DE9202154U1 - Pneumatischer Bremskraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

WUESTHOFF & WUESTMOFF

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

FRANZ WUESTHOFF, DR.-ING. ~~ FREDA WUESTHOFF, OR-PHIL (1927-1956)

E. FREIHERR VON PECHMANN, DR. DIPL-CHEM. DIETER BEHRENS, DR.-ING. JÜRGEN BRANDES, DR. DIPL-CHEM. RUPERT GOETZ, DIPL-ING. DIPL-WIRTSCH.-ING. AXEL VON HELLFELD, DR DIPL-PHYS.

Lucas KOP-92 010 RECHTSANWALT

GERT WÜRTENBERGER

IG-68 288 SCHWEIGERSTRASSE 2

19 02 1992 D-8000 MÜNCHEN 90

TELEFAX (089) 663936 TELEX 524070 _ TELEFON (089) 662051

Pneumatischer Bremskraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Bremskraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit

- einem Gehäuse, in dem mindestens eine erste Kammer und eine zweite Kammer enthalten und durch eine bewegliche Wand voneinander getrennt sind,

- einem ersten Ventil, das durch ein mechanisches Betätigungsglied steuerbar ist, um zwischen den beiden Kammern einen Druckunterschied zum Verschieben der beweglichen Wand zu erzeugen, und

- einem zweiten Ventil, das durch einen Elektromagneten betätigbar ist, um den Druckunterschied zwischen den beiden Kammern zu verändern.

Bei Bremskraftverstärkern dieser Gattung, die aus der DE 39 43 002 Al bekannt sind, ist das mechanische Betätigungsglied zum Steuern des ersten Ventils üblicherweise mit dem Bremspedal eines Kraftfahrzeugs verbunden, so daß dessen Fahrer das erste Ventil willkürlich betätigen kann. Der Elektromagnet zum Betätigen des zweiten Ventils ist von einem Rechner abhängig, der Signale mindestens eines Sensors auswertet. Ein solcher Sensor kann beispielsweise die Drehverzögerung eines abgebremsten Rades beobachten oder den Beladungszustand des Fahrzeugs oder,

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gemäß der DE 40 28 290 Cl, die Geschwindigkeit, mit der das Bremspedal betätigt wird. In all diesen Fällen wird angestrebt, den Bremsweg in kritischen Fahrsituationen dadurch zu verringern, daß der Bremsanlage eine ausreichend starke Betätigungskraft auch dann zur Verfügung gestellt wird, wenn der Fahrer das Bremspedal zu wenig kräftig betätigt. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, daß durchschnittlich geübte Fahrer in kritischen Fahrsituationen dazu neigen, das Bremspedal zwar plötzlich, also mit großer Geschwindigkeit, dann aber nicht so kräftig zu betätigen, daß eine Bremsanlage, die mit einem Antiblockiersystem (ABS) ausgerüstet ist, eine optimale Bremsung ausführen könnte. 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 Ventil dafür, daß zwischen den beiden Kammern ein Druckunterschied entsteht, der sich dem vom ersten Ventil bewirkten Druckunterschied überlagert. Beispielsweise wird ein Signal, das von einem am Bremspedal oder -gestänge angeordneten Sensor bei einer vom Fahrer hervorgerufenen plötzlichen Bremsbetätigung abgegeben wird, als Anzeichen dafür verstanden, daß eine Vollbremsung auch dann notwendig ist, wenn der Fahrer eine dafür nicht ausreichende Betätigungskraft zur Verfügung stellt.

Allerdings muß dabei bedacht werden, daß eine vom Fahrer nicht beabsichtigte Vollbremsung auch bei einem mit ABS ausgerüsteten Fahrzeug Gefahren heraufbeschwören kann und deshalb vermieden werden muß. Es bietet sich deshalb an, die Regelung des zweiten Ventils sicherheitshalber mit einer Redundanz auszustatten, die eine Betätigung des zweiten Ventils infolge eines fehlerhaft entstandenen oder fehlgeleiteten Signals ausschließt. Dadurch ist aber noch nicht ausgeschlossen, daß eine unbeabsichtigte Vollbremsung ausgeführt wird, wenn der Fahrer das Bremspedal zwar plötzlich, aber nur kurz betätigt hat, um beispielsweise nachfolgenden Fahrzeugen ein Bremslichtsignal zu geben.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bremskraftverstärker der eingangs beschriebenen Gattung auf besonders einfache Weise zuverlässig dagegen zu sichern, daß er infolge fehlerhafter Ansteuerung über das zweite Ventil eine nicht beabsichtigte Vollbremsung bewirkt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Sicherheitsventil gelöst, das die beiden Kammern miteinander verbindet und für einen mindestens teilweisen Druckausgleich zwischen ihnen sorgt, wenn die bewegliche Wand sich in bezug auf das Betätigungsglied um mehr als eine vorbestimmte Strecke bewegt hat.

Mit der Erfindung wird die Tatsache genutzt, daß beim Aufbau eines Druckunterschieds zwischen den beiden Kammern eines gattungsgemäßen Bremskraftverstärkers die bewegliche Wand zwischen diesen Kammern eine mehr oder weniger große Relativbewegung in bezug auf das Betätigungsglied ausführt. Diese Relativbewegung ist gering, wenn der Bremskraftverstärker ausschließlich über das erste Ventil angesteuert wird, und ist sehr viel größer, wenn der Bremskraftverstärker ausschließlich über das zweite Ventil angesteuert wird, während das Betätigungsglied in seiner Ruhelage geblieben oder schon dorthin zurückgekehrt ist. Infolgedessen läßt sich die genannte Relativbewegung, wenn sie ein bestimmtes Maß überschreitet, als Indiz dafür deuten, daß der Bremskraftverstärker im Begriff ist, eine vom Fahrer nicht oder nicht mehr - gewünschte Bremsbetätigung einzuleiten. Eine solche unerwünschte Bremsbetätigung wird erfindungsgemäß unterbunden, indem über das Sicherheitsventil ein Druckausgleich zwischen den Kammern des Bremskraftverstärkers bewirkt und dadurch die Entstehung einer möglicherweise gefährlichen Bremsbetätigungskraft unterbunden wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherheitsventil einen Ventilsitz auf, der in einem mit der beweglichen Wand zu gemeinsamer Bewegung verbundenen Ventilgehäuse des ersten Ventils ausgebildet ist und mit einem

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Ventilkörper zusammenwirkt, der zu diesem Ventilsitz hin
vorgespannt und um die vorbestimmte Strecke verschiebbar in
einem mit dem Betätigungsglied fest verbundenen Anschlagkörper geführt ist.

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

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Betätigungsbaugruppe einer Bremsanlage für

Kraftfahrzeuge mit einem teilweise im Axialschnitt
dargestellten Bremskraftverstärker mit erstem und
zweitem gesteuertem Ventil;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 ohne das
zweite gesteuerte Ventil;

Fig. 3 das zweite gesteuerte Ventil, ebenfalls im Axialschnitt;

Fig. 4 den Ausschnitt IV in Fig. 2, weiter vergrößert.

Der dargestellte Bremskraftverstärker hat ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Gehäuse 10, in dem eine hintere Kammer 12 sowie eine vordere Kammer 14 angeordnet und durch eine bewegliche Wand 16 voneinandergetrennt sind. Durch das Gehäuse erstrecken sich achsparallele Zuganker 18, mit denen sich der Bremskraftverstärker an der Spritzwand eines Kraftfahrzeugs befestigen läßt.

Zum Bremskraftverstärker gehört ein erstes steuerbares Ventil 20 mit einem ebenfalls im wesentlichen rotationssymmetrischen Ventilgehäuse 22, das mit der beweglichen Wand 16 zu gemeinsamer Relativbewegung in bezug auf das Gehäuse 10 verbunden ist und einen ringförmigen äußeren Ventilsitz 24 aufweist. 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 Kraft-

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fahrzeugs verbunden ist. Am Betätigungsglied 30 stützt sich eine Feder 32 ab, das den Dichtkörper 26 in Richtung auf den äußeren Ventilsitz 24 und den Ventilkörper 28 vorspannt. Am Ventilkörper 28 ist ein klammerartiger Anschlagkörper 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 Gehäuses 10 anliegt. Zu dem ersten steuerbaren Ventil 2 0 gehört ferner ein im hinteren Bereich des Ventilgehäuses 22 angeordneter Luftfilter 38.

Zwischen dem radial äußeren Ventilsitz 24 und dem Ventilkörper 28 ist ein Raum ausgebildet, der in ständiger Verbindung mit der hinteren Kammer 12 des Bremskraftverstärkers steht. Die hintere Kammer 12 ist durch ein Rückschlagventil 40 mit einem abgegrenzten zentralen Raum 42 des Bremskraftverstärkers derart verbunden, daß Luft aus diesem Raum in die hintere Kammer strömen kann, jedoch nicht umgekehrt. Der zentrale Raum 42 ist durch einen Kanal 44 ständig mit einem im Ventilgehäuse 22 radial außerhalb des äußeren Ventilsitzes 24 ausgebildeten Ringraum verbunden. Der zentrale Raum 42 ist ferner mit einer im Gehäuse 10 ausgebildeten Anschlußöffnung 46 zum Einleiten von Luft verbunden. Der vorderen Kammer 14 ist eine ebenfalls im Gehäuse 10 ausgebildete Anschlußöffnung 48 zum Absaugen von Luft zugeordnet.

An die beiden Öffnungen 46 und 48 ist ein zweites steuerbares Ventil 50 angeschlossen, das im dargestellten Beispiel unmittelbar an der Vorderseite des Bremskraftverstärkergehäuses 10 angeordnet und ähnlich wie das erste steuerbare Ventil 20 gestaltet ist. Das zweite steuerbare Ventil 50 hat ein Ventilgehäuse 52, an dem ein ringförmiger äußerer Ventilsitz 54 ausgebildet ist; diesem ist ein hülsenförmiger Dichtkörper 56 zugeordnet, der außerdem mit einem ebenfalls hülsenförmigen Ventilkörper 58 zusammenwirkt. Das Ventil 50 ist gesteuert von einem an das Ventilgehäuse 52 angebauten Elektromagneten 60, der

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bei Erregung den Ventilkörper 58 aus seiner abgebildeten Ruhestellung gegen den Widerstand zweier Federn 62 nach oben verschiebt. In der Ruhestellung hat der Ventilkörper 58 einen Abstand vom Dichtkörper 56, während dieser unter der Wirkung einer ihn nach unten vorspannenden Feder 64 am äußeren Ventilsitz 54 anliegt. Dabei ist ein am Ventilgehäuse 52 befestigter Stutzen 66, der in der Anschlußöffnung 46 steckt, mit einem ebenfalls am Ventilgehäuse 52 befestigten Stutzen 68 verbunden, welcher in der Anschlußöffnung 48 steckt. Somit ist im abgebildeten Ruhezustand des Ventils 50 die vordere Kammer 14 mit dem zentralen Raum 42 verbunden. An das Ventilgehäuse 52 ist ferner ein Luftfilter 70 angebaut; in der abgebildeten Ruhestellung verhindert der Dichtkörper 56 jedoch, daß über das Ventil 50 Luft in das Bremskraftverstärkergehäuse 10 gelangt. Am Ventilgehäuse 52 ist schließlich ein Vakuumanschluß 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 Verbrennungsmotors, anschließen läßt.

Innerhalb des zentralen Raums 42 des Bremskraftverstärkers ist ein Kraftabgabeglied 74 angeordnet, das sich am Ventilgehäuse 22 des ersten steuerbaren Ventils 20 abstützt; dieses 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 Bremskraftverstärkergehäuses 10 angebaut ist und in den zentralen Raum 42 hineinragt.

Die beiden Kammern 12 und 14 sind miteinander durch ein Sicherheitsventil 80 verbunden, das dem Rückschlagventil 40 diametral gegenüber im wesentlichen in das Ventilgehäuse 22 des ersten steuerbaren Ventils 20 eingebaut ist. Zum Sicherheitsventil 80 gehört ein in diesem Ventilgehäuse 22 ausgebildeter ringförmiger Ventilsitz 82, an dem ein Ventilkörper 84 unter der Wirkung

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einer Feder 86 normalerweise anliegt, so daß das Sicherheitsventil 80 geschlossen ist. Der Ventilkörper 84 hat einen Schaft 88, der sich parallel zur Achse des Bremskraftverstärker erstreckt und im Anschlagkörper 34 verschiebbar geführt ist. Am hinteren Ende des Schaftes 88 ist ein Kopf 90 ausgebildet, der von einer am Anschlagkörper 34 ausgebildeten, nach hinten weisenden Anschlagfläche 92 normalerweise um eine Strecke s entfernt ist. Das Sicherheitsventil 80 öffnet sich infolgedessen 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 s ist, vom Anschlagkörper 34 und somit vom Betätigungsglied 30, wegbewegt hat.

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

Bei einer normalen Bremsbetätigung durch den Fahrer arbeitet der Bremskraftverstärker in üblicher Weise, indem der vom Betätigungsglied 30 vorwärts geschobene Ventilkörper 28 sich vom Dichtkörper 26 abhebt, so daß dieser sich wieder an den äußeren Ventilsitz 24 anlegt, wodurch die Verbindung zwischen den beiden Kammern 12 und 14 über das erste steuerbare Ventil 20 unterbrochen wird und Umgebungsluft durch den Luftfilter 38 hindurch und am Ventilkörper 28 vorbei in die hintere Kammer 12 strömt. Infolgedessen steht nun eine durch den Bremskraftverstärker verstärkte Betätigungskraft am Kraftabgabeglied 74 zur

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Verfügung. Dies gilt auch dann, wenn der Elektromagnet 60 spannungslos und somit das zweite steuerbare Ventil 50 in seiner Ruhestellung geblieben ist, so daß im zentralen Raum 42 weiterhin - ebenso wie in der vorderen Kammer 14 - Unterdruck herrscht.

Bei einer vom Fahrer hervorgerufenen besonders raschen Vorwärtsbewegung des Betätigungsgliedes 3 0 gibt ein diesem zugeordneter Sensor 94 ein Signal an einen Rechner ECU 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 Anschlußstutzen 66 und 68 voneinander getrennt werden und Umgebungsluft durch den Luftfilter 70 und den Anschlußstutzen 66 in den zentralen Raum 42 und weiter durch das Rückschlagventil 40 in die hintere Kammer 12 strömt. Falls eine Druckluftquelle zur Verfügung steht, die beispielsweise zur Betätigung einer Zentralverriegelungsanlage in einem Kraftfahrzeug ohnehin vorhanden sein mag, kann der Luftfilter 70 durch einen Anschluß an diese Druckluftquelle ersetzt werden.

In jedem Fall bewirkt die durch das zweite steuerbare Ventil und weiter durch den zentralen Raum 42 und das Rückschlagventil 40 in die hintere Kammer 12 eingeleitete Luft eine rasche Vorwärtsbewegung der beweglichen Wand 16 samt Ventilgehäuse 22. Wenn diese Vorwärtsbewegung zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Bremspedal schon freigegeben hat, weil er eine Bremsung nicht mehr für notwendig hält, bleibt das Betätigungsglied 30 gegenüber der beweglichen Wand 16 zurück, während sich der Ventilkörper 84 des Sicherheitsventils 80 unter dem Einfluß der Feder 86 zunächst gemeinsam mit der beweglichen Wand 16 und dem Ventilgehäuse 22 vorwärts bewegt. Sobald der Ventilkörper 84 gegenüber dem Anschlagkörper 34 die Strecke s zurückgelegt hat, stößt der Kopf 90 gegen die Anschlagfläche 92, wodurch eine weitere Vorwärtsbewegung des Ventilkörpers 84 in bezug auf den Anschlagkörper 34 ausge-

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schlossen ist. Infolgedessen wird der Ventilkörper 84 bei weiterer Vorwärtsbewegung der beweglichen Wand 16 vom Ventilsitz 82 abgehoben, so daß die beiden Kammern 12 und 14 über das Sicherheitsventil 80 miteinander verbunden werden. Die Strömungsquerschnitte des Sicherheitsventils 80 sind so bemessen, daß nun ein sofortiger Druckausgleich zwischen den beiden Kammern 12 und 14 stattfindet und somit eine Bremsbetätigung unterbleibt.

Claims (1)

1. Schutzansprüche

   1. Pneumatischer Bremskraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit

   - einem Gehäuse (10), in dem mindestens eine erste Kammer (12) und eine zweite Kammer (14) enthalten und durch eine bewegliche Wand (16) voneinander getrennt sind,

   - einem ersten Ventil (20), das durch ein mechanisches Betätigungsglied (30) steuerbar ist, um zwischen den beiden Kammern (12, 14) einen Druckunterschied zum Verschieben der beweglichen Wand (16) zu erzeugen, und

   - einem zweiten Ventil (50), das durch einen Elektromagneten (60) betätigbar ist, um den Druckunterschied zwischen den beiden Kammern (12, 14) zu verändern,

   gekennzeichnet durch ein Sicherheitsventil (80) , das die beiden Kammern (12, 14) miteinander verbindet und für einen mindestens teilweisen Druckausgleich zwischen ihnen sorgt, wenn die bewegliche Wand (16) sich in bezug auf das Betätigungsglied (30) um mehr als eine vorbestimmte Strecke (s) bewegt hat.

   2. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil (80) einen Ventilsitz (82) aufweist, der in einem mit der beweglichen Wand (16) zu gemeinsamer Bewegung verbundenen

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   Ventilgehäuse (22) des ersten Ventils (20) ausgebildet ist und mit einem Ventilkörper (84) zusammenwirkt, der zu diesem Ventilsitz (82) hin vorgespannt und um die vorbestimmte Strecke (S) verschiebbar in einem mit dem Betätigungsglied (30) fest verbundenen Anschlagkorper (34) geführt ist.