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Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge.
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Pneumatische Bremskraftverstärker für Bremsanlagen in Fahr-zeugen sind bekannt und weit verbreitet. Zum Einbau in einem Fahrzeug werden diese meistens als Unterbaugruppe bzw. Komponente eines Bremsgeräts bereitgestellt, welches neben dem Bremskraftverstärker auch einen daran gekoppelten Hauptbremszylinder mit einem Druckmittelbehälter und gegebenenfalls weitere Anbaukomponenten umfasst.
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Bremskraftverstärker verursachen im Betrieb Betriebsgeräusche. Ursächlich dafür sind im Wesentlichen mechanische Kontakte zwischen bewegten Bauteilen und Luftströmungen und die damit verbunden Turbulenzen.
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Einen signifikanten Anteil in der Geräuschentwicklung eines pneumatischen Bremskraftverstärkers entsteht während und nach einem sogenannten Rücklauf nach Beendigung eines Bremsvorgangs. Im Rücklauf treibt eine komprimierte Rückstellfeder die axial beweglichen Komponenten des Bremskraftverstärkers bis zum Anschlag in ihre unbetätigte Ausgangslage zurück.
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Eine bekannte Lösung zum reduzieren solcher Rücklaufgeräusche ist es die Rücklaufgeschwindigkeit der bewegten mechanischen Komponenten zu verringern. Dadurch werden sowohl die Turbulenzen aufgrund der Luftströmungen als auch die Intensität des Anschlags reduziert. Die Rücklaufgeschwindigkeit ist jedoch immer ein Kompromiss zwischen einer schnellen Reaktionszeit bei einer eher geringen Trägheit und einem besonders geräuscharmen Verhalten des Bremskraftverstärkers bei einer eher höheren Trägheit. In der Praxis kann die Rücklaufgeschwindigkeit daher nicht beliebig klein eingestellt und es kann auch keine einzige definierte Rücklaufgeschwindigkeit für alle Anwendungsfälle definiert werden. Je nach Fahrzeug, Kundenanforderungen, Dimensionen und Gewichten der Bauteile etc. können für die jeweiligen Anwendungsfälle angestrebten Rücklaufgeschwindigkeiten stark variieren. Es besteht daher ein stätiger Wunsch, die Rücklauf-geschwindigkeit möglichst genau sowie exakt reproduzierbar auf einen Wunschwert einstellen zu können.
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Aus
DE 10 2013 218 642 A1 ist es bekannt die Rücklaufgeschwindigkeit durch konstruktive Maßnahmen zu beeinflussen, indem die kumulierte Durchtrittsfläche der Durchbrüche in einem gesonderten, aus einem Blech geformten Einsatzteil durch Variation der Anzahl und Form derselben verändert wird und so der resultierende Luftwiderstand eingestellt werden kann.
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Aufgrund herstellerbedingter Maßabweichungen bei einer der-artigen Konstruktion kann jedoch radial außerhalb des Ein-satzteils ein Bypass ausbilden, dessen Breite nur schwer beeinflussbar, so dass für eine genaue Einstellung des Luftwiderstandes und eine zuverlässige Reproduzierbarkeit der Ergebnisse mit einem hohen Aufwand verbunden ist.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, einen pneumatischen Bremskraftverstärker anzubieten, bei dem sich die Rücklaufgeschwindigkeit besonders exakt und kostengünstig sowie zuverlässig reproduzierbar einstellen lässt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Bremskraftverstärker mit der Merkmalskombination nach Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung an.
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Einzelne Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen zusammen mit der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Nachstehend zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines gattungsgemäßen Bremskraftverstärkers in drei unterschiedlichen Betriebszuständen.
- 2 ein Steuergehäuse einer bekannten Ausführungsform in Axialschnitt.
- 3 räumliche Explosionsdarstellung eines Einsatzteils mit einem bekannten Steuergehäuse gemäß 2
- 4 Strömungsverlauf bei einem bekannten Steuergehäuse gemäß 2.
- 5 räumliche Teilansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Steuergehäuses und vergrößerte Detailansicht im Bereich der Engstelle.
- 6 Strömungsverlauf bei einem Steuergehäuse gemäß 5.
- 7 vergrößerte Ansicht einer ersten Ausführungsform der Engstelle in Axialschnitt.
- 8 vergrößerte Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Engstelle in Axialschnitt.
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Fig. 1
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1 zeigt stark vereinfacht den Funktionsprinzips eines pneumatischen Bremskraftverstärker 1 jeweils in eine unbetätigten Ausgangslage (a), in einem Vorlauf bei einem Bremsvorgang (b) sowie einem Rücklauf nach einem Bremsvorgang (c).
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Ein gattungsgemäßes Bremskraftverstärker 1 verfügt über ein dünnwandiges Verstärkergehäuse 2.eine axial bewegliche, gegenüber dem Verstärkergehäuse 2 abgedichtete Zwischenwand 16 trennt darin eine Unterdruckkammer 3 von einer Arbeitskammer 4. eine Ventilanordnung 5 steuert pneumatische Verbindungen zwischen der Unterdruckkammer 3 und der Arbeitskammer 4 wischen der Arbeitskammer 4 und der umgebenden Atmosphäre. Sowohl die Ventilanordnungen 5 als auch die entsprechenden Kanäle für die vorgenannten pneumatischen Verbindungen sind in einem genannten Steuergehäuse 12 angeordnet, welches mit der Zwischenwand 16 fest verbunden und relativ zum Verstärkergehäuse 2 entlang der Mittelachse A verschiebbar gelagert ist.
- a) In einer unbetätigten Ausgangslage ist die Luft sowohl aus der Unterdruckkammer 3 als auch der Arbeitskammer 4 evakuiert, sodass darin ein gleicher Unterdruck vorliegt.
Je nach Ausführungsart des Bremskraftverstärkers 1 kann die Ventilanordnung 5 entweder direkt durch den Fahrer über ein Betätigungsglied 17 in Betätigungsrichtung B oder indirekt und sogar gänzlich fahrerunabhängig über eine hier nicht gezeigte, beispielsweise elektromagnetische Schaltvorrichtung betätigt werden.
- b) Bei einem Bremsvorgang wird durch die Ventilanordnungen 5 eine pneumatische Verbindung zwischen der Umgebung Atmosphäre und der Arbeitskammer 4 freigegeben und gleichzeitig die pneumatische Verbindung zwischen der Unterdruckkammer 3 und Arbeitskammer 4 versperrt. Ein Luftstrom 19 strömt dabei in die Arbeitskammer 4 hinein, wodurch an der Zwischenwand 16 ein Differenzdruck entsteht. Der Differenzdruck treibt die Zwischenwand 16 zusammen dem Steuergehäuse 12 in Richtung Unterdruckkammer 3. Eine an das Steuergehäuse 12 gekoppelte Druckstange 18 überträgt dabei die verstärkte Kraft an einen nachgeschalteten, hier nicht gezeigten Hauptbremszylinder.
Bei Verschiebung von dem Steuergehäuse 12 zusammen mit der Zwischenwand 16 in Richtung Unterdruckkammer 3 wird eine zwischen dem Verstärkergehäuse 2 und dem Steuergehäuse 12 verspannte Rückstellfeder 11 komprimiert.
- c) Nach Beendigung des Bremsvorganges sperrt die Ventilanordnung 5 die pneumatische Verbindung zwischen der Arbeits-kammer 4 und der Umgebungsatmosphäre und öffnet zugleich eine pneumatische Verbindung zwischen der Arbeitskammer 4 und der Unterdruckkammer 3. Ein Luftstrom 19 strömt dabei aus der Arbeitskammer 4 die Unterdruckkammer 3, wodurch der Druck in beiden Kammern 3,4 wieder angeglichen wird. Durch die Kraft der komprimierten Rückstellfeder 11 wird dabei das Steuergehäuse 12 zusammen mit der Zwischenwand 16 in einen Rücklauf in Richtung der unbetätigten Ausgangslage (siehe 1a) versetzt.
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Fig.2
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2 zeigt ein bekanntes Steuergehäuse 12 im Axialschnitt. Das Steuergehäuse 12 ist insbesondere an seiner Außenkontur im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Mittelachse A gestaltet, um die Abdichtung gegenüber dem Verstärkergehäuse 2 und der Zwischenwand 16 zu vereinfachen.
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Das innen komplex geformte Steuergehäuse 12 wird aus Gewichts- und herstelltechnischen Gründen aus Kunststoff, vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt und ist daher nur begrenzt verschleißfest. Als verschleißfeste Auflage für die Rückstellfeder 11 und zugleich eine Führung für die Druckstange 18 wird ein gesondertes, im gezeigten Bespiel aus Stahlblech hergestelltes Einsatzteil 6 verwendet - ein sogenannter Führungsteller. Das Einsatzteil 6 ist in dem Steuergehäuse 11 in einem entsprechenden Aufnahmesitz eingesetzt, wo es radial sowie axial entgegen der Betätigungsrichtung abgestützt ist.
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Ein Luftkanal 20 führt durch das Steuergehäuse 12 von der Ventilanordnung 5 zum Einsatzteil 6. Zum Passieren des Luftstroms zwischen der Arbeitskammer 4 und Unterdruckkammer 3 weist das Einsatzteil 6 mehrere Durchbrüche 7 auf.
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Fig.3
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3 stellt das bekannte Steuergehäuse 12 gemäß 2 und das Einsatzteil 6 in eine räumlichen Explosionsdarstellung. So radialen und axialen Abstützung des Einsatzteils 6 in dem Steuergehäuse 12 dienen mehrere, dem Außenprofil des Ein-satzteils 6 komplementär profilierten Stützrippen 14, welche über den Umfang der Steuergehäuses 12 verteilt an diesem an-geformt sind.
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In der gezeigten Ausführungsform verfügt das Einsatzteil 6 über insgesamt 8 kreisrunde, über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Durchbrüche 7.
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Fig.4
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4 zeigt die Luftströmung durch das bekannte Steuergehäuse 12 in einem Rücklauf gemäß 1c.
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Im Bereich der Rundungen und Durchmesserübergänge zwischen dem Steuergehäuse 12 und dem Einsatzteil 6 bildet sich ein Bypass 21. Der Luftstrom 19 teilt sich auf seinem Weg zwischen der Arbeitskammer 4 unter Unterdruckkammer 3 in dem Luftkanal 20 in einen ersten Anteil 19`, welche durch die Durchbrüche 7 in dem Einsatzteil 6 strömt und einen zweiten Anteil 19", welche durch den Bypass 21 zwischen dem Einsatzteil 6 und dem Steuergehäuse 12 strömt. Die Strömung durch den Bypass 21 beeinflusst dadurch maßgeblich den Luftwiderstand gegen den Luftstrom 19. Während die Abmessungen der Durchbrüche 7 im Einsatzteil 6 und somit deren kumulierte Durchtrittsfläche verhältnismäßig genau sowie exakt reproduzierbar erzeugt werden können, kann die Breite s des Bypasses 21 aus technologischen Gründen nur sehr schwer und mit einem hohen Aufwand exakt eingehalten werden. Das Zusammenspiel zwischen den einzelnen Bauteiltoleranzen und insbesondere das Schwimmverhalten von dem Steuergehäuse 12 beim Erkalten nach dem Spritzvorgang lässt die Breite s im Bereich zwischen 0 und mehreren Millimetern variieren. Dadurch kann der durch den Bypass 21 passierende Anteil 19" des Luftstroms 19 den Anteil 19`sogar übersteigen. Für eine vertretbar genaue Steuerung der Rücklaufgeschwindigkeit durch den Luftwiderstand müssen daher entweder Komponenten aufwändig nachgearbeitet werden oder explizit zueinander passende Paarungen Steuergehäuse 12 - Einsatzteil 6 mit zueinander günstig ausfallenden Maßabweichungen gesondert ausgesucht werden. Dies erhöht erheblich den Montageaufwand und den Ausschussanteil.
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Fig.5
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5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Steuergehäuses 12 im Bereich des Aufnahmesitzes für das Einsatz-teil 6.
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Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen bekannten Ausführungsform ist Bereich des Aufnahmesitzes an dem erfindungsgemäßen Steuergehäuse 12 eine nach radial innen abgesetzte umlaufende Stufe bzw. ein umlaufender Absatz 13 ausgeformt. An dem Absatz 13 ist eine kreiszylindrische, zu der Mittelachse A konzentrische Mantelfläche 10 ausgebildet. Die Stützrippen 14 schließen integrativ an den Absatz 13 axial in Betätigungs-richtung B an.
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Fig.6
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In Analogie zu 4 zeigt die 6 die Luftströmung durch das Steuergehäuse 12 gemäß 5 in einem Rücklauf.
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Das Einsatzteil 6 verfügt über eine nach radial außen weisende, kreiszylindrische Mantelfläche 9. Nach dem Einsetzen des Einsatzteils 6 in das Steuergehäuse 12 bildet sich zwischen der einsatzteileigenen Mantelfläche 9 und der steuergehäuseeigenen Mantelfläche 10 eine kreiszylindrisch-ringförmige Engstelle 8. sowohl das Einsatzteil 6 als auch das Steuergehäuse 12 unterliegen nach wie vor herstellbedingten Maßtoleranzen. Weil die Engstelle 8 aufgrund ihrer kreiszylindrischen Ausbildung von Toleranzen in axiale Richtung unabhängig ist, lassen sich die verbliebenen Toleranzen in radiale Richtung herstelltechnisch wesentlich einfacher zu beherrschen, sodass die Abweichungen von einem angestrebten Nennmaß in einem akzeptablen Rahmen ein-gehalten werden können.
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Je nach ausfallenden Bauteiltoleranzen kann die Engstelle 8 als eine Dichtstelle oder eine Drosselstelle vorliegen. Im Falle einer Dienststelle liegen die Mantelflächen 9 und 10 vollständig flächig aufeinander, so dass keine Luft durch die Engstelle 8 passieren kann und die gesamte Luftstrom 19 ausschließlich durch die Durchbrüche 7 in dem Einsatzteil 6 passiert. Im Falle einer Drosselstelle bildet sich zwischen den Mantelflächen 9 und 10 ein kreiszylindrischer Spalt mit einer derart eng begrenzten Spaltbreite, dass die resultierende Durchtrittsfläche durch die Engstelle 8 wesentlich geringer als die kumulierte Durchtrittsfläche durch die Durchbrüche 7 in dem Einsatzteil 6 ist. Dieser Zustand bleibt auch ohne eines gesondert erhöhten Fertigungsaufwandes sehr zuverlässig reproduzierbar. Bevorzugt kann die Engstelle 8 als eine normierte Spielpassung JS11/cd10 gemäß ISO 286 definiert und erzeugt sein. Damit kann sichergestellt werden, dass maximale Durchtrittsfläche für den Luftstrom 19 durch die Engstelle 8 nur einen Bruchteil der Durchtrittsfläche durch die Durchbrüche 7 in dem Einsatzteil beträgt, wodurch eine ausreichend exakte Einstellung des Luftwiderstandes und somit der Rücklaufgeschwindigkeit möglich ist. Zugleich wird sichergestellt, dass das Einsatzteil 6 in dem Steuergehäuse 12 nicht klemmt und dadurch Montage vereinfacht und ein Verkanten bzw. Schiefstellung vermieden werden.
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Die Stützrippen 14 stützen das Einsatzteil 6 axial entgegen der Betätigungsrichtung B ab. Wenn diese wie im gezeigten Beispiel nach radial innen exakt in der Mantelfläche 10 enden, bilden sie für das Einsatzteil 6 eine zuverlässige Abstützung in radiale Richtung, so dass die Flächenpressung im Bereich der Engstelle 8 und somit eine Verschleißgefahr reduziert werden.
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Fig.7
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7 zeigt das Ausführungsbeispiel von dem Steuergehäuse 12 gemäß 5 und 6 im Bereich der Engstelle 8.der Abs. 13 ist bei dieser Ausführungsform zugunsten einer vereinfachten Fertigung und erhöhten Stabilität massiv ausgebildet.
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Fig.8
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8 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform von dem Steuergehäuse 12. im Unterschied zu der Ausführung gemäß 5-7 befinden sich in dem Steuergehäuse 12 in radiale Richtung unmittelbar außerhalb der Engstelle 8 bzw. der Mantelfläche 10 eine axiale Ausnehmung 15. Dieser kann beispielsweise in Form von einzelnen Taschen in den Zwischenräumen zwischen den Stützrippen 14 oder als eine einzige umlaufende Ausnehmung bzw. Axialnut ausgebildet sein. Dadurch wird in einem der Mantelfläche 10 unmittelbar benachbarten Bereich eine Materialanhäufung vermieden, wodurch bei einem Spritzgussverfahren eine besonders hohe Maßhaltigkeit der Mantelfläche 10 erreicht werden kann. Die Erfindung beschränkt sich dabei nicht ausschließlich auf die gezeigte Ausführungsart, sondern beinhaltet auch weitere nicht gezeigte jedoch funktional äquivalente Maßnahmen zur Vermeidung einer Materialanhäufung, beispielsweise mittels Bildung eines geschlossenen Hohlraums in der Wandung des Steuergehäuses 120 in der Nähe der Mantelfläche 10.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremskraftverstärker
- 2
- Verstärkergehäuse
- 3
- Unterdruckkammer
- 4
- Arbeitskammer
- 5
- Ventilanordnung
- 6
- Einsatzteil
- 7
- Durchbruch
- 8
- Engstelle
- 9
- erste kreiszylindrische Mantelfläche
- 10
- zweite kreiszylindrische Mantelfläche
- 11
- Rückstellfeder
- 12
- Steuergehäuse
- 13
- Absatz
- 14
- Stützrippe
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Zwischenwand
- 17
- Betätigungsglied
- 18
- Druckstange
- 19
- Luftstrom
- 20
- Luftkanal
- 21
- Bypass
- A
- Mittelachse
- B
- Betätigungsrichtung
- s
- Breite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013218642 A1 [0006]
