DE3920766C2 - Unterdruckbremskraftverstärker für eine schlupfgeregelte Bremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Unterdruckbremskraft­ verstärker für eine schlupfgeregelte Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Unterdruckbremskraftverstärker ist z. B. aus der DE 36 25 815 A1 bekannt. Außer dem pedalbetätigten Bremsventil weist der vorbekannte Unterdruckbremskraftver­ stärker ein elektromagnetisch betätigbares Wechselventil auf, das insbesondere während der Bremsschlupfregelung den Außenluft- und den Vakuumanschluß des Unterdruck­ bremskraftverstärkers vertauscht.

Beim Betätigen der Bremse arbeitet das System in üblicher Weise. Mittels des Bremsventils wird in die Verstärkerkammer des Unterdruckbremskraftverstärkers Luft eingesteuert, so daß die Verstärkerwand in Richtung auf den Hauptbremszylinder gedrängt wird. Dadurch entsteht ein hydraulischer Druck im Bremssystem, der dazu führt, daß die Bremsen angelegt werden.

Ein zu hoher Druck im Bremssystem führt dazu, daß die Räder blockieren. Dies kann mittels Sensoren festgestellt werden. Eine Auswerteelektronik, die die Sensorsignale empfängt, gibt ein Steuersignal an das Wechselventil, was das vorhin erwähnte Vertauschen des Vakuum- und des Außenluftanschlusses des Unterdruckbremskraftverstärkers zur Folge hat.

Dies bewirkt, daß der Unterdruckbremskraftverstärker nun nicht mehr mit der Pedalkraft, sondern gegen die Pedalkraft arbeitet. Auf diese Weise wird der Druck im Bremssystem verringert. Eine derartige Anlage weist nun zwei Nachteile auf. Zum einen ist ein aufwendiges Wechselventil vorzusehen. Dieses Ventil muß nämlich verschiedene Kriterien erfüllen. Zum einen muß es schnell arbeiten, damit sich der Druckabbau im Bremssystem rasch einstellt, und zum anderen muß es große Öffnungsquerschnitte zur Verfügung stellen, da in der kurzen Schaltseite, die zur Verfügung steht, erhebliche Luftmengen umgesetzt werden müssen.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Bremsanlage nicht ohne weiteres zur Antriebsschlupfregelung eingesetzt werden kann. Mit einer Antriebsschlupfregelung soll vermieden werden, daß die angetriebenen Räder aufgrund eines übermäßigen, den Reibungsverhältnissen zwischen Reifen und Fahrbahn nicht angepaßten Motordrehmomentes durchdrehen. Daher soll unabhängig von der Bremsbetätigung ein Bremsdruck in das Bremssystem eingeleitet werden können.

Aus der DE 34 26 964 C2 ist ein Unterdruckbremskraft­ verstärker bekannt, dessen Betätigungsstange zweiteilig ausgeführt ist und aus einem das Steuerventil betätigenden Stößel sowie einem Gabelkopf besteht, der am Bremspedal angekoppelt ist. Der Stößel ist dabei gegenüber dem Gabelkopf verschiebbar angeordnet und wirkt mit einem Verriegelungskeil zusammen, der mittels einer vorzugsweise elektrisch aktivierbaren Betätigungsvorrichtung verstellbar ist. Dadurch wird erreicht, daß der Bremskraftverstärker selbsttätig und unabhängig von der Bremspedalstellung angesteuert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Unterdruckbremskraftverstärker für eine schlupfgeregelte Bremsanlage zu schaffen, der einfach im Aufbau ist, und bei dessen Einsatz in einer Bremsanlage auf ein Wechselventil verzichtet werden kann. Weiterhin soll sichergestellt sein, daß die Bremsanlage auch zur Antriebsschlupfregelung eingesetzt werden kann.

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

Die wesentliche Überlegung besteht darin, daß der Ventilkörper nicht unmittelbar mit dem Pedalkolben verbunden ist, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, sondern relativ zu ihm beweglich ist. Solange keine Schlupfregelung notwendig wird, hält eine Feder den Ventilkörper gegen einen Anschlag am Pedalkolben.

Um den Druck im Bremssystem zu senken, ist ein Elektromagnet vorgesehen, der den Ventilkörper gegen die Kraft einer Feder bewegt. Dadurch wird das Bremsventil in seine nicht betätigte Position geschaltet. Obwohl eine Pedalkraft wirksam ist, erfolgt keine Verstärkung durch den Unter­ druckbremskraftverstärker, was zu einer Druckabsenkung im Hauptbremszylinder führt. Der Elektromagnet muß natürlich so angeordnet sein, daß der Ventilkörper gegen die Betätigungsrichtung des Pedalkolbens bewegt wird.

Dieses System kann nun erweitert werden, indem der Ventil­ körper schwimmend zwischen zwei Federn gelagert wird. Ein erster Magnet zieht den Ventilkörper, wie schon erläutert, gegen die Betätigungsrichtung des Pedalkolbens. Der zweite Elektromagnet zieht den Ventilkörper in Betätigungsrichtung. Bei Aktivierung dieses zweiten Elektromagneten wird also das Bremsventil betätigt, ohne das eine Pedalkraft aufgebracht wird. Es kann daher unabhängig von der Pedalkraft ein Druck im Hauptbremszylinder und damit ein Bremsmoment aufgebaut werden, das zur Kompensation von Antriebsmomenten eingesetzt werden kann.

Es ist ohne weiteres klar, daß die erfinderische Idee, nämlich zusätzliche Kräfte unmittelbar auf den Ventilkörper des Bremsventiles einwirken zu lassen, nicht nur mit Elektromagneten realisiert werden kann. Jede andere Art von Krafterzeugung ist denkbar. Bei der Verwendung von Elektromagneten bietet es sich aber an, diese ebenso wie den Ventilkörper und die Dichtsitze des Bremsventils konzentrisch am Kolben anzuordnen. Damit wird eine kompakte Bauweise erreicht, so daß ein üblicher Unterdruckbremskraftverstärker nicht wesentlich vergrößert werden braucht.

Die Erfindung soll im folgenden anhand zweier Ausführungs­ beispiele näher verdeutlicht werden. Dabei zeigt die Fig. 1 eine Anlage gemäß dem Stand der Technik. Die Fig. 2 und 3 zeigen das Steuergehäuse 18 eines Unterdruckbrems­ kraftverstärkers, die ein Bremsventil aufnehmen und deren Ventilkörper unabhängig von der Pedalkraft von einer weiteren Kraft beaufschlagbar sind.

Die Fig. 1 zeigt die Bremsanlage gemäß dem Stand der Technik. Sie besteht aus einem Hauptbremszylinder 1 und einem dem Hauptbremszylinder 1 vorgeschalteten Unterdruck­ bremskraftverstärker 2.

Der Hauptbremszylinder 1 besteht aus einem langgestreckten Gehäuse 3 mit einer Längsbohrung 4, in dem ein Schwimmkolben 5 und ein Druckstangenkolben 6 dichtend geführt sind. Der Druckstangenkolben 6 wird über eine Druckstange 7 vom Unterdruckbremskraftverstärker 2 betätigt. Die beiden Kolben 5 und 6 begrenzen in der Bohrung 4 zwei Arbeitsräume 8 und 9, die an je einen Bremskreis I und II angeschlossen sind.

Jeder der Kolben 5 und 6 weist ein Zentralventil 10, 11 auf, über die die Arbeitsräume 8, 9 mit einem Vorratsbehälter 12 verbunden sind. In der in der Fig. gezeigten Grundstellung der Kolben 5 und 6 sind die Zentralventile 10, 11 geöffnet, so daß eine Druckmittelverbindung der Bremskreise I und II mit dem Vorratsbehälter 12 besteht. Bei Betätigen der Bremse werden die Kolben 5 und 6 gemäß der Darstellung der Fig. 1 nach links verschoben, wodurch die Zentralventile 10, 11 sperren und die Bremskreise I und II hydraulisch geschlossen werden.

Der Unterdruckbremskraftverstärker 2 besteht aus einem Gehäuse 2, das aus zwei Gehäuseschalen gebildet wird. Eine Verstärkerwand 14, die mittels einer Rollmembran in das Gehäuse eingehängt ist, unterteilt es in zwei Räume. Auf der dem Hauptzylinder zugewandten Seite der Verstärkerwand 14 befindet sich der Unterdruckraum 16, der an eine Vakuumquelle angeschlossen ist. Auf der anderen Seite der Verstärkerwand 14 befindet sich der Verstärkerraum 15, der über ein Bremsventil 17 belüftbar ist. Das Bremsventil 17 ist in einem Steuergehäuse 18 angeordnet, die mit der Verstärkerwand 14 verbunden ist, und durch die hintere Gehäusewand nach außen ragt. Das Ventil 17 wird mittels des Pedals 19 betätigt. In der Grundstellung des Ventiles sind der Unterdruckraum 16 und der Verstärkerraum 15 miteinander verbunden, so daß in beiden Kammern der Druck der Vakuumquelle herrscht. Sobald das Pedal 19 betätigt wird, werden die Räume voneinander getrennt und der Verstärkerraum 15 wird an die Atmosphäre angeschlossen. Dabei strömt Luft in den Verstärkerraum 15, der die Verstärkerwand 14 auf den Hauptbremszylinder zubewegt. Diese Bewegung wird mittels der Druckstange 7, die über die Reaktionsscheibe 20 an der Steuerhülse abgestützt ist, auf den Druckstangenkolben 6 übertragen.

Das Hauptventil 21 weist zwei Schaltstellungen auf. In der gezeigten Darstellung steht der Unterdruckraum 16, wie erläutert, mit der Vakuumquelle in Verbindung während der Verstärkerraum 15 beim Betätigen des Bremsventiles an die Atmosphäre anschließbar ist. Wird das Hauptventil 21 geschaltet, so werden diese beiden Anschlüsse vertauscht.

In dem Ausführungsbeispiel besteht ein Bremskreis aus einer Bremsleitung 24 und den Radbremsen der Räder einer Diagonalen. Eine Diagonale wird gebildet von den diagonal am Fahrzeug gegenüberliegenden Rädern. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies das Rad vorne rechts (VR) und das Rad hinten links (HL). Das Drehverhalten dieser Räder wird mittels Sensoren S1 und S2 überwacht. Jeder Radbremse ist ein Sperrventil 22 zugeordnet.

Die andere Diagonale ist dem Bremskreis II zugeordnet.

In der Fig. 1 ist die Grundstellung des Systems gezeigt. Beim Betätigen der Bremse wirkt die Pedalkraft F unterstützt durch die Servokraft des Unterdruckbremskraftverstärkers auf den Hauptbremszylinder. Besteht die Gefahr, daß eines der Räder blockiert, so schaltet das Hauptventil 21 um. Dies bewirkt, daß Luft in den Unterdruckraum 16 einströmt und die Verstärkerwand 14 vom Hauptbremszylinder wegdrängt. Dadurch wird der Druck im Hauptbremszylinder und in angeschlossenen Bremskreisen gemindert und die Bremswirkung reduziert. Die Sperrventile 22 haben die Aufgabe, das Rad, das nicht blockiergefährdet ist, in der Druckabsenkungsphase von der Bremsleitung 24 abzukoppeln, so daß der geminderte Druck im Hauptbremszylinder nur am blockiergefährdeten Rad wirksam wird.

Im folgenden wird auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Diese stellen jeweils ein Steuergehäuse 18 mit dem dahin angeordneten Bremsventil dar.

Diese Steuerhülsen können in die Ausführungsform der Fig. 1 integriert werden, wobei dann auf das Hauptventil 21 verzichtet werden kann.

Die Pedalstange 25 ist am Pedalkolben 32 abgestützt, die wiederum über die Reaktionsscheibe 20 an der Druckstange 7 angelegt werden kann. Auf dem Pedalkolben 32 ist der Ventilkörper 33 gleitend gelagert. Der Ventilkörper 33 hat die Form einer Scheibe, deren Mittelachse mit der Mittelachse des Pedalkolbens 33 zusammenfällt. Am Außenrand der Scheibe befindet sich der innere Dichtsitz 34, der als umlaufende Kante ausgebildet ist. Etwas weiter radial außen befindet sich der äußere Dichtsitz 30, der als umlaufende Kante am Steuergehäuse 18 ausgebildet ist. Beide Dichtsitze sind an einen Ventilteller 28 anglegbar, der mittels eines Faltenbalges 29 am Steuergehäuse 18 befestigt ist. Zwischen dem Faltenbalg 29 und dem Steuergehäuse 18 ist ein Ringraum 31 ausgebildet, der über einen Kanal 26 (siehe auch Fig. 1) mit dem Unterdruckraum 16 verbunden ist.

Ein weiterer Kanal 27 im Steuergehäuse 18 (siehe ebenfalls Fig. 1) verbindet den Raum zwischen dem Ventilkörper 33 und dem Steuergehäuse 18 mit dem Verstärkerraum 15. Der Ventilkörper 33, der gemäß der Fig. 1 fest mit dem Pedal­ kolben 32 verbunden ist, ist gemäß den Fig. 2 und 3 beweglich gehalten. Eine Feder 35, die am Pedalkolben 32 abgestützt ist, hält den Ventilkörper 33 gegen einen Anschlag 36 am Pedalkolben 32. Die Federkraft wirkt so, daß der Ventilkörper 33 in Betätigungsrichtung, d. h. vom Ventilteller 28 weg bewegt wird.

Ein Magnet 37, der ebenfalls konzentrisch zum Pedalkolben angeordnet ist, und der über einen Stromanschluß 38 verfügt, ist in der Lage, den Ventilkörper 33 gegen die Kraft der Feder 35 auf dem Ventilkörper 28 hin zu ziehen.

Das Bremsventil gemäß der Fig. 2 arbeitet nun in der folgenden Weise.

Die Fig. 2 zeigt die betätigte Stellung. Der Ventilteller 28 ist am äußeren Dichtsitz angelegt, so daß die Verbindung zwischen der Unterdruckkammer 16 und der Verstärkerkammer 15 über Kanal 26 bzw. 27 unterbrochen ist. Der innere Dichtsitz 34 befindet sich im Abstand zum Ventilteller 28, so daß Luft am Dichtsitz 34 vorbei in den Kanal 27 zum Verstärkerraum 15 strömen kann. Die einströmende Luft drängt den Verstärkerteller 14 in Richtung auf den Hauptzylinder und erzeugt eine zusätzliche Servokraft, die neben der Pedalkraft auf den Druckstangenkolben 6 einwirkt. Wenn nun der Elektromagnet 37 aktiviert wird, wird der Ventilkörper 33 gegen die Kraft der Feder 35 und gegen die Betätigungsrichtung auf den Ventilteller 28 zubewegt. Der Dichtsitz 34 legt sich an den Ventilteller 28 an, so daß dieser ebenfalls gemäß der Darstellung der Fig. 2 nach rechts bewegt wird. Dadurch löst sich der äußere Dichtsitz 30 vom Ventilteller 28 und es entsteht eine Druckmittelverbindung zwischen den beiden Räumen 15 und 16. Die Luft wird aus dem Verstärkerraum 15 über dem Sauganschluß am Unterdruckraum 16 abgesaugt, so daß die Servokraft reduziert wird. Die Aktivierung des Elektromagneten 37 kann z. B. dann erfolgen, wenn eines der Räder zu blockieren droht und daher der Druck in den Bremskreisen gesenkt werden muß.

Beim Lösen der Bremse, wenn also die Kraft von der Pedal­ stange 25 zurückgenommen wird, bewegt sich der Ventilkörper 33 mit dem Pedalkolben 32 gemäß der Fig. 2 nach rechts, wodurch ebenfalls der innere Dichtsitz an den Ventilteller 28 angelegt wird, und der äußere Dichtsitz vom Ventilteller 28 gelöst wird. Auf diese Weise werden beide Räume 15 und 16 an die Unterdruckquelle angelegt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 stellt eine Erweiterung der Ausführung nach Fig. 2 dar. Im Unterschied zur Fig. 2 wird der Ventilkörper 33 von der ersten Feder 35 nicht gegen einen Anschlag am Pedalkolben gehalten, sondern schwimmend zwischen einer ersten Feder 35 und einer zweiten Feder 39 gehalten. Neben dem ersten Magnet 37 ist ein zweiter Magnet 40 vorgesehen, so daß der Ventilkörper 33 sowohl in die eine als auch in die andere Richtung bewegbar ist. In der Fig. 3 ist die Grundstellung des Ventils dargestellt. Am äußeren Ventilsitz 30 vorbei existiert eine Druckmittelverbindung zwischen dem Unterdruckraum 16 und dem Verstärkerraum 15. Durch Betätigen der Pedalstange 25 wird das Ventil in üblicher Weise angesteuert, durch Aktivieren des ersten Magneten 37 kann dann anschließend, wie oben beschrieben, der Druck in den Bremskreisen gesenkt werden. Der zweite Magnet hat nun die Aufgabe unabhängig von der Pedalbetätigung der Ventilkörper 33 in Betätigungsrichtung zu ziehen. Erhält der zweite Magnet 40 über das Anschlußkabel 41 einen Stromimpuls, so wird der Ventilkörper 33 gegen die Kraft der Feder 39 vom Ventilteller 28 weggezogen. Dieser legt sich am äußeren Dichtsitz 30 an und gibt den inneren Dichtsitz 34 frei, so daß genau wie bei einer Betätigung über die Pedalstange 25 Luft in die Verstärkerkammer 15 einströmt, die die Verstärkerwand in Richtung auf den Hauptzylinder drängt. Es wird ein Druck in den Bremskreisen aufgebaut, der zur Antriebsschlupfregelung der angetriebenen Räder eingesetzt werden kann. Dabei werden zunächst die Sperr­ ventile in den Bremsleitungen zu den nicht angetriebenen Rädern gesperrt, so daß in diesen Bremsen kein Bremsmoment erzeugt wird.

Durch Aktivieren des ersten Magnetes 37 und des zweiten Magnetes 40, sowie der Sperrventile 22 in den Bremsleitungen zu den angetriebenen Rädern kann das Bremsmoment für die angetriebenen Räder so moduliert werden, daß das Antriebsmoment, das auf diese Räder wirkt, so weit reduziert wird, daß es mit den Reibverhältnissen zwischen Reifen und Fahrbahn harmoniert. Auf diese Weise wird ein Durchdrehen der Räder vermieden.

Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, ist es möglich, durch Aufbringen einer Steuerkraft auf den Ventilkolben das Bremsventil des Unterdruckbremskraftverstärkers unabhängig von der Pedalkraft zu aktivieren und auf diese Weise den Druck in den Bremskreisen zu modulieren. Auf zusätzliche, extern angeordnete Ventile kann daher verzichtet werden.

Claims (7)

1. Unterdruckbremskraftverstärker (2) für eine schlupfgeregelte Bremsanlage mit einem Gehäuse (13), das durch eine bewegliche Verstärkerwand (14) in einer Unterdruckraum (16) und einen Verstärkerraum (15) unterteilt ist, mit einem Steuergehäuse (18) zur Aufnahme eines pedalbetätigten Bremsventiles (17), das einen ersten Ventilsitz (äußeren Ventilsitz 30) und einen zweiten Ventilsitz (inneren Ventilsitz 34) aufweist, die an einen Ventilteller (28) anlegbar sind, und das in seiner nicht betätigten Stellung den Unterdruckraum (16) mit dem Verstärkerraum (15) verbindet und in seiner betätigten Stellung die Räume (15, 16) voneinander trennt und den Verstärkerraum (15) an die Atmosphäre anschließt, mit einem Pedalkolben (32), der unmittelbar von der Pedalkraft betätigt wird und einem Ventilkörper (33), der relativ zum Pedalkolben (32) beweglich ist und einer weiteren Kraft ausgesetzt ist, die unabhängig von der Pedalkraft steuerbar und insbesondere während einer Schlupfregelung aktiviert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ventilsitz (30) am Steuergehäuse (18) und der innere Ventilsitz (34) am Ventilkörper (33) ausgebildet ist und daß zwischen dem Ventilkörper (33), der auf dem Pedalkolben (32) gleitend gelagert ist, und dem Pedalkolben (32) mindestens eine Feder (35, 39) angeordnet ist.

2. Unterdruckbremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (28) und die Ventilsitze (30, 34) konzentrisch zum Pedalkolben (32) ausgebildet sind.

3. Unterdruckbremskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (33) mittels einer ersten Feder (35) am Pedalkolben (32) abgestützt ist und gegen einen Anschlag (36) am Pedalkolben (32) gehalten ist, und daß ein erster Elektromagnet (37) so angeordnet ist, daß er, sobald er stromdurchflossen ist, den Ventilkörper (33) gegen die Kraft der ersten Feder (35) auf den Ventilteller (28) zubewegt.

4. Unterdruckbremskraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (37) konzentrisch zum Pedalkolben (32) angeordnet ist.

5. Unterdruckbremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (33) schwimmend zwischen einer ersten Feder (35) und einer zweiten Feder (39) gelagert ist, wobei die Federn (35, 39) am Pedalkolben (32) abgestützt sind und gegeneinander wirken und das ein erster Magnet (37) bei Stromdurchfluß gegen die Kraft der ersten Feder (35) und ein zweiter Magnet bei Stromdurchfluß gegen die Kraft der zweiten Feder (39) wirkt.

6. Verfahren zum Steuern eines Unterdruckbremskraft­ verstärkers nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des Druckes im vom Unterdruckbremskraftverstärker betätigten Hauptbremszylinder der erste Magnet (37) aktiviert wird.

7. Verfahren zum Steueren eines Unterdruckbremskraftverstärkers nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnet (40) aktiviert wird, um eine Betätigung des Unterdruckbremskraftverstärkers unabhängig von der Pedalkraft zu bewirken.