DE19812494A1

DE19812494A1 - Unterdruck-Bremskraftverstärker

Info

Publication number: DE19812494A1
Application number: DE1998112494
Authority: DE
Inventors: Oliver Herke
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1998-03-21
Filing date: 1998-03-21
Publication date: 1999-09-23

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Betätigung eines Belüftungsventils in einem pneumatischen Unterdruck-Bremskraftverstärker, der u. a. einen Arbeitskolben (1), ein Steuergehäuse (2), einen im Steuergehäuse (2) axial verschiedlichen und mit einer Betätigungsstange (10) verbundenen Ventilkolben und einen Ventilkörper (4) mit ringförmiger Dichtfläche umfaßt, die mit einem ersten, innenliegenden Dichtsitz (5) am Ventilkolben (3), einem zweiten, außenliegenden Dichtsitz (6) am Steuergehäuse (2) und einem dritten, dazwischenliegenden Dichtsitz (7) an einer Steuerhülse (8) zusammenwirkt, wobei die Steuerhülse (8) relativ zum Steuergehäuse (2) und zum Ventilkolben (3) axial verschieblich angeordnet ist und durch die der Ventilkörper (4) unter Spannung einer Feder (9) vom ersten und zweiten Dichtsitz (5, 6) abhebbar ist, wenn die Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens (1) bei einer Aktivierung der Betätigungsstange (10) einen vorgebbaren Geschwindigkeitswert übersteigt. DOLLAR A Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A - die Steuerhülse (8) von einem Kolben (11) verschiebbar ist, der DOLLAR A - axial beweglich in einem Zylinder (12) angeordnet ist und darin einen permanent mit Atmosphärendruck beaufschlagten ersten Raum (13) von einem zweiten Raum (14) abtrennt, der über einen Verbindungskanal (15) mit dem ersten Raum (13) und über eine Ventileinrichtung (16) mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, wobei DOLLAR A - der Zylinder (12) axial verschieblich im Steuergehäuse ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Belüftungsventils in einem pneumatischen Unterdruck- Bremskraftverstärker, der u. a. einen Arbeitskolben, ein Steuergehäuse, einen im Steuergehäuse axial verschieblichen und mit einer Betätigungsstange verbundenen Ventilkolben und einen Ventilkörper mit ringförmiger Dichtfläche umfasst, die mit einem ersten, innenliegenden Dichtsitz am Ventilkolben, einem zweiten, außen liegenden Dichtsitz am Steuergehäuse und einem dritten, dazwischen liegenden Dichtsitz an einer Steuerhülse zusammenwirkt, wobei die Steuerhülse relativ zum Steuergehäuse und zum Ventilkolben axial verschieblich angeordnet ist und durch die der Ventilkörper unter Spannung einer Feder vom ersten und zweiten Dichtsitz abhebbar ist, wenn die Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens bei einer Aktivierung der Betätigungsstange einen vorgebbaren Geschwindigkeitswert übersteigt.

Derartige Vorrichtungen sind aus der europäischen Patentanmeldung 0 478 396 A1 und der deutschen Patentanmeldung 42 38 333 A1 bekannt geworden. In beiden Fällen ist ein elektrischer Sensor zur Ermittlung der Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens vorgesehen, dessen Signal einer Steuereinrichtung zugeführt wird, die einen elektromagnetischen Stellantrieb zur Bewegung der Steuerhülse ansteuert, wenn die Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens einen vorgebbaren Geschwindigkeitswert übersteigt. Dabei wird die Steuerhülse entgegen der Vorwärtsbewegung der Betätigungsstange verschoben und der Ventilkörper vom ersten und zweiten Dichtsitz abgehoben, um eine rasche Belüftung der Arbeitskammer des Unterdruckbremskraftverstärkers zu erreichen und damit die auf den hydraulischen Teil des Bremssystems wirkende Verstärkerkraft rasch und in voller Größe zur Verfügung stellen zu können.

Derartige Vorrichtungen, die vielfach als "Bremsassistent" bezeichnet werden, haben den Vorteil, daß sie auch unabhängig von einer raschen Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens betätigt werden können, beispielsweise wenn mittels eines Abstandsensors eine kritische Annäherung an ein vorausfahrendes Fahrzeug festgestellt wird oder wenn komplexere Systeme zur Fahrzeugstabilisierung einen Bremseingriff unabhängig vom Fahrer erfordern. Derartige Funktionen setzen aber eine elektronische Steuervorrichtung voraus, die verhältnismäßig teuer ist und derzeit zumindest als Serienausstattung nur für hochwertige Fahrzeuge in Betracht kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktion "Bremsassistent" auch für solche Fahrzeuge erschwinglich zu machen, die über keine umfangreiche elektronische Steuervorrichtung verfügen. Es soll also die bei Überschreiten einer bestimmten Betätigungsgeschwindigkeit wünschenswerte starke Bremskraftverstärkung auch dann zur Verfügung gestellt werden können, wenn eine elektronische Verarbeitung des Geschwindigkeitssignals nicht möglich ist, aus Sicherheitsgründen gleichwohl aber eine optimale Bremskraftverstärkung gewünscht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß

- die Steuerhülse von einem Kolben verschiebbar ist, der
- axial beweglich in einem Zylinder angeordnet ist und darin einen permanent mit Atmosphärendruck beaufschlagten ersten Raum von einem zweiten Raum abtrennt, der über einen Verbindungskanal mit dem ersten Raum und über eine Ventileinrichtung mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, wobei
- der Zylinder axial verschieblich im Steuergehäuse angeordnet und der Verbindungskanal in einer Ausgangsstellung des Zylinders geöffnet und bei einer Relativbewegung zwischen Zylinder und Steuergehäuse verschließbar ist und wobei
- der zweite Raum mit der Unterdruckquelle verbunden wird, wenn der Verbindungskanal geschlossen ist und wenn die Ventileinrichtung beim Überschreiten des vorgegebenen Geschwindigkeitswerts für den Arbeitskolben die Verbindung zur Unterdruckquelle freigibt.

Der Erfindung liegt die Erwägung zugrunde, daß man zur Realisierung einer "Bremsassistent"-Funktion auch ohne elektrische Geschwindigkeitsmessung auskommen kann, weil sich ein entsprechendes Grenzwertsignal auch pneumatisch erzeugen läßt. Mit einer geeigneten Ventileinrichtung ist es nämlich möglich, die Entlüftung eines Druckraumes über eine Blende und ein Rückschlagventil so zu steuern, daß die Entlüftung über die Blende erfolgt, so lange die Geschwindigkeit eines den Druckraum verkleinernden Stellkolbens kleiner ist als ein vorgebbarer Wert, das jedoch das Rückschlagventil anspricht, wenn der Druckanstieg im Druckraum infolge der Bewegung des Stellkolbens einen bestimmten Wert überschreitet. Nach dem Ansprechen des Rückschlagventils wird die Entlüftung des Druckraums unterbrochen, so daß der darin aufgebaute Druck zur Verschiebung eines Steuerkolbens genutzt werden kann, der seinerseits eine pneumatische Betätigung der Steuerhülse bewirkt, mittels derer der Ventilkörper vom ersten und zweiten Dichtsitz abgehoben und demzufolge die Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers belüftet wird.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Weitere Einzelheiten werden anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des Steuergehäuses eines Unterdruck- Bremskraftverstärkers mit einem pneumatischen Stellantrieb für eine Steuerhülse,

Fig. 2 eine Ventileinrichtung zur Ansteuerung des pneumatischen Stellantriebs gemäß Fig. 1.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Teil-Längsschnitt durch das Steuergehäuse 2 eines Unterdruck-Bremskraftverstärkers wurden die konstruktiven Aspekte zugunsten der funktionalen Erläuterungen vereinfacht und nur in dem unbedingt notwendigen Umfang gezeichnet. Im Steuergehäuse 2 ist ein Ventilkörper 4 axial verschieblich angeordnet, der mittels einer Feder 9 gegen einen außen liegenden Dichtsitz 6 angedrückt wird, der die Arbeitskammer des Unterdruck- Bremskraftverstärkers von einer Unterdruckquelle absperrt und der geöffnet wird, wenn die Arbeitskammer nach einem Bremsvorgang erneut evakuiert werden muß. Am Ventilkörper 4 wird ferner ein zweiter, innenliegender Dichtsitz 5 gebildet, der die Arbeitskammer des Unterdruck- Bremskraftverstärkers von der Außenatmosphäre trennt und der geöffnet wird, wenn der Ventilkolben 3 von der mit dem Bremspedal gekoppelten Betätigungsstange 10 nach rechts verschoben wird. Bei geöffnetem Ventilsitz 5 wird die Arbeitskammer des Unterdruck-Bremskraftverstärkers belüftet, wodurch am Arbeitskolben 1 (vgl. Fig. 2) ein Differenzdruck aufgebaut wird, der zur Bremskraftverstärkung genutzt werden kann. Zwischen den beiden ringförmigen Dichtsitzen 5 und 6 ist ein weiterer ringförmiger Dichtsitz 7 vorgesehen, der von einer Steuerhülse 8 und dem Ventilkörper 4 gebildet wird und der in Fig. 1 geöffnet dargestellt ist.

Der im Steuergehäuse 2 angeordnete pneumatische Stellantrieb umfasst einen Kolben 11 und einen Zylinder 12, der im Steuergehäuse 2 abdichtend und axial verschieblich gelagert ist. Die Zylinderräume rechts und links vom Kolben 11 sind über radiale Durchlässe 17 und 18 und einen im Steuergehäuse 2 ortsfesten Kanal 15 miteinander verbunden, wenn der Zylinder 12 die dargestellte Lage relativ zum Steuergehäuse 2 einnimmt. Bei einer Verschiebung des Zylinders 12 nach rechts oder links werden die Durchlässe 17 und 18 vom Kanal 15 getrennt, so daß die Räume 13 und 14 zu beiden Seiten des Kolbens 11 dann nicht mehr miteinander verbunden sind. Der Raum 14 ist über eine flexible Leitung 19 mit der Ventileinrichtung 16 gemäß Fig. 2 verbunden, während der Raum 13 über eine flexible Leitung 20 mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.

Wenn die Betätigungsstange vom Bremspedal nach rechts verschoben wird, wird der Ventilkolben 3 und auch der Zylinder 12 mitgenommen und gleichzeitig die Verbindung der Räume 13 und 14 über den Kanal 15 infolge der Relativbewegung der Durchlässe 17 und 18 zum Steuergehäuse 2 geschlossen. Wird anschließend über die Ventileinrichtung 16 der Raum 14 mit einer Unterdruckquelle verbunden, wirkt sich am Kolben 11 ein Differenzdruck aus, der den Kolben 11 im Zylinder 12 nach links bewegt und über durch die Wand des Zylinders abdichtend hindurchgeführte Stifte oder dergleichen die Steuerhülse mitnimmt, bis diese den Dichtsitz 7 schließt und den Ventilkörper 4 gegen den Widerstand der Feder 9 von den Dichtsitzen 5 und 6 abhebt. In dieser Stellung kann die Arbeitskammer des Unterdruck- Bremskraftverstärkers über den geöffneten Dichtsitz 5 belüftet werden, während der Dichtsitz 7 die Funktion des Dichtsitzes 6 übernimmt und weiterhin eine Absperrung gegen die Unterdruckquelle gewährleistet.

Die Beaufschlagung des Raumes 14 im Zylinder 12 über die Leitung 19 mit Unterdruck erfolgt nur, wenn die Ventileinrichtung 16 wirksam wird. Diese umfasst ein Gehäuse 23, einen vom Arbeitskolben 1 des Bremskraftverstärkers bewegbaren Stellkolben 21, einen frei beweglichen Steuerkolben 22, äußere Leitungsanschlüsse 24, 25 und 26 sowie ein geschwindigkeitsabhängig schaltendes Ventilglied 27. Zwischen dem Stellkolben 21 und dem Steuerkolben 22 ist ein Druckraum 28 ausgebildet, der in einer ersten Stellung des Ventilgliedes 27 zur Atmosphäre hin geöffnet und in einer zweiten Stellung des Ventilgliedes 27 gegen die Atmosphäre abgeschlossen ist. Der Steuerkolben besteht aus zwei durch eine Kolbenstange 32 miteinander verbundenen Kolbenscheiben 22a und 22b, von denen die eine an den Druckraum 28 und die andere an einen Unterdruckraum 30 angrenzt. Zwischen dem Steuerkolben 22 und der Endwand 29 des Gehäuses 23 ist eine Rückstellfeder 31 eingespannt. Im Gehäuse 23 ist ferner ein unverschieblich angeordnetes Mittelteil 33 vorgesehen, in dem die Kolbenstange 32 des Steuerkolbens 22 geführt ist und in dem ein Kanal 34 vorgesehen ist, der die äußeren Leitungsanschlüsse 24 und 25 miteinander verbindet. Die Kolbenstange 32 selbst enthält einen Durchlaß 35, der den von der Kolbenstange 32 geschlossenen Kanal 34 freigibt, wenn der Steuerkolben nach links verschoben wird. Der Leitungsanschluß 24 führt zu einer Unterdruckquelle, die bei entsprechender Stellung des Steuerkolbens 22 über den Durchlaß 35 und den Kanal 34 über die Leitungsanschlüsse 25 und 26 mit dem Unterdruckraum 30 und - wie bereits beschrieben - auch mit dem Raum 14 des Zylinders des pneumatischen Stellantriebs verbunden wird. Um den Steuerkolben in diese Position bringen zu können, muß im Druckraum 28 ein so hoher Druck aufgebaut werden, daß die Rückstellkraft der Feder 31 überwunden werden kann.

Wird der Arbeitskolben 1 des Unterdruck- Bremskraftverstärkers bei einer "normalen" Bremsung von rechts nach links bewegt, wird der Stellkolben 21 mitgenommen und der Druckraum 28 verkleinert. Das im Druckraum 28 eingeschlossene Gasvolumen kann über die Ventileinrichtung 27 entweichen, so lange die Kugel des Rückschlagventils die dargestellte Position einnimmt. In diesem Fall fließt das Gas über die Blende 36 und die Öffnung 38 am Ventilsitz ab. Wird der Stellkolben 21 sehr rasch von rechts nach links bewegte ergibt sich im Druckraum 28 ein Druckanstieg, weil das Gas nicht schnell genug über die Blende 36 abfließen kann. In diesem Fall wird die Kugel des Rückschlagventils nach links bewegt und der Durchlaß 38 geschlossen. Der im Druckraum 28 aufgebaute Druck ist nunmehr in der Lage, den Steuerkolben 22 nach links zu verschieben und die Verbindung zur Unterdruckquelle herzustellen. Dabei wird gleichzeitig durch die Evakuierung des Unterdruckraumes 30 eine Haltekraft gegen die Rückstellkraft der Feder 31 aufgebaut, die den Steuerkolben 22 in der linken Position hält, so daß die Verbindung zur Unterdruckquelle geöffnet bleibt. Wird nach einer Beendigung des Bremsvorganges der Arbeitskolben wieder nach rechts bewegt, wird der Druck im Druckraum 28 abgebaut und der Steuerkolben 22 kann wieder die dargestellte Position einnehmen, in der der Unterdruckraum 30 und der Raum 14 des Zylinders 12 des pneumatischen Stellantriebs (vgl. Fig. 1) von der Unterdruckquelle getrennt sind. Außerdem wird der Zylinder 12 nach Beendigung des Bremsvorgangs wieder in die dargestellte Position zurückgeführt, wodurch der Raum 14 über den Kanal 15 auf den gleichen Druck gebracht wird, der im Raum 13 herrscht.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein "Bremsassistent" mit pneumatischem Stellantrieb vorgeschlagen, der keine elektrischen oder elektronischen Messungen der Bewegungsgeschwindigkeit und keine elektronische Steuereinrichtung zur Betätigung eines elektromagnetischen Stellgliedes erfordert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist verhältnismäßig einfach im Aufbau, wenig störanfällig und deswegen insbesondere dort anwendbar, wo die Reparatur und Servicebedingungen nur schlecht ausgebildet sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Betätigung eines Belüftungsventils in einem Pneumatischen Unterdruck-Bremskraftverstärker, der u. a. einen Arbeitskolben (1), ein Steuergehäuse (2), einen im Steuergehäuse (2) axial verschieblichen und mit einer Betätigungsstange (10) verbundenen Ventilkolben und einen Ventilkörper (4) mit ringförmiger Dichtfläche umfasst, die mit einem ersten, innenliegenden Dichtsitz (5) am Ventilkolben (3), einem zweiten, außen liegenden Dichtsitz (6) am Steuergehäuse (2) und einem dritten, dazwischen liegenden Dichtsitz (7) an einer Steuerhülse (8) zusammenwirkt, wobei die Steuerhülse (8) relativ zum Steuergehäuse (2) und zum Ventilkolben (3) axial verschieblich angeordnet ist und durch die der Ventilkörper (4) unter Spannung einer Feder (9) vom ersten und zweiten Dichtsitz (5, 6) abhebbar ist, wenn die Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens (1) bei einer Aktivierung der Betätigungsstange (10) einen vorgebbaren Geschwindigkeitswert übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Steuerhülse (8) von einem Kolben (11) verschiebbar ist, der
- axial beweglich in einem Zylinder (12) angeordnet ist und darin einen permanent mit Atmosphärendruck beaufschlagten ersten Raum (13) von einem zweiten Raum (14) abtrennt, der über einen Verbindungskanal (15) mit dem ersten Raum (13) und über eine Ventileinrichtung (16) mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, wobei
- der Zylinder (12) axial verschieblich im Steuergehäuse (2) angeordnet und der Verbindungskanal (15) in einer Ausgangsstellung des Zylinders (12) geöffnet und bei einer Relativbewegung zwischen Zylinder (12) und Steuergehäuse (2) verschließbar ist und wobei
- der zweite Raum (14) mit der Unterdruckquelle verbunden wird, wenn der Verbindungskanal (15) geschlossen ist und wenn die Ventileinrichtung (16) beim Überschreiten des vorgegebenen Geschwindigkeitswerts für den Arbeitskolben (1) die Verbindung zur Unterdruckquelle freigibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raum (13) mit dem zweiten Raum (14) über einen im Steuergehäuse (2) ortsfesten Kanal (15) verbindbar ist, dessen Zugänge in einer Ausgangsstellung korrespondierend zu radialen Durchlässen (17, 18) in der Wand des Zylinders (12) angeordnet und in einer durch Relativbewegung zwischen Steuergehäuse (2) und Zylinder (12) erreichten Arbeitsstellung von der Wand des Zylinders (12) verschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raum (13) über eine flexible Leitung (20) mit der umgebenden Atmosphäre und daß der zweite Raum (14) über eine flexible Leitung (19) mit der Ventileinrichtung (16) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Ventileinrichtung (16) einen vom Arbeitskolben (1) des Bremskraftverstärkers bewegbaren Stellkolben (21), einen frei beweglichen Steuerkolben (22), ein Gehäuse (23) mit äußeren Leitungsanschlüssen (24, 25, 26) und ein geschwindigkeitsabhängig schaltendes Ventilglied (27) umfasst,
- zwischen dem Stellkolben (21) und dem Steuerkolben (22) ein Druckraum (28) ausgebildet ist, der in einer ersten Stellung des Ventilgliedes (27) zur Atmosphäre hin geöffnet und in einer zweiten Stellung des Ventilgliedes (27) gegen die Atmosphäre abgeschlossen ist,
- zwischen dem Steuerkolben (22) und einer stirnseitigen Endwand (29) des Gehäuses (23) ein Unterdruckraum (30) ausgebildet ist, der korrespondierend zum zweiten Raum (14) mit der Unterdruckquelle verbindbar ist und in dem eine zwischen Steuerkolben (22) und Endwand (29) eingespannte Rückstellfeder (31) angeordnet ist, wobei
- der Steuerkolben (22) gegen die Rückstellfeder (31) aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung verschoben wird, wenn bei geschlossenem Ventilglied (27) im Druckraum (28) ein vorgebbarer Druck erreicht wird, und wobei
- in der Arbeitsstellung des Steuerkolbens (22) der zweite Raum (14) und der Unterdruckraum (30) mit der Unterdruckquelle verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (22) zwei durch eine Kolbenstange (32) miteinander verbundene Kolbenscheiben (22a, 22b) aufweist, von denen die eine an den Druckraum (28) und die andere an den Unterdruckraum (30) angrenzt, und daß die Kolbenstange (32) in einem den Gehäusequerschnitt ausfüllenden und im Gehäuse (23) unverschieblich angeordneten Mittelteil (33) axial verschieblich und abdichtend geführt ist, wobei in dem Mittelteil (33) zwischen den äußeren Leitungsanschlüssen für die Unterdruckquelle einerseits und für den zweiten Raum (14) und den Unterdruckraum (25) andererseits ein Kanal (34) vorgesehen ist, der in der Ruhestellung des Steuerkolbens (22) von der Kolbenstange (32) verschlossen ist und der in der Arbeitsstellung des Steuerkolbens (22) über einen Durchlaß (35) an der Kolbenstange (32) die äußeren Leitungsanschlüsse (24, 25) miteinander verbindet.