DE4015746A1 - Druckmodulator fuer eine blockiergeschuetzte, hydraulische bremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckmodulator mit ei­ nem Kolben, der eine Kammer veränderlichen Volumens be­ grenzt, die mit den Radbremsen der Bremsanlage verbunden ist, einem Trennventil zum Sperren der Kammer gegen den Hauptbremszylinder der Bremsanlage und einem Antrieb für den Kolben.

Bekannterweise wird bei einem derartigen Druckmodulator der Kolben zur Regelung des Bremsschlupfes eines Rades verscho­ ben. Mit Beginn einer Schlupfregelung wird das Trennventil gesperrt, so daß der Hauptbremszylinder von dem Bremskreis abgetrennt ist. Wird der Kolben nun so bewegt, daß sich das Volumen der Kammer vergrößert, gelangt Druckmittel aus der Radbremse in die Kammer und der Druck in der Radbremse wird abgebaut.

Für den Antrieb des Kolbens sind schon die unterschied­ lichsten Vorschläge gemacht worden. Ein Vorschlag geht da­ hin, einen hydraulischen Antrieb vorzusehen. Ein derartiger Antrieb umfaßt eine Pumpe, einen Speicher und Magnetventile die den Zufluß von Druckmittel zu einer Steuerkammer regeln. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein derartiger Antrieb sehr aufwendig ist. Es ist auch schon bekannt geworden, den Kolben mittels eines Elektromotors anzutreiben. Hier besteht der Nachteil darin, daß der Kolben wegen der unvermeid­ lichen Passungstoleranzen im mechanischen Antrieb nicht ge­ nau genug positioniert werden kann.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, einen einfachen Antrieb für einen Druckmodulatorkolben zu bestimmen und zu entwickeln, der einen einfachen Aufbau aufweist und gleich­ zeitig eine hinreichend genaue Positionierung des Druckmodu­ latorkolbens gewährleistet.

Die Aufgabe wird mit den Mitteln gelöst, die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 genannt sind. Der Kolben wird damit zum Translator eines magnetostriktiven Linearmotors.

Derartige Motoren sind zum Beispiel aus den Veröffentlichun­ gen der technischen Universität Berlin, Institut für Fein­ werktechnik und biomedizinische Technik bekannt.

Weitere Ausgestaltungen und Anwendungsmöglichkeiten der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden soll anhand von 5 Figuren der Erfindungsgedanke noch einmal verdeutlicht werden.

Fig. 1 Prinzipieller Aufbau eines Druckmodulators

Fig. 2 Verwendung des Druckmodulators in einer blockierge­ schützten Bremsanlage

Fig. 3 Abwandlungen des Druckmodulators nach Fig. 1

Fig. 4 Verwendung eines Druckmodulators nach Fig. 3 in ei­ ner Bremsanlage mit Antriebsschlupfregelung

Fig. 5 Darstellung der Funktionsweise eines magnetostrik­ tiven Linearmotors anhand von 8 Teilbildern.

Zunächst sei auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Bremsanlage mit dem Druckmodulator 5 besteht aus einem Hauptbremszylin­ der 1, der mittels eines Pedals 2 betätigt wird. An den Hauptbremszylinder 1 schließt sich über eine Bremsleitung 3 die Radbremse 4 an. In die Bremsleitung eingefügt ist ein Trennventil 6, das Bestandteil des Modulators 5 ist. Der Mo­ dulator 5 besteht weiterhin aus einem Raum 7 veränderlichen Volumens, der von einem Kolben 8 begrenzt wird. Die Radbrem­ se 4 ist unmittelbar mit der Kammer 7 verbunden. Der Kolben 8 weist eine Längsbohrung auf, durch die ein Stab 9 hin­ durchgeführt ist. Der Stab weist an seinen Enden je ein Kra­ gen 10, 11 auf, wobei der Kolben 8 am Kragen 10 anliegt und am Kragen 11 über eine Feder 12 abgestützt ist. Bei der Fe­ der kann es sich beispielsweise um eine Tellerfeder handeln. Mit der Feder wird eine gewisse Vorspannung auf dem Kolben ausgeübt. An dem Ende des Kolbens 8, das an die Kammer 7 grenzt, ist ein Stufenabsatz vorgesehen, der eine Dichtung 13 aufnimmt. Dabei wird die Dichtung 13 teilweise vom Kragen 10 gehalten. Der Stufenabsatz kann auch an eine Scheibe aus­ gebildet werden, die an den Kolben angelegt ist. Der Stab 9 kann als Schraube ausgebildet sein, wobei der Kragen 11 als Schraubenkopf und der Anschlag 10 als Mutter dargestellt sind.

Der Kolben 8 sitzt mit Preßpassung im Gehäuse des Modula­ tors.

Der Kolben 8 ist von einer Spule 14 umgeben, die mehrere Segmente 15 aufweist. Die einzelnen Segmente 15 können über Anschlüsse 16 unabhängig voneinander mit Strom versorgt wer­ den, so daß im Bereich des Kolbens lokale Magnetfelder auf­ gebaut werden können.

Am Stab 9 ist ein Stößel 17 befestigt, der mit der Ventilku­ gel 18 des Trennventils 6 zusammenwirkt. Die Grundstellung des Kolbens 8 bzw. des Stößels 9 ist so definiert, daß das Trennventil 6 gerade geöffnet ist.

Die Bremsanlage bzw. der Modulator arbeitet nach dem folgen­ den Schema:
Mit Betätigen der Bremse durch Niedertreten des Pedals 2 wird Druckmittel aus dem Hauptbremszylinder über das offene Trennventil 6 und der Kammer 7 zu der Radbremse verdrängt. Dadurch wird ein Bremsdruck aufgebaut. Der Kolben 8 liegt wegen der auf ihn wirkenden Preßkräfte unverrückbar in sei­ ner Bohrung. Das Volumen der Kammer 7 bleibt unverändert.

Das Drehverhalten des abzubremsenden Rades wird laufend mit­ tels Sensoren überwacht. Die Sensorsignale werden ausgewer­ tet, so daß eine drohende Blockiertendenz des Rades ermit­ telt werden kann. In diesem Fall setzt der Antiblockiermodus ein. Dazu werden die Spulensegmente 15 wie weiter unten be­ schrieben wird mit Strom versorgt, was zur Folge hat, daß der Kolben 8 gemäß der Darstellung nach rechts wandert. Da­ durch löst sich zunächst der Stößel 17 von der Ventilkugel 18, so daß sich diese auf ihren Sitz aufsetzt und das Trenn­ ventil 6 schließt. Weiterhin wird das Volumen der Kammer 7 vergrößert, wodurch Druckmittel aus der Radbremse in diese Kammer gelangt. Dies hat zur Folge, daß der Radbremsdruck sinkt und das Rad wieder beschleunigen kann. Durch eine ange­ paßte Veränderung des Volumens der Kammer 7 kann der Druck in der Radbremse moduliert werden.

Die Verschiebung des Kolbens 8 geschieht nun auf folgende Weise. Der Kolben 8 besteht aus einem magnetostriktivem Ma­ terial. Das Material besteht im wesentlichen aus den Ma­ terialien Eisen, Terbium und Dysprosium. Der Kolben 8 wirkt damit als Translator in einem magnetostriktivem Linearmotor. Die prinzipielle Funktionsweise derartiger Motoren ist in der Fig. 5 dargestellt. In einem Magnetfeld verändert magnetostriktives Material seine Form. Ein Stab wird dünner und länger. Wirkt das Magnetfeld nur in einem abgegrenzten Bereich, so wird nur dieser Bereich dünner und länger.

Diese Eigenschaften können ausgenutzt werden um einen Linearmotor herzustellen. Dazu wird ein Translator 30 beste­ hend aus magnetostriktivem Material in ein Preßrohr 31 ein­ gesetzt. Das Rohr ist von einer Spule umgeben, die segment­ weise mit Strom versorgt werden kann. Wird nun ein Segment 15, das das Ende des Stabes erfaßt, mit Strom versorgt, so entsteht dort ein lokales Magnetfeld, das zur Folge hat, daß in diesem Bereich die Preßpassung wegen der Verdünnung des Stabes aufgehoben wird. Gleichzeitig schiebt sich das Ende des Stabes um eine Strecke L vor.

Wandert nun das Magnetfeld am Stab entlang, so verschiebt sich gleichzeitig der verdünnte Bereich. Das Ende des Stabes tritt erneut in Preßpassung mit dem Preßrohr aber an einer Stelle, die um die besagte Strecke L gegenüber der vorheri­ gen Position verschoben ist. Mit der Verschiebung des Magnetfeldes verschiebt sich auch der Stab abschnittsweise um die Strecke L. Sobald das Magnetfeld das andere Ende des Stabes erreicht hat, ist der gesamte Stab verschoben. Das magnetische Wanderfeld verläuft somit gegen die Bewegungs­ richtung des Stabes. Mit jedem Zyklus verschiebt sich der Stab dabei um eine gewisse Strecke.

Das Prinzip des magnetostriktiven Linearmotors wird somit unmittelbar auf den Kolben 8 des Druckmodulators 5 ange­ wandt, wobei der Druckmodulatorkolben die Funktion des Translators übernimmt.

In der Fig. 2 ist eine Bremsanlage für ein Vierradfahrzeug dargestellt. Der Tandem-Hauptbremszylinder 20 weist zwei Bremskreise I, II auf. Zur Unterstützung der Pedalkräfte ist ein Unterdruckbremskraftverstärker 21 vorgesehen. Die Brems­ leitung 22, 23 gehört zu je einer Radbremse 4. Die in jeder Zweigleitung der Bremsleitung ist ein Modulator 5 gemäß der Fig. 1 vorgesehen. Die Drossel 24 verhindert, daß das Pedal durchfällt, wenn in der Anfangsphase der Bewegung des Kol­ bens 8 das Trennventil noch geöffnet ist.

Da jedem Rad ein Modulator zugeordnet ist, kann der Druck in den Radbremsen unabhängig voneinander geregelt werden.

In der Fig. 3 ist ein Bremsdruckmodulator dargestellt, der auch für eine Bremsanlage eingesetzt werden kann, mit der eine Antriebsschlupfregelung realisiert werden kann. Der Aufbau der Modulatoren gemäß Fig. 1 und Fig. 3 ist prinzi­ piell identisch. Der Unterschied besteht darin, daß das Vo­ lumen der Kammer 7 in der Grundstellung des Kolbens 8 so groß ist, daß die eingeschlossene Druckmittelmenge ausreicht die angeschlossene Radbremse zu füllen. Die Grundstellung des Kolbens 8 ist dadurch definiert, daß in dieser Position das Trennventil 6 gerade noch offen ist. Für den Kolben 8 muß daher ein ausreichender Verschiebeweg (Distanzpfeil 40) gewährleistet sein. Auch für die Ventilkugel 18 muß ein ent­ sprechender Verschiebeweg (Distanzpfeil 39) vorgesehen wer­ den. Zu berücksichtigen ist dabei der Arbeitshub der Feder 44. Damit der Kolben 8 bei nichtbetätigter Bremse diese Grundstellung einnimmt, kann ein Schalter 45 vorgesehen wer­ den, der in einen entsprechenden Regelkreis eingebaut ist.

Um den Verschiebeweg für den Ventilkörper 18 zu realisieren, muß die Haltefeder 44 entsprechend zusammendrückbar sein.

In der Fig. 4 ist der Einsatz eines Modulators nach Fig. 3 in einer Bremsanlage eingesetzt, die angetriebene Räder auf­ weist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dies die Vorderräder VL und VR, die Hinterräder HL und HR seien nicht angetrieben. In den Zweigleitungen zu den Hinterrädern sind Modulatoren gemäß der Fig. 1 eingesetzt. In den Zweigleitun­ gen zu den Vorderrädern sind Modulatoren gemäß der Fig. 3 eingesetzt. Gleichzeitig befindet sich in der Zweigleitung zwischen dem Hauptzylinder und dem Modulator ein elektro­ magnetisch betätigbares Sperrventil 41. Dem Sperrventil 41 ist ein Rückschlagventil 42 parallel geschaltet, das zum Hauptzylinder hin sperrt.

Das Drehverhalten der Räder wird, wie schon erläutert lau­ fend überwacht. Die Auswerteeinheit, die die Sensorsignale empfängt, kann auch feststellen, wenn eines der angetriebe­ nen Räder droht durchzudrehen. In diesem Fall wird auf das Rad ein Bremsmoment ausgeübt, das das überschüssige An­ triebsmoment kompensieren soll. Dazu wird das Sperrventil 41 umgeschaltet, so daß die Radbremse vom Hauptzylinder abge­ trennt ist. Das Spulensystem 14 wird nun so angesteuert, daß sich der Kolben 8 im Sinne einer Verkleinerung der Kammer 7 bewegt. Dadurch wird Druckmittel aus der Kammer 7 in die Radbremse verdrängt, wodurch dort ein Bremsdruck aufgebaut wird. Durch Variation des Volumens des Modulatorraumes kann auch der Radbremsdruck moduliert werden, so daß er einen op­ timalen Wert einnimmt, bei dem das Rad einen Schlupf auf­ weist, bei dem sowie maximale Antriebskräfte als auch aus­ reichende Seitenführungskräfte übertragen werden können.

Die Bremsanlage ist mit einem Pedalschalter 43 vorgesehen, mit dessen Hilfe festgestellt werden kann, ob die Bremse be­ tätigt wird. Ist dies der Fall während einer Bremsschlupfre­ gelung, so wird diese unterbrochen und die Anlage in den Normalbremsmodus überführt.

Claims (5)

1. Druckmodulator (5) für eine blockiergeschützte, hydrau­ lische Bremsanlage mit einem Kolben (8), der eine Kammer (7) veränderlichen Volumens begrenzt, die mit den Rad­ bremsen (4) der Bremsanlage verbunden ist, einem Trenn­ ventil (6) zum Sperren der Kammer (7) gegen den Haupt­ bremszylinder (1) der Bremsanlage und einem Antrieb für den Kolben (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) aus magnetostriktivem Werkstoff besteht und von einem Spulensystem (14) umgeben ist, das in der Lage ist ein magnetisches Wanderfeld zu erzeugen.

2. Druckmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) eine Längsbohrung aufweist, durch die ein Stab (9) hindurchge­ führt ist, der an seinen Enden jeweils einen Kragen (10,11) aufweist, wobei der Kolben (8) an den einen Kra­ gen (10) angelegt ist und an den anderen Kragen (11) mit­ tels einer Feder (12) abgestützt ist.

3. Druckmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Stab (9) ein Stößel (17) angeformt ist, der das Trennventil (6) betätigt.

4. Druckmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmodula­ tor in seiner Ruheposition eine mittlere Stellung auf­ weist, die dadurch bestimmt ist, daß das Trennventil (6) gerade noch geöffnet ist und daß der An­ trieb ausgehend von dieser mittleren Position eine Bewe­ gung des Kolbens sowohl in die eine oder andere Richtung zuläßt.

5. Bremsanlage zur Regelung des Antriebsschlupfes mit einem Druckmodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsleitung zwi­ schen dem Hauptbremszylinder und dem Druckmodulator durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil sperrbar ist.