WO2004009417A1 - Unterdruckbremskraftverstärker mit mechanischer notbremshilfe - Google Patents

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WO2004009417A1
WO2004009417A1 PCT/EP2003/007610 EP0307610W WO2004009417A1 WO 2004009417 A1 WO2004009417 A1 WO 2004009417A1 EP 0307610 W EP0307610 W EP 0307610W WO 2004009417 A1 WO2004009417 A1 WO 2004009417A1
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WO
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spring
force
valve element
control valve
brake booster
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/007610
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English (en)
French (fr)
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Ulrich Danne
Leo Gilles
Markus Püsch
Original Assignee
Lucas Automotive Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/321—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration deceleration
    • B60T8/3255—Systems in which the braking action is dependent on brake pedal data
    • B60T8/3275—Systems with a braking assistant function, i.e. automatic full braking initiation in dependence of brake pedal velocity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/24—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release the fluid being gaseous
    • B60T13/46—Vacuum systems
    • B60T13/52—Vacuum systems indirect, i.e. vacuum booster units
    • B60T13/57—Vacuum systems indirect, i.e. vacuum booster units characterised by constructional features of control valves

Definitions

  • Vacuum brake booster with mechanical emergency brake aid
  • the present invention relates to a vacuum brake booster, comprising a force input element for introducing a brake actuation force, a force output element for deriving a brake force, which is increased compared to the brake actuation force, to a brake system, a vacuum chamber and a working chamber which is fluid-tightly separated from the vacuum chamber by a movable wall, and a control valve with one Control valve housing having a valve seat and a valve element which is axially displaceably guided in the control valve housing, the control valve housing being designed for force-transmitting coupling to the movable wall, the valve element also being designed for force-transmitting coupling to the force input element and being biased into a rest position in which it is attached to the Valve seat rests, and in order to achieve a pressure difference determining the braking force between the working chamber and vacuum chamber depending on one at least atmospheric pressure can be supplied to the working chamber from the axial position of the valve element deviating from the zero position
  • Vacuum brake boosters of this type have been known for a long time and are used, for example, in hydraulic vehicle brake systems. With such a vacuum brake booster, a servo force is generated which is increased compared to the brake actuation force applied by the driver via a vehicle brake pedal. As a result, sufficiently high braking forces can be generated in the hydraulic circuit of the brake for effective braking, while at the same time the brake actuation forces to be applied by the driver of the vehicle to the brake pedal can be kept at a pleasantly low level.
  • the applicant's WO 00/07862 shows a vacuum brake booster of the generic type. This is implemented with a brake assistant which, in the event of emergency braking, provides a driver of a vehicle with increased braking power while the brake actuation force remains essentially constant.
  • a brake assistant which, in the event of emergency braking, provides a driver of a vehicle with increased braking power while the brake actuation force remains essentially constant.
  • the braking distance or stopping distance of the vehicle is longer due to the actual braking actuating force reduced compared to the maximum braking actuating force is the minimum braking distance or stopping distance that can actually be achieved with the braking system of the vehicle. In other words, the risk of an accident is increased by the brake actuation force being too low.
  • the prior art according to WO 00/07862 shows a way in which the brake assistant recognizes whether emergency braking is initiated by the driver. If the presence of an emergency braking situation is recognized, the brake assistant is activated so that, despite an actual braking actuating force that is reduced compared to the maximum braking actuating force, a maximum braking power is available.
  • the emergency braking situation is recorded on the basis of the extent of the relative movement between the force input element and the control valve housing. As soon as a predetermined threshold value of this relative movement is exceeded, the valve element of the air control valve is held on the control valve housing by a permanent magnet, so that a closing of the control valve is prevented by a slight reduction in the brake actuation force.
  • the maximum possible differential pressure between the working chamber and the vacuum chamber can be built up in the shortest possible time, so that the maximum possible servo force for actuating the master brake cylinder of the hydraulic circuit of the brake system is made available. Only when the brake actuation force falls below a certain value and the usual reset arrangements have a resetting effect on the valve element is the magnetic attraction force of the permanent magnet overcome and the valve element returns to its rest position, in which it rests on the valve seat.
  • the brake assistant known from this prior art has a high level of reliability, it has the disadvantage of a relatively complicated structure and thus a cost-intensive production. It is therefore particularly unsuitable for the production of cheaper vehicles in which inexpensive components are to be used.
  • This object is achieved by a vacuum brake booster with a mechanical emergency brake aid of the type described at the outset, mechanical locking means being assigned to the valve element, which lock the valve element in a locking position relative to the control valve housing when a predetermined axial displacement caused by the force input member is exceeded, as long as the force input member a predetermined minimum brake operating force acts.
  • the valve element is displaced more axially in an emergency braking situation than is the case with "normal" braking operations, i.e. in braking processes in which the driver only applies moderate actuation forces to the vehicle's brake pedal.
  • the mechanical locking means are brought into a locking state. As long as the driver of the vehicle carries out the emergency braking, the valve element is held in the locking position, even if the driver slightly reduces the brake actuation force.
  • the brake booster provides the maximum boosting effect in the emergency braking situation when the valve element is in its locking position. As soon as the driver recognizes that the emergency braking situation has ended, for example when a dangerous situation has passed, he greatly reduces the brake actuation force or releases the brake pedal entirely.
  • the present invention in contrast to the prior art discussed at the outset, which is relatively complex to implement the brake assistant by providing a permanent magnet and an armature interacting with it, the present invention - as will be explained in detail below - is relatively simple designed mechanical locking means possible to hold the valve element in a locking position required for emergency braking. Such mechanical locking means are available inexpensively and therefore hardly increase the cost of producing the vacuum brake booster.
  • the control valve housing is of hollow cylindrical design and that the valve element is accommodated concentrically therein. This enables a compact and space-saving design of the vacuum brake booster. Furthermore, it can be provided that the force input member is accommodated in an actuating piston so that it cannot move and that a latch for coupling the valve element to the actuating piston is present on the actuating piston. In this context, it is also possible for the bolt to be accommodated in a recess formed in the valve element so that it can be displaced in the axial direction and to be coupled to the valve element for common axial displacement when the recess end face is touched.
  • an annular gap to be provided between the valve element and the control valve housing, the surface of the component defining the annular gap being formed with sections of different diameters and with a connecting bevel connecting these sections, and on the other component of the control valve housing and the valve element, at least one spring element is biased onto the stepped surface and cooperates with the connection bevel to lock the valve element in the locking position.
  • the at least one spring element is arranged on the outer surface of the valve element and presses against a stepped inner surface of the control valve housing, then in the case of normal braking, in which the brake pedal is depressed with moderate brake actuation force, the valve element moves only slightly axial direction.
  • the at least one pretensioned spring element is displaced along a specific section of the inner surface of the control valve housing without the spring element leaving this section and coming into contact with the transition slope. With such a normal braking, the spring element can therefore not develop a locking effect.
  • the driver of the vehicle initiates emergency braking by stepping on the brake pedal, the valve element is displaced more strongly in the axial direction relative to the control valve housing and is further lifted off the valve seat.
  • the at least one spring element slides past the connecting slope and reaches a section with an enlarged diameter. At the same time, the at least one spring element can relax from its pretensioned state. If the driver of the vehicle now reduces the braking force slightly, although he wants to continue the emergency braking, the relaxed spring element comes into contact with the connection slope and is supported on it. This means that the valve element can no longer move back in the axial direction relative to the control valve housing in the direction of its zero position and can rest against the valve seat, since such a return movement is blocked by the interaction of the relaxed spring element and the connection slope.
  • a plurality of spring elements is provided on the other component of the control valve housing and valve element in the circumferential direction. This ensures safe operation of the vacuum brake booster according to the invention even in the event of mechanical failure of one of the spring elements. Tests have shown that a reliable locking with a simultaneously favorable centering effect can be achieved with two to five spring elements arranged in the circumferential direction.
  • a feed spring which presses the valve element against the actuating piston, in particular the bolt.
  • the feed spring ensures that the valve element is permanently in contact with the actuating piston during normal braking or the bar can be held.
  • the control valve responds quickly and reliably to an axial movement of the actuating piston and thus of the bolt.
  • the feed spring is preferably dimensioned such that its spring force is not sufficient to overcome the locking of the valve element in the locking position. This means that the effect of the brake assistant is not affected by the delivery spring. Only when the emergency braking situation is actually actively ended by the driver, by largely releasing the brake pedal, does the valve element move back into its rest position by the usual resetting mechanisms, the locking position being overcome, as explained above. After overcoming the locking state, the delivery spring can relax again and press the valve element against the actuating piston or the bolt.
  • the actuating piston can be coupled or coupled to the control valve housing via at least one spring, the spring being affected by the force between a first dimensionally stable spring position, in which the valve element is in its zero position, and a second dimensionally stable spring position in which the valve element is in its locking position.
  • At least one restoring element can be provided on the control valve housing, which returns the spring when the minimum brake actuation force is undershot, starting from its second dimensionally stable spring position into its first dimensionally stable spring position.
  • the effect of the restoring element can be increased in that a stop lever is formed on the bolt, on which the restoring element is supported.
  • the spring can be formed with a central ring and at least two curved spring arms, the ring being provided for attaching the spring to the actuating piston and with the at least two spring arms at their peripheral end each with the control valve housing or the resetting member interact.
  • This configuration of the spring allows a reliable mode of operation with simple and inexpensive manufacture.
  • the curvature of the spring arms is a measure of the stroke carried out by the spring between the two dimensionally stable positions.
  • a further development of the invention provides that adjusting means are provided for changing the spring behavior of the spring, in particular for changing the concavity of the spring.
  • the brake booster according to the invention can be individually adjusted or readjusted.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the part of the first exemplary embodiment of a vacuum brake according to the invention that is essential for the invention.
  • power amplifier the upper half of Figure 1 reflecting the idle state and the lower half of an emergency braking situation.
  • FIG. 2 shows the dashed elliptical region designated by II in FIG. 1 in an enlarged overhead representation
  • FIG. 3 shows the dashed elliptical area designated by III in FIG. 1 in an enlarged representation
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of a second exemplary embodiment of a vacuum brake booster according to the invention, again only the components essential for the invention being shown;
  • FIG. 5 is an enlarged top view of a spring of the second embodiment according to the invention.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of a third exemplary embodiment of a vacuum brake booster according to the invention, again only the components essential for the invention being shown;
  • FIG. 6a shows an enlarged detail from FIG. 6
  • Fig. 7 is a diagram showing the relationship between a brake actuation applied to the brake pedal and the braking force thereby achieved according to the various actuation positions.
  • a vacuum brake booster is generally designated 10. This comprises a force input element 12 which can be moved along an axis A with a brake actuation force Fi by depressing a brake pedal, not shown.
  • FIG. 1 also shows a force output element 14 with which a braking force F 2 , which is greater than the brake actuation force Fi, is derived from a master brake cylinder, not shown, of a brake system for building up a brake pressure.
  • the force input member 12 is turned ⁇ leads 16 in a hollow cylindrical Steuerventilgehause.
  • This hollow cylindrical control valve housing 16 is in a force-transmitting connection with a movable wall which has an evacuable vacuum. separates more and more from a working chamber (not shown).
  • the control valve housing 16 is part of a control valve, generally designated 18, for controlling the working chamber and vacuum chamber.
  • the control valve 18 optionally establishes a connection between the working chamber and the vacuum chamber so that the working chamber is also evacuated, or a connection between the working chamber and the ambient atmosphere, so that ambient pressure can be built up in the working chamber.
  • either pressure equality or a pressure difference can be produced in the vacuum chamber and in the working chamber, which leads to the fact that the movable wall is displaced in the axial direction in order to generate a servo force which increases the actuating force Fi.
  • an actuating piston 20 is coupled at its inner end in such a way that it follows every axial movement of the force input member 12.
  • the actuating piston 20 is received in an axially displaceable manner in a valve element 22. More precisely, the actuating piston 20 comprises a bolt 24 which is guided axially in a recess 26 provided in the valve element 22.
  • valve element 22 At its right end in FIG. 1, the valve element 22 has an end face 28, with which it is sealingly in contact with a valve seat 30 in FIG. 2.
  • the valve seat 30 is formed on a valve member 32 which is accommodated in the control valve housing 16.
  • the inner surface of the control valve housing 16 facing the valve element 22 is formed with two cylindrical surface sections 34 and 36, the surface section 34 having a larger inner diameter than the surface section 36.
  • the two surface sections 34 and 36 are connected to one another via a conical transition bevel 38.
  • a plurality of spring elements 40 are arranged distributed in the circumferential direction, which, as shown in FIG. 2, press against the surface section 36 under prestress.
  • valve element 22 On the side of the valve element 22 facing away from the valve seat 28, the latter has a bottom 42 which runs orthogonally to the axis A. Parallel to the bottom 42, an annular element 44 is rigidly fixed on the actuating piston 20, which defines the extent of the relative movement between the actuating piston 20 and the valve element 22 limited on one side. A compressible wave spring 46 is arranged between the ring element 44 and the base 42.
  • FIG. 1 shows in its upper half the vacuum brake booster 10 in a zero position, in which, as shown enlarged in FIG. 2, the end face 28 of the valve element 22 lies sealingly against the valve seat 30.
  • the end face 28 of the valve element 22 stands out from the valve seat 30.
  • the control valve 18 is opened, so that the working chamber (not shown) is connected to the environment and an overpressure with respect to the vacuum chamber is formed therein.
  • the resulting pressure difference between the vacuum chamber and the working chamber acts on the movable wall, not shown, for generating a servo force.
  • the vacuum brake booster 10 is intended to ensure that the valve element 22 remains in the locking position shown in FIG. 3 when the force input member 12 is continuously subjected to a minimum force Fi.
  • This locking position should also be maintained if the axial force Fi is slightly reduced, but is still above the predetermined minimum force.
  • This case is shown in Figure 3.
  • the valve element 22 was shifted to the left in FIG. 3 so that the spring elements 40 completely came into the area of the transition slope 38, could relax in the direction orthogonal to the axis A and were in contact with the transition slope 38. The consequence of this is that the spring elements 40 are supported on the transitional bevel 38 and can only be brought back into their pretensioning position shown in FIG. 2 under a certain counterforce.
  • the force input member 12 moves slightly to the right in FIGS. 1 to 3 and thereby takes the actuating piston 20 and the bolt 24 in a corresponding manner, the wave spring 46 between the ring element 44 and the bottom 42 of the valve element 22 is compressed.
  • the latch 24 moves to the right within the recess 26 of the valve element 22.
  • the valve element 22 remains in its position, held by the spring elements 40 which are supported on the transition bevel 38.
  • valve element 22 Only when the spring travel of the wave spring 46 is completely used up, i.e. when the wave spring 46 is completely compressed and the driver of the vehicle further reduces the brake actuation force Fi, the valve element 22 is pressed to the right via the ring element 44 with the interposition of the compressed wave spring 46 in FIGS. 1 to 3.
  • the restoring forces now exerted on the valve element 22 via the ring element 44 are large enough to force the spring elements 40 beyond the transition bevel 38 back into the region of the surface section 36, which in turn get into their pretensioned state.
  • the exemplary embodiment described above shows a way in which, using simple constructional means, reliable brake force amplification and, in the event of an emergency braking situation, a functionally reliable braking assistance effect can be achieved.
  • the design effort to achieve the locking effect with purely mechanical means, namely the use of a stepped inner surface of the control valve housing 16 and corresponding spring elements 40 on the valve element 22, is extremely low and thus leads to an inexpensive solution.
  • Figure 7 shows generalized the function of the vacuum brake booster 10 in the form of a diagram.
  • the brake actuation force Fi exerted on the force input element 12 and a hydraulic pressure resulting therefrom are plotted in the primary chamber of the master cylinder of the hydraulic circuit of the brake system, which is not shown here and is connected downstream of the vacuum brake booster 10.
  • the continuous line 50 passing through point A to a modulation point B of brake booster 10 represents a normal characteristic curve for a unit consisting of a vacuum brake booster 10 and a hydraulic master cylinder coupled to it.
  • the dashed line 52 shows the course for an emergency stop.
  • Point C represents the reaching of the locking position according to FIG. 3 in the context of panic braking (emergency braking).
  • the booster force is increased up to a modulation point D of the vacuum brake booster 10 (brake assistant function). From the modulation point D onwards, an increase in the actuating force only has an effect corresponding to the force transmission given by the hydraulically effective diameter of the master cylinder, without the brake booster 10 making a further force contribution.
  • the arrow 48 shows the sudden increase in the hydraulic pressure in the primary chamber of the master cylinder with the brake actuation force Fi remaining the same in the event of emergency braking.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of the vacuum brake booster according to the invention.
  • the vacuum brake booster 110 likewise comprises a force input element 112 and a force output element 114.
  • the valve element 122 is accommodated within the control valve housing 116, which in turn accommodates the actuating piston 120.
  • the bolt 124 is fastened to the actuating piston 120 and is axially displaceable to a limited extent in the recess 126 within the valve element 122.
  • the valve element 122 At its end remote from the end face 128 and the valve seat 130, the valve element 122 comprises a projection 160 which is hollow-cylindrical and through which a push-shaped section 162 of the actuating piston 120 is passed.
  • the approach 160 carries a central part of a spring 164, which is shown in detail in Figure 5.
  • the spring 164 comprises a central ring 166 and two spring arms 168 and 170, which each end in a peripheral stop edge 172 and 174. It can be seen in the sectional view shown in FIG. 4 that the spring 164 is concave. By means of the stop edges 172 and 174, the spring spring 164 interacts with a housing part 176, which is coupled to the control valve housing 116 and is axially slit several times in a section 176a in order to achieve radial compliance (not shown).
  • the outer circumference of the spring 164 is encompassed by resilient snap arms 180 which protrude from the housing part 176 and hold the stop edges 172 and 174 in the axial direction.
  • the spring 164 can be brought into two dimensionally stable positions and can jump from one dimensionally stable position to the other under the action of a predetermined minimum force in the axial direction.
  • the spring 164 is shown in FIG. 4 on the one hand with solid lines and on the other hand with dashed lines and provided with the reference number 164 ' .
  • the actuation piston 120 When the force input member 112 is displaced with the brake actuation force Fi in the case of normal braking, the actuation piston 120 is likewise displaced to the left in FIG. 4, the valve element 122 taking along its left-hand annular surface in FIG. As a result, the end face 128 of the valve element 122 slightly lifted from the valve seat 130, so that a differential pressure builds up between the vacuum chamber (not shown) and the working chamber, which leads to a braking force F 2 that is increased compared to the brake actuation force Fi.
  • the axial movement of the valve element 122 relative to the control valve housing 116 is so small that the spring 164 is only slightly deformed, in any case not so strongly that a jumping over could take place.
  • valve seat 130 can then detach itself from a sealing edge 181, whereupon the differential pressure between the vacuum chamber and the working chamber can be reduced in a manner known per se.
  • the housing part 176 is pressed against the actuation direction by a spacer spring 185 in contact with an annular positioning projection 179, which is formed here in one piece with a receiving part (not specified) for an elastic reaction disk.
  • the housing part 176 is locked behind this positioning projection 179.
  • the second exemplary embodiment described with reference to FIGS. 4 and 5 also ensures a reliable braking assistance effect despite the simple and therefore inexpensive structural design and is therefore also suitable for use in inexpensive vehicles.
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of the vacuum brake booster according to the invention.
  • the third embodiment of the invention according to FIG. 6 differs from the second embodiment according to FIGS. 4 and 5 on the one hand in the design of the means for "actuating" the spring.
  • a shift lever 286 on the latch 224 Pivot point R is pivotally mounted.
  • the shift lever 286 comprises two lever arms which are angled with respect to one another and extend from the pivot point R and each end in one end 283 and 284.
  • FIG. 6 A further difference between the third embodiment according to FIG. 6 and the second embodiment according to FIGS. 4 and 5 can be seen in the enlarged image section labeled 6a.
  • the latching arms 280 Provided on the latching arms 280 are a plurality of recesses 287 which follow one another in the axial direction and which are intended for receiving the stop edges 272 and 274 and which allow the relative position of the spring 264 and the housing part 276 to be adjusted. In the case shown, the stop edge 272 is received in the middle of the three recesses 287 shown.
  • the degree the curvature of the spring 264 changed with the choice of the recess 287, which is why the recesses 287 are arranged at different levels.
  • the degree of curvature of the spring 264 determines its hardness and jumping behavior.
  • the actuation piston 220 When the force input element 212 is shifted with the brake actuation force Fi in the case of normal braking, the actuation piston 220 is likewise displaced to the left in FIG. 6, the valve element 222 taking along its left annular surface in FIG. 6. As a result, the end face 228 of the valve element 222 is lifted slightly from the valve seat 230, so that a differential pressure builds up between the vacuum chamber (not shown) and the working chamber, which leads to a braking force F 2 that is greater than the brake actuation force Fi.
  • the axial movement of the valve element 222 relative to the control valve housing 216 is so small that the spring spring 264 is only slightly deformed, in any case not so much that a jumping over could take place.
  • the actuating piston 220 now has an additional sealing edge 282 which takes over the function of the end face 228 in the event of an emergency braking.
  • This end face 228 is held back by the spring 264 in the described emergency braking case and therefore cannot initiate the reduction of the differential pressure forces.
  • only when the differential pressure forces have been reduced is it possible for the shift lever 286 to strike the housing of the brake booster 210.
  • the third exemplary embodiment described with reference to FIG. 6 also ensures a reliable braking assistance effect despite the simple and therefore inexpensive structural design and is therefore also suitable for use in inexpensive vehicles. It also has the further advantage that the spring behavior, in other words the spring force, can be adjusted, so that the brake booster can be readjusted according to the third exemplary embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Unterdruckbremskraftverstärker (10), umfassend: ein Krafteingangsglied (12) zum Einleiten einer Bremsbetätigungskraft (F1), ein Kraftausgangsglied (14) zum Ableiten einer gegenüber der Bremsbetätigungskraft (F1) verstärkten Bremskraft (F2) zu einer Bremsanlage, eine Unterdruckkammer sowie eine von der Unterdruckkammer durch eine bewegliche Wand fluiddicht getrennte Arbeitskammer und ein Steuerventil (18) mit einem einen Ventilsitz (30) aufweisenden Steuerventilgehäuse (16) und einem in dem Steuerventilgehäuse (16) axialverschiebbar geführten Ventilelement (22), wobei das Steuerventilgehäuse (16) zur kraftübertragenden Kopplung mit der beweglichen Wand ausgeführt ist, wobei weiter das Ventilelement (22) zur kraftübertragenden Kopplung mit dem Krafteingangsglied (12) ausgeführt und in eine Nullstellung vorgespannt ist, in welcher es an dem Ventilsitz (30) anliegt, und wobei zur Erzielung einer die Bremskraft (F2) bestimmenden Druckdifferenz zwischen Arbeitskammer und Unterdruckkammer in Abhängigkeit einer von der Nullstellung abweichenden Axialstellung des Ventilelements (22) zumindest Atmosphärendruck zur Arbeitskammer zuführbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Unterdruckbremskraftverstärker (10) sind dem Ventilelement (22) mechanische Arretierungsmittel (38, 40) zugeordnet, welche das Ventilelement (22) bei Überschreitung einer durch das Krafteingangsglied (12) hervorgerufenen, vorbestimmten Axialverschiebung solange in einer zugeordneten Arretierstellung relativ zu dem Steuerventilgehäuse (16) arretieren, solange das Krafteingangsglied (12) mit einer vorbestimmten Mindest-Bremsbetätigungskraft (F2) beaufschlagt ist.

Description

Unterdruckbremskraftverstärker mit mechanischer Notbremshilfe
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterdruckbremskraftverstärker, umfassend ein Krafteingangsglied zum Einleiten einer Bremsbetätigungskraft, ein Kraftausgangsglied zum Ableiten einer gegenüber der Bremsbetätigungskraft verstärkten Bremskraft zu einer Bremsanlage, eine Unterdruckkammer sowie eine von der Unterdruckkammer durch eine bewegliche Wand fiuiddicht getrennte Arbeitskammer, und ein Steuerventil mit einem einen Ventilsitz aufweisenden Steuerventilgehause und einem in dem Steuerventilgehause axial verschiebbar geführten Ventilelement, wobei das Steuerventilgehause zur kraftübertragenden Kopplung mit der beweglichen Wand ausgeführt ist, wobei weiter das Ventilelement zur kraftübertragenden Kopplung mit dem Krafteingangsglied ausgeführt ist und in eine Ruhestellung vorgespannt ist, in welcher es an dem Ventilsitz anliegt, und wobei zur Erzielung einer die Bremskraft bestimmenden Druckdifferenz zwischen Arbeitskammer und Unterdruckkammer in Abhängigkeit von einer von der Nullstellung abweichenden Axialstellung des Ventilelements zumindest Atmosphärendruck zur Arbeitskammer zuführbar ist
Unterdruckbremskraftverstärker dieser Art sind seit langem bekannt und werden beispielsweise in hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen eingesetzt. Mit einem solchen Unterdruckbremskraftverstärker wird eine Servokraft erzeugt, welche gegenüber der über ein Fahrzeugbremspedal vom Fahrer aufgebrachten Bremsbetätigungskraft verstärkt ist. Dadurch lassen sich im Hydraulikkreislauf der Bremse für eine effektive Bremsung hinreichend hohe Bremskräfte erzeugen, wobei gleichzeitig die von dem Fahrer des Fahrzeugs am Bremspedal aufzubringenden Bremsbetätigungskräfte auf einem angenehm niedrigen Niveau gehalten werden können.
Die WO 00/07862 der Anmelderin zeigt einen gattungsgemäßen Unterdruckbremskraftverstärker. Dieser ist mit einem Bremsassistenten ausgeführt, welcher im Falle einer Notbremsung einem Fahrer eines Fahrzeugs bei im Wesentlichen konstant bleibender Bremsbetätigungskraft eine erhöhte Bremsleistung zur Verfügung stellt. Es hat sich nämlich in Untersuchungen gezeigt, dass oftmals Fahrzeugnutzer im Falle einer Notbremsung (Panikbremsung) nicht so stark auf das Bremspedal treten, wie es erforderlich wäre, um die maximale Bremskraft zu erreichen. Dies führt dazu, dass der Bremsweg bzw. Anhalteweg des Fahrzeugs aufgrund der gegenüber der maximalen Bremsbetätigungskraft reduzierten tatsächlichen Bremsbetätigungskraft länger wird als der mit der Bremsanlage des Fahrzeugs tatsächlich erreichbare minimale Bremsweg bzw. Anhalteweg. Mit anderen Worten wird das Unfallrisiko durch die zu geringe Bremsbetätigungskraft erhöht.
Der Stand der Technik gemäß der WO 00/07862 zeigt hingegen einen Weg auf, bei dem der Bremsassistent erkennt, ob eine Notbremsung von dem Fahrer eingeleitet wird. Wird das Vorliegen einer Notbremssituation erkannt, so wird der Bremsassistent aktiviert, so dass trotz einer gegenüber der maximalen Bremsbetätigungskraft reduzierten tatsächlichen Bremsbetätigungskraft eine maximale Bremsleistung zur Verfügung zu steht. Die Erfassung der Notbremssituation erfolgt anhand des Ausmaßes der Relativbewegung zwischen dem Krafteingangsglied und dem Steuerventilgehause. Sobald ein vorbestimmter Schwellenwert dieser Relativbewegung überschritten wird, wird das Ventilelement des Luftsteuerventils von einem Permanentmagneten an dem Steuerventilgehause festgehalten, so dass ein Schließen des Steuerventils durch eine geringfügige Reduzierung der Bremsbetätigungskraft verhindert ist. Durch das Koppeln des Ventilelements mit dem Steuerventilgehause über den Permanentmagneten kann innerhalb kürzester Zeit der maximal mögliche Differenzdruck zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer aufgebaut werden, so dass die maximal mögliche Servokraft zur Betätigung des Hauptbremszylinders des Hydraulikkreislaufs der Bremsanlage zur Verfügung gestellt wird. Erst wenn die Bremsbetätigungskraft einen bestimmten Wert unterschreitet und die üblichen Rückstellanordnungen auf das Ventilelement rückstellend einwirken, wird die magnetische Anziehungskraft des Permanentmagneten überwunden und das Ventilelement kehrt in seine Ruhestellung zurück, in welcher es an dem Ventilsitz anliegt.
Der aus diesem Stand der Technik bekannte Bremsassistent weist zwar eine hohe Zuverlässigkeit auf, hat jedoch den Nachteil eines verhältnismäßig komplizierten Aufbaus und damit einer kostenintensiven Fertigung. Er ist daher insbesondere für die Herstellung kostengünstigerer Fahrzeuge wenig geeignet, bei welchen preiswerte Komponenten einzusetzen sind.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mechanisch arbeitenden Unterdruckbremskraftverstärker mit Notbremshilfe bereitzustellen, welcher bei einfachem Aufbau eine zuverlässige Funktionsweise und eine hohe Funktionssicherheit aufweist. Diese Aufgabe wird durch einen Unterdruckbremskraftverstärker mit mechanischer Notbremshilfe der eingangs bezeichneten Art gelöst, wobei dem Ventilelement mechanische Arretierungsmittel zugeordnet sind, welche das Ventilelement bei Überschreitung einer durch das Krafteingangsglied hervorgerufenen, vorbestimmten Axialverschiebung solange in einer Arretierstellung relativ zu dem Steuerventilgehause arretieren, solange auf das Krafteingangsglied eine vorbestimmte Mindestbrems- betätigungskraft wirkt.
Erfindungsgemäß wird das Ventilelement in einer Notbremssituation stärker in axialer Richtung verschoben, als dies bei "normalen" Bremsvorgängen der Fall ist, d.h. bei Bremsvorgängen, in welchen das Bremspedal des Fahrzeugs durch den Fahrer nur mit moderaten Betätigungskräften beaufschlagt wird. Bei einer derartigen in einer Notbremssituation erfolgenden, starken Axialverschiebung des Ventilelements durch das Krafteingangsglied werden die mechanischen Arretierungsmittei in einen Arretierzustand gebracht. Solange der Fahrer des Fahrzeugs die Notbremsung durchführt, wird das Ventilelement in der Arretierstellung gehalten, auch wenn der Fahrer die Bremsbetätigungskraft geringfügig reduziert. Dadurch ist gewährleistet, dass das Ventilelement in einer vom Ventilsitz abgehobenen Stellung verharrt, wodurch an der beweglichen Wand die maximale Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer anliegt und somit die maximal verfügbare Servokraft über die bewegliche Wand erzeugt wird. Mit anderen Worten stellt der Bremskraftverstärker in der Notbremssituation dann die maximale Verstärkungswirkung zur Verfügung, wenn sich das Ventilelement in seiner Arretierstellung befindet. Sobald der Fahrer erkennt, dass die Notbremssituation beendet ist, beispielsweise wenn eine Gefahrensituation vorüber ist, reduziert er die Bremsbetätigungskraft stark oder gibt das Bremspedal ganz frei. In diesem Fall kommen die üblichen Rückstellmechanismen der Bremsanlage zur Wirkung, denn das Krafteingangsglied wird nicht mehr mit der vorbestimmten Mindestbremsbetätigungskraft beaufschlagt, so dass die Rückstellkräfte, welche auf das Steuerventil wirken, die Arretierungsmittel aus ihrem Arretierungszustand herausführen und damit das Ventilelement aus seiner Arretierstellung zurück in seine Nullstellung bewegt wird.
Im Gegensatz zu dem eingangs diskutierten Stand der Technik, welcher zur Realisierung des Bremsassistenten durch die Bereitstellung eines Permanentmagneten und eines mit diesem zusammenwirkenden Ankers verhältnismäßig aufwendig aufgebaut ist, ist es bei der vorliegenden Erfindung - wie im Folgenden noch im Detail erläutert wird - durch verhältnismäßig einfach gestaltete mechanische Arretierungsmittel möglich, das Ventilelement in einer für die Notbremsung erforderlichen Arretierstellung zu halten. Derartige mechanische Arretierungsmittel sind kostengünstig verfügbar und verteuern damit die Herstellung des Unterdruckbremskraftverstärkers kaum.
Hinsichtlich des Aufbaus des Unterdruckbremskraftverstärkers kann vorgesehen sein, dass das Steuerventilgehause hohlzylindrisch ausgebildet ist und dass das Ventilelement konzentrisch in diesem aufgenommen ist. Dadurch ist eine kompakte und platzsparende Bauweise des Unterdruckbremskraftverstärkers möglich. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Krafteingangsglied in einem Betätigungskolben verschiebesicher aufgenommen ist und dass an dem Betätigungskolben ein Riegel zum Koppeln des Ventilelements mit dem Betätigungskolben vorhanden ist. In diesem Zusammenhang ist es weiter möglich, dass der Riegel in Achsrichtung verschiebbar in einer in dem Ventilelement ausgebildeten Ausnehmung aufgenommen ist und bei Berührung der Ausnehmungsstirnfläche an das Ventilelement zur gemeinsamen Axialverschiebung gekoppelt ist.
Zur technischen Realisierung der mechanischen Arretierungsmittel gibt es verschiedene Möglichkeiten. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen Ventilelement und Steuerventilgehause ein Ringspalt vorgesehen ist, wobei an einer Komponente von Steuerventilgehause und Ventilelement die den Ringspalt begrenzende Oberfläche mit Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers und mit einer diese Abschnitte verbindenden Verbindungsschräge ausgebildet ist, und wobei an der anderen Komponente von Steuerventilgehause und Ventilelement wenigstens ein auf die abgestufte Oberfläche vorgespanntes Federelement ausgebildet ist, welches zur Arretierung des Ventilelements in der Arretierstellung mit der Verbindungsschräge zusammenwirkt.
Geht man beispielsweise davon aus, dass das wenigstens eine Federelement an der Außenoberfläche des Ventilelements angeordnet ist und gegen eine abgestufte Innenoberfläche des Steuerventilgehäuses drückt, so bewegt sich im Falle einer Normalbremsung, bei welcher das Bremspedal mit moderater Bremsbetätigungskraft niedergedrückt wird, das Ventilelement nur geringfügig in axialer Richtung. Dabei wird das wenigstens eine vorgespannte Federelement entlang eines bestimmten Abschnitts der Innenoberfläche des Steuerventilgehäuses verschoben, ohne dass das Federelement diesen Abschnitt verlässt und in Kontakt mit der Übergangsschräge gelangt. Bei einer derartigen Normalbremsung kann das Federelement demnach keine Arretierwirkung entfalten. Leitet jedoch der Fahrer des Fahrzeugs durch verstärktes Niederdrücken des Bremspedals eine Notbremsung ein, so wird das Ventilelement relativ zu dem Steuerventilgehause in axialer Richtung stärker verschoben und weiter vom Ventilsitz abgehoben. Dabei gleitet das wenigstens eine Federelement an der Verbindungsschräge vorbei und gelangt in einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser. Gleichzeitig kann sich das wenigstens eine Federelement aus seinem vorgespannten Zustand heraus relaxieren. Reduziert nun der Fahrer des Fahrzeugs die Bremskraft geringfügig, obgleich er die Notbremsung fortführen möchte, so kommt das relaxierte Federelement in Anlage mit der Verbindungsschräge und stützt sich an dieser ab. Dies führt dazu, dass sich das Ventilelement nicht weiter in Axialrichtung relativ zu dem Steuerventilgehause in Richtung seiner Nullstellung zurückbewegen und an den Ventilsitz anlegen kann, da durch das Zusammenwirken von relaxiertem Federelement und Verbindungsschräge eine derartige Rückbewegung blockiert ist. Erst dann, wenn der Fahrer nach Beendigung der Notbremsung das Bremspedal weitgehend freigibt, wird die Summe der von den üblicherweise vorgesehenen Rückstellfedern und von der Bremsanlage herrührenden, auf das Ventilelement wirkenden Rückstellkräfte so groß, dass sie das Federelement aus seinem Arretierungszustand heraus in Richtung seiner Nullstellung zurückbewegen, wobei dieses an der Verbindungsschräge - unter erneutem Aufbau der Vorspannung - abgleitet und in vorgespanntem Zustand gegen den durchmesserkleineren Abschnitt der Innenoberfläche des Steuerventilgehäuses drückt. In diesem Zustand kann wieder eine normale Bremsung oder eine erneute Notbremsung durchgeführt werden.
Um eine bessere Zentrierwirkung und eine zuverlässigere Arretierwirkung zu erreichen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass an der anderen Komponente von Steuerventilgehause und Ventilelement in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von Federelementen vorhanden ist. Dadurch ist auch bei mechanischem Versagen eines der Federelemente ein sicherer Betrieb des erfindungsgemäßen Unterdruckbremskraftverstärkers gewährleistet. Versuche haben gezeigt, dass eine zuverlässige Arretierung bei gleichzeitig günstiger Zentrierwirkung mit zwei bis fünf in Umfangsrichtung angeordneten Federelementen erreicht werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Ventilelement und dem Betätigungskolben, insbesondere dem Riegel, eine Zustellfeder vorhanden ist, welche das Ventilelement gegen den Betätigungskolben, insbesondere den Riegel, drückt. Die Zustellfeder gewährleistet, dass das Ventilelement während einer Normalbremsung permanent in Kontakt mit dem Betätigungskolben bzw. dem Riegel gehalten werden kann. Dadurch spricht das Steuerventil schnell und zuverlässig auf eine Axialbewegung des Betätigungskolbens und damit des Riegels an.
Die Zustellfeder ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass ihre Federkraft nicht ausreicht, um die Arretierung des Ventilelements in der Arretierstellung zu überwinden. Dies bedeutet, dass die Wirkung des Bremsassistenten nicht durch die Zustellfeder beeinträchtigt wird. Erst dann, wenn tatsächlich aktiv durch den Fahrer die Notbremssituation beendet wird, indem dieser das Bremspedal weitgehend freigibt, bewegt sich das Ventilelement durch die üblichen Rückstellmechanismen in seine Ruhestellung zurück, wobei - wie vorstehend dargelegt - die Arretierstellung überwunden wird. Nach Überwinden des Arretierungszustands kann sich dann die Zustellfeder wieder entspannen und das Ventilelement gegen den Betätigungskolben bzw. den Riegel drücken.
Alternativ zu der vorstehend dargelegten Ausführungsform der mechanischen Arretierungsmittel aus Federelement und Verbindungsschräge kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Betätigungskolben über wenigstens eine Springfeder mit dem Steuerventilgehause gekoppelt oder koppelbar ist, wobei die Springfeder durch Krafteinwirkung zwischen einer ersten formstabilen Federstellung, in welcher sich das Ventilelement in seiner Nullstellung befindet, und einer zweiten formstabilen Federstellung, in welcher sich das Ventilelement in seiner Arretierstellung befindet, verlagerbar ist.
Man stelle sich zum besseren Verständnis dieser Ausführungsform das aus Kinderspielzeug bekannte „Knackfroschprinzip" vor, bei welchem eine Springfeder in zwei verschiedene formstabile Zustände gebracht werden kann und in diesen Zuständen jeweils solange verharrt, bis eine zu dem jeweils anderen formstabilen Zustand hin gerichtete Rückstellbewegung mit hinreichend großem Hub ausgeführt wird. Die Erfindung macht sich dieses an sich bekannte Prinzip zu Nutze, indem der ersten formstabilen Federstellung die Nullstellung des Ventilelements zugeordnet wird, in welcher es an dem Ventilsitz anliegt, und der zweiten formstabilen Federstellung die für die Notbremsung einzunehmende Arretierstellung zugeordnet wird. Im Falle einer Normalbremsung ist die Relativverschiebung des Ventilelements relativ zu dem Steuerventilgehause nicht groß genug, um die Springfeder in die der Arretierstellung zugeordneten zweiten formstabilen Federstellung überzuführen. Erst bei einer Notbremsung mit gegenüber der Normalbremsung vergrößerter Relativverschiebung des Ventilelements relativ zu dem Steuerventilgehause findet ein „Umschnappen" der Springfeder in die zweite formstabile Federstellung statt. Auch dieses Ausführungsbeispiel zeigt bei einfachem und kostengünstigem Aufbau eine hohe Funktionssicherheit und -Zuverlässigkeit.
Zur Vermeidung eines das schnelle Ansprechen der Bremse beeinträchtigenden Axialspiels der Springfeder ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass diese auf dem Betätigungskolben gegen eine Axialbewegung gesichert ist.
Ferner kann in dieser Ausführungsform an dem Steuerventilgehause wenigstens ein Rückstellglied vorhanden sein, welches die Springfeder bei Unterschreiten der Mindest-Bremsbetätigungskraft ausgehend von ihrer zweiten formstabilen Federstellung in ihre erste formstabile Federstellung zurückführt. Das Rückstellglied kann in seiner Wirkung dadurch verstärkt werden, dass an dem Riegel ein Anschlaghebel ausgebildet ist, an welchem sich das Rückstellglied abstützt.
Für die Ausführung der Springfeder gibt es verschiedene Möglichkeiten. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Springfeder mit einem zentralen Ring und wenigstens zwei gekrümmten Federarmen ausgebildet sein, wobei der Ring zur Anbringung der Springfeder an dem Betätigungskolben vorgesehen ist und wobei die wenigstens zwei Federarme an ihrem peripheren Ende jeweils mit dem Steuerventilgehause oder dem Rückstellglied zusammenwirken. Diese Ausgestaltung der Springfeder ermöglicht eine zuverlässige Wirkungsweise bei einfacher und kostengünstiger Herstellung. Die Krümmung der Federarme ist dabei ein Maß für den von der Springfeder ausgeführten Hub zwischen den beiden formstabilen Stellungen.
Um den Schwellenwert der das Umspringen der Springfeder bewirkenden Kraft einstellen zu können, ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass Einstellmittel zum Verändern des Umspringverhaltens der Springfeder vorgesehen, insbesondere zum Verändern der Konkavität der Springfeder. Dadurch lässt sich der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker individuell einstellen oder nachjustieren.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den für die Erfindung wesentlichen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Unterdruckbrems- kraftverstärkers, wobei die obere Hälfte von Fig. 1 den Ruhezustand und die untere Hälfte eine Notbremssituation wiedergeben;
Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten strichlierten elliptischen Bereich in vergrößerter Überkopfdarstellung;
Fig. 3 den in Fig. 1 mit III bezeichneten strichlierten elliptischen Bereich in vergrößerter Darstellung;
Fig. 4 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Unterdruckbremskraftverstärkers, wobei wiederum nur die für die Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt sind;
Fig. 5 eine vergrößerte Draufsicht einer erfindungsgemäßen Springfeder des zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Unterdruckbremskraftverstärkers, wobei wiederum nur die für die Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt sind;
Fig. 6a einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 6 und
Fig. 7 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einer am Bremspedal aufgebrachten Bremsbetätigungskarft und der dadurch erzielten Bremskraft gemäß den verschiedenen Betätigungsstellungen wiedergibt.
In Figur 1, welche ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, ist ein Unterdruckbremskraftverstärker allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser umfasst ein Krafteingangsglied 12, welches sich entlang einer Achse A mit einer Bremsbetätigungskraft Fi durch Niederdrücken eines nicht gezeigten Bremspedals bewegen lässt. Figur 1 zeigt ferner ein Kraftausgangsglied 14, mit welchem eine gegenüber der Bremsbetätigungskraft Fi verstärkte Bremskraft F2 auf einen nicht gezeigten Hauptbremszylinder einer Bremsanlage zum Aufbau eines Bremsdrucks abgeleitet wird.
Das Krafteingangsglied 12 ist in ein hohlzylindrisches Steuerventilgehause 16 einge¬ führt. Dieses hohlzylindrische Steuerventilgehause 16 steht in kraftübertragender Verbindung mit einer beweglichen Wand, welche eine evakuierbare Unterdruckkam- mer von einer Arbeitskammer fiuiddicht trennt (nicht gezeigt). Das Steuerventilgehause 16 ist ein Teil eines allgemein mit 18 bezeichneten Steuerventils zur Ansteue- rung der Arbeitskammer und Unterdruckkammer. Das Steuerventil 18 stellt wahlweise eine Verbindung der Arbeitskammer mit der Unterdruckkammer her, damit auch die Arbeitskammer evakuiert wird, oder eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer und der Umgebungsatmosphäre, so dass in der Arbeitskammer Umgebungsdruck aufgebaut werden kann. Durch diese wahlweisen Ansteuerungen lassen sich in der Unterdruckkammer und in der Arbeitskammer entweder Druckgleichheit oder eine Druckdifferenz herstellen, welche dazu führt, dass die bewegliche Wand zur Erzeugung einer die Betätigungskraft Fi verstärkenden Servokraft in axialer Richtung verschoben wird.
Mit dem Krafteingangsglied 12, welches über eine Rückstellfeder 19 in die in der oberen Hälfte von Figur 1 gezeigte Stellung vorgespannt ist, ist an seinem innenliegenden Ende ein Betätigungskolben 20 derart gekoppelt, dass dieser jeder Axialbewegung des Krafteingangsglieds 12 folgt. Der Betätigungskolben 20 ist axial verschiebbar in einem Ventilelement 22 aufgenommen. Genauer gesagt umfasst der Betätigungskolben 20 einen Riegel 24, welcher in einer in dem Ventilelement 22 vorgesehenen Ausnehmung 26 axial geführt ist.
Zur genaueren Beschreibung wird zusätzlich auf Figuren 2 und 3 verwiesen. An seinem in Figur 1 rechten Ende weist das Ventilelement 22 eine Stirnfläche 28 auf, mit welcher es in Figur 2 dichtend an einem Ventilsitz 30 in Anlage ist. Der Ventilsitz 30 ist an einem Ventilglied 32 ausgebildet, welches in dem Steuerventilgehause 16 aufgenommen ist. Die dem Ventilelement 22 zugewandte Innenoberfläche des Steuerventilgehäuses 16 ist mit zwei zylindrischen Oberflächenabschnitten 34 und 36 ausgebildet, wobei der Oberflächenabschnitt 34 einen größeren Innendurchmesser aufweist als der Oberflächenabschnitt 36. Die beiden Oberflächenabschnitte 34 und 36 sind über eine konisch verlaufende Übergangsschräge 38 miteinander verbunden. An der Außenoberfläche des Ventilelements 22 sind in Umfangsrichtung verteilt mehrere Federelemente 40 angeordnet, welche, wie in Figur 2 gezeigt, unter Vorspannung gegen den Oberflächenabschnitt 36 drücken.
Auf der dem Ventilsitz 28 abgewandten Seite des Ventilelements 22 weist dieses einen orthogonal zur Achse A verlaufenden Boden 42 auf. Parallel zu dem Boden 42 ist auf dem Betätigungskolben 20 ein Ringelement 44 starr fixiert, welches das Ausmaß der Relativbewegung zwischen dem Betätigungskolben 20 und dem Ventil- element 22 einseitig begrenzt. Zwischen dem Ringelement 44 und dem Boden 42 ist eine komprimierbare Wellenfeder 46 angeordnet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Unterdruckbremskraftverstärkers 10 mit Bezug auf Figuren 1 bis 3 beschrieben. Figur 1 zeigt in ihrer oberen Hälfe den Unterdruckbremskraftverstärker 10 in einer Nullstellung, in welcher, wie in Figur 2 vergrößert gezeigt, das Ventilelement 22 mit seiner Stirnfläche 28 dichtend an dem Ventilsitz 30 anliegt. Beaufschlagt man nun durch Niedertreten eines nicht gezeigten Bremspedals das Krafteingangsglied 12 mit einer Bremsbetätigungskraft Fi, so bewegt sich dieses in axialer Richtung in Figur 1 nach links und verschiebt dabei den Betätigungskolben 20 ebenfalls in gleicher Weise nach links. Wie in Figur 2 gezeigt, greift der Betätigungskolben 20 mittels des Riegels 24 an dem Boden 42 des Ventilelements 22 an und verschiebt dieses ebenfalls in axialer Richtung in den Figuren nach links. Dabei hebt sich die Stirnfläche 28 des Ventilelements 22 von dem Ventilsitz 30 ab. Das Steuerventil 18 wird geöffnet, so dass die nicht gezeigte Arbeitskammer mit der Umgebung verbunden wird und sich in dieser ein Überdruck gegenüber der Unterdruckkammer ausbildet. Die sich einstellende Druckdifferenz zwischen Unterdruckkammer und Arbeitskammer wirkt auf die nicht gezeigte bewegliche Wand zur Erzeugung einer Servokraft.
Im Falle einer normalen Bremsung, d.h. wenn auf das Krafteingangsglied 12 eine relativ geringe Axialkraft Fi wirkt, wird das Krafteingangsglied 12 und mit diesem der Betätigungskolben 20, der Riegel 24 und auch das Ventilelement 22 nur geringfügig in axialer Richtung bewegt. Das Ausmaß der Bewegung ist so gering, dass die Federelemente 40 lediglich auf dem Oberflächenabschnitt 36 verschoben werden, ohne vollständig in den Bereich der Übergangsschräge 38 einzudringen. Die Federelemente 40 verbleiben somit in ihrer vorgespannten Stellung gemäß Figur 2.
Im Falle einer Notbremsung (Panikbremsung), bei welcher ein Fahrer des Fahrzeugs das Bremspedal mit einer erhöhten Kraft Fi starker niederdrückt, wird das Krafteingangsglied 12 und mit diesem der Betätigungskolben 20, der Riegel 24 und das Ventilelement 22 so weit in axialer Richtung verschoben, dass die Federelemente 40 zumindest in den Bereich der Übergangsschräge 38 - wenn nicht sogar darüber hinaus in den Bereich des Oberflächenabschnitts 34 - gelangen und sich dabei in Richtung orthogonal zur Achse A relaxieren können, wie dies in Figur 1 in der unteren Hälfte und vergrößert in Figur 3 dargestellt ist. Dabei hebt sich die Stirnfläche 28 des Ventilelements 22 von dem Ventilsitz 30 ab und es kommt zu einem schnellen Druckaufbau in der nicht gezeigten Arbeitskammer. Während der Axialverschiebung wird die Wellenfeder 46 komprimiert.
In einer derartigen Notbremssituation soll durch den Unterdruckbremskraftverstärker 10 gewährleistet werden, dass bei fortdauernder Beaufschlagung des Krafteingangsglieds 12 mit einer Mindestkraft Fi das Ventilelement 22 in der in Figur 3 gezeigten Arretierstellung verharrt. Diese Arretierstellung soll auch beibehalten werden, wenn die Axialkraft Fi zwar geringfügig reduziert wird, jedoch noch über der vorbestimmten Mindestkraft liegt. Dieser Fall ist in Figur 3 dargestellt. Das Ventilelement 22 wurde so weit in Figur 3 nach links verschoben, dass die Federelemente 40 vollständig in den Bereich der Übergangsschräge 38 gelangen, sich in Richtung orthogonal zur Achse A entspannen konnten und sich in Anlage mit der Übergangsschräge 38 befinden. Dies hat zur Folge, dass sich die Federelemente 40 an der Übergangsschräge 38 abstützen und nur unter einer bestimmten Gegenkraft wieder in ihre in Figur 2 gezeigte Vorspannstellung bringbar sind.
Wird nun die Bremsbetätigungskraft Fi während der Notbremsung nur geringfügig reduziert, so bewegt sich das Krafteingangsglied 12 geringfügig in Figuren 1 bis 3 nach rechts und nimmt dabei den Betätigungskolben 20 und den Riegel 24 in entsprechender Weise mit, wobei die Wellenfeder 46 zwischen dem Ringelement 44 und dem Boden 42 des Ventilelements 22 komprimiert wird. Der Riegel 24 bewegt sich innerhalb der Ausnehmung 26 des Ventilelements 22 nach rechts. Das Ventilelement 22 verharrt jedoch in seiner Position, gehalten durch die sich an der Übergangsschräge 38 abstützenden Federelemente 40.
Erst dann, wenn der Federweg der Wellenfeder 46 vollständig aufgebraucht ist, d.h. wenn die Wellenfeder 46 vollständig komprimiert ist, und der Fahrer des Fahrzeugs die Bremsbetätigungskraft Fi weiter reduziert, wird das Ventilelement 22 über das Ringelement 44 unter Zwischenschaltung der komprimierten Wellenfeder 46 in den Figuren 1 bis 3 nach rechts gedrückt. Die nunmehr über das Ringelement 44 auf das Ventilelement 22 ausgeübten Rückstellkräfte sind groß genug, um die Federelemente 40 über die Übergangsschräge 38 hinaus in den Bereich des Oberflächenabschnitts 36 zurückzudrängen, wobei diese wiederum in ihren Vorspannzustand gelangen.
Die Rückstellbewegung des Ventilelements 22 erfolgt solange, bis die Stirnfläche 28 wieder dichtend an dem Ventilsitz 30 anliegt. Dann wird die Arbeitskammer des Unterdruckbremskraftverstärkers 10 gegenüber der Umgebungsatmosphäre evaku- iert, so dass der Differenzdruck zwischen Unterdruckkammer und Arbeitskammer abgebaut und die Bremskraftverstärkungswirkung ebenfalls reduziert wird.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt einen Weg auf, wie mit einfachen konstruktiven Mitteln eine zuverlässige Bremskraftverstärkung und für den Fall einer Notbremsungssituation eine funktionssichere Bremsassistenzwirkung erreicht werden kann. Der konstruktive Aufwand zur Erzielung der Arretierungswirkung mit rein mechanischen Mitteln, nämlich der Einsatz einer abgestuften Innenoberfläche des Steuerventilgehäuses 16 und korrespondierender Federelemente 40 an dem Ventilelement 22, ist außerordentlich gering und führt damit zu einer kostengünstigen Lösung.
Figur 7 zeigt verallgemeinert die Funktion des Unterdruckbremskraftverstärkers 10 in Form eines Diagramms. Aufgetragen ist die auf das Krafteingangsglied 12 ausgeübte Bremsbetätigungskraft Fi und ein sich daraus ergebender Hydraulikdruck in der Primärkammer des hier nicht dargestellten, dem Unterdruckbremskraftverstärker 10 nachgeschalteten Hauptzylinders des Hydraulikkreislaufs der Bremsanlage. Die über den Punkt A bis zu einem Aussteuerpunkt B des Bremskraftverstärkers 10 verlaufende durchgezogen gezeichnete Linie 50 gibt dabei eine für eine Normalbremsung geltende übliche Kennlinie einer Einheit aus einem Unterdruckbremskraftverstärker 10 und einem damit gekoppelten hydraulischen Hauptzylinder wieder. Die strichliert gezeichnete Linie 52 gibt den Verlauf für eine Notbremsung wieder. Der Punkt C repräsentiert das Erreichen der Arretierungsstellung gemäß Figur 3 im Rahmen einer Panikbremsung (Notbremsung). Von dem Punkt C an wird die Verstärkerkraft bis zu einem Aussteuerpunkt D des Unterdruckbremskraftverstärkers 10 erhöht (Bremsassistentenfunktion). Von dem Aussteuerpunkt D ab wirkt sich eine Zunahme der Betätigungskraft nur noch entsprechend der durch den hydraulisch wirksamen Durchmesser des Hauptzylinders gegebenen Kraftübersetzung aus, ohne dass der Bremskraftverstärker 10 einen weiteren Kraftbeitrag leistet. Der Pfeil 48 zeigt den sprunghaften Anstieg des Hydraulikdrucks in der Primärkammer des Hauptzylinders bei gleichbleibender Bremsbetätigungskraft Fi im Falle der Notbremsung.
In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Unterdruckbremskraftverstärkers dargestellt.
Es werden für gleichartige oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wie mit Bezug auf Figuren 1 bis 3, jedoch mit der Ziffer 1 vorange- stellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen nur die wesentlichen Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 bis 3 beschrieben werden.
Der Unterdruckbremskraftverstärker 110 gemäß Figur 4 umfasst ebenfalls ein Krafteingangsglied 112 und ein Kraftausgangsglied 114. Innerhalb des Steuerventilgehäuses 116 ist das Ventilelement 122 aufgenommen, welches wiederum den Betätigungskolben 120 in sich aufnimmt. An dem Betätigungskolben 120 ist der Riegel 124 befestigt, welcher in der Ausnehmung 126 innerhalb des Ventilelements 122 axial in beschränktem Maße verschiebbar ist. Das Ventilelement 122 umfasst an seinem der Stirnfläche 128 und dem Ventilsitz 130 entfernten Ende einen Ansatz 160, der hohlzylindrisch ausgebildet ist und durch den ein stößeiförmiger Abschnitt 162 des Betätigungskolbens 120 hindurchgeführt ist. Der Ansatz 160 trägt einen zentralen Teil einer Springfeder 164, die in Figur 5 im Detail dargestellt ist.
Die Springfeder 164 umfasst einen zentralen Ring 166 sowie zwei Federarme 168 und 170, die jeweils in einem peripheren Anschlagrand 172 und 174 auslaufen. In der in Figur 4 gezeigten Schnittansicht ist zu erkennen, dass die Springfeder 164 konkav geformt ist. Mittels der Anschlagränder 172 und 174 wirkt die Springfeder 164 mit einem Gehäuseteil 176 zusammen, welches mit dem Steuerventilgehause 116 gekoppelt und in einem Abschnitt 176a zur Erzielung einer radialen Nachgiebigkeit mehrfach axial geschlitzt ist (nicht dargestellt). Zur Koppelung mit dem Steuerventilgehause 116 wird der Außenumfang der Springfeder 164, genauer gesagt deren Anschlagränder 172 und 174, von federnden Schnapparmen 180 umgriffen, welche von dem Gehäuseteil 176 vorspringen und die Anschlagränderl72 und 174 in axialer Richtung halten. Die Springfeder 164 kann in zwei formstabile Stellungen gebracht werden und unter Einwirkung einer vorbestimmten Mindestkraft in axialer Richtung von der einen formstabilen Stellung in die andere umspringen. Zur Veranschaulichung ist in Figur 4 die Feder 164 zum einen mit durchgezogenen Linien und zum anderen strichliert sowie mit dem Bezugszeichen 164 'versehen dargestellt.
Zur Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4 ist Folgendes anzumerken:
Bei Verschiebung des Krafteingangsglieds 112 mit der Bremsbetätigungskraft Fi im Falle einer Normalbremsung wird der Betätigungskolben 120 ebenfalls in Figur 4 nach links verschoben, wobei dieser über seine in Figur 4 linke Ringfläche das Ventilelement 122 mitnimmt. Dadurch wird die Stirnfläche 128 des Ventilelements 122 geringfügig von dem Ventilsitz 130 abgehoben, so dass sich zwischen der nicht gezeigten Unterdruckkammer und der Arbeitskammer ein Differenzdruck aufbaut, der zu einer gegenüber der Bremsbetätigungskraft Fi verstärkten Bremskraft F2 führt. Die Axialbewegung des Ventilelements 122 relativ zu Steuerventilgehause 116 ist dabei so gering, dass die Springfeder 164 nur geringfügig deformiert wird, jedenfalls nicht so stark, dass ein Umspringen stattfinden könnte.
Im Falle einer Notbremsung, d.h. wenn auf das Krafteingangsglied 112 eine so hohe Kraft Fi wirkt, dass dieses entgegen der Kraft der Rückstellfedern 119 relativ zum Steuerventilgehause 116 über ein definiertes Maß hinaus verschoben wird, wird ebenfalls der Betätigungskolben 120 sowie das Ventilelement 122 im gleichen Mass nach links verschoben. Eine solche Verschiebung führt dazu, dass die Springfeder 164 in ihre zweite formstabile Stellung umspringt, die in Figur 4 strichliert dargestellt und mit 164' bezeichnet ist. In dieser zweiten formstabilen Stellung 164' hält die Springfeder 164 das Ventilelement 122 lagestabil in einer Offenstellung. In dieser Offenstellung ist die Stirnfläche 128 des Ventilelements 122 so weit von dem Ventilsitz 130 abgehoben, dass schnell ein maximaler Differenzdruck zwischen der Unterdruckkammer und der Arbeitskammer aufgebaut und aufrecht erhalten werden kann. Dadurch ist gewährleistet, dass eine maximale Servokraft F2 an dem Kraftausgangsglied 114 anliegt, und zwar auch dann, wenn der Fahrer die Bremsbetätigungskraft Fi über die Dauer des Notbremsvorgangs nicht vollständig aufrecht erhalten kann. Eine Reduzierung der Bremsbetätigungskraft Fi führt nämlich nur solange zu einer Verschiebung des Betätigungskolbens 120 relativ zu dem lagestabil gehaltenen Ventilelement 122 ohne letzteres mitzunehmen, bis der Riegel 124 sich vollständig durch die Ausnehmung 126 hindurchbewegt hat.
Erst wenn der Riegel 124 an der rechten Stirnfläche der Ausnehmung 126 anliegt und der Fahrer die Bremsbetätigungskraft Fi weiter reduziert, wird der zentrale Bereich der Springfeder 164 in axialer Richtung von dem Ventilelement 122 über den Riegel 124 mitgenommen und es wirkt eine Rückstell kraft auf die Springfeder 164. Wenn diese Rückstell kraft ausreichend groß ist, springt die Springfeder 164 aus ihrer durch die strichlierte Linie 164' gekennzeichneten formstabilen Stellung in die durch 164 gekennzeichnete formstabile Stellung zurück, so dass sich das Ventilelement 122 mit seiner Stirnfläche 128 wieder an den Ventilsitz 130 anlegen kann. In der weiteren Rückhubbewegung kann sich dann der Ventilsitz 130 von einer Dichtkante 181 lösen, worauf sich der Differenzdruck zwischen der Unterdruckkammer und der Arbeitskammer in an sich bekannter Weise abbauen kann. Zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist Folgendes nachzutragen. Das Gehäuseteil 176 wird über eine Distanzfeder 185 entgegen der Betätigungsrichtung in Anlage mit einem ringförmigen Positioniervorsprung 179 gedrückt, der hier einstückig mit einem nicht näher bezeichneten Aufnahmeteil für eine elastische Reaktionsscheibe ausgebildet ist. Hinter diesem Positioniervorsprung 179 ist das Gehäuseteil 176 verrastet.
Auch das mit Bezug auf Figuren 4 und 5 beschriebene zweite Ausführungsbeispiel sorgt trotz des einfachen und damit kostengünstigen konstruktiven Aufbaus für eine zuverlässige Bremsassistenzwirkung und eignet sich damit auch für den Einsatz in kostengünstigen Fahrzeugen.
In Figur 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Unterdruck- bremskraftverstärkers dargestellt.
Es werden für gleichartige oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wie mit Bezug auf Figuren 1 bis 5, jedoch mit der Ziffer 2 vorangestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen nur die wesentlichen Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 4 und 5 beschrieben werden.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 6 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform gemäß den Figuren 4 und 5 zum einen in der Ausbildung der Mittel zur „Ansteuerung" der Springfeder. Wie Figur 6 zu entnehmen, ist an dem Riegel 224 ein Schalthebel 286 um einen Drehpunkt R schwenkbar angebracht. Der Schalthebel 286 umfasst zwei zueinander abgewinkelte Hebelarme, die vom Drehpunkt R ausgehen und jeweils in einem Ende 283 und 284 auslaufen.
Ein weiterer Unterschied der dritten Ausführungsform gemäß Figur 6 zu der zweiten Ausführungsform gemäß Figuren 4 und 5 ist in dem mit Figur 6a bezeichneten vergrösserten Bildausschnitt zu erkennen. Darin ist eine konstruktive Möglichkeit zur Verstellung der Schaltschwelle der Springfeder 264 dargestellt, d.h. zur Verstellung der Mindestkraft die zum Umspringen der Springfeder erforderlich ist. An den Rastarmen 280 sind mehrere in axialer Richtung aufeinanderfolgende Ausnehmungen 287 vorgesehen, die zur Aufnahme der Anschlagränder 272 und 274 bestimmt sind und eine Verstellung der Relativposition von Springfeder 264 und Gehäuseteil 276 ermöglichen. Im dargestellten Fall ist der Anschlagrand 272 in der mittleren der drei gezeigten Ausnehmungen 287 aufgenommen. Es ist anzumerken, dass sich der Grad der Wölbung der Springfeder 264 mit der Wahl der Ausnehmung 287 verändert, weshalb die Ausnehmungen 287 auf unterschiedlichem Niveau angeordnet sind. Durch den Grad der Wölbung der Springfeder 264 wird deren Härte und Umspringverhalten bestimmt.
Zur Funktionsweise der dritten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 6 ist Folgendes auszuführen:
Bei Verschiebung des Krafteingangsglieds 212 mit der Bremsbetätigungskraft Fi im Falle einer Normalbremsung wird der Betätigungskolben 220 ebenfalls in Figur 6 nach links verschoben, wobei dieser über seine in Figur 6 linke Ringfläche das Ventilelement 222 mitnimmt. Dadurch wird die Stirnfläche 228 des Ventilelements 222 geringfügig von dem Ventilsitz 230 abgehoben, so dass sich zwischen der nicht gezeigten Unterdruckkammer und der Arbeitskammer ein Differenzdruck aufbaut, der zu einer gegenüber der Bremsbetätigungskraft Fi verstärkten Bremskraft F2 führt. Die Axialbewegung des Ventilelements 222 relativ zu Steuerventilgehause 216 ist dabei so gering, dass die Springfeder 264 nur geringfügig deformiert wird, jedenfalls nicht so stark, dass ein Umspringen stattfinden könnte.
Im Falle einer Notbremsung, d.h. wenn auf das Krafteingangsglied 212 eine so hohe Kraft Fi wirkt, dass dieses entgegen der Kraft der Rückstellfedern 219 relativ zum Steuerventilgehause 216 über ein definiertes Maß hinaus verschoben wird, wird ebenfalls der Betätigungskolben 220 sowie das Ventilelement 222 im gleichen Mass nach links verschoben. Eine solche Verschiebung führt dazu, dass die Springfeder 264 in ihre zweite formstabile Stellung umspringt, die in Figur 6 strichliert dargestellt und mit 264' bezeichnet ist. In dieser zweiten formstabilen Stellung 264' hält die Springfeder 264 das Ventilelement 222 lagestabil in einer Offenstellung. In dieser Offenstellung ist die Stirnfläche 228 des Ventilelements 222 so weit von dem Ventilsitz 230 abgehoben, dass schnell ein maximaler Differenzdruck zwischen der Unterdruckkammer und der Arbeitskammer aufgebaut und aufrecht erhalten werden kann. Dadurch ist gewährleistet, dass eine maximale Servokraft F2 an dem Kraftausgangsglied 214 anliegt, und zwar auch dann, wenn der Fahrer die Bremsbetätigungskraft Fi über die Dauer des Notbremsvorgangs nicht vollständig aufrecht erhalten kann. Eine Reduzierung der Bremsbetätigungskraft Fi führt nämlich nur solange zu einer Verschiebung des Betätigungskolbens 220 relativ zu dem lagestabil gehaltenen Ventilelement 222, bis der schwenkbar am Riegel 224 angebrachte Schalthebel 286 mit seinem Hebelende 283 am Gehäuse des Bremskraftverstärkers 210 anschlägt. Hierdurch wird in das Hebelende 283 eine Schaltkraft eingeleitet, die mittels des gegenüberliegenden Hebelendes 284 auf die Stirnfläche der Ausnehmung 226 übertragen wird. Daraus ergibt sich eine Rückstellkraft auf die Springfeder 264, die ausreichend groß ist, um sie aus ihrer durch die strichlierte Linie 264' gekennzeichneten Stellung in die durch 264 gekennzeichneten Stellung überzuführen.
Um die Differenzdruckkräfte im Bremskraftverstärker 210 bis zum Eingriff des Schalthebels 286 reduzieren oder ganz abbauen zu können, weist der Betätigungskolben 220 nun eine zusätzliche Dichtkante 282 auf, welche im Notbremsfall die Funktion der Stirnfläche 228 übernimmt. Diese Stirnfläche 228 wird nämlich im beschriebenen Notbremsfall durch die Springfeder 264 zurückgehalten und kann daher den Abbau der Differenzdruckkräfte nicht einleiten. Allerdings ist nur dann, wenn die Differenzdruckkräfte abgebaut wurden, ein Anschlagen des Schalthebels 286 am Gehäuse des Bremskraftverstärkers 210 erst möglich.
Auch das mit Bezug auf Figuren 6 beschriebene dritte Ausführungsbeispiel sorgt trotz des einfachen und damit kostengünstigen konstruktiven Aufbaus für eine zuverlässige Bremsassistenzwirkung und eignet sich damit auch für den Einsatz in kostengünstigen Fahrzeugen. Es hat zudem noch den weiteren Vorteil, dass sich das Umspringverhalten der Springfeder, mit anderen Worten die Federkraft, einstellen lässt, so dass der Bremskraftverstärker gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nachjustierbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Unterdruckbremskraftverstärker (10; 110), mit:
- einem Krafteingangsglied (12; 112) zum Einleiten einer Bremsbetätigungskraft
(Fi),
- einem Kraftausgangsglied (14; 114) zum Ableiten einer gegenüber der Bremsbetätigungskraft (Fi) verstärkten Bremskraft (F2) zu einer Bremsanlage,
- einer Unterdruckkammer sowie einer von der Unterdruckkammer durch eine bewegliche Wand fiuiddicht getrennten Arbeitskammer und
- einem Steuerventil (18; 118) mit einem einen Ventilsitz (30; 130) aufweisenden Steuerventilgehause (16; 116) und einem in dem Steuerventilgehause (16; 116) axialverschiebbar geführten Ventilelement (22; 122), wobei das Steuerventilgehause (16; 116) zur kraftübertragenden Kopplung mit der beweglichen Wand ausgeführt ist, wobei ferner das Ventilelement (22; 122) zur kraftübertragenden Kopplung mit dem Krafteingangsglied (12; 112) ausgeführt und in eine Nullstellung vorgespannt ist, in welcher es an dem Ventilsitz (30; 130) anliegt, und wobei zur Erzielung einer die Bremskraft (F2) bestimmenden Druckdifferenz zwischen Arbeitskammer und Unterdruckkammer in Abhängigkeit einer von der Nullstellung abweichenden Axialstellung des Ventilelements (22; 122) zumindest Atmosphärendruck zur Arbeitskammer zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilelement (22; 122) mechanische Arretierungsmittel (38, 40; 164) zugeordnet sind, welche das Ventilelement (22; 122) bei Überschreitung einer durch das Krafteingangsglied (12; 112) hervorgerufenen, vorbestimmten Axialverschiebung solange in einer zugeordneten Arretierstellung relativ zu dem Steuerventilgehause (16; 116) arretieren, solange das Krafteingangsglied (12; 112) mit einer vorbestimmten Mindest-Bremsbetätigungskraft (F2) beaufschlagt ist.
2. Unterdruckbremskraftverstärker (10; 110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilgehause (16; 116) hohlzylindrisch ausgebildet ist und dass das Ventilelement (22; 122) konzentrisch in diesem aufgenommen ist.
3. Unterdruckbremskraftverstärker (10; 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteingangsglied (12; 112) in einem Betätigungskolben (20; 120) verschiebesicher aufgenommen ist und dass an dem Betätigungskolben (20; 120) ein Riegel (24; 124) zum Koppeln des Ventilelements (22; 122) mit dem Betätigungskolben (20; 120) vorhanden ist.
4. Unterdruckbremskraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (24; 124) in Achsrichtung (A) verschiebbar in einer in dem Ventilelement (22; 122) ausgebildeten Ausnehmung (26; 126) aufgenommen ist und bei Berührung der Ausnehmungsstirnfläche an das Ventilelement (22; 122) zur gemeinsamen Axialverschiebung gekoppelt ist.
5. Unterdruckbremskraftverstärker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ventilelement (22) und Steuerventilgehause (16) ein Ringspalt vorhanden ist, wobei an einer Komponente (16) von Steuerventilgehause (16) und Ventilelement (22) die den Ringspalt begrenzende Oberfläche mit Abschnitten (34, 36) unterschiedlichen Durchmessers und mit einer diese Abschnitte (34, 36) verbindenden Verbindungsschräge (38) ausgebildet ist und wobei an der anderen Komponente (22) von Steuerventilgehause (16) und Ventilelement (22) wenigstens ein auf die Oberfläche vorgespanntes Federelement (40) ausgebildet ist, welches zur Arretierung des Ventilelements (22) in der Arretierstellung mit der Verbindungsschräge (38) zusammenwirkt.
6. Unterdruckbremskraftverstärker (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der anderen Komponente (22) von Steuerventilgehause (16) und Ventilelement (22) in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von Federelementen (40) vorhanden sind.
7. Unterdruckbremskraftverstärker (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilelement (22) und dem Betätigungskolben (20), insbesondere dem Riegel (24), eine Zustellfeder (46) vorhanden ist, welche das Ventilelement (22) gegen den Betätigungskolben (20), insbesondere den Riegel (24), drückt.
8. Unterdruckbremskraftverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellfeder (46) so dimensioniert ist, dass ihre Federkraft nicht ausreicht, um die Arretierung des Ventilelements (22) in der Arretierstellung zu überwinden.
9. Unterdruckbremskraftverstärker (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben (120) über wenigstens eine Springfeder (164) mit dem Steuerventilgehause (116) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei die Springfeder (164) durch Krafteinwirkung zwischen einer ersten formstabilen Federstellung (164), in welcher sich das Ventilelement (122) in seiner Nullstellung befindet, und einer zweiten formstabilen Federstellung (164'), in welcher sich das Ventilelement (122) in seiner Arretierstellung befindet, verlagerbar ist.
10. Unterdruckbremskraftverstärker (110) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Springfeder (164) bei Überschreitung der durch das Krafteingangsglied (112) hervorgerufenen, vorbestimmten Axialverschiebung aus der ersten Federstellung (164) in die zweite Federstellung (164') bewegt.
11. Unterdruckbremskraftverstärker (110) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Springfeder (164) auf dem Betätigungskolben (120) gegen eine Axialbewegung gesichert ist.
12. Unterdruckbremskraftverstärker (210) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Steuerventilgehause (216) wenigstens ein Rückstellglied (286) vorhanden ist, welches die Springfeder (264) bei Unterschreiten der Mindest-Bremsbetätigungskraft (Fi) ausgehend von ihrer zweiten formstabilen Federstellung (264') in ihre erste formstabile Federstellung (264) zurückführt.
13. Unterdruckbremskraftverstärker (210) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Riegel (224) ein Anschlaghebel (280) ausgebildet ist, an welchem sich das Rückstellglied (278) abstützt.
14. Unterdruckbremskraftverstärker (110; 210) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Springfeder (164; 264) mit einem zentralen Ring (166; 266) und wenigstens zwei konkaven Federarmen (168, 170) ausgebildet ist, wobei der zentrale Ring (166; 266) zur Anbringung der Springfeder (164; 264) an dem Betätigungskolben (120; 220) vorgesehen ist und wobei die wenigstens zwei Federarme (168, 170) an ihrem peripheren Ende (172, 174; 272) jeweils mit dem Steuerventilgehause (176; 276) oder dem Rückstellglied (286) zusammenwirken.
15. Unterdruckbremskraftverstärker (210) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellmittel zum Verändern des Umspringverhaltens der Springfeder (264) vorgesehen, insbesondere zum Verändern der Konkavität der Springfeder.
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