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Die Erfindung bezieht sich auf einen druckinittelbetätigten Kraftverstärker,
insbesondere Bremskraftverstärker für Fahrzeuge, bei dem ein unter der Wirkung eines
Druckunterschieds zwischen zwei Druckmittelkammern in bezug auf das Kraftabgabeglied
beweglicher Teil eines die beiden Kammern voneinander trennenden Kolbens auf den
äußeren Rand einer Tellerfeder drückt, die sich zwischen ihrem äußeren und ihrem
inneren Rand an einem am Kraftabgabeglied angeordneten ringförmigen Widerlager abstützt
und mit ihrem inneren Rand eine Reaktionskraft auf das Betätigungsglied ausübt.
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Bei einem bekannten Kraftverstärker dieser Gattung (USA.-Patentschrift
2 900 962) umfaßt der Kolbeen zwei am Kraftabgabeglied befestigte starre
Scheiben. Die eine Scheibe hat einen kleineren Durchmesser als die zweite und weist
einen Ringflansch auf, an dem ein mit den beiden Scheiben gleichachsiger und ihnen
gegenüber axial beweglicher ringförmiger Kolbenteil derart geführt ist, daß er nach
innen gegen den Flansch und nach außen gegen das Gehäuse des Kraftverstärkers abdichtet.
Dieser Kolbenteil drückt unter der Wirkung des bei Betätigung des Kraftverstärkers
zwischen den Kammern beiderseits des Kolbens entstehenden Druckunterschiedes auf
den äußeren Rand einer Tellerfeder.
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Bei einem anderen Kraftverstärker der eingangs beschriebenen Gattung
(USA.-Patentschrift 2 275 697) ist der Kolben von einer starren Scheibe gebildet,
die mit ebenfalls zwei konzentrischen Dichtungen gegenüber dem Kraftverstärkergehäuse
einerseits und gegenüber einer am Kraftabgabeglied ausgebildeten Führung andererseits
abdichtet.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftverstärker
zu schaffen, bei dem der Kolben in seinem Aufbau einfacher und in seiner Abdichtung
zuverlässiger ist als bei den beschriebenen bekannten Kraftverstärkern.
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Diese Aufgabe ist bei einem Kraftverstärker der eingangs beschriebenen
Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tellerfeder zusammen mit einer von
ihr abgestützten Membran den Kolben bildet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Membran
mit ihrem äußeren Rand an der Verbindungsstelle zwischen zwei topfförmigen Hälften
des Kraftverstärkergehäuses und mit ihrem inneren Rand am Betätigungsglied bzw.
am Kraftabgabeglied abdichtend befestigt. Derartige Befestigungen der Membran sind
an sich bekannt (USA.-Patentschrift 3 062 011).
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine erste
Ausführungsform eines Kraftverstärkers im axialen Schnitt, F i g. 2 ein Einzelteil
desselben Kraftverstärkers in perspektivischer Ansicht, F i g. 3 eine zweite
Ausführungsform eines Kraftverstärkers, ebenfalls im axialen Schnitt, F i
g. 4 ein Einzelteil des in F i g. 3 dargestellten Kraftverstärkers
mit einer achsparaUelen Teilansicht und F i g. 5 den Schnitt längs der Linie
5-5 in F i g. 3.
Der in F ig. 1 dargestellte Kraftverstärker
umfaßt ein Gehäuse 10, das durch eine Membran 11 in zwei Druckmittelkammern
12 und 13 unterteilt ist. Die in F i g. 1 linke Druckmittelkammer
12 ist über ein Rückschlagventil 14 an der vorderen Stirnwand 15
des Gehäuses
10 mit einer Ansaugleitung eines Verbrennungsmotors oder einer anderen Unterdruckquelle
verbunden. Die in F i g. 1 rechte Druckmittelkammer 13 läßt sich wahlweise
mit der Druckmittelkammer 12 oder mit der Atmosphäre verbinden.
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Die Membran 11 ist kreisringförmig und ist mit ihrem äußeren
Rand am Gehäuse 10, mit ihrem inneren Rand aber an einem Betätigungsglied
17 befestigt. Das Betätigungsglied 17 ist hülsenförmig ausgebildet
und auf einem zylindrischen Abschnitt eines Drehteils 16 verschiebbar. Das
Drehteil 16 hat einen in der linken Druckmittelkammer 12 angeordneten Kopf
18 von im Verhältnis zum zylindrischen Ab-
schnitt des Drehteils großem
Durchmesser. Das Betätigungsglied 17 weist einen annähernd radialen Kanal
19 auf, der in jeder Stellung des Betätigungsgliedes mit einem radialen Kanal
20 des Drehteils 16
Verbindung hat. Der radiale Kanal 20 mündet in einer nach
rechts öffenen Ausdrehung 21, in der ein Ventilkörper 22 axial verschiebbar angeordnet
ist. Die Ausdrehung 21 ist über einen achsparallelen Kanal 23 im Drehteil
16 mit der linken Druckmittelkammer 12 verbunden.
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Der Ventilkörper 22 weist einen Schaft 24 auf, dessen in F i
g. 1 rechtes Ende unter der Wirkung einer Druckfeder 25 an der linken
Stirnfläche eines Fortsatzes 26 des Betätigungsgliedes 17 anliegt.
Dieser Fortsatz 26 weist eine nach rechts offene Ausdrehung auf, in die eine
Schubstange 27 eingreift. Der Schubstange 27 wirkt eine Druckfeder
28 entgegen, die sich einerseits am Fortsatz 26 und andererseits über
ein hülsenförmiges Widerlager 29 an einem rotationssymmetrischen Formteil
30 aus Gummi abstützt.
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Das in F i g. 1 rechte Ende des Betätigungsgliedes
17 ist von einer Kappe 31 umschlossen, in der die Schubstange
27 geführt ist; der Innenraum der Kappe 31 steht über einen Kanal
32 und ein Luftfilter 33
ständig in Verbindung mit der Atmosphäre.
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Die Membran liegt an einer in F i g. 2 einzeln dargestellten
Tellerfeder 34 aus Metall oder einem anderen elastischen Werkstoff an. Die Tellerfeder
34 weist acht in gleichmäßigen Winkelabständen gegeneinander versetzte radiale Sicken
35 auf, die von außen nach innen allmählich tiefer werden und sich an einem
ringförmigen Widerlager 36 am Kopf 18
des Drehteils 16 abstützen.
Die Tellerfeder 34 ist am Betätigungsglied 17 zentriert, das sich mit einer
Ringschulter 37 an der Tellerfeder abstützt. Das Drehteil 16 ist durch
eine zwischen seinem Kopf 18
und der Stirnwand 15 des Gehäuses
10 eingespannte Keggelfeder 38 gegen die Tefferfeder 34 vorgespannt.
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In der abgebildeten Ruhestellung des Betätigungsgliedes
17 liegt der Ventilkörper 22 an einer Stirnfläche 39 des Formteils
30 abdichtend an, und diese Stirnfläche hat einen axialen Abstand von einem
am Drehteil 16 ausgebildeten Ventilsitz 40. Auf diese Weise sind in der Ruhestellung
des Betätigungsgliedes 17 die Ausdrehung 21 mit dem achsparallelen Kanal
23 und somit die Druckmittelkammern 12 und 13
miteinander verbunden,
während die Ausdrehung 21 und somit beide Druckmittelkammern vorn Innenraum der
Kappe 31 und somit von der Atmosphäre cyetrennt sind.
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Wenn man mit der Schubstange 27 das Betätii,ungsglied
17 in F i g. 1 nach links schiebt, nimmt lieses über die Druckfeder
28 das Formteil 30 mit, ;o daß sich dessen Stimfläche 39 gegen
den Ventilsitz
40 legt. Dadurch werden die Druckmittelkammein 12
und 13 voneinander getrennt. Eine weitere Verschiebunc, des Betätigungsgliedes
17 nach links hat zur Folg ,e, daß der Ventilkörper22 gegen den Widerstand
der Druckfeder 25 von der Stirnfläche 39 des Formteils 30 abgehoben
und somit die Verbinduna zwischen der Druckmittelkammer 13 und der Atmosphäre
über die Kanäle 19 und 20, die Ausdrehung 21, den Innenraum der Kappe
31 und das Luftfilter 33 freigegeben wird.
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Die nun in die Druckmittelkammer 13 einströmende Umgebungsluft
übt über die Membran 11, die Tellerfeder 34 und den Kopf 18 des Drehteils
16 eine Kraft auf ein Kraftabgabeglied 41 aus. Die über die Schubstange
27 eingeleiteie Betätigungskraft wird auf diese Weise verstärkt.
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Eine besonders bei Bremskraftverstärkern erwünschte Rückwirkung der
pneumatischen Hilfskraft auf das Betätigungsglied 17 und somit auf die Schubstange
27 ergibt sich dadurch, daß die radial außerhalb des ringförmigen Widerlagers
36 liegende Fläche der Membran 11 und der Tellerfeder 34 größer ist
als die radial innerhalb des Widerlagers liegende Fläche. Unter der Wirkung des
Druckunterschiedes zwischen den Druckmittelkammern 12 und 13 verformt sich
die Tellerfeder 34 daher derart kegelförmig, daß sie mit ihrem radial inneren Rand
eine nach rechts gerichtete Rückstellkraft auf die Ringschulter 37 des Betätigungsgliedes
17 ausübt.
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Die gleiche Wirkung ergibt sich, wenn das ringförmige Widerlager
36 in einzelne Ringsektoren unterteilt ist, die jeweils zwischen den Sicken
35 an der Tellerfeder 34 angreifen.
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.Wenn die kraftverstärkende Wirkung ausfällt, beispielsweise infolge
einer Verletzung der Membran 11,
entfällt auch die beschriebene, das Betätigungsglied
17 nach rechts drängende Rückstellkraft; infolgedessen wird der Abstand zwischen
dem Ventilkörper 22 und dem Boden der Ausdrehung 21 überwunden, so daß eine unmittelbare
mechanische Verbindung zwischen der Schubstange 27 und dem Kraftabgabeglied
41 entsteht.
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Der in F i g. 3 bis 5 dargestellte Kraftverstärker ist
eine Tandemanordnung, bei der ein Gehäuse 50
durch eine erste Membran
51, eine starre Zwischenwand 52 und eine zweite Membran
53 in vier Druckmittelkammern 54, 55, 56 und 57 unterteilt
ist. Die beiden Membranen 51 und 53 sind kreisringförmig gestaltet
und jeweils mit ihrem äußeren Rand zwischen dem in F i g. 3 linken, topfförmigen
Teil des Gehäuses 10 und der Zwischenwand 52 bzw. dem in F i
g. 3 rechten, ebenfalls topfförmigen Teil des Gehäus2s eingespannt. Die von
der ersten Membran 51
und der in F i g. 3 linken Stirnwand des Gehäuses
50
bec,renzte Druckmittelkammer 54 ist über ein Rückschlagventil
58 an der linken Stirnwand des Gehäuses mit einer Ansaugleitung oder anderen
Unterdruckquelle verbunden; in der dargestellten Ruhestellung des Kraftverstärkers
sind auch die übrigen Druckmittelkammern 55, 56 und 57 über
die Druckmittelkammer 54 mit der Unterdruckquelle verbunden.
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Die zweite Membran 53 ist mit ihrem inneren Rand an einem hülsenförmigen
Drehteil 59 befestigt. Das Drehteil 59 ist in einem ebenfalls hülsenförmigen
Betätigungsglied 60 geführt, das seinerseits im rechten Teil des Gehäuses
50 axial verschiebbar geführt ist.
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Die Zwischenwand 52 weist eine die Druckmittelkammern 54 und
56 ständig miteinander verbindende Bohrung 62 auf. In einer zentralen
Aussparung der Zwischenwand 52 ist ein zweites, ebenfalls im wesentlichen
hülsenförmiges Drehteil 64 axial verschiebbar aeführt. An diesem zweiten Drehteil
64 ist die erste Membran 51- mit ihrem radial inneren Rand befestigt; die
Membran liegt an einem kolbenartigen Flansch 65 an, der am in F i
g. 3 linken Ende des zweiten Drehteils ausgebildet ist.
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An seinem rechten Ende weist das Drehteil 64 eine Ausdrehung
66 auf, die durch eine Bohrung 63 ständig mit der Druckmittelkammer
56 verbunden ist. In der Ausdrehung 66 ist ein ringförmiger Ventilkörper
67 an einer Membran 68 befestigt, die mit ihrem äußeren Rand zwischen
den miteinander verschraubten Drehteilen 59 und 64 eingespannt ist. Das Drehteil
59 weist einen sich an den ringförmigen Ventilkörper 67 anschließenden
Innenraum 69 auf, der durch eine radiale Bohrung 70 im Dreliteil
59 und eine Bohrung 71 im Betätigungsglied 60 mit der Druckmittelkammer
57 verbunden ist. In der abgebildeten Ruhestellung des Betätigungsgliedes
ist die Ausdrehung 66 mit dem Innenraum 69 und somit die Druckmittelkammer
56 mit der Druckmittelkammer 57 verbunden.
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Das Drehteil 59 weist eine durchgehende axiale Bohrung 74 auf,
in der ein Kolben 73 geführt ist. Der Kolben 73 ist durch eine Feder
75 vom Drehteil 64 und somit auch vom Ventilkörper 67 weg vorgespannt
und liegt an einem axialen Fortsatz 76 eines am Betätigungsglied
60 befestigten Deckelteils 77 an. Das Deckelteil 77 weist eine
nach rechts offene Vertiefung auf, in die eine Schubstange 78 eingreift.
Zwischen dem Deckelteil 77 und dem Drehteil 59 ist eine weitere Druckfeder
79 eingespannt. Die gegenseitige axiale Verschiebung des Drehteils
59 und des Betätigungsgliedes 60 ist durch einen U-förmigen Bügel
80
begrenzt, der in eine auch den inneren Rand der Membran 53 aufnehmende
Ringnut 81 des inneren Drehteils 59 eingreift und sich durch Aussparungen
82 im Betätigungsglied 60 erstreckt.
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Das aus dem Gehäuse 50 herausragende rechte Ende des Betätigungsgleides
60 ist von einer Kappe 83 umschlosssen, die an einem am Gehäuse
50 befestigten Rohrstutzen 84 eingerastet ist. Die Kappe 83 weist
eine axiale öffnung auf, in der die Schubstange 78 geführt ist. Der Innenraum
der Kappe 83
ist über einen Kanal 85 zwischen dem Rohrstutzen 84 und
dem Betätigungsglied 60 und über ein Luftfilter 86 mit der Umgebungsluft
verbunden.
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Die Membran 53 liegt an einer Tellerfeder 88 aus Blech
oder anderem Werkstoff an. Die Tellerfeder 88
ist durch radiale Schlitze in
eine Anzahl radialer Finger 89 unterteilt, die nur über einen ringförmigen
Steg 90 zusammenhängen. Der Steg 90 liegt beim dargestellten Beispiel
am innneren Rand der Tellerfeder, er kann aber auch einen radialen Abstand vom Rand
der mittigen öffnung aufweisen. Die Tellerfeder 88
stützt sich mit ihrem inneren
Rand über die Membran 53 an einer ringförmigen vorderen Stirnfläche des Betätigungsgliedes
60 ab. In Gegenrichtung stützt sich die Tellerfeder 88 an einem ringförmigen
Widerlager 91 ab, das am Rand eines Flansches 61 des Drehteils
59 ausgebildet ist.
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Die Drehteile 59 und 64 sind von einer Rückstellfeder
92 derart belastet, daß sie bestrebt sind, ihre in F i g. 3 abgebildete
Stellung beizubehalten. Das Drehteil 59 weist einen ringförmigen Ventilsitz
93 auf, an dem in der Ruhestellung der ringförmige Ventilkörper
67 anliegt. Radial außerhalb des Ventilsitzes
93 mündet
ein achsparalleler Kanal 95 des Drehteils 59, an den sich ein achsparalleler
Kanal 94 im Deckelteil 77 anschließt. Die Verbindung zwischen der Ausdrehung
66 und dem Kanal 95 und somit die Verbindung zwischen der Druckmittelkammer
56
und der Umgebungsluft ist in der Ruhestellung durch den Ventilkörper
67 unterbrochen.
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Wenn das Betätigungsglied 60 mittels der Schubstange
78 nach links verschoben wird, nimmt es den Kolben 73 gegen den Druck
der Feder 75 mit, so daß dieser sich an den ringförmigen Ventilkörper
67 anlegt, wodurch die Druckmittelkammern 56 und 57
voneinander
getrennt werden. Bei einer weiteren Verschiebung des Betätigungsgliedes
60 uiid des Kolbens 73 zum Drehteil 64 hin wird der Ventilkörper
67
vom Ventilsitz 93 abgehoben, so daß die Umgebungsluft über das Luftfilter
86, die Kanäle 85, 94 und 95
in den Innenraum 69 des
Drehteils 59, und von dort weiter durch die Bohrungen 70 und
71 in die Druckmittelkammer 57 einströmt. Von dort gelangt die Umgebungsluft
über einen Kanal 72 in der Zwischenwand 52 in die Druckmittelkammer
55,
Die Fläche der Membran 53 und der Tellerfeder 88 radial
außerhalb des ringförmigen Widerlagers 91
ist größer als die Fläche radial
innerhalb dieses Widerlagers; deshalb bewirkt der Druckunterschied zwischen den
Druckmittelkammern 56 und 57 auch bei dem in F i g. 3 bis
5 dargestellten Ausführungsbeispiel eine kegelförmige Verformung der Tellerfeder.
Die Tellerfeder 88 übt somit auch hier eine Rückwirkung auf das Betätigungsglied
60 aus, deren Stärke ein bestimmter Bruchteil derjenigen Kraft ist, die von
der Tellerfeder 88 über das Widerlager 91
und das Drehteil 64 auf ein
nicht dargestelltes Kraftabgabeglied ausgeübt wird. Auf das Kraftabgabeglied wirkt
außer der vom Druckunterschied zwischen den Druckmittelkammern 56 und
57 hervorgerufenen Bremshilfskraft noch die im dargestellten Beispiel etwa
gleich große Kraft, die vom ebenso großen Druckunterschied zwischen den Druckmittelkammern
54 und 55 hervorgerufen wird. Im Falle einer Verletzung einer der beiden
Membranen 51 oder 53,
die einen Ausfall der Kraftverstärkung bewirkt,
wird das Deckelteil 77 des Betätigungsgliedes 60 so weit verschoben,
bis es eine mechanische Verbindung zwischen dem Betätigungsglied und dem Drehteil
59 und somit auch mit dem Drehteil 64 herstellt, so daß die über die Schubstange
78 eingeleitete Betätigungskraft unverstärkt auf das Kraftabgabeglied übertragen
wird.