DE3904614C2 - Druckmodulator nach dem Plunger-Prinzip für eine hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit Antiblockierregeleinrichtung - Google Patents
Druckmodulator nach dem Plunger-Prinzip für eine hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit AntiblockierregeleinrichtungInfo
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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 und/oder als Druckmodulator in hydraulischen
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 als Prinzip im Längsschnitt einen Druckmodulator gemäß der Erfindung für
eine hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit einer Anti
blockier- und Antriebsschlupfregeleinrichtung.
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 10A
und mit dem zweiten Steuerdurchlaß 17 die Stirnflächenkante 12A
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 14A 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 14A 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:
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.
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.
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
Modulation des die Radbremszylinder beaufschlagenden
Hydraulikdrucks veränderbar ist, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- a) Der Plungerkolben ist als ein eine Ausnehmung (Ringnut 10) tragender Doppelkolben (9) mit einem radbremsseitigen Steuerkolbenteil mit einer die Expansionskammer (11) begrenzenden ersten Stirnfläche (12) sowie mit einer atmosphären druckbeaufschlagten zweiten Stirnfläche (13) ausgebildet, wobei die Ausnehmung (Ringnut 10) durch eine im Steuerkolbenteil verlaufende ungedrosselte 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 er seine Lage auch bei Betätigung der Bremsanlage mit dem vom Hauptbremszylinder (1) maximal erzeugbaren Hydraulikdruck beibehält, in einer definierten Ruhelage gehalten, in welcher ein in der Zylinderwandung (15) angeordneter erster Steuerdurchlaß (16) - voll geöffnet - in der Ausnehmung (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 der Mantelhöhe des Steuerkolbenteils des Doppelkolbens (9), d. h. dem Abstand zwischen der Ausnehmung (Ringnut 10) und der ersten Stirnfläche (12), wobei mit dem ersten Steuerdurchlaß (16) die Ringnutkante (10A) und mit dem zweiten Steuerdurchlaß (17) die Stirnflächenkante (12A) als Steuerkante zusammenwirken.
- d) Der Doppelkolben (9) ist durch ein direkt oder indirekt mit ihm zusammenwirkendes steuerbares Stellglied (Stößel 20) aus seiner definierten Ruhelage 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 (14A) 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 Steuerkolbenteil des dabei entsprechend axial
verschobenen Doppelkolbens (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 Steuerkolbenteil des Doppelkolbens (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.
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1989
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