DE3904614A1 - Druckmodulator nach dem plunger-prinzip fuer eine hydraulische kraftfahrzeug-bremsanlage mit antiblockierregeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmodulator nach dem Plunger- Prinzip für eine hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit Antiblockierregeleinrichtung der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 genannten Art, wie er beispielsweise aus der US-PS 36 90 736 und den DE-OS 34 37 994, 35 30 286 und 36 03 074 bekannt ist.

Diese bekannten Druckmodulatoren dienen als Teil einer Anti­ blockierregeleinrichtung dazu, den beim Betätigen der Bremsanlage vom Hauptbremszylinder erzeugten und den Radbremszylindern zugeführten Hydraulikdruck bei erkannter Blockiergefährdung zumindest eines der Räder zu modulieren, d. h. den den Radbrems­ zylindern zugeführten Hydraulikdruck gegenüber dem vom Haupt­ bremszylinder erzeugten Hydraulikdruck zu verringern, wenn im Rahmen der Antiblockierregelung das Regelerfordernis "Druck­ absenken" besteht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung des bewährten Plunger-Prinzips einen Druckmodulator zu schaffen, der erforderlich werdende Druckabsenkungen in den Radbremszy­ lindern zuverlässig und präzise bewirkt, ohne daß es dabei für den Fahrzeuglenker zu störenden Pedalrückwirkungen kommt, der auch bei Ausfall der Antiblockierregeleinrichtung die volle Funktionsfähigkeit der eigentlichen hydraulischen Brems­ anlage nicht beeinträchtigt und der darüber hinaus geeignet ist, auch im Rahmen einer bekannten Antriebsschlupfregeleinrich­ tung (ASR) als Druckerzeuger eingesetzt zu werden, um bei entsprechendem Regelerfordernis - völlig ohne Zutun des Fahrers - in den Radbremszylindern durchdrehender Antriebsräder Hydraulik­ druck aufzubauen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Druckmodulator kann ohne weiteres, d. h. ohne besondere Adaption, wahlweise als Druckmodulator in hy­ draulischen Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit Antiblockierregel­ einrichtung oder als Druckmodulator in hydraulischen Kraftfahr­ zeug-Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen mit Antriebsschlupfregel­ einrichtung eingesetzt werden.

Bei entsprechender Bemessung ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Aufgaben eines sonst häufig eingesetzten Bodenventils im Hauptbremszylinder mitübernommen werden, auf den Einbau eines solchen Bodenventils also verzichtet werden kann.

Anhand eines in der Zeichnung prinzipienhaft dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt prinzipienhafte Ausschnitte einer hydraulischen Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit einer Anti­ blockier- und Antriebsschlupfregeleinrichtung sowie den Längs­ schnitt eines in einer solchen Anlage eingesetzten Druckmodulators gemäß der Erfindung.

Von einem üblichen Hauptbremszylinder 1, dem ein Bremskraft­ verstärker vorgeschaltet sein kann, wird bei Betätigung eines Bremspedals 2 Hydraulikdruck erzeugt, der über ein Bremsleitungs­ system den Radbremszylindern der Fahrzeugbremsen zugeführt wird.

Je nach Ausführung der hydraulischen Bremsanlage und der Anti­ blockierregeleinrichtung ist entweder jedem der Radbremszylinder 3 einzeln oder aber den Radbremszylindern mehrerer Radbremsen gemeinsam ein Druckmodulator 6 zugeordnet. Der Druckmodulator ist dabei jeweils im Zuge der vom Hauptbremszylinder 1 zum betreffenden Radbremszylinder 3 führenden Bremsleitung zwischen­ geschaltet; in der Zeichnung ist der vom Hauptbremszylinder kommende Leitungsteil mit 4 und der in den Radbremszylinder 3 führende Leitungsteil mit 5 beziffert.

Der Druckmodulator 6 besteht im wesentlichen aus einem im Zylinder einer Kolbenzylinder-Einheit axial verschieblich gelagerten Plungerkolben und einem mit diesem zusammenwirkenden Stellglied 20.

Der Plungerkolben ist als Doppelkolben 9 ausgebildet. Er besitzt eine erste Stirnfläche 12, durch die eine über den Leitungsteil 5 mit dem zugeordneten Radbremszylinder 3 in Verbindung stehende Expansionskammer 11 begrenzt wird, sowie eine zweite Stirnfläche 13, die vom Atmosphärendruck beaufschlagt wird. Der Doppelkolben ist mit einer eine Zwischenkammer bildenden Ringnut 10 versehen, welche durch eine im Kolben verlaufende ungedrosselte Axial­ bohrung 14 mit der Expansionskammer 11 in Verbindung steht. Die Zwischenkammer muß nicht zwingend durch eine umlaufende Ringnut gebildet sein; es reicht auch eine sich nur über einen Teil der Zylinderwandung 15 erstreckende kammerartige Ausfräsung o. ä. Die Verbindung der so gebildeten Zwischenkammer mit der Expansionskammer 11 kann abweichend von der Darstellung auch über eine sich im Kolben erstreckende ungedrosselte Axialnut erfolgen.

In der Zylinderwandung 15 sind zwei axial beabstandete Steuer­ durchlässe 16 und 17 angeordnet. Der erste Steuerdurchlaß 16 steht über ein in Richtung des Hauptbremszylinders sperrendes erstes Rückschlagventil 18 und der zweite Steuerdurchlaß 17 über ein in Richtung des Hauptbremszylinders öffnendes zweites Rückschlagventil 19 mit dem vom Hauptbremszylinder 1 kommenden Leitungsteil 4 der Bremsleitung in Verbindung. Der lichte Axialabstand der beiden Steuerdurchlässe 16 und 17 entspricht dem lichten Abstand zwischen der Ringnut 10 und der die Expan­ sionskammer begrenzenden ersten Stirnfläche 12 des Doppelkolbens. Sie sind räumlich derart angeordnet, daß der erste Steuerdurch­ laß 16 in der im Ausführungsbeispiel dargestellten definierten Ruhelage des Doppelkolbens 9 - voll geöffnet - in der Ringnut 10 und der zweite Steuerdurchlaß 17 - ebenfalls voll geöffnet - in der Expansionskammer 11 mündet; während der Modulatorfunktion wirkt dabei mit dem ersten Steuerdurchlaß 16 die Ringnutkante 10 A und mit dem zweiten Steuerdurchlaß 17 die Stirnflächenkante 12 A der ersten Stirnfläche als Steuerkante zusammen.

Die vorerwähnte definierte Ruhelage des Doppelkolbens wird durch eine als gefesselte Druckfeder ausgebildete vorgespannte Federvorrichtung 14 bestimmt, die für den Doppelkolben 9 einen - einseitig federnd nachgiebigen - Axialanschlag bildet. Die zweite Stirnfläche 13 liegt dabei im Ausführungsbeispiel nicht direkt an der Federvorrichtung 14 an, sondern unter Zwischen­ schaltung eines von einer nur schematisch angedeuteten Anti­ blockierregel- und/oder Antriebsschlupfregeleinrichtung 7 gesteuerten Stellglieds in Form eines Stößels 20.

Die vorgespannte Federvorrichtung 14 ist in ihrer Federkraft so stark bemessen, daß der an ihr anliegende Doppelkolben 9 sie auch dann nicht weiter zusammendrücken kann, wenn dessen erste Stirnfläche 12 bei Betätigung der Bremsanlage mit dem vom Hauptbremszylinder 1 maximal erzeugbaren Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Die vorerwähnte definierte Ruhelage des Doppelkolbens 9 bleibt also bei normaler Betätigung der Brems­ anlage, d. h. solange wie die Antiblockierregeleinrichtung oder die Antriebsschlupfregeleinrichtung nicht regelnd eingreift, erhalten.

Der Begriff definierte Ruhelage bedeutet dabei nicht, daß der Doppelkolben 9 starr eine bestimmte axiale Position einnimmt, sondern lediglich, daß der erste Steuerdurchlaß 16 voll geöffnet ist.

Aufgrund entsprechender Regelsignale der Antiblockierregel­ und/oder Antriebsschlupfregeleinrichtung 7 kann der Doppel­ kolben 9 durch den Stößel 20 des steuerbaren Stellgliedes aus seiner definierten Ruhelage ausgelenkt werden, was später noch näher erläutert wird.

Grundsätzlich könnte das steuerbare Stellglied starr mit dem Doppelkolben 9 gekoppelt sein; im Ausführungsbeispiel enthält es jedoch einen axial durch die Federvorrichtung 14 hindurchge­ führten Stößel 20, dessen Kopfende 21 nur lose an der zweiten Stirnfläche 13 des Doppelkolbens 9 anliegt und im übrigen eine Druckplatte 14 A o. ä. der Federvorrichtung 14 hintergreift. Es ist leicht erkennbar, daß der Stößel 20 so bei Bedarf einer­ seits bei einer Betätigung in Richtung des ausgezogenen Pfeiles A die Federvorrichtung 14 mittels der Druckplatte 14 A weiter zusammendrücken und dadurch den Axialanschlag für den Doppel­ kolben nach links verlagern kann, und andererseits bei einer Betätigung in Richtung des gestrichelten Pfeiles B ohne Rück­ wirkung auf die vorgespannte Federvorrichtung 14 den Doppel­ kolben 9 in Richtung der Expansionskammer 11 verschieben kann.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Druckmodulators 6 ist im einzelnen folgende:

a) Normaler Bremsbetrieb:

Bei Betätigung der Betriebsbremse, d. h. beim Treten des Bremspedals 2 wird vom Hauptbremszylinder 1 in gewohnter Weise ein Hydraulikdruck erzeugt, der über den Leitungsteil 4 der Bremsleitung, das für diese Richtung geöffnete erste Rückschlagventil 18, den geöffneten ersten Steuerdurchlaß 16, die Ringnut 10, die Axialbohrung 14, die Expansionskammer 11 und den Leitungsteil 5 der Bremsleitung auch zum Radbrems­ zylinder 3 gelangt. Da die Federvorrichtung 14 entsprechend stark bemessen ist, verharrt der Doppelkolben 9 hierbei trotz der dabei auf ihn einwirkenden Druckkräfte in seiner dargestellten Ruhelage. Wenn der Bremsdruck nach Lösen des Bremspedals 2 wieder verringert wird, fließt die Hydrau­ likflüssigkeit über den zweiten Steuerdurchlaß 17 und das sich in Richtung des Hauptbremszylinders öffnende zweite Rückschlagventil 19 wieder zum Hauptbremszylinder 1 zurück.

b) Wirksamwerden der Antiblockierregeleinrichtung:

Wenn im Rahmen der Antiblockierregeleinrichtung das Regel­ erfordernis "Druckabsenken" ansteht, wird der Stößel 20 des steuerbaren Stellgliedes aufgrund eines entsprechenden Stellsignals der Antiblockierregeleinrichtung 7 gegen die Vorspannung der Federvorrichtung 14 in Richtung des ausge­ zogenen Pfeiles A gezogen. Da die vom in der Expansionskammer 11 herrschenden Hydraulikdruck auf die erste Stirnfläche 12 ausgeübte Kraft größer ist als die vom Atmosphärendruck auf die zweite Stirnfläche 13 ausgeübte Kraft, verlagert sich der Doppelkolben 9 hierbei entsprechend in Richtung des ausgezogenen Pfeiles A, wobei die Stirnfläche 13 am Kopf 21 des Stößels 20 in Anlage bleibt. Durch diese Axial­ verschiebung des Doppelkolbens 9 wird einerseits der erste Steuerdurchlaß 16 durch den Doppelkolben verschlossen und andererseits das Volumen der Expansionskammer 11 vergrößert. Durch diese Volumenvergrößerung sinkt der in der Expansions­ kammer 11 und in den mit dieser verbundenen Radbremszylindern 3 herrschende Hydraulikdruck wie gewünscht dem Regelerfordernis "Druckabbauen" entsprechend ab, wobei der Grad der Druckab­ senkung von der Volumenvergrößerung der Expansionskammer 11, d. h. also von der Größe der vom steuerbaren Stellglied entsprechend dem Regelsignal aufgebrachten Stellkraft in Richtung des Pfeils A abhängt. Da der in der Expansions­ kammer 11 bei einer Volumenvergrößerung herrschende Druck niedriger ist als der vom Hauptbremszylinder aufgebrachte Druck, bleibt das zweite Rückschlagventil 19 geschlossen.

Der in der Expansionskammer 11 und den Radbremszylindern 3 herrschende Hydraulikdruck kann nicht kleiner werden als der Atmosphärendruck, da der Doppelkolben 9 dem ausweichenden Stößel 20 nur so lange in Richtung des Pfeils A folgen kann, wie der auf die erste Stirnfläche 12 einwirkende Hydraulikdruck der Expansionskammer 11 größer ist als der die zweite Stirnfläche 13 beaufschlagende Druck, der Atmos­ phärendruck, wobei jeweils gleich große Stirnflächen 12 und 13 vorausgesetzt sind.

Wenn der Fahrzeuglenker während dieser Regelphase der Anti­ blockierregeleinrichtung die Bremse löst und zwar so stark, daß der vom Hauptbremszylinder 1 im Leitungsabschnitt 4 erzeugte Hydraulikdruck kleiner wird als der in der Expansions­ kammer 11 herrschende Druck, fließt aus der Expansionskammer 11 Hydraulikflüssigkeit über das sich dann öffnende zweite Rückschlagventil 19 zum Hauptbremszylinder 1 zurück.

Wenn andererseits das Regelerfordernis "Druckabbauen" fort­ fällt, wird der Doppelkolben 9 nach Fortfall der vom Stößel 20 ausgeübten Kraft durch die Federvorrichtung 14 wieder in seine - dargestellte - ursprüngliche Lage zurückgedrückt, wodurch das Volumen der Expansionskammer 11 wieder auf seinen ursprünglichen Wert zurückgeführt und der in der Expansionskammer und in den Radbremszylindern 3 herrschende Hydraulikdruck ebenfalls wieder auf seinen - vom Hauptbrems­ zylinder 1 vorgegebenen - ursprünglichen Wert angehoben wird.

c) Antriebsschlupfregelung (ASR):

Der Druckmodulator 6 kann auch in der hydraulischen Brems­ anlage eines Kraftfahrzeuges eingesetzt sein, das - alleine oder zusätzlich zu einer Antiblockierregeleinrichtung - mit einer Antriebsschlupfregeleinrichtung (ASR) ausgerüstet ist, und zwar von dem Typ, bei dem das Durchdrehen der Antriebsräder zumindest anteilig ohne Zutun des Fahrers durch die Radbremsen verringert oder beseitigt wird, und nicht nur durch Reduzierung des vom Motor abgegebenen Antriebs­ moments.

Bei einer solchen Anordnung wird dann, wenn die Antriebs­ schlupfregeleinrichtung 7 ein Durchdrehen des dem Druck­ modulator zugeordneten Antriebsrades erfaßt hat, vom Stößel 20 des steuerbaren Stellgliedes aufgrund eines entsprechenden Steuersignales über den Stößelkopf 21 eine in Richtung des gestrichelten Pfeiles B gerichtete Kraft auf den Doppel­ kolben 9 ausgeübt, wodurch dieser - nach rechts - tiefer in die Expansionskammer 11 hineingedrückt wird. Dabei wird einerseits der zweite Steuerdurchlaß 17 vom Doppelkolben verschlossen, so daß aus der Expansionskammer keine Hydraulik­ flüssigkeit über das zweite Rückschlagventil 19 in den Hauptbremszylinder abfließen kann, und andererseits wird unter entsprechender Erhöhung des Hydraulikdrucks Hydraulik­ flüssigkeit in die angeschlossenen Radbremszylinder 3 gedrückt und damit diese Radbremsen betätigt. Die Größe des so aufge­ brachten Bremsdrucks hängt von der Größe der vom Stößel 20 auf den Doppelkolben 9 ausgeübten Kraft ab, die wiederum von der Antriebsschlupfregeleinrichtung gesteuert werden kann.

Da der erste Steuerdurchlaß 16 während dieser Betriebsphase, d. h. bei nach rechts verschobenem Doppelkolben 9 geöffnet bleibt, kann die Betriebsbremse auch während dieser Betriebs­ phase bei Bedarf wie gewohnt betätigt werden; vorausgesetzt, daß der vom Hauptbremszylinder 1 erzeugte Hydraulikdruck höher ist als der über den Stößel 20 in der Expansionskammer 11 und der Ringnut 10 aufgebrachte Hydraulikdruck, kann Hydraulik­ flüssigkeit vom Hauptbremszylinder über das sich dann öffnen­ de Rückschlagventil 18 sowie die Ringnut 10 und die Axial­ bohrung 14 zu den Radbremszylindern 3 befördert werden.

Der zweiseitig wirkende Druckmodulator 6 ist vergleichsweise einfach im Aufbau und sehr universell einsetzbar. Auch bei Ausfall der Antiblockierregeleinrichtung und/oder der Antriebsschlupfregeleinrichtung bleibt die Funktion der hydraulischen Bremsanlage selbst voll erhalten.

Bei entsprechender Bemessung der auf das Ventilglied des zweiten Rückschlagventils 19 wirkenden Federvorrichtung kann dieses Rückschlagventil die Funktion eines üblicher­ weise im Hauptbremszylinder angeordneten Bodenventils über­ nehmen, indem es nämlich dafür sorgt, daß der in der Ex­ pansionskammer 11 und damit auch der in den angeschlossenen Radbremszylindern herrschende Druck stets etwas größer ist als der Atmoshärendruck. Bei einer solchen Bemessung kann das sonst erforderliche Bodenventil im Hauptbremszy­ linder entfallen.

Claims (5)

1. Druckmodulator nach dem Plunger-Prinzip für eine hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit Antiblockierregeleinrichtung (ABS, ABV), mit einer einerseits über mindestens ein Rück­ schlagventil mit dem Hauptbremszylinder und andererseits mit mindestens einem Radbremszylinder in Verbindung stehenden hydraulikgefüllten Expansionskammer einer Kolben-Zylinder-Ein­ heit, deren Kammervolumen mittels des axial verschieblich gelagerten Plungerkolbens der Kolben-Zylinder-Einheit zwecks Druckmodulation des die Radbremszylinder beaufschlagenden Hydraulikdrucks veränderbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Der Plungerkolben ist als ein eine Ringnut (10) o. ä. tragender Doppelkolben (9) mit einer die Expansionskammer (11) begrenzenden ersten Stirnfläche (12) und einer atmosphären­ druckbeaufschlagten zweiten Stirnfläche (13) ausgebildet, wobei die Ringnut (10) durch eine im Kolben verlaufende ungedrosselte Axialnut oder Axialbohrung (14) mit der Expansionskammer (11) in Verbindung steht.
• b) Der Doppelkolben (9) ist durch eine vorgespannte Feder­ vorrichtung (14), die derart angeordnet und bemessen ist, daß der Doppelkolben (9) seine Lage auch dann beibe­ hält, wenn seine erste Stirnfläche (12) bei Betätigung der Bremsanlage mit dem vom Hauptbremszylinder (1) maximal erzeugbaren Hydraulikdruck beaufschlagt ist, in einer definierten Ruhelage gehalten, in welcher ein in der Zylinderwandung (15) angeordneter erster Steuerdurchlaß (16) - voll geöffnet - in der Ringnut (10) und ein dazu axial beabstandeter zweiter Steuerdurchlaß (17) - eben­ falls voll geöffnet - in der Expansionskammer (11) mündet, wobei der erste Steuerdurchlaß (16) über ein in Richtung des Hauptbremszylinders (1) sperrendes erstes Rückschlagventil (18) und der zweite Steuerdurch­ laß (17) über ein in Richtung Hauptbremszylinder (1) öffnendes zweites Rückschlagventil (19) mit dem Haupt­ bremszylinder (1) in Verbindung steht.
• c) Der lichte Axialabstand der beiden Steuerdurchlässe (16, 17) entspricht dem lichten Abstand zwischen Ringnut (10) und erster Stirnfläche (12), wobei mit dem ersten Steuerdurchlaß (16) die Ringnutkante (10 A) und mit dem zweiten Steuerdurchlaß 17 die Stirnflächenkante (12 A) als Steuerkante zusammenwirken.
• d) Der Doppelkolben (9) ist durch ein direkt oder indirekt mit ihm zusammenwirkendes steuerbares Stellglied (Stößel 20) aus seiner definierten Ruhelage - vorzugsweise in beide Richtungen - auslenkbar.

2. Druckmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannte Federvorrich­ tung (14) als gefesselte Druckfeder ausgebildet ist und für den an ihr direkt oder indirekt mit seiner zweiten Stirnfläche (13) anliegenden Doppelkolben (9) einen - dessen Ruhelage definierenden - Axialanschlag bildet, welcher durch das steuerbare Stellglied (Stößel 20) gegen die Federkraft der Federvorrichtung (14) in vom Doppelkolben (9) fortweisender Richtung verschiebbar ist.

3. Druckmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied einen axial durch die Federvorrichtung (14) hindurchgeführten Stößel (20) enthält, dessen Kopfende (21) einerseits lose an der zweiten Stirnfläche (13) des Doppelkolbens (9) anliegt und andererseits eine Druckplatte (14 A) o. ä. der Feder­ vorrichtung (14) hintergreift.

4. Druckmodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (20) einerseits im Rahmen einer Antriebsschlupfregelung beim Regelerforder­ nis "Bremsen" axial mindestens so weit in Richtung der Expansionskammer (11) verschiebbar ist, daß der zweite Steuerdurchlaß (17) durch den dabei entsprechend axial verschobenen Doppelkolben (9) verschlossen ist, und andererseits im Rahmen einer Antiblockierregelung beim Regelerfordernis "Druckabsenken" axial mindestens so weit in die entgegengesetzte Richtung verschiebbar ist, daß der erste Steuerdurchlaß (16) durch den dann entsprechend axial verschiebbaren Doppelkolben (9) ver­ schließbar ist.

5. Druckmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des zum Haupt­ bremszylinder (1) hin öffnenden zweiten Rückschlagventils (19) so bemessen ist, daß der in der Expansionskammer (11) und damit auch der in den Radbremszylindern (3) herrschende Hydraulikdruck auch bei nicht betätigter Bremsanlage stets zumindest etwas höher als Atmosphärendruck ist.