DE102012208866A1

DE102012208866A1 - Pneumatischer Bremskraftverstärker mit einer Sensorvorrichtung zur berührungslosen Überwachung von Position und Bewegung einer beweglichen Wand

Info

Publication number: DE102012208866A1
Application number: DE201210208866
Authority: DE
Inventors: Jürgen Faller
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-11-29
Also published as: WO2012163844A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Bremskraftverstärker (1), insbesondere für Kraftfahrzeugbremsanlagen, mit einem Verstärkergehäuse (2), welches durch mindestens eine, mit einem pneumatischen Differenzdruck beaufschlagbare axial bewegliche Wand (3) in mindestens eine Unterdruckkammer (4) und mindestens eine Arbeitskammer (5) unterteilt ist, und einer Sensorvorrichtung (6) zur Überwachung von Position und Bewegung der beweglichen Wand (3), welche einer elektronischen Steuereinheit (7) elektrische Signale bereitstellt. Um die Position und die Bewegung der beweglichen Wand zuverlässig sowie über den gesamten Betätigungsweg überwachen zu können, sowie einen vereinfachten Einbau und verbesserte Integrationsfähigkeit zu gewährleisten wird eine Sensorvorrichtung (6) vorgeschlagen, die über ein Reflexionsmittel (10), eine Sendeeinheit (8) zum Aussenden eines Signals (11) in Richtung vom Reflexionsmittel (10) und eine Empfangseinheit (9) zum Empfangen von einem Signalecho (12) verfügt.

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Bremskraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeugbremsanlagen, mit einem Verstärkergehäuse, welches durch mindestens eine, mit einem pneumatischen Differenzdruck beaufschlagbare axial bewegliche Wand in mindestens eine Unterdruckkammer und mindestens eine Arbeitskammer unterteilt ist, und einer Sensorvorrichtung zur berührungslosen Überwachung von Position und Bewegung der beweglichen Wand, welche einer elektronischen Steuereinheit elektrische Signale bereitstellt.
Stand der Technik:
Für Kraftfahrzeugbremsanlagen ist es wichtig und notwendig, einen möglichst genauen Systemzustand, insbesondere eine für den Bremsdruckaufbau relevante Position von Betätigungskomponenten, möglichst zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu kennen. Bei den Kraftfahrzeugbremsanlagen mit einem pneumatischen Bremskraftverstärker kann beispielsweise eine momentane Position einer beweglichen Wand innerhalb des Bremskraftverstärkers als ein Maß für den Systemzustand herangezogen und die gewonnene Information in Form von elektrischen Signalen an eine Steuereinheit, einen Bremslichtschalter oder weitere Aggregate weitergeleitet werden. Zur Überwachung der Position der beweglichen Wand werden gesonderte Sensorvorrichtungen eingesetzt. Beispielsweise ist aus der DE 103 51 933 A1 ein pneumatischer Bremskraftverstärker mit einer Sensorvorrichtung bekannt, welche einen scheibenförmigen Magneten als Geberelement und einen Hallsensor als Sensorelement umfasst, wobei das Geberelement gemeinsam mit der beweglichen Wand bewegt wird und zur Positionserfassung am Sensorelement vorbei geführt werden muss. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass die Position lediglich innerhalb einer eng begrenzten Strecke erfassbar ist. Ferner wird die Sensorvorrichtung in Bezug auf ihren Aufbau und den Einbau in den Bremskraftverstärker als aufwendig angesehen.
Aufgabe:
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen dahingehend verbesserten pneumatischen Bremskraftverstärker mit einer Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche die Position und die Bewegung der beweglichen Wand zuverlässig sowie über den gesamten Betätigungsweg überwacht, einen gegenüber dem Stand der Technik vereinfachten Einbau gewährleistet und sich durch verbesserte Integrationsfähigkeit in pneumatische Bremskraftverstärker auszeichnet.
Lösung:
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß zusammen mit den kennzeichnenden Merkmalen von dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere mögliche vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Vorteile:
Eine Sensorvorrichtung zur Überwachung von Position und Bewegung der beweglichen Wand eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers verfügt dabei vorteilhafterweise über eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und ein Reflexionsmittel, welches dazu geeignet ist, wellenförmige Signale zu reflektieren.
Dabei können Sensorvorrichtung vorteilhafterweise mit unterschiedlichen wellenförmigen elektromagnetischen oder Schallsignalen abbildbar sein, beispielsweise mit Funk-, Ultraschall-, Laser- oder fokussiertes LED-Lichtsignalen. Ein Signal kann von der Sendeeinheit in Richtung des Reflexionsmittels ausgesandt werden, wird an dem Reflexionsmittel reflektiert und kann als ein reflektiertes Signalecho von der Empfangseinheit registriert und an eine elektronische Steuereinheit zur Weiterverarbeitung weitergeleitet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann innerhalb der Sensorvorrichtung eine weitere elektronische Kontrolleinheit vorgesehen werden. Vorteilhafterweise kann die Kontrolleinheit wirkungsmäßig zwischen der elektronischen Steuereinheit auf einer Seite und Sendeeinheit beziehungsweise Empfangseinheit auf der anderen Seite geschaltet sein und in der gleichen zur Integration von Sendeeinheit und der Empfangseinheit vorgesehenen Komponente oder gleichem Gehäuse angeordnet werden. Vorteilhafterweise kann die Kontrolleinheit zur Umsetzung von Steuerbefehlen von der elektronischen Steuereinheit, zum Modulieren des Signals, zur Filterrung und/oder Vorverarbeitung vom empfangenen Signalecho, oder zu weiteren Zwecken eingesetzt werden. Dadurch können beispielsweise flexibel an unterschiedliche Kraftfahrzeugbremsanlagen oder pneumatische Bremskraftverstärker anpassbare Baueinheiten für Sensorvorrichtungen gestaltet werden, ohne eine zentrale elektronische Steuereinheit verändern zu müssen, ebenso wäre ein autonomer Betrieb einer Sensorvorrichtung eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers oder ein direktes schnelles Erkennen von bestimmten Betriebszuständen ohne Zuhilfenahme der nachgeschalteten Steuereinheit oder eine Systemredundanz zur Kontroll- oder Sicherheitszwecken oder auch weitere Funktionen ebenso vorstellbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Reflexionsmittel an der beweglichen Wand des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers angeordnet vorgesehen sein. Damit kann eine momentane Position der beweglichen Wand besonders einfach überwacht werden und aus einer Kenntnis der Position der beweglichen Wand weitere Informationen über einen momentanen Zustand einer Kraftfahrzeugbremsanlage, beispielsweise einen Betätigungswunsch des Fahrers, eine Stellung eines Kolbens in einem Hauptzylinder, Betriebszustand eines Aktuators gewonnen und daraus vielfältige Aktionen und/oder Steuerbefehle beispielsweise an einen Aktuator, ein ABS- oder ESP-Gerät, einen Bremslichtschalter, einen Pedalsimulator und weitere abgeleitet und initiiert werden. Ferner ist innerhalb der Sensorvorrichtung vorteilhafterweise kein bewegtes Geberelement mehr notwendig, was einen Montageaufwand reduziert, Teileanzahl und Kosten senkt.
Des Weiteren kann vorteilhafterweise die Position und die Bewegung der beweglichen Wand zuverlässig sowie über den gesamten Betätigungsweg besonders einfach überwacht werden.
Ferner kann eine Kalibrierung der Sensorvorrichtung zur eindeutigen Positionsbestimmung und/oder Fehlerüberprüfung besonders einfach elektronisch vorgenommen werden, wobei es möglich ist, die Kalibrierung einmalig, beispielsweise bei der ersten Inbetriebnahme oder regelmäßig, beispielsweise nach jedem Bremsvorgang oder einem anderen gesondert bestimmbaren Ereignis durchzuführen.
In einer weiter hin vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Sendeeinheit und die Empfangseinheit ortsfest an dem Verstärkergehäuse angeordnet vorgesehen sein. Es ist ebenso möglich, die Sendeeinheit und die Empfangseinheit in eine weitere bereits bekannte Komponente eines Bremskraftverstärkers zu integrieren, sofern diese Komponente ein Hineinragen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit in die Unterdruckammer des Bremskraftverstärkers ermöglicht. So können beispielsweise ein Vakuumanschluss, ein Drucksensor, ein Differenzdrucksensor, ein Vakuumrückschlagventil oder weitere Komponenten zur Integration von der Sendeeinheit und der Empfangseinheit herangezogen werden. Dadurch können Montageoperationen wesentlich vereinfacht, Anzahl von notwendigen Abdichtungen an der Unterdruckkammer verringert, Toleranzvorgaben beim Einbau reduziert und Integrationsfähigkeit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in unterschiedliche Ausführungsformen von Bremskraftverstärkern vereinfacht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine Sendeeinheit mit einer sendeeinheitsnahen Empfangseinheit kombiniert und räumlich im Wesentlichen eng zusammengefasst oder integrativ kombiniert gestaltet, beispielsweise koaxial um eine Lotachse zum Reflexionsmittel angeordnet werden. Dadurch verlaufen der Signal und der Signalecho entlang der gleichen Achse und der Signalgang ist lotrecht. Hierdurch ist die Sensorvorrichtung kompakt gestaltbar und eine kontinuierliche Messung und Positionsbestimmung der beweglichen Wand über ihren gesamten Verfahrweg besonders unkompliziert möglich. Vorteilhafterweise kann eine solche eng zusammengefasste Sende-Empfangseinheit effektiv an einer Seite eines Innenstutzens eines Vakuumanschlusses angeordnet werden, was eine Einbau weiter hin vereinfacht und einen reduzierten Durchmesser des Innenstutzens und dadurch einen kleineren Durchbruch in einer Gehäusewand des Bremskraftverstärkers erlaubt. Ebenso ist eine Integration einer vorgenannten zusammengefassten Sende-Empfangseinheit in eine weitere Komponente wie einen Drucksensor, einen Vakuumrückschlagventil oder eine andere Komponente oder Vorrichtung innerhalb der Erfindung möglich.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Sendeeinheit jedoch auch mit einer sendeeinheitsfernen Empfangseinheit räumlich aufgelöst in einem definierten Abstand quer zur Lotachse, beispielsweise radial gegenüber am Innenstutzen eines Vakuumanschlusses angeordnet werden. Dabei kann die Sendeeinheit so angeordnet werden, dass sie den Signal in einem Winkel zur Lotachse in Richtung Reflektionsfläche aussendet, so dass der reflektierte Signalecho in einem Winkel γ zum Signal reflektiert wird. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise ein winkliger Signalgang, wobei der Signalecho in einem bestimmten Auftreffpunkt auf die Empfangseinheit trifft, und ein Abstand des Auftreffpunktes zur Sendeeinheit quer zur Lotachse von einem Abstand des Reflexionsmittels zur Sendeeinheit abhängig ist. Dadurch kann eine Position der beweglichen Wand besonders einfach durch eine Wanderung des Auftreffpunktes quer zur Lotachse erkannt werden. Ebenso wird es möglich, durch eine konstruktive Anordnung von einer oder mehreren Empfangseinheiten in Reihe nebeneinander besonders sicher und effektiv eine einzelne oder mehrere bestimmte dedizierte Positionen der beweglichen Wand zu registrieren. Dabei dient ein Faktum, dass ein Signalecho eine Empfangseinheit trifft als Kennzeichnung einer bestimmten Position der beweglichen Wand.
Auch ist eine solche Anordnung besonders geeignet zum Erkennen von Fehlern im Bremssystem, welche sich durch eine unerwartete Position der beweglichen Wand feststellen lassen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ebenso eine Kombination der beiden vorgenannten zusammengefassten und aufgelösten Anordnungen der Sensoreinheit möglich. Dadurch kann beispielsweise ein lotrechter Signalgang von der sendeeinheitsnahen Empfangseinheit aufgenommen und weiter hin zur Weg-, Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung herangezogen werden, wogegen ein winkliger Signalgang von einer sendeeinheitsfernen Empfangseinheit bei definierten Abständen der beweglichen Wand registriert werden kann und beispielsweise zur Kalibrierungszwecken, zur Fehlerüberprüfung der sendeeinheitsnahen Empfangseinheit, zum einfachen Erkennen bestimmter Positionen der beweglichen Wand oder weiteren Zwecken eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, eine Signallaufzeit zwischen einem Aussenden des Signals und einem Empfangen des Signalechos zur Ermittlung einer Position und/oder einer Bewegung der beweglichen Wand heranzuziehen. So kann beispielsweise bei Verwendung eines hochfrequenten Signals die Position der beweglichen Wand kontinuierlich über einen gesamten möglichen Verschiebungsbereich der Wand einfach und effektiv gemessen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, eine Frequenzdifferenz zwischen dem Signal und dem Signalecho zur Ermittlung einer Position und/oder Bewegung einer beweglichen Wand zu verwenden. Dadurch können insbesondere Bewegungsrichtungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der beweglichen Wand eindeutig und sicher ermittelt werden.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es denkbar, die Sendeeinheit, oder die Empfangseinheit oder eine kombinierte Sende-Empfangseinheit mit einem günstigen und leichten RFID-Element abzubilden. In einem RFID-Element kann ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld bzw. hochfrequente Radiowellen in einem Transponder erzeugt, in Richtung Reflexionsmittel als Signal ausgesandt und als reflektiertes Signalecho empfangen werden, wobei es weiter hin möglich ist, den Signalecho in einem Mikrochip im RFID-Element zu decodieren um es nachfolgend an eine elektronische Steuereinheit für eine Weiterverwendung weiterzuleiten. Das Eine Veränderung eines Abstandes zwischen dem RFID-Element und dem Reflexionsmittel und somit die Position der beweglichen Wand kann von einem RFID-Element anhand einer der vorstehend beschriebenen Analysemöglichkeiten des empfangenen Signalechos wie Zeitspanne, Frequenzveränderung oder Intensitätsänderung oder weiteren Kriterien festgestellt werden.
Figurenbeschreibung:
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung anhand der Zeichnungen hervor. Übereinstimmende Komponenten und Konstruktionselemente werden nach Möglichkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weil zudem ein allgemeiner Aufbau und Funktionsweise eines pneumatischen Bremskraftverstärkers hinlänglich bekannt sind, wird nachfolgend lediglich auf wenige erfindungsrelevante Konstruktionselemente, Abläufe und Funktionen eingegangen. Nachstehend zeigt:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen pneumatischen Bremskraftverstärkers.
2 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen pneumatischen Bremskraftverstärkers.
3, 4 und 5 zeigen stark vereinfacht 3 verschiedene Anordnungsvarianten von einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit in einem Innenstutzen eines Vakuumanschlusses in Querschnittsdarstellung.
Fig. 1
In der 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers 1 gezeigt. Hierbei verfügt der Bremskraftverstärker 1 über ein Verstärkergehäuse 2, welches durch axial bewegliche Wand 3 in eine Unterdruckkammer 4 und eine Arbeitskammer 5 unterteilt ist.
Ferner verfügt das Verstärkergehäuse 2 über mehrere Befestigungsmittel 14 zur ortsfesten Befestigung des Bremskraftverstärkers 1 im Fahrzeug, beispielsweise an einer Spritzwand sowie über weitere Befestigungsmittel 15 zur Fixierung eines nicht gezeigten dem Bremskraftverstärker 1 nachgeschalteten Hauptbremszylinders an dem Verstärkergehäuse 2.
Die bewegliche Wand 3 ist an ein Steuergehäuse 16 gekoppelt und mit diesem simultan bewegbar. Ferner ist die bewegliche Wand 3 durch eine Rollmembran 17, einen Dichtring 18 und einen Tellerventil 19 gegen das Verstärkergehäuse 3 bzw. das Steuergehäuse 16 abdichtbar, so dass zwischen der Unterdruckkammer 4 und der Arbeitskammer 5 ein pneumatischer Differenzdruck entstehen kann.
Das Tellerventil 19 steuert den Differenzdruck in den Kammern 4, 5 indem es pneumatische Verbindungen zwischen den Kammern 4, 5 untereinander und einer Umgebungsatmosphäre freigibt oder schließt. Eine Steuerung des Tellerventils 19 erfolgt durch eine Kolbenstange 20, welche an eine nicht gezeigte Betätigungsvorrichtung, beispielsweise ein Bremspedal koppelbar ist. Sie kann jedoch ebenso durch eine andere nicht in der 1 gezeigte Vorrichtung erfolgen, beispielsweise eine elektromagnetisch, elektromechanisch, elektrohydraulisch oder andersartig wirksame Aktuatorvorrichtung.
Das Steuergehäuse 16 wirkt mit einer Druckstange 21 zusammen, indem es eine durch den Differenzdruck auf die bewegliche Wand 3 ausgeübte Druckkraft 22 entlang einer Betätigungsachse 23 in die Druckstange 21 und weiter in einen nachgeschalteten nicht gezeigten Hauptbremszylinder zur Erzeugung von erforderlichen Bremsdruck in den nicht gezeigten Radbremskreisen einleitet. Eine Rückholfeder 24 wirkt der Druckkraft 22 entgegen und gewährleistet ein Zurückstellen des Steuergehäuses 16 und somit auch der beweglichen Wand 3 entlang der Betätigungsachse 23 in eine Ausgangsstellung, sobald der Differenzdruck geringer als eine Federkraft der Ruckholfeder 24 ist.
Für eine Druckkraftentfaltung durch den Differenzdruck ist es Voraussetzung, dass ein pneumatischer Druck in der Unterdruckkammer 4 geringer ist als in der Arbeitskammer 5, Idealerweise soll in der Unterdruckkammer 4 ein Vakuum vorliegen um einen besonders hohen Differenzdruck erzeugbar zu machen.
Ein Bereitstellen von erforderlichem Unterdruck für die Unterdruckkammer 4 wird meist durch eine externe nicht gezeigte Unterdruckquelle realisiert, beispielsweise einen Saugrohr eines Verbrennungsmotors oder eine gesonderte Vakuumpumpe. Die Unterdruckquelle kann hierfür über nicht gezeigte Unterdruckleitungen mit der Unterdruckkammer 4 verbunden werden. Zum Anbinden einer Unterdruckleitung an die Unterdruckkammer 4 ist ein Vakuumanschluss 13 vorgesehen. Der Vakuumanschluss 13 verfügt über einen Außenstutzen 25 zum Anbinden an die nicht gezeigte Unterdruckleitung und einen Innenstutzen 26, der in der Unterdruckkammer 4 mündet und mittels eines elastischen Formdichtringes 27 in einer Außenwand 28 des Verstärkergehäuses 2 geführt und abdichtend fixiert wird. Durch eine gesonderte Ausformungen 28 des Vakuumanschlusses 13 kann es sich außen an Formelementen des Verstärkergehäuses 2 abstützen und dadurch gegen eine Verdrehung gesichert werden. Es sind jedoch auch andere Befestigungsmöglichkeiten eines Vakuumanschlusses 13 möglich, beispielsweise mit Schraubelementen, Bajonettverschlüssen oder gesonderten Führungselementen.
Ferner ist der Bremskraftverstärker 1 mit einer berührungslosen Sensorvorrichtung 6 zur Überwachung von Position und Bewegung der beweglichen Wand 3 ausgestattet. Die Sensorvorrichtung 6 umfasst eine Sendeeinheit 8, eine Empfangseinheit 9, ein Reflexionsmittel 10 und einen elektrischen Anschluss 30 zum Anschließen von elektrischen Leitungen 31 zur Energieversorgung von Sendeeinheit 8 und Empfangseinheit 9 und zur Weitergabe von elektrischen Signalen an eine elektronische Steuereinheit 7. Das Reflexionsmittel ist dabei so beschaffen, dass es wellenförmige Signale, beispielsweise elektromagnetische Wellen oder Schallwellen nach dem Reflektionsgesetz reflektieren kann. Beispielsweise kann ein an der beweglichen Wand 3 gesondert angeordnetes Metallelement, ein Kunststoff- oder metallisiertes Kunststoffelement, eine geeignete Stelle direkt an der beweglichen Wand 3 oder ein weiteres Konstruktionselement als Reflexionsmittel 10 vorgesehen sein, Ebenso sind sowohl flach als auch konvex, konkav, parabolisch, rund oder andersartig ausgeführte sende- und empfangseinheitsseitige Oberfläche des Reflexionsmittels 10 möglich.
Die Sendeeinheit 8 sendet einen Signal 11 mit bekannten Eigenschaften, beispielsweise einer bekannten Signalausbreitungsgeschwindigkeit oder einer bekannten Signalfrequenz entlang einer Lotachse 32 senkrecht zu und in Richtung des Reflexionsmittels 10. Nach dem Reflexionsgesetz ist der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel, somit wird ein Signalecho 12 in die entgegengesetzte Richtung ebenso entlang der Lotachse 32 reflektiert und nachfolgend durch die Empfangseinheit 9 registriert. Dabei wird eine Signallaufzeit zwischen dem Aussenden des Signals 11 und dem Empfangen des Signalechos 12 festgestellt. In Kenntnis der Signalausbreitungsgeschwindigkeit kann daraus auf die Entfernung zum Reflexionsmittel 10 und somit zur beweglichen Wand 3 geschlossen werden nach dem Prinzip: Entfernung = ½·Signallaufzeit·Signalausbreitungsgeschwindigkeit.
Werden die Signale 11 in einer kurzen definierten Zeitfolge hintereinander ausgesendet, kann anhand eines Vergleiches mit den jeweils vorher ermittelten Positionen auch eine Bewegung, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung der beweglichen Wand errechnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird parallel zum oder statt des vorstehend beschriebenen Verfahrens ein Signal 11 mit einer bekannten Signalfrequenz in Richtung des Reflexionsmittels 10 ausgesandt, das reflektierte Signalecho 12 empfangen, die Frequenz des Signalechos 12 festgestellt und die beiden Frequenzen nachfolgend miteinander verglichen. Unter Berücksichtigung von Doppler-Effekt ist dadurch feststellbar, ob sich das Reflexionsmittel 10 und somit die bewegliche Wand 3 sich in Richtung zu oder von der Sendeeinheit 8 bewegt oder stehen bleibt.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Verfahren und Analysen durch und innerhalb von der elektronischen Steuereinheit 7 oder einer elektronischen Kontrolleinheit 33 oder einer weiteren Kontrolleinheit ausgeführt werden können und dass bestimmte, einer Position beziehungsweise einer Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit der beweglichen Wand 3 entsprechende Referenzwerte zur Signallaufzeit und/oder Frequenz in elektronischen Steuereinheit 7 oder einer elektronischen Kontrolleinheit 33 abspeicherbar sind mit dem Zweck, mit den entsprechenden festgestellten Werten verglichen zu werden um direkt einen Zustand oder Position der beweglichen Wand 3 ermitteln zu können.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Empfangseinheit 9 sendeeinheitsnah angeordnet ausgeführt, so dass die beiden Einheiten räumlich im Wesentlichen eng um die Lotachse 32 zusammengefasst an einer Seite des Innenstutzens 26 angeordnet sind, so dass ein lotrechter oder weitgehend lotrechter Signalgang registriert werden kann.
Es kann genauso eine kombinierte Sende-Empfangseinheit gestaltet werden mit beispielsweise koaxial um die Lotachse 32 angeordneten Sendeinheit 8 und Empfangseinheit 9.
Ebenso kann eine Sendeeinheit 8, eine Empfangseinheit 9 oder eine kombinierte Sende-Empfangseinheit als ein RFID-Element ausgeführt werden. Das RFID-Element (Radio Frequency Identification) verfügt über einen Transponder, welches ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld bzw. hochfrequente Radiowellen erzeugt und in Richtung Reflexionsmittel 10 als Signal 11 aussendet. Das magnetische Wechselfeld bzw. die Radiowellen werden von dem Reflexionsmittel 10 als Signalecho 12 reflektiert, von dem RFID-Element empfangen und von einem Mikrochip im Transponder decodiert.
Das RFID-Element erkennt somit eine Veränderung eines Abstandes Y zwischen dem RFID-Element und dem Reflexionsmittel 10 und generiert daraus ein Signal, welches an eine elektronische Steuereinheit 7 weitergeleitet und darin verarbeitet wird.
Ferner ist innerhalb der Sensorvorrichtung 6 eine elektronische Kontrolleinheit 33 vorgesehen, welche wirkungsmäßig zwischen der elektronischen Steuereinheit 7 auf einer Seite und Sendeeinheit 8 beziehungsweise Empfangseinheit 9 auf der anderen Seite geschaltet ist. Die Kontrolleinheit 33 kann zur Umsetzung von Steuerbefehlen von der elektronischen Steuereinheit 7, zum Modulieren des Signals 11, zur Filterrung und/oder Vorverarbeitung vom empfangenen Signalecho 12, oder zu weiteren Zwecken eingesetzt werden, ohne die Erfindung zu verlassen. Dabei ist die Kontrolleinheit in der gleichen Komponente integriert angeordnet vorgesehen, in der bereits die Sendeeinheit 8 und die Empfangseinheit 9 angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform ist es der Vakuumanschluss 13, jedoch selbstverständliche auch eine beliebige weitere zur Integration von Sendeeinheit 8 und der Empfangseinheit 9 vorgesehene Komponente auch zur Integration von der Kontrolleinheit 33 herangezogen werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen.
Ebenso ist es innerhalb der Erfindung möglich, auf die Kontrolleinheit 33 zu verzichten, so dass Steuerung von der Sendeeinheit 8 und der Empfangseinheit 9 und die Auswertung von der Steuereinheit 7 oder einer weiteren elektronischen Komponente übernommen wird.
Bei Bedarf und weiteren Ausführungsformen eines Bremskraftverstärkers 1 können ebenso weitere in der 1 nicht gezeigte, in die Unterdruckkammer 4 hineinragende Vorrichtungen wie beispielsweise ein Vakuumrückschlagventil, ein Drucksensor zum Messen eines pneumatischen Drucks in der Unterdruckkammer 4, oder ein Differenzdrucksensor zum gleichzeitigen Messen von pneumatischen Drucken in der Unterdruckkammer 4 und Arbeitskammer 5 am Verstärkergehäuse 2 angebracht vorgesehen sein. Die Sendeeinheit 8 mit der Empfangseinheit 9 können genauso in solche vorgenannten Vorrichtungen statt in einen Vakuumanschluss 13 integriert vorgesehen werden, ohne die Erfindung zu verlassen.
Ebenso ist eine Kombination und Integration mehrerer vorgenannter Funktionen untereinander und mit der Sensorvorrichtung 6 in einer einzelnen Vorrichtung innerhalb der Erfindung möglich.
Ferner ist auch eine gesonderte, eine Sendeeinheit 8 und eine Empfangseinheit 9 umfassende Sensoreinheit mit einer eigenständigen Anbindung an das Verstärkergehäuse und ohne eine Kombination mit weiteren Funktionen innerhalb der Erfindung vorstellbar.
Fig. 2
In der 2 ist eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers 1 gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform ist die Empfangseinheit 9 sendeeinheitsfern von der Sendeeinheit 8 räumlich aufgelöst und zu dieser in einem definierten Abstand X quer zur Lotachse 32 radial gegenüber am Innenstutzen 26 des Vakuumanschlusses 13 angeordnet. Die Sendeeinheit 8 sendet den Signal 11, beispielsweise einen Lichtsignal in einem Winkel α zur Lotachse 32 in Richtung Reflexionsmittel 10 aus. Nach dem Reflektionsgesetz wird der Signal als Signalecho 12 im Winkel β = α zurückreflektiert und trifft in einem Auftreffpunkt A auf die Empfangseinheit 9. Somit ergibt sich ein winkliger Signalgang, indem der Signal 11 und der Signalecho 12 in einem Winkel γ = α + β zueinander verlaufen. Bei einer Veränderung eines Abstandes Y zwischen dem Reflexionsmittel 10 und Sendeeinheit 8 verschiebt sich der Auftreffpunkt A quer zur Lotachse 32. Durch Kenntnis einer momentanen Position des Auftreffpunktes A an der Empfangseinheit 9 kann die momentane Position der Reflektionsfläche und somit der Abstand Y berechnet werden.
Werden die Signale 11 in einer kurzen definierten Zeitfolge hintereinander ausgesendet, kann anhand eines Vergleiches mit den jeweils vorher ermittelten Positionen auch eine Bewegung, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung der beweglichen Wand errechnet werden.
Es versteht sich, dass das vorstehend beschriebene Verfahren und Analyse durch und innerhalb von der elektronischen Steuereinheit 7 oder der elektronischen Kontrolleinheit 33 oder einer weiteren Kontrolleinheit ausgeführt werden können und dass bestimmten Positionen der beweglichen Wand 3 entsprechende Referenzwerte zur Positionen der Auftreffpunkte A in der elektronischen Steuereinheit 7 oder der elektronischen Kontrolleinheit 33 abspeicherbar sind mit dem Zweck, mit den entsprechenden festgestellten Werten verglichen zu werden um direkt eine Position der beweglichen Wand ermitteln zu können.
Es ist innerhalb der Erfindung jedoch ebenso möglich, die Empfangseinheit 9 so auszugestalten, dass lediglich ein einzelner Auftreffpunkt A oder einige wenige definierte Auftreffpunkte registrierbar werden. Damit können durch eine geometrisch eindeutige konstruktive Vorgabe dedizierte Positionen der beweglichen Wand 3 erfasst werden.
Fig. 3
3 zeigt einen Querschnitt den Innenstutzens 26 des Vakuumanschlusses einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer darin integriert vorgesehenen Sendeeinheit 8 und einer sendeeinheitsnah und räumlich eng neben der Sendeeinheit 8 angeordneten Empfangseinheit 9. Durch eine solche Anordnung ergibt sich nach 1 zwischen dem Signal 11 und dem Signalecho 12 ein Winkelabstand γ ≈ 0° und somit ein weitgehend lotrechter Signalgang.
Fig. 4
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer mit der in der 3 gezeigten engen räumlichen Anordnung von Sendeeinheit 8 und Empfangseinheit 9 zur Gewährleistung eines lotrechen Signalganges. Im Unterschied zur 3 ist die Empfangseinheit 9 radial außen um die Sendeeinheit 8 koaxial angeordnet vorgesehen. Genauso ist es innerhalb der Erfindung jedoch vorstellbar, die Empfangseinheit 9 innen und die Sendeeinheit 8 radial außen zu gestalten.
Fig. 5
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach 3 und 4 zeigt 5 eine weitere Ausführungsform mit einer räumlich aufgelösten Anordnung von Sendeeinheit 8 und Empfangseinheit 9, wobei die Empfangseinheit 9 sendeinheitsfern und am Umfang des Innenstutzens 26 radial gegenüber der Sendeinheit 8 in einem Abstand X zu der letztgenannten angeordnet ist. Für die gezeigte Ausführungsform können genauso auch weitere nicht gezeigten Positionen vorstellbar sein, solange der charakteristische Abstand X ausreichend groß gewählt ist, um einen Winkel γ nach 2 wesentlich größer 0° zu realisieren und dadurch einen winkligen Strahlengang zu ermöglichen.
Es versteht sich, dass die in den 3–5 beispielhaft offenbarten Anordnungen von Sendeeinheit 8 und Empfangseinheit 9 nicht auf einen Vakuumanschluss 13 beschränkt bleiben, sondern genauso in einem Drucksensornach dem gleichen Prinzip in einem Drucksensor, einem Vakuumrückschlagventil, einer anderen Komponente oder in einem weiteren eigenständigen Gehäuse verbaut werden können.
Innerhalb der Erfindung ist es jedoch weiter hin vorstellbar, eine Kombination der beiden vorgenannten Anordnungen der Sendeeinheit 8 und Empfangseinheit 9 zueinander nach 1 und 2 zu kombinieren und integrativ in einer einzelnen Sensorvorrichtung zu vereinen.
Auch ist es möglich, die Sendeeinheit 8 und die Empfangseinheit 9 als RFID-Elemente auszubilden, so dass die Sensorvorrichtung 6 nach dem vorstehen in der 1 beschriebenen Funktionsprinzips arbeitet.
Bezugszeichenliste

1: Bremskraftverstärker
2: Verstärkergehäuse
3: Bewegliche Wand
4: Unterdruckkammer
5: Arbeitskammer
6: Sensorvorrichtung
7: Elektronische Steuereinheit
8: Sendeeinheit
9: Empfangseinheit
10: Reflexionsmittel
11: Signal
12: Signalecho
13: Vakuumanschluss
14: Befestigungsmittel
15: Befestigungsmittel
16: Steuergehäuse
17: Rollmembran
18: Dichtring
19: Tellerventil
20: Kolbenstange
21: Druckstange
22: Druckkraft
23: Betätigungsachse
24: Rückholfeder
25: Außenstutzen
26: Innenstutzen
27: Formdichtring
28: Außenwand
29: Ausformung
30: Elektrischer Anschluss
31: Elektrische Leitungen
32: Lotachse
33: Elektronische Kontrolleinheit
A: Auftreffpunkt
X, Y: Abstand
α, β, γ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10351933 A1 [0002]

Claims

Pneumatischer Bremskraftverstärker (1), insbesondere für Kraftfahrzeugbremsanlagen, mit einem Verstärkergehäuse (2), welches durch mindestens eine, mit einem pneumatischen Differenzdruck beaufschlagbare axial bewegliche Wand (3) in mindestens eine Unterdruckkammer (4) und mindestens eine Arbeitskammer (5) unterteilt ist, und einer Sensorvorrichtung (6) zur Überwachung von Position und Bewegung der beweglichen Wand (3), welche einer elektronischen Steuereinheit (7) elektrische Signale bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (6) über ein Reflexionsmittel (10), eine Sendeeinheit (8) zum Aussenden eines Signals (11) in Richtung vom Reflexionsmittel (10) und eine Empfangseinheit (9) zum Empfangen von einem Signalecho (12) verfügt.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsmittel (10) an der beweglichen Wand (3) angeordnet vorgesehen ist.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorvorrichtung (6) eine elektronische Kontrolleinheit 33 zugeordnet ist, wobei die elektronische Kontrolleinheit 33 wirkungsmäßig der Empfangseinheit 9 nachgeschaltet und der elektronischen Steuereinheit 7 vorgeschaltet ist.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (8) und die Empfangseinheit (9) ortsfest an dem Verstärkergehäuse (2) angeordnet vorgesehen sind.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (8) und/oder die Empfangseinheit (9) in einem Vakuumanschluss (13) integriert vorgesehen sind.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (8) und/oder die Empfangseinheit (9) in einem Drucksensor oder einem Differenzdrucksensor integriert vorgesehen sind.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (8) und/oder die Empfangseinheit (9) in einem Vakuumrückschlagventil integriert vorgesehen sind.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (8) und die Empfangseinheit (9) räumlich derart eng nebeneinander angeordnet sind, dass ein Winkelabstand (γ) zwischen dem Signal (11) und dem Signalecho (12) nahe 0° beträgt und ein lotrechter oder weitgehend lotrechter Signalgang realisierbar ist.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (8) und die Empfangseinheit (9) räumlich aufgelöst in einem definiertem Abstand (X) zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand (X) im wesentlichen quer zu einer Lotachse (32)definiert ist und dass ein Winkelabstand (γ) zwischen dem Signal (11) und dem Signalecho (12) ungleich 0° ist, und wobei ein winkliger Signalgang realisierbar ist.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (11) eine elektromagnetische Welle ist.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (11) eine Schallwelle ist.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (8) über ein RFID-Element zum Generieren des Signals (11) verfügt.
Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (9) über ein RFID-Element zum Empfangen des Signalechos (12) verfügt.
Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung (6) eines Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt ein Signal (11) mit einer definierten Signalausbreitungsgeschwindigkeit von der Sendeeinheit (8) in Richtung vom Reflexionsmittel (10) ausgesandt, im zweiten Schritt das Signal (10) vom Reflexionsmittel (10) reflektiert, im dritten Schritt das reflektierte Signalecho (12) von der Empfangseinheit (9) empfangen, im vierten Schritt eine Signallaufzeit zwischen dem Aussenden des Signals (11) und dem Empfangen des Signalechos (12) festgestellt und im fünften Schritt die festgestellte Signallaufzeit zur Ermittlung von Position der beweglichen Wand (3) eingesetzt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung (6) eines Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt ein Signal (11) mit einer definierten Signalfrequenz von der Sendeeinheit (8) in Richtung vom Reflexionsmittel (10) ausgesandt, im zweiten Schritt das Signal (10) vom Reflexionsmittel (10) reflektiert, im dritten Schritt das reflektierte Signalecho (12) von der Empfangseinheit (9) empfangen wird, im vierten Schritt eine Frequenzdifferenz zwischen dem Signal (11) und dem Signalecho (12) festgestellt und im fünften Schritt die festgestellte Frequenzdifferenz zur Ermittlung einer Bewegung und/oder Bewegungsrichtung einer beweglichen Wand (3) eingesetzt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung (6) eines Pneumatischer Bremskraftverstärker (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt ein Signal (11) von der Sendeeinheit (8) in einem Winkel (α) in Richtung vom Reflexionsmittel (10) ausgesandt, im zweiten Schritt das Signal (10) in einem Winkel (β) vom Reflexionsmittel (10) reflektiert und im dritten Schritt die Empfangseinheit (9) durch den Signalecho (12) in einem Auftreffpunkt (A) getroffen wird, im vierten Schritt ein Abstand des Auftreffpunktes (A) von der Sendeeinheit 8 quer zur einer Lotachse (32) festgestellt wird und im fünften Schritt der festgestellte Abstand des Auftreffpunktes (A) von der Sendeeinheit 8 zur Ermittlung einer Position und/oder Bewegung einer beweglichen Wand (3) eingesetzt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung (6) eines pneumatischen Bremskraftverstärkers (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt ein Signal (11) von der Sendeeinheit (8) in einem Winkel (α) in Richtung vom Reflexionsmittel (10) ausgesandt, im zweiten Schritt das Signal (10) in einem Winkel (β) vom Reflexionsmittel (10) reflektiert und im dritten Schritt die Empfangseinheit (9) durch den Signalecho (12) getroffen wird, wobei ein Faktum eines Treffens eines Signalechos (12) auf die Empfangseinheit (9) zur Ermittlung einer Position und/oder Bewegung einer beweglichen Wand (3) eingesetzt wird.