist.
Ein Druckgeber, wie ein einfacher Hauptzylinder 400, ist an der vorderen Wand des Bremskraftverstärkers 300 befestigt und wird durch diesen Bremskraftverstärker betätigt. Der Ausgang dieses Druckgebers 400 ist über einen hydraulischen Kanal 119 mit einer ringförmigen Hilfskammer 92 verbunden, die in dem Körper 86 des Steuermoduls 100, zwischen den Abstufungen der gestuften Bohrung 88 und dem gestuften Kolben 90 gebildet ist.
Gemäß dieser Konstruktion verschiebt sich die Steuerstange 130 nach vorn, wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Bremspedal betätigt. Der Tauchkolben 128 steuert somit die Funktion des Dreiwegeventils, wie es weiter oben beschrieben wurde, so daß dieses zunächst die Volumina 114 und 116 voneinander isoliert und dann das erste Volumen 116 mit dem ringförmigen Raum 132 verbindet. Daraus ergibt sich eine Erhöhung des Druckes in dem Volumen 116, der über den Kanal 117 in die hintere Kammer des Bremskraftverstärkers 300 übertragen wird, dessen vordere Kammer stets mit der Niederdruckquelle verbunden ist.
Diese Druckdifferenz wirkt auf die beiden Seiten der beweglichen Trennwand des Bremskraftverstärkers 300 und möchte diese nach vorn verschieben, so daß sie den Kolben des Druckgebers 400 verschiebt und eine Erhöhung des Drucks in dem Kanal 119 hervorruft, der in die ringförmige Hilfskammer 92 übertragen wird.
Der Druck in der ringförmigen Kammer 92 wirkt auf die Abstufung des Kolbens 90 und möchte diesen somit nach vom bewegen. Der Kolben 90 umfaßt eine ringförmige Fläche, die die vordere Fläche des Tauchkolbens 128 umgibt, wobei sich diese beiden Flächen auf einer Reaktionsscheibe 184 abstützen, die mit eine Schubstange 182 fest verbunden ist. Die Reaktionsscheibe 184 nimmt daher gleichzeitig die über die Steuerstange 128 übertragene Eingangskraft und die über den Kolben 90 übertragene Hilfskraft auf, auf den der Druck in der Kammer 92 wirkt. Die Reaktionsscheibe 184 und die Schubstange 182 übertragen die Summe dieser beiden Kräfte auf den Kolben 94 des Hauptzylinders 200, der dann eine Druckerhöhung in den Bremsmotoren (nicht dargestellt) erzeugt, was die von dem Fahrer des Fahrzeugs geforderte Bremskraftverstärkung hervorruft.
Wie in der vorhergehenden Ausführungsform fluchten die axialen Durchführungen und die radialen Öffnungen, die auf der Anschlagstruktur 160 gebildet sind, sowie die radialen Durchführungen, die in dem Kolben 90 gebildet sind, in axialer Richtung und erstrecken sich auf Kreisbögen des gleichen Winkels um die Mitte, so daß diese relativ große winklige Ausdehnungen erhalten, wobei diese verschiedenen Elemente nur relativ geringen Kräften ausgesetzt sind und daher keinen sehr großen mechanischen Widerstand erfordern.
Ebenso sind die beiden Ventildurchführungen zwischen der Atmosphäre und dem hinteren Volumen 116 einerseits und dem vorderen Volumen 114 andererseits in unterschiedlichen Querebenen angeordnet, und ihre Durchmesser sind voneinander unabhängig. Sie können auch einen relativ großen Abmessungen erhalten, wodurch sich ein umso größerer Luftdurchführungs-Querschnitt ergibt.
Der Druck kann somit relativ schnell in dem hinteren Volumen 116 des Steuermoduls 100 und somit in der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers 300 ansteigen und eine Druckdifferenz auf die bewegliche Wand erzeugen, was einen schnell ansteigenden hydraulischen Druck in der Hilfskammer 92 zur Folge hat, um den Kolben 90 nach vorn zu verschieben. Man hat hier folglich auch einen Bremskraftverstärker geschaffen, der durch ein Steuermodul angesteuert wird, dessen Ansprechzeit erheblich verkürzt ist, sowohl bei einer Bremsbetätigung als auch bei nachlassender Bremsbetätigung.
Die Betriebsgeräusche des Steuermoduls sind ebenfalls erheblich reduziert. Wie weiter oben zu sehen war, erlaubt die besondere Gestaltung des Dreiwegeventils, das das Ventil gemäß der Erfindung bildet, vorzusehen, daß die verschiedenen Luftdurchführungs-Öffungen in gleicher Anzahl vorliegen und regelmäßig so um die Achse X-X' verteilt sind, daß ihre Mitten in derselben Ebene liegen, wie es in der Fig. 4 zu sehen ist. Auf diese Weise weisen die Luftmassen, die beim Betrieb des Steuermoduls in Bewegung gesetzt werden, welches mit dem Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, eine Geschwindigkeit auf, deren Komponenten sich nur in einer Ebene, z. B. in der der Fig. 4, befinden.
Mit anderen Worten, die Strömung der Luft in dem Steuermodul ist in allen Betriebssituationen vollkommen symmetrisch um die Achse X-X', d. h., daß jegliche Turbulenzen sowie daraus resultierende Geräusche beseitigt sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann im Gegenteil zahlreiche Veränderungen erfahren, die für den Fachmann ersichtlich sind. So ist z. B. die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung selbstverständlich in gleicher Weise auf Tandern-Bremskraftverstärker oder Bremskraftverstärker mit zusätzlichen Kammern anwendbar.

Claims

1. Pneumatischer Bremskraftverstärker, der ein Gehäuse (10) mit einer Symmetrieachse (X-X') aufweist, das in dichter Weise durch wenigstens eine bewegliche Wandstruktur (12) in wenigstens eine vordere Kammer (14), die stets mit einer Niederdruckquelle verbunden ist, und wenigstens in eine hintere Kammer (16) unterteilt ist, die wahlweise mit der vorderen Kammer (14) oder einer Hochdruckquelle durch eine Dreiwegeventil-Anordnung verbunden ist, die durch eine Steuerstange (30, 130) betätigt wird, wobei das Dreiwegeventil ein Ventilelement (36, 136) aufweist, das mittels einer ringförmigen Seite (40, 140) mit einem ersten, ringförmigen Ventilsitz (34, 134), zusammenwirkt, der auf einem Tauchkolben (28, 128) gebildet ist, der in einer Bohrung (26, 126) eines Kolbens (20, 90) gleitet, wobei die ringförmige Seite (40, 140) des Ventilelements nach vorn, in Richtung des ringförmigen Ventilsitzes (34, 134), durch eine Ventilfeder (42, 142) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil ein zweites Ventilelement (46, 146) aufweist, das mittels einer ringförmigen Seite (50, 150) mit einem zweiten, ringförmigen Ventilsitz (44, 144) zusammenwirkt, der auf dem Tauchkolben (28, 128) gebildet ist, wobei die ringförmige Seite (50, 150) des zweiten Ventilelements (46, 146) nach hinten, in Richtung des zweiten, ringförmigen Ventilsitzes (44, 144), durch eine zweite Ventilfeder (52, 152) beaufschlagt ist.

2. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ringförmige Ventilsitz (34, 134) und der zweite ringförmige Ventilsitz (44, 144) auf radialen Abstufungen (35, 45; 135, 145) des Tauchkolbens (28, 128) gebildet sind.

3. Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ringförmige Ventilsitz (34, 134) und der zweite ringförmige Ventilsitz (44, 144) in Ebenen enthalten sind, die senkrecht zu der Symmetrieachse (X-X', Y-Y') des Tauchkolbens (28, 128) und um eine vorbestimmte, axiale Distanz (D) beabstandet sind.

4. Bremskraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil außerdem eine Anschlagstruktur (60, 160) aufweist, die zwei radiale Abstufungen (62, 64; 162, 164) umfaßt, die um eine Distanz (L) voneinander beabstandet sind, die etwas kürzer ist, als die axiale Distanz (D) zwischen den Ebenen des ersten ringförmigen Ventilsitzes (34, 134) und des zweiten ringförmigen Ventilsitzes (44, 144), um die Endstellung nach vorn des Ventilelements (36, 136) und die Endstellung nach hinten des zweiten Ventilelements (46, 146) zu bestimmen.

5. Bremskraftverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagstruktur (60, 160) axiale Durchführungen (66, 68; 166, 168) aufweist, die in den radialen Abstufungen (62, 64; 162, 164) gebildet sind, und radiale Öffnungen (74, 174) aufweist, die zwischen den radialen Abstufungen (62, 64; 162, 164) gebildet sind, wobei diese Durchführungen und Öffnungen in axialer Richtung mit radialen Durchführungen (76, 176) fluchten, die in dem Kolben (20, 90) gebildet sind, und mit der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden sind.

6. Bremskraftverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20, 90) axiale Durchführungen (78, 178) aufweist, die in die Bohrung (26, 126) münden, in der der Tauchkolben (28, 128) gleitet, und die mit der vorderen Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden sind, wobei diese axialen Durchführungen (78, 178) mit den radialen Durchführungen (76, 176) fluchten, die mit der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers verbunden sind.

7. Bremskraftverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil in einem hinteren, röhrenförmigen Teil (22) des Kolbens (20) angeordnet ist, der fest mit der mobilen Wandstruktur (12) des Bremskraftverstärkers verbunden ist.

8. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil in einem Kolben (90) eines Steuermoduls (100) angeordnet ist, das den Bremskraftverstärker aus der Distanz steuert.

9. Bremskraftverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (100) einen abgestuften Kolben (90) aufweist, der eine Bohrung (88) in ein erstes Volumen (116), das durch einen Kanal (117) stets mit der hinteren Kammer des Bremskraftverstärkers (300) verbunden ist, und in ein zweites Volumen (114), das über einen Kanal (115) stets mit der vorderen Kammer des Bremskraftverstärkers (300) verbunden ist, sowie in eine ringförmige Hilfskammer (92) unterteilt, die über einen Kanal (119) mit dem Ausgang eines Druckgebers (400) verbunden ist, der über den Bremskraftverstärker betätigt wird.