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Vakuumbremskroftversturker
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Die Erfindung betrifft einen Vakuumbremskraftverstärker der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 beschriebenen Art.
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Vakuumbremskruftverstcrker herkömmlicher Bauart werden z. B. in der
Broschüre "Hydraulik fUr Fahrzeuge" FAG Publ. Nr. HB 49 109 DA, Seite 17 gezeigt.
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Dabei wird das Öffnen oder Schließen des Folgesteuerventils durch
eine Kolbenstange gesteuert, die mit einer im Membranteller verschiebbaren HUlse
verbunden ist. Die Kolbenstange ist mit dem Bremspedal mechanisch gekuppelt.
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Die Arbeitsstellung wird durch Verschieben der HUlse erreicht, aber
erst wenn der am Membranteller angeordnete außenliegende Ventilsitz des Ausgleichsventiles
nach Überwindung des Ventilschließweges dm Ventilteller aufsitzt und der in der
HUlse angeordnete innenliegende Ventilsitz des Steuerventiles von diesem abhebt,
beginnt die Verstärkung.
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Zum Verbessern dieses Ansprechverhaltens wird allgemein angestrebt
die Ventilschließwege zu minimieren, um den daraus resultierenden Leerhub am Bremspedal
zu verringern.
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Versuche zur Lösung dieses Problems sind bereits aus der JP 57-198
158 A und DE-OS 31 1dz 965 bekannt. Dabei wird die aus Steuerventilkolben und Kolbenstange
bestehende Einheit am Steuerventilkolben mit einem Querriegel versehen, der diesen
durchdringt oder umfaßt und Uber den Kolbenhalsdurchmesser des Verstärkerkolbens
hinaussteht. Während des Rucklaufs nach einem Arbeitshub hebt der Steuerventilkolben
mit der Balgdichtung vom Ausgleichsventil am Verstärkerkolben db und kommt mittels
des Querriegels am Gehäuse vor dem Verstörkerkolben zum Stillstand und zur Anlage.
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Der während des RUcklaufs bestehende Ventilspalt zwischen Balgdichtung
und Ausgleichsventilsitz am Verstärkerkolben wird durch den von der Rückstellfeder
nachgedruckten
Verstärkerkolben UberbrUckt, wobei gleichzeitig eine Anpassung des Differenzdruckes
zwischen hinterer und vorderer Kammer stattfindet, bis der außenliegende Ausgleichsventilsitz
an der Balgdichtung anliegt. Die Anordnung eines Querriegels mit vorbeschriebener
Funktion erfordert jedoch einen Durchbruch durch den Kolbenhals des Verstärkerkolbens,
was eine Verkleinerung der tragenden Querschnitte am Verstärkerkolben zur Folge
hat und sich ungunstig auf die Bauteilefestigkeit auswirkt, wenn der Vakuumbremskraftverstärker
mit den von der komprimierten Reaktionsscheibe erzeugten Reaktionskräften beaufschlagt
wird. Übliche Bauteileprufungen, wie eine Mindestausziehfestigkeit ohne Funktionsverlust
zwischen Steuerventilkolben mit der darin gelagerten Kolbenstange, die genauso fUr
den mit dem Steuerventilkolben verbundenen und am Gehäuse aufliegenden Querriegel
gelten, erfordern eine starke Profilierung und große Querschnitte des Verstärkerkolbens.
Zudem werden dadurch die Querschnitte der vom Querriegel durchdrungenen Strömungskanäle
zwischen den beiden Kammern im Kolbenhals verkleinert, was sich ebenfalls ungünstig
auf das Ansprech- und Steuerverhalten des Gerätes auswirkt.
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Das eingangs angesprochene Problem wird durch eine in der Patentanmeldung
P 34 24 4t0.7 der Anmelderin beschriebene Ausfuehrung zwar gelöst, dazu ist aber
eine grundlegende Neukonstruktion erforderlich. Es mUssen neue Teile verwendet und
deshalb auch neue Spritzformen bereitgestellt werden,was sehr kapitalintensiv ist.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Vakuumbremskraftverstörker
mit einem ansprechweglosen Folgesteuerventil zu schaffen, der den unwirksamen Hub
am Bremspedal beseitigt und unter Umgehung vorgenannter Nachteile die Ausbildung
und Anordnung von Strömkenälen mit genugend großem Querschnitt gewährleistet, wobei
die bisherige Konstruktion weitgehend erhalten bleiben soll.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
t zu entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Anspruchen
2-6 enthalten.
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Durch die aufgezeigte Lösung ergibt sich ein wesentlich besseres
Ansprechverhalten bei gleichguten Strömungsquerschnitten und guter Festigkeit. Eine
Änderung der Ventilanordnung ist nicht erforderlich. Deshalb sind auch keine neuen
Spritzwerkzeuge nötig, sondern die vorhandenen Werkzeuge müssen nur leicht abgeändert
werden. Durch die Abstutzung des DistanzstUckes Uber die Distanzstifte am Gehäuseboden
bzw. durch Anlage am Zuganker werden Bauteilprufkräfte nicht Uber die empfindlichen
Ventilsitze des Membrankolben geleitet.
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Aus diesem Grund ist auch das DistanzstUck im äußeren Bereich federnd
ausgebildet.
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Die Erfindung soll anhand einiger Figuren naher erläutert werden.
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Es zeigt die Figur 1 einen Vakuumbremskraftverstärker Figur 2 einen
Ausschnitt des erfindungsgemäßen Vakuumbremskraftverstärkers in Grundstel lung Figur
3 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Vakuumbremskraftverstärkers in Betätigungsstel
lung Figur 4 den erfindungsgemäßen Vakuumbremskraftverstörker in ZugankerausfUhrung
Figur 5 eine Variante des Distanzstuckes.
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In der Figur list der erfindungsgemäße Vakuumbremskroftverstcrker
1 im Schnitt dargestellt, der aus dem Gehäuse 2, dem Deckel 3 und der elastomeren
Membrane 4 besteht, die den Vakuumbremskraftverstärkerl in die beiden Kammern 5
und 6 teilt und am Membrankolben 7 im Deckel 3 gefuhrt ist. Der Membrankolben 7
besteht aus dem Membranteller 8 und dem Kolben 9 und bildet eine verschiebbare Baueinheit
im Dicht- und Führungselement 10, das im Halsansatz 11 des Deckels 3 angeordnet
ist. Der Membrankolben 7 wird von der in der Kammer 5 angeordneten RUckstellfeder
12 in Grundstellung gehalten. Im Schaft 13 des Kolbens 9 ist die Steuereinheit 14
integriert. Sie besteht aus dem mit der Kolbenstange 15 verbundenen Druckkolben
16, dem daran befindlichen Steuerventilsitz 17, dem armierten Ventilbdlg 18 mit
dem Dichtteller 19, den Ventilfedern 20, 21 und demFederteller 22. Der im Kolben
9 angeordnete Aus-
gleichsventilsitz 23 schwimmt in Grundstellung
bei in der Kammer 5 anliegendem Vakuum am Dichtteller 19 des Ventilbalges 18 auf,
was durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des DistanzstUckes 24 und
der Distanzstifte 25 ermöglicht wird. Das Vakuum wird Ublicherweise aus der Ansaugleitung
des Motors entnommen oder von einer separaten Pumpe erzeugt.
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Das DistanzstOck 24 ist auf der der Kammer 5 zugeordneten Stirnseite
26 des Kolbens 9 angeordnet und als stufenförmig abgesetztes Tiefziehteil so ausgebildet,
daß ausgehend von einem Außenbund 27 eine erste zylindrische Ringkammer 28 Uber
einen Innenbund 29 in eine zweite durchmesserkleinere Ringkammer 30 Ubergeht, die
durch einen Innenbund 31 begrenzt wird. Das DistanzstUck 24 ist formschlüssig und
axial beweglich im Kolben 9 angeordnet und hintergreift mit dem Innenbund 31 den
in der Ringkammer 30 angeordneten abgestuften Teil des Druckkolbens 16. In der Ringkammer
28 liegen das elastomere Reaktionselement 32 und das Druckstück 33.
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Distanzstück 24, Druckkolben 16 und Kolbenstange 15 werden in Grundstellung
durch die Distanzstifte 25 auf Abstand gehalten, welche zwischen dem Außenbund 27
des Distanzstuckes 24 und dem Deckel 3 stehen. Die Distanzstifte 25 sind in achsparallelen
auf einem Teilkreis liegenden Bohrungen 34 des Kolbens 9 verschiebbar angeordnet,
wobei die am Distanzstift 25 befindlichen Dichtelemente 35 die Bohrung 34 zwischen
beiden Kammern 5 und 6 abdichten und durch ihre Vorspannung eine ausreichende Sicherung
gegen Herausfallen bieten.
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Eine weitere Ausbildung (Fig.3) des Distanzstiftes zur Sicherung gegen
Herausfallen ist die Verwendung eines abgestuften Distanzstiftes 25a, dessen im
Durchmesser größerer Abschnitt in der entsprechend ausgebildeten Bohrung 34a des
Kolbens 9 zwischen DistanzstUck 24 und dem Kolben 9 steht.
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Die Funktion des ansprechweglosen Bremskraftverstärkers ist in Figur
2 und Figur 3 gezeigt und soll näher beschrieben werden.
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Figur 2 zeigt den Bremskraftverstärker in Grundstellung bei anliegendem
Vakuum in der Kammer 5. Von der Kolbenrückstellfeder des Hauptzylinders und der
Pedalruckstellfeder - beide nicht gezeigt - wird die Einheit bestehend aus Druck-
stück
33, Reaktionsscheibe 32, Druckkolben 16, Kolbenstange 15 und Distenzstuck 24 gegen
den Halsdnsdtz 11 gedruckt und stUtzt sich auf den Distanzstiften 25 db. Der Membrenkolben
7 wird von der RUckstellfeder 12 in Grundstellung gehalten, so daß der außenliegende
Ausgleichsventilsitz 23 am Dichtteller 19 des Ventilbalges 18 "aufschwimmt". In
dieser Position liegt der Membrankolben 7 nicht am Deckel 3 des Vakuumbremskraftverstärkers
an und Druckkolben 16 und Distenzstuck 24 sind axial zum Kolben 9 um den Ventilhub
"I" verschoben. Die "Schwimmstellung" der durch die Rückstellfeder 12 belasteten
Einheit aus Membrane 4, Membranteller 8 und Kolben 9 sowie des Ausgleichsventilsitzes
23 am Ventilteller 19 wird durch die Ausbildung eines Mischdruckes in der Kammer
6 erreicht, wodurch die Kraft der Rückstellfeder 12 neutralisiert wird.
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Wird nun Uber die im Druckkolben l6 beweglich gelagerte Kolbenstange
15 am Bremspedal eine Bewegung nach links eingeleitet (Fig. 3), so hebt der Steuerventilsitz
17 des Druckkolbens t6 maximal um den Ventil hub "I" vom Dichtteller 19 des Ventilbalges
18 ab. Damit strömt sofort die an der Steuereinheit 14 anliegende Atmosphäre durch
den im Schaft 13 des Kolbens 9 angeordneten Luftfilter 36 vorbei dm abgehobenen
Steuerventilsitz 17 des Druckkolbens 16 durch den Strömkanal 37 in die Kammer 6
des Vakuumbremskraftverstärkers 1 und beaufschlagt die am Membrankolben 7 aufliegende
elastomere Membrane 4. Die entstehende Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern
5 und 6 verschiebt mit der aus dem Produkt von Druckdifferenz und Membrenkolbenfldche
resultierenden Kraft diesen aus seiner Ruhelage ohne Verzögerung sofort nach links
und betätigt Uber das DistanzstUck 24 und die Reaktionsscheibe 32 das Druckstück
33, das seinerseits auf den (nicht gezeigten) Hauptbremszylinder einwirkt. Dabei
ruht der Dichtteller 19 des Ventilbalges 18 weiterhin auf dem Ausgleichsventilsitz
23 des Kolbens 9 und bewegt sich mit dem Membrankolben 7 so lange nach links, bis
der Dichtteller 19 den innenliegenden Steuerventilsitz 17 am Druckkolben 16 wieder
erreicht, wenn dieser nach dem Verschieben seine Lage durch die Kolbenstange t5
nicht mehr verändert hat.
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Die während der Auflaufbewegung des Dichttellers 19 durch den Luftfilter
36 einströmende Atmosphäre baut ein so großes Druckgefälle zwischen beiden Kammern
5 und 6 auf, wie am Membrankolben 7 Kraft benötigt wird um eine Hubbewegung am (nicht
gezeigten) Hauptzylinder zu erzeugen, die so lange dauert, bis die durch das entsprechende
Druckgefälle bewirkte Kraft am Membrankolben 7 gleich der Kraft am Hauptbremszylinder
ist und der Dichtteller 19 am Ventilsitz 17 des innenliegenden Steuerventiles 17
gleichzeitig dichtend zur Anlage gelangt. Nun herrscht Kräftegleichgewicht zwischen
der vom (nicht gezeigten) Hauptzylinder und der Rückstellfeder 12 auf das Druckstück
33 ausgeübten Kraft einerseits und der vom Fahrer aufgebrachten Fußbetätigungskraft
und der auf den Membrankolben 7 wirkenden verminderten atmosphärischen Druckdifferenzkraft
andererseits. Der erläuterte Ausgleichsvorgang erfolgt nach dem Auftreten des Dichttellers
19 des Balgventiles 18 auf den Steuerventilsitz 17 des innenliegenden Druckkolbensl
6 stufenlos. Der Druckkolben 16 folgt dabei mit steigendem Pedal druck dem Verstärkerkolben
stetig bis zum Erreichen der jeweiligen Bremsstellung unter entsprechender Erhöhung
eines Mischdruckes in der hinteren Kammer 6, der mit steigender Betätigungskraft
bis auf den Umgebungsdruck die größtmögliche Druckdifferenz bzw. die maximale Unterstützung
durch den Vakuumbremskraftverstärker 1 erreichen kann. Dann ist der Vakuumbremskraftverstörker
1 ausgesteuert und bei weiterer Erhöhung der Betätigungskraft über die Kolbenstange
15 wächst die auf den Hauptzylinder wirkende Kraft nur in dem Maße, in dem die Fußbetätigungskraft
gesteigert wird.
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Wird nun nach erfolgtem Bremsvorgang die Kolbenstange 15 entlastet,
so verschiebt die aus dem Hauptzylinder rückwirkende Kraft die Einheit, bestehend
aus DruckstUck 33, Reaktionsscheibe 32, DistanzstUck 24, Druckkolben 16 und Kolbenstange
15 um den Ventilweg "I" relativ zum Kolben 9. Dabei gelangt der Steuerventilsitz
17 des Druckkolbens 16 am Dichtteller 19 des Ventilbalges 18 dichtend zur Anlage.
Infolge der momentan wirksamen Differenzkräfte am Membrankolben verschiebt sich
dieser relativ zum Druckkolben 16 mit der Folge, daß der angeformte Ausgleichsventilsitz
23 vom Dichtteller 19 abhebt. Dadurch erfolgt Uber den Vakuumkanal 38 zwischen den
Kammern 5 und 6 ein Druckausgleich, wodurch die RUckstellfeder 12 den Membrankolben
in Grundstellung
zurückschieben kann. Zuerst gelangen die im Kolben
9 dichtend gelagerten und axial verschiebbaren Distdnzstifte 25 im Halsansatz 11
des Deckels 3 zum Anschlag und halten dds DistdnzstUck 24 und den Druckkolben 16
mit dem angeformten Steuerventilsitz 17 und die Kolbenstange 15 zum Deckel 3 auf
Distanz. Der durch die Rückstellfederkruft nachruckende, nun relativ zum stehenden
Druckkolben 16 bewegte Kolben 9 gelangt mit seinem außenliegenden Ausgleichsventilsitz
23 auf dem Ventilteller 19 dichtend zur Anlage und drückt diesen entgegen der Kraft
der Ventilfedern 20 und 21 vom Steuerventilsitz 17 des Druckkolbensl6. Dadurch gelangt
atmosphärischer Druck vorbei am Steuerventilsitz 17 durch den Strömkanal 37 in die
Kammer 6, wodurch sich wieder ein Druckgefälle zur Kammer 5 ausbildet, das den Membrankolben
7 mit dem darin angeordneten mitbewegten Ventilbalg 18 gegen die Kraft der RUckstellfeder
12 auf den Steuerventilsitz 17 des Druckkolbensl6 zurückschiebt und "schwimmend"
aufläuft, so daß der Mischdruck in der hinteren Kammer 6 der RUckstellfeder 12 das
Gleichgewicht hält.
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Vakuumschwankungen Uber den Anschluß 38, die in der vorderen Kammer
5 wirken, werden durch entsprechende Angleichung des Mischdruckes durch den Strömkanal
39 mittels Abheben des jeweiligen Ventilsitzes 16 oder 22 vom Ventilteller 19 des
Ventilbalges 18 durch den Ventilmechanismus selbstätig unter Beibehaltung der ansprechweglosen
Stellung ausgeglichen.
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Figur 4 zeigt eine weitere vorteilhafte AusfUhrung eines Vakuumbremskraftverstärkerslo
in Zugankerbauweise. Dabei erübrigen sich die Distanzstifte 25. Die axiale Führung
und Hubbewegung des Distanzteiles 24 zum Deckel 3 wird an den mit einem Absatz (nicht
gezeigt) versehenen Zugankern 40,die den Vakuumbremskraftverstärker 1 durchdringen
erreicht oder auch von an den Zugankern 40 und im Kolben 9 dichtend geführten und
beweglichen DistanzbUchsen 41. Damit ist das Überholen des Steuerventilsitzes 19
am Druckkolben 16 durch den Ausgleichsventilsitz 23 am Kolben 9 beim RUcklauf in
die Grundstellung gewährleistet. Dazu sind am Außenbund 27 des Distanzteiles 24
entsprechend dem Zugankerabstand Ausnehmungen 44 (in Fig. 5 strichpunktiert) erforderlich.
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In Figur 5 wird eine vorteilhafte Ausgestaltung des Distanzstuckes
24 in der Draufsicht gezeigt. Dabei ist der Außenbund 27 durch Schlitze 42 in federnde
Segmente 43 geteilt. Damit ist sichergestellt, daß an der Kolbenstange 15 eingeleitete
Zugkräfte nur teilweise Uber die Distanzstifte 25, 25a bzw. Distanzbüchse 41 weitergeleitet
werden, weil die Segmente 43 - um den Steuerhub "I" - auffedern und das DistanzstUck
24 dm Kolben 9 zur Anlage gelangt. Die Kräfte,durch Ziehen am Pedal verursacht,
werden somit Uber den Kolben 9 in den Deckel 3 eingeleitet und es werden die Distanzstifte
25, 25a vor Zerstörung geschützt.