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Schlupfgeregelte Bremsanlage für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine für Kraftfahrzeuge, insbesondere
Straßenfahrzeuge vorgesehene schlupfgeregelte Bremsanlage mit einem Bremskraftverstärker,
der auf einen im wesentlichen aus einem Druckstangenkolben mit Schaft, einem Schwimmkolben
sowie einer auf dem Schaft verschiebbar gelagerten, mit dem Steuergehäuse des Bremskraftverstärkers
gekoppelten Tandemhauptzylinder einwirkt, mit Druckmittelleitungen, die den Tandemhauptzylinder
mit den Radbremsen verbinden, mit steuerbaren, in den Druckmittelwegen zu den Radbremsen
und zu einem Druckausgleichs- und Nachfüllbehälter eingefügten Mehrwegeventilen,
mit einer Hilfsdruckquelle, mit Meßwertaufnehmern zur Ermittlung des Raddrehverhaltens
sowie mit elektronischen Schaltungen zur Auswertung der Meßwerte und zur Erzeugung
von Ventil-Steuersignalen.
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Es sind bereits Bremsanlagen mit Schlupfregelung bekannt, die einen
Tandemhauptzylinder aufweisen, dessen beide hydraulischen Kreise über schaltbare
Ventile mit den Radbremsen verbunden sind. Zum Druckabbau an den Radbremszylindern
als Maßnahme gegen eine drohende Radblockierung wird mit den Ventilen ein Druckmittelweg
von dem jeweiligen Radbremszylinder zu dem Druckausgleichs- oder Nachfüllbehälter
freigegeben, so daß Hydraulikmedium aus den hydraulischen Bremskreisen abfließen
kann. Um ein Erschöpfen des Hydraulikvolumens nach mehrfachem Druckabbau zu vermeiden,
muß bei solchen Systemen während des Bremsschlupfregelvorganges
dynamisch
Hydraulikmedium in die unter Druck stehenden Bremskreise nachgefördert werden.
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Die bekannten Anlagen benötigen daher für jeden geregelten Hydraulikkreis
unabhängig voneinander schaltbare Mehrwegeventile. Da der Druckabbau in allen Kreisen
durch Druckausgleich zum Nachlaufbehälter hin erfolgt, wird der Energieverbrauch
beträchtlich. Der Aufwand für die individuelle Regelung des Bremsdruckes in den
voneinander unabhängigen Kreisen sowie zur Erzeugung und Bereitstellung der insbesondere
unter ungünstigen Bedingungen, wie Eis- oder Wasserglätte, erforderlichen hohen
hydraulischen Energie erfordert daher bei den bekannten Bremsanlagen einen hohen
Aufwand für Pumpen, Druckspeicher usw.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässig arbeitende
Bremsanlage mit Schlupfregelung zu schaffen, die sich mit einer verhältnismäßig
leistungsschwachen Hilfdruckquelle begnügt, die insgesamt nur einen geringen Bauteile-
und Herstellungsaufwand benötigt und die auch dann noch funktionsfähig ist, wenn
der Bremskraftverstärker ausgefallen ist.
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Dies wird erfingunsgemäß dadurch erreicht, daß sowohl der Schwimmkolben-Bremskreis
als auch der Druckstangenkolben-Bremskreis als im Regelfalle danamische, über Mehrwegeventile
an den Nachlaufbehälter und an die Hilfsdruckquelle angeschlossene Bremskreise ausgebildet
sind, sowie dadurch daß die Hilfsdruckquelle mit dem Nachlaufbehälter über ein Hauptventil
in Verbindung steht, wobei das Hauptventil und die Mehrwegeventile über einen Aktivierungsschalter
an die elektrischen Schaltungen angeschlossen
sind, der über Druckleitungen
mit den Druckräumen des Hauptbremszylinders in Verbindung steht und der nur dann
auf Durchgang geschaltet ist, wenn in beiden Druckräumen ein Mindestdruck herrscht.
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Vorzugsweise weist die Hilfsdruckquelle eine elektromotorisch angetriebene,
beim Einsetzen der Schlupfregelung einschaltbare Hydraulikpumpe auf, deren Druckseite
über ein in der Ausgangs- oder Ruhestellung, d. h. bei ausgeschalteter Schlupfregelung
und/oder beim Druckabbau auf Durchgang geschaltetes magnetbetätigtes 2/2-Wegeventil
mit dem Druckausgleichsbehalter hydraulisch verbunden ist.
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Mit Vorteil sind die im Regel falle dynamischen Bremskreise über je
ein in der Ausgangs- oder Ruhelage auf Durchgang geschaltetes druckgesteuertes 3/2-Wegeventil
von der Hilfsdruckquelle abgekoppelt.
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Um beim Einsetzen der Schlupfregelung einen Druckabbau in den Radzylindern
bewirken zu könn-en, ist in den den Hauptbremszylinder hydraulisch mit den Radbremsen
verbindenden Druckmittelwegen je ein in der Ausgangsstellung auf Durchgang geschaltetes
magnetbetätigtes 2/2-Wegeventil eingefügt.
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Zweckmäßigerweise ist außerdem in den den Hauptbremszylinder mit den
Radbremsen hydraulisch verbindenden Druckmittelwegen der im Regelfalle dynamischen
Bremskreise je ein in der Ausgangsstellung gesperrtes magnetbetäcigtes 2/2-Wegeventil
eingeschaltet, dessen Ausgang an die Riicklaufleitung angeschlossen ist.
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Um sicher zu stellen, daß auch bei Ausfall des Bremskraftverstärkers
die vom Fahrer aufgebrachte Fußkraft ausreicht, um eine bremsschlupfgeregelte Abbremsung
des Fahrzeugs zu erreichen, weist die auf dem Schaft verschiebbar gelagerte Hülse
einen Bolzen auf, der sich mit Spiel quer durch einen Schacht im Schaft des Druckstangenkolbens
hindurch erstreckt und der mit einem Zentralventil im Druckstangenkolben zusammenwirkt,
das einen den Druckraum vor dem Druckstangenkolben mit dem Ringraum hinter dem Druckstangenkolben
verbindenden Kanal sperrt, wenn eine Relativbewegung zwischen dem mit der Druckstange
gekoppelten Schaft und der mit dem Steuergehäuse zusammenwirkenden Hülse erfolgt,
wobei das Spiel etwa dem Ventilschließweg des Zentralventils entspricht.
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Damit bei intaktem Bremskraftverstärker die vom Steuergehäuse bewegte
Hülse ein Schließen des Zentralventils im Druckstangenkolben bewirkt, ist ein eine
zentrale Öffnung aufweisender auf die Hülse aufgeschobener Stützring mit sich radial
nach innen zu erstreckenden Zapfen oder Fingern vorgesehen, die durch Schlitze oder
Öffnungen greifen, die in der den Schaft des Druckstangenkolbens umschließenden
Hülse vorgesehen sind, wobei die Finger an einem Vorsprung oder Kragen des Schaftes
anliegen und wobei der Stützring sich über eine Feder an einem Flansch oder Anschlagring
der Hülse abstützt.
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Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu.
Eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Vakuumbremskraftverstärker
mit
einem Tandem-Hauptbremszylinder für eine Kraftfahrzeugbremsanlage, bei der der Hauptzylinder
in die Steuerbaugruppe einer hydraulischen Bremsschlupfregelanlage eingeschaltet
ist und Fig. 2 den Tandem-Hauptzylinder gemäß Fig. 1 im Längsschnitt und in vergrößerter
Darstellung.
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Das Gehäuse 1 des Bremskraftverstärkers besteht aus zwei an einer
Verbindungsstelle 14 miteinander lancierten Gehäuseschalen 15,16. Der Innenraum
des Gehäuses wird durch einen Membranteller 5 in eine Unterdruckkammer 2, die über
eine Anschlußbohrung mit einer Vakuumquelle verbunden ist, und eine Arbeitskammer
3 unterteilt. Der Membranteller 5 weist eine am Membranteller 5 anliegende Rollmembran
4 und ein mit dem Membranteller 5 und der Rollmembran 4 verbundenes, zylindrisch
ausgebildetes Steuergehäuse 7 auf. Die Rollmembran 4 ist an der Verbindungsstelle
14 druckdicht eingespannt und umgreift mit ihrem inneren Abschnitt den Hals 17 des
Membrantellers 5 und dichtet diesen gegenüber dem Steuergehäuse 7 ab. Das Steuergehäuse
7 ragt mit seinem zylindrischen Teil 7' aus dem Verstärkergehäuse 1 heraus und dichtet
mit einem Gleitführungsring 83 die Arbeitskammer 3 nach außen hin ab.
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Im Inneren des Gehäuses 7 ist die aus Kolbenstange 11 und Ventilkolben
9 zusammengesetzte Steuerstange axial verschiebbar angeordnet, die über einen Gabelkopf
mit dem Bremspedal des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Steuergehäuse 7, 7' enthält
ferner eine Ventilanordnung 8,13,
die über den Ventilkolben 9 betätigt
wird und über Kanäle 19,20 die Druckdifferenz zwischen Unterdruckkammer 2 und Arbeitskammer
3 steuert.
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Der in der Druckkammer 2 angeordnete Teil des Steuergehäuses 7 weist
ferner eine Ausnehmung 21 auf, in der eine Reaktionsscheibe 10 aus gummielastischem
Werkstoff gehalten ist und die die Druckplatte 22 der Druckstange 12 führt, die
einen an der Stirnseite der Gehäuseschale 16 des Verstärkergehäuses 1 befestigten
Hauptbremszylinder 23 betätigt.
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Zum Zurückstellen des Membrantellers 5 mit Membrane 4 und Steuergehäuse
7 ist eine Gerätefeder 6 vorgesehen, die zwischen dem Membranteller 5 des Steuergehäuses
7 und der Gehäuseschale 16 des Verstärkergehäuses 1 eingespannt ist.
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Im Hauptzylinder 23 sind ein Schwimmkolben 24 und ein als Stufenkolben
ausgebildeter Druckstangenkolben 25 gelagert, wobei auf dem Schaft 26 des Druckstangenkolbens
25 eine Hülse 27 längsverschiebbar angeordnet ist, die die Funktion eines Steuerelements
hat. Der Ringraum 28 hinter der Schulter 29 des Druckstangenkolbens 25 ist mit dem
an den Stutzen 30 angeschlossenen Nachlaufbehälter 60 über eine Nachlaufbohrung
31 verbunden, die mit Hilfe eines ringförmigen Ventilkörpers 32 verschließbar ist.
Der Ventilkörper 32 ist auf seiner dem Steuergehäuse 7 zugekehrten Seite von einer
Schließfeder 33 beaufschlagt, deren eines Endes sich auf dem Kopfstück 34 abstützt,
das den Hauptzylinder 23 verstärkerseitig verschließt und das eine zentrale Öffnung
für den Durchtritt der Hülse 27 aufweist. Auf der Hülse 27 ist am hauptzylinderseitigen
Ende
ein verschiebbarer Reibring 35 angebracht, der dafür Sorge trägt, daß der Ventilkörper
32, in der Offenstellung gehalten wird, wenn sich der Druckstangenkolben 25 in der
Ausgangsstellung befindet. Der Ringraum 28 ist über einen Kanal 36, in dem ein Zentralventil
38 angeordnet ist, mit dem Druckraum 40 vor dem Druckstangenkolben 25 verbunden.
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In der dargestellten Lösestellung des (Tandem-)Hauptzylinders 23 ist
das Ventil 37 sowie die Ventilanordnung 39 geöffnet, und es besteht eine Flüssigkeitsverbindung
vom Stutzen 30 zum Druckraum 40 und vom Stutzen 41 über das Zentralventil 54 im
Bodenstück 18 zum zweiten Druckraum 42. Bei Einleitung eines Bremsvorgangs (bei
intaktem Bremskraftverstärker) bewegen sich die Druckstange 12 und die Hülse 27
nahezu gleichzeitig nach links, da unmittelbar nach dem Verschieben der Kolbenstange
11 das Doppelventil (8,13) das Einströmen von Luft in die Arbeitskammer 3 bewirkt
und sich die aus dem Membranteller 5 und der Membrane 4 bestehende bewegliche Wand
79 zusammen mit dem Steuergehäuse 7 mit der Stützplatte 53 in Betätigungseinrichtung
(Pfeilrichtung A) verschieben. Durch diese Verschiebung der Hülse 27 baut sich in
den Druckräumen 40 und 42 ein Bremsdruck auf, da die Ventile 38 und 54 bzw.
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die Verbindungen zum Stutzen 41 bzw. zum Ringraum 28 verschließen.
Da eine geringe Relativbewegung zwischen dem pruckstangenkolben 25 und der Hülse
27 stattfindet, wird der Kanal 36 verschlossen, so daß der volle Kolbenquerschnitt
a des Druckstangenkolbens 25 wirksam ist.
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Bei Ausfall des Verstärkers verbleibt das Steuergehäuse 7 bei Betätigung
des Bremspedals bzw. beim Verschieben der Kolbens tange 11 zunächst in der Lösestellung,
während die
Druckstange 12 sich in Betätigungsrichtung nach links
verschiebt und dabei die Hülse 27 mitnimmt. Bereits in der Anfangsphase des Druckaufbaus
in den Druckräumen 40 und 42 bleibt der Druckmitteldurchgang zum Ringraum 28 über
den Kanal 36 und das Zentralventil 38 geöffnet, da eine Relativverschiebung zwischen
der Hülse 27 und dem Schaft 26 des Druckstangenkolbens 25 (im Bereich des Spiels
s) nicht stattfindet. Eine weitere Verschiebung der Kolbenstange 11 in Pfeilrichtung
A (nach links) bewirkt nun, daß der ringförmige Ventilkörper 32 die Nachlaufbohrung
31 verschließt, da die Schließfeder 33 infolge der Bewegung der Hülse 27 über den
mit der Hülse 27 verbundenen Reibring 35 frei wird und den Ventilkörper 32 nach
links bewegen kann. Eine weitere Verschiebung der Teile 11, 13, 12, 25 und 27 in
Pfeilrichtung A ermöglicht, daß der Druckstangenkolben 25 als Plungerkolben wirkt,
wobei der wirksame Querschnitt nun c ist, so daß sich ein hoher hydraulischer Druck
in den Bremskreisen I und II aufbauen kann (bei gegebenex Fußkraft). Der Druck vor
und hinter der Schulter 29 des Druckstangenkolbens 25 ist in diesem Falle gleich
groß. Die Primärmanschette 50 des Ventils 37 ist hierbei außer Funktion. Wird das
Pedal zurückgesteuert, bewegt sich also die Kolbenstange 11 entgegen der Pfeilrichtung
A, so strömt das Druckmittel aus dem Ringraum 28 hinter der Schulter 29 über die
Manschette 50 in den Raum 40 bis das Ventil 32 öffnet. Danach kann das Druckmittel
über die Nachlaufbohrung 31 und den Stutzen 30 in den Nachlaufbehälter strömen.
In der Lösestellung ist dann der ringförmige Ventilkörper 32 wieder geöffnet.
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Bei herkömmlichen Verstärkern ist der Tandem-Hauptzylinder-Durchmesser
für den Ausfall des Bremskraftverstärkers
ausgelegt. Bei dem in
der Zeichnung dargestellten Verstärker ist der Durchmesser der Hülse 27 so bemessen,
daß ihr Querschnitt auf die bloße Hubkraft ausgelegt ist, wobei die Durchmesser-Vergrößerung
des Kolbens 25 gegenüber der Hülse 27 die Pedalwegverkürzung bei intakter Anlage
ermöglicht. Es ist bei dem dargestellten Verstärker sowohl eine Pedalwegverkürzung
als auch eine Anhebung der Abbremsung erzielbar durch das Verringern der wirksamen
Kolbenfläche von a auf den Querschnitt c der Hülse 27 bei Ausfall der Verstärkung.
Ein besonderer Vorteil des Hauptzylinders 23 besteht auch darin, daß er anstelle
eines herkömmlichen Aggregats eingebaut werden kann, ohne daß zusätzliche Änderungen
an der Bremsanlage oder dem Kraftfahrzeug erforderlich werden.
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An die beiden Druckanschlüsse 43, 44 des Hauptbremszylinders 23 sind
die Hauptbremsleitungen 45, 46 angeschlossen, die zu den Radbremsen (nicht näher
dargestellt) führen. In die Hauptbremsleitungen 45, 46 sind Sperrventil 48, 49 und
Regelventil 51, 52 (stromlos = offen) bzw. 55, 56 (stromlos = geschlossen) eingeschaltet,
wobei die Sperrventile 48, 49 über die Verbindungsleitung 57 mit einer Pumpe 58
verbunden sind, die ihrerseits über die Saugleitung 59 mit dem Nachlaufbehälter
60 in Verbindung steht.
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Bei intaktem Bremskraftverstärker wirkt bei Bremsbetätigung die große
Kolbenfläche a des Tandem-Hauptzylinders 23, was einen reduzierten Pedalweg bedeutet.
Nach Überwindung eines Kolbenweges von ca. 40 % des gesamten Kolbenweges kann die
Blockiergrenze erreicht sein. In einer solchen Situation sperren die Ventile 48,
49 und das Hauptventil 61. In die ifauptbremsleitungen 45, 46 ist
außerdem
ein Aktivierungsschalter 62 mit zwei "und" verknüpften Steuereingängen eingeschaltet,
der mit einer elektronischen Steuereinheit (nicht näher dargestellt) verbunden ist,
und der nur auf Durchgang schalten kann, wenn beide Druckanschlüsse 43, 44 beaufschlagt
sind, d.h.
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wenn in beiden Druckleitungen 69, 70 ein Mindestdruck herrscht, so
daß die Bremskreise auch nur geregelt werden können, wenn beide Bremskreise intakt
sind, d. h. wenn der Druck in den beiden Hauptbremsleitungen 45, 46 einen Druck
von z.B. 5 bar erreicht hat. Sobald die Pumpe 58 eingeschaltet ist, kann eine Anti-Blockierregelung
durch Schalten der Regelventile 51, 52 bzw. 55, 56 (und nach vorherigem Schalten
der Sperrventile 48, 49) erfolgen.
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Soll die Abbremsung des Fahrzeugs beendet werden, wird das Bremspedal
zurückgesteuert, wobei in beiden Druckräumen 40, 42 des Tandem Hauptzylinders 23
der Druck absinkt, so daß der Aktivierungsschalter 62 ein Umschalten des Haupt-'
ventils 61 und das Zurückschalten der Sperrventile 48, 49 (infolge des Druckabfalls
in den Steuerleitungen 63, 64) bewirkt, wobei die Druckräume 40, 42 wieder mit den
Radzylindern verbunden werden. An den Ringraum 28 des Hauptzylinders 23 ist ein
Druckschalter 65 angeschlossen, der mit einer Kontrollampe 72 verbunden ist, die
anzeigt, ob der Bremskraftverstärker funktionsfähig ist (in diesem Falle ist der
Ringraum 28 drucklos) oder aber ob nur die Fußkraft für den Druckaufbau in den Druckräumen
40, 42 verfügbar ist (in welchem Falle im Ringraum 28 Bremsdruck herrscht).
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Die dargestellte Bremsanlage ist auch als Anfahrhilfe zu verwenden
ohne Betätigung des Bremspedals. Hierzu wird lediglich der Druckschalter 62 elektrisch
überbrückt.
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Dreht z.B. ein Antriebsrad durch, läuft die Pumpe 56 an und das Hauptventil
61 schließt. Die Sperrventile 48 und 49 schalten um und die Radzylinder können über
die Ventilkombinationen 51/55 oder 52/56 geregelt werden.
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In der anhängenden Zeichnung sind lediglich 2 Kreise dargestellt;
es können aber beliebig viele ausgeführt werden.
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Als Anfahrhilfe müssen dann die Antriebsräder-Radzylinder gezielt
angesteuert werden.
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Auflistung der Einzelteile 1 Gehäuse 2 Unterdruckkammer 3 Arbeitskammer
4 Rollmembrane 5 Membranteller 6 Gerätefeder 7 Steuergehäuse 8 Tellerventil 9 Ventilkolben
10 Reaktionsscheibe 11 Kolbenstange 12 Druckstange 13 Ventilsitz 14 Verbindungsstelle
15 Gehäuseschale 16 Gehäuseschale 17 Hals 18 Bodenstück 19 Kanal 20 Kanal 21 Ausnehmung
22 Druckplatte 23 Hauptbremszylinder 24 Schwimmkolben 25 Druckstangenkolben 26 Schaft
27 Hülse 28 Ringraum 29 Schulter 30 Stutzen 31 Nachlaufbohrung 32 Ringkörper 33
Schließfeder 34 Kopfstück 35 Reibring 36 Kanal 37 Ventil 38 Zentralventil 39 Rückschlagventil
40 Druckraum 41 Stutzen 42 Druckraum 43 Druckanschluß 44 Druckanschluß 45 Hauptbremsleitung
46 Hauptbremsleitung 47 Nachlaufbohrung 48 Sperrventil 49 Sperrventil 50 Primärmanschette
51 Regelventil (SO) 52 Regelventil (SO) 53 Stützplatte 54 Zentralventil 55 Regelventil
(SG) 56 Regelventil (SG)
(Auflistung Einzelteile) 57 Verbindungsleitung
58 Pumpe 59 Rücklaufleitung 60 Nachlaufbehälter 61 Hauptventil 62 Aktivierungsschalter
63 Steuerleitung 64 Steuerleitung 65 Druckschalter 66 Querbolzen 67 Zweigleitung
68 Zweigleitung 69 Druckleitung 70 Druckleitung 71 Leckageleitung 72 Kontrollampe
73 Schacht 74 Stützring 75 Finger 76 Öffnung 77 Feder 78 Anschlagring 79 bewegliche
Wand 80 große Stufe der Hauptzylinderbohrung 81 Hauptzylinderbohrung 82 Kanal 83
Gleitführungsring
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