DE19541534A1

DE19541534A1 - Bremskraftverstärker

Info

Publication number: DE19541534A1
Application number: DE1995141534
Authority: DE
Inventors: Alfred Eckert; Thomas Berthold
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 1997-05-15

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremskraftverstärker für Kraft fahrzeuge mit einem Verstärkergehäuse, dessen Innenraum durch eine bewegliche Wand in eine Unterdruckkammer und eine Arbeitskammer unterteilt ist, sowie mit einem die bewegliche Wand tragenden Steuergehäuse, in dem ein Steuerventil ange ordnet ist, das eine auf die bewegliche Wand einwirkende pneumatische Druckdifferenz steuert und sowohl durch eine Betätigungsstange mittels eines Ventilkolbens als auch un abhängig von der Betätigungsstange durch einen mit dem Ven tilkolben fest verbundenen Elektromagneten betätigbar ist und aus drei konzentrisch zueinander angeordneten Dichtsit zen sowie einem mit den Dichtsitzen zusammenwirkenden Ven tilkörper besteht, wobei der erste Dichtsitz im Steuergehäu se und der zweite Dichtsitz am Ventilkolben ausgebildet sind, während der dritte Dichtsitz an einer mit dem Elektro magneten zusammenwirkenden Hülse ausgebildet ist, und wobei zwischen dem Kolben und der Hülse eine Druckfeder angeordnet ist.

Ein derartiger Bremskraftverstärker bzw. dessen Verwendung zur Bremsdruckregelung ist aus der DE 43 24 205 A1 bekannt. Zu diesem Zweck ist eine Regelung der Position der vorhin erwähnten Hülse mittels eines Lagereglers vorgesehen, dem Signale eines Wegaufnehmers zugeführt werden und der eine starke Destabilisierung der Verbraucherkennlinie verhindert, indem er den dem Elektromagneten zugeführten elektrischen Strom so steuert, daß sich eine stabile Position der Hülse ergibt. Dem Lageregler ist dabei ein Druckregler vorgeschal tet, dessen Ausgangssignal einer Sollwertposition für den unter lagerten Lageregler entspricht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die eine Stabilisierung der Verbraucherkenn linie im Druckaufbaubereich durch konstruktive Änderungen am Steuerventil des fremdansteuerbaren Bremskraftverstär kers ermöglichen. Insbesondere soll auf den Einsatz des vor hin erwähnten kostenintensiven Lagereglers sowie der erfor derlichen Sensorik verzichtet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mit tel vorgesehen sind, die im Zeitpunkt des Öffnens des zwei ten Dichtsitzes eine Erhöhung der vom Elektromagneten auf zubringenden Kraft gewährleisten.

Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens sieht eine vor teilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Mittel durch eine Feder gebildet sind, mit der die Hülse in kraft übertragenden Eingriff bringbar ist und die am Ventilkolben im axialen Abstand von einer an der Hülse ausgebildeten Anlagefläche angeordnet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegen standes sind in den Unteransprüchen 4 bis 9 aufgeführt. Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an ei nem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Brems kraftverstärkers im Längsschnitt, teilweise weg gebrochen, in der inaktiven Bereitschaftsstel lung,

Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung der Funktion des Elektromagneten bei dem in Fig. 1 gezeigten Bremskraftverstärker bei einem Druckaufbau.

Das lediglich schematisch angedeutete Verstärkergehäuse 1 des in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Unterdruck-Bremskraftverstärkers ist durch eine axial be wegliche Wand 2 in eine Arbeitskammer 3 und eine Unter druckkammer 4 unterteilt. Die axial bewegliche Wand 2 be steht aus einem aus Blech tiefgezogenen Membranteller 8 und einer daran anliegenden flexiblen Membran 18, die nicht nä her dargestellt zwischen dem äußeren Umfang des Membrantel lers 8 und dem Verstärkergehäuse 1 eine Rollmembran als Ab dichtung bildet.

Ein durch eine Betätigungsstange 7 betätigbares Steuerventil 12 ist in einem im Verstärkergehäuse 1 abgedichtet geführ ten, die bewegliche Wand 2 tragenden Steuergehäuse 5 unter gebracht und besteht aus einem am Steuergehäuse 5 ausgebil deten ersten Dichtsitz 15, einem an einem mit der Betäti gungsstange 7 verbundenen Ventilkolben 9 ausgebildeten zwei ten Dichtsitz 16 sowie einem mit beiden Dichtsitzen 15, 16 zusammenwirkenden, in einem im Steuergehäuse 5 abgedichtet angeordneten Führungsteil 21 geführten, ringförmigen Ventilkörper 10, der mittels einer sich am Führungsteil 21 abstützenden Ventilfeder 22 gegen die Ventilsitze 15, 16 ge drückt wird. Die Arbeitskammer 3 ist mit der Unter druckkammer 4 über einen seitlich im Steuergehäuse 5 ver laufenden Kanal 28 verbindbar.

Die Bremskraft wird über eine stirnseitig am Steuergehäuse 5 anliegende gummielastische Reaktionsscheibe 6 sowie eine einen Kopfflansch 23 aufweisende Druckstange 14 auf einen Betätigungskolben eines nicht dargestellten Hauptzylinders der Bremsanlage übertragen, der an der unterdruckseitigen Verstärkergehäusehälfte angebracht ist.

Eine in der Zeichnung schematisch dargestellte Rück stellfeder 26, die sich an der unterdruckseitigen Stirnwand des Verstärkergehäuses 1 abstützt, hält die bewegliche Wand 2 in der gezeigten Ausgangsstellung. Außerdem ist eine zwei te Druckfeder bzw. Kolbenstangenrückholfeder 27 vorgesehen, die einerseits indirekt an der Betätigungsstange 7 und ande rerseits am Führungsteil 21 abgestützt ist und deren Kraft für eine Vorspannung des Ventilkolbens 9 bzw. seines Dicht sitzes 16 gegenüber dem Ventilkörper 10 sorgt.

Um die Arbeitskammer 3 bei der Betätigung des Steuerventils 12 mit der Atmosphäre verbinden zu können, ist schließlich im Steuergehäuse 5 ein annähernd radial verlaufender Kanal 29 ausgebildet. Die Rückkehrbewegung des Ventilkolbens 9 am Ende eines Bremsvorganges wird dabei durch ein Querglied 11 begrenzt, das in der in der Zeichnung gezeigten Lösestellung des Unterdruckbremskraftverstärkers an einem im Verstärker gehäuse 1 ausgebildeten Anschlag 38 anliegt.

Wie der Zeichnung weiter zu entnehmen ist, weist der Ven tilkörper 10 eine mit den beiden Dichtsitzen 15, 16 zu sammenwirkende ringförmige Dichtfläche 44 auf, die mittels einer metallischen Versteifungsscheibe 45 versteift ist und mit mehreren axialen Durchlässen 19 versehen ist. Außerdem weist der Ventilkörper 10 eine radial innen ausgebildete Dichtlippe 13 sowie eine radial außen ausgebildete zweite Dichtlippe 41 auf, die im montierten Zustand des Ventilkör pers 10 im Steuergehäuse 5 an dem vorhin erwähnten, den Ven tilkörper 10 führenden Führungsteil 21 dichtend anliegen, so daß im Steuergehäuse 5 ein pneumatischer Raum 17 begrenzt ist. Die durch die Durchlässe 19 und Öffnungen in der Dichtfläche 44 gebildeten, näher nicht bezeichneten Strö mungskanäle verbinden den pneumatischen Raum 17 mit einem durch die Dichtsitze 15, 16 begrenzten Ringraum 43, in dem der oben erwähnte pneumatische Kanal 29 mündet, so daß der auf der der Dichtfläche 44 abgewandten Seite des Ventilkör pers 10 ausgebildete Pneumatische Raum 17 ständig mit der Arbeitskammer 3 in Verbindung steht und am Ventilkörper 10 ein Druckausgleich stattfindet.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht demnach eine Ver ringerung der Differenz zwischen der Ansprechkraft des Bremskraftverstärkers und der am Ventilkolben wirkenden Rückstellkraft in dem Sinne, daß bei einer gleichbleibenden Ansprechkraft eine Erhöhung der Rückstellkraft oder bei ei ner gleichbleibenden Rückstellkraft eine Verringerung der Ansprechkraft möglich ist, wodurch eine Verbesserung der Hysterese des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers er reicht wird.

Um eine von der Betätigungsstange 7 unabhängige Fremdbe tätigung des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers ein zuleiten ist radial zwischen dem ersten (15) und dem zweiten Dichtsitz 16 ein dritter Dichtsitz 24 vorgesehen, der mit tels eines Elektromagneten 20 betätigbar ist, der vorzugs weise in einem mit dem Ventilkolben 9 fest verbundenen Ge häuse 25 angeordnet ist und demnach zusammen mit dem Ventil kolben 9 im Steuergehäuse 5 verschiebbar ist. Der Elektro magnet 20 besteht aus einer innerhalb des Gehäuses 25 an geordneten Spule 46 sowie einem axial verschiebbar angeord neten zylindrischen Anker 31, der teilweise in einem das Gehäuse 25 verschließenden Verschlußteil 30 geführt wird und an dem sich eine Hülse 32 abstützt, die den vorhin erwähnten dritten Dichtsitz 24 trägt. Zwischen dem Ventilkolben 9 und der Hülse 32 ist eine Druckfeder 40 angeordnet, die den An ker 31 in seiner Ausgangslage hält, in der der dritte Dicht sitz 24 gegenüber dem am Ventilkolben 9 ausgebildeten zwei ten Dichtsitz 16 axial versetzt angeordnet ist, so daß zwi schen dem dritten Dichtsitz 24 und der Dichtfläche 44 des Ventilkörpers 10 ein Spalt y vorhanden ist. Außerdem ist auf dem Ventilkolben 9 eine Tellerfeder 34 vorgesehen, deren Durchmesser etwa dem des zweiten Dichtsitzes 16 entspricht und die in einem Abstand x von einer an der Hülse 32 ausge bildeten Ring- bzw. Anlagefläche 35 angeordnet ist, der vor zugsweise größer bemessen ist als der vorhin erwähnte Spalt y. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Hülse 32, nachdem sie den vorhin erwähnten Weg x zurückgelegt hatte, zur Anlage an der Tellerfeder 32 kommt und ihre Kraft über winden muß, um zur Anlage an der Dichtfläche 44 des Ventil körpers 10 zu kommen. Die dafür erforderliche Erhöhung der Betätigungskraft muß von dem Elektromagneten 20 aufgebracht werden. Das im Steuergehäuse 5 geführte Verschlußteil 30 liegt unter Zwischenschaltung einer Übersetzungsscheibe 33 an der vorhin erwähnten Reaktionsscheibe 6 an und ermöglicht eine Übertragung der an der Betätigungsstange 7 eingeleite ten Eingangskraft auf die Reaktionsscheibe 6.

Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung des erfin dungsgemäßen Bremskraftverstärkers sind schließlich elek trische Schaltmittel 47, 48 vorgesehen, die insbesondere bei Bremsvorgängen wichtig sind, bei denen zusätzlich zur Fah rerbetätigung der Elektromagnet 20 angesteuert wird, um un abhängig vom Fahrerwillen eine Vollbremsung herbeizuführen (sog. Bremsassistentfunktion). Dabei ist von besonderer Be deutung, daß die Schaltmittel 47, 48 bei jeder Bremsung be tätigt werden. Gleichzeitig muß gewährleistet werden, daß der Elektromagnet 20 nach Beendigung des fremdkraftunter stützten Bremsvorganges sicher abgeschaltet wird. Die ge zeigten Schaltmittel bestehen dabei aus einem vorzugsweise am Ventilkolben 9 bzw. dem Gehäuse 25 des Elektromagneten 20 befestigten, zwei Schaltstellungen aufweisenden Mikroschal ter 47 sowie einem den Mikroschalter 47 durch eine trans latorische Bewegung betätigenden Betätigungselement 48, das in einer im Steuergehäuse 5 vorgesehenen Bohrung abgedichtet geführt ist und mit einem verstärkergehäusefesten Anschlag zusammenwirkt, der das Bezugszeichen 49 trägt und beispiels weise durch einen radialen Kragen der hinteren Verstärkerge häusehälfte gebildet sein kann. Zwischen dem Betäti gungselement 48 und dem Steuergehäuse 5 ist eine Druckfeder 50 angeordnet, so daß das dem Mikroschalter 47 abgewandte Ende des Betätigungselements 48 unter einer Vorspannung am Anschlag 50 anliegt.

Die Funktion des hier beschriebenen bzw. dargestellten, fremdbetätigbaren Bremskraftverstärkers geht aus der in Fig. 2 gezeigten diagrammatischen Darstellung der Kraft-Weg-Kenn linien hervor. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, zeigt der mit I₁ gekennzeichnete Verlauf eine Kraft-Weg-Kennlinie des Elektromagneten 20 bei dessen Ansteuerung mit einem ersten Stromwert, während der mit I₂ gekennzeichnete Verlauf einer zweiten Kraft-Weg-Kennlinie des Elektromagneten 20 bei des sen Ansteuerung mit einem zweiten Stromwert entspricht. Der mit II gekennzeichnete Verlauf stellt schließlich das Ver halten des durch den Anker 31 des Elektromagneten 20, die Hülse 32, die Tellerfeder 34 sowie den Ventilkörper 10 ge bildeten Verbrauchersystems dar. Der erste Abschnitt AB der Kennlinie II zeigt die Wirkung der relativ schwachen Druck feder 40 zwischen Hülse 32 und Ventilkolben 9, deren Kraft überwunden werden muß, bevor der dritte Dichtsitz 24 an der Dichtfläche 44 des Ventilkörpers 10 zur Anlage kommt. Der zweite Abschnitt BC zeigt einen Anstieg der vom Elektroma gneten 20 aufzubringenden Kraft, mit der der dritte Dicht sitz 24 in das Material der Dichtfläche 44 hineingedrückt wird, bis im Schnittpunkt C der Kennlinie II mit dem Verlauf I eine Berührung zwischen der Hülse 32 und der Tellerfeder 34 stattfindet und ein Verschieben des Ventilkörpers 10 ge gen die Kraft der Ventilfeder 22 beginnt. Der Abschnitt CD entspricht schließlich einem Bereich, in dem das Verbrau chersystem durch Änderungen der dem Elektromagneten 20 zu zuführenden Stromwerte zwischen I₁ und I₂ stabil einstellbar ist, d. h., in dem ein definierter Spalt zwischen dem zweiten Dichtsitz 16 und der Dichtfläche 44 des Ventilkörpers 10 und somit ein definierter Gradient des in der Arbeitskammer 3 herrschenden pneumatischen Druckes eingestellt werden kann. Der Berührungspunkt D der Kraft-Weg-Kennlinie I₂ mit der durch die Wirkung der Tellerfeder 34 vorgegebenen degressi ven Verbraucherkennlinie II_d stellt gleichzeitig den Übergang zwischen dem stabilen Bereich und einem instabilen Bereich dar, in dem die Kraft-Weg-Kennlinie I₁ des Elektromagneten 20 eine wesentlich größere Steigung als die Verbraucherkenn linie aufweist und in dem die Unterstützung des Fahrers bei Panikbremsungen (sog. Bremsassistentfunktion) stattfindet. Die mit II_p und II_l gekennzeichneten Kurvenabschnitte ent sprechen dem Verhalten einer anstelle der Tellerfeder 34 zwischen Hülse 32 und Ventilkolben 9 wirkenden Feder mit progressiver bzw. linearer Kennlinie, die beispielsweise als eine geeignet ausgelegte Schraubenfeder ausgebildet sein kann.

Bezugszeichenliste

1 Verstärkergehäuse
2 bewegliche Wand
3 Arbeitskammer
4 Unterdruckkammer
5 Steuergehäuse
6 Reaktionsscheibe
7 Betätigungsstange
8 Membranteller
9 Ventilkolben
10 Ventilkörper
11 Querglied
12 Steuerventil
13 Dichtlippe
14 Druckstange
15 Dichtsitz
16 Dichtsitz
17 Raum
18 Rollmembran
19 Durchlaß
20 Elektromagnet
21 Führungsteil
22 Ventilfeder
23 Kopfflansch
24 Dichtsitz
25 Gehäuse
26 Rückstellfeder
27 Kolbenstangenrückholfeder
28 Kanal
29 Kanal
30 Verschlußteil
31 Anker
32 Hülse
33 Übersetzungsscheibe
34 Tellerfeder
35 Anlagefläche
36
37
38 Anschlag
39
40 Feder
41 Dichtlippe
42 Vorderteil
43 Ringraum
44 Dichtfläche
45 Versteifungsscheibe
46 Spule
47 Mikroschalter
48 Betätigungselement
49 Anschlag
50 Feder

Claims

1. Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge mit einem Ver stärkergehäuse, dessen Innenraum durch eine bewegliche Wand in eine Unterdruckkammer und eine Arbeitskammer un terteilt ist, sowie mit einem die bewegliche Wand tragen den Steuergehäuse, in dem ein Steuerventil angeordnet ist, das eine auf die bewegliche Wand einwirkende pneuma tische Druckdifferenz steuert und sowohl durch eine Be tätigungsstange mittels eines Ventilkolbens als auch un abhängig von der Betätigungsstange durch einen mit dem Ventilkolben fest verbundenen Elektromagneten betätigbar ist und aus drei konzentrisch zueinander angeordneten Dichtsitzen sowie einem mit den Dichtsitzen zusammenwir kenden Ventilkörper besteht, wobei der erste Dichtsitz im Steuergehäuse und der zweite Dichtsitz am Ventilkolben ausgebildet sind, während der dritte Dichtsitz an einer mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden Hülse ausge bildet ist, und wobei zwischen dem Ventilkolben und der Hülse eine Druckfeder angeordnet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß Mittel (9, 34, 35) vorgesehen sind, die im Zeitpunkt des Öffnens des zweiten Dichtsitzes (16) eine Erhöhung der vom Elektromagneten (20) aufzubringenden Kraft ge währleisten.

2. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel durch eine am Ventilkolben (9) angeordnete Feder (34) gebildet sind, mit der die Hülse (32) in kraftübertragenden Eingriff bringbar ist.

3. Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Feder (34) im axialen Abstand (x) von einer an der Hülse (32) ausgebildeten Anlagefläche (35) angeordnet ist.

4. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (34) als eine Druckfeder ausgebildet ist.

5. Bremskraftverstärker nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (x) größer ist als der Abstand (y) zwischen dem dritten Dichtsitz (24) und der Dichtfläche (44) des Ventilkörpers (10).

6. Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (34) eine degressive Kraft-Weg-Kennlinie aufweist.

7. Bremskraftverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Feder (34) als eine Tellerfeder ausge bildet ist.

8. Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine lineare Kraft-Weg-Kennlinie aufweist.

9. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie aufweist.