DE19601269A1

DE19601269A1 - Bremskraftverstärker

Info

Publication number: DE19601269A1
Application number: DE1996101269
Authority: DE
Inventors: Juergen Schonlau; Ralf Harth; Holger Von Hayn; Michael Vogt; Hilmar Mueller
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-17

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.

Ein derartiger Bremskraftverstärker bzw. des sen 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 unterlagerten 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 Bremskraftverstärkers ermöglichen. Insbesondere soll auf den Einsatz des vorhin erwähnten kostenintensiven Lagereglers sowie der erforderli chen Sensorik verzichtet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Hülse und Ventilkolben als Teile einer pneumatischen Ventilein richtung ausgebildet sind, die in der Anfangsphase der Be tätigung des Steuerventils mittels des Elektromagneten beim geschlossenen zweiten Dichtsitz ein dosiertes Einströmen der Atmosphäre in die Arbeitskammer ermöglicht. Durch diese Maß nahme wird ein gedrosseltes Einströmen der Luft in die Ar beitskammer erreicht, so daß störende Ansauggeräusche weit gehend eliminiert werden.

Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens sieht eine vor teilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Ventil kolben mindestens eine Bohrung aufweist, die einerseits mit der Atmosphäre ständig in Verbindung steht und andererseits mit der Arbeitskammer verbindbar ist und die mit einer an der Hülse ausgebildeten Steuerkante zusammenwirkt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegen standes sind in den Unteransprüchen 4 bis 7 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 die Steuergruppe des in Fig. 1 gezeigten Brems kraftverstärkers in größerem Maßstab;

Fig. 3 eine andere Ausführung der Steuergruppe des er findungsgemäßen Bremskraftverstärkers in größe rem Maßstab; und

Fig. 4 eine diagrammatische Darstellung der Funktion des Elektromagneten und des Steuerventils bei dem in Fig. 1 gezeigten Bremskraftverstärker bzw. der Abhängigkeit der vom Elektromagneten aufgebrachten Kraft F_EM von dem von der Hülse zurückgelegten Weg s_H bei einem Druckaufbau.

Das lediglich schematisch angedeutete Verstärkergehäuse 1 des in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Unter druckbremskraftverstärkers ist durch eine axial bewegliche Wand 2 in eine Arbeitskammer 3 und eine Unterdruckkammer 4 unterteilt. Die axial bewegliche Wand 2 besteht aus einem aus Blech tiefgezogenen Membranteller 8 und einer daran an liegenden flexiblen Membran 18, die nicht näher dargestellt zwischen dem äußeren Umfang des Membrantellers 8 und dem Verstärkergehäuse 1 eine Rollmembran als Abdichtung 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 z vorhanden ist.

Das im Steuergehäuse 5 geführte Verschlußteil 30 liegt unter Zwischenschaltung einer Übersetzungsscheibe 33 an der vorhin erwähnten Reaktionsscheibe 6 an und ermöglicht eine Über tragung der an der Betätigungsstange 7 eingeleiteten Ein gangskraft auf die Reaktionsscheibe 6.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten erfindungsgemäßen Brems kraftverstärker sind schließlich elektrische Schaltmittel 47, 48 vorgesehen, die insbesondere bei Bremsvorgängen wich tig sind, bei denen zusätzlich zur Fahrerbetätigung der Elektromagnet 20 angesteuert wird, um unabhängig vom Fahrer willen eine Vollbremsung herbeizuführen (sog. Bremsassistent funktion). Dabei ist von besonderer Bedeutung, daß die Schaltmittel 47, 48 bei jeder Bremsung betätigt werden. Gleichzeitig muß gewährleistet werden, daß der Elektromagnet 20 nach Beendigung des fremdkraftunterstützten Bremsvorgan ges sicher abgeschaltet wird. Die gezeigten Schaltmittel bestehen dabei aus einem vorzugsweise am Ventilkolben 9 bzw. dem Gehäuse 25 des Elektromagneten 20 befestigten, zwei Schaltstellungen aufweisenden Mikroschalter 47 sowie einem den Mikroschalter 47 durch eine translatorische Bewegung betätigenden Betätigungselement 48, das in einer im Steuer gehäuse 5 vorgesehenen Bohrung abgedichtet geführt ist und mit einem verstärkergehäusefesten Anschlag zusammenwirkt, der das Bezugszeichen 49 trägt und beispielsweise durch ei nen radialen Kragen der hinteren Verstärkergehäusehälfte ge bildet sein kann. Zwischen dem Betätigungselement 48 und dem Steuergehäuse 5 ist eine Druckfeder 50 angeordnet, so daß das dem Mikroschalter 47 abgewandte Ende des Betätigungs elements 48 unter einer Vorspannung am Anschlag 50 anliegt.

Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, weist der Ventil kolben 9 mehrere radiale Bohrungen 34 auf, die in ständiger Verbindung mit der Atmosphäre stehen und die, mit einer an der Hülse 32 ausgebildeten Steuerkante 36 zusammenwirkend, eine pneumatische Ventileinrichtung darstellen, die ein do siertes Einströmen der Atmosphäre in die Arbeitskammer 3 des Bremskraftverstärkers ermöglicht. Der vorhin erwähnte dritte Dichtsitz 24 ist dabei vorzugsweise an einem Ring 39 ausge bildet, der an einem zylindrischen Halteteil 35 befestigt ist, das gegenüber der Hülse 32 relativ axial bewegbar ist. Am Halteteil 35 stützt sich eine Druckfeder 37 ab, die das Halteteil 35 mit dem Ring 39 gegenüber der Hülse 32 vor spannt. Der Ring 39 befindet sich in einem axialen Abstand x von der Stirnfläche der Hülse 32, der größer bemessen ist als der vorhin erwähnte Abstand z sowie der Abstand y zwi schen der Steuerkante 36 und den Bohrungen 34 im Ventilkol ben 9 bzw. der Betätigungsweg der pneumatischen Ventilein richtung. Damit die gewünschte Funktion der beschriebenen pneumatischen Ventileinrichtung gewährleistet ist, ist die Federrate der zweiten Druckfeder 37 kleiner als die der im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Ventilfeder 22.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Steuergruppe ist der dritte Dichtsitz 124 unmittelbar am Ende der Hülse ausgebildet, die das Bezugszeichen 132 trägt. Der Anlagebereich des dritten Dichtsitzes 124 am Ventilkörper 110 ist dabei als eine ela stische Ringfläche 51 aus besonders weichem Gummi ausge führt, die auf die Dichtfläche 144 aufgebracht wird. Dadurch wird erreicht, daß der dritte Dichtsitz 124 in den Anlage bereich 51 hineingedrückt werden kann, ohne daß der Ventil körper 110 vom zweiten Dichtsitz 116 abgehoben wird. Die vorhin erwähnte Steuerkante 36 ist dabei vorzugsweise durch eine radial innenliegende Dichtlippe einer in der Hülse 132 radial innenliegend angeordneten Dichtmanschette 52 gebil det.

Die Funktion des im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschrie benen, fremdbetätigbaren Bremskraftverstärkers geht aus der in Fig. 4 gezeigten diagrammatischen Darstellung der Kraft- Weg-Kennlinien 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 Elektromagne ten 20 bei dessen Ansteuerung mit einem zweiten Stromwert entspricht. Der mit II gekennzeichnete Verlauf stellt schließlich das Verhalten des durch den Anker 31 des Elek tromagneten 20, die pneumatische Ventileinrichtung 34, 36, die Hülse 32, das elastische Element 37, den Ring 39 mit dem dritten Dichtsitz 24 sowie den Ventilkörper 10 mit der Ven tilfeder 22 gebildeten Verbrauchersystems dar. Der erste Abschnitt AB der Kennlinie zeigt die Wirkung der relativ schwachen Druckfeder 40 zwischen Hülse 32 und Ventilkolben 9, deren beim Bestromen des Elektromagneten 20 Kraft über wunden werden muß, bevor der dritte Dichtsitz 24 an der Dichtfläche 44 des Ventilkörpers 10 zur Anlage kommt. Der zweite Abschnitt BC zeigt einen sprunghaften Anstieg der vom Elektromagneten 20 aufzubringenden Kraft, die der Vorspann kraft des elastischen Elementes bzw. der zwischen Hülse 32 und Ring 39 wirkenden zweiten Druckfeder 37 entgegenwirkt. Im Punkt C der Kennlinie erfolgt eine Berührung zwischen dem dritten Dichtsitz 24 und der Dichtfläche 44 des Ventilkör pers 10, so daß der erste Dichtsitz 15 wirkungsmäßig über brückt wird. Der dritte Abschnitt CD zeigt einen weiteren Anstieg der vom Elektromagneten 20 aufzubringenden Kraft, die ein Zusammendrücken der zweiten Druckfeder 37 zur Folge hat, bis im Punkt D keine Relativbewegung mehr zwischen der Hülse 32 und dem dritten Dichtsitz 24 stattfindet und ein Verschieben des Ventilkörpers 10 gegen die Kraft der Ventil feder 22 beginnt. Der vierte Abschnitt DE entspricht einem Hineindrücken des dritten Dichtsitzes 24 in das Material der Dichtfläche 44 bei gleichzeitiger Vergrößerung des Spaltes zwischen dem zweiten Dichtsitz 16 und dem Ventilkörper 10, bis im Punkt E der Kennlinie der zweite Dichtsitz 16 voll geöffnet ist. Der Abschnitt CD stellt dabei einen Regelbe reich dar, in dem das Verbrauchersystem durch Änderungen der dem Elektromagneten 20 zuzuführenden Stromwerte zwischen I1 und I2 stabil einstellbar ist, d. h., in dem ein dosiertes Einströmen der Atmosphäre in die Arbeitskammer 3 durch die Öffnungen 34 und somit ein definierter Gradient des in der Arbeitskammer 3 herrschenden pneumatischen Druckes einge stellt werden 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 Bohrung
35 Halteteil
36 Steuerkante
37 Element
38 Anschlag
39 Ring
40 Feder
41 Dichtlippe
42 Vorderteil
43 Ringraum
44 Dichtfläche
45 Versteifungsscheibe
46 Spule
47 Mikroschalter
48 Betätigungselement
49 Anschlag
50 Feder
51 Anlagebereich
52 Dichtmanschette
110 Ventilkörper
124 Dichtsitz
132 Hülse

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 mittels einer mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden Hülse betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Hülse (32) und Ventilkolben (9) als Teile einer pneumatischen Ven tileinrichtung ausgebildet sind, die in der Anfangsphase der Betätigung des Steuerventils (12) mittels des Elek tromagneten (20) beim geschlossenen zweiten Dichtsitz (16) ein dosiertes Einströmen der Atmosphäre in die Ar beitskammer (3) ermöglicht.

2. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ventilkolben (9) mindestens eine Boh rung (34) aufweist, die einerseits mit der Atmosphäre ständig in Verbindung steht und andererseits mit der Ar beitskammer (3) verbindbar ist und die mit einer an der Hülse (32) ausgebildeten Steuerkante (36) zusammenwirkt.

3. Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der dritte Dichtsitz (24) gegenüber der Hülse (32) relativ verschiebbar, von der Hülse (32) mit nehmbar angeordnet ist und unter Zwischenschaltung eines elastischen Elementes (37) sich an der Hülse (32) axial abstützt.

4. Bremskraftverstärker nach Anspruch 3 dadurch gekennzeich net, daß der dritte Dichtsitz (24) an einem Ring (39) ausgebildet ist, dessen Abstand (x) von der Hülse (32) größer ist als der Abstand (y) zwischen der Steuerkante (36) und der Bohrung (34) im Ventilkolben (9).

5. Bremskraftverstärker nach Anspruch 3 dadurch gekennzeich net, daß das elastische Element (37) als eine kegelige Schraubendruckfeder ausgebildet ist.

6. Bremskraftverstärker nach Anspruch 5, wobei der Ventil körper des Steuerventils in Richtung auf die Dichtsitze zu mittels einer Ventilfeder vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Federrate der Schraubendruckfeder (37) kleiner ist als die der Ventilfeder (22).

7. Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerkante durch eine in der Hülse (132) radial innen angeordnete Dichtmanschette (52) ge bildet ist, wobei der Anlagebereich des dritten Dicht sitzes (124) am Ventilkörper (110) als eine elastische Ringfläche (51) ausgeführt ist, deren Material wesentlich weicher als das Material des Ventilkörpers (110) ist und ein Hineindrücken des dritten Dichtsitzes (124) ohne Ver schieben des Ventilkörpers (110) ermöglicht.