DE4015883C2 - Hydraulischer Kraftverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Kraftver­ stärker, insbesondere zur Betätigung von Hauptbremszylindern in hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlagen gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ausgehend von einem hydraulischen Kraftverstärker gemäß DE 32 18 194 A1, bei dem in einer Gehäusebohrung ein Ver­ stärkerkolben dichtend geführt ist, der mit einer Stirn­ fläche einen Druckraum begrenzt, und bei dem ein pedalbetä­ tigbares Bremsventil vorgesehen ist, das den Hilfsdruck in Abhängigkeit von einer Pedalkraft regelt und dem Druckraum zuführt, ist zwischen der Hilfsdruckquelle und dem Verstär­ kerkolben ein Druckminderventil derart angeordnet, daß ein einen Ventildurchgang steuernder Kolben des Druckminderven­ tils über eine kleinere Wirkfläche in Öffnungsrichtung des Ventildurchgangs vom Fremddruck und über eine größere Wirk­ fläche in Schließrichtung vom geminderten Druck beaufschlagt ist, wobei eine weitere Wirkfläche des Kolbens dem Druck im Druckraum derart ausgesetzt ist, daß bei Ansteuerung des hy­ draulischen Kraftverstärkers eine weitere Kraft in Öffnungs­ richtung am Druckminderventil wirksam wird.

Bei dem beschriebenen Kraftverstärker ist es als nachteilig anzusehen, daß der volle Speicherdruck über das Druckminder­ ventil in den Bremskraftverstärker gelangen kann, wodurch der Druck in den Bremskreisen über den zulässigen Betriebs­ druck ansteigen kann.

Der Erfindung liegt die Auf­ gabe zugrunde, einen hydraulischen Kraftverstärker der ein­ gangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß der zu­ lässige Betriebsdruck des hydraulischen Verstärkers nicht vom höheren maximalen Speicherdruck überschritten werden kann. Über die Steigerung der Betriebssicherheit hinaus soll der Kraftverstärker einfach aufgebaut sein.

Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Kraftverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Damit ist gewährleistet, daß beim Erreichen des zulässigen Betriebsdruckes im Verstärker, die Vorspannkraft der im Druckbegrenzer angeordneten Feder vom hydraulischen Druck des Speichers überschritten wird, womit die hydraulische Verbindung des Druckminderventils zur Hilfsdruckquelle durch die Verschiebung des am Druckbegrenzerkolben anliegenden Stufenkolben gedrosselt ist. Ein Nachströmen von unzulässig hohem Speicherdruck über den verschlossenen Ventildurchgang des Druckminderventils ist verhindert. Eine Begrenzung des Betriebsdruckes im Verstärker wird ebenso durch die direkte Übertragung des Bremskreisdruckes auf den dazu abgestimmten Druckbegrenzerkolben erreicht.

Als vorteilhaft erweist sich die den zulässigen Speicher­ druck einstellende Feder zwischen dem Druckbegrenzerkolben und der an das Druckminderventil angrenzenden Wand einzu­ spannen, wobei koaxial zur Feder der dem Druckbegrenzer zu­ gehörige Fortsatz die Wand unmittelbar durchdringt. Hier­ durch ergibt sich eine recht einfache sowie kurze Bauform, ohne daß die Funktionsfähigkeit in irgend einer Form einge­ schränkt wird.

Um einen Rückfluß von Leckagefluid zum drucklosen Vorratsbe­ hälter sicherzustellen, sieht die weitere Ausbildung des Er­ findungsgegenstandes vor, in dem die Feder aufnehmenden Raum eine Abflußleitung vorzusehen. Etwaige Leckageströme infolge Undichtigkeiten am Kolbenumfang können somit auf kürzestem Wege aufgefangen werden.

Vorzugsweise sind über die Wand das Druckminderventil und der Druckbegrenzer zu einer Baueinheit zusammengefaßt und in das Verstärkergehäuse integriert. Dadurch ergibt sich eine Kompakteinheit, die einfach im Kraftfahrzeug zu montieren ist, wobei der Montageaufwand gegenüber separat ausgeführten Geräteeinheiten erheblich reduziert ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Den hydraulischen Verstärker mit dem Druckminder­ ventil und dem Druckbegrenzer im Längsschnitt

Fig. 2 Diagramm zum Verlauf der Druckkennlinien.

In Fig. 1 ist eine hydraulische Zweikreis-Bremsanlage mit einem Tandemhauptzylinder 1 dargestellt. Von den Arbeitskam­ mern 2, 3 des Tandemhauptzylinders 1 zweigen Bremskreise 4, 5 zu den Radbremszylindern eines Kraftfahrzeuges ab. Der Tan­ demhauptzylinder 1 ist durch einen hydraulischen Kraftver­ stärker 6 betätigbar, der seinerseits aus einem in einer Ge­ häusebohrung 7 geführten Verstärkerkolben 8 besteht. Der Verstärkerkolben 8 weist an einem Teil seiner Mantelfläche eine Radialnut 9 auf, die mit dem Gehäuse 10 einen Umfangs­ ringraum 11 bildet. Eine in der Darstellung rechte Stirn­ fläche des Verstärkerkolbens 8 begrenzt einen Druckraum 12.

Der Verstärkerkolben 8 weist ferner eine Axialbohrung 13 auf, in der ein Steuerschieber 14 unter Selbstdichtung ge­ führt ist. Der Steuerschieber 14 steht über einen Betäti­ gungskolben 15 mit einem Bremspedal 16 in Verbindung und verfügt über einen Axialkanal 17 sowie zwei Radialkanäle 18, 19. Desgleichen ist der Verstärkerkolben 8 mit einem Ra­ dialkanal 20 versehen, der von dem Innenumfangsringraum 11 radial zur Axialbohrung des Verstärkerkolbens 8 führt. Ein weiterer in die Axialbohrung 13 mündender Druckmittelkanal 21 im Verstärkerkolben 8 steht mit einem drucklosen Behälter 22 in Verbindung.

Der drucklose Behälter 22 steht seinerseits mit der Nach­ laufbohrung 23, 24 des Tandemhauptzylinders in Verbindung und wirkt andererseits als Sumpf für eine durch einen Motor 25 angetriebene Druckmittelpumpe 26. Zu diesem Zweck führt vom drucklosen Behälter 22 eine Druckmittelleitung 27 über ein Filterelement 28 zur Druckmittelpumpe 26. Darüberhinaus steht der drucklose Behälter 22 mit einem Raum 29 in Verbin­ dung, der im wesentlichen durch die in der Darstellung linke Fläche des Verstärkerkolbens 8 und den dem ersten Bremskreis zugeordneten Hauptzylinderkolben 30 begrenzt wird. In diesem Raum 29 ist zur Rückstellung des Verstärkerkolbens 8 eine Druckfeder 31 vorgesehen. Der Ausgang der Druckmittelpumpe 26 ist über ein Rückschlagventil 32 und Druckmitteleitungen 33, 34 mit einem Druckspeicher 35 verbunden. Am Druckspei­ cher 35 ist über eine weitere Druckleitung 36 ein Druckmin­ derventil 37 angeschlossen, das über eine Druckmittelleitung 38 eine Verbindung zum Umfangsringraum 11 des hydraulischen Kraftverstärkers 6 hat und außerdem über eine Druckmittel­ leitung 39 am Druckraum 12 des hydraulischen Kraftverstär­ kers angeschlossen ist.

Das Druckminderventil 37 besteht aus einem Gehäuse 40, das mit einer Stufenbohrung 41 versehen ist. In der Stufenbohrung 41 ist ein Stufenkolben 42 axial ver­ schiebbar geführt. Das Kolbenteil 43 mit kleinerem Durchmes­ ser bildet mit Teilen des Gehäuses 40 einen Raum 44, während die Stirnfläche des Kolbenteils 45 mit größerem Durchmesser einen Raum 51 begrenzt. Die Räume 44, 46 sind durch eine Druckmittelleitung 47 miteinander verbunden. Am Kolbenteil 43 mit kleinerem Durchmesser ist ein Ventilschließglied 48 angeformt, das im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz 49 eine Unterbrechung der Druckleitungen 36, 38 herbeiführen kann. Der Stufenkolben 42 verfügt ferner über eine radiale Umfangsnut 50, die zusammen mit Teilen des Gehäuses 40 einen Ringraum 51 bildet, der die Stufe in der Stufenbohrung 41 überdeckt und über die Druckmittelleitung 39 eine Verbindung zum Druckraum 12 des hydraulischen Kraftverstärkers 6 hat. Der Stufenkolben 42 trägt beiderseits der radialen Umfangs­ nut 50 Ringdichtungen 52, 53.

An das Druckminderventil 37 schließt sich in Reiheschaltung der Druckbegrenzer 56 an, der in seinem Gehäuse den Druckbe­ grenzerkolben 57 aufnimmt. Dieser wird auf der dem Druckmin­ derventil 37 zugewandten Kolbenwirkfläche von einer Feder 59 und auf der entgegengesetzten Kolbenwirkfläche vom einge­ steuerten Verstärkerdruck beaufschlagt. Ein am Druckbegren­ zerkolben 57 angeformter Fortsatz 60 durchdringt die Wand 58 zwischen dem Druckminderventil 37 und dem Druckbegrenzer 56, um den Stufenkolben 42 während der Vollbremsstellung in kraftschlüssiger Kontaktierung zum Verschluß des Ventil­ durchgangs 48, 49 zu bewegen.

Nachfolgend ist die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestell­ ten Bremsanlage näher erläutert, wobei Ausgangspunkt der Be­ trachtungen der Bremslösezustand sein soll, in dem keine Kraft auf das Bremspedal 16 ausgeübt wird. Ferner sei ange­ nommen, daß der Druckspeicher 35 zunächst drucklos ist, wie es z. B. nach einer längeren Stillstandszeit des Kraftfahr­ zeuges auftreten kann. In diesem Zustand befindet sich der Verstärkerkolben 8 infolge der Kraftwirkung der Rückstellfe­ der 31 in einer in der Darstellung rechten Endstellung. Der Stufenkolben 42, auf den keinerlei Federkräfte wirken, be­ findet sich in einer unbestimmten Axiallage in der Stufen­ bohrung 41, so daß der Stufenkolben 42 nicht den Fortsatz 60 am Druckbegrenzerkolben 57 berührt. Hingegen ist der Druck­ begrenzerkolben 57 unter Einwirkung der Federvorspannkraft über einen Anschlag grundpositioniert. Die hydraulische Ver­ bindung vom Druckraum 12 zum Druckbegrenzer 56 verharrt drucklos.

Bei einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges läuft die Pumpe 25 an, wodurch die mit dem Motor 25 mechanisch gekoppelte Druckmittelpumpe 26 Druckmittel aus dem drucklosen Behälter 22 ansaugt und über das Rückschlagventil 32 dem Druckspei­ cher 35 zuführt. Ferner werden die Räume 44, 46 dem Druck des Druckspeichers ausgesetzt. Dadurch verschiebt sich der Stufenkolben 42 in eine in der Darstellung linke Endstel­ lung. Wenn der Druckspeicher 35 den vorgeschriebenen Höchst­ druck (beispielsweise 200 bar) erreicht hat, beträgt der Druck im Druckraum 44, bzw. im Umfangsringraum 11 des hy­ draulischen Kraftverstärkers 6 bei geeigneter Dimensionie­ rung der Durchmesser des Stufenkolbens 42 beispielsweise 35 bar, wobei das Ventilschließglied 48 auf dem Ventilsitz 49 aufliegt und dieses die Druckmittelleitungen 36, 38 vonein­ ander trennt. Durch seine Verbindung zum drucklosen Behälter 22 ist der Druckraum des hydraulischen Kraftverstärkers bzw. der Umfangsringraum 51 des Druckminderventils 37 drucklos.

Bei einer Betätigungskraft auf das Bremspedal 60 bewegt sich der Steuerkolben 15 mit dem Steuerschieber relativ zum Ver­ stärkerkolben 8 nach links, wodurch zunächst der Druckmit­ telkanal 21, der Verbindung zum drucklosen Behälter 22 hat, abgeschlossen wird. Bei fortgesetzter Bewegung des Steuer­ schiebers 14 gelangt der Radialkanal 18 im Steuerschieber mit dem Radialkanal 20 im Verstärkerkolben 8 zur Über­ deckung; Druckmittel aus dem Umfangsring 11 strömt über den Radialkanal 18, den Axialkanal 17 und den Radialkanal 19 in den Druckraum des hydraulischen Kraftverstärkers 6, und der Umfangsringraum 51 des Druckminderventils 37 wird über die Druckmittelleitung 39 druckbeaufschlagt. Durch diese Druck­ beaufschlagung des Umfangsringraums 51 wird auf den Stufen­ kolben 42 eine Kraft ausgeübt, die dem Produkt aus der ein­ gesteuerten Druckkraft und der Differenzfläche zwischen kleinerem Kolbenteil 40 und größerem Kolbenteil 45 ent­ spricht. Diese Kraft wirkt auf das Ventil 48, 49 des Druck­ minderventils in Öffnungsrichtung. Infolge des in den Druck­ raum 12 eingesteuerten Druck verschiebt sich der Verstärker­ kolben in der Darstellung nach links, wodurch die Relativ­ stellung zwischen Verstärkerkolben 8 und Steuerschieber 14 geändert wird, wobei eine gesonderte Schnüffelstellung er­ reicht wird, in der der Druckmittelkanal 21 zum drucklosen Behälter 22 verschlossen ist und der Radialkanal des Steuer­ schiebers 14 minimal mit dem Radialkanal 20 des Verstärker­ kolbens zur Überdeckung gebracht ist. Entsprechend der Bewe­ gung des Verstärkerkolbens des hydraulischen Kraftverstär­ kers 6 werden auch die Hauptzylinderkolben 30, 54 des Tan­ demhauptzylinders in der Darstellung nach links verschoben, wobei sich die Arbeitskammern 2, 3 verkleinern und ein ent­ sprechender Bremsdruck in den Bremskreisen 4, 5 bzw. in den an den Bremskreisen angeschlossenen Radbremsen erzeugt wird. Der Druckbegrenzer 56 bleibt zunächst auch weiterhin mit seinem gehäuseseitigen Anschlag in nicht betätigter Stel­ lung, da der dem Druckraum 12 entnommene Druck kleiner ist, als der Federdruck am Druckbegrenzerkolben 57.

Durch die Druckbeaufschlagung des Umfangringraumes 51 mit dem im Druckraum des hydraulischen Kraftverstärkers 6 vor­ herrschenden Druck stellt sich im Druckminderventil 37 ein neuer Gleichgewichtszustand ein, in dem der Druck in der Druckmittelleitung 38 bzw. im Umfangsringraum 11 in Abhän­ gigkeit vom Druck im Druckraum angehoben ist. Eine weitere Verschiebung des Steuerschiebers 14 in der Darstellung nach links stört diesen Gleichgewichtszustand erneut, wobei je­ weils der Druck im Umfangsringraum 11 angehoben wird. Beim Erreichen des zulässigen Hilfsdruckes wirkt dieser gleich­ zeitig auch über den hydraulischen Abzweig der Druckmittel­ leitung 39 auf die Wirkfläche des Druckbegrenzerkolbens 57. Da gleichzeitig mit dem Erreichen des zulässigen Verstärker­ druckes die hierzu angepaßt dimensionierte Vorspannkraft der Feder 59 vom Hilfsdruck überschritten wird, vollzieht der Druckbegrenzerkolben 57 eine in der Fig. 1 nach links ge­ richtete Hubbewegung, die unter Kontaktierung des kolbensei­ tigen Fortsatzes 50 mit dem Stufenkolben 42 des Druckminder­ ventils 37 zum Verschließen des Ventildurchganges 48, 49 führt. Somit ist über die Rückkopplung des Druckbegrenzers 56 mit dem Druckminderventil 37 eine unzulässige Steigerung des Hilfsdruckes im Druckraum 12 verhindert. Beim Lösen des Bremspedals 16 kehren alle beweglichen Teile der Bremsanlage in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurück.

Bei Ausfall des Drucks im Druckspeicher 35 ist eine Druck­ versorgung der Bremskreise 4, 5 ohne weiteres, wenn auch mit wesentlich erhöhter Kraft am Pedal erzeugbar. In diesem Störfall verschiebt sich der Steuerkolben 15 mit dem Steuer­ schieber 14 in der Axialbohrung 13 des Verstärkerkolbens so­ weit, bis er am Boden der Axialbohrung anschlägt. Bei weite­ rer Erhöhung der Betätigungskraft am Bremspedal werden nun der Verstärkerkolben 8 und die Hauptzylinderkolben 30, 54 des Tandemhauptzylinders 1 in der Darstellung nach links verschoben, wodurch die Bremskreise 4, 5 rein mechanisch un­ ter Druck gesetzt werden. Dabei sind die Räume 44, 51, 46 des Druckminderventils 37 drucklos, so daß der Stufenkolben 42 eine beliebige Lage in der Stufenbohrung 41 einnimmt, in der die Notfunktion der Bremsanlage nicht beeinträchtigt ist.

Fig. 2 zeigt auf der Ordinate des Diagramms den Druckverlauf p_sp, p1, p2, während über der Abszisse die Zeitdauer t aufgetragen ist. In dem dargestellten Diagramm ist der Druck im Raum 44 des Druckminderventils 37 bzw. im Umfangsringraum 11 des hydraulischen Kraftverstärkers 6 mit p1 und der Druck im Raum 51 bzw. im Druckraum 12 mit p2 bezeichnet.

Im Ursprungspunkt des Diagramms ist der Druck p2 im Druck­ raum 12, 51 zunächst Null, da im unbetätigten Zustand des Steuerschiebers 14, die Verbindung zum Speicherdruckp_sp zunächst unterbrochen ist. Folglich ist auch der im Abzweig zur Druckmittelleitung 39 angeschlossene Druckbegrenzerraum 61 zunächst drucklos über die hydraulische Verbindung des Verstärkerkolbens 8 mit dem Vorratsbehälter 22 verbunden.

Infolge des unterschiedlichen Flächenverhältnisses am Stu­ fenkolben 42 des Druckminderventils 37 ist jedoch gleichzei­ tig im selben Zeitpunkt t - entsprechend dem Ursprungspunkt - bereits ein Druck p1 im Umfangsringraum 11 wirksam, wo­ durch sich die Druckdifferenz p in Ordinatenrichtung er­ klärt.

Sobald nach einer gewissen Zeit durch die Betätigung des Steuerschiebers 14 der Radialkanal 18 die Druckmittelverbin­ dung zwischen dem Umfangsringraum 11 und dem Druckraum 12 herstellt, steigt auch der Druck p2 im Umfangsringraum 51. Als Folge der Drucksteigerung p2 im Umfangsringraum 51 nimmt auch der Druck p1 im Ringraum 11 stetig zu, solange nicht infolge der hydraulischen Kopplung des Drucks p2 mit dem Druckbegrenzerkolben 57, dieser die vom Stufenkolben 42 ge­ steuerte Speicherdruck-Freigabebewegung mechanisch unter­ bricht.

Mit zunehmender Einspeisung des Speicherdrucks p_sp und da­ mit in Abhängigkeit von der weiteren Bremsdrucksteigerung, nähern sich die Drücke p1, p2 dem zulässigen Betriebsdruck des Verstärkers, so daß beim Erreichen der Vollbremsstellung der Druck p2 gerade der Vorspannkraft der Feder 59 im Brems­ druckbegrenzer 56 entspricht. Überschreitet der Druck p1 den zulässigen Verstärkerdruck, z. B. 160 bar, so verschiebt der im Druckbegrenzerraum 61 anstehende Druck p2 den Druckbe­ grenzerkolben 57 auf den Stufenkolben 42, der in Schließ­ richtung auf den Ventilsitz 49 den weiteren Durchlaß dros­ selt. Folglich verläuft die weitere Druckmittelzufuhr in der Vollbremsstellung mit konstantem Druck p1, p2. Die Möglich­ keit einer Überschreitung des zulässigen Betriebsdrucks im Druckraum 11 des Verstärkers ist somit gänzlich ausgeschlos­ sen.

Claims (3)

1. Hydraulischer Kraftverstärker, insbesondere zur Betätigung von Hauptbremszylindern in hydraulischen Kraftfahr­ zeugbremsanlagen, mit einer Hilfsdruckquelle, bestehend aus einer Pumpe und einem Speicher, einem in einer Gehäu­ sebohrung dicht geführten Verstärkerkolben, der mit einer Stirnfläche einen Druckraum begrenzt und bei dem ein pe­ dalbetätigbares Bremsventil mit einem relativ zum Ver­ stärkerkolben verschiebbaren Steuerschieber vorgesehen ist, das einen Hilfsdruck in Abhängigkeit von einer Pe­ dalkraft regelt und dem Druckraum zuführt, wobei der Druckraum in der Bremslösestellung mit einem drucklosen Behälter verbunden ist, wobei zwischen der Hilfsdruck­ quelle und dem Bremsventil ein Druckminderventil angeord­ net ist, dessen Ventildurchgang steuernder Stufenkolben über eine kleinere Wirkfläche in Öffnungsrichtung des Ventildurchganges vom Hilfsdruck und über eine größere Wirkfläche in Schließrichtung vom geminderten Druck be­ aufschlagt ist und wobei eine weitere Wirkfläche des Stufenkolbens dem Druck im Druckraum derart ausgesetzt ist, daß eine weitere Kraft in Öffnungsrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an das Druckminderventil (37) ein Druckbegrenzer (56) angegliedert ist, daß eine dem Druckminderventil (37) abgewandte Wirkfläche eines im Druckbegrenzer (56) beweglich eingefügten Druckbegrenzerkolbens (57) vom Druck im Druckraum (12) oder vom Druck eines am Tandem-Hauptzylinder angeschlossenen Bremskreises (4, 5) beaufschlagt ist, um eine Kraft in Schließrichtung des Ventildurchganges (48, 49) auf den am Druckbegrenzerkolben (57) beweglich anliegenden Stufenkolben (42) des Druckminderventils (37) wirken zu lassen, und daß zwischen dem Druckbegrenzerkolben (57) und einer das Druckminderventil (37) begrenzenden Wand (58) eine Feder (59) derart eingespannt ist, daß die hydraulische Verbindung des Druckminderventils (37) zur Hilfsdruckquelle am Ventildurchgang (48, 49) gedrosselt ist, wenn die Vorspannkraft der Feder (59) von dem im Druckraum (12) vorherrschenden hydraulischen Druck der Hilfsdruckquelle überschritten ist.

2. Hydraulischer Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckminderventil (37) begrenzende Wand (58) von einem dem Druck­ begrenzerkolben (57) zugeordneten Fortsatz (60) beweglich sowie abdichtend durchdrungen ist.

3. Hydraulischer Kraftverstärker nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Feder (59) aufnehmende Raum eine hydraulische Verbindung zum drucklosen Behälter (22) aufweist.