DE3437994C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stellglied für eine Druckmodulation bei hydraulischen Fahrzeug­ bremsen, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1. Die dort angegebenen Regel- oder Steuerelektroniken finden sich vor allem bei Fahrzeugbremsen, welche mit Anti­ blockiereinrichtungen ausgerüstet sind. Eine solche Fahrzeugbremse ist beispielsweise aus der DE-OS 31 19 144 der Anmelderin bekannt. Sie finden sich weiter bei Fahrzeugbremsen, welche mit sogenannten Anfahr-Schlupfregelungen ausgerüstet sind. Eine der­ artige Fahrzeugbremse ist beispielsweise aus der DE-OS 32 36 366 der Anmelderin bekannt. Nachfolgend wird die Erfindung vor dem Hintergrund von Fahrzeug­ bremsen mit einer Antiblockiereinrichtung beschrie­ ben.

Es sind Antiblockiereinrichtungen bekannt, wel­ che mit einer hydraulischen Hilfsenergie den Brems­ druck modulieren. Für die Anwendung dieser hydrauli­ schen Hilfsenergie sind entsprechende Regel- und Steuerventile notwendig. Diese modulieren den effek­ tiven Bremsdruck in Abhängigkeit von einem Sollwert, welcher von einer Regelelektronik geliefert wird. Der Nachteil dieser Lösung ist, daß die hydraulische Hilfs­ energie in den meisten Fällen von Aggregaten gelie­ fert werden muß, welche aus Gleichstrommotor, Hydrau­ likpumpe, Speicher, Ventilen und zugehörigen Hydrau­ likleitungen bestehen. Dies ist sehr aufwendig.

Weiterhin wurden Überlegungen angestellt, um mit schnellen, trägheitsarmen Gleichstrommotoren diese Druckmodulation vorzunehmen. Nachteil dieser Lösung ist, daß die notwendigen Steuerströme zur schnellen Entlastung des Bremsdruckes so hoch und hochfrequent sind, daß der Ansteueraufwand ebenfalls sehr hoch ist und die notwendigen Spitzenströme in einem Fahrzeug- Bordnetz nicht vertretbar sind.

Aus der DE-OS 19 16 662 ist eine Stellvorrichtung für Bremsschlupfregler bekannt, bei der ein Ge­ triebemotor über eine sich drehende Gewindespindel den Stellkolben axial verschiebt. Für eine fein­ fühlige, schnell ansprechende Regelung ist diese Stellvorrichtung nur bedingt geeignet, da die zu beschleunigenden Massen des Getriebemotors relativ groß sind und ein Schrittschaltmotor erforderlich ist, der im Regelfall jeweils ein- und umgeschal­ tet werden muß (Vor- bzw. Rücklauf).

Bei den kurzen Schalt- und Regelzyklen tritt auch starker Verschleiß auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Stellglied anzugeben, welches sowohl ohne hydraulische Hilfs­ energie als auch ohne schnelle trägheitsarme Gleich­ strommotoren nebst Ansteueraufwand auskommt, gleich­ wohl aber eine Druckmodulation mit der von bekannten Fahrzeugbremsen gewohnten Leistung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Mittel. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltun­ gen hierzu.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausfüh­ rungsbeispieles erläutert.

Die Fahrzeugbremse besteht im wesentlichen aus dem Bremspedal 1, welches über einen Bock 2 auf einer ortsfesten Wandung 3 gelagert ist. Eine Betätigungs­ stange 4 erstreckt sich in einen Bremskraftverstär­ ker 5 üblicher Art. Dieser wirkt auf den Kolben eines üblichen Hauptbremszylinders 6. Mit 7 ist ein Brems­ flüssigkeits-Vorratsbehälter bezeichnet.

Über eine Hydraulikleitung 8 steht der Haupt­ bremszylinder 6 in Verbindung mit einem Ventil. Die­ ses besteht aus der Kugel 9, welche über eine Druck­ feder 10 in den Ventilsitz 11 gedrückt werden kann.

Die Ventilkugel 9 steht ihrerseits über einem Stößel 12 in Verbindung mit einem Kolben 13. Dieser hat die Stirnfläche 14. Vor der Stirnfläche 14 befin­ det sich ein Raum 15. Der Kolben 13 ist über eine Dichtung 16 verschiebbar gelagert in einem Gehäuse 17. Letzteres befindet sich in einem weiteren Gehäu­ se, welches alle genannten und noch zu nennenden mechanischen Teile umfaßt und hier aus Einfachheits­ gründen mit 18 bezeichnet ist.

Wie ersichtlich, steht der Raum 15 über eine Hy­ draulikleitung 19 in Verbindung mit einem Radbrems­ zylinder 20. Letzterer ist in einem Bremssattel 21 befestigt. Mit 22 ist eine übliche Scheibenbrems­ scheibe bezeichnet, welche auf einer Radwelle 23 in bekannter Weise befestigt ist.

Der Kolben 13 wird durch den Druck einer Feder 24 gegen einen Anschlag 25 gedrückt. Ein Axialkugel­ lager 26 ermöglicht, daß sich der Kolben 13 gegen­ über der Feder 24 leicht verdrehen kann.

Der Stößel 12, der Kolben 13 und eine Welle 27 bilden eine Baueinheit mit einer Spindel 28. Diese hat ihr Gegengewinde im Gehäuse 17. Von wesentlicher Bedeutung für die spätere Funktionserläuterung ist, daß die Spindel 28 nicht-selbsthemmend ausgebildet ist!

Auf dem linken Ende der Welle 27 ist ein gloc­ kenförmiger Rotor 29 befestigt. Er besteht aus dün­ nem, elektrisch gut leitendem, aber unmagnetischem Material. Auf der Welle 27 besitzt der Rotor 29 eine ringförmige Mitnahmenut 30. Mit ihr arbeitet ein Mit­ nahmehebel 31 zusammen. Letzterer steht in Antriebs­ verbindung mit dem Schleifer 32 eines Weggebers 33. Dieser ist von üblicher und bekannter Art und wird deswegen nicht näher erläutert. Anstelle der Mitnahme­ nut 30 könnte auch ein Zahnrad vorgesehen sein. Dieses könnte in üblicher mechanischer Weise ein sogenanntes Wendelpotentiometer antreiben, welches anstelle der Teile 32 und 33 vorzusehen wäre.

Der Rand des Rotors 29 taucht in einen Magnet­ kreis ein. Dieser bildet sich zwischen einer weichma­ gnetischen, topfförmigen Wandung 34 und einem mittle­ ren Kern-Teil 35. Und zwar dann, wenn eine Induktions­ wicklung 36 erregt wird, welche den Kern 35 umgibt.

Funktionswesentlich für die Erfindung ist ein Polrad 37 aus weichmagnetischem Material. Wie ersicht­ lich, hat dieses Polrad nach Art eines Zahnrades am Umfang zackenartige Erhebungen. Das Polrad 37 wird ge­ tragen von einem glockenförmigen, unmagnetischen Trä­ gerteil 38. Letzteres ist befestigt auf einer Welle 39. Die Welle 39 ist über übliche Radialkugellager 40 und 41 im Kern 35 gelagert. Am linken Ende der Welle 39 befindet sich ein Antriebsmotor 42. Dieser ist hier ein üblicher Gleichstromelektromotor, wel­ cher über einen nicht mitgezeichneten Einschalter mit dem Fahrzeug-Bordnetz verbunden werden kann.

Die Induktionsspule 36 wird erregt über die Leitungen 43 und 44. Diese stellen eine Verbindung her zu einer Regelelektronik. Deren Ausgangsstufe wird gebildet von einem Spannungs-Strom-Wandler 45. Ihm vorgeschaltet ist ein Soll-Istwertvergleicher 46. Für ihn wird man in üblicher Weise einen sogenannten Operationsverstärker wählen. Dessen nicht-invertieren­ der Eingang 47 ist über eine Wirkverbindung 48 mit dem weiter obengenannten Weggeber 33 verbunden. Seinem in­ vertierenden Eingang 49 wird ein Sollwertsignal zuge­ führt. Dieses kann von beliebiger Herkunft sein. Die­ ses Sollwertsignal, seine Herkunft und seine Erzeu­ gung gehören nicht zur vorliegenden Erfindung. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Stellgliedes bei einer Antiblockiereinrichtung wird das an den Anschlag 49 gelieferte Sollwertsignal durch eine Regelelektronik erzeugt, welche über entsprechende Auswerteglieder von einem Drehzahlgeber beeinflußt wird, welcher auf der Radachse 23 sitzt.

Das beschriebene Stellglied arbeitet wie folgt.

Die Zeichnung stellt den Ruhezustand der einzelnen Teile dieses Stellgliedes dar.

Durch die Feder 24 wird der Kolben 13 nach rechts an den Anschlag 25 gedrückt. Über die Spindel 28 wird dadurch dem Rotor 29 in be­ zug auf den Magnetspalt zwischen den Teilen 34 und 35 eine bestimmte Ausgangsstellung erteilt. Bei diesem Ruhezustand wird von dem Stößel 12 die Kugel 9 von ihrem Sitz 11 abgehoben. Dadurch ist, wie ersichtlich, eine Strömungsverbindung gegeben zwischen dem Haupt­ bremszylinder 6 und dem Radbremszylinder 20.

Wird nun an den Eingang 49 des Soll-Istwertver­ gleichers 46 ein Sollwertsignal angelegt, so ent­ steht an dessen Ausgang ein Signal für den Spannungs- Stromwandler 45. Dadurch wird über die Leitungen 44 und 43 die Induktionsspule 36 erregt. Mithin bildet sich zwischen den Teilen 34 und 35 ein Magnetfeld aus. In diesem dreht sich nun das Polrad 37. Dadurch wird ein rotierendes Drehfeld erzeugt. In diesem be­ findet sich auch die Randzone des glockenförmigen Ro­ tors 29.

Das drehende Magnetfeld erzeugt in dem Rotor 29 Wirbelströme. Diese ihrerseits bewirken in dem Rotor 29 ein Drehmoment, welches sich über die Welle 27 auf die Spindel 28 fortsetzt. Dadurch wird wiederum die Welle 27 mitsamt dem Kolben 13 und dem Stößel 12 nach links bewegt. Zunächst kommt dadurch die Ventil­ kugel 9 in Dichtsitz mit ihrem Ventilsitz 11. Wie er­ sichtlich wird dadurch der Fußbremskreis von dem Raum 15 abgekoppelt. Im weiteren Verlauf der Linksbewegung des Kolbens 13 wird nun in an sich bekannter Weise das Volumen des Raumes 15 vergrößert und dadurch auch der gesamte Hydraulikraum, bestehend aus dem Raum 15, dem Leitungsvolumen 19 und dem Druckraum des Radbrems­ zylinders 20. Im Endeffekt wird somit bei Drehung des Rotors 29 der Druck im Radbremszylinder 20 erniedrigt, analog zu dem Geschehen in der DE-OS 31 19 144.

Mit der Bewegung des Kolbens 13 nach links wird auch der Schleifer 32 des Wegstellungsgebers 33 nach links bewegt. Dadurch wird ein Istwertsignal über die Wirkverbindung 48 an den Eingang 47 des Soll-Istwert­ vergleichers 46 geliefert. Und zwar so lange, bis Ist­ wert- und Sollwertsignal einander gleich sind. Daraus ergibt sich, daß der Weg der Spindel 28 und mithin des Kolbens 13 ein getreues Abbild ist des an dem Soll- Istwertvergleicher 46 anliegenden Sollwertsignales. Wie unschwer ersichtlich, ist mithin auch der effek­ tive Druck im Radbremsvolumen 15, 19, 20 ein Quasi-Ab­ bild des an den Anschluß 49 anliegenden Sollwertes.

Wie ersichtlich, besteht bei dem Ausführungsbei­ spiel im Ruhezustand ein Druckweg vom Hauptbremszy­ linder 6 über die Hydraulikleitung 8 zur Stirnseite 14 des Kolbens 13. Mithin kann der über die Leitung 8 zugeführte Bremsdruck auf die Stirnseite 14 des Kolbens 13 wirken. Die Kraft der Feder 24 läßt sich nun leicht so wählen, daß sich der Kolben 13 nach links bewegt, sobald beim normalen Bremsvorgang der über die Leitung 8 zugeführte Bremsdruck nur wenig höher ist als derjenige Druck, welcher erforderlich wäre, um bei abgeschalteter Antiblockiereinrichtung das auf der Welle 23 sitzende Rad zu blockieren, wenn das Fahrzeug auf griffiger Straße läuft. Mithin sind bei der Erfindung alle druckübertragenden Teile im Bremssystem nur auf diesen begrenzten Maximaldruck zu bemessen. Dadurch wird, wie leicht ersichtlich, er­ heblich an konstruktivem Aufwand bei diesen Teilen ge­ spart.

Wie weiter ersichtlich, wirken bei der Erfindung die Teile 34, 35, 36, 37 und 29 als gesteuerte Wirbel­ stromkupplung. Der Rotor 29 läßt sich dabei mit sehr geringer Masse und daher entsprechend geringem Träg­ heitsmoment ausbilden. Die Reaktionsgeschwindigkeit des ganzen Stellgliedes ist dementsprechend hoch. Da­ durch kann die effektive Druckänderung im Radbremszy­ linder 20 dem Sollwert 49 sehr schnell folgen.

Soll nun der effektive Bremsdruck im Zylinder 20 wieder erhöht werden, so wird der Erregerstrom für die Induktionsspule 36 entsprechend erniedrigt oder ganz abgeschaltet. Nun erzeugt die Feder 24 ein Drehmoment. Dieses kann bei entsprechender Ausbildung der Feder 24 sehr hoch sein. Infolgedessen bewirkt die Feder 24 über das Axialkugellager 26 und den Kolben 13 eine sehr schnelle Drehrichtungsumkehr der Spindel 28. Da­ durch wird entsprechend schnell auch die Welle 27 mit dem Kolben 13 nach rechts bewegt. Hierdurch wird eine außerordentlich schnelle Druckzunahme im Radbrems­ zylinder 20 bewirkt, welche nach anderen Methoden nur sehr schwer realisiert werden kann.

Es liegt auf der Hand, daß der Rotor 29 nicht notwendigerweise glockenförmig gestaltet sein muß. Bei entsprechend anderer Gestaltung der das drehen­ de Magnetfeld erzeugenden Teile könnte der Rotor 29 beispielsweise auch scheibenförmige Gestalt haben. Es müßte dann längsverschiebbar, aber drehstarr auf der Welle 27 befestigt werden.

Es ist weiter offensichtlich, daß der Weggeber 33 und die mit ihm zusammen wirkenden Teile dann ent­ behrlich sind, wenn auf eine Stellungsrückmeldung der Spindel 28 verzichtet werden kann.

Anstelle des Elektromotors 42 kann auch ein be­ liebiger, anderer Antrieb des Polrades 37 erfolgen. Beispielsweise könnte hierzu an irgendeinem an sich beliebigen Aggregat, beispielsweise dem Dynamo, des Fahrzeuges eine Abtriebs-Nebenwelle vorgesehen wer­ den. Die Wahl eines separaten Gleichstrommotors 42 und sein rein elektrischer Anschluß an das Bordnetz haben jedoch den großen Vorteil, daß sich das ganze Stellglied bequem als kompakte und leicht anschließ­ bare Einheit ausbilden läßt. Dies ermöglicht einen besonders einfachen nachträglichen Einbau in vorhan­ dene Fahrzeuge.

Claims (5)

1. Für eine Druckmodulation bei von einer Regel- oder Steuerelektronik beeinflußten hydrauli­ schen Fahrzeugbremsen bestimmtes Stellglied, bei dem die Druckmodulation erfolgt durch Volumenvergrößerung des das Brems-Hydrauliköl enthaltenden Raumes mittels eines verschieb­ baren, einen Wandungsteil dieses Raumes bil­ denden Kolben, welcher von dem genannten Stellglied verstellt wird und durch eine Feder gegen einen, der Ruhestellung dieses Kolbens zugeordneten, ortsfesten Anschlag gedrückt wird, wobei als Stellantrieb für den Kolben ein rotatorischer Hilfsantrieb dient, dessen Abtrieb über ein Drehbewegungen in Längsbewe­ gungen umformendes mechanisches Übertragungs­ glied verbunden ist mit dem genannten Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfs­ antrieb (42) und dem mechanischen Übertragungs­ glied (28) eine elektromagnetische Wirbelstromkupp­ lung angeordnet ist.

2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirbelstromkupplung einen elektrisch gut leitenden, unmagnetischen, rotationssymmetrischen Rotor (29) aufweist, der in einem elektromagnetischen Drehfeld ange­ ordnet ist, welches von einem mit ausgeprägten Polen versehenen, aus weichmagnetischem Material bestehenden Polrad (37) erzeugt wird, welches von dem Antrieb (42) in Drehung versetzt wird und sich in einem Magnetfeld (34, 35) befindet, das von der Induktionsspule (36) erzeugt wird.

3. Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (29) glockenförmig ausgebildet ist und mit einem Rand in ein ringförmiges Magnetfeld (34, 35) eintaucht, in dem sich auch ein zahnradähnlich ausgebildetes Polrad (37) befindet.

4. Stellglied nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rotor (29) auf Mitnahme gekuppelt ist ein rotatorischer oder linearer Weggeber (33) zur Lieferung eines Stellungs-Istwertes (48).

5. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb der Wirbelstromkupp­ lung durch eine Nebenabtriebswelle eines Fahrzeugaggregates erfolgt.