DE4227286A1 - Pneumatischer Bremskraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Bremskraftverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Bremskraftverstärkern dieser Gattung, die beispielsweise aus DE 39 43 002 A1 sowie aus DE 92 02 154 U1 bekannt sind, ist das erste gesteuerte Ventil üblicherweise über ein mechanisches Be­ tätigungsglied mit dem Bremspedal eines Kraftfahrzeugs verbun­ den, so daß dessen Fahrer das erste Ventil willkürlich betätigen kann. Zum Betätigen des zweiten gesteuerten Ventils ist ein Elektromagnet vorgesehen, der von einem Rechner abhängig ist, welcher Signale mindestens eines Sensors auswertet. Ein solcher Sensor kann beispielsweise die Drehverzögerung eines abgebrems­ ten Rades beobachten oder den Beladungszustand des Fahrzeugs oder, gemäß DE 40 28 290 C1, die Geschwindigkeit, mit der das Bremspedal betätigt wird. In all diesen Fällen wird angestrebt, den Bremsweg in kritischen Fahrsituationen dadurch zu verrin­ gern, daß der Bremsanlage eine ausreichend starke Betätigungs­ kraft auch dann zur Verfügung gestellt wird, wenn der Fahrer das Bremspedal zu wenig kräftig betätigt. Dem liegt die Beob­ achtung zugrunde, daß durchschnittlich geübte Fahrer in kriti­ schen Fahrsituationen dazu neigen, das Bremspedal zwar plötz­ lich, also mit großer Geschwindigkeit, dann aber nicht so kräf­ tig zu betätigen, daß eine Bremsanlage, die mit einem Anti­ blockiersystem (ABS) ausgerüstet ist, eine optimale Bremsung ausführen kann.

Um dem abzuhelfen, begnügt man sich bei Bremskraftverstärkern der genannten Gattung in kritischen Fahrsituationen nicht mit der Ansteuerung durch das erste, vom Fahrer betätigte Ventil, sondern man sorgt mit dem zweiten gesteuerten Ventil dafür, daß bei Bedarf zwischen den beiden Kammern ein Druckunterschied entsteht, der sich dem vom ersten Ventil bewirkten Druckunter­ schied überlagert. Beispielsweise wird ein Signal, das von ei­ nem am Bremspedal oder -gestänge angeordneten Sensor bei einem vom Fahrer hervorgerufenen plötzlichen Bremsbetätigung abgege­ ben wird, als Anzeichen dafür verstanden, daß eine Vollbremsung auch dann notwendig ist, wenn der Fahrer eine dafür nicht aus­ reichende Betätigungskraft zur Verfügung stellt. In solchen Fällen wird über das vom Rechner gesteuerte zweite Ventil Druckluft in den Druckraum eingeleitet, die von dort aus über das erste Rückschlagventil in die erste Kammer gelangt, so daß die bewegliche Wand verschoben wird und über ein Kraftabgabe­ glied eine Bremsbetätigungskraft abgibt, in der Regel an einen hydraulischen Hauptbremszylinder.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die in den Druckraum einströmende Druckluft bei bestimmten Betriebszu­ ständen das erste, normalerweise vom Fahrer gesteuerte Ventil aufdrücken kann mit der Folge, daß ein Teil der Druckluft aus der ersten Kammer des Bremskraftverstärkers entweicht, ohne dort die gewünschte Arbeit verrichtet zu haben. Dieses uner­ wünschte Öffnen des ersten gesteuerten Ventils läßt sich zwar verhindern, indem man eine ohnehin vorhandene, dieses Ventil normalerweise geschlossen haltende Feder entsprechend ver­ stärkt. Mit einer solchen Verstärkung ist aber eine normaler­ weise unerwünschte Veränderung des Regelverhaltens des Brems­ kraftverstärkers verbunden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Bremskraftverstär­ ker der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß vom zweiten gesteuerten Ventil in den Druckraum eingeleitete Druckluft am vorzeitigen Entweichen gehindert wird, ohne daß die Funktion des ersten gesteuerten Ventils beeinträchtigt wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker braucht das erste gesteuerte Ventil im Vergleich zum Stand der Technik nicht geändert zu werden. Es wird in Kauf genommen, daß dieses Ventil unter bestimmten Betriebsbedingungen von der in den Druckraum einströmenden Druckluft unbeabsichtigt geöffnet wird. Die dann durch das erste gesteuerte Ventil hindurchströmende Druckluft geht aber im wesentlichen nicht verloren, denn sie füllt nur einen verhältnismäßig kleinen Sicherheitsraum zwi­ schen dem ersten gesteuerten Ventil und dem erfindungsgemäßen Rückschlagventil und hält dieses um so sicherer in seiner Schließstellung, je stärker der Druck in dem Sicherheitsraum ansteigt. Das zweite Rückschlagventil kann deshalb ohne eigene Schließfeder ausgeführt sein, so daß es sich bei normaler, mechanischer Betätigung des ersten gesteuerten Ventils leicht öffnet, um Luft aus der Umgebung ohne nennenswerten Widerstand einströmen zu lassen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen pneumatischen Bremskraftverstärker samt zuge­ hörigen Ventilen in einem axialen Längsschnitt und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Der dargestellte Bremskraftverstärker ist in bezug auf eine Achse A im wesentlichen rotationssymmetrisch und hat ein Ver­ stärkergehäuse 10, in dem eine erste, hintere Kammer 12 sowie eine zweite, vordere Kammer 14 angeordnet und durch eine be­ wegliche Wand 16 voneinander getrennt sind. Durch das Verstär­ kergehäuse 10 erstrecken sich zwei achsparallele Zuganker 18, von denen nur einer dargestellt ist. Mit den beiden Zugankern 18 läßt sich der Bremskraftverstärker beispielsweise an der Spritzwand eines Kraftfahrzeugs befestigen.

Zum Bremskraftverstärker gehört ein erstes steuerbares Ventil 20, das in einem in bezug auf die Achse A im wesentlichen rota­ tionssymmetrischen Ventilgehäuse 22 angeordnet ist. Das Ventil­ gehäuse 22 ist mit der beweglichen Wand 16 zu gemeinsamer axialer Relativbewegung in bezug auf das Verstärkergehäuse 10 verbunden und weist an seiner Innenwand einen ringförmigen äußeren Ventilsitz 24 auf. Dieser Ventilsitz 24 wirkt mit einem Dichtkörper 26 zusammen, dem zusätzlich ein Ventilkörper 28 mit einem ebenfalls ringförmigen inneren Ventilsitz zugeordnet ist. Der Ventilkörper 28 ist am vorderen Ende eines stangenförmigen Betätigungsgliedes 30 befestigt, das im Einbauzustand mit dem Bremspedal eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Am Betätigungs­ glied 30 stützt sich eine Feder 32 ab, die den Dichtkörper 26 in Richtung auf den äußeren Ventilsitz 24 und den Ventilkörper 28 vorspannt. Am Ventilkörper 28 ist ein klammerartiger An­ schlagkörper 34 befestigt, der sich im wesentlichen radial, mit axialem Spiel, durch eine Öffnung des Ventilgehäuses 22 nach außen erstreckt und in der abgebildeten Ruhestellung an einer Schulter 36 des Ventilgehäuses 10 anliegt.

Dem ersten steuerbaren Ventil 20 ist im hinteren Bereich des Ventilgehäuses 22 ein Einlaß 38 für Umgebungsluft zugeordnet, der einen nicht dargestellten Filter enthalten kann. Zwischen dem radial äußeren Ventilsitz 24 und dem Ventilkörper 28 ist ein Ringraum ausgebildet, der in ständiger Verbindung mit der hinteren Kammer 12 des Bremskraftverstärkers steht. Die hintere Kammer 12 ist ferner durch ein erstes Rückschlagventil 40 mit einem zentralen Druckraum 42 derart verbunden, daß Luft aus diesem Druckraum 42 in die hintere Kammer 12 strömen kann, jedoch nicht umgekehrt. Der zentrale Druckraum 42 ist durch einen Kanal 44 ständig mit einem im Ventilgehäuse 22 radial außerhalb des äußeren Ventilsitzes 24 ausgebildeten äußeren Ringraum verbunden. Ferner ist der zentrale Druckraum 42 mit einem im Gehäuse 10 ausgebildeten Einlaß 46 zum Einleiten von Druckluft verbunden. Zu diesem Zweck ist das Ventilgehäuse 22 in einer ortsfesten vorderen Zwischenwand 47 des Verstärker­ gehäuses 10 teleskopartig verschiebbar geführt. Der vorderen Kammer 14 ist ein ebenfalls im Ventilgehäuse 10 ausgebildeter Anschluß 48 zum Absaugen von Luft zugeordnet.

An den Einlaß 46 und den Anschluß 48 ist ein zweites steuer­ bares Ventil 50 angeschlossen, das im dargestellten Beispiel unmittelbar an der Vorderseite des Verstärkergehäuses 10 an­ geordnet und ähnlich wie das erste steuerbare Ventil 20 ge­ staltet ist. Das zweite steuerbare Ventil 50 hat ein Ventil­ gehäuse 52, an dem ein ringförmiger äußerer Ventilsitz 54 aus­ gebildet ist; diesem ist ein hülsenförmiger Dichtkörper 56 zu­ geordnet, der außerdem mit einem ebenfalls hülsenförmigen Ven­ tilkörper 58 zusammenwirkt.

Das Ventil 50 ist gesteuert von einem an das Ventilgehäuse 52 angebauten Elektromagneten 60, der bei Erregung den Ventilkör­ per 58 aus seiner abgebildeten Ruhestellung gegen den Wider­ stand zweier Federn 62 nach oben verschiebt. In der Ruhestel­ lung hat der Ventilkörper 58 einen Abstand vom Dichtkörper 56, während dieser unter der Wirkung einer ihn nach unten vorspan­ nenden Feder 64 am äußeren Ventilsitz 54 anliegt. Dabei ist ein am Ventilgehäuse 52 befestigter Stutzen 66, der im Einlaß 46 des Verstärkergehäuses 10 steckt, mit einem ebenfalls am Ven­ tilgehäuse 52 befestigten Stutzen 68 verbunden, der im Anschluß 48 des Verstärkergehäuses 10 steckt.

Somit ist im abgebildeten Ruhezustand des zweiten Ventils 50 die vordere Kammer 14 mit dem zentralen Druckraum 42 verbunden. Am Ventilgehäuse 52 ist ferner ein Stutzen 70 befestigt, der an eine nicht dargestellte Druckluftquelle anschließbar ist. In der abgebildeten Ruhestellung verhindert der Dichtkörper 56, daß über das zweite Ventil 50 Druckluft in das Verstärkerge­ häuse 10 gelangt. Am Ventilgehäuse 52 ist schließlich ein Stut­ zen 72 befestigt, der in ständiger Verbindung mit dem Stutzen 68, also auch mit der vorderen Kammer 14, steht und sich an eine Vakuumquelle, beispielsweise eine Ansaugleitung eines Ver­ brennungsmotors, anschließen läßt.

Innerhalb des zentralen Druckraums 42 ist ein Kraftabgabeglied 74 angeordnet, das sich am Ventilgehäuse 22 des ersten steuer­ baren Ventils 20 abstützt. Das Ventilgehäuse 22 und somit auch die bewegliche Wand 16 ist durch eine Rückstellfeder 76 in Richtung nach hinten vorgespannt. Das Kraftabgabeglied 74 ist zur Betätigung eines Hauptbremszylinders 78 vorgesehen, der mittels der Zuganker 18 an der Vorderseite des Verstärkerge­ häuses 10 angebaut ist und in den zentralen Druckraum 42 hineinragt.

Die beiden Kammern 12 und 14 sind miteinander durch ein Sicher­ heitsventil 80 verbunden, das dem Rückschlagventil 40 diametral gegenüber in das Ventilgehäuse 22 des ersten steuerbaren Ven­ tils 20 eingebaut und vom Anschlagkörper 34 gesteuert ist. Das Sicherheitsventil 80 öffnet sich dann und nur dann, wenn die bewegliche Wand 16, und mit ihr das Ventilgehäuse 22 des ersten steuerbaren Ventils 20, sich um eine Strecke, die größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, vom Anschlagkörper 34 und somit vom Betätigungsglied 30 wegbewegt hat.

Axial hinter dem ersten steuerbaren Ventil 20 ist innerhalb des Ventilgehäuses 22 ein zweites Rückschlagventil 82 angeordnet, das einen ringförmigen Ventilsitz 84 und einen ebenfalls ring­ förmigen Dichtkörper 86 aufweist. Der Ventilsitz 84 ist am Betätigungsglied 30 ausgebildet; der Dichtkörper 86 ist durch eine elastische Manschette 88 mit einem Klemmring 90 verbunden. Der Klemmring 90 ist in bezug auf eine zur Achse A normale Mit­ telebene B symmetrisch und weist einen radial nach außen ragen­ den mittleren Steg 92 auf, der von hinten her an einem ringför­ migen Anschlag im Ventilgehäuse 22 anliegt und die Manschette 88 von einer Manschette 94 des Dichtkörpers 26 trennt. Die beiden Manschetten 88 und 94 sind durch den Klemmring 90 dicht mit der Innenwand des Ventilgehäuses 22 verbunden.

Der Klemmring 90 ist in seiner Anschlagstellung durch eine Hülse 96 festgehalten, die von hinten her in das Ventilgehäuse 22 eingeschoben ist. Zwischen der Hülse 96 und dem Betätigungs­ glied 30 ist eine Druckfeder 98 mit Vorspannung derart angeord­ net, daß sie bestrebt ist, das Betätigungsglied 30 nach hinten, und die Hülse 96 nach vorne, zu drücken. Dem Dichtkörper 86 ist - im Gegensatz zum Dichtkörper 26 - keine Ventilfeder zugeord­ net; die Manschette 88 hat jedoch eine kleine eigene Rückstell­ kraft, die im allgemeinen genügt, um den Dichtkörper 86 am Ventilsitz 84 anliegend zu halten. Somit bildet das zweite Rückschlagventil 82 in der abgebildeten Ruhestellung die hinte­ re Begrenzung eines Sicherheitsraumes 100, dessen vordere Be­ grenzung vom ersten gesteuerten Ventil 20 gebildet wird.

In dem abgebildeten Ruhezustand, bei abgeschalteter Vakuum­ quelle, herrscht in beiden Kammern 12 und 14 Atmosphärendruck. Bei eingeschalteter Vakuumquelle, also beispielsweise bei lau­ fendem Motor, mit dessen Ansaugrohr der Stutzen 72 verbunden ist, entsteht in der vorderen Kammer 14 ein Unterdruck, so daß die bewegliche Wand 16, und mit ihr das Ventilgehäuse 22, ge­ ringfügig nach vorne verschoben wird, bis der radial äußere Ventilsitz 24 sich geringfügig vom Dichtkörper 26 abhebt, wo­ durch sich ein erneutes Druckgleichgewicht zwischen den beiden Kammern 12 und 14 einstellt. Von dieser Bereitschaftsstellung aus ist eine verlustwegfreie Betätigung des Bremskraftverstär­ kers gewährleistet.

Bei einer normalen Bremsbetätigung durch den Fahrer arbeitet der Bremskraftverstärker in üblicher Weise, indem der vom Be­ tätigungsglied 30 vorwärtsgeschobene Ventilkörper 28 sich vom Dichtkörper 26 abhebt, so daß dieser sich wieder an den äußeren Ventilsitz 24 anlegt, wodurch die Verbindung zwischen den bei­ den Kammern 12 und 14 über das erste steuerbare Ventil 20 un­ terbrochen wird und Umgebungsluft durch den Einlaß 38 und das zweite Rückschlagventil 82 hindurch sowie am Ventilkörper 28 vorbei in die hintere Kammer 12 strömt. Infolgedessen steht nun eine durch den Bremskraftverstärker verstärkte Betätigungskraft am Kraftabgabeglied 74 zur Verfügung. Dies gilt auch dann, wenn der Elektromagnet 60 spannungslos und somit das zweite steuer­ bare Ventil 50 in seiner Ruhestellung geblieben ist, so daß im zentralen Druckraum 42 weiterhin - ebenso wie in der vorderen Kammer 14 - Unterdruck herrscht.

Bei einer vom Fahrer hervorgerufenen besonders raschen Vor­ wärtsbewegung des Betätigungsgliedes 30 gibt ein diesem zuge­ ordneter, nicht dargestellter Sensor ein Signal an einen Rech­ ner ab, der dafür sorgt, daß der Elektromagnet 60 erregt wird und den Ventilkörper 58 nach oben verschiebt. Dadurch legt sich der Ventilkörper 58 an den Dichtkörper 56 an und hebt diesen vom Ventilsitz 54 ab mit der Folge, daß die beiden Stutzen 66 und 68 voneinander getrennt werden und Druckluft durch die Stutzen 70 und 66 in den zentralen Druckraum 42 und weiter durch das Rückschlagventil 40 in die hintere Kammer 12 strömt.

Der in der hinteren Kammer 12 rasch ansteigende Luftdruck wirkt auch auf den Dichtkörper 26 und erzeugt an diesem eine nach hinten gerichtete resultierende Kraft. Unter bestimmten Bedin­ gungen kann es vorkommen, daß diese Kraft den Dichtkörper 26 vom Ventilkörper 28 abhebt und dadurch eine Verbindung vom Druckraum 42 über den Kanal 44 in den Sicherheitsraum 100 öff­ net. Dieser hat jedoch ein im Verhältnis zur hinteren Kammer 12 sehr geringes Volumen, so daß er nur eine geringe Menge Druck­ luft aufnehmen und somit den in der hinteren Kammer 12 gewoll­ ten Druckanstieg nicht nennenswert verzögern oder vermindern kann. Die im Sicherheitsraum 100 eingeschlossene Druckluft drückt den Dichtkörper 86 fest gegen den Ventilsitz 84 und kann somit nicht durch den Einlaß 38 nach außen entweichen. Das un­ gewollte vorübergehende Abheben des Dichtkörpers 26 vom Ventil­ körper 28 ist somit praktisch unschädlich und braucht deshalb nicht dadurch verhindert zu werden, daß die Feder 32 verstärkt wird.

Claims (5)

1. Pneumatischer Bremskraftverstärker, inbesondere für Kraft­ fahrzeuge, mit

• - einem Verstärkergehäuse (10), in dem eine erste Kammer (12) und eine zweite Kammer (14) durch eine bewegliche Wand (16) voneinander getrennt sind,
• - einem ständig mit der zweiten Kammer (14) verbundenen An­ schluß (48) für eine Unterdruckquelle,
• - einem ersten gesteuerten Ventil (20), das in einem Ruhezu­ stand die beiden Kammern (12, 14) miteinander verbindet und sie von einem Einlaß (38) für Umgebungsluft trennt, bei Betätigung hingegen die beiden Kammern (12, 14) voneinander trennt und die erste Kammer (12) mit dem Einlaß (38) für Umgebungsluft verbin­ det, und
• - einem Druckraum (42), der einen an ein zweites gesteuertes Ventil (50) anschließbaren Einlaß (46) für Druckluft aufweist und mit der ersten Kammer (12) verbunden ist, um diese mit Druckluft zu füllen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten gesteuerten Ventil (20) und dem Einlaß (38) für Umgebungsluft ein Rückschlagventil (82) angeordnet ist, das Umgebungsluft im wesentlichen unbehindert zum ersten gesteuerten Ventil (20) strömen läßt, ein Entweichen von Druckluft zur Umgebung hin jedoch verhindert.

2. Pneumatischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag­ ventil (82) und das erste gesteuerte Ventil (20) in einem gemeinsamen Ventilgehäuse (22) angeordnet sind.

3. Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag­ ventil (82) und das erste gesteuerte Ventil (20) im wesent­ lichen symmetrisch zu einer achsnormalen Mittelebene (B) ge­ staltet und angeordnet sind.

4. Bremskraftverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag­ ventil (82) einen Ventilsitz (84) aufweist, der an einem Betätigungsglied (30) zum Betätigen des ersten gesteuerten Ven­ tils (20) ausgebildet ist.

5. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag­ ventil (82) und das erste gesteuerte Ventil (20) je einen Dichtkörper (86 bzw. 26) aufweisen, der durch eine Manschette (88 bzw. 94) mit einem zwischen den beiden Dichtkörpern (86, 26) angeordneten Klemmring (90) und durch diesen mit dem Ven­ tilgehäuse (22) dicht verbunden sind.