DE102015105349A1

DE102015105349A1 - Bremszylinder eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015105349A1
Application number: DE102015105349.7A
Authority: DE
Inventors: Johann Eglseder; Christoph Kaiser; Roland Kristl
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-04-10
Also published as: DE102015105349B4; WO2016162408A1; US20180029582A1

Abstract

Ein Bremszylinder (1) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere pneumatisch betätigbarer Bremszylinders (1) eines Nutzfahrzeugs weist ein erstes Gehäuseteil (2) und ein zweites Gehäuseteil (3) auf, ein aus einer Federkammer (11) des ersten Gehäuseteils (2) vorstehender Betätigungsstößel (5) zur Betätigung eines Bremshebels einer Zuspannvorrichtung, eine einen von dem ersten Gehäuseteil (2) und dem zweiten Gehäuseteil (3) begrenzten Innenraum in eine Druckkammer (10) und die Federkammer (11) unterteilende Membran (19), eine Rückstellfeder (8) zur Rückstellung des Betätigungsstößels (5) aus einer Bremsstellung in eine Nichtbremsstellung, wobei die Rückstellfeder (8) zwischen einem Gehäuseboden (18) des ersten Gehäuseteils (2) und einer an der Federkammerseite der Membran (19) angeordneten und mit dem Betätigungsstößel (5) verbundenen Platte (7) verspannt angeordnet ist, wobei die Rückstellfeder (8) mit wenigstens einem Dehnungsmesselement (14) versehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremszylinder eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen pneumatisch betätigbaren Bremszylinder eines Nutzfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßer Bremszylinder ist beispielsweise aus der DE 102 36 923 B4 bekannt. Bei dem in dieser Druckschrift gezeigten Bremszylinder handelt es sich um einen sogenannten Kombibremszylinder mit einer in einem Betriebsbremszylinderabschnitt angeordneten Betriebsbremseinheit und einer in einem Feststellbremszylinderabschnitt angeordneten Feststellbremseinheit.
Die Betriebsbremseinheit weist dabei im Wesentlichen einen Betätigungsstößel auf, der der Betätigung eines Bremshebels einer Zuspannvorrichtung dient. Die Betriebsbremseinheit des Bremszylinders ist dabei durch eine Membran in einer Federkammer und ein Druckkammer unterteilt. Dabei ist auf einer der Federkammer zugewandten Seite der Membran eine Platte angeordnet, die mit dem Betätigungsstößel verbunden ist. Bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer wird die Membran in Richtung der Federkammer gedrückt. Dabei wird der Betätigungsstößel aus dem ersten Gehäuseteil in Richtung des Bremshebels ein Stück weit herausgedrückt und betätigt dabei den Bremshebel und damit die Zuspannvorrichtung, die ein Andrücken von Bremsbacken gegen eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel eines Fahrzeugrades zur Abbremsung des Kraftfahrzeugs bewirkt. Ist der Bremsvorgang beendet, drückt eine Rückstellfeder, die zwischen einem Gehäuseboden des ersten Gehäuseteils und einer an der Federkammerseite der Membran angeordneten und mit dem Betätigungsstößel verbundenen Platte verspannt angeordnet ist, den Betätigungsstößel zurück in seine Ausgangs- beziehungsweise Nichtbremsstellung.
Aus der Position des Betätigungsstößels lassen sich Rückschlüsse auf die ordnungsgemäße Funktionsweise der Kraftfahrzeugbremse und insbesondere des Bremszylinders ziehen. So kann aus dem Hubverlauf des Betätigungsstößels auf das Lüftspiel und ein mögliches Fehlverhalten eines Nachstellmechanismus der Kraftfahrzeugbremse geschlossen werden. Ebenso können nicht ordnungsgemäß funktionierende Druckluftventile Ursache eines geänderten Hubverlaufes des Betätigungsstößels sein.
Zur Feststellung notweniger Informationen bei solchen druckluftbetätigten Radbremsen hinsichtlich des Lüftspiels, der ordnungsgemäßen Funktion des Nachstellmechanismus oder auch der Druckluftventile des Bremszylinders ist es bekannt, ein jeweiliges Fahrzeugrad von der Radbremse zu demontieren, um anschließend eine manuelle Prüfung der Bremsenbauteile durchzuführen.
Aus der WO 2011/160028 A1 ist eine elektronische Hubsensierung bekannt, mit der ein solcher aufwändiger Abbau des Fahrzeugrad zur Überprüfung der genannten Bauteile vermieden werden kann. Dabei wird zwischen den Betätigungsstößel und einem Anschlussflansch des Bremszylinders an einem Bremssattel der Radbremse ein Sensorelement eingebaut, um den Hub des Betätigungsstößels optisch zu detektieren.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der Einbau des Sensorelementes eine Bearbeitung der Schnittstelle zwischen den Bremszylinder und dem Bremssattel notwendig macht. Des Weiteren ist bei der in der oben genannten Schrift beschriebenen Hubsensierung auch eine Bearbeitung des Betätigungsstößels selbst gegenüber einem beispielsweise aus der DE 102 36 923 B4 bekannten Betätigungsstößel erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bremszylinder eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, mit dem eine Überprüfung der genannten Bauteile ohne Abbau des Fahrzeugrades ermöglicht und mit dem eine Sensierung des Hubs des Betätigungsstößels ohne Bearbeitung vorhandener Bauteile ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Bremszylinder eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Bremszylinder, insbesondere pneumatisch betätigbare Bremszylinder eines Nutzfahrzeugs weist ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf. Aus einer Federkammer des ersten Gehäuseteils steht dabei ein Betätigungsstößel zur Betätigung eines Bremshebels einer Zuspannvorrichtung hervor. Der von dem ersten Gehäuseteil in den zweiten Gehäuseteil begrenzte Innenraum wird durch eine Membran in eine Druckkammer und eine Federkammer unterteilt. In der Federkammer ist eine Rückstellfeder zur Rückstellung eines Betätigungsstößels aus einer Bremsstellung in eine Nichtbremsstellung angeordnet. Die Rückstellfeder ist dabei zwischen einem Gehäuseboden des ersten Gehäuseteils und einer an der Federkammerseite der Membran angeordneten und mit dem Betätigungsstößel verbundenen Platte verspannt angeordnet. Zur Detektion des Hubs des Betätigungsstößels ist die Rückstellfeder mit wenigstens einem Dehnungsmesselement versehen.
Dadurch kann aus der Dehnscherung der Rückstellfeder, die an einem Ende an der mit dem Betätigungsstößel verbundenen Platte anliegt, auf den Hub des Betätigungsstößels und damit auf das Lüftspiel, ein evtl. vorhandenes Fehlverhalten eines Nachstellmechanismus, fehlerhaft arbeitende Druckluftventile oder auch Fehlfunktionen in der Bremsanlage aufgrund von eingedrungener Flüssigkeit Eis rückgeschlossen werden.
Bei einem aufgetretenen Schaden ist es so ermöglicht, zielgerichtet den aufgetretenen Fehler zu erkennen und zu beheben.
Außerdem ist keine zusätzliche Dichtfläche an der Schnittstelle zwischen Bremszylinder und Bremssattel erforderlich, wodurch die Robustheit des Bremszylinders weiter erhöht wird.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Dehnungsmesselement als Dehnmessstreifen ausgebildet. Ein solches Dehnmesstreifen ist in einfacher Weise an der Rückstellfeder anbringbar, ohne die Rückstellfeder selbst oder ein anderes Bauteil des Bremszylinders verändern zu müssen.
Der Dehnmesstreifen ist dabei besonders bevorzugt derart an der Rückstellfeder angeordnet, dass er einen Umfangsabschnitt der Rückstellfeder umschließt, so dass anhand der Biegung dieses Abschnitts der Rückstellfeder auf den Bewegungszustand der Rückstellfeder relativ zu einem Ausgangszustand, beispielsweise der maximal entspannten Nichtbremsstellung in einfacher Weise rückgeschlossen werden kann.
Das Dehnungsmesselement ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante mit einer Anzeige, insbesondere einer Kontrollanzeige in einem Führerhaus des Kraftfahrzeugs gekoppelt, so dass dem Kraftfahrzeugführer jederzeit eine Information hinsichtlich der ordnungsgemäßen Funktion des Betätigungsstößels zugänglich ist.
Besonders bevorzugt ist das Dehnungsmesselement über ein Kabel mit der Kontrollanzeige und/oder einer Auswertungselektronik verbunden. Ein solches Kabel kann in einfacher Weise an der Rückstellfeder fixiert werden und vom Ende der Rückstellfeder entlang des ersten Gehäuseteils aus diesem herausgeführt werden.
Denkbar ist auch eine kabellose Verbindung des Dehnungsmesselements mit der Kontrollanzeige und/oder der Auswertungselektronik.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bremszylinders und
2 eine schematische Darstellung eines an einer Rückstellfeder angeordneten Dehnungsmesselements und dessen Verbindung mit einer Auswertungselektronik und einer Kontrollanzeige.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Bremszylinders, der Gehäuseteile, der Membran, der Rückstellfeder, des Betätigungsstößels und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Ausführungsvariante eines Bremszylinders eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines pneumatisch betätigbaren Bremszylinders eines Nutzfahrzeuges bezeichnet.
Der Bremszylinder 1 weist ein erstes Gehäuseteil 2 auf, das mit seinem Gehäuseboden 18 mit einem Anschlussflansch eines (nicht gezeigten) Bremssattels verbunden ist.
An einer dem Gehäuseboden 18 abgewandten Seite des ersten Gehäuseteils 2 ist ein zweites Gehäuseteil 3 angeordnet, dass das erste Gehäuseteil 2 mit einem dritten Gehäuseteil 4 verbindet. In dem dritten Gehäuseteil 4 ist dabei vorzugsweise eine Feststellbremseinheit eingebaut, während in dem ersten Gehäuseteil 2 eine Betriebsbremseinheit eingebaut ist. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise dieses Bremszylinders 1 ist beispielsweise in der DE 102 36 923 B4 beschrieben, auf deren Inhalte mit dieser Anmeldung zur Erläuterung zahlreicher Details des dort als Federspeicherzylinder bezeichneten Bremszylinders bezuggenommen wird.
Für die Erfindung wesentlich ist der Aufbau der Betriebsbremseinheit. Insofern ist es erfindungsgemäß ebenfalls denkbar, dass der Bremszylinder 1 lediglich aus der Betriebsbremseinheit und damit aus dem ersten Gehäuseteil 2 und dem zweiten Gehäuseteil 3 und der im Innenraum zwischen den beiden Gehäuseteilen 2, 3 untergebrachten Bauteilen der Betriebsbremseinheit aufgebaut ist.
Der Betriebsbremszylinderabschnitt, dessen Innenraum durch das erste Gehäuseteil 2 und das zweite Gehäuseteil 3 begrenzt wird, weist eine Membran 19 auf, die den Innenraum des Betriebsbremszylinderabschnitts in eine Druckkammer 10 und eine Federkammer 11 unterteilt.
Auf der der Federkammer 11 zugewandten Seite der Membran 19 ist eine Platte 7 angeordnet, von der sich der Betätigungsstößel 5, der hier aus einem Druckstück und einem sich von der Platte 7 erstreckenden Kolbenstange 6 gebildet wird, durch eine Öffnung in dem Gehäuseboden 18 des ersten Gehäuseteils 2 in Richtung eines (nicht gezeigten) Bremshebels erstreckt.
Zwischen dem Gehäuseboden 18 des ersten Gehäuseteils 2 und der an der Federkammerseite der Membran 19 angeordneten und mit dem Betätigungsstößel 5 verbundenen Platte 7 ist eine bevorzugt als Schraubenfeder ausgebildete Rückstellfeder 8 verspannt angeordnet. Diese Rückstellfeder 8 dient dazu, den Betätigungsstößel 5 aus einer Bremsstellung, bei der der Betätigungsstößel 5 weit aus dem Gehäuseboden 18 des ersten Gehäuseteils 2 vorsteht, in eine Nichtbremsstellung weit innerhalb des ersten Gehäuseteils 2 zu halten.
Im Falle einer Betriebsbremsung wird durch ein vom fahrzeugführer betätigtes Bremspedal eine Beaufschlagung der Druckkammer 10 mit Druckluft bewirkt, die dazu führt, dass die Membran 19 sich in Richtung des Gehäusebodens 18 des ersten Gehäuseteils 2 durchbiegt und dabei die Platte 7 und damit den Betätigungsstößel 5 weit aus der Federkammer 11 des ersten Gehäuseteils 2 herausdrückt und dabei den Bremshebel der Zuspannvorrichtung betätigt und damit eine Bremsung auslöst.
Zum Schutz des Betätigungsstößels 5 vor Verschmutzung ist ein Faltenbalg 13 vorgesehen, der zwischen dem Gehäuseboden 18 und an der Kolbenstange 6 nahe der Platte 7 festgelegt ist.
Zur Festlegung des ersten Gehäuseteils 2 an einem Bremssattel sind am Gehäuseboden 18 verankerte und in den Bremssattel vorstehende Stehbolzen 16 vorgesehen.
Zur Feststellung des Hubs des Betätigungsstößels 5 relativ zum Gehäuseboden 18 des ersten Gehäuseteils 2 ist die Rückstellfeder 8 mit wenigstens einem Dehnungsmesselement 14 versehen, mit dem die Dehnung, insbesondere Scherdehnung des Materials der Rückstellfeder 8 messbar ist.
Dieses bevorzugt als Dehnmessstreifen ausgebildete Dehnungsmesselement 14 ist dabei an einem Umfangsabschnitt der Rückstellfeder angebracht.
Besonders bevorzugt ist der Dehnmessstreifen derart am Umfangsabschnitt der Rückstellfeder 8 angebracht, dass er diesen umschließt. Da die translatorische Bewegung des Betätigungsstößels 5 bei einem Bremsvorgang einhergeht mit einer Stauchung der Rückstellfeder 8, kann so aus der in der Rückstellfeder 8 auftretenden Scherspannung auf den aktuellen Hub des Betätigungsstößels 5 rückgeschlossen werden.
Wie insbesondere in der schematischen Darstellung der 2 dargestellt ist, ist das Dehnungselement 14 bevorzugt über ein entlang der Rückstellfeder 8 verlegtes elektrisches Kabel mit einer Auswertungselektronik 16 verbunden, über die das von dem Dehnungsmesselement 14 ausgehende Signal vorzugsweise in einer Anzeige 17 im Führerhaus des Kraftfahrzeugs angezeigt wird.
Die Auswertungselektronik 16 besteht dabei im Wesentlichen aus einem Brückenverstärker. Je nach Federkennlinie der Rückstellfeder 8 weist die Auswertungselektronik 16 des weiteren Bauteile zur Realisierung des Messsignals des Dehnungsmesselements 14 auf, sofern die Rückstellfeder 8 eine nicht lineare Federkennlinie aufweist.
Denkbar ist ebenfalls, bei nicht linearer Federkennlinie der Rückstellfeder 8 durch Anbringen mehrerer solcher Dehnungsmesselemente 14 an der Rückstellfeder 8 über eine Differenzschaltung die Dehnungsmesselemente 14 miteinander zu verschalten.
Denkbar ist ebenfalls, dass Dehnungsmesselement 14 mit einem Transponder zu versehen, über den eine drahtlose Übertragung des Signals des Dehnungsmesselements 14 an die Auswertungselektronik 16 kabellos zu übertragen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsvariante wird das Kabel 15 bevorzugt zunächst entlang der Rückstellfeder 8 geführt und anschließend entlang des Gehäusebodens 18 des ersten Gehäuseteils 2 bis zu einer Öffnung 9 im ersten Gehäuseteil 2 und durch diese hindurch aus dem ersten Gehäuseteil 2 herausgeführt. Diese Öffnung 9 im ersten Gehäuseteil 2 dient im Übrigen der Verbindung der Federkammer 11 mit der Umgebungsluft.
Wichtig ist, dass zum Einbau des Dehnungsmesselement 14 keine bauliche Veränderung des vorhandenen Bremszylinders 1 notwendig ist, so dass ein solches Dehnungsmesselement 14 ggfs. auch in vorhandenen Fahrzeugen nachrüstbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Bremszylinder
2: erstes Gehäuseteil
3: zweites Gehäuseteil
4: drittes Gehäuseteil
5: Betätigungsstößel
6: Kolbenstange
7: Platte
8: Rückstellfeder
9: Öffnung
10: Druckkammer
11: Federkammer
12: Stehbolzen
13: Faltenbalg
14: Dehnungsmesselement
15: Kabel
16: Auswertungselektronik
17: Anzeige
18: Gehäuseboden
19: Membran

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10236923 B4 [0002, 0007, 0026]
WO 2011/160028 A1 [0006]

Claims

Bremszylinder (1) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere pneumatisch betätigbarer Bremszylinders (1) eines Nutzfahrzeugs, aufweisend – ein erstes Gehäuseteil (2) und ein zweites Gehäuseteil (3), – ein aus einer Federkammer (11) des ersten Gehäuseteils (2) vorstehender Betätigungsstößel (5) zur Betätigung eines Bremshebels einer Zuspannvorrichtung, – eine einen von dem ersten Gehäuseteil (2) und dem zweiten Gehäuseteil (3) begrenzten Innenraum in eine Druckkammer (10) und die Federkammer (11) unterteilende Membran (19), – eine Rückstellfeder (8) zur Rückstellung des Betätigungsstößels (5) aus einer Bremsstellung in eine Nichtbremsstellung, – wobei die Rückstellfeder (8) zwischen einem Gehäuseboden (18) des ersten Gehäuseteils (2) und einer an der Federkammerseite der Membran (19) angeordneten und mit dem Betätigungsstößel (5) verbundenen Platte (7) verspannt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Rückstellfeder (8) mit wenigstens einem Dehnungsmesselement (14) versehen ist.
Bremszylinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnungsmesselement (14) als Dehnmessstreifen ausgebildet ist.
Bremszylinder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnmessstreifen einen Umfangsabschnitt der Rückstellfeder (8) umschließt.
Bremszylinder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnungsmesselement (14) mit einer Anzeige, insbesondere einer Kontrollanzeige (17) gekoppelt ist.
Bremszylinder (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnungsmesselement (14) über eine Auswertungselektronik (16) mit der Kontrollanzeige (17) gekoppelt ist.
Bremszylinder (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnungsmesselement (14) über ein Kabel (15) mit der Kontrollanzeige (17) und/oder dem Verstärker (16) verbunden ist.
Bremszylinder (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnungsmesselement (14) kabellos mit der Kontrollanzeige (17) und/oder dem Verstärker (16) verbunden ist.