弹簧储能缸 【技术领域】
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述用于检测辅助和驻车制动功能的弹簧储能缸。
背景技术
已经有一些弹簧储能缸用于提供辅助或驻车制动功能，它们在行驶时释放以及在停车时借助弹簧作用在制动杠杆上以便固定汽车。一旦在弹簧储能器一次腔内的气动压力将弹簧储能器活塞克服储能器弹簧的力移到后撤的位置，便达到释放的位置。为固定汽车所需要的工作行程通过弹簧储能器一次腔内的压降引发，压力下降到可通过储能器弹簧超出的力使弹簧储能器活塞运动并实施其工作行程。在一次腔内可能余留的压力和制动器本身的反作用力逆工作行程作用。
这种弹簧储能缸还包括一根释放螺杆，借此在压缩空气制动装置能量损失的情况下可以释放弹簧储能器。释放螺杆可以被操纵，以便为了释放制动杠杆将活塞运动到后撤地位置。当释放螺杆作为应急释放装置对驻车或辅助制动装置无效时，这一情况必须能目视识别，为的是使司机或车间工作人员能知道当时的工作状况。在已知的弹簧储能缸中，释放螺杆在应急释放状态从弹簧储能器外壳伸出，或一个与释放螺杆连接的销钉从外壳伸出。由此可以从外部识别应急释放装置的工作状态。然而，目视检查工作状态是有缺点的，因为在小的安装空间内这种检查比较困难，以及观察者也可能对工作状态作出错误的判断。此外，在汽车上存在多达6个弹簧储存器，所以目视检查很费时间。还有，释放螺杆可能只是部分从弹簧储能器外壳旋出。在这种情况下形成的中间位置是不确定和可能被忽略或错误解释的。按此方式操纵的应急释放装置会消减驻车和辅助制动功能，因为活塞的工作行程是受限制的。
为了使汽车安全和经济地工作，司机在任何时刻需要有关驻车制动器当前工作状况的信息。当汽车用排空的储气筒投入运行时这有重要意义，因为起动只有在驻车制动器释放时才应进行。此外，驻车制动装置可能的缺陷也必须例如通过压力损失能立即识别，以便不会在行驶期间由于此驻车制动器导致失控的制动过程。
弹簧储能缸释放位置的到达，大多间接地通过控制一次腔内的压力来保证，此时在规定的释放压力下触发一个压力开关，以及在仪表板内的报警信号灯熄灭。在全工作压力时，弹簧储能器活塞克服弹簧的作用压到行程位置为0的后撤位置。在仪表板内报警信号灯的熄灭通过压力开关实施，它的开关压力规定为一个确定值，此值高于弹簧储能缸实际上的释放压力。这是由于释放压力有很大的误差这一事实造成的，因为加工引起储能弹簧输出力比较大的误差以及另一些因素，如在弹簧储能器活塞动态密封装置上变化的摩擦力和基于松弛造成的力下降。这些影响导致在气动压力相同时活塞具有不同的行程。因此，释放位置不能单值地对应于一个准确的工作压力。确切地说，在压力开关的开关压力规定时，必须考虑到这些影响，以便即使在有不利的误差的情况下开关信号也不会过早地触发。
但这样一来在正常情况下开关便过晚地触发信号，也就是说要在达到弹簧储能器活塞的释放位置之后，由此产生一种时间损失，这种时间上的损失不必要地延迟向司机显示汽车的行驶准备。反之，在驻车制动器活化时报警信号灯的工作不必要地提前进行，因为在受压力控制的信号触发时弹簧储能器活塞还根本没有运动。此外，在弹簧储能缸中使用压力开关还有一个缺点是，弹簧储能缸始终用全工作压力(例如8bar)通风，而为了释放例如5.1bar的释放压力便已经足够了。产生压差所需的能量完全未利用并增加了汽车的能耗。尤其当驻车制动装置频繁使用时这尤其有重要意义，如在配送货物的汽车中便是这种情况。此外产生直至辅助或驻车制动有效时的时间损失，因为在工作压力与释放压力之间的压力差首先必须在弹簧储能器活塞的工作运动开始之前降低。
【发明内容】
因此本发明的目的是创造一种前言所述类型的弹簧储能缸，它避免上述缺点以及借助它可以简单而快速地检测辅助或驻车制动器的工作状态。
此目的用具有权利要求1特征的弹簧储能缸达到。
按本发明，为了检测活塞在外壳内的位置设至少一个接触开关，从而可以监测弹簧储能缸的工作状态。由此取消了在先有技术中借助气动压力的弹簧储能缸通常带有误差的控制，因为要感知的弹簧储能器活塞位置不是间接而是直接检测的。这导致早得多的信号触发，从而可在尽可能早的时刻向司机指示汽车的行驶准备。当驻车制动器被活化并因而降低在弹簧储能缸内的压力时，产生一个重新接通报警信号灯的信号并向司机指出驻车制动器已置入。若系统中存在缺陷，例如由于压缩空气系统不密封、储能弹簧断裂或其他情况，则借助接触开关可以直接检测到此含缺陷的状况并接通仪表板内相应的报警信号灯。
也可以实施各弹簧储能缸信号的平衡，以便能间接地检测故障。在一辆汽车上大多使用多个弹簧储能缸，它们有近似相同的反应时间。在这种情况下如果在反应时间上产生显著的差别，这些差别不再能将因误差引起释放时间的偏差作为正常的理由说明，则可发出一个报警信号。这种各弹簧储能缸可互相检查的可能性对于交通安全也有重要意义。一个在其作用方面已消减的储能弹簧，亦即减小了制动作用，在辅助制动器投入使用时会导致汽车危险的斜拉，或会不允许地降低驻车制动功效。这些问题必须立即通过汽车控制系统识别和显示，这在采用迄今手动的检验方法时是不可能做到的。
按本发明的一种优选的实施形式，在释放螺杆和活塞之间设一接触开关。一旦活塞被置于止挡位置以及机械地贴靠在缸底上，便在接触开关内接通一个电流回路。由此可在活塞处于完全后撤的位置以及制动器处于未制动状态时，借助接触开关检测弹簧储能缸的工作状态。因此借助接触开关可以熄灭在仪表板内前面已说明的报警信号灯。与借助压力开关的检查相比较，做到早得多地触发信号，因为要感知的弹簧储能器活塞的终端位置是直接检测的。
此外，若为了检测后撤位置在释放螺杆或释放螺杆头与活塞之间设接触开关，则可以检测例如由于压缩空气系统中不密封而处于运动中的活塞。这样一种带故障的工作迄今只是在驻车制动装置中当工作压力降到低于释放压力并因而可以触发压力开关时才通过报警信号灯显示。在另一种典型的在弹簧储能器活塞密封装置不密封的情况下，压缩空气可进入弹簧储能缸的弹簧腔并在那里引起压力增高，压力的增高支持弹簧力以及从一个确定的压力水平起使弹簧储能器活塞运动。但如果在驻车制动装置内的工作压力由于这种漏泄未降到低于释放压力，压力开关便不触发信号。此整个过程在适当的条件下可悄悄地发生，所以司机没有觉察到已消除制动器的通风间隙并可能使制动器过热运转。这些故障可导致直至汽车燃烧，并意味着对司机和其他交通用户的一种严重的危险。
此外还有这样一些情况，此时，释放螺杆被操纵，以便使活塞运动到后撤位置并因而起动应急释放功能。由此，甚至在活塞已置于后撤位置时也不再活化接触开关。于是可接通报警信号灯或报警信号灯可保持接通，它表示应急释放装置已全操纵或部分操纵。这对于司机是重要的，因为按照弹簧储能器活塞的行程完全或部分限制经调整的释放螺杆的功能，由此使驻车制动器完全或部分地不起作用。以类似的方式可以识别一根在行驶中被锁止和无意中从缸体旋出的释放螺杆。也可以检测到例如在汽车修理后没有重新完全旋入的释放螺杆，因为在气动释放驻车制动装置时报警信号灯未熄灭。这也是有特别重要的意义的，因为释放螺杆在缸体内的螺纹连接只有在完全旋入的状态下才密封。在此部位的不密封性导致通过螺纹间隙在弹簧腔内侵入水分和脏物和引起腐蚀或不密封，直至辅助和驻车制动功能丧失。
因此接触开关对于提高制动装置的工作可靠性并因而一般而言对于改善交通安全作出贡献。
此外，接触开关的信号可越过操纵报警信号灯在制动系统中利用于控制的目的。例如随着弹簧储能器活塞到达释放位置触发的电信号，可应用于控制在驻车制动装置中设在弹簧储能缸上游的继电器阀。在常用的系统中，弹簧储能缸为了释放驻车制动器用可供使用的全工作压力通风，此工作压力通常比释放压力高约35至50％。继电器阀建议的断开应在弹簧储能器活塞到达释放位置时实施。为此必须存在一个或直接用电控制的继电器阀，或通过电接通的气动控制的继电器阀。用开关的信号这样控制继电器阀，即，使得在弹簧储能缸内的压力停止进一步上升。由此，一方面节省为造成附加地经全工作压力预压的空气体积所需的能量，这种空气体积是需要的，为的是将弹簧储能缸内的压力从释放压力提高为全工作压力。另一方面在总体上将弹簧储能缸在每次操纵时的空气消耗量约减少上述体积。因为弹簧储能制动装置的储气筒按法定的规范必须与驻车制动装置所需要的压缩空气体积成一定关系地确定尺寸，所以所建议装置的此优点可以减小储气筒的尺寸，伴随而来的收获是减小结构空间，降低成本和重量。
电接触开关控制功能的另一个优点是缩短驻车制动器的起动时间，因为只须从释放压力起而不再从全工作压力水平起排气。这就排除了用于降低压力差所需的时间，尤其在行驶的情况下这是有利的，在这种情况下要求驻车制动器快速起动，例如在山坡上停车时针对停停走走的行驶状态，或在用辅助制动器应急制动时。这一效果提高了行车舒适性和交通安全。
最后，本发明的另一个优点是降低制动系统的成本，因为与使用电开关少量增加费用相比，取消压力开关更多地减少了费用。此外，因为降低了弹簧储能缸内的压力水平，可以将弹簧储能缸的不同构件设计为与此压力水平相适应的较小的尺寸，这导致进一步降低成本和重量。
按本发明的一种优选的实施形式，在释放螺杆内设至少一个通道，用于容纳去接触开关的导线。由此，接触开关的导线可受保护地延伸以及不需要占单独的结构空间。
优选地，在释放螺杆从外壳伸出的部分上设与接触开关连接的接触元件，它们可与一插头触点接通。由此可以在拔掉插头后快速操纵应急释放装置，并可以简单的方式建立与所述开关的连接。
按另一种实施形式可设一接触开关，用于检测活塞处于离完全释放制动器后撤的位置有一小的间距的位置。开关的这样一种调整可例如在后撤位置前约10至20mm处进行。因此，此接触开关检测的是这样一种工作状态，在此工作状态下制动器摩擦片在释放操作时正好不再贴靠在制动盘上，或在制动过程中正好尚未贴靠并因而不存在制动力矩。然后需要活塞直至后撤位置的进一步的释放行程，以便在制动盘与摩擦片之间造成全通风间隙。调整为上述值的开关可以产生一个在时间上尽可能接近制动器有效释放或制动器成为有效时发出的开关信号。可将此信号例如供给一电子控制器，控制器则给予在山坡上的起动以支持或支持“汽车在坡路上停车的防滑溜装置(Hillholder)”的功能。在此进一步发展中还可以采用有两个开关位置的开关，它不仅在全后撤位置而且在活塞有间距的位置发出一个信号。
此外，可以使用一个接近开关，它在离要释放构件的一个规定的距离时触发。
按另一种实施形式，释放螺杆端侧包括一个增粗的释放螺杆头，以及释放螺杆头面朝释放螺杆的环形侧设一接触开关，用于检测释放螺杆头与活塞的接触。如此设置的接触开关构成一个位置固定的基准点，它既用于识别活塞的位置也用于在螺杆上运动的释放螺母。在这里可采用两个开关，其中之一设在释放螺杆的头部与一个固定在弹簧储能器活塞管上的构件的内端面之间，而另一个设在释放螺母与释放螺杆头圆形端面之间。以此方式当应急释放装置活化时可以得到两个分开的信号，一个信号针对活塞的位置，而第二个信号针对行驶状况。
此外，接触开关可安装在缸体底部，所以接触开关在活塞处于全后撤位置时被操纵。
接触开关也可以安装在活塞杆上，活塞杆处于弹簧储能活塞与制动杠杆之间并与制动杠杆构成一个单元，因为此单元完全保持压靠在活塞上。
【附图说明】
下面借助多个实施例并参见附图详细说明本发明。其中：
图1按本发明的弹簧储能缸一种实施例的剖切侧视图，
图2相对于图1经修改的实施例剖切侧视图；以及
图3按本发明的弹簧储能缸另一种实施例的剖切侧视图。
【具体实施方式】
弹簧储能缸1包括第一外壳部分2、第二中央外壳部分3和第四外壳部分3’。在第一外壳部分2内装一弹簧4，它在一侧支承在外壳2上以及在相对侧贴靠在活塞5上。为了容纳弹簧4，活塞5有一个U形部分50，其中的型面51规定用于形封闭地安装在端侧的最后一圈弹簧。在相对侧，外壳2同样包括型面20和21，用于安放端侧的弹簧圈。在外壳部分2和3与活塞5之间形成的空腔内，设一个可加压的驻车制动器部分的一次腔30。
在活塞5内部装一释放螺杆6，它有一释放螺杆头60，释放螺杆头在面朝外的端侧贴靠在一接触开关7上。接触开关7包括一个接触开关顶部70，它通过挺杆74与螺纹段75连接。螺纹段75旋入一个形式上为用于活塞5的内部通风装置的止挡8内。接触开关顶部70通过密封装置或滑动导引装置71部分安装在释放螺杆头60内。在图示的位置，第一接触部位72和第二接触部位73贴靠在接触开关顶部70上，接触开关顶部有导电连接装置并因而可以闭合一个控制电流回路。
释放螺杆6装入活塞5的一个管状部分55中，其中固定一活塞管54。活塞5包括一固定部分52，在固定部分内安装一卡锁件53，以便固定活塞管54和构成释放螺杆头后侧61的止挡。活塞5最大可从图1所示具有行程为0的后撤位置(在此位置下释放螺杆头60贴靠在接触开关7上)，向左一直运动到部分50的端面贴靠在外壳部分3面朝它的端面上。
活塞5将端侧56压在薄膜11上，薄膜固定在中央外壳部分3与外壳部分4之间。在外壳4与薄膜11之间构成的腔内设一个可加压的二次腔10(脚制动器部分的一次腔)，其中装一活塞杆13，它将一块板12贴靠在薄膜11上。在活塞杆13上安装一压栓14，压栓将端侧压在没有详细表示的制动杠杆15上。因此，通过活塞5运动，在薄膜11、板12、活塞杆13以及压栓14中间连接的情况下，操纵朝压栓14方向预紧的制动杠杆15。在这种情况下，外壳部分4借助支撑螺栓16固定在图中未表示的制动器鞍形座上。
在外壳部分4中，在面朝制动杠杆15那一侧的端侧和在活塞杆13上与板12相邻处之间固定一波纹盒17，以建成一密封的二次腔10。二次腔10可为了操纵脚制动器通过一个图中未表示的通风装置加压。此二次腔10经由孔18与外界空气连通。在装配状态，活塞杆13的板12通过弹簧19预紧在图示的位置。
在图1中，一次腔30通过图中未表示的通风装置加压。因此活塞5处于后撤位置，在此位置释放螺杆头60的端面贴靠在接触开关7上。由此在接触开关7内接通一个电流回路并产生一个信号，它通过装在释放螺杆6内的导线62传给触针64，触针64与插头25的接触元件26接触，插头插在释放螺母63上。接触开关7的信号然后进一步通过导线27导向汽车制动系统的一个没有表示的控制器。
为了操纵驻车制动器，在一次腔30内将压力降低到使弹簧4的力大于在一次腔30内作用于活塞5上的压力。由此使活塞5与薄膜11、活塞杆13和压栓14一起向制动杠杆15运动，制动杠杆在克服通风间隙后提供制动力。为了释放驻车制动器增高在一次腔30内的压力，直至活塞5重新运动到后撤位置。一旦接触开关7贴靠在释放螺杆头60的端面上便发出一个信号，它表示已处于行驶状态。由此可以停止在一次腔30内压力的进一步升高，因为已经到达终端位置，以及可通过系统的控制器给予司机通报告之汽车已作好行驶准备。
若由于故障，例如因为在一次腔30内不能升高到足够的压力，应不允许进行制动器的释放，则可以在拔下插头25后操纵释放螺母63，以便能将释放螺杆6向外旋转。此时环形面61作用在卡锁件53上并因而将活塞5拉到后撤位置。在应急释放装置活化时，尽管活塞5运动到后撤位置，当然也不会通过接触开关7发出任何信号，因为释放螺杆头60并没有贴靠在接触开关7上。由此可向司机报告，在弹簧储能缸1处已活化了应急释放装置以及必须尽可能快地排除故障。
在图示的实施例中，接触开关7布置在释放螺杆头60与排气装置8之间。也可以将开关安装在外壳部分2的底部，它通过活塞5的安装座50操纵。
此外，可以设多个开关，以检测活塞5不同的工作位置。一个开关可如图所示安装在释放螺杆头60与弹簧储能器活塞管内端面56之间，而另一个开关装在释放螺母63与释放螺杆头60圆环形端面61之间。以此方式可以获得两个分开的信号，一个有关于弹簧储能器活塞的释放位置以及第二个信号针对释放螺母63的移动位置。适当地增加用于在缸底部的第三个开关的费用，还可以监控释放螺母63在全应急释放的工作情况下的另一个终端位置。
图2和3表示按本发明的弹簧储能缸另外两种实施例，其中一致的构件采用相同的符号，以及只详细说明相对于第一种实施例的修改部分。
在图2中表示的弹簧储能缸1’中设第一接触开关7，它如在前面的那个实施例中那样包括一个接触开关顶部70，接触开关顶部部分装在释放螺杆头60’内。此外，在释放螺杆头60’处安装第二个具有开关顶部81的接触开关80，它布置在扣环83与释放螺杆头60’后侧之间。当释放螺杆头60’的后侧贴靠在开关顶部81上时，接触开关80可发出一个信号，其中，在释放螺杆头60’内设导线83和84，以便能建立相应的电连接。在这里接触开关80检测当活塞5移动约一个螺旋圈时的位置，所以可以此方式报告行驶状态。接触开关80因而设在离后撤位置有一定距离处，以便检测制动器停止其作用并克服通风间隙时活塞5的位置。为了限制结构性费用支出，用于接触开关7和80的导线置入公用的孔85内，此孔通过释放螺杆6延伸。在释放螺杆6的相对端设一盖25’，它扣在可调整的释放螺母63’上。
在图3所示的实施例中，具有开关顶部96的接触开关90装在弹簧储能器外侧插头25”的区域内。开关顶部96装在插头25”内，其中，在侧面设密封环或滑动件91。在背对释放螺杆6的那一侧设两个接触部位92和93，开关顶部96与它们配合工作，以闭合控制电流回路。接触开关90的操纵通过杆95进行，在杆的另一端设一个开关顶部96的支架94。在这里，杆95可移动地通过通道62”在释放螺杆6内延伸。当到达活塞5的后撤位置时，杆95通过活塞运动并因而操纵在外部的接触开关90。在此方案中接触开关90也可以组合在插头外壳内，或按其他有利的方式与插头组合成一个优选地气密地密封的功能单元。此外，借助这样一个在外部的开关还可以检测活塞5另一些位置。
涉及弹簧储能器活塞到达释放位置(或规定的行程位置)的开关信号的精确性，受那些决定弹簧储能器活塞管与释放螺杆头63端面相对位置的构件测量精度的影响。为了不必高成本地限制这些构件的加工误差，有利的是创造信号触发的调整可能性。
在装配弹簧储能器时，最终大多将释放螺母63旋在释放螺杆6的自由螺纹端上。然后将这两个构件用销钉固定，也就是说，通过两个互相旋在一起的构件加工一个横孔，接着在此横孔中装入一个销钉或类似物，从而使它们相互固定。这种销钉固定可利用于调整所表示的接触开关。
活塞5通过加压被置于释放位置。释放螺杆6部分或全部从外壳2旋出。接着，只要将释放螺杆6旋入活塞5的部分55内，直至触发接触开关。接触开关的触发可通过电源和检验装置显示。如此确定的释放螺杆6的位置然后例如通过加销钉固定，此时释放螺母63旋在释放螺杆6上直至止挡，接着加销钉固定。
针对接触开关信号触发的调整过程也可以自动进行，此时用于螺旋驱动的开关被直接供给接触开关的断开信号。
也可以使用其他的用于接触开关信号触发的调整方法。
附图标记一览表
1 弹簧储能缸 53 卡锁件
2 第一外壳部分 54 活塞管
3 第二外壳部分 55 管状部分
3’ 第三外壳部分 56 端侧
4 弹簧 60 释放螺杆头
5 活塞 61 释放螺杆头后侧
6 释放螺杆 62 导线
7 接触开关 63 释放螺母
8 止挡 64 触针
9 套筒 70 开关顶部
10 二次腔 71 密封装置
11 薄膜 72 第一接触部位
12 板 73 第二接触部位
13 活塞杆 74 挺杆
14 压栓 75 螺纹段
15 制动杠杆 80 接触开关
16 支撑螺栓 81 开关顶部
17 波纹盒 82 扣环
18 孔 83 导线
19 弹簧 84 导线
20 型面 85 孔
21 型面 90 接触开关
25 插头 91 密封装置
26 接触元件 92 第一接触部位
27 导线 93 第二接触部位
30 一次腔 94 支架
50 安装座 95 挺杆
51 型面 96 开关顶部
52 固定部分