DE4405076A1 - Pneumatischer Kraftverstärker mit elektromagnetischer Hilfssteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Bremsanlagen - Google Patents
Pneumatischer Kraftverstärker mit elektromagnetischer Hilfssteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeug-BremsanlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen pneumatischer Kraftverstärker mit
elektromagnetischer Hilfssteuerung, insbesondere für Kraftfahr
zeug-Bremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Bremskraftverstärker dieser Gattung (DE-A
42 11 849) ist der Kolben ausschließlich zur Übertragung von
Betätigungskräften und zum mechanischen Steuern des Ventil
körpers ausgebildet. Das Anschlagglied ist am Kolben befestigt
und erstreckt sich durch miteinander fluchtende radiale Ausspa
rungen des Ventilkörpers und des Ventilgehäuses nach außen, wo
es mit einem am Verstärkergehäuse ausgebildeten Anschlag
zusammenwirkt. Die Aussparung des Ventilkörpers ist so be
messen, daß dessen Ruhestellung durch unmittelbare Anlage des
Ventilkörpers am Anschlagglied bestimmt ist. Die zwischen
Ventilkörper und Kolben angeordnete Dichtung ist eine Lippen
dichtung, die in einer Ringnut des Kolbens gehalten ist und
unabhängig von der Stellung des Ventilkörpers in bezug auf den
Kolben dichtend an einer zylindrischen Innenwand des Ventil
körpers anliegt. Der am Kolben ausgebildete Mitnehmer hat in
der Ruhestellung des Kolbens einen axialen Abstand von dem ihm
zugeordneten, am Ventilkörper ausgebildeten Widerlager.
Bei dieser bekannten Anordnung kann der Ventilkörper elektro
magnetisch betätigt werden, um eine vom Fahrer gewollte, durch
mechanische Krafteinleitung über das Betätigungsglied hervor
gerufene Bremsung zu unterstützen, wenn ein beispielsweise am
Betägigungsglied angeordneter Sensor feststellt, daß eine
bestimmte Betätigungsgeschwindigkeit überschritten wird, was
als Zeichen dafür gewertet wird, daß der Fahrer eine Notbrem
sung beabsichtigt. Wenn der Fahrer anschließend erkennt, daß
anstelle einer Notbremsung eine normale Bremsung genügt, wird
er die auf das Bremspedal ausgeübte Kraft vermindern und
dadurch Vorgänge im Bremskraftverstärker auslösen, die elektro
nisch überwacht und zum Anlaß genommen werden können, den
Elektromagneten stromlos zu machen und somit den Ventilkörper
in seine Ruhestellung zurückkehren zu lassen. Die elektronische
Überwachung von Bauteilen innerhalb des Kraftverstärkers ist
allerdings problematisch, weil es schwierig ist, die hierzu
erforderlichen Leitungen so unterzubringen, daß sie nicht
stören und auch selber nicht störanfällig sind.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einfache und
wenig störanfällige Mittel zum Beenden einer elektromagnetisch
ausgelösten Notbremsunterstützung bereitzustellen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Die Erfindung ermöglicht es dem Fahrer, eine von ihm eingelei
tete Notbremsung jederzeit auf rein mechanischem Wege zu
beenden, auch wenn der Elektromagnet noch unter Strom steht und
infolgedessen der Ventilkörper noch nicht in seine Ruhestellung
zurückkehren kann. In diesem Fall übernimmt der Kolben mit
seinem dritten Ventilsitz vorübergehend die Aufgabe, das
weitere Einströmen von Luft in die erste Kammer zu verhindern
und einen Druckausgleich zwischen den Kammern zu bewirken.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand
schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch den hinteren Teil eines
pneumatischen Bremskraftverstärkers mit elektromag
netischer Hilfssteuerung und
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.
Der dargestellte Bremskraftverstärker ist im wesentlichen
rotationssymmetrisch in bezug auf eine Achse A, die bei Einbau
in ein Kraftfahrzeug normalerweise mit der Fahrzeuglängsrich
tung übereinstimmt. Der Bremskraftverstärker hat ein Verstär
kergehäuse 10, in dem eine erste Kammer 12 und eine zweite
Kammer 14 durch eine bewegliche Wand 16 voneinander getrennt
sind. Das Verstärkergehäuse 10 ist durch achsparallele Zuganker
18 zusammengehalten, von denen nur einer dargestellt ist.
Zum Bremskraftverstärker gehört ein Steuerventil 20, das zum
größten Teil in das Verstärkergehäuse 10 eingebaut ist und ein
in bezug auf dieses axial bewegliches Ventilgehäuse 22 auf
weist. Im Inneren des Ventilgehäuses 22 ist ein ringförmiger
erster Ventilsitz 24 ausgebildet, der einen in die hintere
Kammer 12 mündenden Kanal 26 von einem in die vordere Kammer 14
mündenden Kanal 28 trennt. Das Ventilgehäuse 22 weist ferner
eine axiale Bohrung auf, in der ein hülsenförmiger Ventilkörper
30 längs der Achse A verschiebbar geführt ist. Der Ventilkörper
30 ist aus einem vorderen und einem hinteren Bauteil zusammen
gesetzt, die miteinander verrastet sind. Am hinteren Ende des
hinteren, in der Zeichnung rechten, Bauteils des Ventilkörpers
30 ist ein zum ersten Ventilsitz 24 konzentrischer zweiter
Ventilsitz 32 ausgebildet.
In einem Abstand vor dem zweiten Ventilsitz 32, in der Zeich
nung also links davon, weist der Ventilkörper 30 eine radiale
Aussparung 34 auf, an die sich eine ebenfalls radiale, in
axialer Richtung jedoch breitere Aussparung 36 im Ventilgehäuse
22 anschließt. Der Ventilkörper 30 wird von einer axial vorge
spannten Ventilfeder 38 ständig nach hinten, in Fig. 1 und 2
also nach rechts, gedrängt. In das Steuerventil 20 ist ein
Elektromagnet 40 eingebaut, dem das linke Bauteil des Ventil
körpers 30 als Magnetanker derart zugeordnet ist, daß der
Ventilkörper 30 gegen den Widerstand der Ventilfeder 38 nach
vorne gezogen wird, wenn der Elektromagnet 40 bestromt wird.
Im Ventilgehäuse 22 ist ein Kolben 42 geführt, der an seinem
hinteren Ende mit einem stangenförmigen Betätigungsglied 44
verbunden ist und an seinem vorderen Ende einen Kolbenkopf 46
aufweist. Dieser bildet zusammen mit einem in das Ventilgehäuse
22 eingebetteten Gummikörper 48 und einem davor angeordneten
Kraftabgabeglied 50 eine mechanische Kraftübersetzung von bei
Bremskraftverstärkern üblicher Art.
In eine Ringnut des Kolbens 42 ist ein Anschlagglied 52 derart
eingerastet, daß es zu gemeinsamer Axialbewegung mit dem Kolben
verbunden ist. Das Anschlagglied 52 erstreckt sich radial durch
die Aussparungen 34 und 36 im Ventilkörper 30 bzw. Ventilge
häuse 22 nach außen und liegt in der abgebildeten Ruhestellung
des Kolbens 42 an einem Anschlag 53 an, der an einer Schulter
des Verstärkergehäuses 10 ausgebildet und somit von der Stellung
des Ventilgehäuses 22 unabhängig ist. In einem Abstand
hinter dem Anschlagglied 52 ist am Kolben 42 ein flanschartiger
Mitnehmer 54 ausgebildet, der in der abgebildeten Ruhestellung
des Kolbens 42 und des Ventilkörpers 30 an einem am Ventil
körper ausgebildeten ringförmigen Widerlager 55 anliegt.
Dem Widerlager 55 des Ventilkörpers 30 ist eine ringförmige
Lippendichtung 56 zugeordnet, die in einer im Kolben 42 ausge
bildeten, radial nach außen offenen ringförmigen Ausnehmung
liegt und in der abgebildeten Ruhestellung stirnseitig gegen
das Widerlager 55 abdichtet. Der wirksame Durchmesser der
Dichtung 56 ist etwas kleiner als der wirksame Durchmesser des
zweiten Ventilsitzes 32. Hinter der Dichtung 56, in den Zeich
nungen also rechts davon, herrscht ständig Atmosphärendruck.
Die Dichtung 56 verhindert in der abgebildeten Ruhestellung des
Ventilkörpers 30, daß Umgebungsluft durch den Ventilkörper 30
hindurch und weiter durch die Aussparungen 34 und 36 in die
hintere Kammer 12 gelangt.
Das Betätigungsglied 44 ist durch eine hintere Rückstellfeder
58 normalerweise in seiner abgebildeten Ruhestellung gehalten,
in der ein innerhalb des Ventilgehäuses 22 in üblicher Weise
angeordneter und durch eine Feder 62 nach vorne vorgespannter
ringförmiger Dichtkörper 60 am ersten Ventilsitz 24 abdichtend
anliegt, gegen den zweiten Ventilsitz 32 jedoch nicht voll
ständig abdichtet, wobei zwischen den beiden Kammern 12 und 14
ein leichtes Druckgefälle besteht. Das hintere Bauteil des
Ventilkörpers 30, das den zweiten Ventilsitz 32 aufweist, ist
mit dem vorderen Bauteil des Ventilkörpers durch federnde
Rastfinger 70 verbunden. An der Rückseite des Kolbens 42 ist
ein dritter ringförmiger Ventilsitz 72 ausgebildet, dessen
wirksamer Durchmesser etwas kleiner ist als derjenige der
Dichtung 56. In der abgebildeten Ruhestellung hat der dritte
Ventilsitz 72 vom Dichtkörper 60 einen Abstand B.
Im Betrieb ist die vordere Kammer 14 ständig an eine Vakuum
quelle angeschlossen. Die bewegliche Wand 16 und das mit ihr zu
gemeinsamer Axialbewegung verbundene Ventilgehäuse 22 werden
von einer vorderen Rückstellfeder 64 in ihre abgebildete
hinteren Endstellung gedrängt.
Im unbetätigtem Zustand liegt das Anschlagglied 52 am Anschlag
53 an, wodurch die Ruhestellung des Kolbens 42 festgelegt ist.
Der Ventilkörper 30 stützt sich mit nahezu der gesamten Kraft
der zwischen ihm und dem Kolben 42 eingespannten Ventilfeder 38
am Mitnehmer 54 ab, wodurch auch die Ruhestellung des Ventil
körpers 30 festgelegt ist. Dabei liegt der zweite Ventilsitz 32
mit einer geringen Restkraft der Ventilfeder 38 am Dichtkörper
60 an.
Wenn das Betätigungsglied 44, das beispielsweise mit dem
Bremspedal eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, nach vorne
verschoben wird und dadurch den Kolben 42 nach vorne schiebt,
nimmt dessen Mitnehmer 54 das Widerlager 55 und somit den
gesamten Ventilkörper 30 mit, sodaß dessen Ventilsitz 32 sich
vom Dichtkörper 60 löst und von hinten in das Ventilgehäuse 22
einströmende Umgebungsluft durch den Kanal 26 und weiter durch
die radiale Aussparung 36 im Ventilgehäuse 22 in die hintere
Kammer 12 gelangen läßt. Die vordere Kammer 14 wird von der
hinteren Kammer 12 getrennt, da sich der Dichtkörper 60 fest an
den ersten Ventilsitz 24 anlegt. Somit entsteht zwischen den
beiden Kammern 12 und 14 ein Druckgefälle, das die bewegliche
Wand 16 samt dem Ventilgehäuse 22 und dem Kraftabgabeglied 50
sich nach vorne bewegen läßt. Das Kraftabgabeglied 50 überträgt
die auf ihn einwirkende Kraft auf einen Hauptbremszylinder 66,
dessen hinterer Endbereich in Fig. 1 dargestellt ist.
Falls die mechanisch über den Kolben 42 bewirkte Vorwärtsbe
wegung des Ventilkörpers 30 und die dabei stattfindende Kraft
abgabe an den Hauptbremszylinder 66 beschleunigt und verstärkt
werden soll, wird der Elektromagnet 40 erregt, sodaß er den
Ventilkörper 30 vom Mitnehmer 54 weg nach vorne zieht und
dadurch den freien Strömungsquerschnitt zwischen dem zweiten
Ventilsitz 32 und dem Dichtkörper 60 vergrößert. Eine derart
verstärkte Kraftausübung des Bremskraftverstärkers kann
beispielsweise wünschenswert sein, wenn ein abzubremsendes
Fahrzeug stark beladen ist oder wenn eine besonders schnelle
Vorwärtsbewegung des Betätigungsgliedes 44 darauf schließen
läßt, daß eine Notbremsung erwünscht ist.
In solchen Fällen wird dem Elektromagneten 40 Strom über ein
Steuergerät zugeführt, zu dem ein das Betätigungsglied 44
überwachender Beschleunigungssensor gehört.
Nach dem Abschalten des Elektromagneten 40 wird der Ventil
körper 30 von der Ventilfeder 38 wieder nach hinten gedrängt,
sodaß das Widerlager 55 sich wieder an den Mitnehmer 54 anlegt
und die Dichtung 56 erneut wirksam wird. Nach dem Ende einer
mechanischen Krafteinleitung über das Betätigungsglied 44 kehrt
der Kolben 42 zusammen mit dem Ventilkörper 30 in die Ruhe
stellung zurück. Die bewegliche Wand 16 und das Ventilgehäuse
22 nehmen an dieser Rückkehrbewegung solange nicht teil, wie
noch ein Druckgefälle zwischen den Kammern 12 und 14 besteht.
Das Druckgefälle wird dadurch abgebaut, daß der Ventilkörper 30
sich mit seinem zweiten Ventilsitz 32 an den Dichtkörper 60
anlegt, wodurch die hintere Kammer 12 von der Atmosphäre
getrennt und anschließend der Dichtkörper um eine kleine
Strecke nach hinten gedrängt wird, sodaß er sich vom ersten
Ventilsitz 24 löst.
Wenn nach einer mechanisch eingeleiteten und elektromagnetisch
unterstützten Betätigung des Bremskraftverstärkers das Betäti
gungsglied 44 zurückgezogen wird, während der Elektromagnet 42
noch bestromt wird, legt sich der dritte Ventilsitz 72 an den
Dichtkörper 60 an, sodaß nun er es ist, der die hintere Kammer
12 von der Atmosphäre trennt. Die Kraft der Rückstellfeder 58
bewirkt, daß der Kolben 42 mit seinem dritten Ventilsitz 72 den
Dichtkörper 60 soweit nach hinten drängt, daß er den ersten
Ventilsitz 24 freigibt. Infolgedessen stellt sich Druckgleich
gewicht zwischen den Kammern 12 und 14 ein, sodaß die beweg
liche Wand 16, und mit ihr das Ventilgehäuse 22, in die ge
zeichnete Ruhestellung zurückkehrt.
Bezugszeichenliste
10 Verstärkergehäuse
12 Erste Kammer
14 Zweite Kammer
16 Bewegliche Wand
18 Zuganker
20 Steuerventil
22 Ventilgehäuse
24 Erster Ventilsitz
26 Kanal nach 12
28 Kanal nach 14
30 Ventilkörper
32 Zweiter Ventilsitz
34 Radiale Aussparung in 30
36 Radiale Aussparung in 22
38 Ventilfeder
40 Elektromagnet
42 Kolben
44 Betätigungsglied
46 Kolbenkopf
48 Gummikörper
50 Kraftabgabeglied
52 Anschlagglied
53 Anschlag
54 Mitnehmer
55 Widerlager
56 Dichtung
58 Rückstellfeder
60 Dichtkörper
62 Feder
64 Rückstellfeder
66 Hauptbremszylinder
70 Rastfinger
72 Dritter Ventilsitz
12 Erste Kammer
14 Zweite Kammer
16 Bewegliche Wand
18 Zuganker
20 Steuerventil
22 Ventilgehäuse
24 Erster Ventilsitz
26 Kanal nach 12
28 Kanal nach 14
30 Ventilkörper
32 Zweiter Ventilsitz
34 Radiale Aussparung in 30
36 Radiale Aussparung in 22
38 Ventilfeder
40 Elektromagnet
42 Kolben
44 Betätigungsglied
46 Kolbenkopf
48 Gummikörper
50 Kraftabgabeglied
52 Anschlagglied
53 Anschlag
54 Mitnehmer
55 Widerlager
56 Dichtung
58 Rückstellfeder
60 Dichtkörper
62 Feder
64 Rückstellfeder
66 Hauptbremszylinder
70 Rastfinger
72 Dritter Ventilsitz
Claims (3)
1. Pneumatischer Kraftverstärker mit elektromagnetischer
Hilfssteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit
- - einem Verstärkergehäuse (10) in dem
- - mindestens eine erste Kammer (12) und eine zweite Kammer (14) enthalten und
- - durch eine bewegliche Wand (16) voneinander getrennt sind,
- - einem Ventilgehäuse (22), das
- - mit der beweglichen Wand (16) zu gemeinsamer axialer Relativbewegung in bezug auf das Verstärkergehäuse (10) verbunden ist und
- - einen ersten Ventilsitz (24) aufweist,
- - einem Dichtkörper (60), der
- - im Ventilgehäuse (22) axial beweglich angeordnet und
- - in Richtung zum ersten Ventilsitz (24) hin vorgespannt ist,
- - einem Kolben (42), der
- - mittels eines Betätigungsgliedes (44) axial vom Dichtkörper (60) weg bewegbar ist und
- - einen Mitnehmer (54) aufweist,
- - einem Ventilkörper (30), der
- - einen dem Dichtkörper (60) zugeordneten zweiten Ventilsitz (32) aufweist,
- - in Richtung zum Dichtkörper (60) hin vorgespannt ist,
- - ein Widerlager (55) aufweist, über das er vom Mitnehmer (54) des Kolbens (42) in Richtung vom Dichtkörper (60) weg mitnehmbar ist und
- - mittels eines Elektromagneten (40) auch unabhängig vom Kolben (42) in Richtung vom Dichtkörper (60) weg bewegbar ist, - einer Dichtung (56) zwischen Ventilkörper (30) und Kolben (42)
- - einem Anschlagglied (52), das eine gemeinsame Ruhestellung des Kolbens (52) und des Ventilkörpers (30) definiert, in der die erste Kammer (12) gegen Einströmen von Luft abgedichtet und mit der zweiten Kammer (14) verbunden ist, und
- - einem Kanal (26), durch den Luft in die erste Kammer (12) einströmt, wenn der Ventilkörper (30) seine Ruhestellung verläßt, wobei sich der Dichtkörper (60) an den ersten Ventil sitz (24) anlegt und die Verbindung zwischen den beiden Kammern (12, 14) unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolben ein dritter Ventilsitz (72) ausgebildet ist, der
- - vom Dichtkörper (60) einen Abstand (B) hat, wenn Ventilkörper (30) und Kolben (42) in Ruhestellung sind,
- - sich jedoch an den Dichtkörper (60) anlegt und dadurch das Einströmen von Luft in die erste Kammer (12) verhindert, wenn das Betätigungsglied (44) freigegeben wird, während der Ventilkörper (30) vom Elektromagneten (40) in einer vom Dichtkörper (60) entfernten Stellung gehalten wird.
2. Kraftverstärker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (55) am Ventilkörper
(30) so angeordnet ist, daß es in der Ruhestellung des Kolbens
(42) an dessen Mitnehmer (54) anliegt und dadurch die
Ruhestellung des Ventilkörpers (30) abhängig von derjenigen des
Kolbens (42) bestimmt.
3. Kraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (56) zwischen Ventil
körper (30) und Kolben (42) axial wirkend und so angeordnet
ist, daß sie nur dann abdichtet, wenn das Widerlager (55)
mindestens annähernd am Mitnehmer (54) anliegt.
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