DE69306812T2

DE69306812T2 - Unterdruckbremskraftverstärker

Info

Publication number: DE69306812T2
Application number: DE69306812T
Authority: DE
Inventors: Philippe Castel; Guy Meynier
Original assignee: AlliedSignal Europe Services Techniques
Current assignee: AlliedSignal Europe Services Techniques
Priority date: 1992-11-26
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH08503435A; FR2698333B1; DE69306812D1; WO1994012378A1; EP0669882A1; EP0669882B1; BR9307355A; US5437217A; FR2698333A1; ES2095680T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft pneumatische Servomotoren und insbesondere Servomotoren des Typs, die zum Bereitstellen einer Unterstützung beim Bremsen von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Servomotoren dieses Typs enthalten üblicherweise ein Gehäuse, in dessen Innerem ein Kolben, der durch einen eine Schürze tragenden rohrförmigen hinteren Abschnitt gebildet ist, mittels einer Abrollmembran eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene vordere Kammer und eine hintere Kammer abgrenzt, die selektiv mit der vorderen Kammer oder der Atmosphäre über ein Ventilmittel verbunden ist, das von einer Steuerstange betätigt wird, die sich über einen Tauchkolben an einer der Seiten einer Reaktionsscheibe abstützen kann, die fest mit einer Schubstange verbunden ist, wobei das Ventilmittel ein Ventilelement aufweist, das über einen aktiven Abschnitt mit einem an dem Tauchkolben gebildeten ersten Ventilsitz und einem an dem Kolben gebildeten zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, wobei das Ventilelement normalerweise von einem elastischen Mittel nach vorne beaufschlagt ist.
Solche Servomotoren sind üblicherweise im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet, wo sich der verfügbare Raum immer mehr vermindert, da die Konstrukteure immer mehr Zubehör, beispielsweise Rad-Antiblockiersysteme, Beschleunigungs-Antischlupfsysteme, Antidiebstahlsysteme, etc. anordnen wollen, während gleichzeitig die Aerodynamik der Motorhaube berücksichtigt wird.
Die Konstrukteure suchen daher, unterschiedliche Systeme in ein einziges zu integrieren, während selbstverständlich gleichzeitig die Sicherheitsnormen eingehalten werden.
Andererseits gibt es verschiedenen Situationen, in denen es wünschenswert ist, einen Druckanstieg in dem Bremskreis unabhängig vom Willen des Fahrers des Fahrzeugs zu erzeugen, um beispielsweise ein Durchdrehen der Räder beim Beschleunigen zu verhindern, um eine Antidiebstahlfunktion zu erhalten, beim Anfahren an Steigungen, etc. ....
Die bekannten Antidiebstahlsysteme wirken auf verschiedene Steuer- und Betätigungsorgane des Fahrzeugs ein und sind in jedem Fall zusätzliche Elemente im Motorraum. Einige betätigen die Bremsen, wenn das Fahrzeug mit einem nicht autorisierten Fahrer besetzt ist, und sind komplexe, raumaufwendige und teure Systeme.
Um eine Hilfe beim Fahren zu bieten, entwickeln die Konstrukteure auch Systeme zur Unterstützung des Anfahrens an Steigungen. Diese Systeme halten eine Betätigung der Bremsen, solange das Gaspedal nicht betätigt ist. Diese Systeme werden zu den vorhergehenden zusätzlich hinzugefügt und weisen die gleichen Nachteile auf.
Aus dem Dokument US-A-5 096 267 ist ein Servomotor des obengenannten Typs bekannt, bei dem der Tauchkolben aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen gebildet ist, wobei der erste Ventilsitz an einem dieser Teile des Tauchkolbens gebildet ist. Das andere Teil nimmt die Steuerstange auf und kann an der Reaktionsscheibe anliegen. Ein oder zwei Elektromagnete können gesteuert werden, um den den ersten Ventilsitz tragenden Teil bezüglich des anderen Teils, an dem die Steuerstange anliegt, zu verstellen, damit die Rad-Antiblockierfunktion oder die Beschleunigungs-Antischlupffunktion zu gewährleistet wird. Zwischen diesen beiden Teilen ist eine Druckfeder oder sind zwei Druckfedern angeordnet.
Eine solche Anordnung mit einem schwimmenden Ventilsitz weist zahlreiche Nachteile auf. Tatsächlich muß die Länge des Tauchkolbens, also der axiale Abstand zwischen der für ein Zusammenwirken mit der Reaktionsscheibe vorgesehenen vorderen Seite des Tauchkolbens und dem an dem Tauchkolben gebildeten Ventilsitz, mit sehr geringen Toleranzen bestimmt sein, wenn gewünscht wird, den Leerweg und die Ansprechzeit des Servomotors sowie den Sprung des Servomotors beim Betrieb genau zu beherrschen.
Aus dem Dokument US-A-4 893 691 ist auch ein Servomotor bekannt, bei dem die Steuerstange entweder durch das Bremspedal oder automatisch durch eine pneumatische Betätigungsvorrichtung betätigt werden kann, die am Ende des rohrförmigen hinteren Abschnittes des Kolbens angeordnet ist und in Abhängigkeit von Signalen gesteuert wird, die von verschiedenen Sensoren geliefert werden, um eine Hilfe beim Anfahren an Steigungen oder zum Bremsen des Fahrzeugs zu gewährleisten, wenn dieses rückwärts fährt und ein Hindernis auftaucht.
Die vorliegende Erfindung hat somit einen pneumatischen Servomotor zur Bremsunterstützung zur Aufgabe, bei dem der Leerweg, die Ansprechzeit und der Sprung perfekt bestimmt sind, der zusätzliche Funktionen integriert, beispielsweise eine Hilfe beim Anfahren an Steigungen und/oder eine Antidiebstahlvorrichtung des Fahrzeugs, wobei dies in einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger Weise und in Übereinstimmung mit den Sicherheitsnormen vorgesehen ist.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel erreicht durch Betätigungsmittel, um den aktiven Abschnitt des Ventilelementes in gleichzeitigen Kontakt mit dem ersten Ventilsitz und dem zweiten Ventilsitz nach vorne zu beaufschlagen.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaft und nicht einschränkend und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gegebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser zeigen:
- Fig. 1 eine längsgeschnittene Seitenansicht, in der der Mittelabschnitt eines pneumatischen Servomotors zur Bremsunterstützung bekannten Typs dargestellt ist;
- Fig. 2 eine Längsschnitt-Halbansicht einer ersten Ausführungsform der Betätigungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 3 eine Ansicht entsprechend derjenigen von Fig. 2, in der eine Variante der Ausführungsform von Fig. 2 dargestellt ist;
- Fig. 4 eine Längsschnitt-Halbansicht einer zweiten Ausführungsform der Betätigungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- Fig. 5 eine Längsschnitt-Halbansichteiner dritten Ausführungsform der Betätigungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Elemente.
In Fig. 1 ist ein Teil eines Servomotors zur Bremsunterstützung dargestellt, der dafür vorgesehen ist, in herkömmlicher Weise zwischen dem Bremspedal eines Fahrzeugs und dem Hauptzylinder angeordnet zu werden, der den hydraulischen Bremskreis des Fahrzeugs steuert. Es ist Konvention, mit vorne den Teil des Servomotors zu bezeichnen, der zum Hauptzylinder gerichtet ist, und mit hinten den Teil des Servomotors, der zum Bremspedal gerichtet ist.
Der Servomotor von Fig. 1 weist ein schalenförmiges äußeres Gehäuse 10 auf, das um eine Achse X-X' rotationssymmetrisch ist. Von diesem Gehäuse 10 ist in Fig. 1 nur der hintere mittlere Abschnitt dargestellt.
Eine nachgiebige Abrollmembran 12 aus einem Elastomer, die in ihrem mittleren Abschnitt durch eine metallische Trägerscheibe 14, die auch Schürze genannt wird, verstärkt ist, bestimmt im Inneren des von dem Gehäuse 10 abgegrenzten Raumes eine vordere Kammer 16 und eine hintere Kammer 18. Der (nicht dargestellte) Außenumfangsrand der Membran 12 ist in dichter Weise am Außengehäuse 10 befestigt. Der Innenumfangsrand dieser Membran endet in einem Wulst, der in dichter Weise in einer ringförmigen Nut aufgenommen ist, die auf der Außenumfangsfläche eines hohlen Unterstützungskolbens 20 gebildet ist, der entlang der Achse X-X' des Servomotors angeordnet ist. Dieser hohle Kolben 20 ist nach hinten in der Form eines rohrförmigen Abschnitts 22 verlängert, der die hintere Wand 10 mittels einer verstärkten ringförmigen Dichtung 24 in dichter Weise durchquert.
Eine zwischen dem Kolben 20 und der (nicht dargestellten) vorderen Wand des äußeren Gehäuses bangeordnete Druckfeder 28 hält den Kolben 20 und die Schürze 14 normalerweise in einer in Fig. 1 dargestellten hinteren Ruhestellung, in der die hintere Kammer 18 ihr minimales Volumen und die vordere Kammer 16 ihr maximales Volumen hat.
In seinem zwischen dem rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 und dem vorderen Abschnitt, in dem die Membran 12 und die Schürze 14 befestigt sind, gelegenen mittleren Abschnitt weist der Kolben 20 eine Bohrung 30 auf, in der verschiebbar ein Tauchkolben 32 aufgenommen ist, der ebenfalls zur Achse X-X' rotationssymmetrisch ist. Das vordere Ende einer Steuerstange 34 des Servomotors, die ebenfalls entlang der Achse X-X' angeordnet ist, ist nach Art eines Kugelgelenks in dem Tauchkolben 32 angebracht. Das hintere Ende dieser Stange 34, das aus dem rohrförmigen Abschnitt 22 des Kolbens 20 nach außen austritt, wird direkt von dem (nicht dargestellten) Bremspedal des Fahrzeugs gesteuert.
Der zwischen der Steuerstange 34 und dem rohrförmigen Abschnitt des Kolbens 20 abgegrenzte ringförmige Raum 36 mündet zur Außenatmosphäre am hinteren Abschnitt des Servomotors, beispielsweise über einen Luftfilter. Nach vorne kann dieser ringförmige Raum mit der hinteren Kammer 18 über einen radialen Durchgang 38 in Verbindung stehen, der in dem Mittelabschnitt des Kolbens gebildet ist, wenn von dem Tauchkolben 32 gesteuerte Unterstützungsmittel betätigt sind.
Diese Unterstützungsmittel weisen in herkömmlicher Weise ein Dreiwegeventil mit einem ringförmigen Ventilelement auf, das in dem rohrförmigen Abschnitt des Kolbens angebracht ist und einen aktiven Abschnitt 40 aufweist, der mit zwei ringförmigen Ventilsitzen 20a und 32a zusammenwirkt, die auf dem mittleren Abschnitt des Kolbens 20 bzw. auf dem Tauchkolben 32 gebildet sind. Auf der hinteren Seite des aktiven Abschnittes 40 ist ein Einsatz 26 angeordnet, um den aktiven Abschnitt zu verstärken und die Ebenheit in einer zur Achse X-X' senkrechten Ebene zu gewährleisten.
Der aktive Abschnitt 40 des Ventilelements bildet das vordere Ende mit kleinstem Durchmesser einer nachgiebigen Muffe aus einem Elastomer, deren hinteres Ende in einem Wulst endet, der in dichter Weise im Inneren des rohrförmigen Abschnitts 22 des Kolbens 20 angebracht ist. Dieser Wulst wird an seinem Ort durch eine metallische Kapsel 42 gehalten, an der sich eine Druckfeder 44 abstützt, die den aktiven Abschnitt 40 des Ventilelements nach vorne zu verstellen sucht.
Der ringförmige Ventilsitz 32a ist an der hinteren Stimseite des Tauchkolbens 32 gebildet. In vergleichbarer Weise ist der ringförmige Ventilsitz 20a an der hinteren Stimseite des aktiven Abschnitts des Kolbens 20 um den Sitz 32a herum gebildet. Diese Anordnung ermöglicht dem Ventilelement 40 in Abhängigkeit von der Position des Tauchkolbens 32 im Inneren des Kolbens 20, in dichter Weise unter der Wirkung der Ventilfeder 44 konstant an wenigstens einem der Ventilsitze 32a und 20a anzulegen.
In dem mittleren Abschnitt des Kolbens 20 annähernd parallel zu dessen Achse X-X' ist ein zweiter Durchgang 46 gebildet, um die vordere Kammer 16 des Servomotors mit einer ringförgen Kammer 48 zu verbinden, die um das Ventilelement 40 herum im Inneren des rohrförmigen Abschnitts 22 des Kolbens 20 gebildet ist. Wenn der Tauchkolben 32 seine in Fig. 1 dargestellte hintere Ruhestellung einnimmt, in der das Ventilelement 40 sich in dichter Anlage an dem Sitz 32a des Tauchkolbens 32 und beabstandet von dem Sitz 20a des Kolbens 20 befindet, stehen somit die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 des Servomotors miteinander über den Durchgang 46, die ringförmige Kammer 48 und den Durchgang 38 in Verbindung.
In einer ebenfalls üblichen Weise begrenzt wenigstens ein in dem mittleren Abschnitt des Kolbens 20 angebrachtes Anschlagorgan 50 den axialen Weg des Tauchkolbens 32 im Inneren des Kolbens 20 nach hinten. Der Tauchkolben 32 ist normalerweise in der durch das Organ 50 bestimmten hinteren Ruhestellung durch eine Druckfeder 52 gehalten, die zwischen der Kapsel 42 und einer Scheibe 54 angeordnet ist, die sich ihrerseits an einem Absatz abstützt, der an der Steuerstange 34 gebildet ist.
In seinem mittleren Abschnitt weist der Kolben 20 eine ringförmige vordere Seite 20b auf, in deren Mitte die Bohrung 30 mündet. Diese ringförmige vordere Seite 20b des Kolbens 20 wirkt auf die hintere Seite einer Schubstange 56 über eine Reaktionsscheibe 58 aus einem verformbaren Material ein, beispielsweise Elastomer. Genauer gesagt sind die Schubstange 56 und die Reaktionsscheibe 58 entlang der Achse X-X' des Servomotors in der Verlängerung der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens 32 angeordnet.
Die Arbeitsweise dieses bekannten Servomotors ist eine herkömmliche und kann zusammengefaßt in der folgenden Weise beschrieben werden.
Wenn der Servomotor in einem Fahrzeug angebracht ist, steht die vordere Kammer 16 permanent mit einer Unterdruckquelle in Verbindung.
In einem ersten Zeitabschnitt bewirkt das Drücken des Bremspedals durch den Fahrer, daß die Vorspannkraft der Feder 52, vermindert um die Vorspannkraft der Feder 44, ausgeglichen wird. Im Verlauf dieser geringfügigen Verstellung der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens 32 folgt das Ventilelement 40 unter der Wirkung der Feder 44 dem Sitz 20a des Kolbens; die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 des Servomotors sind nun voneinander isoliert.
In einer zweiten Phase der Betätigung der Bremse ist der Tauchkolben 32 ausreichend weit nach vorne verstellt, damit das Ventilelement 40 den Sitz 20a des Kolbens in dichter Weise berührt und beginnt, sich vom Sitz 32a des Tauchkolbens zu entfernen. In diesem Zustand tritt die von der vorderen Kammer 16 isolierte hintere Kammer 18 des Servomotors mit der Atmosphäre in Verbindung. Da die vordere Kammer 16 weiterhin mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, bildet sich somit zwischen den beiden Seiten der Gruppe Schürze 14 - Membran 12 eine Druckdifferenz aus, welche die gewünschte Unterstützungskraft an der Schubstange 56 erzeugt.
Wenn der Fahrer des Fahrzeugs wünscht, die Bremswirkung zu ändern oder zu beenden, vermindert er seine Wirkung auf das Bremspedal, und die Feder 52 stellt die Steuerstange 34 nach hinten zurück. Die Stange 34 stellt ihrerseits den Tauchkolben 32 nach hinten zurück, und der Ventilsitz 32a gelangt in Berührung mit dem Ventilelement 40, wodurch die Verbindung zwischen der hinteren Kammer 18 und der Atmosphäre unterbrochen wird, und stellt das Ventilelement 40 nach hinten zurück. Das Ventilelement 40 verliert somit den Kontakt mit dem Ventilsitz 20a und öffnet die Verbindung zwischen den beiden Kammern 16 und 18. Die Drücke in der vorderen und der hinteren Kammer gleichen sich somit aus, und die Feder 28 stellt den Kolben 20 und die Schürze 14 in ihre Ruhestellung zurück.
Gemäß der Erfindung sind, wenn gewünscht wird, in einen solchen beschriebenen Servomotor zusätzliche Funktionen zu integrieren, beispielsweise eine Hilfe beim Anfahren an Steigungen oder eine Fahrzeug-Antidiebstahlvorrichtung, Betätigungsmittel vorgesehen, um den vorderen Abschnitt 40 des Ventilelements nach vorne zu beaufschlagen, damit dieser gleichzeitig mit dem ersten und dem zweiten Ventilsitz zusammenwirkt. Eine erste Ausführungsform dieser Betätigungsmittel ist in Fig. 2 dargestellt.
In Fig. 2 ist zu sehen, daß der rohrförmige hintere Abschnitt 22 des Kolbens 20 mit einer Elektromagnet-Spule 60 mit der Achse X-X' versehen ist, die im Inneren eines Gehäuseteils 62 aus ferromagnetischem Material angeordnet ist, das die Zirkulation des magnetischen Flusses gewährleistet. Als Variante kann selbstverständlich vorgesehen sein, den rohrförmigen Abschnitt 22 aus ferromagnetischem Material zu bilden, so daß die Verwendung eines speziellen Gehäuseteils vermieden wird. Im Inneren der Spule 60 ist ein beweglicher Anker 64 aus ebenfalls ferromagnetischem Material angeordnet. Der Anker 64 ist rohrförmig und nach vorne durch einen rohrförmigen Abschnitt 66 verlängert, dessen Durchmesser kleiner als derjenige des Durchmessers des Ankers 64 ist, so daß zwischen diesen beiden Teilen ein radialer Absatz 68 gebildet ist.
Die Feder 44 des Ventilelements ist somit zwischen dem Einsatz 26 und dem radialen Absatz 68 des Ankers 64 angeordnet, dessen Bewegung nach hinten begrenzt ist, beispielsweise durch einen Flansch 70, der im Inneren des rohrförmigen hinteren Abschnitts 22 des Kolbens befestigt ist und/oder an dem Gehäuseteil 62, wenn ein solches vorgesehen ist. Der Flansch 70 weist einen scheibenförmigen Abschnitt 72 auf, der sich radial zur Achse X-X' erstreckt, die hintere Stellung des Ankers 64 bestimmt und vorteilhafterweise eine Abstützung für die Feder 52 zum Zurückstellen der Steuerstange 34 bietet. Dieser Flansch 70 ist eindeutig aus nichtmagnetischem Material.
Die Funktionsweise des gemäß der Erfindung gebildeten Servomotors ergibt sich einfach aus den vorhergehenden Erläuterungen
Wenn sich der Servomotor in der Ruhestellung befindet und die Spule 60 nicht von einem Strom durchflossen wird, ist der Anker 64 von der an der Scheibe 72 anliegenden Feder 44 nach hinten beaufschlagt, wobei die Feder 44 den aktiven Abschnitt 40 des Ventilelements nach vorne beaufschlagt. Das Drücken des Bremspedals bewirkt somit die weiter oben beschriebenen Betriebsphasen, und das Bremsgefühl für den Fahrer des Fahrzeugs ist identisch mit demjenigen, das von einem herkömmlichen Servomotor geliefert wird.
Der gemäß der Erfindung gebildete Servomotor kann dagegen sehr leicht weitere Funktionen ausführen. Dies ist der Fall, wenn das Fahrzeug mit Sensoren versehen ist, um eine Situation zu erfassen, bei der das Fahrzeug an einer Steigung steht: der Geschwindigkeitsaufnehmer ist bereits in allen Fahrzeugen vorgesehen, und der Neigungsaufnehmer kann sehr einfach in der Form eines Kugel-Neigungsmessers oder eines Quecksilbertropfen-Neigungsmessers gebildet sein. Die Arbeitsweise ist dann die folgende: wenn eine Situation des Anhaltens an einer Steigung erfaßt wird, wird der Elektromagnet 60 erregt, was bewirkt, daß der Anker 64 nach vorne bewegt wird, so daß er an dem Gehäuseteil 62 in Anlage gelangt. Bei dieser Bewegung gelangt der rohrförmige vordere Abschnitt 66 des Ankers 64 in Berührung mit dem Einsatz 26, und er verstellt den aktiven Abschnitt des Ventilelements 40 nach vorne. Dieser, der bereits den Ventilsitz 32a des Tauchkolbens berührt, verstellt seinerseits den Tauchkolben 32 nach vorne, bis er seinerseits den an dem Kolben gebildeten Ventilsitz 20a berührt.
Dies ist der Fall in Fig. 2, wo sich der Servomotor in der Stellung am Ende der oben beschriebenen ersten Betätigungsphase befindet: die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 sind voneinander isoliert, wobei die hintere Kammer außerdem von der Atmosphäre isoliert ist.
Der Servomotor befindet sich also festgehalten in der Stellung von Drücken, die er kurz vor der Erregung des Elektromagneten 60 eingenommen hat: wenn sich der Servomotor in der Ruhestellung befunden hat, war die hintere Kammer dem gleichen Druck wie die vordere Kammer ausgesetzt, und der Kolben 20 und die Schürze 14 befanden sich in ihrer hinteren Ruhestellung. Wenn der Fahrer vorher auf das Bremspedal gedrückt hat, wurde der Servomotor in die zweite Betätigungsphase überführt, und der Druck in der hinteren Kammer war größer als der Druck in der vorderen Kammer, und der Kolben 20 und die Schürze 14 wurden nach vorne verstellt, um die Schubstange 56 und den dem Servomotor zugeordneten Hauptzylinder zu betätigen.
In diesen beiden Situationen (gleiche Drücke oder unterschiedliche Drücke in der vorderen und der hinteren Kammer) bewirkt die Erregung des Elektromagneten 60, daß unabhängig vom Willen des Fahrers die vordere Kammer und die hintere Kammer voneinander isoliert werden, um den Servomotor in der Ruhestellung oder der Stellung des Bremsens zu halten. In jeder dieser Situationen bewirkt, wenn der Fahrer das Bremspedal drückt, diese Betätigung, daß der Ventilsitz 32a vom Ventilelement 40 entfernt wird, um die Druckdifferenz zwischen der vorderen und der hinteren Kammer zu erzeugen oder zu erhöhen, wie dies in gleicher Weise in der zweiten Betätigungsphase eines herkämmlichen Servomotors geschieht.
Nach dem Erfassen der Situation des Anhaltens an einer Steigung und Betätigung des Elektromagneten 60 stellt dagegen, wenn der Fahrer des Fahrzeugs seine Einwirkung auf das Bremspedal vermindert, die Steuerstange 34 den Tauchkolben 32 unter der Wirkung der Feder 52 nach hinten zurück. Der Ventilsitz 32a gelangt in Berührung mit dem Ventilelement 40, welches zu diesem Zeitpunkt von dem rohrförmigen Abschnitt 66 des Ankers 64 nach vorne beaufschlagt ist und somit den Ventilsitz 20a nicht verlassen kann. Daraus ergibt sich, daß sich die Drücke in der vorderen und der hinteren Kammer nicht ausgleichen können und daß weiterhin eine Unterstützungskraft vorliegt, obwohl auf die Steuerstange 34 keine Eingangskraft mehr aufgebracht wird. Diese Unterstützungskraft wird von der Schubstange 56 auf den Hauptzylinder übertragen, der weiterhin einen zu den Betätigungsvorrichtungen der Bremsen des Fahrzeugs übertragenen Hydraulikdruck erzeugt
Das Fahrzeug wird somit ohne Einwirken des Fahrers auf die Betriebsbremse oder die Sicherheitsbremse zurückgehalten. Der Fahrer ist somit nicht mit dem Zurückhalten seines Fahrzeugs auf einer Steigung beschäftigt und kann seine gesamte Aufmerksamkeit für andere Dinge verwenden, hauptsächlich auf das erneute Anfahren seines Fahrzeugs. Selbstverständlich sind zweite Sensoren an dem Fahrzeug angeordnet, um eine solche Intention des Fahrers zu erfassen, damit der Elektromagnet 60 entregt wird und der Druck in den Bremsbetätigungsvorrichtungen abfallen kann. Solche Sensoren können einfach ausgebildet sein, um die Bewegung des Gaspedals und/oder des Kupplungspedals und/oder des Schalthebels zu erfassen.
Somit wurde gemäß der Erfindung ein pneumatischer Servomotor zu Bremsunterstützung geschaffen, in dem die zusätzliche Funktion des automatischen Haltens an einer Steigung integriert ist, um eine Hilfe beim Anfahren in dieser Situation zu liefern. Es ist zu sehen, daß in den erfindungsgemäßen Servomotor auch die Antidiebstahlfunktion des Fahrzeugs integriert sein kann.
Wenn nämlich die Sensoren erfassen, daß das Fahrzeug mit einem nichtautorisierten Fahrer besetzt ist, wird nämlich der Elektromagnet 60 erregt, während die zweiten Sensoren gehemmt sind. Auf diese Weise wird, wie dies oben erläutert wurde, das Fahrzeug festgesetzt, sobald der nichtautorisierte Fahrer eine Bremsung durchgeführt hat, wobei der Hydraulikdruck in den Bremsbetätigungsvorrichtungen nur anwachsen kann, da der Pneumatikdruck in der hinteren Kammer des Servomotors seinerseits nur anwachsen kann, da jede Verbindung mit der vorderen Kammer unmöglich ist.
Selbstverständlich kann die Betriebsweise des Elektromagneten 60 umgekehrt sein, so daß seine Ruhestellung diejenige ist, die in Fig. 2 dargestellt ist, wobei eine Druckfeder beispielsweise zwischen der vorderen Seite der Scheibe 72 und der hinteren Seite des Ankers 64 angeordnet ist, um den aktiven Abschnitt 40 des Ventilelements in der Ruhestellung nach vorne zu beaufschlagen, während die Erregung des Elektromagneten 60 die Bewegung des beweglichen Ankers 64 nach hinten hervorruft, so daß der Servomotor eine herkömmliche Funktionsweise hat. Eine solche Betriebsweise des Elektromagneten 60 ermöglicht dem Servomotor, seine Antidiebstahlfunktion des Fahrzeugs selbst dann zu gewährleisten, wenn die Versorgung des Elektromagneten 60 unterbrochen ist.
Somit wurde gemäß der Erfindung ein pneumatischer Servomotor zur Bremsunterstützung geschaffen, der auch ein automatisches Halten an einer Steigung für eine Unterstützung beim Anfahren sowie eine Antidiebstahlfunktion des Fahrzeugs liefern kann. Eine solche Ausgestaltung ist besonders einfach und kostengünstig, da nur der hintere Teil des rohrförmigen Abschnitts 22 des Kolbens 20 geringfügig gegenüber einem herkömmlichen Servomotor geändert wurde, wobei alle weiteren Teile unverändert sind. Daraus ergibt sich, daß alle Funktionseigenschaften des Servomotors, beispielsweise der Leerweg, die Ansprechzeit und der Sprung, in gleicher Weise wie diejenigen eines herkömmlichen Servomotors bestimmt sind und eingestellt werden.
Es wurde gesehen, daß die Erregung des Elektromagneten 60 bewirkt, daß der aktive Abschnitt des Ventilelements 40 nach vorne in ein gleichzeitiges Zusammenwirken mit den an dem Tauchkolben und an dem Kolben gebildeten Ventilsitzen beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck verstellt der Anker 64 das Ventilelement und den Tauchkolben nach vorne, bis das Ventilelement mit dem an dem Kolben gebildeten Ventilsitz in Berührung gelangt. Die Verstellung des Tauchkolbens bewirkt die Verstellung der Steuerstange 34 und des dieser zugeordneten Bremspedals entgegen der Wirkung der Feder 52. Daraus ergibt sich, daß der Elektromagnet die Trägheit der Gruppe aus Tauchkolben, Steuerstange und Bremspedal sowie die Vorspannung der Feder 52 überwinden muß und daß die Arbeitsweise der Baugruppe als zu langsam für einige Fahrzeuge des oberen Bereichs eingeschätzt wird oder daß der Verbrauch des Elektromagneten 60 als zu groß für andere Fahrzeuge des unteren Bereichs eingeschätzt wird.
In Fig. 3 ist eine Variante der Ausführungsform von Fig. 2 dargestellt, die eine Lösung für diese beiden Fälle bietet. Gegenüber dem Servomotor von Fig. 2 sind nur der Tauchkolben 32 und die Steuerstange 34 geringfügig modifiziert.
Der hintere Abschnitt des Tauchkolbens 32 ist mit einer Stufenbohrung 33 gebildet, in der ein rohrförmiges Teil 37 mittels einer Dichtung 35 in dichter Weise gleitet. Das hintere Ende des Teils 37 bildet den Ventilsitz 32a des Tauchkolbens, und eine Druckfeder 39 ist zwischen zwei radialen Absätzen angeordnet, von denen einer in der Stufenbohrung des Tauchkolbens 32 und der andere vor einem hervorstehenden Abschnitt 41 gebildet ist, das sich radial zur Achse X-X' des Teils 37 erstreckt.
Die Steuerstange 34 ist mit einem hervorstehenden Abschnitt 43 gebildet, das sich radial nach außen erstreckt und dessen vordere Seite ein konkaves kugelförmiges Profil hat, dessen Mitte im Drehpunkt des nach Art eines Kugelgelenks in dem Tauchkolben 32 aufgenommenen Abschnittes 45 der Stange 34 angeordnet ist. Der hervorstehende Abschnitt 41 des Teils 37 hat eine hintere Seite, deren Profil konvex kugelförmig ist und den gleichen Krümmungsradius wie die vordere Seite des hervorstehenden Abschnitt 43 hat.
Bei einer solchen Anordnung liegt, wenn der Anker 64 sich in seiner hinteren Stellung befindet, das Teil 37 normalerweise mit seinem Abschnitt 41 an dem Abschnitt 43 der Steuerstange 34 an. Die beiden Abschnitte 41 und 43 haben komplementäre Profile, die es der Stange 34 ermöglichen, sich nach Art eines Kugelgelenks in dem Tauchkolben 32 zu bewegen, während ein fester vorbestimmter Abstand zwischen der mit der Reaktionsscheibe 58 zusammenwirkenden vorderen Seite des Tauchkolbens 32 und dem Ventilsitz 32a beibehalten wird.
Wenn sich der Anker 64 in der hinteren Stellung befindet, hat der Servomotor eine vollkommen herkömmliche Funktionsweise, wie sie oben beschrieben wurde, wobei die Betätigung der Steuerstange 34 eine Verstellung der Gruppe aus Tauchkolben 32 und Teil 37 wie eine starre Einheit hervorruft.
Dagegen ist es zum Verstellen des Ankers 64, damit dieser seine vordere Stellung einnimmt, um den aktiven Abschnitt des Ventilelements 40 in gleichzeitige Berührung mit den Ventilsitzen 32a und 20a zu bringen, ausreichend, allein die Vorspannung der Feder 39 zu überwinden. Somit verbleibt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, in der sich der Anker 64 in seiner vorderen Stellung befindet, der Tauchkolben 32 in Anlage an dem Anschlagorgan 50 unter der Vorspannung der Feder 52, die auf die Steuerstange 34 einwirkt, während sich das Ventilelement 40 in einer gleichzeitigen Berührung mit den Ventilsitzen 32a und 20a befindet.
In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der der Elektromagnet der vorhergehenden Ausführungsform durch eine pneumatische Betätigungsvorrichtung ersetzt ist.
In dieser Figur ist zu sehen, daß der rohrförmige hintere Abschnitt 22 des Kolbens 20 mit einem ringförmigen Raum 100 ausgebildet ist, der durch eine vordere Wand 102 und eine hintere Wand 104 gebildet ist, die beispielsweise an der vorderen Wand 102 verstemmt ist. Die vordere Wand 102 kann beispielsweise einteilig mit der metallischen Kapsel 42 gebildet sein. Im Inneren des Raumes 100 ist eine bewegliche Trennwand 106 angeordnet, die an ihrem Außenumfang an einer Membran 108 befestigt ist&sub1; die in dichter Weise zwischen den Wänden 102 und 104 aufgenommen ist. Der Innenumfangsrand der Trennwand 106 ist nach vorne durch einen zylindrischen Abschnitt 110 verlängert, der in der metallischen Kapsel 42 gleitet und in einem rohrförmigen Abschnitt 112 endet, dessen Aufgabe mit der Aufgabe des rohrförmigen Abschnitts 66 der vorhergehenden Ausführungsform identisch ist.
Die vordere Wand 102 des Raumes 100 ist mit einer Öffnung 114 versehen, in der ein Kanal 116 mündet, der über ein Elektroventil 120 mit drei Wegen und zwei Stellungen selektiv mit der Atmosphäre ATM oder mit einer Unterdruckquelle 118 verbunden ist. Die Unterdruckquelle kann vorteilhafterweise durch die Unterdruckquelle gebildet sein, die permanent mit der vorderen Kammer des Servomotors verbunden ist. Die Ventilelementfeder 44 ist zwischen der beweglichen Trennwand 106 und der hinteren Wand 104 angeordnet, zwischen denen jederzeit der Atmosphärendruck vorliegt.
Es ist einfach zu sehen, daß durch ein selektives Verbinden des zwischen der beweglichen Trennwand 106 und der vorderen Wand 102 angeordneten Raumes 122 mit der Atmosphäre oder der Unterdruckquelle 118 mittels einer Steuerung des Elektroventils 120 eine Druckdifferenz an der beweglichen Trennwand 106 erzeugt oder beseitigt wird, die den rohrförmigen Abschnitt 112 eine der beiden Stellungen einnehmen läßt, die vorher für den rohrförmigen Abschnitt 66 beschrieben wurden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 4 kann selbstverständlich ein Tauchkolben verwendet werden, wie er für die Ausführungsform von Fig. 3 beschrieben wurde, also bestehend aus zwei Teilen 32 und 37, die von der Feder 39 im Sinne einer Entfernung voneinander beaufschlagt sind, wobei hervorstehende Abschnitte 41 und 43 an dem Teil 37 und an der Steuerstange 34 vorgesehen sind.
In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Betätigungsmittel des Ventilelements 40 von der Steuerstange 34 und nicht wie vorher von dem Kolben 20 getragen werden.
In dieser Figur ist zu sehen, daß eine Spule 160 um die Steuerstange 34 herum angeordnet ist, die vorteilhafterweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, um die Zirkulation des Magnetflusses zu erleichtern. Um die Spule 160 herum ist ein beweglicher Anker 164 aus ferromagnetischem Material angeordnet. Fest mit der Steuerstange 34 ist eine Scheibe 165 aus ebenfalls ferromagnetischem Material verbunden, um den Magnetkreis zu schließen. Somit bilden die Steuerstange 34 und die zugeordnete Scheibe 165 das Gehäuseteil des Elektromagneten 160.
Der Anker 164 ist fest mit einem Teil 166 verbunden, das sich nach vorne erstreckt und die Scheibe 165 umgibt. Wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen beaufschlagt der Anker 164, wenn er seine vordere Stellung einnimmt, über das Teil 166 das Ventilelement 40 in eine gleichzeitige Berührung mit den beiden Ventilsitzen 20a und 32a, wobei der Einsatz 26 beispielsweise nach hinten durch einen rohrförmigen Abschnitt 26' verlängert ist, an dem das Teil 166 in Anlage gelangt. Gemäß dieser Ausführungsform muß der Tauchkolben 32 aus zwei Teilen 32 und 37 gebildet sein, wie bei der Ausführungsform von Fig. 3.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können an ihr zahlreiche Veränderungen vorgenommen werden, die sich dem Fachmann innerhalb der von den Patentansprüchen vorgegebenen Grenzen ergeben. Beispielsweise können die elektromagnetischen oder pneumatischen Betätigungsvorrichtungen, die beschrieben wurden, durch jede andere Art von Betätigungsvorrichtung ersetzt werden, beispielsweise mechanisch oder hydraulisch.

Claims

1. Pneumatischer Servomotor zur Bremsunterstützung von Kraftfahrzeugen, mit einem Gehäuse (10), in dessen Innerem ein Kolben (20), der durch einen eine Schürze (14) tragenden rohrförmigen hinteren Abschnitt (22) gebildet ist, mittels einer Abrollmembran (12) eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene vordere Kammer (16) und eine hintere Kammer (18) abgrenzt, die selektiv mit der vorderen Kammer (16) oder der Atmosphäre über ein Ventilmittel (40) verbunden ist, das von einer Steuerstange (34) betätigt wird, die sich über einen Tauchkolben (32) an einer der Seiten einer Reaktionsscheibe (58) abstützen kann, die fest mit einer Schubstange (58) verbunden ist, wobei das Ventilmittel ein Ventilelement aufweist, das über einen aktiven Abschnitt (40) mit einem an dem Tauchkolben (32) gebildeten ersten Ventilsitz (32a) und einem an dem Kolben (20) gebildeten zweiten Ventilsitz (20a) zusammenwirkt, wobei das Ventilelement (40) normalerweise von einem elastischen Mittel (44) nach vorne beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Betätigungsmittel (60, 100, 160) vorgesehen sind, um den aktiven Abschnitt des Ventilelementes (40) in gleichzeitigen Kontakt mit dem ersten Ventilsitz (32a) und dem zweiten Ventilsitz (20a) nach vorne zu beaufschlagen, ohne direkt auf die Steuerstange (34) einzuwirken.

2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel (60, 100) an dem rohrförmigen hinteren Abschnitt (22) des Kolbens (20) gebildet sind.

3. Servomotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel (60) eine Spule (60) aufweisen, die im Inneren des rohrförmigen hinteren Abschnittes (22) des Kolbens (20) angeordnet ist, sowie einen beweglichen Anker (64), der im Inneren der Spule (60) angeordnet ist.

4. Servomotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Anker (64) durch einen rohrförmigen Abschnitt (66) nach vorne verlängert ist und den aktiven Abschnitt des Ventilelementes (40) in ein gleichzeitiges Zusammenwirken mit dem ersten Ventilsitz (32a) und dem zweiten Ventilsitz (20a) nach vorne bewegen kann.

5. Servomotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilsitz (32a) an einem rohrförmigen Teil (37) gebildet ist, das in dichter Weise in einer in dem hinteren Abschnitt des Tauchkolbens (32) gebildeten Bohrung (33) gleitet, wobei zwischen dem Tauchkolben (32) und dem rohrförmigen Teil (37) eine Feder (39) angeordnet ist und wobei an dem rohrförmigen Teil (37) ein hervorstehender Abschnitt (41) gebildet ist, der normalerweise an einem an der Steuerstange (34) gebildeten hervorstehenden Abschnitt (43) in Anlage gelangt.

6. Servomotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel (100) einen Raum (100) aufweisen, in dessen Innerem eine bewegbare Trennwand (106) durch ihren Innenumfangsrand mittels eines zylindrischen Abschnittes (110, 112) nach vorne verlängert ist, der den aktiven Abschnitt des Ventilelementes (40) in ein gleichzeitiges Zusammenwirken mit dem ersten Ventilsitz (32a) und dem zweiten Ventilsitz (20a) nach vorne bewegen kann, wobei die bewegbare Trennwand (106) in dem Raum (100) ein Volumen (122) abgrenzt, das über ein Steuermittel (120) selektiv mit der Atmosphäre (ATM) oder einer Unterdruckquelle (118) verbunden ist.

7. Servomotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilsitz (32a) an einem rohrförmigen Teil (37) gebildet ist, das in dichter Weise in einer in dem hinteren Abschnitt des Tauchkolbens (32) gebildeten Bohrung (33) gleitet, wobei zwischen dem Tauchkolben (32) und dem rohrförmigen Teil (37) eine Feder (39) angeordnet ist, wobei an dem rohrförmigen Teil (37) ein hervorstehender Abschnitt (41) gebildet ist, der normalerweise an einem an der Steuerstange (34) gebildeten hervorstehenden Abschnitt (43) in Anlage gelangt.

8. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel (160) von der Steuerstange (34) getragen werden.

9. Servomotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel (160) eine Spule (160) aufweisen, die um die Steuerstange (34) herum angeordnet ist, und einen beweglichen Anker (164), der um die Spule (160) herum angeordnet ist, wobei der Anker (164) fest mit einem sich nach vorne erstreckenden Teil (166) verbunden ist, das den aktiven Abschnitt des Ventilelementes (40) in ein gleichzeitiges Zusammenwirken mit dem ersten Ventilsitz (32a) und dem zweiten Ventilsitz (20a) nach vorne bewegen kann, wobei der erste Ventilsitz (32a) an einem rohrförmigen Teil (37) gebildet ist, das in dichter Weise in einer in dem hinteren Abschnitt des Tauchkolbens (32) gebildeten Bohrung (33) gleitet, wobei zwischen dem Tauchkolben (32) und dem rohrförmigen Teil (37) eine Feder (39) angeordnet ist, wobei an dem rohrförmigen Teil (37) ein hervorstehender Abschnitt (41) gebildet ist, der normalerweise an einem an der Steuerstange (34) gebildeten hervorstehenden Abschnitt (43) in Anlage gelangt.

10. Servomotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (34) aus ferromagnetischem Material besteht.