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Hydraulischer Kraftverstärker
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Die Erfindung bezieht auf einen hydraulischen Kraftverstärker, insbesondere
zur Betätigung von Hauptzylinderkolben i n F in Fahrzeugbremsanlagen, mit einem
Verstärkerkolben und mit einem parallel zum Verstärkerkolben angeordneten Bremsventil,
bei dem an einer pedalbetätigbaren Kolbenstange eine Hebelbetätigung für das Bremsventil
angelenkt ist.
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Eine Vorrichtung mit den gattungsgemäßen Merkmalen ist aus der DE-OS
23 64 111 bekannt geworden. Der bekannte hydraulische Kraftverstärker weist eine
mit einem Bremspedal verbundene Kolbenstange auf, deren dem Bremspedal abgewandte
Ende in den Verstärkerraum der Anordnung hineinragt und von einer Sackbohrung des
Verstärkerkolbens aufgenommen wird. Der Verstärkerkolben ist mit einem Fortsatz
versehen, an dem ein Hebel schwenkbar gelagert ist, dessen anderes Ende am Bremsventil
angreift. Zwischen der Lagerstelle des Hebels und dem am Bremsventil angreifenden
Hebelende ist ein Drehzapfen vorgesehen, der eine Verbindung mit der Kolbenstange
herstellt.
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In der Ruhelage der Anordnung nimmt das Bremsventil eine Lage ein,
durch die der Verstärkerraum von der Druckquelle getrennt ist. Bei einer Betätigungskraft
auf das Bremspedal wird das eine Ende der Kolbenstange tiefer in die Sackbohrung
des Verstärkerkolbens hineingedrückt, wodurch der Hebel eine Schwenkbewegung ausführt
und das Bremsventil betätigt.
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Nun wird Druckmittel in den Verstärkerraum eingesteuert. Ein Druckaufbau
im Verstärkerraum bedingt, daß der Verstärkerkolben in herRömmlicherWeise vorgetrieben
wird, bis ein Gleichgewichts zustand zwischen der aufgebrachten Pedalkraft und den
der Pedalkraft entgegenwirkenden Kräften hergestellt ist. In dieser Gleich,qewichtslage
schwenkt der am Bremsventil angreifende Hebel zurück bits die Druckzufuhr zum Verstärkerraum
auf
das erforderliche Maß reduziert ist. Fällt bei der bekannten Anordnung die Hilfsenergie
aus, so erreicht die Kolbenstange nach einem konstruktiv bedingten Leerweg den Boden
der Sackbohrung, so daß die durch den Kraftverstärker zu betätigenden Einrichtungen
ausschließlich durch Fußkraft betätigbar sind.
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Bei jeder Silfskraftvunterstützten Bremsung entfernt sich das in die
Sackbohrung des Verstärkerkolbens eingreifende Ende der Kolbenstange vom Boden der
Sackbohrung, so daß die genannten Teile je nach der Bremsstärke einen gewisssen
Abstand voneinander bilden. Fällt nun in einem derartigen Betriebszustand die Hilfsenergie
aus, so muß zunächst dieser Abstand überwunden werden, bevor eine ausschließlich
durch Fußkraft hervorgerufene Betätigung einsetzen kann. ist der beschriebene hydraulische
Kraftverstärker Bestandteil eines Bremskraftverstärkers, so wird in einem derartigen
Störfall ein starkes Durchsacken des Bremspedals zu Verzeichnen sein, bis die Kolbenstange
am Boden der Sackbohrung des Verstärkerkolbens zur Anlage gebracht ist. Ein derartiges
Verhalten ist überaus unerwünscht, da es in Extremfällen sogar Schreckreaktionen
beim Fahrer auslösen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
hydraulischen Kraftverstärker der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem
die Kolbenstange in jedem Betriebszustand spielarm mit dem Verstärkerkolben in Kontakt
gebracht ist und der sich ferner durch eine kurze Baulänge sowie eine geringe Ansprechkraft
auszeichnet.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an der Kolbenstange
angelenkter, erster Hebel schwenkbar im Gehäuse gelagert ist, daß im wesentlichen
parallel zum ersten Hebel ein zweiter Hebel vorgesehen ist, dessen eines Ende in
Wlrkungslinie zwischen Kolbenstange und Verstärkerkolben liegt und dessen anderes
Ende am Bremsventil angreift und daß die Hebel zwischen dem Anlenkpunkt an der Kolbenstange
und der
der Lagerstelle im Gehäuse drehbar aneinander gelagert sind,
so daß eine Schwenkbewegung des ersten Hebels eine Drehbewegung des zweiten Hebels
mit entgegengesetztem Drehsinn auslöst.
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Ausgestaltung ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß die Kolbenstange
über den Hebelmechanismus in jedem Betriebszustand spielarm mit dem Verstärkerkolben
gekoppelt ist, so daß beim Ausfall der Hilfsenergie in einer Bremsbetätigungsstellung
ein Durchsacken der Kolbenstange und des Bremspedals vermieden ist. Wenn die Drehverbindung
zwischen den Hebeln auf der Hälfte der Hebellängen liegt, stellt sich bei einer
Aus lenkung des ersten Hebels eine entsprechende Auslenkung des zweiten Hebels und
eine entsprechende Bewegung des Steuerkolbens des Bremsventils ein. Ist die Drehverbindung
der Hebel an einer Stelle vorgesehen, die einen geringeren Abstand zum Anlenkpunkt
an der Kolbenstange als zur ortfesten Lagerstelle hat, ergibt sich bei einer Auslenkung
des ersten Hebels eine vergrößerte Bewegung des Steuerkolbens. Dies hat insbesondere
den Vorteil, daß der Pedalleerweg vor dem Einsteuern von Druckmittel in den Verstärkerraum
sehr gering ist. Die Lage der Drehverbindung hat also unmittelbar einen Einfluß
auf die Empfindlichkeit des hydraulischen Kraftverstärkers.
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Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn der erste
Hebel an einem Ende einen aus der Hebelebene herausragenden Zapfen trägt, der in
eine Gehäusebohrung einsetzbar ist. Konstruktiv besonders einfach ist es, den ersten
Hebel am anderen Ende mit einem Langloch zu versehen, das einen von der Kolbenstange
Qn2en Zapfen umgreift. Durch eine derartige Augestaltung kann der erste Hebel bei
einer Bewegung der Kolbenstange seiner Winkellage zur Kolbenstange ohne weiteres
ändern. Zu dem ermöglicht diese Art der aus Langloch und Zapfen bestehenden'lagerung
eine Bewegung der Kolbenstange, ohne daß nenenswerte Reibkräfte auftreten. Die Drehverbindung
zwischen den Hebeln ist besonders einfach herstellbar, wenn jeder Hebel mit einer
Bohrung versehen ist, in der ein Drehzapfen angeordnet ist.
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Zu einer Verbesserung der Führung der Hebel trägt es bei, wenn im
Bereich des Drehzapfens ein Flächenkontakt zwischen den Hebeln hergestellt ist.
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Besonders vortcilhaft ist es, das dem Bremsventil ferne Ende des zweiten
Hebels mit einem Fortsatz zu versehen, der beim Bremslösevorgang am Gehäuse anschlägt,
bevor die Kolbenstange ihre Ruhelage einnimmt. Störungen, bei denen das Bremsventil
in geöffneter Stellung verklemmt und die Betätigungskraft fort.fällt, wird die Kolbenstange
durch den Druck im Verstärkerraum zurückgeführt. Der zweite Hebel ist gezwungen,
dieser Bewegung zu folgen, indem er um den Anlage punkt des Fortsatzes am Gehäuse
im Gegenuhrzeigersinn schwenkt und das Bremsventil in die Ruhelage zurückführt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand eines
in Figur 1 und Figur 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen hydraulischen Kraftver.stärker mit einem Hauptzylinder
Fig. 2 die Hebelbetätigung-des Kraftverstärkers in perspektivischer Ansicht und
Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, in dem zwei parallel zueinanderiegende
Gehäusebohrungen 2,3 angeordnet sind. In der ersten Gehäusebohrung 2 ist ein Verstärkerkolben
4 und ein mit dem Verstärkerkolben 4 verbundener Hauptzylinderkolben 5 geführt.
Der Hauptzylinderkolben 5 begrenzt eine Kammer 6, in der durch eine nach links gerichtete
Verschiebung des Hauptzylinderkolbens 5 ein Druck erzeugbar ist, der über einen
Anschluß 7 einer oder mehreren nicht dargestellten Radbremsen zuführbar ist.
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Koaxial zum Verstärkerkolben 4 und Hauptzylinderkolben 5 ist eine
Kolbenstange 8 angeordnet, die durch ein nicht dargestelltes Bremspedal betätigbar
ist und mit ihrem in der Darstellung linken Ende in einen Verstärkerraum 9 ragt,
wobei ein Bund 1o an der Kolbenstange 8 eine in der Darstellung nach rechts gerichtete
Bewegung begrenzt. Vom Bund ;io ragt ein Fortsatz 11 weiter in den Verstärkerraum
9 hinein. am Fortsatz 11 ist ein t3 der Kolbenstange
Zapfen 12 angeformt, der in ein Langloch 13 eines ersten Hebels 14 eingreift. Das
dem Langloch 13 abgewandte Ende des Hebels 14 weist einen aus der Hebelebene herausragenden
Zapfen 15' auf, der in eine Sackbohrung 16 des Gehäuses 1 eingreift. Auf diese Weise
ist der erste Hebel 14 schwenkbar um den Zapfen 15 gelagert.
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Im wesentlichen parallel .um ersten Hebel 14 ist ein zweiter Hebel
17 angeordnet, der mit einem Ende am Verstärkerkolben 4 anliegt und mit dem anderen
Ende über eine Hülse 18 und einen Fortsatz 19 am Steuerkolben 20 des Bremsventils
angreift. In dieser Lage sind die beiden Hebel 14, 17 durch einen in entsprechende
Bohrungen 21 eingreifenden Drehzapfen 22 drehbar am Drehzapfen 22 gelagert.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist nachfolgend näher
erläutert: Es sei angenommen, daß die Kolbenstange 8 unbetätigt ist, so daß alle
Teile die in Figur 1 gezeigte Lage einnehmen. Bei einer Betätigungskraft auf die
Kolbenstange 8 wird zunächst der erste Hebel 14 um den Zapfen 15 im gageneLArzeigersinn
geschwenkt, wobei der Zapfen 12 seine Relativlacje im Langloch 13 verändert. Nach
der Uberwindung des fertigungstechnisch unvermeidbaren Spiels setzt ebenfalls eine
Schwenkbewegung des Drehzapfens 22 ein, so daß sich der Hebel 17 relativ zum Hebel
14 im Uhrzeigersinn verdreht. Das untere Ende 23 des zweiten Hebels 17 bewegt sich
folglich in der Darstellung nach links und betätigt das Bremsventil. Durch den Steuerkolben
20 werden nun zunächst die Radialkanäle 24 im Ventilkörper 25 verschlossen, so daß
eine Verbindung zwischen dem Verstärkerraum 9 und einem am Anschluß 26 angeschlossenensdrucklosen
Rücklaufbehälter unterbrochen ist. Bei einer weiteren Verschiebung des Steuerkolbens
20 kommen die Radialkanäle 27,28 zur Ubereeckungaund ein am Anschluß 29 zur Verfügung
stehender Fremddruck gelangt über die Axialbohrung 30 in den Verstärkerraum 9. Der
in den Verstärkerraum 9 eingesteuerte Druck bewirkt nun einerseits, daß die mit
dem Anschluß 31 in Verbindug stehenden, nicht dargestellten Radbremsen mit dynamischem
Druck beaufsch¼gt werden und andererseits, daß die in der Darstellung rechte Stirnfläche
des Verstärkerkolbens 4 druckbeaufschlagt wird, wodurch der Verstärkerkolben 4 und
der mit ihm gekoppelte Hauptzylinderkolben 5 nach links verschoben werden. Somit
tritt auch in der Kammer 6 ein Druckaufbau ein, der sich über den Anschluß 7 zu
weiteren Radbremsen fortpflanzt.
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Durch die Bewegung des-Verscarkerkolbens 4 schwenkt der zweite
Hebel
17 soweit zurück, bis die Relativlage der Hebel 14,17 der Relativiage vor BremsbetStigung
entspricht.
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Fällt nun in dieser Betätigungsstellung der am Anschluß 29 zur Verfügung
stehende Hilfsdruck aus, bleibt der zweite Hebel in Anlage am Verstärkerkolben,
während das untere 12 Ende 23 des zweiten Hebels soweit nach links bewegt wird,
bis der Steuerkolben 20 am Ventilkörper 25 zur Anlage kommt.
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Dieser Wegverlust ist am Bremspedal kaum spürbar und kann zudem durch
die Lage des DrehzBpfens 22 auf ein Cs Maß beschränkt werden. Legt man den Drehzapfen
22 nämlich nicht in die Mitte der Hebel 14,17, sondern näher an den Zapfen 12, so
findet eine wesentliche Verringerung des Pedalleerweges beim Ausfall der Hilfsdruckquelle
in der Betätigungsstcllung statt. Beim Fortfall der Betätigungskraft F auf die Kolbenstange
8 wird die gesamte Anordnung durch die Kraft der Druckfedern 32,33 in die in Figur
1 dargestellte Ruhelage zurückgeführt.
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In Figur 2 sind Einzelteile der Anordnung nach Figur 1 perspektivisch
dargestellt. Es sind die beiden Hebel 14,17 erkennbar, wobei der Hebel 14 in beschriebener
Weise mit dem Fortsatz 11 der.Kolbenstange 8 verbunden ist. Am anderen Ende des
Hebels 14 ist der Zapfen 15 angeformt. Parallel zum ersten Hebel 14 ist der Hebel
17 um den Drehzapfen 22 drehbar angeordnet, wobei das untere Ende 23 des zweiten
Hebels 17 den Fortsatz 19 des Steuerkolbens 20 klauenartig umgreift.
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Das obere Ende des Hebels 17 ist in seiner Form der Mantelfläche des
Fortsatzes 11 der Kolbenstange angepaßt. Der erste Hebel 14 ist im Bereich des Drehzapfens
22 derart gebogen, daß die beiden Hebel 14,17 im Bereich des Drehzapfens 22 aneinander
zur Anlage kommen. Bezüglich der Ausgestaltung der Hebel 14,17 sind ebensogut andere
Lösungen denkbar, die sich im wes ntlicnen nach den Stabilitätsanforderungen richten
und durch die jeweils zur Verfügung stehenden Bauraumerhältnisse mitbestimmt werden.
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Bei dem in Fig. 3 aussehnittartig dargest'llten kraftverstärker ist
angenommen, daß die Betätigungskraft F auf die Kolbenstange 8 weggenomnen wird,
währcnd der Steuerkolben 20 beispielsweise durch Verschmutzung eine Lage im Ventilkörper
25 beibehalt, in der die Radialkanäle 27, 28 einander über decken, so daß trotz
gelöster Bremse Druckmittel in den Verstärkerraum 9 gelangt.
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Der in den Verstärkerraum 9 eingesteuerte Druck hält den Verstärkerkolben
4 und den Hauptzylinderkolben 5 in der Betätigungsstellung. Bevor der Bund 1o am
Gehäuse anschlägt, kommt das dem Bremsventil 20,25 abgewandte Ende des zweiten Hebels
17 mit einem Fortsatz 34 am Gehäuse 1 zur Anlage. Da der im Verstärkerraum 9 vorherrschende
Druck eine in der Darstellung nach rechts gerichtete Rückstellkraft auf die wirksame
Flache der Kolbenstange 8 ausübt, wird die Kolbenstange 8 weiter nach rechts geschoben,
wobei der erste Hebel 14 den zweiten Hebel 17 über den Drehzapfen 22 mitnimmt. Der
zweite Hebel 17 kann der Bewegung des ersten Hebels 14 jedoch nur in der Form folgen,
daß der zweite Hebel 17 um den Anlagepunkt seines Fortsatzes 34 am Gehäuse 1 zurückschwenkt
und den Steuerkolben 20 in seine Ruhelage zurückführt, in der der Verstärkerraum
9 eine Verbindung zum drucklosen Behälter hat.
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Wenn der Bund 1o der Kolbenstange 8 am Gehäuse 1 anschlägt, haben
alle Teile des Kraftverstärkers ihre Ruhelage eingenommen.