DE102008001522A1 - Elektromechanischer Bremskraftverstärker - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (1) mit einem Elektromotor (5) und einem Schraubgetriebe (6), der über einen Mitnehmer (14) eine Hilfskraft in eine Kolbenstange (2) einkoppelt. Die Erfindung schlägt vor, eine Spindel (12) des Schraubgetriebes (6) über ein Federelement (15) elastisch mit der Kolbenstange (2) zu verbinden, so dass bei einer schnellen Bremsbetätigung nicht das Schraubgetriebe (6) und ein rohr (7) des Elektromotors (4) vollständig durch Muskelkraft beschleunigt werden müssen. Die zu einer Bremsbetätigung erforderliche Muskelkraft ist bei einer schnellen Bremsbetätigung dadurch verringert (Figur).
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Ein derartiger elektromechanischer Bremskraftverstärker ist bekannt aus der Offenlegungsschrift
DE 103 27 553 A1 . Der bekannte Bremskraftverstärker weist eine Kolbenstange auf, die ein Bremspedal mechanisch mit einem Kolben eines Hauptbremszylinders verbindet. Unter einer Kolbenstange im Sinne der Erfindung soll allgemein ein Verbindungselement verstanden werden, das ein Bremspedal mechanisch mit einem Kolben eines Hauptbremszylinders verbindet unabhängig von der Form des Verbindungselements, also auch wenn die Form des Verbindungselements nicht an eine Stange erinnert. Anstelle eines Bremspedals kann auch ein anderes Bedienelement zur Betätigung einer Fahrzeugbremsanlage per Muskelkraft vorgesehen sein, beispielsweise ein Handbremshebel. Der Begriff „Bremspedal” soll allgemein im Sinne eines solchen Bedienelements verstanden werden. Die Kolbenstange des bekannten Bremskraftverstärkers weist einen Mitnehmer auf, der mit einer Spindel eines Schraubgetriebes zusammen wirkt. Die Spindel ist eine Hohlspindel und umschließt die Kolbenstange konzen trisch. Eine Mutter des Spindeltriebs ist zugleich ein Rotor eines Elektromotors des elektromechanischen Bremskraftverstärkers. Der Elektromotor mit dem Spindeltrieb kann als elektromechanischer Hilfskrafterzeuger aufgefasst werden, der bei Bestromung über den Mitnehmer eine Hilfskraft auf die Kolbenstange ausübt, die eine per Muskelkraft ausgeübte Betätigungskraft erhöht. Wird das Bremspedal schnell getreten, beispielsweise bei einer Notbremsung, kann die Kolbenstange der Gewindespindel vorauseilen, die Fahrzeugbremsanlage wird dann ausschließlich per Muskelkraft betätigt. Ein Fahrzeugführer muss die Spindel und die Spindelmutter, die zugleich der Rotor des Elektromotors ist, nicht mitbeschleunigen. - Offenbarung der Erfindung
- Der erfindungsgemäße elektromechanische Bremskraftverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Kolbenstange und einen elektromechanischen Hilfskrafterzeuger auf. Der Hilfskrafterzeuger kann wie bei dem aus der
DE 103 27 553 A1 vorbekannten elektromechanischen Bremskraftverstärker ein Elektromotor mit einem Spindeltrieb oder allgemein einem Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe sein, das die drehende Antriebsbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung zur Verschiebung der Kolbenstange aufweist. Den Elektromotor und dem Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe kann ein Untersetzungsgetriebe zwischengeschaltet sein. Weitere Möglichkeiten für den elektromechanischen Hilfskrafterzeuger sind ein Linearmotor, ein Elektromagnet oder evtl. ein Piezoelement, also allgemein eine Einrichtung, die elektrische Energie in mechanische Energie wandelt. Erfindungsgemäß ist ein Abtriebselement des Hilfskrafterzeugers elastisch, beispielsweise mittels eines Federelements, mit der Kolbenstange verbunden. Das Abtriebselement ist das translatorisch bewegte Element des Hilfskrafterzeugers, im Falle eines Elektromotors mit Spindeltrieb also die Gewindespindel oder die Mutter, falls die Spindel rotierend angetrieben und die Mutter drehfest und axial verschieblich ist, im Falle eines Linearmotors oder Elektromagnet dessen Anker. Die elastische Verbindung muss nicht unmittelbar an der Kolbenstange erfolgen sondern kann auch mittelbar beispielsweise über das Bremspedal oder den Kolben des Hauptbremszylinders erfolgen. - Die Erfindung hat den Vorteil, dass bei einer schnellen Bremsbetätigung, beispielsweise bei einer Notbremsung, die Kolbenstange dem Abtriebselement des Hilfskrafterzeugers vorauseilen kann, eine Kraftübertragung von der Kolbenstange auf das Abtriebselement des Hilfskrafterzeugers ist im Vergleich zu einer starr mit dem Abtriebselement verbundenen Kolbenstange verringert, womit sich ebenso die von einem Fahrzeugführer bei einer schnellen Bremsbetätigung aufzubringende Muskelkraft verringert, weil er wegen der elastischen Verbindung die beweglichen Teile des Hilfskrafterzeugers weniger stark beschleunigen muss. Trotzdem beschleunigt der Fahrzeugführer die beweglichen Teile des Hilfskrafterzeugers über die elastische Verbindung, so dass der Hilfskrafterzeuger schneller beschleunigt, beispielsweise ein Elektromotor des Hilfskrafterzeugers schneller anläuft.
- Es ist möglich, den erfindungsgemäßen, elektromechanischen Bremskraftverstärker als Fremdkrafterzeuger zur Betätigung einer Fahrzeugbremsanlage per Fremdkraft, also ohne Muskelkraft des Fahrzeugführers, zu verwenden. Eine Hilfsbremsung bei Ausfall des Hilfskrafterzeugers oder seiner Stromversorgung oder Steuerung/Regelung ist stets möglich. Die Hilfsbremsung ist eine Notbremsung wie gesagt bei Ausfall des Hilfskrafterzeugers und nicht zu verwechseln mit der Hilfskraftbremsung, bei der ein Teil der zur Bremsbetätigung aufgebrachten Betätigungskraft von der Muskelkraft des Fahrzeugführers und der übrige Teil der Betätigungskraft vom Hilfskrafterzeuger aufgebracht wird. Die Hilfskraftbremsung ist die vorgesehene Bremsbetätigung.
- Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen elektromechanischen Bremskraftverstärker gemäß der Erfindung im Achsschnitt.
- Ausführungsform der Erfindung
- Der in der Zeichnung dargestellte elektromechanische Bremskraftverstärker
1 gemäß der Erfindung weist eine Kolbenstange2 auf, die ein Bremspedal3 mechanisch mit einem nicht dargestellten Kolben eines Hauptbremszylinders verbindet und eine mit dem Bremspedal3 ausgeübte Muskelkraft auf den Kolben des Hauptbremszylinders überträgt. Die Einleitung der Muskelkraft kann auch mit einem Handbremshebel oder einem sonstigen Bedienelement anstelle des Bremspedals3 erfolgen (nicht dargestellt). - Der Bremskraftverstärker
1 weist einen elektromechanischen Hilfskrafterzeuger4 auf, der einen Elektromotor5 und ein Schraubgetriebe6 umfasst. Der Elektromotor5 ist als Hohlwellenmotor ausgeführt, er umschließt die Kolbenstange2 konzentrisch. Ein Rotor7 des Elektromotors5 ist wie gesagt als Hohlwelle ausgebildet, trägt die Rotorwicklungen8 und umschließt konzentrisch die Kolbenstange2 . Der Rotor7 ist konzentrisch umschlossen von einem Stator9 mit Statorwicklungen10 . Der Rotor7 ist mit Kugellagern11 drehbar im Stator9 gelagert. Die dargestellte und beschriebene Konstruktion des Elektromotors5 ist nicht zwingend für die Erfindung. - Der als Hohlwelle ausgeführte Rotor
7 bildet zugleich eine Mutter des Schraubgetriebes6 , d. h. der Rotor7 weist ein Innengewinde auf. Das Schraubgetriebe6 wandelt eine drehende Antriebsbewegung des Elektromotors5 in eine translatorische Bewegung zur Verschiebung der Kolbenstange2 . Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist das Schraubgetriebe6 als Spindeltrieb, und zwar als Kugelgewindetrieb ausgeführt. Auch das ist nicht zwin gend für die Erfindung. Das Schraubgetriebe6 weist eine Hohlspindel12 auf, die konzentrisch im Rotor7 angeordnet ist und die die Kolbenstange2 konzentrisch umschließt. Die Spindel12 weist ein Gewinde auf, das über Kugeln13 in Eingriff mit dem Innengewinde des Rotors7 steht. Die Gewinde des Rotors7 und der Spindel12 sind schraubenlinienförmige Kugelbahnen. - Die Kolbenstange
2 weist einen Mitnehmer14 auf, der mit der Spindel12 zusammenwirkt. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Mitnehmer14 eine Ringstufe auf der dem nicht dargestellten Kolben des Hauptbremszylinders nahen Seite, die dem Bremspedal3 zugewandt ist und mit dem Stirnende der Spindel12 zusammenwirkt, die dem nicht dargestellten Kolben des Hauptbremszylinders zugewandt ist. Zwischen der den Mitnehmer14 bildenden Ringstufe der Kolbenstange2 und dem Stirnende der Spindel12 ist ein Dämpfer16 auf der Kolbenstange2 angeordnet. Der Dämpfer16 ist ein Gummipuffer, er hat die Form eines Gummirings mit Rechteckquerschnitt. Bei einer Bremsbetätigung durch Niedertreten des Bremspedals3 wird der Elektromotor5 des Hilfskrafterzeugers4 bestromt, dadurch der Rotor7 , der die Mutter bildet, drehend angetrieben und die Spindel12 in einer Betätigungsrichtung, also in Richtung des nicht dargestellten Kolbens des Hauptbremszylinders verschoben. Der Hilfskrafterzeuger4 übt auf diese Weise über den Dämpfer16 und den Mitnehmer14 eine Hilfskraft auf die Kolbenstange2 aus, die die mittels des Bremspedals3 ausgeübte Muskelkraft erhöht. Eine Steuerung oder Regelung des Hilfskrafterzeugers4 ist nicht dargestellt. Mit dem Hilfskrafterzeuger4 ist auch eine Fremdkraftbremsung ohne Muskelkraftbetätigung möglich, bei der die Kraft zur Betätigung einer Fahrzeugbremsanlage ausschließlich vom Hilfskrafterzeuger erzeugt wird. - Ein Federelement
15 verbindet die Kolbenstange2 elastisch mit der Spindel12 . In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Federelement15 eine Schraubenzugfeder, deren eine Endwindung mit der Kolbenstange2 und deren andere Endwindung mit der Spindel12 verbunden ist. Es ist nicht zwingend, eine Schraubenzugfeder als Federelement15 zu verwenden, es kann auch eine Schraubendruckfeder oder ein sonstiges elastisches Element Verwendung finden (nicht dargestellt). Wird zu einer schnellen Bremsbetätigung, beispielsweise bei einer Notbremsung oder bei sportlicher Fahrweise, das Bremspedal3 schnell niedergetreten, kann der als Ringstufe ausgebildete Mitnehmer14 vom Stirnende der Spindel12 abheben und die Kolbenstange2 kann der Spindel12 vorauseilen, d. h. die Kolbenstange2 kann sich in Betätigungsrichtung schneller bewegen als die Spindel12 . Ein Fahrzeugführer muss dadurch bei einer schnellen Bremsbetätigung die beweglichen Teile des Hilfskrafterzeugers4 , also die Spindel12 und den die Mutter bildenden Rotor7 , nicht voll mitbeschleunigen, der Elektromotor5 kann langsamer anlaufen, als es der Bewegung der Kolbenstange2 entspricht. Die zu einer schnellen Bremsbetätigung erforderliche Muskelkraft ist dadurch verringert. Durch die elastische Verbindung der Kolbenstange2 mit Spindel12 über das Federelement15 beschleunigt der Fahrzeugführer trotzdem die Spindel12 und erleichtert und beschleunigt dadurch den Anlauf des Elektromotors5 . - Bei Ausfall des Hilfskrafterzeugers
4 ist eine Bremsbetätigung per Muskelkraft durch Niedertreten des Bremspedals3 stets möglich. - Das Schraubgetriebe
6 bildet ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe, das eine rotierende Antriebsbewegung des Elektromotors5 in eine translatorische Bewegung zu einer Bremsbetätigung wandelt. Die Spindel12 bildet ein Abtriebselement des Hilfskrafterzeugers4 . Bei einer Betätigungsgeschwindigkeit, die eine Beschleunigung beim Anlauf des Elektromotors5 nicht übersteigt, überträgt die Spindel12 die Hilfskraft des Hilfskrafterzeugers4 ohne die Elastizität des Federelements15 auf die den Mitnehmer14 bildende Ringstufe der Kolbenstange2 . - Der Dämpfer
16 dämpft einen Aufprall der Spindel12 auf den Mitnehmer14 , wenn nach einer schnellen Bremsbetätigung die Spindel12 den „vorausgeeilten” Mitnehmer14 der Kolbenstange2 „einholt”. Dadurch wird eine Bremskraftverstärkungsüberhöhung und Bremsdrucküberhöhung durch den beschleunigten Hilfskrafterzeuger4 vermindert, wenn die Spindel12 gegen den Mitnehmer14 stösst. Statt des Dämpfers16 kann in der gelösten Grundstellung des Bremskraftverstärkers1 ein Abstand zwischen dem Stirnende der Spindel12 und dem Mitnehmer14 bestehen. Die Dämpfung erfolgt dann durch ein Zusammendrücken des Federelements15 , also eine Druckbeanspruchung des Federelements15 , bevor die Spindel gegen den Mitnehmer14 stösst. Die Dämpfung kann auch entfallen. In diesem Fall entfällt der Dämpfer16 und die Spindel12 liegt in der gelösten Grundstellung des Bremskraftverstärkers1 am Mitnehmer14 an. Das ermöglicht eine Vorspannung des Federelements15 und die Hilfskraftübertragung vom Hilfskrafterzeuger4 auf die Kolbenstange2 erfolgt ohne Elastizität. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10327553 A1 [0002, 0003]
Claims (5)
- Elektromechanischer Bremskraftverstärker mit einer Kolbenstange (
2 ) zur Übertragung einer Betätigungskraft von einem Bremspedal (3 ) auf einen Kolben eines Hauptbremszylinders und mit einem elektromechanischen Hilfskrafterzeuger (4 ), mit dem eine Hilfskraft zur Verstärkung der Betätigungskraft erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtriebselement (12 ) des Hilfskrafterzeugers (4 ) elastisch mit der Kolbenstange (2 ) verbunden ist. - Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (
12 ) des Hilfskrafterzeugers (4 ) über ein Federelement (15 ) elastisch mit der Kolbenstange (2 ) verbunden ist. - Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (
1 ) einen Mitnehmer (14 ) aufweist, der die Hilfskraft des Hilfskrafterzeugers (4 ) ohne Elastizität auf die Kolbenstange (2 ) überträgt. - Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (
1 ) ein Dämpfer (16 ) aufweist, der eine Bewegung des Hilfskrafterzeugers (4 ) bei einem Auflaufen auf den Mitnehmer (14 ) dämpft. - Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskrafterzeuger (
4 ) einen Elektromotor (5 ) und ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe (6 ) aufweist.
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