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Die
Erfindung betrifft eine Hauptbremszylinderanordnung für eine hydraulische
Kraftfahrzeugbremsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und
eine entsprechend ausgerüstete
Kraftfahrzeugbremsanlage nach Anspruch 16.
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Eine
Hauptbremszylinderanordnung ist beispielsweise aus dem Stand der
Technik bekannt. So zeigt das Dokument
DE 37 15 209 A1 eine derartige Hauptbremszylinderanordnung.
Diese ist ähnlich
einer Tandem-Hauptbremszylinderanordnung ausgebildet, jedoch wesentlich
platzsparender, da die beiden Kolbenanordnungen in den einander
benachbarten Zylinderbohrungen wirken, die hydraulisch miteinander
gekoppelt sind. Bei einer Bremsung wird über ein Bremspedal in den ersten
Kolben eine Pedalbetätigungskraft
eingekoppelt, über
die der Bremsdruck dann in der hydraulischen Bremsanlage erzeugt
wird. Mit anderen Worten wird bei einem mit dieser Hauptbremszylinderanordnung
ausgestatteten Bremssystem der zur Beaufschlagung der Radbremse
am Fahrzeug notwendige hydraulische Bremsdruck allein mit der Hauptbremszylinderanordnung
erzeugt.
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Nachteilig
wirkt sich bei einem derartigen direkt gekoppelten Bremssystem aus,
dass der Fahrer durch seine Betätigungsaktion
am Bremspedal in jedem Fall den hydraulischen Druck an den Radbremsen
beeinflusst. Solange dies die Bremssituation unterstützt, ist
dies unproblematisch. Sobald der Fahrer aber bezogen auf die tatsächliche
Bremssituation falsch reagiert, indem er beispielsweise zu viel
oder zu wenig Bremsdruck einsteuert, kann das Bremsverhalten, insbesondere
der Bremsweg sowie die Spurtreue, des Fahrzeugs verschlechtert werden, was
im schlimmsten Fall zu einem Unfall führen kann.
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Moderne
Fahrzeugregelsysteme (ABS, ESP, TC etc.) sind heutzutage in der
Lage, die optimale, notwendige Bremsleistung in den physikalischen Grenzen
anhand des momentanen Fahrzustands des Fahrzeugs zu ermitteln und
somit eine Bremsung zu optimieren. Basis hierfür ist allerdings, dass der oben
genannte direkte Einfluss des Fahrers auf den Bremsdruck verhindert
wird. Ferner wird es inzwischen auch als unkomfortabel angesehen,
dass der Fahrer am Bremspedal die Wirkung des Fahrzeugregelsystems
spürt,
wie beispielsweise bei Aktivierung des ABS ein wiederholtes Rütteln am
Bremspedal. Darüber
hinaus ist es heutzutage in der Regel üblich, die Bremskrafterzeugung
zu unterstützen,
beispielsweise durch einen Bremskraftverstär ker, oder ganz ohne Nutzung
der Bremspedalbetätigungskraft
vorzunehmen, beispielsweise mit einem Servodruckkreis.
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Der
zunehmende Einsatz elektronsicher Systeme macht es allerdings erforderlich,
auch für den
Fall eines teilweisen oder vollständigen Ausfalls der elektronischen
Systeme eine zuverlässige Bremswirkung
zu gewährleisten.
Hierfür
sind entsprechende Vorkehrungen zu treffen.
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Eine
Hauptbremszylinderanordnung der gattungsgemäßen Art ist aus dem Dokument
DE 40 28 925 A1 bekannt.
Bei dieser Hauptbremszylinderanordnung werden mehrere Kolbenanordnungen über einen
Krafteingangskolben betätigt
und so innerhalb diesen zugeordneten Zylinderbohrungen zur Erzeugung
einer Bremskraft verschoben. Die Zylinderbohrungen sind paarweise über Verbindungsschaltventile
miteinander verbunden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hauptbremszylinderanordnung
und eine entsprechend ausgestaltete Kraftfahrzeugbremsanlage der
eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, die für eine Bremskraftverstärkung geeignet
sind und die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen zur Gewährleistung
einer zuverlässigen
Funktionsweise aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Hauptbremszylinderanordnung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die Bereitstellung eines Verbindungsschaltventils ist es möglich, bei
Ausfall der Fahrzeugelektronik die Hauptbremszylinderanordnung im
Stile einer herkömmlichen
Tandembremszylinderanordnung zu verwenden, wobei die Kolbenanordnungen nicht
hintereinander sondern platzsparend nebeneinander angeordnet sind.
Jedenfalls lässt
sich mit dieser Anordnung bei einem Ausfall der Elektronik eine Betriebsweise
erreichen, bei der über
die beiden Druckkammern diesen zugeordnete Radbremseinheiten unmittelbar
hydraulisch angesteuert werden können.
Bei einer ordnungsgemäßen Funktionsweise
hingegen kann mittels des Verbindungsschaltventils in den Druckkammern
vollkommen unabhängig voneinander
Bremsdruck aufgebaut werden und so über die Druckkammern gezielt
in diesen zugeordneten einzelnen Radbremseinheiten, beispielsweise nach
Maßgabe
eines bestimmten Fahrzeugregelsystems (ABS, ESP, TC etc.), eine
Bremswirkung aufgebaut werden.
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Die
Erfindung sieht ferner vor, dass das Verbindungsschaltventil derart
angeordnet und ausgebildet ist, dass es sich in seiner ersten Schaltstellung
in seiner ansteuerungsfreien Ruhestellung befeindet, in der es die
erste Druckkammer mit der zweiten Zylinderbohrung und mit der hydraulischen
Bremsanlage fluidisch verbindet, und dass es sich in seiner zweiten Schaltstellung
in seiner angesteuerten Aktivstellung befindet, in der es die erste
Druckkammer von der zweiten Zylinderbohrung trennt, jedoch die erste Druckkammer
mit der hydraulischen Bremsanlage fluidisch verbindet. Dies führt dazu,
dass bei einem Ausfall der Elektronik automatisch das Verbindungsschaltventil
seine ansteuerungsfreie Ruhestellung einnimmt und so eine Betätigung der
Hauptbremszylinderanordnung entsprechend eines herkömmlichen Tandembremszylinders
möglich
ist, wodurch auch die den einzelnen Druckkammern zugeordneten Radbremseinheiten
in herkömmlicher
Weise mit Druckfluid beschickt werden können.
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Eine
besonders kompakte und raumsparende Anordnung ergibt sich beispielsweise
dann, wenn die benachbarten Zylinderbohrungen im Wesentlichen parallel
zueinander verlaufen.
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Ferner
kann erfindungsgemäß vorgesehen sein,
dass die erste und zweite Kolbenanordnung jeweils durch Kolbenrückstellfedern
in eine Ausgangsstellung vorgespannt sind. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass der Krafteingangskolben durch eine Pedalrückstellfeder
in eine Ausgangsstellung vorgespannt ist.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet, ist heutzutage bevorzugt vorgesehen,
den hydraulischen Bremsdruck durch eine Bremskraftverstärkung oder vollständig entkoppelt
vom Bremspedal zu erzeugen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht
eine entsprechende Servofunktionsweise vor. So kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass jede Kolbenanordnung einen Druckkolben und einen Stützkolben
aufweist, wobei zwischen dem jeweiligen Druckkolben und dem jeweiligen
Stützkolben eine
Servokammer eingeschlossen ist, die von einer Druckkquelle mit einem
Druckfluid beschickbar ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei
Beschickung der der ersten Kolbenanordnung zugeordneten Servokammer
mit Druckfluid der erste Druckkolben zur bremswirksamen Erhöhung des
Fluiddrucks in der ersten Druckkammer verlagerbar ist. Gleichermaßen kann
vorgesehen sein, dass bei Beschickung der der zweiten Kolbenanordnung
zugeordneten Servokammer mit Druckfluid der zweite Druckkolben zur bremswirksamen
Erhöhung
des Fluiddrucks in der zweiten Druckkammer verlagerbar ist.
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Hinsichtlich
des Grundgedankens der Erfindung bezüglich des Verbindungsschaltventils
sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass in der ersten Schaltstellung
das Verbindungsschaltventil die erste Druckkammer mit der zweiten
Zylinderbohrung derart verbindet, dass eine Erhöhung des Fluiddrucks in der
ersten Druckkammer eine gemeinsame Verlagerung des zweiten Stützkolbens
und des zweiten Druckkolbens zur Erhöhung des Fluiddrucks in der
zweiten Druckkammer bewirkt.
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Mittels
der vorstehend geschilderten Servoanordnung ist es also möglich, bei
ordnungsgemäßen Betrieb
eine Bremskraft mechanisch vollständig entkoppelt von einer Pedalbetätigung zu
erzeugen. Vielmehr wird mittels eines geeigneten Sensors die Pedalbetätigung erfasst
und nach Maßgabe
dieser oder nach Maßgabe
der von dem Fahrzeugregelsystem vorgegebenen Sollwerte eine entsprechende
Servowirkung erzeugt. Um jedoch dem Fahrer bei einer Pedalbetätigung das
ihm von herkömmlichen
Bremsanlagen gewohnte Pedalbetätigungsgefühl zu vermitteln,
ist bei einer Weiterbildung der Erfindung eine Pedalgegenkraftsimulationseinrichtung
vorgesehen. Ein Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung sieht dabei vor, dass der Krafteingangskolben in
einer zylindrischen Aufnahmebohrung verlagerbar aufgenommen ist
und mit dem Gehäuse
eine Pedalgegenkraft-Druckkammer einschließt. In Weiterbildung dieses
Ausführungsbeispiels
kann vorgesehen sein, dass der Druckkolben mit einem Kontaktstößel ausgebildet
ist, der in einer zur Aufnahmebohrung fluchtenden zylindrischen
Verbindungsbohrung aufgenommen ist und in Folge einer Verlagerung
des Krafteingangskolbens nach Überwindung
eines Spiels mit der ersten Kolbenanordnung, insbesondere mit dem ersten
Stützkolben,
mechanisch koppelbar ist. Eine derartige mechanische Kopplung ist
für einen
Notbetrieb erforderlich, in dem – wie vorstehend geschildert – die Fahrzeugelektronik
teilweise oder vollständig ausgefallen
ist, so dass eine rein mechanische Bremsung ermöglicht werden muss. Nach Überwindung des
Spiels kann der mit dem Bremspedal gekoppelte Krafteingangskolbens
unmittelbar auf die erste Kolbenanordnung einwirken und diese derart
verlagern, dass es in der ersten Druckkammer und in der Folge auch
durch eine korrespondierende Verlagerung der zweiten Kolbenanordnung
in der zweiten Druckkammer zu einer entsprechenden Bremsdruckerzeugung kommt.
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Üblicherweise
kann die Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung unmittelbar an dem
Bremspedal angebracht und mit diesem mechanisch gekoppelt sein.
Es ist jedoch gleichermaßen
möglich,
dass die Pedalgegenkraft-Druckkammer mit einer hydraulischen Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
koppelbar ist. Hinsichtlich des vorstehend angesprochenen Spiels
sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Spiel derart
bemessen ist, dass eine Pedalbetätigung
zum regenerativen Bremsen bei einem Hybridfahrzeug ohne mechanische
Kopplung von Krafteingangskolben und erster Kolbenanordnung erfolgt.
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In
der Praxis hat sich für
einen zuverlässigen Betrieb
derartiger Bremsanlagen mit Servowirkung gezeigt, dass es unabdingbar
ist, die Hauptbremszylinderanordnung vollständig mit Bremsfluid zu füllen. Hierzu
hat die Anmelderin erkannt, dass an der Hauptbremszylinderanordnung
verschiedene Vorkehrungen getroffen werden können, die eine derartige lufteinschlussfreie
Befüllung
erleichtern. So sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass
in dem Gehäuse
zum Befüllen
der Servokammer oder Druckkammer mit Hydraulikfluid ein Entlüftungskanal vorgesehen
ist, über
den die Servokammer oder die Druckkammer unter Umgehung eines die
Servokammer oder die Druckkammer begrenzenden Dichtelements entlüftbar ist.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Entlüftungskanal
derart ausgebildet ist, dass er mit einem Verschlusselement, vorzugsweise
einer Verschlussschraube, von Außen verschließbar ist.
Nach einer Befüllung
kann dann der Entlüftungskanal über das
Verschlusselement verschlossen werden, so dass Leckagen vermieden werden
können.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Entlüftungskanal
einen in einem bestimmten Axialbereich sowie Radialbereich der Zylinderbohrung
angeordneten Umströmschlitz
umfasst, der in der Ruhestellung der Kolbenanordnung eine das Dichtelement
umgehende zulässt
und dessen wirksamer Strömungsquerschnitt
derart dimensioniert ist, dass sich bei bremswirksamer Beschickung der
Servokammer mit Druckfluid in dieser ein hinreichend großer Staudruck
ausbildet, der trotz einer durch den Umströmschlitz bedingten Leckageströmung aus
der Servokammer eine bremswirksame Verlagerung des Druckkolbens
bewirkt.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Kraftfahrzeugbremsanlage mit einer
Hauptbremszylinderanordnung der vorstehend beschriebenen Art, einer Druckquelle,
einzelnen Rädern
zugeordneten hydraulisch ansteuerbaren Radbremseinheiten und einem
elektronischen Steuergerät,
wobei die Druckquelle mittels eines zentralen Umschalt ventils mit den
Radbremseinheiten und mit der Hauptbremszylinderanordnung fluidisch
derart koppelbar ist, dass das von der Druckquelle bereitgestellte
Druckfluid einerseits für
eine Beschickung der Hauptbremszylinderanordnung, insbesondere deren
Servokammern, und andererseits für
die Ansteuerung wenigstens zweier Radbremseinheiten nutzbar ist.
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Dabei
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Druckquelle eine Pumpenanordnung
und einen Druckspeicher aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass
der Druckquelle eine Druckpulsations-Dämpfungsanordnung zugeordnet
ist.
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Hinsichtlich
der vorstehenden Schilderung der Servowirkung im Rahmen einer Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Hauptbremszylinderanordnung
kann für
die Kraftfahrzeugbremsanlage vorgesehen sein, dass die Druckquelle
wahlweise von der ersten oder/und zweiten Servokammer über ein
erstes oder zweites Servokammer-Schaltventil
abkoppelbar ist.
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Ferner
kann erfindungsgemäß vorgesehen sein,
dass die erste und zweite Druckkammer nur mit einer gemeinsamen
Radachse zugeordneten Radbremseinheiten fluidisch koppelbar oder
gekoppelt ist. So ist es möglich, über die
Druckkammern der Hauptbremszylinderanordnung in der vorstehend mehrfach
angesprochenen Notbetriebssituation, in der die Fahrzeugelektronik
ausgefallen ist, noch eine hinreichende Bremswirkung an den entsprechenden Radbremseinheiten
zu erreichen. Dies gewährleistet eine
Mindestbremswirkung zur Abbremsung eines Fahrzeugs, selbst wenn
die gesamte Fahrzeugelektronik ausgefallen ist. Bei einer ordnungsgemäßen Funktionsweise
der Kraftfahrzeugbremsanlage können
hingegen alle Radbremseinheiten beispielsweise über ein Fahrzeugregelsystem
angesteuert werden, nämlich
die mit den Druckkammern gekoppelten Radbremseinheiten über die
servokraftgesteuerten Kolbenanordnungen und die den Druckkammern nicht
zugeordneten Radbremseinheiten direkt über den Hydraulikkreis der
Kraftfahrzeugbremsanlage. Ferner sieht eine Weiterbildung der Erfindung
vor, dass die Druckquelle unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung
der Servokammern und Druckkammern nur mit den Radbremseinheiten
fluidisch koppelbar oder gekoppelt ist, die sich von den mit der ersten
und zweiten Druckkammer fluidisch koppelbaren oder gekoppelten Radbremseinheiten
unterscheiden.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet weist die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbremsanlage
in einer Weiterbildung ferner eine hydraulische Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
auf, die mit der Pedalgegenkraft-Druckkammer fluidisch ver bunden oder
verbindbar ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung von
der Pedalgegenkraft-Druckkammer über
ein Simulationseinrichtung-Schaltventil abkoppelbar ist.
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Moderne
Fahrzeugentwicklungen sehen inzwischen vor, dass neben einem Verbrennungsmotor oftmals
auch eine weitere Antriebsquelle vorgesehen ist, beispielsweise
ein Elektromotor, der auch als Generator nutzbar ist. Man spricht
in diesem Zusammenhang üblicherweise
auch von Hybridfahrzeugen, das heißt Fahrzeugen mit zwei verschiedenen
Antriebsquellen. Dabei kann der Elektromotor auch zum Abbremsen
des Fahrzeugs im Stile eines Generators genutzt werden, um so beispielsweise
einen Akkumulator eines Fahrzeugs aufzuladen. Eine entsprechende
durch den Generator erreichte Verzögerung ist jedoch im Bremssystem
zu berücksichtigen,
um Fehlfunktionen zu vermeiden. Eine Weiterbildung der Erfindung
sieht daher vor, dass ein zur Verzögerung des Fahrzeugs nutzbarer
Generator vorgesehen ist und dass die bei der Aktivierung des Generators
erzielte Fahrzeugverzögerung
bei der Ansteuerung der Kraftfahrzeugbremsanlage berücksichtigt
wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden
Figuren erläutert.
Es stellen dar:
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1 eine
Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Hauptbremszylinderanordnung;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des in 1 mit II gekennzeichneten Bereichs;
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3 eine
konstruktive Alternative zu 2 und
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4 eine Übersichtsdarstellung
der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbremsanlage
als schematische Ansicht.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Hauptbremszylinderanordnung
allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst ein Gehäuse 12,
das in 1 einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufweist.
In dem oberen Abschnitt des Gehäuses 12 ist
eine erste Zylinderbohrung 14 eingebracht. In den unteren
Teil des Gehäuses 12 ist
eine zweite Zylinderbohrung 16 eingebracht. Die erste Zylinderbohrung 14 ist
an der in 1 linken Seite dichtend mit einem
Verschlussstopfen 18 verschlossen. Ferner ist in dem unteren
Gehäusebereich
ein Verbindungsschaltventil 20 dichtend in die zweite Zylinderbohrung 16 eingebracht.
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In
die beiden Zylinderbohrungen 14 und 16 sind eine
erste Kolbenanordnung 22 und eine zweite Kolbenanordnung 24 eingesetzt.
Die erste Kolbenanordnung 22 umfasst einen Druckkolben 26 und
einen Stützkolben 28.
Ebenso umfasst die zweite Kolbenanordnung 24 einen Druckkolben 30 und
einen Stützkolben 32.
Die beiden Kolbenanordnungen 22 und 24 sind über Rückstellfedern 34 und 36 in
die in 1 gezeigte Ruhestellung vorgespannt. Auch der
Krafteingangskolben 38 ist über eine Rückstellfeder 46 in die
in 1 gezeigte Stellung vorgespannt.
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Ferner
umfasst die Hauptbremszylinderanordnung 10 gemäß 1 einen
Krafteingangskolben 38, der mit seinem in 1 rechten
abgeschnittenen Ende mit einem nicht gezeigten Bremspedal gekoppelt
ist. Der Krafteingangskolben 38 ist in einer Aufnahmebohrung 40 in
dem Gehäuse 12 geführt. Er weist
einen Kontaktstößel 42 auf,
der in einer zur Aufnahmebohrung 40 fluchtenden Verbindungsbohrung 44 ebenfalls
geführt
ist.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass sowohl die erste Kolbenanordnung 22 als
auch die zweite Kolbenanordnung 24 sowie der Krafteingangskolben 38 und
der Kontaktstößel 42 allesamt
Ringdichtungsanordnungen aufweisen, so dass sie in der ersten Zylinderbohrung 14 bzw.
der zweiten Zylinderbohrung 16 bzw. der Aufnahmebohrung 40 bzw.
der Verbindungsbohrung 44 fluiddicht geführt sind.
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In
der in 1 gezeigten Anordnung wird von dem Druckkolben 26 und
dem Gehäuse 12 eine erste
Druckkammer 46 eingeschlossen. Ferner wird von dem Druckkolben 30 und
dem Gehäuse 12 eine zweite
Druckkammer 48 eingeschlossen. Zwischen dem Druckkolben 26 und
dem Stützkolben 28,
das heißt
zwischen deren hydraulisch wirksamen Flächen, ist eine erste Servokammer 50 ausgebildet. Ebenso
ist zwischen dem Druckkolben 30 und dem Stützkolben 32,
das heißt
zwischen deren hydraulisch wirksamen Flächen, eine zweite Servokammer 52 ausgebildet.
Die erste Servokammer 50 lässt sich über eine Beschickungsöffnung 54 mit
Hydraulikfluid beschicken. Darauf wird im Folgenden noch detaillierter
eingegangen. Ebenso lässt
sich die zweite Servokammer 52 über eine Beschickungsöffnung 56 in
entsprechender Weise mit Hydraulikfluid beschicken. Aus der ersten
Druckkammer 46 läßt sich über eine
Druckfluid-Abführöffnung 58 Druckfluid
abführen.
Diese Druckfluid-Abführöffnung 58 ist
mit dem Verbindungsschaltventil 20 gekoppelt. Das Verbindungsschaltventil 20 lässt sich
in zwei Schaltstellungen schalten, wobei die in 1 gezeigte
Schaltstellung die ansteuerungsfreie Ruhestellung darstellt, in der
eine fluidische Verbindung zwischen der Druckkammer 46 über die
Abführöffnung 58 und
einer weiteren Abführöffnung 60 zu
einem hydraulischen Bremskreis, sowie eine weitere Verbindung in den
Innenraum der zweiten Zylinderbohrung 16 möglich ist. In
der zweiten Schaltstellung, die nur durch aktive Ansteuerung des
elektromagnetischen Verbindungsschaltventils 20 erreicht
werden kann, liegt lediglich eine Verbindung der beiden Abführöffnungen 58 und 60 vor,
das heißt
eine fluidische Verbindung der Druckkammer 46 mit dem hydraulischen
Bremskreis, wobei eine Verbindung zu dem Innenraum der zweiten Zylinderbohrung 16 unterbrochen
ist.
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Auch
die zweite Druckkammer 48 weist eine Abführöffnung 62 auf, über die
Druckfluid in den Hydraulikkreis der Kraftfahrzeugbremsanlage abgeführt werden
kann.
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Ferner
erkennt man in 1, dass zwischen dem Krafteingangskolben 38 und
dem Gehäuse 12 eine
Pedalgegenkraftdruckkammer 64 eingeschlossen ist. Die Pedalgegenkraft-Druckkammer 64 weist eine
Hydrauliköffnung 66 auf,
die eine Kopplung der Pedalgegenkraft-Druckkammer 64 mit
einer hydraulischen Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung ermöglicht.
Darauf wird mit Bezug auf 4 noch im Detail
eingegangen.
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Zum
Befüllen
der verschiedenen Kammern mit Hydraulikfluid sind eine Reihe von
Füllöffnungen 68, 70, 72, 76 und 78 vorgesehen,
die mit einem in 1 nicht gezeigten Fluidreservoir
verbunden sind.
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In 1 erkennt
man ferner einen Befestigungsflansch 80 sowie Befestigungsbolzen 82,
die zur Anbringung der Hauptbremszylinderanordnung gemäß 1 in
einem Kraftfahrzeug dienen.
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Nach
einer Montage der Anordnung gemäß 1 ist
diese entsprechend mit Hydraulikfiuid zu befüllen. Es hat sich gezeigt,
dass eine vollständige lufteinschlussfreie
Befüllung
für eine
ordnungsgemäße Funktionsweise
unabdingbar ist. Allerdings hat sich ferner gezeigt, dass die Vielzahl
der Kammern, die über
geeignete Dichtungsanordnungen relativ zueinander abgedichtet sind,
eine vollständige
Befüllung
zumindest erschweren.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Maßnahme,
um eine Befüllung
der einzelnen Kammern in der ersten Zylinderbohrung 14 zu
erleichtern. Hierzu ist nahe der Beschickungsöffnung 54 in einem
bestimmten radialen Bereich ein eng begrenzter Umströmschlitz 84 in
dem Gehäuse 12 angebracht.
Der Umströmschlitz 84 ist
derart positioniert und bemessen, dass er in der in 1 gezeigten
Ruhestellung (siehe 2 in vergrößerter Darstellung) eine fluidische
Verbindung zwischen der ersten Servokammer 50 und einem
den Druckkolben 26 umgebenden Ringraum 86 schafft.
Dadurch ist gewährleistet,
dass über
die Beschickungsöffnung 54 einströmendes Hydraulikfluid
nach vollständiger
Füllung
der ersten Servokammer 50 über den Umströmschlitz 84 in
den Ringraum 86 eintritt und diesen vollständig füllt. Der Umströmschlitz 84 ist
jedoch derart klein bemessen, dass bei einem betriebsbedingten starken
Druckanstieg in der Servokammer 50, auf deren Funktion nachfolgend
noch detailliert eingegangen wird, die über den Umströmschlitz 84 auftretenden
Leckagen derart gering sind, dass der in der Servokammer 50 herrschende
Staudruck ausreicht, um den Druckkolben 26 in 1 und 2 nach
links zu verlagern. In der Folge gelangt die Ringdichtung 88 in
vollkommen dichtende Anlage mit der Innenzylinderfläche der
Zylinderbohrung 14, so dass weitere Leckagen vermieden
werden und der in der Servokammer 50 herrschende Druck
vollständig
für eine
Verlagerung des Druckkolbens 26 zur Verfügung steht.
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Der
Umströmschlitz 84 entfaltet
somit bei einem unter relativ geringem Druck durchgeführten Befüllen der
Druckkammern seine Wirkung zuverlässig und beeinträchtigt aufgrund
seiner geringen Dimensionierung die Funktionsweise der Hauptbremszylinderanordnung
bei einem Normalbetrieb nicht.
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3 zeigt
eine zu 2 alternative Möglichkeit
für eine
Entlüftung
der einzelnen Kammern, wobei jedoch der Umströmschlitz 84 gemäß 2 durch
eine andersartige Anordnung ersetzt ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen
und zur Erleichterung der Beschreibung werden für gleichwirkende oder gleichartige
Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wie in 2,
jedoch mit dem Kleinbuchstaben „a" nachgestellt.
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Statt
des Umströmschlitzes
gemäß 2 sind
im Bereich der Lage des Dichtungselements 88a an den Druckkolben 26a zwei
parallele Entlüftungsbohrungen 90a und 92a angebracht,
wobei der Querschnitt der Entlüftungsbohrung 92a stark
verengt ist. Die Entlüftungsbohrungen 90a und 92a münden in eine
Entlüftungskammer 94a,
die mit einer Verschlussschraube 96a verschlossen ist.
In gleicher Weise wie vorangehend mit Bezug auf 2 beschrieben
ist es durch Einfüllen
von Hydraulikfluid über
die Beschickungsöffnung 54a in
die Servokammer 50a bei relativ geringem Druck möglich, nach vollständiger Befüllung der
Servokammer 50a über die
beiden Entlüftungsbohrungen 90a und 92a sowie die
Entlüftungskammer 94a Hydraulikfluid
auch in den Ringraum 86 fließen zu lassen. Aufgrund des
relativ geringen Fluiddrucks bei einer derartigen Befüllung kommt
es zu keiner Verlagerung des Druckkolbens 26a.
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Im
Betrieb hingegen, in dem der Fluiddruck in der Servokammer 50a relativ
hoch ist, kommt es trotz der bestehenden fluidischen Verbindung über die
Entlüftungsbohrungen 90a und 92a zu
einem relativ hohen Staudruck in der Servokammer 50a, weil – wie vorstehend
erwähnt – der Querschnitt
der Entlüftungsbohrung 92a relativ
gering ist. In der Folge bewegt sich der Druckkolben 26a in 3 nach
links und streicht bereits nach kurzem Bewegungsweg mit seinem Dichtungselement 88a an
dem Ausgang der Entlüftungsbohrung 92a vorbei,
so dass keine weiteren Leckagen mehr auftreten können.
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Die
Anordnungen gemäß 2 oder 3 lassen
sich überall
dort einsetzen, wo beim Befüllen Dichtungen
zu umgehen sind.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 anhand
von 4 weiter der Aufbau der Fahrzeugbremsanlage geschildert.
Man erkennt, dass die in 1 vergrößert dargestellte und mit Bezug
darauf ausführlich
beschriebene Hauptbremszylinderanordnung 10 in die in 4 dargestellte
Fahrzeugbremsanlage 100 integriert ist. Diese umfasst ein
Fluidreservoir 102, das über Fluidleitungen mit den
Füllöffnungen 76 und 78 der
Hauptbremszylinderanordnung 10 verbunden ist. Ferner erkennt
man, dass über
eine Fluidleitung 104 die Pedalgegenkraft-Druckkammer 64 mit
einer Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 106 fluidisch
gekoppelt ist. In der Fluidleitung 104 ist ein Drucksensor 108 vorgesehen,
der Druckänderungen
erfasst. Ferner ist in der Fluidleitung 104 ein Drosselelement 110 und
ein Rückschlagventil 112 vorgesehen.
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Von
der Fluidleitung 104 zweigt eine Verbindung zu dem nachfolgend
noch näher
beschrieben hydraulischen Bremskreis ab, die über ein elektromagnetisches
Steuerventil 114, wie in 4 gezeigt,
unterbrochen werden kann. In seinem betätigungslosen Ruhezustand befindet
sich das Steuerventil 114 in seiner Durchschaltstellung.
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Ferner
erkennt man in 4 vier Radbremseinheiten, nämlich die
Radbremseinheit 116 für
das rechte Vorderrad, die Radbremseinheit 118 für das linke
Vorderrad, die Radbremseinheit 120 für das rechte Hinterrad und
die Radbremseinheit 122 für das linke Hinterrad. Die
Radbremseinheit 116 ist mit der Abführöffnung 60 direkt fluidisch
gekoppelt. Gleichermaßen
ist die Radbremseinheit 118 mit der Abführöffnung 62 der zweiten
Druckkammer 48 (siehe 1) direkt
gekoppelt. Daraus ergibt sich, dass die beiden Radbremseinheiten 116 und 118 der
Vorderräder
von den Druckkammern 46 und 48 der Hauptbremszylinderanordnung 10 beschickt
werden.
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Darüber hinaus
erkannt man in 4 eine Druckquelle 124,
die zwei motorisch angetriebene Pumpen 126 und 128 aufweist.
Der Druckquelle 124 ist darüber hinaus ein Druckspeicher 130 zugeordnet,
sowie eine Dämpfungsanordnung 132 mit
einem Drosselelement 134 und einem Kolbenspeicher 136, die
zur Dämpfung
Druckpulsationen vorgesehen ist, welche von der Druckquelle 124 stammen.
Die Druckquelle wird über
eine Fluidzuführleitung 138 von
dem Fluidreservoir 102 mit Hydraulikfluid versorgt. Die
Druckquelle 124 ist über
ein elektromagnetisches Umschaltventil 140 mit dem übrigen Fluidkreis
verbindbar. Dieses Umschaltventil 140 besitzt drei Schaltstellungen,
nämlich
die in 4 gezeigte mittlere aktive Schaltstellung, in
der die Druckquelle von dem übrigen
Fluidkreis abgekoppelt ist, sowie die in 4 obere
Schaltstellung, in dem der weitere Fluidkreis von der Druckquelle 124 mit
Druckfluid beschickbar ist, sowie die in 4 gezeigte
untere Schaltstellung, in der der weitere Hydraulikkreis mit einer
Fluidabführleitung 142 verbindbar
ist, die ein Abführen
von Hydraulikfluid über
ein weiteres Schaltventil 143 zu dem Fluidreservoir 102 ermöglicht.
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Ausgehend
von dem Umschaltventil 140 lassen sich die beiden Radbremseinheiten 120 und 122 der
Hinterräder
ansteuern. Hierzu sind elektromagnetische Schaltventile 144 und 146 vorgesehen,
die in der in 4 gezeigten geöffneten
Ruhestellung eine Beschickung der Radbremseinheiten 120 und 122 mit
Druckfluid ermöglichen.
Die nachgeschalteten elektromagnetischen Schaltventile 148 und 150 ermöglichen
durch Umschalten aus der in 4 gezeigten
Stellung in die Durchgangsstellung einen Druckabbau an den Radbremseinheiten 120 und 122.
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Die
Druckquelle 124 ist ferner über elektromagnetische Schaltventile 152 und 154 in
den gezeigten Schaltstellungen sowie die Fluidleitungen 156 und 158 mit
den Servokammern 52 und 50 gekoppelt und durch
Umschalten der Schaltventile 152 und 154 von diesen
abkoppelbar. Ferner können
die Servokammern 50 und 52 über die elektromagnetischen
Schaltventile 160 und 162 mit der Rücklaufleitung 138 zur
Entleerung verbunden werden.
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Neben
dem Drucksensor 108 weist die Fahrzeugbremsanlage 100 weitere
Drucksensoren 164 und 166 auf, die verschiedene
Druckzustände
erfassen. Die Drucksensoren sowie die einzelnen Schaltventile und
ebenso der motorische Antrieb der Pumpen 126 und 128 sind
mit einer nicht gezeigten elektronischen Steuereinrichtung verbunden.
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Im
Normalbetrieb funktioniert die Bremsanlage wie folgt:
Wie in 1 und 4 gezeigt übt der Fahrer über ein
nicht gezeigtes Bremspedal eine Pedalbetätigungskraft FP auf
das Bremspedal aus und bewegt somit den Krafteingangskolben 38 in
den 1 und 4 nach links. Dadurch erhöht sich
der Druck in der Pedalgegenkraft-Druckkammer 64, was beispielsweise über den
Drucksensor 108 erfasst wird. Die Pedalbetätigung kann
ferner über
einen nicht gezeigten Pedalbetätigungs-Sensor
erfasst werden. Die nicht gezeigte elektronische Steuereinrichtung erfasst
in der Folge den Fahrerwunsch für
einen Bremsvorgang und steuert das elektromagnetische Umschaltventil 140 derart
an, dass von der Druckquelle 124 Druckfluid in den Bremskreis
eingespeist wird. Die Schaltventile 144, 146, 148 und 150 sorgen in
der in 4 gezeigten Stellung dafür, dass eine Beschickung der
Radbremseinheiten 120 und 122 möglich ist,
so dass an diesen eine Bremswirkung eintreten kann.
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Gleichermaßen sorgen
die Schaltventile 152, 154, 160 und 162 in
der in 4 gezeigten Stellung dafür, dass auch die Servokammern 50 und 52 mit
Druckfluid beschickt werden. Dementsprechend steigt in den Servokammern 50 und 52 der
Fluiddruck an, so dass der Druckkolben 26 in 1 nach
links gegen die Wirkung der Rückstellfeder 34 gedrückt wird.
Der Stützkolben 28 hingegen
verbleibt in seiner Stellung, da er in 1 nicht
nach rechts ausweichen kann. Eine vergleichbare Funktionsweise ergibt
sich in der zweiten Zylinderbohrung 16. Die elektronische Steuereinheit
schaltet zunächst
das Verbindungsschaltventil 20 in die in 1 nicht
aktiv gezeigte Stellung, so dass keine Verbindung der ersten Druckkammer 46 mit
der zweiten Zylinderbohrung 16 gegeben ist. Durch die Beschickung
der zweiten Servokammer 52 mit Druckfluid wird wiederum
der zweite Druckkolben 30 in 1 nach rechts
gegen die Wirkung der Rückstellfeder 36 verlagert,
wobei der Stützkolben 32 in
seiner in 1 gezeigten Position verharrt.
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Aufgrund
der Verlagerung der Druckkolben 26 und 30 gegen
die Wirkung der Rückstellfedern 34 und 36 kommt
es zu einem Druckanstieg in den Druckkammern 46 und 48.
Entsprechend wird Druckfluid über
die Abführöffnung 58,
das Umschaltventil 20 und die Abführöffnung 60 bremswirksam
der Radbremseinheit 116 zugeleitet. Ferner wird aus der zweiten
Druckkammer 48 über
die Abführöffnung 62 Bremsfluid
bremswirksam an die Radbremseinheit 118 geleitet.
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Wie
in 1 gezeigt, befindet sich der Krafteingangskolben 38 nicht
in Anlage mit dem Stützkolben 28 sondern
ist vielmehr in einem Abstand s zu diesem angeordnet. Eine Betätigung des
Bremspedals bleibt somit mechanisch für die Kolbenanordnung 22 wirkungslos,
das heißt
das Bremspedal ist an sich von den Kolbenanordnungen 22 und 24 mechanisch
entkoppelt. Um dennoch dem Fahrer eine gewohnte Pedalgegenkraft
vermitteln zu können, wird über die
Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 106 in Verbindung
mit der Drossel 112 eine Pedalgegenkraft simuliert, das
heißt
es wird ein Hydraulikgegendruck aufgebaut, der in der Pedalgegenkraft-Druckkammer 64 der
Bewegung des Eingangskolbens 38 entgegenwirkt.
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Bei
der vorstehend geschilderten ordnungsgemäßen Funktionsweise wird also
nach Maßgabe der
erfassten Pedalbetätigung
ein Hydraulikdruck in der Bremsanlage erzeugt, mit dem unmittelbar
die Radbremseinheiten 120 und 122 angesteuert
werden. Ferner werden die Radbremseinheiten 116 und 118 über die
Servowirkung mittels der Servokammern 50 und 52 und
durch Verlagerung der Druckkolben 26 und 30 letztendlich über die
Druckkammern 46 und 48 angesteuert. Auf diese
Weise ist es möglich,
im Normalbetrieb der Bremsanlage entkoppelt vom Bremspedal Bremsvorgänge durchzuführen, um so
beispielsweise einzelne Radbremseinheiten gesondert anzusteuern,
wie es Fahrzeugregelsystem (beispielsweise ABS, ESP, TC ect.) erfordern.
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Ferner
eignet sich eine derartige Fahrzeugbremsanlage dafür, in Hybridfahrzeugen
eingesetzt zu werden, die neben einem herkömmlichen Verbrennungsmotor
auch noch einen Elektromotor aufweisen, der bei Bremsvorgängen als
Generator genutzt werden kann. In solchen Fällen ist es erforderlich, die
Bremswirkung des als Generator genutzten Elektromotors zu berücksichtigen.
Dies bedeutet, dass bei Erfassung eines Fahrerbremswunsches zunächst die
einzelnen Radbremseinheiten 116, 118, 120 und 122 nicht
hydraulisch angesteuert werden, sondern die gesamte Verzögerung mittels
des Generators bewirkt wird. Sollte diese Verzögerung nicht mehr ausreichen,
um dem Fahrerwunsch nachzukommen, der sich anhand der Pedalbetätigung feststellen
lässt,
so werden zusätzlich
zu der Generatorbremswirkung auch noch die einzelnen Radbremseinheiten 116 bis 122 angesteuert.
Um eine derartige Funktionsweise gewährleisten zu können, bleibt
also zunächst
die Fahrzeugbremsanlage 100 bremsunwirksam, wobei sich
der Krafteingangskolben 38 in 1 nach links
bewegt und in der Pedalgegenkraft-Druckkammer 64 über die
Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 106 eine Pedalgegenkraft
simuliert wird. Dies bedeutet aber auch, dass der Kontaktstößel 42 aufgrund
der Pedalbetätigung
weiter in die Verbindungsbohrung 44 eintaucht und dabei
einen Teil des Spiels s aufbraucht. Dieses Spiel s ist aber derart
groß bemessen,
dass ein mechanischer Kontakt zwischen Kontaktstößel 44 und Stützkolben 28 solange
nicht stattfindet, wie ein rein regeneratives Bremsen der gewünschten
Fahrzeugverzögerung
genügt.
Ist die Bremspedalauslenkung allerdings derart groß, dass
das Spiel s droht, aufgebraucht zu werden, dann bedeutet dies, dass
auch der Bremswunsch des Fahrers eine Verzögerung erfordert, die über die
allein durch das regenerative Verzögern mit dem Generator erreichte
Bremswirkung hinausgeht. In der Folge müssen die einzelnen Radbremseinheiten 116 bis 122 in
der vorstehend beschriebenen Weise – jedoch eben zeitlich verzögert – aktiviert
werden.
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In
einer Notbetriebssituation, in der beispielsweise die Druckquelle 124 oder
die elektronische Steuereinheit teilweise bzw. ganz ausfällt, ist
die vorstehend beschriebene Servowirkung nicht mehr gewährleistet.
In einer solchen Notbetriebssituation, ist dennoch eine hinreichende
Bremswirkung zu garantieren. Dies kann erfindungsgemäß wie folgt
erreicht werden. Aufgrund des Ausfalls der Elektronik bzw. einer
Erfassung bestimmter Fehlfunktionen, wie einem Ausfall der Druckquelle 124 oder
dergleichen, werden die einzelnen Schaltventile nicht aktiv angesteuert,
so dass sie ihre durch Federvorspannung vorgegebene Ruhestellung
einnehmen. Dies bedeutet insbesondere, dass das Verbindungsschaltventil 20 seine
in 1 gezeigte Stellung einnimmt, so dass die Druckkammer 46 mit
dem Innenraum der Zylinderbohrung 16 gekoppelt ist und
der in der Druckkammer 46 herrschende Druck auf die Rückseite
des Stützkolbens 32 zu
einer Verlagerung der gesamten Druckkolbenanordnung 24 in 1 nach rechts
genutzt werden kann.
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Darüber hinaus
befindet sich das Schaltventil 114 in seiner Durchgangsstellung
sowie das Schaltventil 143 in seiner Sperrstellung. Dies
bedeutet, dass die Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 106 nicht
mehr funktionsfähig
ist und dass der bei einer Pedalbetätigung in der Pedalgegenkraft-Druckkammer 64 entstehende
Fluiddruck über
das Schaltventil 114 in den Bremskreis eingeleitet werden
kann. Dort wird er einerseits zur Beschickung der Servokammern 50 und 52 durch
die in ihrer Ruhestellung geöffneten
Schaltventile 152 und 154 genutzt. Gleichermaßen wird
er aber auch zur Ansteuerung der Radbremseinheiten 120 und 122 aufgrund
der in ihrer Ruhestellung geöffneten
Schaltventile 144 und 146 genutzt. Die dadurch
erzielte Bremswirkung ist jedoch relativ gering, so dass der Fahrer,
der eine stärkere
Bremswirkung anfordert, das Bremspedal und damit den Eingangskolben 38 stärker eindrückt. Dies
bedeutet aber auch, dass der Kontaktstößel 42 weiter in die
Verbindungsbohrung 44 eintaucht, bis er schließlich in
mechanische Anlage mit dem Stützkolben 22 gelangt.
Bei einer weiteren Verschiebung des Krafteingangskolbens 38 aufgrund
einer noch stärkeren
Pedalbetätigung
wird auch der Druckkolben 26 verlagert, so dass der Fluiddruck
in der Druckkammer 46 ansteigt. Dieser ansteigende Fluiddruck
wird über
das Verbindungsschaltventil 20 in die Zylinderbohrung 16 derart
eingeleitet, dass der Stützkol ben 32 auf
seiner in 1 linken Seite druckbeaufschlagt wird
und sich in der Folge zusammen mit dem Druckkolben 30 gegen
die Wirkung der Rückstellfeder 36 in 1 nach
rechts verlagert. Dadurch kommt es wiederum zu einem Druckanstieg
in der Druckkammer 48. Der nun in den Druckkammern 46 und 48 aufgebaute
Fluiddruck wird über
die Abführöffnungen 60 und 62 den
Radbremseinheiten 116 und 118 zugeführt.
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Dies
bedeutet, dass aufgrund der vorstehenden Wirkung bei einem Ausfall
der Fahrzeugelektronik auch eine rein mechanische Bremsung vollzogen werden
kann und dem Fahrer eine hinreichende Bremswirkung zum Abbremsen
des Fahrzeugs bietet.
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Mit
der erfindungsgemäßen Bremsanlage
in Kombination mit der erfindungsgemäßen Hauptbremszylinderanordnung
ist es möglich,
eine raumsparende Bremsanlage auf hohem Sicherheitsniveau und mit
guter Zuverlässigkeit
sowie mit hohem Bremskomfort unter Vermeidung von unerwünschten
Rückkopplungen
bereitzustellen.