DE10222864C1 - Hauptbremszylinder - Google Patents
HauptbremszylinderInfo
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Abstract
Ein Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage umfasst ein Hauptzylindergehäuse (28) mit einer darin ausgebildeten Bohrung (30), in die sich ein zur Betätigung durch ein Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage vorgesehener Betätigungskolben (26) erstreckt, der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen ersten Kolben (32) geführt ist, welcher zur Begrenzung einer Druckkammer (36) in der Bohrung (30) abdichtend und axial verschiebbar geführt und im Normalfall nur von einem Kraftabgabeglied (66) eines dem Hauptzylinder vorgeschalteten Bremskraftverstärkers (12) betätigbar ist, und eine Hülse (40), die axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben (32) und dem Betätigungskolben (26) geführt ist. Wenn der Druck in der Druckkammer einen ersten vorbestimmten Wert (D¶1¶) überschreitet, stützt sich die Hülse (40) entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betätigungskolben (26) vorhandenen Anschlag (58) ab, während sie sich entgegen der Betätigungsrichtung an dem ersten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer einen zweiten vorbestimmten Wert (D¶2¶) überschreitet.
Description
Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanla
ge mit einem Hauptzylindergehäuse mit einer darin ausgebildeten Bohrung, einem
zur Betätigung durch ein Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage vorgesehenen
Betätigungskolben, der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen ersten Kolben
geführt ist, welcher zur Begrenzung einer Druckkammer in der Bohrung abdichtend
und axial verschiebbar geführt und im Normalfall nur von einem Kraftabgabeglied ei
nes dem Hauptzylinder vorschaltbaren Bremskraftverstärkers betätigbar ist, einer
Hülse, die axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben und dem Betätigungskol
ben geführt ist und die sich entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betäti
gungskolben vorhandenen Anschlag abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer
einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und einem Schaltelement, welches
sich entgegen der Betätigungsrichtung an dem ersten Kolben abstützt, wenn der
Druck in der Druckkammer einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet. Mit
"Normalfall" ist hier gemeint, dass der erste Kolben immer dann ausschließlich durch
den dem Hauptbremszylinder vorgeschalteten Bremskraftverstärker betätigt wird,
wenn letzterer ordnungsgemäß funktioniert und bei einer Bremsung nicht voll ausge
steuert ist.
Bei
Hauptbremszylindern gemäß der DE 44 29 439 C2 findet die Rückwirkung auf ihr Eingangsglied rein
hydraulisch statt, d. h. zwischen dem üblicherweise mit einem Betätigungsglied der
Fahrzeugbremsanlage, zum Beispiel einem Bremspedal, verbundenen Eingangsglied
und dem Hauptbremszylinder befindet sich keine gummielastische Reaktionsscheibe.
Eine solche Reaktionsscheibe aus Elastomermaterial ist in vielen, derzeit eingesetzten
Bremskraftverstärker/Hauptzylindereinheiten vorhanden und legt zusammen mit ei
ner Fühlscheibe das "Einsprungverhalten" des Bremskraftverstärkers und damit die
Ansprechcharakteristik der Bremsanlage fest.
Bremskrafterzeuger ohne zwischengeschaltete gummielastische Reaktionsscheibe
weisen häufig den Nachteil auf, dass sie dem Fahrer des Fahrzeugs ein sehr steifes
Pedalgefühl vermitteln, was dazu führt, dass die Dosierbarkeit der Fahrzeugbremse
als schlecht empfunden wird und der Fahrer eine ungenügende Rückmeldung über
einen stattfindenden Bremsvorgang erhält. In der DE 44 29 439 C2 ist daher vorge
schlagen worden, dass in einer Anfangsphase der Bremsung ein erster Durchmesser
und später ein gegenüber dem ersten Durchmesser vergrößerter zweiter Durchmes
ser hydraulisch wirksam ist. Mittels des ersten, kleineren hydraulischen Durchmessers
wird zu Beginn einer Bremsung mit relativ geringer Betätigungskraft rasch ein erhöh
ter Bremsdruck aufgebaut, während der anschließend zur Wirkung kommende zweite
hydraulische Durchmesser dem Fahrer eine gute Rückmeldung der zwischenzeitlich
erreichten, höheren Bremsdrücke vermittelt.
Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Mehrzahl der Fahrzeugführer bei ei
ner starken Bremsung und insbesondere bei einer Notbremsung nicht so stark auf
das Bremspedal tritt, wie es zur Erreichung der maximalen Bremsleistung erforderlich
wäre, und ferner nicht dazu in der Lage ist, einen hohen Bremsdruck über einen län
geren Zeitraum aufrecht zu erhalten. Dadurch wird der Bremsweg des Fahrzeugs un
nötig verlängert. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der Fahrer bei ei
ner Betätigung des Bremspedals eine hohe Gegenkraft überwinden muss.
Die DE 198 34 193 C1 offenbart einen Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeug
bremsanlage der eingangs genannten Art mit einem Gehäuse und einer darin ausgebildeten Bohrung, in der ein
auf eine Druckkammer wirkender Primärkolben axial verschiebbar geführt ist. In dem
Primärkolben ist ein axial verschiebbarer Hilfskolben aufgenommen, in den ein mittels
eines Betätigungsgliedes der Fahrzeugbremsanlage betätigbarer Betätigungskolben
ragt. Der Betätigungskolben weist einen ersten hydraulisch wirksamen Durchmesser
und der Hilfskolben einen zweiten hydraulisch wirksamen Durchmesser auf. Nach
Überwindung einer festgelegten Strecke entgegen seiner federnden Vorspannung
koppelt der Hilfskolben starr mit dem Betätigungskolben, so dass bei einer weiteren
Verschiebung des Betätigungskolbens in Betätigungsrichtung der zweite hydraulisch
wirksame Durchmesser wirkt. Zur Realisierung einer Bremsassistentenfunktion ist in
dem Primärkolben ein Schaltkolben angeordnet, der federnd in Richtung der Druck
kammer vorgespannt und axial relativ zum Hilfskolben verschiebbar ist. Die federnde
Vorspannung des Schaltkolbens entspricht einem vorbestimmten Druckniveau in der
Druckkammer. Dadurch verschiebt sich der Schaltkolben bei Erreichen des vorbe
stimmten Druckniveaus entgegen der Federvorspannung relativ zu dem Hilfskolben,
so dass ein durch einen am Schaltkolben ausgebildeten Ringflansch und eine Veren
gung einer in dem Primärkolben ausgebildeten Bohrung gebildetes Ventil geschlossen
wird. Bei einer weiteren Druckerhöhung in der Druckkammer verbleibt die am
Bremspedal spürbare Reaktionskraft somit auf dem für das Schließen des Ventils
maßgeblichen Niveau.
Die DE-OS 2 014 beschreibt eine Bremsbetätigungsanordnung mit einem hydrauli
schen Hauptzylinder und einem mit dem Hauptzylinder verbundenen Strömungsmit
teldruck-Servomotor. Bei dem aus diesem Dokument bekannten Hauptzylinder ist ein
Betätigungskolben axial verschiebbar in einem weiteren Kolben geführt. Bei einer Be
tätigung des Betätigungskolbens gerät ein an dem Betätigungskolben ausgebildeter
Flansch in Anlage an eine Stirnfläche des weiteren Kolbens, so dass der Betätigungs
kolben und der weitere Kolben bei einer weiteren Betätigung des Betätigungskolbens
gemeinsam in Betätigungsrichtung verschoben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfach gestalteten
Hauptbremszylinder mit rein hydraulischer Rückwirkung bereitzustellen, der dazu in
der Lage ist, einem Fahrer bei einer starken Bremsung den erforderlichen hohen
Bremsdruck zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Hauptbremszylinder gelöst, der die
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Zu Beginn des Bremsvorgangs, be
vor sich die zwischen dem ersten Kolben und dem Betätigungskolben angeordnete
Hülse entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betätigungskolben vorhande
nen Anschlag abstützt, wirkt der sich in der Druckkammer infolge der Verschiebung
des ersten Kolbens aufbauende Druck nur über den Betätigungskolben auf das Betä
tigungsglied zurück. Die vom Fahrer am Bremspedal wahrzunehmende hydraulische
Reaktionskraft hängt in dieser Phase der Bremsung also vom hydraulisch wirksamen,
relativ kleinen Durchmesser des Betätigungskolbens ab, so dass der Hydraulikdruck
in der Druckkammer rasch erhöht werden kann. Erst wenn der Druck in der Druck
kammer einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, stützt sich die Hülse entge
gen der Betätigungsrichtung am Betätigungskolben ab, wodurch eine mechanische
Kopplung zwischen der Hülse und dem Betätigungskolben entsteht. Nachdem die
mechanische Kopplung zwischen dem Betätigungskolben und der Hülse erfolgt ist,
verschiebt sich die Hülse gemeinsam mit dem Betätigungskolben in dessen Betäti
gungsrichtung. Die nun vom Fahrer am Bremspedal verspürte hydraulische Reakti
onskraft setzt sich daher in dieser Phase des Bremsvorgangs im wesentlichen aus der
Summe der auf die hydraulische Wirkfläche des Betätigungskolbens wirkenden Kraft
und der auf die hydraulische Wirkfläche der Hülse wirkenden Kraft zusammen. Der
Fahrer erhält somit eine stärkere Rückmeldung über den tatsächlich
in der Druckkammer vorherrschenden Druck. Wenn der Druck in der Druckkammer
einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet, stützt sich die Hülse entgegen der
Betätigungsrichtung an dem ersten Kolben ab. Durch die so entstehende mechani
sche Kopplung zwischen der Hülse und dem ersten Kolben wird die auf die Hülse
wirkende hydraulische Rückwirkkraft über den ersten Kolben in den Bremskraftver
stärker abgeleitet, so dass der Fahrer diesen Anteil der hydraulischen Rückwirkkraft
nicht mehr wahrnimmt. Für die vom Fahrer am Bremspedal verspürte hydraulische
Reaktionskraft ist in dieser Phase des Bremsvorgangs somit wiederum die hydrauli
sche Wirkfläche des Betätigungskolbens maßgeblich, wodurch es dem Fahrer wie zu
Beginn der Bremsung einfacher gemacht wird, den Bremsdruck rasch zu erhöhen
oder zu halten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird sichergestellt, dass
ein Fahrzeugführer bei einer starken Bremsung und insbesondere bei einer Notbrem
sung den hohen Bremsdruck bereitstellen kann, der erforderlich ist, um das Fahrzeug
mit einem kurzen Bremsweg zum Stillstand zu bringen.
Die Hülse kann federnd in Betätigungsrichtung vorgespannt sein und sich nach
Überwindung einer ersten vorbestimmten Strecke entgegen der federnden Vorspan
nung in Betätigungsgegenrichtung an dem Anschlag des Betätigungskolbens abstüt
zen, wenn der Druck in der Druckkammer den ersten vorbestimmten Wert
überschreitet. Bei dieser Anordnung verschiebt sich die Hülse infolge des Drucks in
der Druckkammer gegen die auf sie wirkende federnde Vorspannung relativ zum
Betätigungskolben, bis sie die erste vorbestimmte Strecke überwunden hat und sich
an dem am Betätigungskolben vorhandenen Anschlag abstützt. Die federnde Vor
spannung der Hülse legt dann den ersten vorbestimmten Wert des Drucks in der
Druckkammer fest, ab dem sich die Hülse um die erste vorbestimmte Strecke ver
schieben und eine mechanische Kopplung mit dem Betätigungskolben herstellen
kann.
Die Hülse stützt sich vorzugsweise nach Überwindung einer zweiten vorbestimmten
Strecke entgegen der federnden Vorspannung in Betätigungsgegenrichtung an dem
ersten Kolben ab, wenn der Druck in der Druckkammer den zweiten vorbestimmten
Wert überschreitet. Bei dieser Anordnung wird die mechanische Kopplung der Hülse
mit dem Betätigungskolben infolge des weiter ansteigenden Drucks in der Druck
kammer gelöst und die Hülse verschiebt sich um die zweite vorbestimmte Strecke
relativ zum Betätigungskolben bis sie sich in Betätigungsgegenrichtung am ersten
Kolben abstützt.
Gemäß einer Ausführungsform liegt eine dem Betätigungsglied der Fahrzeugbrems
anlage zugewandte Stirnfläche der Hülse an einem federnd in Betätigungsrichtung
vorgespannten und axial verschiebbar auf dem Betätigungskolben geführten Stütz
element an. Die federnde Vorspannung des Stützelements kann beispielsweise
mittels einer ersten Schraubenfeder erzeugt werden, deren Enden sich an dem
Stützelement bzw. am Betätigungskolben abstützen. Wenn der Druck in der Druck
kammer den ersten vorbestimmten Wert überschreitet, verschiebt sich die Hülse
gemeinsam mit dem Stützelement gegen die federnde Vorspannung des Stützele
ments in einer der Betätigungsrichtung entgegengesetzten Richtung relativ zum
Betätigungskolben. Alternativ dazu kann die Hülse auf ihrer dem Betätigungsglied der
Fahrzeugbremsanlage zugewandten Seite auch einen radial nach außen ragenden
Flansch aufweisen, der z. B. mit der Hülse verrastet sein kann. Die Enden der ersten
Schraubenfeder können sich dann an dem radial nach außen ragenden Flansch der
Hülse bzw. am Betätigungskolben abstützen.
Vorzugsweise stützt sich das Stützelement in einer zu Beginn einer Bremsung vorlie
genden Ruhestellung des Hauptzylinders in Betätigungsrichtung an einer dem
Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage zugewandten Stirnfläche eines radial
nach innen ragenden Vorsprungs des ersten Kolbens ab. Bei dieser Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Hauptzylinders ist die Ruhestellung der Hülse auf konstruktiv
einfache Weise festgelegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptzylinders
stützt sich das Stützelement in Betätigungsgegenrichtung an dem am Betätigungs
kolben vorhandenen Anschlag ab, wenn der Druck in der Druckkammer den ersten
vorbestimmten Wert überschreitet. Durch das Zusammenwirken des Stützelements
und des Anschlags entsteht die mechanische Kopplung zwischen der Hülse und dem
Betätigungskolben, die bewirkt, dass die Hülse gemeinsam mit dem Betätigungskol
ben in dessen Betätigungsrichtung verschoben wird. Die erste vorbestimmte Strecke
ist dann durch einen Abstand zwischen dem Stützelement und dem Anschlag in einer
zu Beginn einer Bremsung vorliegenden Ruhestellung des Hauptzylinders definiert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Anschlag axial verschieb
bar auf dem Betätigungskolben geführt und von einer federnd in Betätigungsrichtung
wirkenden Vorspannung gegen einen an dem Betätigungskolben ausgebildeten
Vorsprung gedrängt. Die federnde Vorspannung des Anschlags kann beispielsweise
mittels einer zweiten Schraubenfeder erzeugt werden, deren Enden sich an dem
Anschlag bzw. am Betätigungskolben abstützen. Bei dieser Anordnung kann sich die
Hülse infolge des weiter ansteigenden Drucks in der Druckkammer gemeinsam mit
dem Anschlag gegen die federnde Vorspannung der Hülse und des Anschlags relativ
zum Betätigungskolben verschieben, bis die Hülse die zweite vorbestimmte Strecke
überwunden hat und sich an dem ersten Kolben abstützt. Die Summe der federnden
Vorspannungen der Hülse des Anschlags bestimmt dann den zweiten vorbestimmten
Wert des Drucks in der Druckkammer, ab dem sich die Hülse um die zweite vorbe
stimmte Strecke verschieben und eine mechanische Kopplung mit dem ersten Kolben
herstellen kann.
Vorzugsweise weist die Hülse an ihrem von dem Betätigungsglied der Fahrzeug
bremsanlage abgewandten Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch
auf, der sich in Betätigungsgegenrichtung an dem ersten Kolben abstützt, wenn der
Druck in der Druckkammer den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet. Durch
das Zusammenwirken des Flansches der Hülse mit dem ersten Kolben entsteht die
mechanische Kopplung zwischen der Hülse und dem ersten Kolben, die bewirkt, dass
die auf die Hülse wirkende Rückwirkkraft in den ersten Kolben und von diesem in das
Kraftabgabeglied des Bremskraftverstärkers eingeleitet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hauptzylinders
stützt sich der Flansch der Hülse an einer von dem Betätigungsglied der Fahrzeug
bremsanlage abgewandten Stirnfläche eines radial nach innen ragenden Vorsprungs
des ersten Kolbens ab, wenn der Druck in der Druckkammer den zweiten vorbe
stimmten Wert überschreitet. Die zweite vorbestimmte Strecke ist dann durch einen
Abstand zwischen dem Flansch der Hülse und dem Vorsprung des ersten Kolbens zu
dem Zeitpunkt eines Bremsvorgangs definiert, zu dem die Hülse die erste vorbe
stimmte Strecke überwunden hat und mechanisch mit dem Betätigungskolben
gekoppelt ist.
Bei einer konstruktiv vorteilhaft gestalteten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Hauptzylinders ist der radial nach innen ragende Vorsprung, an dessen von dem
Betätigungsglied abgewandten Stirnfläche sich der Flansch der Hülse abstützt, wenn
der Druck in der Druckkammer den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet,
derselbe Vorsprung, an dessen dem Betätigungsglied zugewandten Stirnfläche sich
das erste Stützelement in der Ruhestellung des Hauptzylinders abstützt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt des relevanten Bereichs eines mit einem Bremskraftver
stärker verbundenen erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders in einer Ruhe
stellung,
Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1 in einer ersten Betätigungsstellung,
Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 1 in einer zweiten Betätigungsstellung,
Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einer aufgebrachten Ein
gangskraft und dem dadurch erzielten Bremsdruck in den verschiedenen Betä
tigungsstellungen des erfindungsgemäßen Hauptbremszylinders wiedergibt.
In Fig. 1 ist der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung interessierende
Bereich eines Hauptzylinders 10 für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage in seiner
Ruhestellung dargestellt. Dem Hauptzylinder 10 ist funktionell ein Unterdruckbrems
kraftverstärker 12 allgemein bekannter und deshalb hier nicht detailliert erläuterter
Bauart vorgeschaltet.
Der Bremskraftverstärker 12 hat ein Gehäuse, in dessen Innenraum eine bewegliche
Wand 14 eine Unterdruckkammer 16 von einer Arbeitskammer 18 trennt. Die Unter
druckkammer 16 steht im Betrieb des Bremskraftverstärkers 12 ständig mit einer
Unterdruckquelle in Verbindung, beispielsweise mit dem Ansaugtrakt eines Verbren
nungsmotors oder mit einer Unterdruckpumpe. Ein nicht weiter veranschaulichtes
Steuerventil ist dazu vorgesehen, wahlweise eine Verbindung der Arbeitskammer 18
mit der Unterdruckkammer 16 herzustellen, damit auch die Arbeitskammer 18
evakuiert wird, oder eine Verbindung zwischen der evakuierten Arbeitskammer 18
und der Umgebungsatmosphäre, d. h. dem Umgebungsdruck herzustellen, um durch
den dann an der beweglichen Wand entstehenden Differenzdruck eine Unterstüt
zungskraft bereitzustellen.
Der Hauptzylinder 10 und der Bremskraftverstärker 12 werden mittels eines in ein
Gehäuse 20 des Steuerventils ragenden stangenförmigen Eingangsgliedes 22 betä
tigt. Das Eingangsglied 22 ist mit seinem kugelig ausgeführten Ende 24 in einem
Betätigungskolben 26 befestigt. An seinem anderen Ende ist das Eingangsglied 22
mit einem nicht gezeigten Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage verbunden,
beispielsweise mit einem Bremspedal, über das eine Axialkraft auf das Eingangsglied
22 ausgeübt werden kann, die in den Fig. 1 bis 3 mit einem Pfeil F angedeutet ist.
Der dem Bremskraftverstärker 12 funktionell nachgeschaltete Hauptzylinder 10 hat
ein Gehäuse 28 mit einer Bohrung 30, in der ein hohlzylindrischer erster Kolben 32
axial verschiebbar geführt und mittels einer ersten Dichtung 34 abgedichtet ist. Der
erste Kolben 32 wirkt auf eine Druckkammer 36, die auch als Primärdruckkammer
bezeichnet wird und die in der Bohrung 30 des Hauptzylindergehäuses 28 axial
zwischen dem ersten Kolben 32 und einem nicht dargestellten, schwimmend in der
Bohrung 30 angeordneten weiteren Kolben begrenzt ist. Im eingebauten Zustand des
Hauptzylinders 10 ist die Druckkammer 36 mit einem ersten Bremskreis der Fahr
zeugbremsanlage verbunden, während eine nicht dargestellte, auch als Sekundär
druckkammer bezeichnete weitere Druckkammer, auf die der weitere Kolben wirkt,
mit einem zweiten Bremskreis der Fahrzeugbremsanlage in Verbindung steht.
Der Betätigungskolben 26 durchsetzt den ersten Kolben 32 und ist mittels eines sich
radial nach außen erstreckenden Ringbundes 38 axial verschiebbar in dem ersten
Kolben 32 geführt. An seinem von dem Eingangsglied 22 abgewandten, in den Fig. 1
bis 3 linken Ende weist der Betätigungskolben 26 einen in die Druckkammer 36
ragenden stabförmigen Fortsatz 39 verringerten Durchmessers auf. Auf diesem
stabförmigen Fortsatz 39 des Betätigungskolbens 26 ist eine hohlzylindrische Hülse
40 axial verschiebbar angeordnet, die an ihrem von dem Eingangsglied 22 abge
wandten, in den Fig. 1 bis 3 linken Ende einen radial nach außen ragenden Flansch
42 aufweist. Die Hülse 40 ist mittels einer ersten O-Ringdichtung 44 gegenüber dem
Betätigungskolben 26 und mittels einer zweiten O-Ringdichtung 46 gegenüber dem
ersten Kolben 32 abgedichtet. Eine dem Eingangsglied 22 zugewandte, in den Fig. 1
bis 3 rechte Stirnfläche 48 der Hülse 40 liegt an einem kreisringförmigen Stützele
ment 50 an, das von dem Betätigungskolben 26 durchsetzt und axial verschiebbar
auf diesem geführt ist. Das Stützelement 50 wird von einer ersten Schraubenfeder
52, deren Enden sich an dem Stützelement 50 bzw. am Ringbund 38 des Betäti
gungskolbens 26 abstützen, gegen eine dem Eingangsglied 22 zugewandte, in den
Fig. 1 bis 3 rechte Stirnfläche 53 eines am ersten Kolben 32 ausgebildeten Vor
sprungs 54 gedrückt, der radial nach innen in eine in dem ersten Kolben 32 ausge
bildete Zentralbohrung 56 ragt.
Auf dem Betätigungskolben 26 ist ferner ein kreisringförmiger Anschlag 58 angeord
net, der von einer zweiten Schraubenfeder 60, deren Enden sich an dem Anschlag 58
bzw. einem ersten, am Ringbund 38 des Betätigungskolben 26 ausgebildeten stufen
förmigen Vorsprung 62 abstützen, gegen einen zweiten, am Betätigungskolben 26
ausgebildeten stufenförmigen Vorsprung 64 gedrückt wird. Der Anschlag 58 ist axial
auf dem Betätigungskolben 26 verschiebbar geführt.
Im folgenden wird die Funktion des Hauptbremszylinders 10 anhand der Fig. 1 bis 3
näher erläutert. Wenn durch das nicht gezeigte Betätigungsglied der Fahrzeug
bremsanlage eine Kraft F auf das Eingangsglied 22 aufgebracht wird, überträgt das
Eingangsglied 22 diese Kraft auf den Betätigungskolben 26, wodurch sich dieser
gegen die Kraft der ersten und zweiten Schraubenfedern 52, 60 relativ zum ersten
Kolben 32 und zur Hülse 40 in Fig. 1 nach links verschiebt. Dabei taucht der stabför
mige Fortsatz 39 des Betätigungskolbens 26 in die Druckkammer 36 ein.
Gleichzeitig führt die Verschiebung des Betätigungskolbens 26 nach links dazu, dass
das Steuerventil des Bremskraftverstärkers 12 eine Verbindung der Arbeitskammer
18 mit der Umgebungsatmosphäre freigibt. An der beweglichen Wand 14 entsteht
daraufhin eine Druckdifferenz, die eine Verschiebung der beweglichen Wand 14 nach
links bewirkt, so dass sich das über einen Membranteller 66 fest mit der beweglichen
Wand 14 verbundene Steuerventilgehäuse 20 ebenfalls nach links verschiebt. Die
zusätzliche, vom Bremskraftverstärker 12 erzeugte Kraft wird über eine an dem
Membranteller 66 ausgebildete Kraftabgabefläche 68 auf eine gegenüberliegende
Stirnfläche 70 eines an dem ersten Kolben 32 ausgebildeten, radial nach außen
ragenden Flansches 72 übertragen, so dass der erste Kolben 32 beginnt, sich eben
falls nach links und somit in die Druckkammer 36 hinein zu verschieben. Nach einem
definierten Leerweg wird eine Verbindung zwischen der Druckkammer 36 und einem
nicht gezeigten Hydraulikfluidbehälter in bekannter Weise unterbrochen, so dass sich
in der Druckkammer 36 ein Hydraulikdruck aufbauen kann.
Der sich im Zuge der Verschiebung des Betätigungskolbens 26 und des ersten
Kolbens 36 nach links in der Druckkammer 36 aufbauende Hydraulikdruck wirkt
sowohl auf die hydraulisch wirksame Fläche des Betätigungskolbens 26, als auch auf
die hydraulisch wirksame Fläche der Hülse 40. Da die auf den ersten Kolben 32
wirkende Reaktionskraft über den Membranteller 66 und das Steuerventilgehäuse 20
in den Bremskraftverstärker 12 eingeleitet wird und daher am Bremspedal nicht
spürbar ist, sind für eine Rückmeldung des sich in der Druckkammer 36 aufbauenden
Hydraulikdrucks an das Bremspedal und damit an den Fahrzeugführer die hydraulisch
wirksamen Flächen des Betätigungskolbens 26 und der Hülse 40 maßgeblich.
Bezüglich der vom Fahrer bei einer Betätigung der Bremse am Bremspedal verspür
ten Reaktionskraft lassen sich demzufolge mehrere Phasen unterscheiden. Zu Beginn
der Bremsbetätigung ist die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 36 und dem
Hydraulikfluidbehälter noch geöffnet, so dass die Reaktionskraft der Federkraft der
ersten Schraubenfeder 52 entspricht (Phase 1). Das Ansprechverhalten des Brems
systems kann daher durch geeignete Wahl der Federsteifigkeit der ersten Feder 52 in
gewünschter Weise eingestellt werden.
Sobald die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 36 und dem Hydraulikfluid
behälter unterbrochen ist und sich infolgedessen in der Druckkammer 36 ein
Hydraulikdruck aufbaut, wird zusätzlich eine hydraulische Reaktionskraft
(Rückwirkkraft) erzeugt, die über eine Stirnfläche des stabförmigen Fortsatzes 39 des
Betätigungskolbens 26 auf das Bremspedal zurückwirkt. Demzufolge setzt sich dann
die am Bremspedal verspürte Reaktionskraft aus der auf die Stirnfläche des stabför
migen Fortsatzes 39 wirkenden Hydraulikkraft und der Federkraft der ersten
Schraubenfeder 52 zusammen (Phase 2).
Wenn der Druck in der Druckkammer 36 im Verlauf des Bremsvorgangs weiter
ansteigt und einen ersten Wert D1 überschreitet, wird die Hülse 40 relativ zum ersten
Kolben 32 und zum Betätigungskolben 26 gegen die Kraft der ersten Feder 52 nach
rechts verschoben, bis das Stützelement 50 nach Überwindung einer ersten Strecke
S1 in Anlage an den Anschlag 58 gerät (Fig. 2). Dadurch entsteht eine mechanische
Kopplung zwischen der Hülse 40 und dem Betätigungskolben 26, so dass die Hülse
40 bei einer weiteren Verschiebung des Betätigungskolbens 26 nach links gemeinsam
mit dem Betätigungskolben 26 verschoben wird. Für den hydraulischen Anteil der am
Bremspedal verspürten Reaktionskraft ist dann die Summe der hydraulisch wirksa
men Flächen des Betätigungskolbens 26 und der Hülse 40 maßgeblich (Phase 3).
Wenn der Hydraulikdruck in der Druckkammer 36 noch weiter ansteigt und einen
zweiten vorbestimmten Wert D2 überschreitet, wird die Hülse 40 gegen die von der
ersten und der zweiten Feder 52, 60 ausgeübten Kräfte wiederum relativ zum ersten
Kolben 32 und zum Betätigungskolben 26 nach rechts verschoben, bis der an der
Hülse 40 ausgebildete Flansch 42 nach Überwindung einer zweiten Strecke S2 in
Anlage an eine von dem Betätigungsglied 22 abgewandte, in den Fig. 1 bis 3 linke
Stirnfläche 74 des radial nach innen ragenden Vorsprungs 54 des ersten Kolbens 32
gerät (Fig. 3). Dadurch wird die mechanische Kopplung zwischen der Hülse 40 und
dem Betätigungskolben 26 aufgehoben und es entsteht statt dessen eine mechani
sche Kopplung zwischen der Hülse 40 und dem ersten Kolben 32, so dass die Hülse
40 nun gemeinsam mit dem ersten Kolben 32 verschoben wird. Der hydraulische
Anteil der am Bremspedal verspürten Reaktionskraft wird dann, wie in der Phase 2,
durch die hydraulisch wirksame Fläche des Betätigungskolbens 26 bestimmt (Phase
4).
Das Verhältnis, in dem ein Fahrzeugführer den Anstieg des Hydraulikdrucks in der
Druckkammer 36 als Anstieg der zu überwindenden Gegenkraft am Bremspedal
verspürt, wird als Übersetzungsverhältnis bezeichnet. Bei einem großen Überset
zungsverhältnis kann sich der Betätigungskolben 26 bei gleicher Betätigungskraft F
relativ zum Steuerventilgehäuse 20 weiter nach links verschieben, als bei einem
kleineren Übersetzungsverhältnis. Gleichzeitig führt ein größeres Übersetzungsver
hältnis zu einem größeren Öffnungshub des Steuerventils des Bremskraftverstärkers
12 und damit zu einem stärkeren Ansprechen des Bremskraftverstärkers 12.
Der Verlauf des von der Fahrzeugbremsanlage aufgebauten Drucks P in Abhängigkeit
der vom Fahrer über das Bremspedal in das Eingangsglied 22 eingeleiteten Betäti
gungskraft F ist in Fig. 4 gezeigt. In einem ersten Kurvenabschnitt A steigt der
Bremsdruck P bei zunehmender Betätigungskraft F steil an, da sich die vom Fahrer
zu überwindende Gegenkraft aus der auf die hydraulisch wirksame Fläche des
Betätigungskolbens 26 wirkenden Hydraulikkraft und der Federkraft der ersten
Schraubenfeder 52 zusammensetzt (Phase 2). Der Punkt B im Kurvenverlauf reprä
sentiert die Herstellung der mechanischen Kopplung zwischen dem Betätigungskol
ben 26 und der Hülse 40, so dass der hydraulische Anteil der zu überwindenden
Gegenkraft in einem zweiten Kurvenabschnitt C durch die hydraulisch wirksamen
Flächen des Betätigungskolbens 26 und der Hülse 40 bestimmt wird (Phase 3). In
dem zweiten Kurvenabschnitt C ist der Anstieg des Bremsdrucks P mit zunehmender
Betätigungskraft F deutlich flacher als im Kurvenabschnitt A, da der Fahrer zur
Erhöhung des Bremsdrucks P zusätzlich die über die hydraulisch wirksame Fläche der
Hülse 40 auf das Bremspedal zurückwirkende Gegenkraft überwinden muss. Am
Punkt D des Kurvenverlaufs stützt sich die Hülse 40 in Betätigungsgegenrichtung am
ersten Kolben 32 ab, so dass für den hydraulischen Anteil der am Bremspedal
verspürten Gegenkraft somit wiederum die hydraulisch wirksame Fläche des Betäti
gungskolbens 26 maßgeblich ist (Phase 4). Aufgrund der verringerten Gegenkraft
findet daher im Kurvenabschnitt E wieder ein steilerer Anstieg des Bremsdrucks P
statt.
Claims (11)
1. Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit
einem Hauptzylindergehäuse (28) mit einer darin ausgebildeten Bohrung (30),
einem zur Betätigung durch ein Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage vorge sehenen Betätigungskolben (26), der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen ersten Kolben (32) geführt ist, welcher zur Begrenzung einer Druckkammer (36) in der Bohrung (30) abdichtend und axial verschiebbar geführt und im Normalfall nur von einem Kraftabgabeglied (66) eines dem Hauptzylinder vorschaltbaren Brems kraftverstärkers (12) betätigbar ist,
einer Hülse (40), die axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben (32) und dem Betätigungskolben (26) geführt ist und die sich entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betätigungskolben (26) vorhandenen Anschlag (58) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) einen ersten vorbestimmten Wert (D1) überschreitet, und
einem Schaltelement, welches sich entgegen der Betätigungsrichtung an dem ers ten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) einen zweiten vorbestimmten Wert (D2) überschreitet,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Betätigungskolben (26) im unbetätigten Zu stand in die im Hauptzylindergehäuse (28) ausgebildete Bohrung (30) erstreckt und das Schaltelement durch die Hülse (40) gebildet ist.
einem Hauptzylindergehäuse (28) mit einer darin ausgebildeten Bohrung (30),
einem zur Betätigung durch ein Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage vorge sehenen Betätigungskolben (26), der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen ersten Kolben (32) geführt ist, welcher zur Begrenzung einer Druckkammer (36) in der Bohrung (30) abdichtend und axial verschiebbar geführt und im Normalfall nur von einem Kraftabgabeglied (66) eines dem Hauptzylinder vorschaltbaren Brems kraftverstärkers (12) betätigbar ist,
einer Hülse (40), die axial verschiebbar zwischen dem ersten Kolben (32) und dem Betätigungskolben (26) geführt ist und die sich entgegen der Betätigungsrichtung an einem am Betätigungskolben (26) vorhandenen Anschlag (58) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) einen ersten vorbestimmten Wert (D1) überschreitet, und
einem Schaltelement, welches sich entgegen der Betätigungsrichtung an dem ers ten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) einen zweiten vorbestimmten Wert (D2) überschreitet,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Betätigungskolben (26) im unbetätigten Zu stand in die im Hauptzylindergehäuse (28) ausgebildete Bohrung (30) erstreckt und das Schaltelement durch die Hülse (40) gebildet ist.
2. Hauptzylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (40) federnd in Betätigungsrichtung vorge
spannt ist und sich nach Überwindung einer ersten vorbestimmten Strecke (S1)
entgegen der federnden Vorspannung in Betätigungsgegenrichtung an dem Anschlag
(58) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den ersten vorbestimmten
Wert (D1) überschreitet.
3. Hauptzylinder nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hülse (40) nach Überwindung einer zweiten
vorbestimmten Strecke (S2) entgegen der federnden Vorspannung in Betätigungsge
genrichtung an dem ersten Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkam
mer (36) den zweiten vorbestimmten Wert (D2) überschreitet.
4. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage
zugewandte Stirnfläche (48) der Hülse (40) an einem federnd in Betätigungsrichtung
vorgespannten und axial verschiebbar auf dem Betätigungskolben (26) geführten
Stützelement (50) anliegt.
5. Hauptzylinder nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützelement (50) in einer zu Beginn einer
Bremsung vorliegenden Ruhestellung des Hauptzylinders (10) in Betätigungsrichtung
an einer dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage zugewandten Stirnfläche
(53) eines radial nach innen ragenden Vorsprungs (54) des ersten Kolbens (32)
abstützt.
6. Hauptzylinder nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützelement (50) in Betätigungsgegenrich
tung an dem Anschlag (58) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den
ersten vorbestimmten Wert (D1) überschreitet.
7. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (58) axial verschiebbar auf dem Betäti
gungskolben (26) geführt ist und von einer federnd in Betätigungsrichtung wirken
den Vorspannung gegen einen an dem Betätigungskolben (26) ausgebildeten
Vorsprung (64) gedrängt wird.
8. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (40) an ihrem von dem Betätigungsglied der
Fahrzeugbremsanlage abgewandten Ende einen sich radial nach außen erstrecken
den Flansch (42) aufweist, der sich in Betätigungsgegenrichtung an dem ersten
Kolben (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den zweiten vorbe
stimmten Wert (D2) überschreitet.
9. Hauptzylinder nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flansch (42) der Hülse (40) in Betätigungsge
genrichtung an einer von dem Betätigungsglied der Fahrzeugbremsanlage abge
wandten Stirnfläche (74) eines radial nach innen ragenden Vorsprungs (54) des
ersten Kolbens (32) abstützt, wenn der Druck in der Druckkammer (36) den zweiten
vorbestimmten Wert (D2) überschreitet.
10. Hauptzylinder nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der radial nach innen ragende Vorsprung (54) dersel
be Vorsprung (54) ist, an dem sich ein Stützelement (50) in der Ruhestellung des
Hauptzylinders (10) abstützt.
11. Hauptzylinder/Bremskraftverstärkereinheit,
gekennzeichnet durch einen Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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