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Die Erfindung betrifft ein Bremsgerät für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 3.
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Derartige Bremsgeräte mit elektromotorisch antreibbaren, beispielsweise elektromechanischen oder elektrohydraulischen Verstärkerstufen sind bekannt. Eine grundsätzliche Herausforderung beim Einsatz solcher Aggregate besteht darin, in die vorhandenen, insbesondere in Bezug auf die verfügbare Baulänge oft sehr knappe Bauräume im Motorraum platziert werden zu können. Beispielsweise aus
DE 10 2008 038 320 A1 ist ein gattungsgemäßes Bremsgerät mit einem Kugelgewindetrieb bekannt. Als Nachteil wird angesehen, dass die Mechanik der Verstärkerstufe für den erforderlichen Hauptbremszylinder-Hub und einen im Fehlerfall bei Ausfall der Verstärkerstufe erforderlichen direkten Durchgriff auf den Hauptbremszylinderkolben mehrfach hintereinander geschachtelt ausgebildet ist und eine zu große Baulänge benötigt. Zudem führt der komplexe Innenaufbau zu einer unerwünschten Vergrößerung der Gehäuseabmessungen und somit auch höherem Gewicht.
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Es stellt sich somit eine Aufgabe, ein verbessertes Bremsgerät der eingangs genannten Gattung anzubieten, der möglichst kompakt, gewicht- und bauraumsparend aufgebaut ist und bei Ausfall der Verstärkerstufe dennoch einen effektiven direkten Durchgriff auf den Kolben des Hauptbremszylinders ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremsgerät mit Merkmalskombination nach Anspruch 1 und/oder 3 gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
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Sowohl die Ausbildung der Rückstellvorrichtung als eine spiralförmige Bandfeder, als auch durch eine in der Lagerhülse verschiebbaren Gewindemutter des Kugelgewindetriebs du insbesondere durch Kombination der vorgenannte Merkmale wird eine besonders werden eine kompakte Bauweise und dadurch Gewichts- und Packagingvorteile ermöglicht. Die zur Rückstellung erforderliche Energie kann innerhalb einer besonders kürzen axialen Länge konzentriert werden und erfordert keine axial verschiebbaren Komponenten, die vom Gehäuse über eine längere Strecke umschlossen werden müssten.
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Ein kompakter Aufbau und axiale Verschiebbarkeit des Gewindekolbens zusammen mit der Gewindemitter unabhängig von der stets im Krafteingriff mit der Antriebseinheit stehenden Lagerhülse erlaubt es, beim direkten Durchgriff beim Ausfall der Verstärkerstufe die Kraft von der Kolbenstange in den massiven Gewindekolben abzuzweigen, dadurch den Außendurchmesser der Komponenten geringer auszulegen und dennoch die Flächenpressung an der wirksamen Krafteingriffsfläche beim Einleiten der Betätigungskraft in den Kolben des Hauptbremszylinders zu verringern.
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Die Kolbenstange kann dadurch funktionsfokussiert mehrteilig ausgeführt werden, wodurch ohne Nachteile bei Übertragung größerer Betätigungskräfte ein stätiger Kontakt des Betätigungselements mit dem Kolben und dadurch ein feinfülliges und komfortables Ansprechverhalte ohne größere Sprünge im Kraft-Weg-Verlauf realisiert werden kann.
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Zudem kann das Gehäuse der Verstärkerstufe besonders einfach und kompakt einteilig ausgebildet sein so dass zum Einen sämtliche Komponenten der Verstärkerstufe und die Antriebseinheit darin aufgenommen werden können, zum Anderen vielfältige Schnittstellen und Verschraubungsmuster oder Lochbilder daran abbildbar sind. Dadurch kann das erfindungsgemäße Bremsgerät statt eines pneumatischen Bremskraftverstärkers unter Beibehaltung der in einer bestehenden Fahrzeugapplikation vorhandenen Schnittstellen eingesetzt und mit einem beliebigen, mit einem pneumatischen Bremskraftverstärker einsetzbaren Hauptbremszylinder verwendet werden.
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Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Verstärkerstufe kann zudem durch ein einfaches Deckel verschlossen werden, die durch das Anbringen des Hauptbremszylinders fixiert wird. Dadurch entfallen gesonderte Befestigungselemente, Schnittstellen, sowie zugehörige Herstell- und Montage Operationen und das Gewicht wird weiter reduziert.
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Bewegungen und Momentane Positionsbestimmung der Kolbenstange und somit die Erfassung und Ablauf einer fahrerinitiierten Bremsung kann durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen, insbesondere günstig aus Draht herstellbaren Übertragungsglieds an ein Sensorelement
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Vorteilhafterweise kann das Sensorelement als Magnethalter für einen oder mehrere insbesondere kreissegmentförmig gestaltete Magnete ausgebildet sein, wodurch sowohl die Bewegung als auch Position auch mit einem üblichen Hallelement sehr exakt erfasst werden können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen. Hierbei zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Bremsgeräts.
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2 die Ausführungsform gemäß 1 in räumli9cher Explosionsdarstellung
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3 Explosionsdarstellung der gleichen Ausführung in Längsschnitt.
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Das erfindungsgemäße Bremsgerät 1 ist in der 1 in einem axialen Längsschnitt dargestellt. Dabei sind insbesondere lediglich erfindungswesentliche Komponenten, zum Teil stark vereinfacht, dargestellt.
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Das Bremsgerät 1 umfasst im Wesentlichen eine elektromotorisch angetriebene Verstärkerstufe 4, an die ein Hauptbremszylinder 2 montiert ist. Im vorliegenden Beispiel ist es ein Tandem-Hauptbremszylinder nach Plunger-Bauart, obwohl innerhalb der Erfindung auch weitere Hauptbremszylinder-Typen ebenfalls verwendet werden können. In dem Hauptbremszylinder 2 ist ein Kolben 3 in axiale Richtung linear verschiebbar gelagert, welcher durch seine Verschiebung in einer mit Druckmittel gefüllten und Radbremsen verbundene Druckkammer 5 Bremsdruck erzeugt.
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Zur Ansteuerung des Bremsgerätes 1 ist ein beispielsweise als Bremspedal ausgeführtes Betätigungsglied 8 vorgesehen. Ebenso kann das Bremsgerät 1 auch fahrerunabhängig autonom durch eine nicht gezeigte elektronische Steuereinheit angesteuert werden, welche die Antriebseinheit 10 aktiviert.
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Bei einem regulären Bremsbetrieb treibt die Antriebseinheit 10 mittels Zahnriemen 26, über einen Zahnkranz 34 eine Lagerhülse 13 an, in der eine Gewindemutter 11 des Kugelgewindetriebs 9 radial formschlüssig sowie axial in Richtung Kolben 3 verschiebbar ist. Auf ihrer dem Hauptbremszylinder 2 gegenüberliegenden Seite stützt sich die Gewindemutter 11 gegen einen axialfesten Anschlag 38 in der Lagerhülse 13.
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Innerhalb der Erfindung muss der Antrieb der Lagerhülse 13 nicht ausschließlich über einen Zahnriemen erfolgen, sondern kann in den hier nicht gezeigten Ausführungen auch anderweitig, beispielsweise durch ein Zahnradgetriebe erfolgen.
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Die Lagerhülse 13 ist mittels zweier Lagerelemente 29, 30 im Gehäuse 14 in Umfangsrichtung drehbar gelagert.
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Die Gewindemutter 11 steht gemäß dem Aufbauprinzip eines Kugelgewindetriebs über mehrere Kugeln im Eingriff mit einem Gewindekolben 12, welcher seinerseits mittels in der 2 gezeigter Vorsprünge 36 im Gehäuse 14 verdrehsicher geführt ist.
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Durch die Umfangs- beziehungsweise Drehbewegung der Lagerhülse 13 zusammen mit der Gewindemutter 11 wird der Gewindekolben 12 in axiale Richtung linear versetzt und leitet die Verstärkungskraft über eine druckfeste Führungsscheibe 28 in ein elastisches Kraftübertragungselement 19 ein, welches diese Kraft an den Kolben 3 übermittelt. Gleichzeitig leitet das Kraftübertragungselement 19 eine Reaktionskraft in die Kolbenstange 15 und somit zum Betätigungsglied 8 ein. Vorzugsweise kann das Kraftübertragungselement 19 aus Gummi oder elastischen Kunststoff erzeigt und in Richtung Kolben 3 gewölbt oder kalottenförmig geformt sein. Der Gewindekolben 12 fingiert somit als ein Kraftübertragungsglied 6, mit dem die Verstärkungskraft der Verstärkerstufe 4 in den Kolben 3 eingeleitet wird.
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Bei einem Fehlerfall wie beispielsweise Ausfall der elektrischen Stromversorgung oder der Antriebseinheit 10, einem Riss des Zahnriemens 26 und dergleichen steht die Verstärkungskraft nicht mehr zur Verfügung und der Kolben 3 muss somit alleine mit der durch das Betätigungsglied 8 eingeleiteten unverstärkten Betätigungskraft zum Aufbau des Bremsdrucks verschoben werden.
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Die unverstärkte Betätigungskraft wird vom Betätigungsglied 8 über eine Druckstange 27 in die Kolbenstange 15 und von dort in das Kraftübertragungselement 19 eingeleitet. Die Kolbenstange 15 ist mehrteilig ausgebildet und weist neben einem Mittelstück 16 ein Koppelstück 17 und ein Übersetzungsstück 18 auf.
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Das Koppelstück 17 dient zur Vermittlung der Betätigungskraft und der Reaktionskraft zwischen dem Mittelstück 16 und der Druckstange 27 und gleichzeitig als Anschlag, welcher nach einem definierten Verschiebeweg der Kolbenstange 15 gegen den Gewindekolben 12 stößt.
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Dadurch wird im Fehlerfall ein Teil der Betätigungskraft in den Gewindekolben 12 abgezweigt und über die Führungsscheibe 28 ebenfalls in das Kraftübertragungselement 19 eingeleitet, in dem beide Kraftanteile addiert und an den Kolben 3 vermittelt werden.
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Bei einem regulären Bremsbetrieb dagegen wird die Betätigungskraft alleine durch die Kolbenstange 15 und die Verstärkungskraft alleine durch den Gewindekolben 12 übertragen, bevor sie im Kraftübertragungselement 19 addiert werden.
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Das Übersetzungsstück 18 ist am kolbenseitigen Ende der Kolbenstange angeordnet und durch eine zwischen zwei Federelementen 32, 33 elastisch gelagerten Führungshülse 31 im Gewindekolben 12 geführt. Mit seinem dem Kolben 3 abgewandten Ende ist das Übersetzungsstück 18 im Mittelstück 16 fest aufgenommen, beispielsweise verpresst. Mit seinem anderen Ende wird das Übersetzungsstück 18 durch eine Mittelbohrung in der Führungsscheibe 28 zum Kraftübertragungselement 19 geführt. Vorzugsweise ist das Übersetzungsstück 18 so ausgelegt, dass es stets im Eingriff mit dem Kraftübertragungselement 19 steht
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Die Größe der Kontaktfläche zum Kraftübertragungselement 19 und die Länge des Übersetzungsstücks 18 beeinflussen maßgeblich das Ansprechverhalten des Bremsgeräts 1 und die Reaktionskräfte am Betätigungsglied 8. Dadurch, dass das Übersetzungsstücks 18 als eine gesonderte separate Komponente vorliegt und nicht beispielsweise in das Mittelstück 16 integriert ist, können vorgenannte Faktoren mit einem geringen Aufwand lediglich durch Änderungen an dem relativ kleinen Übersetzungsstücks 18 bedarfsgemäß angepasst werden
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Durch die axiale Verschiebbarkeit der Gewindemutter 11 ist ein Durchtreten direkt vom Betätigungsglied 8 über die Gewindespindel 12 zum Kolben 3 nicht nur im Fehlerfall, sondern auch im regulären Bremsbetrieb mit aktiver Verstärkerstufe 4 jederzeit möglich, ohne den Widerstand der Verstärkerkomponenten wie beispielsweise Kugelgewindetrieb, Antriebseinheit, Übersetzung und dergleichen überwinden zu müssen. Ebenso ermöglicht die Verschiebbarkeit im Fehlerfall die Verkürzung des Bauraumes, da ohne diese Maßnahme Platz für einen zusätzlichen Hub relativ zum Gewindekolben 12 benötigt wäre.
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Die Rückstellvorrichtung 7, welche die zur Rückstellung der Komponenten der Verstärkerstufe 4 in ihre ungebremste Ausgangskonstellation oder Ruhelage erforderliche Energie liefert, ist durch eine Spiralförmig aufgewickelte Bandfeder realisiert.
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Die Bandfeder ist mit ihrem radial äußeren Ende am Gehäuse 14 und mit ihrem radial inneren Ende an der Lagerschale 13 fixiert. Beim regulären Bremsbetrieb wird die Lagerhülse 13 von der Antriebseinheit 10 gedreht und dadurch die Bandfeder gespannt. Nach dem Beenden des Bremsvorgangs wirkt die Rückstellvorrichtung 7 mit einem Rückstellmoment quer zur Verschieberichtung des Kolbens 3 auf die Lagerhülse 13 und versetzt sie samt der daran gekoppelten Gewindemutter 11 in Drehbewegung, wodurch die Gewindespindel 12 zurückgezogen wird. Derartiger erfindungsgemäßer Aufbau benötigt im Vergleich zur linear entlang der Verschiebeachse wirkenden Druckfeder einen wesentlich geringeren axialen Bauraum.
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Zur Entkopplung der Antriebseinheit 10 beim Rücklauf kann bei Bedarf in der Kraftübertragungskette zwischen der Lagerhülse 13 und der Antriebseinheit 10 ein hier nicht gezeigter Freilauf vorgesehen werden.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse 14 der Verstärkerstufe 4 ist einteilig gestaltet und derart ausgelegt, dass die nahezu sämtliche Komponenten achsparallel von einer Seite aus Richtung der Hauptbremszylinder 2 – Position eingeführt werden können. Lediglich ein als rückwärtiger Anschlag für die Kolbenstange 15 dienender Fixierbügel 35 wird quer zur axialen Richtung in das Gehäuse 14 eingeführt, wo es elastisch eingeschnappt. Jedoch ist es innerhalb der Erfindung auch denkbar, diese Funktion auch anders, beispielsweise mit einem eingesetzten Federring, einem radial nach innen gerichteten gehäuseintegrierten Kragen oder vergleichbaren Funktionselementen zu erfüllen.
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Das Gehäuse 14 ist mit einem vergleichsweise einfachen Deckel 21 verschlossen, der zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem Gehäuse 14 eingespannt ist und keine weiteren gesonderten Fixiermittel wie beispielsweise Schrauben benötigt.
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Fig. 2
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In der 2 ist die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform des Bremsgeräts 1 in einer räumlichen Explosionsdarstellung zum Verdeutlichen und Anzeigen der in der vorstehenden Ansicht nicht sichtbaren relevanten Komponenten dargestellt. Dies betrifft insbesondere die Anordnung zum Erfassen des Bewegung und Position der Kolbenstange 15.
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Zur Ansteuerung der Verstärkerstufe 4 ist es erforderlich, den Bremswunsch des Fahrers möglichst schnell, exakt und vorzugsweise mit zusätzlichen Parametern wie Intensität und Geschwindigkeit zu erfassen. Zudem steht der Bremsdruck in der Druckkammer 5 des Hauptbremszylinders 2 im Zusammengang mit der der Position des Kolbens 5 und somit der Koppelstange 15.
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Bei Betätigung des Bremspedals wird die Kolbenstange 15 in Richtung Hauptbremszylinder 2 verschoben. Mittels eines Übertragungsglieds 23 wird die Bewegung der Kolbenstange 15 und somit auch des daran gekoppelten Betätigungsglieds 8 an einen Sensorelement 24, der in der Nähe der Außenkontur des Gehäuses 14 angeordnet ist. Das Übertragungsglied 23 ist dabei besonders einfach aus Draht gefertigt, obwohl innerhalb der Erfindung auch andere Gestaltungsmöglichkeiten zulässig sind.
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In der gezeigten Ausführung ist das Sensorelement 24 als ein schlittenförmiger Halter ausgebildet, in dem zwei kreissegmentförmig gestaltete Magnetelemente 25 aufgenommen sind. Derartig gestaltete Magnetelemente 25 erzeugen ein Magnetfeld mit einem charakteristischen Verlauf, der eine besonders exakte Positionserfassung erlaubt. Die Verwendung von mehreren in eine Reihe angeordneten Magnetelementen 25 mit den sich überlappenden Magnetfeldern ermöglicht eine Positionserfassung über eine längere Strecke mit nur wenigen kleinen Magnetelementen 25.
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Die Bewegung und Position des Sensorelements 24 wird durch eine gehäusefest am Gehäuse 14 angebrachte Sensiereinheit 22 registriert und an eine nicht gezeigte elektronische Steuereinheit übermittelt, die wiederum die Antriebseinheit 10 steuert.
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Ferner ist der 2 ein am Gehäuse 14 angeformter Aufnahmeabschnitt 20 für die Antriebseinheit 10 zu entnehmen sowie die als eine Art Gleitsteine ausgebildeten Vorsprünge 36, welche zur Verdrehsicherung des Gewindekolbens 12 im Gehäuse 14 dienen.
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Die zu den Vorsprüngen 36 korrespondierende, im Gehäuse 14 eingeformte Führungsnut 37 ist der 3 zu entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsgerät
- 2
- Hauptbremszylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Verstärkerstufe
- 5
- Druckkammer
- 6
- Kraftübertragungsglied
- 7
- Rückstellvorrichtung
- 8
- Betätigungsglied
- 9
- Kugelgewindetrieb
- 10
- Antriebseinheit
- 11
- Gewindemutter
- 12
- Gewindekolben
- 13
- Lagerhülse
- 14
- Gehäuse
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Mittelstück
- 17
- Koppelstück
- 18
- Übersetzungsstück
- 19
- Kraftübertragungselement
- 20
- Aufnahmeabschnitt
- 21
- Deckel
- 22
- Sensiereinheit
- 23
- Übertragungsglied
- 24
- Sensorelement
- 25
- Magnetelement
- 26
- Zahnriemen
- 27
- Druckstange
- 28
- Führungsscheibe
- 29
- Lagerelement
- 30
- Lagerelement
- 31
- Führungshülse
- 32
- Federelement
- 33
- Federelement
- 34
- Zahnkranz
- 35
- Fixierbügel
- 36
- Vorsprung
- 37
- Führungsnut
- 38
- Anschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038320 A1 [0002]
