DE3511639C2

DE3511639C2 -

Info

Publication number: DE3511639C2
Application number: DE3511639A
Authority: DE
Inventors: Hiromu Chiryu Aichi Jp Kuromitu
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1990-05-31
Also published as: JPS60206762A; US4660381A; DE3511639A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Kraft verstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er beispielsweise als Bremskraftverstärker in Fahrzeug bremsanlagen verwendet werden kann.

Ein derartiger hydraulischer Kraftverstärker, wie er in der EP 00 72 745 A1 gezeigt ist, weist eine elektrisch betrie bene Pumpe auf, die während des gesamten Betriebes des Kraftverstärkers arbeitet, um ein Druckmittel, beispiels weise Öl, von einem Vorratsbehälter anzusaugen und dieses unter Druck in eine Arbeitskammer des Kraftverstärkers zu fördern. Dabei tritt der Mangel auf, daß die elektrisch betriebene Pumpe ständig einer Belastung ausgesetzt ist, der die Last am Kraftverstärker entspricht, wodurch relativ viel elektrische Energie verbraucht und eine Verminderung bzw. Zersetzung des Öls beschleunigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrauli schen Kraftverstärker mit einer elektrisch betriebenen Pumpe zu schaffen, bei dem der Energieverbrauch, eine Ver minderung bzw. Zersetzung des Öls und die Belastung der Pumpe wesentlich herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Saugleitung der Pumpe durch eine Folgeventilsteuerung auf- und zugesteuert. Dazu ist eine erste Absperreinrichtung vorgesehen, die zwischen dem An triebskolben und dem Arbeitskolben angeordnet ist und in einer freigegebenen Lage des Antriebskolbens die Arbeits kammer mit der Sammelkammer verbindet und die Arbeits kammer von der Sammelkammer trennt, wenn der Antriebskolben relativ zum Arbeitskolben um eine erste vorbestimmte Strecke axial einwärts verlagert ist. Eine zweite Absperr einrichtung ist zwischen dem Antriebskolben und dem Ar beitskolben angeordnet und verbindet den Saugkanal der zum Arbeitskolben um eine zweite vorbestimmte Strecke, die größer als die erste vorbestimmte Strecke ist, axial ein wärts verlagert ist. Der Saugkanal der Pumpe ist in der freigegebenen Lage des Antriebskolbens von der Sammelkammer abgetrennt. Bei Einwärtsverlagerung des Antriebskolbens geht die erste Absperreinrichtung zur Abtrennung der Ar beitskammer von der Sammelkammer in die Schließlage und an schließend geht die zweite Absperreinrichtung zur Verbin dung des Saugkanals der Pumpe mit der Sammelkammer in die Offenstellung.

Die spezielle Ausbildung der Pumpe als Plungerpumpe ist dazu geeignet, den Energieverbrauch beträchtlich zu redu zieren, da bei einer Sperrung des Druckmittelflusses zu der Pumpe infolge des Folgeventils in der Saugleitung der Kol ben der Plungerpumpe sich nicht mehr bewegen und somit der antreibende Nocken sich leicht drehen kann. Die erfin dungsgemäße geschlossene Ausführung des Pumpenkreises bringt den Vorteil mit sich, daß die bei den sonst üblichen offenen Pumpenkreisen bestehende Gefahr eines vorzeitigen Alterns des Druckmittels vermieden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des hydraulischen Kraftver stärkers sind Gegenstand der Unteransprüche.

Aus der DE 32 15 954 A1 ist eine Ventilvorrichtung bekannt, bei der der Arbeitskolben über eine vorbestimmte Strecke axial verschoben und ein Kanal solange unterbrochen wird, wie der Arbeitskolben in einer vorgeschobenen Position ge halten oder aus dieser zurückgezogen wird. Über eine Folge ventilsteuerung der Saugleitung der Pumpe ist in der DE 32 15 954 A1 nichts ausgesagt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgen den, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen deutlich. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines hydraulischen Kraft verstärkers in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 einen zu Fig. 1 gleichartigen Längsschnitt eines hydraulischen Kraftverstärkers in einer zweiten Ausführungs form gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen zu Fig. 1 und 2 gleichartigen Längsschnitt einer dritten Ausführungform eines hydraulischen Kraftverstärkers;

Fig. 4 einen zu Fig. 2 gleichartigen Längsschnitt eines hydraulischen Kraftverstärkers in einer gegenüber der Aus führungsform von Fig. 2 verbesserten Ausbildung.

Die Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Kraftverstärker mit einer durch Muskelkraft betätigbaren Vorrichtung, z. B. einem Bremspedal 1, die einen Antriebskol ben 2 betätigt, der mit einem großkalibrigen Abschnitt 2 a mit dem Durch messer D ₁, einer kleinkalibrigen Verlängerung 2 c und mit einem dazwischenliegenden mittleren Abschnitt 2 b versehen ist. Der Antriebskolben 2 ist axial verschieblich in einer axia len Bohrung eines Arbeitskolbens 3 aufgenommen, der seinerseits wieder in einem Verstärkergehäuse 4 ver schiebbar angeordnet ist. Der Arbeitskolben 3 weist einen großkali brigen Teil 3 a sowie einen kleinkalibrigen Fortsatz 3 b mit dem Durchmesser D ₂ auf. Der großkalibrige Teil 3 a teilt den Innenraum des Verstärkergehäuses 4 in eine Arbeitskammer 5 und eine Sammelkammer 6. Die Arbeitskammer 5 befindet sich an dem dem Bremspedal 1 zugewandten Ende und ist über einen Auslaßkanal 7, ein Rück schlagventil 8 sowie einen Auslaßkanal 9 mit einer Plungerkammer 11 einer Plungerpumpe 10 verbunden. Das Rückschlagventil 8 ist so angeordnet, daß es lediglich zur Arbeitskammer 5 hin öffnet, so daß die Auslaßkanäle 7 und 9 gemeinsam eine Auslaßleitung für die Plungerpumpe 10 bilden.

Der großkalibrige Teil 3 a ist an seiner Außenfläche mit einer Ringkehle 15 versehen, die über Saugkanäle 12 und 14 sowie ein Rückschlagventil 13 zur Plungerkammer 11 Ver bindung hat. Das Rückschlagventil 13 kann nur zur Plunger kammer 11 hin öffnen, so daß die Saugkanäle 12 und 14 gemeinsam eine Saug- oder Einlaßleitung zur Plungerpumpe 10 bilden. Die Plungerpumpe 10 besteht aus einem in der Plungerkammer 11 verschiebbaren Kolben 16 sowie einem dem Kolben 16 eine Hin- und Herbewegung vermittelnden Nocken 17, der zu seinem An trieb mit der Antriebswelle eines Elektromotors 18 verbun den ist, dem von einer Stromquelle, z. B. einer Batterie 19, Energie zugeführt wird.

An seiner Innenfläche ist der Arbeitskolben 3 mit einer ersten Absperreinrichtung (Ringnut) 21, die über einen Durchlaß 20 mit der Ar beitskammer 5 verbunden ist, und mit einer zweiten, zur ersten Absperreinrichtung (Ringnut) 21 axial beabstandeten Absperreinrichtung (Ringnut) 22 versehen. Die zweite Absperreinrichtung (Ringnut) 22) ist mit einer Ringkehle 15 in der Außen fläche des Arbeitskolbens 3 über einen in diesem ausgestal teten Durchlaß 23 in Verbindung.

Der Antriebskolben 2 weist an der Außenfläche des großkali brigen Abschnitts 2 a eine Absperreinrichtung (Ringkehle) 24 auf, die mit der ersten Absperreinrichtung (Ringnut) 21 im Arbeitskolben 3 zusammenwirkt und eine erste Absperreinrichtung bildet. Die Ver bindung zwischen der Absperreinrichtung (Ringkehle) 24 im Antriebskolben 2 und der ersten Absperreinrichtung (Ringnut) 21 im Arbeitskolben 3 wird durch die axiale Lage des Antriebskolbens 2 geöffnet und geschlossen. Die Absperreinrichtung (Ringkehle) 24 im Antriebskolben 2 wirkt ferner mit der zweiten Absperreinrichtung (Ringnut) 22 im Arbeitskolben 3 zur Bildung einer zweiten Absperr einrichtung zusammen. Die Verbindung zwischen der zwei ten Absperreinrichtung (Ringnut) 22 und der Absperreinrichtung (Ringkehle) 24) wird ebenfalls durch die axiale Lage des Antriebskolbens 2 geöffnet und geschlossen. Die Ring kehle 24 am Antriebskolben 2 ist über einen Durchlaß 25 mit dem Außenumfang des mittleren Abschnitts 2 b in Ver bindung, so daß die Absperreinrichtung (Ringkehle) 24 mit einer im Arbeits kolben 3 um die kleinkalibrige Verlängerung 2 c des Antriebs kolbens 2 herum ausgebildete Kammer 26 verbunden ist. In der Kammer 26 befindet sich eine Druckfeder 27, die zwischen dem Antriebs kolben 2 und dem Arbeitskolben 3 wirkt, so daß der Antriebskolben 2 nach rechts gemäß Fig. 1 und der Arbeits kolben 3 nach links beaufschlagt wird.

Im Arbeitskolben 3 ist ein die Kammer 26 mit der Sammelkam mer 6 verbindender Durchlaß 28 ausgebildet. In der Sam melkammer 6 befindet sich eine Feder 29, die den Arbeits kolben 3 nach rechts drückt. Im Verstärkergehäuse 4 ist ein Speicher 37 ausgestaltet, der eine Zylinderkammer 31 sowie einen in dieser verschiebbaren, von einer Feder 32 nach rechts beaufschlagten Kolben 33 umfaßt. Die Sammelkammer 6 ist über einen Strömungskanal 30 mit dem rechten Ende der Zylinderkammer 31 im Speicher 37 verbunden. Am Verstärkergehäuse 4 ist mit diesem ein stückig ein Hauptzylindergehäuse 34 an dem der Arbeits kammer 5 gegenüberliegenden Ende ausgebildet, und in dem Hauptzylindergehäuse 34 ist eine Druckkammer 35 abgegrenzt, zu der die Stirnseite des kleinkalibrigen Fortsatzes 3 b des Arbeitskolbens 3 freiliegt. Die Druck kammer 35 ist über eine Leitung mit einem Brems zylinder B verbunden.

Für die Arbeitssteuerung des Elektromotors 18 ist ein elektrischer Schalter 36 vorgesehen, der bei Niedertreten des Brems pedals 1 geschlossen wird.

Wenn im Betrieb das Bremspedal 1 niedergetreten wird, so wird der Antriebskolben 2 dadurch gemäß Fig. 1 nach links verlagert. Wird der Antriebskolben 2 um eine erste vorbestimmte Strecke a verschoben, dann wird dessen Absperreinrichtung (Ringkehle) 24 von der ersten Absperreinrichtung (Ringnut) 21 im Arbeitskolben 3 getrennt, womit die erste Absperreinrichtung ge schlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter 36 geschlossen, so daß der Elektromotor 18 zu arbeiten beginnt. Damit wird der Nocken 17 gedreht und der Kolben 16 der Plungerpumpe 10 hin- und herbewegt. Da zu dieser Zeit die erste und zweite Absperreinrichtung jedoch geschlossen sind, tritt von der Plungerpum pe 10 keine Strömung aus. Auf Grund der axialen Verlagerung des Antriebskolbens 2 wird das in der Kammer 26 befindli che Öl durch die Sammelkammer 6 und den Strömungskanal 30 in die Zylinderkammer 31 des Speichers 37 gedrückt.

Bei einer weiteren Bewegung des Antriebskolbens 2 nach links über eine zweite vorbestimmte Strecke b hinaus erhält die Absperrvorrichtung (Ringkehle) 24 im Antriebskolben 2 Verbindung mit der zweiten Absperrvorrichtung (Ringnut) 22 des Arbeitskolbens 3, wodurch die zweite Absperrvorrichtung geöff net wird. Somit sind die Kammer 26 und der Saugkanal 14 der Plungerpumpe 10 miteinander verbunden. Das im Spei cher 37 angesammelte Öl wird durch die Kammer 26 sowie die Saugkanäle 14 und 12 zur Plungerkammer 11 der Plungerpumpe 10 gesaugt und über die Auslaßkanäle 9 und 7 in die Arbeitskammer 5 geführt, wodurch der Arbeitskolben 3 gegen die Kraft der Feder 29 nach links gedrückt wird. Durch diese nach links gerichtete Bewegung des Arbeitskolbens 3 wird das in der Sammelkammer 6 befind liche Öl über die Kammer 26 zu Plungerpumpe 10 gedrückt, so daß der Arbeitskammer 5 eine weitere Auslaßströmung von der Plungerpumpe 10 zugeführt wird, wodurch der Arbeitskolben 3 noch weiter nach links verlagert wird. Durch diese nach links gerichtete Bewegung des Arbeitskolbens 3 wird das Öl in der Druckkammer 35 des Hauptzylindergehäuses 34 komprimiert und dem Bremszylinder B zu geführt.

Gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 erstreckt sich der Antriebskolben 2 durch den Arbeitskolben 3 hindurch, so daß die Stirnseite der kleinkalibrigen Verlängerung 2 c zur Druckkammer 35 freiliegt. Damit kann die das Bremspedal 1 betätigende Person den Druck in der Druckkammer 35 fühlen. Der Arbeits kolben 3 wird in einer Stellung gehalten, in der die erste sowie zweite Absperreinrichtung geschlossen sind, solange das Brems pedal 1 in einer niedergedrückten Lage ist. Dabei setzt der Kolben 16 der Plungerpumpe 10 seine Hin- und Herbewegungen ohne jeglichen Ausstoß fort, so daß im wesentlichen keine auf den Elektromotor 18 wirkende Belastung auftritt. Wenn das Bremspedal 1 freigegeben wird, so wird der An triebskolben 2 nach rechts bewegt, so daß die erste Absperr einrichtung geöffnet wird, während die zweite Absperreinrichtung in der Schließstellung ist. Dadurch kann das in der Arbeitskammer 5 enthaltene Öl über den Durchlaß 25 und die Kammer 26 zur Sammelkammer 6 fließen. Zu diesem Zeitpunkt liegt von der Plungerpumpe 10 her keine Austrittsströmung vor, so daß der Elektromotor 18 ohne Belastung be trieben wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Kon struktion wird die Plungerpumpe 10 nur dann einer Belastung ausgesetzt, wenn das Bremspedal 1 niedergedrückt wird, womit sich der Energieverbrauch vermindert. Ferner ist es dadurch möglich, Geräusche zu unterdrücken. Da am Saug kanal 12, 14 der Plungerpumpe 10 ein höherer Druck herrscht, kann auch eine Kavitation verhindert werden. Da der Durchmesser D ₁ des großkalibrigen Abschnitts 2 a des An triebskolbens 2 im wesentlichen gleich dem Durchmesser D ₂ des kleinkalibrigen Fortsatzes 3 b des Arbeitskolbens 3 ist, ist die in den Speicher 37 eingeführte Ölmenge im wesentlichen gleich der aufgrund der relativen axialen Bewegung zwischen dem Antriebskolben 2 und dem Arbeitskolben 3 verdrängten Menge, so daß der Speicher 37 kompakt gestaltet werden kann.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Ausführungsform von Fig. 1 auf. Der Unterschied liegt darin, daß der durch das Bremspedal 1 betätigte elektrische Schalter 36 durch einen Druckschalter 36′ ersetzt ist, der mittels des Drucks in der Druckkammer 35 bei Betätigung des Antriebskolbens 2 geschlossen wird.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung endet der An triebskolben 2 in der Kammer 26 und ist ein zusätzlicher dritter Kolben 38 für eine axiale Verschiebebewegung im Arbeits kolben 3 vorgesehen. Die eine Stirnfläche des dritten Kolbens 38 ist in der Kammer 26, die andere Stirnfläche ist der Druck kammer 35 zugewandt, so daß der in der Druckkammer 35 herrschen de Druck auf den dritten Kolben 38 wirkt. An der zur Kammer 26 freien Stirnfläche des dritten Kolbens 38 ist ein Ringbund ausge bildet, der die nach links gerichtete Bewegung des dritten Kol bens 38 durch Anschlagen an der inneren Ringschulter des Arbeitskolbens 3 begrenzt. In der Druckkammer 35 ist eine den Kolben 38 nach links beaufschlagende Vorrichtung, z. B. eine Feder 39, die sich am Arbeitskolben 3 abstützt, angeordnet.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform zeichnet sich da durch aus, daß der Druck in der Druckkammer 35 auf einfache Weise zu erhöhen ist. In diesem Fall ist der kleinkalibri ge Fortsatz 3 b des Arbeitskolbens 3 vom großkalibrigen Teil 3 a getrennt und wird durch eine Rückstellfeder 40 zum großkalibrige Teil 3 a hin gedrückt. Die Stirn fläche 41 des kleinkalibrigen Fortsatzes 3 b des Arbeits kolbens 3 ist um eine Strecke c, die etwas größer ist als die zweite vorbestimmte Strecke b in Fig. 1, von einer Schulter 42 des Antriebs kolbens 2 entfernt. Wenn der Antriebskolben 2 über die Strecke c hinaus verlagert wird, dann bewegt dessen Schul ter 42 den kleinkalibrigen Fortsatz 3 b des Arbeitskolbens 3 nach links, so daß eine Ausgleichsöffnung 43 geschlossen und eine Verbindung zwischen der Druckkammer 35 sowie einem Vorratsbehälter unterbrochen wird. Die nach links gerich tete Bewegung des kleinkalibrigen Fortsatzes 3 b des Arbeits kolbens 3 bewirkt eine Erhöhung des Drucks in der Druckkam mer 35 auf einen Wert, der vom Druckschalter 36′ erfaßt werden kann, so daß der Schaltkreis für den Betrieb des Elektromotors 18 geschlossen wird. Dabei erfolgt das Schließen der Ausgleichsöffnung 43 unabhängig von der stärksten Feder 29, so daß ein Bremsvorgang durch ein leichtes Niederdrücken des Brems pedals 1 ermöglicht wird.

Claims

1. Hydraulischer Kraftverstärker, mit
einem Verstärkergehäuse (4),
einem Arbeitskolben (3) und einem Antriebskolben (2), die jeweils axial verschiebbar in dem Verstärkergehäuse (4) aufgenommen sind und eine durch den Arbeitskolben (3) und das Verstärkergehäuse (4) gebildete Arbeitskammer (5) sowie eine Sammelkammer (6) bilden, die zur Arbeitskammer (5) entgegengesetzt liegt,
einer durch Muskelkraft betätigbaren Vorrichtung (1), die auf den Antriebskolben (2) einwirken und diesen im Verstär kergehäuse (4) verschieben kann,
einer bei Betätigung des Arbeitskolbens (2) elektrisch be triebenen Pumpe (10), deren Saugkanal (14) mit der Sammel kammer (6) verbindbar ist und deren Auslaßkanal (9) mit der Arbeitskammer (5) verbunden ist, und
einer Ventilvorrichtung zur Steuerung der Verbindung zwi schen dem Auslaßkanal (9) und der Arbeitskammer (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pumpe eine Plungerpumpe (10) ist und
daß die Ventilvorrichtung
eine erste Absperreinrichtung (21, 24), die zwischen dem Antriebskolben (2) und dem Arbeitskolben (3) angeordnet ist
und in einer freigegebenen Lage des Antriebskolbens (2) die Arbeitskammer (5) mit der Sammelkammer (6) verbindet sowie bei axial einwärts gerichteter Verlagerung des Antriebskol bens (2) relativ zum Arbeitskolben (3) um eine erste vorbe stimmte Strecke (a) die Arbeitskammer (5) von der Sammel kammer (6) trennt, und
eine zweite Absperreinrichtung (22, 24) aufweist, die zwi schen dem Antriebskolben (2) und dem Arbeitskolben (3) an geordnet ist und bei axial einwärts gerichteter Verlagerung des Antriebskolbens (2) relativ zum Arbeitskolben (3) um eine zweite vorbestimmte Strecke (b), die größer als die erste vorbestimmte Strecke (a) ist, den Saugkanal (12, 14) der Plungerpumpe (10) mit der Sammelkammer (6) verbindet, wobei der Saugkanal (12, 14) der Plungerpumpe (10) in der freigegebenen Lage des Antriebskolbens (2) von der Sammel kammer (6) abgetrennt ist und wobei bei Einwärtsverlagerung des Antriebskolbens (2) die erste Absperreinrichtung (21, 24) zur Abtrennung der Arbeitskammer (5) von der Sammelkam mer (6) in die Schließlage geht und dann die zweite Ab sperreinrichtung (22, 24) zur Verbindung des Saugkanals (12, 14) der Plungerpumpe (10) mit der Sammelkammer (6) in die Offenstellung geht.

2. Kraftverstärker nach Anspruch 1, wobei ein Schalter (36, 36′) zur Steuerung des Betriebes der Plungerpumpe (10) vor handen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einwärtsverla gerung des Antriebskolbens (2) die Plungerpumpe (10) in Be trieb geht.

3. Kraftverstärker nach Anspruch 2, wobei ein elektrischer Schalter (36) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (36) durch die durch Muskelkraft betätigbare Vorrichtung (1) geschaltet wird.

4. Kraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein durch einen hydraulischen Druck in der Druckkammer (35) betätigter Druckschalter (36′) ist.

5. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (2) eine sich durch den Fortsatz (3 b) am Arbeitskolben (3) erstreckende, mit einer Stirnfläche zur Druckkammer (35) des Hauptzylin dergehäuses (34) freiliegende Verlängerung (2 c) hat.

6. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (2) einen ko axialen, sich durch den Fortsatz (3 b am Arbeitskolben (3) erstreckenden dritten Kolben (38) aufweist, dessen eine Stirnfläche zur Druckkammer (35) des Hauptzylindergehäuses (34) freiliegt und dessen andere Stirnfläche mit Bezug zum Antriebskolben (2) in anschlagender Lage gehalten ist.

7. Kraftverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine den dritten Kolben (38) zur Druckkammer (35) hin beaufschlagende Vorrichtung (39) vorhanden ist und durch einen eine Bewegung des dritten Kolbens (38) zur Druckkam mer hin begrenzenden Anschlag.

8. Kraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (3) aus einem Fortsatz (3 b) und einem anderen Teil (3 a) besteht.