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WO1998014358A1 - Unterdruckbremskraftverstärker - Google Patents

Unterdruckbremskraftverstärker Download PDF

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Publication number
WO1998014358A1
WO1998014358A1 PCT/EP1997/005267 EP9705267W WO9814358A1 WO 1998014358 A1 WO1998014358 A1 WO 1998014358A1 EP 9705267 W EP9705267 W EP 9705267W WO 9814358 A1 WO9814358 A1 WO 9814358A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve body
brake booster
valve
valve piston
booster according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1997/005267
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Kahrs
Alfred Eckert
Thomas Berthold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ITT Manufacturing Enterprises LLC
Original Assignee
ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ITT Manufacturing Enterprises LLC filed Critical ITT Manufacturing Enterprises LLC
Publication of WO1998014358A1 publication Critical patent/WO1998014358A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/24—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release the fluid being gaseous
    • B60T13/46—Vacuum systems
    • B60T13/52—Vacuum systems indirect, i.e. vacuum booster units
    • B60T13/573—Vacuum systems indirect, i.e. vacuum booster units characterised by reaction devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/24—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release the fluid being gaseous
    • B60T13/46—Vacuum systems
    • B60T13/52—Vacuum systems indirect, i.e. vacuum booster units
    • B60T13/57—Vacuum systems indirect, i.e. vacuum booster units characterised by constructional features of control valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/66—Electrical control in fluid-pressure brake systems
    • B60T13/72—Electrical control in fluid-pressure brake systems in vacuum systems or vacuum booster units

Definitions

  • the invention relates to a vacuum brake booster with electromagnetic auxiliary control, in particular for motor vehicle brake systems, with an amplifier housing, the interior of which is divided by a movable wall into a working chamber and a vacuum chamber, a control housing carrying the movable wall, which with the movable wall in the axial direction of the amplifier housing is movable and has a first sealing seat, a sealing body which is axially movably arranged in the control housing, a valve piston which is axially movably arranged in the control housing and can be actuated via an actuating rod, and a valve body which is axially movably arranged on the valve piston and which has a second sealing seat and is biased towards the sealing body, wherein the valve body can be moved away from the sealing body via the valve piston, an electromagnet provided in the control housing for displacing the valve body, the valve body also is movable independently of the valve piston via the electromagnet from the sealing body, and with a reaction disk made of elastic material, which is used to transmit the
  • Such a brake booster is known for example from DE 44 05 02 Cl.
  • the valve piston When moving the actuating rod connected to the brake pedal of a motor vehicle, the valve piston is moved forward and takes the valve body with it via a driver, so that its second valve seat detaches from the sealing body and ambient air flowing into the control housing can get into the working chamber from behind.
  • the vacuum chamber is separated from the working chamber because the sealing body is firmly attached to the first valve seat. This creates a pressure drop between the two chambers, which moves the movable wall together with the control housing and the push rod to the front.
  • the push rod transfers the force acting on it to the brake master cylinder of a brake system. Irrespective of the forward movement of the valve body mechanically caused by the piston, the latter can also be moved by the electromagnet.
  • the valve body acting as a magnet armature When the electromagnet is excited, the valve body acting as a magnet armature is pulled forward and opens or increases the flow cross section between the second sealing seat and the sealing body. In this way, a controlled pressure build-up can be achieved and, if necessary, the power output to the master brake cylinder can be accelerated and increased.
  • the reaction pressure which is made of elastic rubber material, is deformed by the control housing and flows into the valve piston as a result of the pressure force that arises. benraum. If the reaction disk touches the valve piston, the valve piston and with it the valve body with the second sealing seat are pushed back. At a certain pressure, this completely closes the flow cross section between the second sealing seat and the sealing body.
  • the main problem here is that the restoring force caused by the deformation of the reaction disk becomes so great that the electromagnet can no longer move the valve body from a certain pressure and thus can no longer open the second sealing seat.
  • a control valve can also be actuated by means of an electromagnet, independently of an actuating rod displacing a valve piston.
  • the electromagnet acts counter to the actuation direction of the actuation rod and actuates a third sealing seat, which enables ventilation of the working chamber.
  • the electromagnet is firmly connected to the valve piston and is displaceable in the control housing, so that the third sealing seat can be moved synchronously with the valve piston.
  • the object of the invention is to develop a generic brake booster in such a way that, even at high working pressure, targeted actuation of the second sealing seat by the electromagnet is made possible.
  • This object is essentially achieved with the invention in that devices are provided between the reaction disk and the valve body, by means of which a reaction force exerted on the valve body by the reaction disk in accordance with the pressure difference between the vacuum chamber and the working chamber compared with a restoring force when the valve piston is actuated the actuating rod acting restoring force is reduced and is transferred past the valve piston directly to the valve body.
  • the second sealing seat can be opened or kept open by the electromagnet even at a high working pressure without having to use an excessive external actuating force for this. Since the restoring force for closing the valve is directed past the valve piston directly onto the valve body, the force level for closing the valve is independent of the booster ratio set on the reaction disc for normal actuation via the actuating rod and is therefore freely adjustable.
  • At least one force transmission element acts on the reaction disk, the area of the force bearing on the reaction disk being smaller than the area of the valve piston engaging on the reaction disk and which is connected to the valve body.
  • the force transmission member is a plunger which is guided in a longitudinally displaceable manner in the valve piston.
  • the valve piston takes over the tasks of holding and guiding the tappet, so that the invention can be incorporated into existing brake boosters without additional measures on the control housing. Nevertheless, the movement of the valve piston during normal operation is not influenced by the tappet.
  • connection of the tappet to the valve body is carried out according to the invention via projections formed on the tappet, which are inserted into corresponding recesses in the valve body.
  • the tappet is preferably connected to the section of the valve body that forms the armature of the electromagnet.
  • At least one recess is formed in the side of the control housing facing the reaction disk, in which the force transmission element is arranged, the force transmission element being connected to the valve body via at least one connecting element which extends through a through opening in the control housing.
  • the plunger during normal actuation, engage with the full contact surface on the reaction disc via the actuating rod and transmit the actuating force, while the restoring force for closing the valve is transmitted to the valve body via the smaller contact surface of the force transmission element provided in the recess.
  • the recess is preferably circular and arranged concentrically with the valve piston.
  • the force transmission member is designed as a continuous ring which is connected to the valve body via a plurality of connecting elements which are distributed uniformly around its circumference.
  • At least one spiral spring is provided on the control housing, on which the pressure rod and the valve body are supported.
  • the compressive force acting on the push rod or the reaction disk is passed on to the valve body via the spiral spring, the restoring force being able to be influenced via the spring stiffness of the spiral spring. Since the restoring force does not act on the valve piston, but rather directly on the valve body in this embodiment, it can be set independently of the ratio set on the reaction disk for the normal actuation of the brake booster.
  • a plurality of spiral springs arranged in a star shape around the longitudinal axis of the control housing are provided. This ensures a uniform pressure transmission to the valve body and further reduces the restoring force by increasing the overall bending stiffness accordingly.
  • the spiral springs In order to enable trouble-free actuation of the brake booster in normal operation, the spiral springs have a free space in the region of the longitudinal axis of the control housing for the valve piston to pass through.
  • a uniform effect of the spiral spring arrangement and thus the reduction in the restoring force can be further enhanced by the fact that the spiral springs are connected to one another via at least one ring element.
  • the connecting elements between the spiral springs and the valve body preferably engage the section of the valve body which forms the armature of the electromagnet.
  • FIG. 1 is a partially broken longitudinal section through a vacuum brake booster according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a partially broken longitudinal section through a vacuum brake booster according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a partially broken longitudinal section through a vacuum brake booster according to a third embodiment of the invention.
  • the brake booster shown in FIGS. 1 to 3 is essentially rotationally symmetrical about its axis M, which when installed in a motor vehicle normally corresponds to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the only schematically indicated booster housing 1 of the vacuum brake booster is divided by an axially movable wall 2 into a working chamber 3 and a vacuum chamber 4.
  • the movable wall 2 is carried by a control housing 5, which is axially displaceably mounted in the booster housing 1.
  • a control valve 6 is arranged in the control housing 5 so as to be longitudinally displaceable and can be actuated via an actuating rod 7 connected to the brake pedal of a motor vehicle.
  • the control valve 6 consists of a first sealing seat 8 formed in the control housing 5, which separates a first channel 9 opening into the working chamber 3 from a second channel 10 connected to the vacuum chamber 4.
  • valve piston 11 connected to the actuating rod 7, on which a sleeve-shaped valve body 12 is arranged to be longitudinally displaceable.
  • a second sealing seat 13 is formed on the valve body 12 and separates the first channel 9 from a space in communication with the surroundings.
  • the valve body 12 is constantly pushed backwards via a valve spring 14, to the right in the drawing.
  • the actuating rod 7 is normally held in its illustrated rest position by a rear return spring 15, in which an annular sealing body 17 arranged within the control housing 5 and biased forwardly by a spring 16 bears sealingly against the second sealing seat 13, but not completely against the first sealing seat 8 seals.
  • the vacuum chamber 4 is constantly connected to a vacuum source, so that in the rest position of the valve body 12 there is a vacuum in both chambers 3, 4.
  • the movable wall 2 and the control housing 5 connected to it for a common axial movement are pushed into the rear end position shown by a front return spring 18.
  • the braking force is transmitted via a rubber-elastic reaction disk 19, which rests on the end face to the control housing 5, and a reaction disk receptacle 20 to an actuating piston of a master cylinder of the brake system, not shown, which is attached to the vacuum-side booster half, not shown.
  • the electromagnet 21 is assigned to the left in the drawing section 22 of the valve body 12 as a magnet armature such that the valve body 12 is pulled forward against the resistance of the valve spring 14 when the electromagnet 21 is energized.
  • an axial bore 23 is formed, in which a tappet 24 is arranged to be longitudinally displaceable.
  • the tappet 24 is fixedly connected to the latter via projections 25 which engage in corresponding recesses 26 in the armature section 22 of the valve body 12.
  • the projections 25 of the tappet 24 extend through slots 27 in the valve piston 11.
  • valve piston 11 In a valve piston chamber 28 facing the reaction disk 19, the valve piston 11 has a flange-like extension 29 in order to enlarge the contact surface on the reaction disk 19.
  • the function of the vacuum brake booster constructed as described above is described below.
  • the valve body 12 connected to the valve piston 1 is carried along and releases the second sealing seat 13 from the sealing body 17
  • the connection between the first channel 9 and the second channel 10 is closed here since the spring 16 presses the sealing body 17 firmly against the first sealing seat 8.
  • the movable wall 2 is pressed forward with the control valve 5 and transmits the acting force to the master brake cylinder of the brake system (not shown here) via the reaction disc 19 and the push rod 20.
  • the electromagnet 21 is excited so that it pulls the valve body 12 forward and thereby the free flow cross section between the second sealing seat 13 and the sealing body 17 enlarged.
  • the actuation of the valve body 12 via the electromagnet 21 can also take place completely independently of the actuation of the actuation rod 7.
  • the tappet 24 is displaceable within the valve piston 11, that is to say it is moved independently of the latter, the restoring force is independent of the booster ratio on the reaction disc set for normal actuation, in which the valve piston 11 lies directly against the reaction disc 19 and moves it 19 and thus freely adjustable.
  • FIG. 2 corresponds essentially to the first embodiment, so that only the differences are shown here.
  • the same parts are provided with the same reference symbols and their detailed description is omitted.
  • annular recess 50 is formed in the end face of the control housing 5. forms, which is arranged concentrically with the longitudinal axis M of the vacuum brake booster. Arranged in the recess 50 is a ring 51 which is connected to the portion 22 of the valve body 12 forming the armature of the electromagnet 21 via a plurality of connecting elements 51 which are distributed uniformly around its circumference and which extend through through openings 53 in the control housing 5.
  • the ring 51 absorbs the restoring force exerted by the reaction disk 19 and shifts the valve body 12 to the right in the drawing. Since the surface of the ring 51 resting against the reaction disk 19 is relatively small, the restoring force is reduced. As in the first embodiment, the valve body 12 is reset independently of the valve piston 11.
  • the basic structure of the vacuum brake booster corresponds to that of the first and second embodiment, so that it is not described again in detail.
  • a plurality of spiral springs 60 which are evenly distributed over the circumference of the control housing 5 and extend radially inward, are provided, on which the push rod 20 is supported via connecting elements 61.
  • the bending springs 60 leave a free space for the passage of the valve piston 11 in the region of the longitudinal axis M of the control housing 5 and are at their inner free ends connected to the armature section 22 of the valve body 12 via connecting elements 62.
  • the radially extending spiral springs 60 are also connected to one another via a ring 63 with which they are riveted, for example.
  • the reaction disk holder 20 is supported on the spiral springs 60 and generates a bending moment which the valve body 12 transfers pushes the connecting elements 62 back.
  • the restoring force can in this case be set via the bending strength of the bending springs 60.
  • the restoring force can be set independently of the booster ratio set on the reaction disk 19 for normal actuation.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Braking Systems And Boosters (AREA)

Abstract

Ein Unterdruckbremskraftverstärker mit elektromagnetischer Hilfssteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, weist ein Verstärkergehäuse (1), dessen Innenraum durch eine bewegliche Innenwand (2) in eine Arbeitskammer (3) und eine Unterdruckkammer (4) unterteilt ist, ein mit der beweglichen Wand in Axialrichtung des Verstärkergehäuses bewegbares Steuergehäuse (5), das einen ersten Dichtsitz (8) aufweist, einen im Steuergehäuse axial beweglich angeordneten Dichtkörper (17) und einen über eine Betätigungsstange (7) betätigbaren Ventilkolben (11), einem auf dem Ventilkolben axial beweglich angeordneten Ventilkörper (12), der einen zweiten Dichtsitz (13) aufweist und zum Dichtkörper (17) hin vorgespannt ist, einen in dem Steuergehäuse vorgesehenen Elektromagneten (21) und eine Reaktionsscheibe (19) aus elastischem Material auf, wobei der Ventilkörper über den Ventilkolben und/oder den Elektromagneten von dem Dichtkörper weg bewegbar ist. Ein zuverlässiges Öffnen des zweiten Dichtsitzes durch den Elektromagneten wird unabhängig von dem Verstärkerverhältnis an der Reaktionsscheibe auch bei hohem Bremsdruck dadurch gewährleistet, daß zwischen der Reaktionsscheibe und dem Ventilkörper Einrichtungen (24) vorgesehen sind, über die eine von der Reaktionsscheibe ausgeübte Rückstellkraft gegenüber einer bei der Betätigung des Ventilkolbens (11) mittels der Betätigungsstange (7) wirkenden Rückstellkraft reduziert und an dem Ventilkolben vorbei direkt auf den Ventilkörper übertragen wird.

Description

Unterdruckbremskraftverstärker
Die Erfindung betrifft einen Unterdruckbremskraftverstärker mit elektromagnetischer Hilfssteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem Verstärkergehäuse, dessen Innenraum durch eine bewegliche Wand in eine Arbeitskammer und eine Unterdruckskammer unterteilt ist, einem die bewegliche Wand tragenden Steuergehäuse, das mit der beweglichen Wand in Axialrichtung des Verstärkergehäuses bewegbar ist und einen ersten Dichtsitz aufweist, einem im Steuergehäuse axial beweglich angeordneten Dichtkörper, einem im Steuergehäuse axial beweglich angeordneten und über eine Betätigungsstange betätigbaren Ventilkolben, einem auf dem Ventilkolben axial beweglich angeordneten Ventilkörper, der einen zweiten Dichtsitz aufweist und zum Dichtkörper hin vorgespannt ist, wobei der Ventilkörper über den Ventilkolben von dem Dichtkorper weg bewegbar ist, einem in dem Steuergehäuse vorgesehenen Elektromagneten zur Verschiebung des Ventilkörpers, wobei der Ventilkörper auch unabhängig vom Ventilkolben über den Elektromagneten von dem Dichtkörper weg bewegbar ist, und mit einer Reaktionsscheibe aus elastischem Material, die zur Übertragung der Bremskraft zwischen dem Steuergehäuse und einer beispielsweise mit dem Hauptzylinder einer Bremsanlage verbundenen Druckstange angeordnet ist.
Ein derartiger Bremskraftverstärker ist beispielsweise aus der DE 44 05 02 Cl bekannt. Beim Verschieben der mit dem Bremspedal eines Kraftfahrzeugs verbundenen Betätigungsstange wird der Ventilkolben nach vorne verschoben und nimmt über einen Mitnehmer den Ventilkörper mit, so daß dessen zweiter Ventilsitz sich vom Dichtkörper löst und von hinten in das Steuergehäuse einströmende Umgebungsluft in die Arbeitskammer gelangen kann. Die Unterdruckkammer wird hierbei von der Arbeitskammer getrennt, da sich der Dichtkörper fest an den ersten Ventilsitz anlegt. Somit entsteht zwischen den beiden Kammern ein Druckgefälle, das die bewegliche Wand zusammen mit dem Steuergehäuse und der Druckstange nach vorne bewegt. Die Druckstange überträgt die auf sie einwirkende Kraft auf den Hauptbremszylinder einer Bremsanlage. Unabhängig von der mechanisch über den Kolben bewirkten Vorwärtsbewegung des Ventilkörpers kann dieser auch über den Elektromagneten bewegt werden. Bei Erregung des Elektromagneten wird der als Magnetanker wirkende Ventilkörper nach vorne gezogen und öffnet oder vergrößert den Strömungsquerschnitt zwischen dem zweiten Dichtsitz und dem Dichtkörper. Hierdurch ist ein gesteuerter Druckaufbau erreichbar und ggf. kann die Kraftabgabe an den Hauptbremszylinder beschleunigt und verstärkt werden. Mit zunehmendem Einströmen von Umgebungsluft in die Arbeitskammer und entsprechender Vorwärtsbewegung des Steuergehäuses wird jedoch durch die entstehende Druckkraft die Reaktionsscheibe, die aus elastischem Gummimaterial besteht, durch das Steuergehäuse verformt und fließt in den Ventilkol- benraum. Berührt hierbei die Reaktionsscheibe den Ventilkolben, so wird der Ventilkolben und mit diesem der Ventilkörper mit dem zweiten Dichtsitz zurückgedrückt. Bei einem bestimmten Druck wird hierdurch der Strömungsquerschnitt zwischen dem zweiten Dichtsitz und dem Dichtkörper vollständig geschlossen. Problematisch hierbei ist vor allem, daß die durch die Verformung der Reaktionsscheibe bewirkte Rückstellkraft so groß wird, daß der Elektromagnet ab einem bestimmten Druck den Ventilkörper nicht mehr verschieben und somit den zweiten Dichtsitz nicht mehr öffnen kann.
Bei einem anderen, aus der WO 94/11226 bekannten Unter- druckbremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge ist ein Steuerventil zwar ebenfalls unabhängig von einer einen Ventilkolben verschiebenden Betätigungsstange mittels eines Elektromagneten betätigbar. Hierbei wirkt der Elektromagnet jedoch entgegen der Betätigungsrichtung der Betätigungsstange und betätigt einen dritten Dichtsitz, der eine Belüftung der Arbeitskammer ermöglicht. Um die vom Elektromagneten aufzubringende Fremdbetätigungskraft möglichst gering zu halten, ist der Elektromagnet mit dem Ventilkolben fest verbunden im Steuergehäuse verschiebbar, so daß der dritte Dichtsitz mit dem Ventilkolben synchron bewegbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen gattungsgemäßen Bremskraftverstärker derart weiterzubilden, daß auch bei hohem Arbeitsdruck eine gezielte Betätigung des zweiten Dichtsitzes durch den Elektromagneten ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß zwischen der Reaktionsscheibe und dem Ventilkörper Einrichtungen vorgesehen sind, über die eine von der Reaktionsscheibe entsprechend der Druckdifferenz zwischen der Unterdruckkammer und der Arbeitskammer auf den Ventilkörper ausgeübte Rückstellkraft gegenüber einer bei der Betätigung des Ventilkolbens mittels der Betätigungsstange wirkenden Rückstellkraft reduziert und an dem Ventilkolben vorbei direkt auf den Ventilkörper übertragen wird.
Durch die Reduzierung der Rückstellkraft kann auch bei einem hohen Arbeitsdruck ein Öffnen bzw. Offenhalten des zweiten Dichtsitzes durch den Elektromagneten erfolgen, ohne hierfür eine exzessive Fremdbetätigungskraft aufwenden zu müssen. Da die Rückstellkraft zum Schließen des Ventils an dem Ventilkolben vorbei direkt auf den Ventilkörper geleitet wird, ist das Kraftniveau zum Schließen des Ventils unabhängig von dem für die Normalbetätigung über die Betätigungsstange eingestellten Verstärkerverhältnis an der Reaktionsscheibe und somit frei einstellbar.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung greift an der Reaktionsscheibe wenigstens ein Kraftübertragungsglied an, dessen an der Reaktionsscheibe anliegende Fläche kleiner ist als die an der Reaktionsscheibe angreifende Fläche des Ventilkolbens und das mit dem Ventilkörper verbunden ist. Die durch die Reaktionsscheibe hervorgerufene Rückstellkraft F ergibt sich aus dem Druck p, der über die sich verformende Reaktionsscheibe auf die Fläche A des Kraftübertragungsgliedes übertragen wird, nach der Formel F = p ' A. Da die Fläche A des Kraftübertragungsgliedes kleiner ist als die bisher verwendete Anlagefläche des Ventilkolbens, reduziert sich die Rückstellkraft entsprechend.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist das Kraftübertragungsglied ein Stößel, der in dem Ventilkolben längsverschieblich geführt ist. Der Ventilkolben übernimmt die Aufgaben der Halterung und Führung des Stößels, so daß die Erfindung ohne zusätzliche Maßnahmen an dem Steuergehäuse in bestehende Bremskraftverstärker aufgenommen werden kann. Dennoch wird die Bewegung des Ventilkolbens bei der Normalbetätigung durch den Stößel nicht beeinflußt.
Die Verbindung des Stößels mit dem Ventilkörper erfolgt erfindungsgemäß über an dem Stößel ausgebildete Vorsprünge, die in entsprechende Aussparungen in dem Ventilkörper eingesetzt sind.
Vorzugsweise ist hierbei der Stößel mit dem den Anker des Elektromagneten bildenden Abschnitt des Ventilkörpers verbunden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der der Reaktionsscheibe zugewandten Seite des Steuergehäuses wenigstens eine Aussparung ausgebildet, in der das Kraftübertragungsglied angeordnet ist, wobei das Kraftübertragungsglied über wenigstens ein sich durch eine Durchgangsöffnung in dem Steuergehäuse erstreckendes Verbindungselement mit dem Ventilkörper verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Stößel bei der normalen Betätigung über die Betätigungsstange mit seiner vollen Anlagefläche an der Reaktionsscheibe angreifen und die Betätigungskraft übertragen, während die Rückstellkraft zum Schließen des Ventils über die geringere Anlagefläche des in der Aussparung vorgesehenen Kraftübertragungsgliedes auf den Ventilkörper übertragen wird.
Vorzugsweise ist hierbei die Aussparung kreisförmig ausgebildet und konzentrisch zu dem Ventilkolben angeordnet.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist das Kraftübertragungsglied als durchgängiger Ring ausgebildet, der über mehrere, gleichmäßig um seinen Umfang verteilt angeordnete Verbindungselemente mit dem Ventilkörper verbunden ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Steuergehäuse wenigstens eine Biegefeder vorgesehen, auf der sich die Druckstange und der Ventilkörper abstützen. Die auf die Druckstange bzw. die Reaktionsscheibe wirkende Druckkraft wird über die Biegefeder auf den Ventilkörper weitergeleitet, wobei die Rückstellkraft über die Federsteifigkeit der Biegefeder beeinflußbar ist. Da auch bei dieser Ausgestaltung die Rückstellkraft nicht auf den Ventilkolben, sondern direkt auf de Ventilkörper wirkt, läßt sie sich unabhängig von dem für die Normalbetätigung des Bremskraftverstärkers eingestellten Verhältnis an der Reaktionsscheibe einstellen. In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens sind mehrere, sternförmig um die Längsachse des Steuergehäuses verteilt angeordnete Biegefedern vorgesehen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Druckweiterleitung auf den Ventilkörper gewährleistet und durch die entsprechende Erhöhung der Gesamtbiegesteifigkeit die Rückstellkraft weiter reduziert .
Um eine störungsfreie Betätigung des Bremskraftverstärkers im Normalbetrieb zu ermöglichen, weisen die Biegefedern im Bereich der Längsachse des Steuergehäuses einen Freiraum für den Durchtritt des Ventilkolbens auf.
Eine gleichmäßige Wirkung der Biegefederanordnung und damit die Reduzierung der Rückstellkraft läßt sich dadurch noch verstärken, daß die Biegefedern über wenigstens ein Ringelement miteinander verbunden sind.
Die Verbindungselemente zwischen den Biegefedern und dem Ventilkörper greifen vorzugsweise an dem den Anker des Elektromagneten bildenden Abschnitt des Ventilkörpers an.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch einen Unterdruckbremskraftverstärker gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch einen Unterdruckbremskraftverstärker gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch einen Unterdruckbremskraftverstärker gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.
Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Bremskraftverstärker ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zu seiner Achse M, die bei Einbau in ein Kraftfahrzeug normalerweise mit der Fahrzeuglängsrichtung übereinstimmt.
Das lediglich schematisch angedeutete Verstärkergehäuse 1 des Unterdruckbremskraftverstärkers wird durch eine axial bewegliche Wand 2 in eine Arbeitskammer 3 und eine Unterdruckkammer 4 unterteilt. Die bewegliche Wand 2 wird von einem Steuergehäuse 5 getragen, das axial verschieblich in dem Verstärkergehäuse 1 gelagert ist. In dem Steuergehäuse 5 ist ein Steuerventil 6 längsver- schieblich angeordnet, das über eine mit dem Bremspedal eines Kraftfahrzeugs verbundene Betätigungsstange 7 betätigbar ist. Das Steuerventil 6 besteht aus einem im Steuergehäuse 5 ausgebildeten ersten Dichtsitz 8, der einen in die Arbeitskammer 3 mündenden ersten Kanal 9 von einem mit der Unterdruckkammer 4 in Verbindung stehenden zweiten Kanal 10 trennt. In dem Steuergehäuse 5 ist ein mit der Betätigungsstange 7 verbundener Ventilkolben 11 angeordnet, auf dem ein hülsenförmiger Ventilkörper 12 längsverschieblich angeordnet ist. An dem Ventilkörper 12 ist ein zweiter Dichtsitz 13 ausgebildet, der den ersten Kanal 9 von einem mit der Umgebung in Verbindung stehendem Raum trennt. Der Ventilkörper 12 wird über eine Ventilfeder 14 ständig nach hinten, in der Zeichnung nach rechts, gedrängt.
Die Betätigungsstange 7 wird durch eine hintere Rückstellfeder 15 normalerweise in ihrer abgebildeten Ruhestellung gehalten, in der ein innerhalb des Steuergehäuses 5 angeordneter und durch eine Feder 16 nach vorne vorgespannter ringförmiger Dichtkörper 17 am zweiten Dichtsitz 13 abdichtend anliegt, gegen den ersten Dichtsitz 8 jedoch nicht vollständig abdichtet. Im Betrieb ist die Unterdruckkammer 4 ständig an eine Vakuumquelle angeschlossen, so daß in der Ruhestellung des Ventilkörpers 12 in beiden Kammern 3, 4 Unterdruck herrscht. Die bewegliche Wand 2 und das mit ihr zu gemeinsamer Axialbewegung verbundene Steuergehäuse 5 werden von einer vorderen Rückstellfeder 18 in ihre abgebildete hintere Endstellung gedrängt. Die Bremskraft wird über eine stirnseitig am Steuergehäuse 5 anliegende gummielastische Reaktionsscheibe 19 sowie eine Reaktionsscheibenaufnahme 20 auf einen Betätigungskolben eines nicht dargestellten Hauptzylinders der Bremsanlage übertragen, der an der unterdruckseiti- gen, nicht gezeigten Verstärkergehäusehälfte angebracht ist .
Ein Elektromagnet 21, der mit der Reaktionsscheibenaufnahme 20 eine Einheit bildet, wird durch die Rückstellfeder 18 an das Steuergehäuse 5 angedrückt und bildet somit mit dem Steuergehäuse 5 eine Bewegungseinheit. Dem Elektromagneten 21 ist der in der Zeichnung linke Abschnitt 22 des Ventilkörpers 12 als Magnetanker derart zugeordnet, daß der Ventilkörper 12 gegen den Widerstand der Ventilfeder 14 nach vorne gezogen wird, wenn der Elektromagnet 21 bestromt wird.
Im vorderen Abschnitt des Ventilkolbens 11 ist eine Axialbohrung 23 ausgebildet, in welcher ein Stößel 24 längsverschieblich angeordnet ist. Der Stößel 24 ist über Vorsprünge 25, die in entsprechende Aussparungen 26 des Ankerabschnitts 22 des Ventilkörpers 12 eingreifen, mit diesem fest verbunden. Hierbei erstrecken sich die Vorsprünge 25 des Stößels 24 durch Schlitze 27 in dem Ventilkolben 11.
In einem der Reaktionsscheibe 19 zugewandten Ventilkolbenraum 28 weist der Ventilkolben 11 eine flanschartige Erweiterung 29 auf, um die Anlagefläche an der Reaktionsscheibe 19 zu vergrößern. Nachfolgend wird die Funktion des wie oben beschrieben aufgebauten Unterdruckbremskraftverstärkers beschrieben.
Wenn die Betätigungsstange 7, bspw. durch das Bremspedal eines Kraftfahrzeugs, nach vorne verschoben wird und dadurch den Ventilkolben 11 nach vorne schiebt, so wird der mit dem Ventilkolben 1 verbundene Ventilkörper 12 mitgenommen und löst den zweiten Dichtsitz 13 von dem Dichtkörper 17. Damit kann von hinten in das Steuergehäuse 5 einströmende Umgebungsluft durch den ersten Kanal 9 in die Arbeitskammer 3 einströmen. Die Verbindung zwischen dem ersten Kanal 9 und dem zweiten Kanal 10 ist hierbei geschlossen, da die Feder 16 den Dichtkörper 17 fest gegen den ersten Dichtsitz 8 drückt. Aufgrund des nun zwischen der Arbeitskammer 3 und der Unterdruckkammer 4 entstehenden Druckgefälles wird die beweglich Wand 2 mit dem Steuerventil 5 nach vorne gedrückt und überträgt über die Reaktionsscheibe 19 und die Druckstange 20 die einwirkende Kraft auf den hier nicht dargestellten Hauptbremszylinder der Bremsanlage.
Falls die mechanisch über den Ventilkörper 11 bewirkte Vorwärtsbewegung des Ventilkörpers 12 und die dabei stattfindende Kraftabgabe an den Hauptbremszylinder beschleunigt und verstärkt werden soll, wird der Elektromagnet 21 erregt, so daß er den Ventilkörper 12 nach vorne zieht und dadurch den freien Strömungsquerschnitt zwischen dem zweiten Dichtsitz 13 und dem Dichtkörper 17 vergrößert. Die Betätigung des Ventilkörpers 12 über den Elektromagneten 21 kann hierbei auch völlig unabhängig von der Betätigung der Betätigungsstange 7 erfolgen. Bei einer Verschiebung des Steuergehäuses 5 aufgrund des Druckgefälles zwischen der Arbeitskammer 3 und der Unterdruckkammer 4 wird die Reaktionsscheibe 19 aufgrund der auf sie wirkenden Druckkraft durch das Steuergehäuse 5 verformt und fließt in den Ventilkolbenraum 28. Hierbei drückt sie gegen den an der Reaktionsscheibe 19 anliegenden Stößel 24 und drückt den Ventilkörper 12 zurück, um den zweiten Dichtsitz 13 zu schließen. Da die Anlagefläche des Stößels 24 an der Reaktionsscheibe 19 relativ klein ist, ist auch die durch den Anlagedruck bewirkte Rückstellkraft auf den Ventilkörper 12 gering, so daß gewährleistet bleibt, daß der Elektromagnet 21 den zweiten Dichtsitz 13 auch bei einem hohen Bremsdruck öffnen kann.
Da der Stößel 24 innerhalb des Ventilkolbens 11 ver- schieblich ist, also unabhängig von diesem bewegt wird, ist die Rückstellkraft unabhängig von dem für die Normalbetätigung, bei der der Ventilkolben 11 direkt an der Reaktionsscheibe 19 anliegt und diese verschiebt, eingestellten Verstärkerverhältnis an der Reaktionsscheibe 19 und damit frei einstellbar.
Die in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen der ersten Ausführungsform, so daß hier lediglich die Unterschiede aufgezeigt sind. Zum besseren Verständnis sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Bei der zweiten Ausführungsform ist in der Stirnseite des Steuergehäuses 5 eine ringförmige Aussparung 50 ausge- bildet, die konzentrisch mit der Längsachse M des Unter- druckbremskraftverstärkers angeordnet ist. In der Aussparung 50 ist ein Ring 51 angeordnet, der über eine Mehrzahl gleichmäßig um seinen Umfang verteilter Verbindungselemente 51, die sich durch Durchgangsöffnungen 53 in dem Steuergehäuse 5 erstrecken, mit dem den Anker des Elektromagneten 21 bildenden Abschnitt 22 des Ventilkörpers 12 verbunden ist.
Ähnlich wie der Stößel 24 bei der ersten Ausführungsform nimmt der Ring 51 die von der Reaktionsscheibe 19 ausgeübte Rückstellkraft auf und verschiebt den Ventilkörper 12 in der Zeichnung nach rechts. Da die an der Reaktionsscheibe 19 anliegende Fläche des Ringes 51 relativ klein ist, wird die Rückstellkraft reduziert. Wie bei der ersten Ausführungsform erfolgt die Rückstellung des Ventilkörpers 12 unabhängig von dem Ventilkolben 11.
Auch bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten dritten Ausführungsform der Erfindung entspricht der grundsätzliche Aufbau des Unterdruckbremskraftverstärkers dem der ersten und zweiten Ausführungsform, so daß er nicht erneut im Detail beschrieben wird.
In dem vorderen Bereich des Steuergehäuses 5 sind bei der dritten Ausführungsform jedoch mehrere gleichmäßig über den Umfang des Steuergehäuses 5 verteilte und sich radial nach innen erstreckende Biegefedern 60 vorgesehen, auf denen sich die Druckstange 20 über Verbindungselemente 61 abstützt. Die Biegefedern 60 lassen im Bereich der Längsachse M des Steuergehäuses 5 einen Freiraum für den Durchtritt des Ventilkolbens 11 frei und sind an ihren inneren freien Enden über Verbindungselemente 62 mit dem Ankerabschnitt 22 des Ventilkörpers 12 verbunden. Die sich radial erstreckenden Biegefedern 60 sind ferner miteinander über einen Ring 63 verbunden, mit dem sie bspw. vernietet sind.
Werden nun beim Einströmen der Luft in die Arbeitskammer 3 aufgrund des dann entstehenden Druckgefälles das Steuergehäuse 5 und die Druckstange 20 unter Beteiligung der Reaktionsscheibe 19 zusammengeschoben, so stützt sich die Reaktionsscheibenaufnahme 20 auf den Biegefedern 60 ab und erzeugt ein Biegemoment, das den Ventilkörper 12 über die Verbindungselemente 62 zurückdrückt. Die Rückstellkraft kann hierbei über die Biegefestigkeit der Biegefedern 60 eingestellt werden. Auch hierbei ist die Rückstellkraft unabhängig von dem für die Normalbetätigung eingestellte Verstärkerverhältnis an der Reaktionsscheibe 19 einstellbar.
Mit der Erfindung wird somit die auf den Ventilkörper 12 wirkende Rückstellkraft zum Schließen des zweiten Dichtsitzes 13 wesentlich reduziert, so daß auch bei einem hohen Bremsdruck ein Öffnen des zweiten Dichtsitzes 13 durch den Elektromagneten 21 möglich bleibt. Dennoch erfolgt keine Beeinflussung des Verstärkerverhältnisses an der Reaktionsscheibe 19 für den Normalbetrieb. Bezugszeichenliste
1 Verstärkergehäuse 27 Schlitz
2 bewegliche Wand 28 Ventilkolbenraum
3 Arbeitskammer 29 Erweiterung
4 Unterdruckkammer
5 Steuergehäuse 50 Aussparung
6 Steuerventil 51 Ring
7 BetätigungsStange 52 Verbindungselement
8 erster Dichtsitz 53 Durchgangsöffnung
9 erster Kanal 60 Biegefeder
10 zweiter Kanal 61 Verbindungselement
11 Ventilkolben 62 Verbindungselement
12 Ventilkörper 63 Ring
13 zweiter Dichtsitz
14 Ventilfeder
15 Rückstellfeder
16 Feder
17 Dichtkörper
18 Rückstellfeder
19 Reaktionsscheibe
20 ReaktionsScheiben
21 Elektromagnet
22 Ankerabschnitt
23 Axialbohrung
24 Stößel
25 Vorsprünge
26 Aussparung

Claims

Patentansprüche :
1. Unterdruckbremskraftverstarker mit elektromagnetischer Hilfssteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit
einem Verstärkergehäuse (1), dessen Innenraum durch eine bewegliche Wand (2) in eine Arbeitskammer (3) und eine Unterdruckkammer (4) unterteilt ist,
einem die bewegliche Wand (2) tragenden Steuergehäuse (5), das mit der beweglichen Wand (2) in Axialrichtung des Verstärkergehäuses (1) bewegbar ist und einen ersten Dichtsitz (8) aufweist,
einem im Steuergehäuse (5) axial beweglich angeordneten Dichtkörper (17),
einem im Steuergehäuse (5) axial beweglich angeordneten und über eine Betätigungsstange (7) betätigbaren Ventilkolben (11),
einem auf dem Ventilkolben (11) axial beweglich angeordneten Ventilkörper (12), der einen zweiten Dichtsitz (13) aufweist und zum Dichtkörper (17) hin vorgespannt ist, wobei der Ventilkörper (12) über den Ventilkolben (11) von dem Dichtkörper (17) weg bewegbar ist, einem in dem Steuergehäuse (5) vorgesehenen Elektromagneten (21) zur Verschiebung des Ventilkörpers (12), wobei der Ventilkörper (12) auch unabhängig von dem Ventilkolben (11) über den Elektromagneten (21) von dem Dichtkörper (17) weg bewegbar ist, und
mit einer Reaktionsscheibe (19) aus elastischem Material, die zur Übertragung der Bremskraft zwischen dem Steuergehäuse (5) und einer bspw. mit dem Hauptzylinder einer Bremsanlage verbundenen Reaktionsscheibenaufnahme (20) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Reaktionsscheibe (19) und dem Ventilkörper (12) Einrichtungen (24, 51, 60) vorgesehen sind, über die eine von der Reaktionsscheibe (19) entsprechend der Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer (3) und der Unterdruckkammer (4) auf den Ventilkörper (12) ausgeübte Rückstellkraft gegenüber einer bei der Betätigung des Ventilkolbens (11) mittels der Betätigungsstange (7) wirkenden Rückstellkraft reduziert und an dem Ventilkolben (11) vorbei direkt auf den Ventilkörper (12) übertragen wird.
2. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Reaktionsscheibe (19) wenigstens ein Kraftübertragungsglied (24, 51) angreift, das mit dem Ventilkörper (12) verbunden ist und dessen an der Reaktionsscheibe (19) anliegende Fläche kleiner ist als die an der Reaktionsscheibe (19) angreifende Fläche des Ventilkolbens (11).
3. Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsglied ein Stößel (24) ist, der in dem Ventilkolben (11) längsverschieblich geführt ist.
4. Bremskraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (24) Vorsprünge
(25) aufweist, die in entsprechende Aussparungen
(26) in dem Ventilkörper (12) eingesetzt sind.
5. Bremskraftverstärker nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (24) mit dem den Anker des Elektromagneten (21) bildenden Abschnitt (22) des Ventilkörpers (12) verbunden ist.
6. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der der Reaktionsscheibe (19) zugewandten Seite der Reaktionsscheibenaufnahme (20) wenigstens eine Aussparung (50) ausgebildet ist, in der das Kraftübertragungsglied (51) angeordnet ist, und daß das Kraftübertragungsglied (51) über wenigstens ein sich durch eine Durchgangsöffnung (53) in der Reaktionsscheibenaufnahme (20) erstreckendes Verbindungselement (52) mit dem Ventilkörper (12) verbunden ist.
7. Bremskraftverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (50) kreisförmig um den Ventilkolben (11) umläuft.
8. Bremskraftverstärker nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (50) konzentrisch mit dem Ventilkolben (11) angeordnet ist .
9. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsglied als durchgängiger Ring (51) ausgebildet ist, der über mehrere, gleichmäßig um seinen Umfang verteilt angeordnete Verbindungselemente (52) mit dem Ventilkörper (12) verbunden ist.
10. Bremskraftverstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (51) über die Verbindungselemente (52) mit dem Ventilkörper (12) verschraubt ist.
11. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (51) mit dem den Anker des Elektromagneten (21) bildenden Abschnitt (22) des Ventilkörpers (12) verbunden ist.
12. Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Steuergehäuse (5) wenigstens eine Biegefeder (60) vorgesehen ist, auf der sich die Druckstange (20) und der Ventilkörper (12) abstützen.
13. Bremskraftverstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere sternförmig um die Längsachse (M) des Steuergehäuses (5) angeordnete Biegefedern (60) vorgesehen sind.
14. Bremskraftverstärker nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefedern (60) im Bereich der Längsachse (M) des Steuergehäuses (5) einen Freiraum für den Durchtritt des Ventilkolbens (11) freilassen.
15. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefedern (60) über wenigstens ein Ringelement (63) miteinander verbunden sind.
16. Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Biegefedern (60) über Verbindungselemente (61) an dem den Anker des Elektromagneten (21) bildenden Abschnitt (22) des Ventilkörpers (12) abstützen.
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