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Die vorliegende Erfindung betrifft Bremskraftverstärker für Motorfahrzeuge, die
einen Hauptzylinder aufweisen, der den hydraulischen Druck in dem Bremskreis steuert,
der mit den Bremsen des Fahrzeugs verbunden ist, wobei der Hauptzylinder durch einen
pneumatischen Bremskraftverstärker betätigt werden kann, wenn der Fahrer des
Fahrzeugs das Bremspedal betätigt.
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Der Hauptzylinder ist in herkömmlicher Weise mit einer Bremsflüssigkeit gefüllt und
mit einem hydraulischen Hauptkolben ausgestattet, der dazu vorgesehen ist, eine
Betätigungskraft aufzunehmen, die sich aus einer Eingangskraft und einer Hilfskraft
zusammensetzt, wobei beide entlang einer axialen Richtung wirken.
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Andererseits kann der pneumatische Bremskraftverstärker durch die auf eine
Steuerstange wirkende Eingangskraft betätigt werden, die die Öffnung eines Ventils steuert, um
die Betätigungskraft auf den hydraulischen Hauptkolben des Hauptzylinders auszuüben,
wobei der Bremskraftverstärker ein starres Gehäuse aufweist, das in dichter Weise in
zwei Kammern mit Hilfe einer beweglichen Trennwand geteilt ist, die durch das Öffnen
eines Ventils mit einem Druckunterschied zwischen den beiden Kammern beaufschlagt
werden und einen pneumatischen Kolben mitnehmen kann, der bezüglich des Gehäuses
beweglich ist und das Ventil trägt, wobei die Eingangskraft durch einen Tauchkolben
übertragen wird, der auf der anderen Seite dem hydraulischen Druck ausgesetzt ist, der
im Hauptzylinder herrscht.
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In diesen Vorrichtungen umfaßt der hydraulische Hauptkolben des Hauptzylinders
selbst einen beweglichen Hohlzylinder, der mit dem Hauptzylinder verbunden ist,
wenigstens einen Teil der Hilfskraft aufnimmt und in dessen Innerem auf dichte Weise und
entlang einer axialen Richtung ein Reaktionskolben gleitet, der wenigstens die
Eingangskraft aufnehmen kann, wobei elastische Mittel eine elastische Kraft zwischen dem
Reaktionskolben und dem beweglichen Zylinder ausüben und den Reaktionskolben in
Richtung des Hauptzylinders beaufschlagen, wobei wenigstens eine Öffnung in dem
beweglichen Zylinder ausgebildet ist, um dessen Innenraum mit dem inneren Volumen des
Hauptzylinders zu verbinden.
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Eine solche Vorrichtung findet sich zum Beispiel in der Druckschrift WO 98/U3385
beschrieben, die nach dem Tag der Einreichung des vorliegenden Patents veröffentlicht
wurde.
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Diese Vorrichtungen mit hydraulischer Reaktion haben den Hauptvorteil, daß ihre
Funktionskennlinie, d. h. die Kennlinie, die den Druck im Hauptzylinder in Abhängigkeit
von der Größe der Kraft am Eingang des Bremskraftverstärkers zeigt, unabhängig von
der Stärke der Bremsbetätigung oder der Geschwindigkeit, mit der die Eingangkraft
wirkt, unverändert ist. Diese Vorrichtungen weisen daher keine Verlängerung der
Änsprechzeit im Falle einer Notbremsung auf.
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Sie haben jedoch den Nachteil, eine ausgeprägte Hysterese zwischen der
Betätigungsphase und der Phase nachlassender Bremswirkung aufzuweisen, was besonders bei
den häufigsten Bremsbetätigungen spürbar ist, d. h. bei jenen, die keine Notbremsungen
sind.
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Die vorliegende Erfindung ist in diesem Umfeld angesiedelt und hat zur Aufgabe;
einen hydraulischen Bremskraftverstärker vorzuschlagen, der verbesserte
Funktionsmerkmale im Falle einer Notbremsung aufweist, der keine Hysterese aufweist, ohne
Signalaufnehmer oder eine komplexe elektronische Schaltung zu erfordern und der demzufolge
kostengünstig ist und in allen Situationen zuverlässig funktioniert.
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Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung einen Bremskraftverstärker für
Motorfahrzeuge vor, der einerseits einen Hauptzylinder aufweist, der mit einer
Bremsflüssigkeit gefüllt und mit einem hydraulischen Hauptkolben ausgestattet ist, der dazu
vorgesehen ist, eine Betätigungskraft aufzunehmen, die sich aus einer Eingangskraft und
einer Hilfskraft zusammensetzt, wobei beide entlang einer axialen Richtung wirken, und
der andererseits einen pneumatischen Bremskraftverstärker aufweist, der durch die auf
eine Steuerstange wirkende Eingangskraft betätigt werden kann, wobei die Steuerstange
mit einem Tauchkolben fest verbunden ist, der die Öffnung eines Dreiwege-Ventils
steuert, um die Betätigungskraft auf den hydraulischen Hauptkolben auszuüben, wobei der
Bremskraftverstärker ein starres Gehäuse aufweist, das in dichter Weise in wenigstens
zwei Kammern mit Hilfe von wenigstens einer beweglichen Trennwand geteilt ist, die
durch das Öffnen des Dreiwege-Ventils mit einem Druckunterschied zwischen den
beiden Kammern beaufschlagt werden und einen pneumatischen Kolben mitnehmen kann,
der bezüglich des Gehäuses beweglich ist, das Dreiwege-Ventil trägt und wenigstens zur
Übertragung der Hilfskraft beiträgt, wobei der hydraulische Hauptkolben des
Hauptzylinders selbst einen beweglichen Hohlzylinder umfaßt, der mit dem inneren Volumen des
Hauptzylinders verbunden ist, wenigstens einen Teil der Hilfskraft aufnimmt und in
dessen Innerem auf dichte Weise und entlang einer axialen Richtung ein Reaktionskolben
gleitet, der wenigstens die Eingangskraft aufnehmen kann, wobei erste elastische Mittel
eine erste elastische Kraft zwischen dem Reaktionskolben und dem beweglichen
Zylinder ausüben und den Reaktionskolben in Richtung des Hauptzylinders beaufschlagen,
wobei wenigstens eine Öffnung in dem beweglichen Zylinder ausgebildet ist, um dessen
Innenraum mit dem inneren Volumen des Hauptzylinders zu verbinden, wobei der
Reaktionskolben eine Zweiwegeventil-Anordnung aufweist, die normalerweise geöffnet ist
und die Verbindung zwischen dem inneren Volumen des Hauptzylinders und dem
Inneren des beweglichen Zylinders unterbrechen kann, wobei der Reaktionskolben
zusammengesetzt ist und ein erstes Teil aufweist, das in der Ruhestellung an dem beweglichen
Zylinder unter der Wirkung von ersten elastischen Mitteln anliegt und ein zweites Teil
aufweist, das bezüglich des ersten Teils gleiten kann, wobei die zweiten elastischen
Mittel eine zweite elastische Kraft nach hinten auf das zweite Teil ausüben, um es in der
Ruhestellung gegen das erste Teil in Anschlag zu bringen, wobei das zweite Teil auf dichte
Weise in dem ersten Teil gleiten kann, wobei ein dritter Kolben auf dichte Weise in dem
beweglichen Zylinder gleiten kann, wobei der dritte Kolben durch dritte elastische Mittel
nach hinten beaufschlagt ist, um sich in der Ruhestellung gegen das erste Teil
abzustützen, wobei die zweiten elastischen Mittel zwischen dem zweiten Teil und dem dritten
Kolben angeordnet sind, wobei der dritte Kolben mit einer mittleren Öffnung ausgebildet
ist, die den Innenraum des beweglichen Zylinders mit dem inneren Volumen des
Hauptzylinders verbindet, wobei die Zweiwegeventil-Anordnung durch einen Ventilsitz
gebildet ist, der auf dem zweiten Teil oder dem dritten Teil angeordnet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der dritte Kolben abgestuft und gleitet auf
dichte Weise in einer abgestuften Bohrung des beweglichen Zylinders, wobei der
Durchmesser des vorderen Bereichs der abgestuften Bohrung kleiner ist als der
Durchmesser des hinteren Bereichs dieser Bohrung.
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Durch diese Anordnung können das erste Teil und das zweite Teil des
Reaktionskolbens bei einer Notbremsung relativ zueinander gleiten und die Zweiwegeventil-
Anordnung in Schließrichtung betätigen, so daß der Reaktionskolben die Druckreaktion
im Inneren des Hauptzylinders nur auf einer Querschnittsfläche aufnimmt, die kleiner ist
als die, auf der er diese Druckreaktion bei einer Bremsung unter normalen Bedingungen
aufnimmt, woraus folgt, daß das Verhältnis der Unterstützungskraft des
Bremskraftverstärkers bei einer Notbremsung größer ist als die, die man bei einer Bremsung unter
normalen Bedingungen erhält. Bei einer Bremsbetätigung in Situationen, die keine
Notsituationen sind, bildet der abgestufte Kolben einen Differentialkolben, der das Zweiwege-
Ventil zum Öffnen zwingt und somit eine Hysterese vermeidet.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsform klar ersichtlich, die nur als Beispiel und nicht
einschränkend angegeben ist, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen ist.
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In den Zeichnungen zeigt:
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Bremskraftverstäkers ist, der gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgeführt;
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Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des mittleren Teils des Bremskraftverstärkers
der Fig. 1, und
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Fig. 3 den Verlauf des von dem Hauptzylinder erzeugten Drucks in Abhängigkeit
von der auf das Bremspedal ausgeübten Kraft, wobei dieser Verlauf mit dem
Bremskraftverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnen wurde.
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Da die Erfindung nur eine auf pneumatische Bremskraftverstärker-Systeme
übertragene Verbesserung betrifft und da deren allgemeiner Aufbau und allgemeine
Funktionsweise dem Fachmann wohlbekannt sind, werden diese Systeme an dieser Stelle nur kurz
ins Gedächtnis gerufen, um ein Gesamtverständnis der Verbesserung zu ermöglichen, die
die vorliegende Erfindung bietet.
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Schematisch umfaßt ein System dieser Art einen Bremskraftverstärker 100 und einen
Hauptzylinder 200.
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Der Bremskraftverstärker 100, von dem nur der mittlere Teil dargestellt ist, ist
vorgesehen, um in herkömmlicher Weise an einer Spritzwand (nicht dargestellt) zwischen
einem Motorraum eines Fahrzeugs und dem Fahrzeuginnenraum dieses Fahrzeugs
befestigt zu werden und um durch ein Bremspedal (nicht dargestellt) betätigt zu werden, das
sich in diesem Fahrzeuginnenraum befindet. Der Hauptzylinder 200, von dem nur der
hintere Teil dargestellt ist, steuert den hydraulischen Bremskreis des Fahrzeugs und ist an
der vorderen Wand des Bremskraftverstärkers 100 befestigt.
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Aus Konvention nennt man "vorn" bei der Baugruppe
Bremskraftverstärker/Hauptzylinder den Teil, der dem Hauptzylinder 200 zugewandt ist, und "hinten" bei
dieser Baugruppe den Teil, der dem Bremspedal zugewandt ist. In den Figuren ist somit
vorn links und hinten rechts.
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Der Bremskraftverstärker 100 umfaßt seinerseits ein starres Gehäuse 10, dessen
inneres Volumen in dichter Weise in eine vordere Kammer 12 und eine hintere Kammer 14
durch eine bewegliche Trennwand 16 geteilt ist, die eine Membran 18 und eine starre
Schürze 20 umfaßt und einen pneumatischen Kolben 22 mitnehmen kann, der im Inneren
des Gehäuses 10 beweglich ist.
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Die vordere Kammer 12, deren vordere Seite in dichter Weise durch den
Hauptzylinder 200 abgeschlossen ist, ist stets mit einer Unterdruckquelle (nicht dargestellt)
verbunden. Der Druck in der hinteren Kammer 14 wird durch ein Dreiwege Ventilelement 24
gesteuert, das durch eine Steuerstange 26 betätigt wird, die mit dem Bremspedal
verbunden und mit einem Tauchkolben 28 fest verbunden ist.
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Befindet sich die Steuerstange 26 in der Ruhestellung, d. h. nach rechts gezogen, stellt
das Ventilelement 24 eine Verbindung zwischen den beiden Kammern 12 und 14 des
Bremskraftverstärkers her. Indem somit die hintere Kammer 14 dem gleichen Druck wie
die vordere Kammer ausgesetzt ist, wird der Kolben 22 in der Ruhestellung durch eine
Feder 25 nach rechts, in Anlage an der inneren Seite der vorderen Wand des Gehäuses 10
gedrängt.
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Die Betätigung die Steuerstange 26 nach links bewirkt, daß in einem ersten Schritt
das Ventilelement 24 so verschoben wird, daß es die Kammern 12 und 14 voneinander
isoliert und dann, in einem zweiten Schritt, dieses Ventil so verschoben wird, daß es die
hintere Kammer 14 zum Atmosphärendruck hin öffnet.
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Der Druckunterschied zwischen den beiden Kammern 12 und 14, der dann von der
Membran 18 registriert wird, übt auf die bewegliche Trennwand 16 einen Druck aus, der
sie nach links verschieben möchte und es ihr ermöglicht, den Kolben 22 mitzunehmen,
der sich seinerseits verschiebt, wobei er die Feder 25 zusammengedrückt.
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Die auf die Steuerstange 26 ausgeübte Bremskraft oder "Eingangskraft" und die
Hilfsbremskraft oder "Hilfskraft", die sich aus dem Druck der beweglichen Trennwand
16 ergibt, wirken somit gemeinsam entlang der Achse X-X' des Bremskraftverstärkers
100 in Richtung des Hauptzylinders 200 und addieren sich, um dessen Betätigungskraft
zu bilden.
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Genauer gesagt wirkt die Betätigungskraft auf den hydraulischen Hauptkolben 30 des
Hauptzylinders und ruft die Verschiebung von ihm nach links (in den Figuren) hervor,
was einen Druckanstieg der in dem inneren Volumen V des Hauptzylinders 200
vorhandenen Bremsflüssigkeit sowie eine Betätigung der mit diesem verbundenen Bremse
(nicht dargestellt) zur Folge hat.
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Wie in Fig. 2 deutlicher zu sehen ist, ist der hydraulische Hauptkolben 30
tatsächlich mehrteilig und weist einerseits einen beweglichen Hohlzylinder 32 und andererseits
einen Reaktionskolben 34 auf. Das innere Volumen 35 des beweglichen Hohlzylinders
32 ist über Öffnungen wie 36, die in dem beweglichen Zylinder 32 entlang einer axialen
Richtung angeordnet sind, mit dem inneren Volumen V des Hauptzylinders verbunden.
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Abgesehen von dem Durchfluß von Flüssigkeit, den diese Öffnungen 36 zwischen
dem inneren Volumen V des Hauptzylinders 200 und dem inneren Volumen 35 des
beweglichen Zylinders 32 ermöglichen, gleitet dieser bewegliche Zylinder 32 auf dichte
Weise in dem Körper des Hauptzylinders 200, wobei die Dichtheit durch wenigstens eine
ringförmige Lippendichtung 37 erreicht wird.
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Was den Reaktionskolben 34 betrifft, so gleitet er im Inneren des beweglichen
Zylinders 32, den er in dichter Weise durch eine ringförmige Dichtung 38 verschließt. Der
bewegliche Zylinder 32 ist über einen Ring 40 so mit der starren Schürze 20 verbunden,
daß er wenigstens einen Teil der durch diese starre Schürze 20 ausgeübten Hilfskraft
aufnimmt.
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Der Reaktionskolben 34 ist axial gegenüber einer Schubstange 42 angeordnet, die fest
mit dem Tauchkolben 28 verbunden ist und wenigstens die Eingangskraft auf ihn
übertragen kann, die auf die Steuerstange 26 ausgeübt wird, welche ihrerseits mit dem
Tauchkolben 28 fest verbunden ist.
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Im folgenden ist die Funktionsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung erläutert.
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In der Ruhestellung nehmen die verschiedenen beweglichen Teile die in den Figuren.
1 und 2 dargestellte Stellung ein, und insbesondere der Reaktionskolben 34 liegt unter
der Wirkung der Beaufschlagung einer Feder 46 nach vorn an einer ringförmigen
Abstufung 44 des beweglichen Zylinders 32 an. Das Ventilelement 24 ermöglicht die
Verbindung zwischen den beiden Kammern 12 und 14, die sich dann unter demselben
verminderten Druck befinden.
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Eine erste Kraft auf das Bremspedal dient dazu, die Vorspannung der Rückstellfeder
der Steuerstange 26 zu überwinden und das Ventilelement 24 in eine Stellung zu bringen,
in der es die beiden Kammern 12 und 14 voneinander isoliert. Diese Erhöhung der Kraft
auf das Bremspedal liefert daher keine Druckerhöhung im Hauptzylinder und ist in der
Kennlinie der Fig. 3 durch den Abschnitt OA dargestellt.
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Nach diesem vorbestimmten Hub der Steuerstange 26 öffnet das Ventilelement 24 die
hintere Kammer 14 des Servomotors 100 zur Atmosphäre hin, und zwischen den beiden
Kammern 12 und 14 des Bremskraftverstärkers baut sich ein Druckunterschied auf.
Dieser Druckunterschied erzeugt eine Hilfskraft, die die starre Schürze 20 und den
beweglichen Zylinder 32 nach vorn bewegt.
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Der hydraulische Druck in dem inneren Volumen V des Hauptzylinders 200 erhöht
sich somit, baut sich durch Strömen der Hydraulikflüssigkeit durch die Öffnungen 36 in
dem inneren Volumen 35 des beweglichen Zylinders 32 auf und wirkt gegen die
Querschnittsfläche S des Reaktionskolbens 34.
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In einem ersten Schritt übersteigt die Kraft, die durch diesen auf diese
Querschnittsfläche S ausgeübten Druck erzeugt wird, nicht die Vorspannung in der Ruhestellung der
Feder 46, so daß der Reaktionskolben 34 unbewegt bezüglich des beweglichen Zylinders
32 und in einem Abstand von der Schubstange 34 bleibt, so daß folglich keine Reaktion
an dem Bremspedal wahrgenommen wird. Diese erste Ablaufphase wird durch den
Abschnitt AB der Kennlinie in Fig. 3 dargestellt. Die Länge des Abschnitts AB wird der
"Sprung" des Bremskraftverstärkers genannt.
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Der Sprung des Bremskraftverstärkers kann auf jeden gewünschten Wert eingestellt
werden, indem die Vorspannung in der Ruhestellung der Feder 46 eingestellt wird. Man
kann z. B. vorsehen, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, daß der Ring 40 mit
einem Außengewinde versehen und in den beweglichen Zylinder 32 eingeschraubt ist, auf
den er wenigstens einen Teil der Hilfskraft überträgt, die auf die Schürze 20 wirkt, die
sich gegen ihn abstützt.
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Das Einschrauben des Ringes 40 in den beweglichen Zylinder 32 bewirkt somit ein
Zusammendrücken der Feder 46 und somit eine Erhöhung der Vorspannung, die diese
auf den Reaktionskolben 34 in Richtung des Hauptzylinders ausübt, d. h. eine weitere
Erhöhung des Wertes des Sprungs.
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Um die Reduzierung der Länge auszugleichen, die aus dem Einschrauben des Rings
40 in den beweglichen Zylinder 32 resultiert, ist dieser Ring beispielsweise aus zwei
Teilen aufgebaut, die so ineinander eingeschraubt sind, daß er eine einstellbare
Gesamtlänge aufweist.
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Man kann auch vorsehen, daß die Steuerstange 42 selbst aus zwei Teilen aufgebaut
ist, die so ineinander eingeschraubt sind, daß sie eine einstellbare Gesamtlänge aufweist,
wobei die Einstellung dieser Länge insbesondere erlaubt, die Öffnung des Ventils bei
Auftreten des Sprungs zu verändern, unabhängig von dem Wert, der diesem durch das.
Einschrauben des Rings 40 in den beweglichen Zylinder 32 gegeben ist.
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In einer zweiten Ablaufphase steigt der hydraulische Druck in den Volumina V und
35 und erreicht einen vorbestimmten Wert, der beim Einwirken auf die
Querschnittsfläche S ausreicht, um die Vorspannung der Rückstellfeder 46 zu überwinden. Der
Reaktionskolben 34 verschiebt sich somit nach hinten und kommt in Kontakt mit der
Schubstange 42, wie es durch den Punkt B der Kennlinie der Fig. 3 dargestellt ist.
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Der Reaktionskolben 34 übt somit auf die Schubstange 42 und auf das Bremspedal
eine Reaktionskraft aus, die von der Hilfskraft abhängt, der Eingangskraft entgegenwirkt
und somit die Steuerung der ersten Kraft durch die zweite ermöglicht, wie es durch den
Abschnitt BC der Kennlinie der Fig. 3 gezeigt ist. Der Reaktionskolben 34 bildet somit
einen Reaktionskolben, der dem hydraulischen Druck ausgesetzt ist, welcher in der durch
das innere Volumen 35 des beweglichen Zylinders 32 gebildeten Kammer herrscht.
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Die Steigung dieses Abschnitts BC, die gleich dem Verhältnis des Ausgangsdrucks
zur Eingangskraft ist, zeigt das Unterstützungsverhältnis des Bremskraftverstärkers.
Dieses Unterstützungsverhältnis entspricht auch dem Verhältnis der Querschnittsfläche 51
des beweglichen Zylinders 32 zu der Querschnittsfläche S des Reaktionskolbens 34.
Die Hilfskraft erreicht ihr Maximum, wenn der Druck in der hinteren Kammer des
Bremskraftverstärkers Atmosphärendruck erreicht, und kann sich demzufolge nicht
weiter erhöhen. Man erhält somit das unter dem Namen Sättigung bekannte und durch den
Abschnitt CD der Kennline der Fig. 3 dargestellte Phänomen.
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Abgesehen von dem Hub des Tauchkolbens 28, der zur Betätigung des Ventils 24
und zur Veränderung des Druckes in der hinteren Kammer 14 erforderlich ist und dem
Abschnitt OA der Kennlinie der Fig. 3 entspricht, sieht man in allen Ablaufphasen
insbesondere, daß sich der Tauchkolben 28 und die Schubstange 42 mit der beweglichen
Trennwand 16 verschieben.
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Die Funktionsweise des Bremskraftverstärkers, die beschrieben wurde, wiederholt
sich bei jeder Bremsbetätigung, unabhängig von der Geschwindigkeit des Aufbringens
der Eingangskraft auf die Steuerstange 26, d. h. sowohl für eine Normalbremsung, bei der
eine geringe Abbremsung des Fahrzeugs erwünscht ist, als auch für eine Notbremsung,
bei der der Fahrer das Bedürfnis verspürt, sein Fahrzeug sofort anzuhalten.
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Im diesem letztgenannten Fall ist es selbstverständlich wünschenswert, schnell eine
große Bremskraft, d. h. einen hohen Druck im hydraulischen Bremskreis zu erhalten. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht es, dieses Ziel zu erreichen, d. h. im Falle einer
Notbremsung sofort einen hohen Bremsdruck zu erreichen, mit einfachen und effektiven
Mitteln und bei minimaler Reaktionszeit.
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Wie es besser aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Reaktionskolben 34 selbst mehrteilig.
Er weist ein erstes Teil 50 auf, das in der Ruhestellung unter der Wirkung der
Beaufschlagung der Feder 46 nach vorn an dem beweglichen Zylinder 32 anliegt. Er weist
auch ein zweites Teil 52 auf, das aufgrund einer ringförmigen Dichtung 63 auf dichte
Weise im Inneren des ersten Teils 50 gleiten kann.
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Der bewegliche Zylinder 32 umfaßt auch einen dritten Kolben 82, der in einer
abgestuften axialen Bohrung 84-85, die vor dem beweglichen Zylinder 32 gebildet ist, auf
dichte Weise gleiten kann, wobei sich der Bereich 84 mit kleinerem Durchmesser vor
dem Bereich 85 mit größerem Durchmesser befindet. Die Dichtheit beim Gleiten wird
durch Dichtungen 87 und 89 erreicht. Das sich zwischen den Dichtungen 87 und 89, dem
dritten Kolben 82 und den Bohrungen 84 und 85 befindliche Volumen 91 ist, zum
Beispiel über eine Leitung 93, so mit dem Reservoir der unter niederem Druck stehenden
Bremsflüssigkeit verbunden, daß die Bewegung dieses dritten Kolbens möglich ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß dieses Volumen 91 abgeschlossen und isoliert
und mit einem kompressiblen Fluid wie Luft oder einem inerten Gas wie Stickstoff
gefüllt ist, um ebenfalls die Bewegung dieses dritten Kolbens zu ermöglichen.
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Der dritte Kolben 82 ist in der Ruhestellung so durch eine Feder 86 nach hinten
beaufschlagt, daß er in der Ruhestellung über einen radialen Steg 88 an dem ersten Teil 50
nach hinten anliegt. Der dritte Kolben ist mit einer mittleren, querliegenden Öffnung 90
ausgebildet, und eine Feder 92 ist zwischen diesem Steg 88 und dem zweiten Teil 52
angeordnet. Das zweite Teil 52 ist zudem mit einem Sitz 94, zum Beispiel aus Gummi,
versehen, der mit dem dritten Kolben 82 zusammenwirken kann, um die mittlere Öffnung
90 zu verschließen. Man kann vorteilhafteweise einen Wulst 95 an der hinteren Fläche
des dritten Kolbens 82 am Rand der Öffnung 90 anbringen, um diesen Verschuß zu
vervollständigen.
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Die Vorspannung in der Ruhestellung der Feder 86 ist geringer als die der Feder 46,
und die Summe der Vorspannungen in der Ruhestellung der Federn 86 und 92 ist
geringer als diejenige der Feder 46, so daß das zweite Teil 52 in der Ruhestellung nach vorn in
Anschlag an dem beweglichen Zylinder 32 ist. Darüber hinaus hat die Feder 92 eine
Steifigkeit, die kleiner ist als die der Feder 86.
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In Betrieb, wenn eine Kraft auf das Bremspedal für eine Bremsbetätigung ausgeübt
wird, wo nur eine normale Verlangsamung des Fahrzeugs gewünscht wird, funktioniert
die eben beschriebene Baugruppe so, wie es weiter oben erläutert ist. Der in dem inneren
Volumen V des Hauptzylinders herrschende Druck wird nämlich durch die Öffnung 90
in die Reaktionskammer 35 übertragen, um auf die Querschnittsfläche S des ersten Teils
50 zu wirken und es aufgrund der Dichtheit der ringförmigen Dichtung 63 gleichzeitig
mit dem zweiten Teil 52 rückstoßen zu lassen, bis das zweite Teil 52 in Kontakt mit der
Schubstange 42 kommt.
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Gleichzeitig wirkt der Druck der Bremsflüssigkeit auf die beiden Enden des dritten
Kolbens 82. Durch seine abgestufte Form und aufgrund der Tatsache, daß das Volumen
91 mit dem Reservoir verbunden ist, verhält sich der dritte Kolben 82 wie ein
Differentialkolben. Er ist einer nach vorn gerichteten Kraft ausgesetzt und verschiebt sich um eine
Distanz, die proportional ist zu dem im Hauptzylinder herrschenden Druck und von der
Differenz zwischen den Querschnittsflächen der Bereiche 84 und 85 der abgestuften
Bohrung und der Vorspannung in der Ruhestellung der Feder 86 abhängt.
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Wenn der Fahrer seinen Druck auf die Steurstange 26 nachläßt, hat dies eine
Abnahme des Drucks in der hinteren Kammer 14 des Bremskraftverstärkers und somit eine
Verringerung der Hilfskraft zur Folge. Die bewegliche Trennwand 16 wird daher durch
die Feder 25 nach hinten gedrängt und nimmt den beweglichen Zylinder 32 mit. Der
Druck in dem inneren Volumen V des Hauptzylinders kann folglich abnehmen, ebenso
wie in der Öffnung 90 und in der Reaktionskammer 35. Diese Reaktionskammer 35 ist
nämlich über die Öffnung 90 stets mit dem inneren Volumen V der Hauptzylinders
verbunden, da sich der Differentialkolben 82 nach vorn verschoben hat. Dieser letztere
nimmt während der Abnahme des Drucks im Hauptzylinder zunehmend wieder seine
Ruhestellung ein.
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Die Funktionskennlinie der Bremsvorrichtung entspricht somit der Kennlinie der
Fig. 3 beim Durchlaufen der Punkte O, A, B, C und D, und zwar sowohl bei einer
Zunahme der Eingangskraft als auch bei einer Abnahme dieser Eingangskraft.
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Im Gegensatz dazu bewegen sich bei einer Bremsbetätigung in Notsituationen, d. h.
wenn zum Erreichen eines sehr hohen Werte die Eingangskraft auf das Bremspedal sehr
schnell zunimmt, der Tauchkolben 28 und die Schubstange 42 sehr schnell nach vorn,
und sie bewegen sich nach vorn insbesondere in Bezug auf die starre Schürze 20, wobei
die Differenz der Drücke zwischen der vorderen und der hinteren Kammer nicht die Zeit
hatte, sich aufzubauen und die bewegliche Trennwand 16 zu bewegen. Dieses Phänomen
hat zwei weitreichende Konsequenzen.
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Einerseits ruft die zusätzliche Bewegung des Tauchkolbens 28 nach vom eine größere
Öffnung des Ventils 24 hervor, was einen schnelleren Druckanstieg in der hinteren
Kammer 14 ermöglicht.
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Andererseits, und gleichzeitig, kommt die Schubstange 42 in Kontakt mit dem
zweiten Teil 52 und verschiebt ihn in der Bohrung 62 des ersten Teils 50 nach vorn. Bei
dieser Bewegung ist die Feder 46 nicht zusammengedrückt und bewirkt demzufolge
lediglich, daß das erste Teil 50 in Anlage an der radialen Abstufung 44 gehalten bleibt. Wenn
die Steifigkeit der Feder 86 größer ist als die der Feder 92, wird letztere zuerst
zusammengedrückt und ermöglicht es dem zweiten Teil 52, in Kontakt mit dem
Differentialkolben 82 zu kommen, oder ermöglicht es genauer gesagt dem Sitz 94, in Kontakt mit
dem Wulst 95 zu gelangen. Von da an wird die Feder 86 ihrerseits zusammengedrückt.
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Die Bewegung nach vorn der Baugruppe zweites Teil 52/Differentialkolben 82 ist
nicht begrenzt, da sich diese Baugruppe in der Reaktionskammer 35 verschiebt, die dann
ein konstantes Volumen hat, und da das Volumen 91 mit dem Reservoir der unter
Unterdruck stehenden Bremsflüssigkeit verbunden ist.
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Bei dieser Bewegung ist die Verbindung zwischen dem inneren Volumen V des
Hauptzylinders und der Reaktionskammer 35 unterbrochen. Daraus folgt, daß der
hydraulische Druck in dem Volumen V des Hauptzylinders auf den Differentialkolben 82
wirkt, auf dessen Querschnittsfläche 52, die durch den Bereich 84 der abgestuften Bohrung
84-85 gebildet ist. Es folgt daher, daß das Unterstützungsverhältnis in dieser
Notbremssituation gleich dem Verhältnis der Querschnittsfläche 51 des beweglichen
Zylinders 32 zu der Querschnittsfläche 52 des Differentialkolbens 82 ist, der sich dann an dem
zweiten Teil 52 des Reaktionskolbens 34 stützt und auf den der hydraulische Druck
wirkt, und der durch die Querschnittsfläche des Bereichs 84 der Bohrung definiert ist.
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Da die Querschnittsfläche 52 kleiner als die Querschnittsfläche S des ersten Teils 50
ist, resultiert daraus, daß das Unterstützungsverhältnis in einer Notbremssituation größer
ist als das, welches man in einer normalen Bremssituation erhält. Die Funktionsweise der
Bremsvorrichtung wird dann durch den Abschnitt BE der Kennlinie der Fig. 3
dargestellt.
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Man sieht also, daß man für eine gleiche momentane Eingangskraft F1 einen
momentanen Druck P1 erhält, der beträchtlich größer ist als der momentane Druck P1, den
man in diesen Situation mit normalem Bremsen erhält. Da andererseits das
Unterstützungsverhältnis größer ist, wird schneller das Phänomen der Sättigung erreicht, das durch
den Punkt E dargestellt ist.
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Man kann dieses zweite Unterstützungsverhältnis frei wählen und ihm jeden
gewünschten Wert, insbesondere einen hohen Wert geben, indem man für die Durchmesser
des Wulsts 95 und der Öffnung 90 kleine Werte wählt. Der Durchmesser der Öffnung 90
muß dennoch ausreichend sein, um den hydraulischen Druck in der Reaktionskammer 35
unter normalen Betriebsbedingungen zu ermöglichen, ohne die Verbindung mit dem
Volumen V des Hauptzylinders zu beschränken.
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Wenn der Fahrer nach einer solchen Notbremsbetätigung seinen Druck verringert,
bewirkt der Rückzug der Steuerstange 26 eine Bewegung nach hinten des Tauchkolbens
28 und des Ventils 24 nach hinten, das anschließend die hintere und vordere Kammer
wieder miteinander verbindet. Daraus folgt somit eine Rückbewegung der beweglichen
Trennwand 16 und des beweglichen Zylinders 32 unter der Wirkung der Feder 25 sowie
ein Druckabfall in dem inneren Volumen V des Hauptzylinders.
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Gleichzeitig kann die Feder 86, da die Schubstange 42 zurückgestellt ist, den
Differentialkolben 82 und das zweite Teil 52 nach hinten drücken. Diese Ablaufphase ist
durch die Abschnitte DE und EB der Kennlinie der Fig. 3 dargestellt. Wenn der radiale
Steg 88 in Anlage am ersten Teil 50 kommt, ist der Punkt B der Kennlinie der Fig. 3
erreicht, und die Feder 92 drückt das zweite Teil 52 zurück, bis es ebenfalls in Anlage am
ersten Teil 50 kommt.
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Die verschiedenen beweglichen Teile nehmen dann wieder ihre in Fig. 2 gezeigte
Ruhestellung ein, und die Reaktionskammer 35 ist erneut mit dem inneren Volumen des
Hauptzylinders verbunden.
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Durch die vorliegende Erfindung wird folglich ein Bremskraftverstärker
bereitgestellt, der für den Fall einer Notbremsung verbesserte Betriebsdaten aufweist, da er
nämlich ein Unterstützungsverhältnis aufweist, das beträchtlich größer ist als das, welches er
unter normalen Betriebsbedingungen aufweist. Diese Veränderung des
Unterstützungsverhältnisses wird automatisch gewonnen, ohne daß Signalaufnehmer oder komplexe
elektronische Schaltungen erforderlich sind, allein durch die Ausnutzung der Tatsache,
daß der Tauchkolben 28 und die Schubstange 42 unter diesen extremen Bedingungen
eine Relativbewegung bezüglich der starren Schürze 20 ausführt. Für jedes
Unterstützungsverhältnis ist die Funktionskennlinie für die Betätigungsphase und für die Phase
nachlassender Betätigung identisch. Die zum Erreichen dieser Ergebnisse verwendeten
Mittel sind relativ einfach und folglich kostengünstig und unter allen Umständen
zuverlässig, sowohl unter normalen Betriebsbedingungen als auch in Notsituationen.