WO2008128811A1

WO2008128811A1 - Elektromechanischer bremskraftverstärker

Info

Publication number: WO2008128811A1
Application number: PCT/EP2008/052283
Authority: WO
Inventors: Willi Nagel; Dirk Hofmann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2008-10-30
Also published as: JP2010524754A; EP2137035A1; US20100126167A1; DE102007018469A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (7) für einen Hauptbremszylinder (1) einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage. Die Erfindung schlägt vor, den Bremskraftverstärker (7) mit einem vorzugsweise schaltbaren Freilauf (12) auszubilden, der eine Betätigung des Hauptbremszylinders (1) ohne Bewegung eines Elektromotors (8) des Bremskraftverstärkers (7) ermöglicht. Außerdem schlägt die Erfindung vor, den Bremskraftverstärker (7) mit einem mechanischen Getriebe mit variabler Übersetzung auszubilden, das zu Beginn einer Betätigung des Hauptbremszylinders (1) eine hohe Wegübersetzung und eine mit zunehmender Betätigung steigende Kraftübersetzung aufweist. Eine variable Getriebeübersetzung ist mit einem Zahnstangengetriebe (9) möglich, dessen Zahnstange (10) eine Verzahnung mit sich über eine Länge der Zahnstange (10) ändernder Teilung aufweist. Eine andere Möglichkeit eines mechanischen Getriebes mit variabler Übersetzung ist ein Kniehebelgetriebe.

Description

Titel

Elektromechanischer Bremskraftverstärker

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

In heutigen Kraftwagen sind Unterdruckbremskraftverstärker üblich, die einen Unterdruck in einem Saugrohr eines Verbrennungsmotors des Kraftwagens zur Erzeugung einer Hilfskraft nutzen, die eine von einem Fahrzeugführer zur Betätigung einer Bremsanlage des Kraftwagens aufgebrachte Muskelkraft verstärkt. Die Unterdruckbremskraftverstärker sind üblicherweise an einem Hauptbremszylinder angeflanscht, d. h. sie sind zwischen einem Bremspedal und dem Hauptbremszylinder angeordnet und koppeln ihre Hilfskraft zwischen dem Bremspedal und einem Kolben des Hauptbremszylinders ein. Wenn nachfolgend von einem Bremspedal die Rede ist, ist darunter auch ein Handbremshebel oder ein sonstiges Betätigungselement einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage zu verstehen.

Bei modernen Verbrennungsmotoren tritt teilweise das Problem auf, dass sie keinen ausreichenden Unterdruck für einen Unterdruckbremskraftverstärker zur Verfügung stellen oder dass der Anschluss eines Unterdruckbremskraftverstärkers wegen seines Einflusses auf das Saugverhalten, also auf die Zufuhr der Verbrennungsluft, unerwünscht ist. Es sind deswegen elektromechanische Bremskraftverstärker vorgeschlagen worden, die eine Hilfskraft zur Betätigung eines Hauptbremszylinders einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage mit einem Elektromotor erzeugen. Dabei ist grundsätzlich auch eine Fremdkraftbetätigung möglich, d. h. der Hauptbremszylinder wird ausschließlich mit der Kraft des elektromechanischen Bremskraftverstärkers betätigt und nicht teilweise mit Muskelkraft. Die vom Bremskraftverstärker erzeugte und auf den Kolben des Hauptbremszylinders ausgeübte Kraft wird in diesem Fall als Fremdkraft anstatt als Hilfskraft bezeichnet. Auch das soll unter den Umfang der Erfindung fallen. Normalerweise wird eine Hilfskraftbremsung bevorzugt, bei der ein Fahrzeugführer einen Teil der Betätigungskraft per Muskelkraft auf- bringen muss, die ihm eine Rückmeldung über die Stärke der Bremsbetätigung gibt.

Die Offenlegungsschrift DE 103 27 553 Al offenbart einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für einen Hauptbremszylinder einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage. Der bekannte Bremskraftverstärker weist einen Elektromotor auf, der als Hohlwellenmotor ausgebildet und koaxial um eine Kolbenstange herum angeordnet ist, die ein Bremspedal mit einem Kolben eines Hauptbremszylinders verbindet. Im Hohlwellenmotor ist ein Spindeltrieb angeordnet, dessen Mutter von einem Rotor des Elektromotors angetrieben wird und dessen Spindel als Hohlstange ausgebildet ist, die die Kolbenstange ebenfalls konzentrisch umgibt. Die Spindel wirkt mit einem Anschlag der Kolbenstange zusammen, über den sie die Kolbenstange im Sinne einer Betätigung des Hauptbremszylinders ver- schiebt. Bei Ausfall des bekannten Bremskraftverstärkers kann der Hauptbremszylinder ohne Bremskraftunterstützung per Muskelkraft mit dem Bremspedal betätigt werden. Bei einem Unfall kann mit dem bekannten Bremskraftverstärker das Bremspedal im Sinne einer Bremsbetätigung weggezogen werden, um eine Verletzungsgefahr eines Fahrzeugführers zu verringern. Der Unfall kann mit einem Beschleunigungssensor detektiert wer- den, der beispielsweise auch zur Auslösung von Fahrzeug-Airbags vorhanden ist.

Einen weiteren elektromechanischen Bremskraftverstärker offenbart das Patent US 6 634 724 B2. Dieser Bremskraftverstärker weist einen herkömmlichen Elektromotor auf, der über ein Zahnraduntersetzungsgetriebe und ein Zahnstangengetriebe auf den Kolben eines Hauptbremszylinders bzw. auf eine den Kolben mit einem Bremspedal ver- bindende Kolbenstange einwirkt. Der Elektromotor ist um 90° winkelversetzt, genau genommen tangential zur Kolbenstange angeordnet.

Einen weiteren elektromechanischen Bremskraftverstärker offenbart die Offenlegungsschrift DE 101 13 346 Al. Bei diesem Bremskraftverstärker wird ein Moment eines Elektromotors über ein Schneckengetriebe in eine Pedalwelle eines Bremspedals eingekop- pelt. Erläuterung und Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße elektromechanische Bremskraftverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Elektromotor und ein Rotations-/Translations- Umsetzungsgetriebe auf, das eine rotierende Antriebsbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung zur Betätigung eines Hauptbremszylinders einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage wandelt. Als Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe kann beispielsweise ein Spindeltrieb oder ein Zahnstangengetriebe Verwendung finden. Auch ein dreh- oder schwenkbarer Nocken, der vom Elektromotor geschwenkt wird und unmittelbar oder mittelbar gegen einen Kolben des Hauptbremszylinders drückt, kommt als Rotations-/!^" ranslations-Umsetzungsgetriebe in Betracht. Des Weiteren ist ein Hebelgetriebe beispielsweise in Bauform eines Kurbeltriebs als Rotations-/Translations- Umsetzungsgetriebe verwendbar. Der Elektromotor treibt die Kurbel zu einer Schwenkbewegung an, die über ein Pleuel in eine translatorische Bewegung zur Betätigung des Hauptbremszylinders gewandelt wird.

Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker ein mechanisches Getriebe mit variabler Übersetzung auf. Möglich ist eine variable Übersetzung beispielsweise mit einem Zahnstangengetriebe (Anspruch 2). Zum Zwecke der Übersetzungsänderung kann eine Teilung einer Verzahnung der Zahnstange sich über eine Länge der Zahnstange ändern. Auch durch eine Änderung eines Abstands eines Zahnrads von der Zahnstan- ge eines Zahnstangengetriebes oder die Verwendung eines nicht kreisrunden Zahnrads mit sich änderndem Durchmesser ist eine Änderung der Übersetzung möglich. Eine variable Übersetzung ist auch mit einem Koppelgetriebe (Anspruch 3), beispielsweise einem Kniehebelgetriebe, möglich. Koppelgetriebe werden auch als Hebelgetriebe oder kinematische Ketten bezeichnet. Ein Getriebe mit variabler Übersetzung ermöglicht eine große Wegübersetzung zu Beginn der Betätigung des Hauptbremszylinders, d. h. eine schnelle Bremsbetätigung, und eine große Kraft- oder Momentenübersetzung am Ende der Betätigung, bei hohem hydraulischen Druck und großer Brems- und Betätigungskraft.

Durch die variable Übersetzung ist wie gesagt eine große Kraft- oder Momentenübersetzung bei großer Brems- und Betätigungskraft möglich. Entsprechend verringert sich ein Moment, das der Elektromotor des Bremskraftverstärkers zur Erzeugung einer vorgegebenen maximalen Hilfskraft aufbringen muss. Die Erfindung ermöglicht somit einen leis- tungsschwächeren und damit kleineren und leichteren Elektromotor mit geringerer Stromaufnahme.

Erfolgt eine Muskelkraftbetätigung einer Bremse über das Getriebe mit der variablen Cl- bersetzung des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers, hat das zusätzlich den Vorteil, dass die Muskelkraft ebenso wie die Fremdkraft des Bremskraftverstärkers übersetzt wird, bei großer Betätigungskraft wird eine große Übersetzung der Muskelkraft über das Getriebe mit der variablen Übersetzung des Bremskraftverstärkers erzielt. Die zur Erzeugung einer hohen Bremskraft erforderliche Muskelkraft ist verringert. Die Verringerung der Muskelkraft zur Betätigung einer Bremse bei hoher Bremskraft ist insbesondere bei einem Ausfall des Bremskraftverstärkers ein Vorteil, da der Bremskraftverstärker zur Betätigung der Bremse bewegt (angetrieben) werden muss, wozu ein Teil der Muskelkraft erforderlich ist.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.

Anspruch 8 sieht ein Schneckengetriebe für den Bremskraftverstärker vor, weil es eine große Drehzahluntersetzung und Momentübersetzung aufweist. Das Schneckengetriebe ist vorzugsweise als erste oder einzige Getriebestufe vorgesehen und wird unmittelbar vom Elektromotor des Bremskraftverstärkers angetrieben. Außer seines großen Unterbzw. Übersetzungsverhältnis hat ein Schneckengetriebe den Vorteil, dass es die Drehzahl stark verringert, wodurch eine Geräuscherzeugung verringert wird, die insbesondere durch hohe Drehzahlen bewirkt wird. Eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 sieht ein Schneckenrad des Schneckengetriebes aus Kunststoff vor, das ebenfalls der Verminderung einer Geräuschbildung dient.

Gemäß Anspruch 13 weist der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker einen Freilauf auf, der auch als richtungsgeschaltete Kupplung bezeichnet wird. Der Freilauf überträgt die Bewegung des Elektromotors in der Betätigungsrichtung auf den Hauptbremszylinder. Ist eine Bewegung des Bremspedals schneller als die Bewegung des Elektromotors bzw. des Bremskraftverstärkers oder bewegt sich der Elektromotor wegen eines Defekts überhaupt nicht, lässt der Freilauf eine Betätigung des Hauptbremszylinders mit dem Brems- pedal zu. Der Freilauf des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers wird in der Funktion einer Überholkupplung verwendet. Formschlüssige Freiläufe wie Klinkenfreiläufe sind ebenso verwendbar wie kraftschlüssige Klemmfreiläufe. Außer drehenden, d. h. rotatorisch wirkenden Freiläufen sind auch lineare Freiläufe möglich, die in einer Sperrrichtung eine lineare Bewegung vom Bremskraftverstärker unmittelbar oder mittelbar auf einen Kolben des Hauptbremszylinders übertragen und in umgekehrter Richtung, der Freilauf- richtung, eine Relativbewegung zulassen, so dass auch hier eine Bewegung des Kolbens des Hauptbremszylinders im Sinne einer Betätigung der hydraulischen Fahrzeugbremsanlage ohne oder bei langsamerer Bewegung des Bremskraftverstärkers möglich ist. Ein linearer Freilauf kann beispielsweise eine Klinke aufweisen, die mit einer Zahnstange mit sägezahnförmiger Verzahnung zusammen wirkt. Außer formschlüssigen Freiläufen sind auch bei linearen Freiläufen kraftschlüssige Freiläufe mit Klemmkörpern möglich.

Vorzugsweise ist der Freilauf des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers so angeordnet, dass sich bei einer Muskelkraftbetätigung des Hauptbremszylinders bei defektem Bremskraftverstärker möglichst wenig Teile des Bremskraftverstärkers mitbewegen, damit ein Bewegungswiderstand des Bremskraftverstärkers niedrig ist. Der Freilauf wird also vorzugsweise möglichst nahe an einem letzten Glied des Bremskraftverstärkers, evtl. auch zwischen dem letzten Glied des Bremskraftverstärkers und einer Kolbenstange des Hauptbremszylinders angeordnet, wobei mit Anordnung insbesondere auf die Wirkung, also die Einkopplung der Kraft des Bremskraftverstärkers, und weniger auf die örtliche Anordnung abzustellen ist. Allerdings ist auch ein Freilauf, der unmittelbar am Elektromo- tor des Bremskraftverstärkers angeordnet ist, im Rahmen der Erfindung möglich.

Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung ist, dass eine Betätigung des Hauptbremszylinders bei Ausfall des Bremskraftverstärkers möglich ist, wobei nur wenige oder jedenfalls nicht alle Teile des Bremskraftverstärkers mitbewegt werden. Ein Bewegungswiderstand des nicht bewegten Bremskraftverstärkers gegen eine Betätigung des Hauptbremszylin- ders ist niedrig. Weiterer Vorteil der Erfindung ist eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Bauweise und die Verwendbarkeit eines herkömmlichen Elektromotors. Im Vergleich mit einem Hohlläufermotor kommt das niedrigere Massenträgheitsmoment als Vorteil hinzu. Bei einem Unfall ist ein Wegziehen des Bremspedals, also eine Bewegung des Bremspedals im Sinne einer Bremsbetätigung mit dem erfindungsgemäßen Brems- kraftverstärker zur Minderung des Verletzungsrisikos möglich.

Anspruch 14 sieht einen schaltbaren Freilauf vor, der in eingeschaltetem Zustand als Freilauf wirkt und in ausgeschaltetem Zustand den Elektromotor des Bremskraftverstärkers und vorzugsweise auch dessen Getriebe oder Teile des Getriebes mechanisch vom Hauptbremszylinder trennt. Durch Ausschalten des Freilaufs ist ein Lösen des Hauptbremszylinders ohne Bewegung des Bremskraftverstärkers möglich, zumindest müssen nicht alle Teile des Bremskraftverstärkers mitbewegt werden. Die zum Lösen des Haupt- bremszylinders erforderliche Kraft ist dadurch verringert.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Einzelne Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Beispielsweise setzt der Freilauf nicht zwingend das mechani- sehe Getriebe mit variabler Übersetzung voraus.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen erläutert. Die Figuren zeigen vier Ausführungsformen erfindungsgemäßer elektromecha- nischer Bremskraftverstärker. Die Zeichnungen sind als schematisierte und vereinfachte Darstellungen zum Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt in schematisierter Form einen Hauptbremszylinder 1 einer im Übrigen nicht dargestellten hydraulischen Fahrzeugbremsanlage eines Kraftwagens. Im Hauptbremszylinder 1 sind ein Stangenkolben 2 und ein Schwimmkolben 3 aufgenommen. Der Stan- genkolben 2 wird mechanisch mit einem Bremspedal 4 über eine Stößelstange 5 und eine Kolbenstange 6 bewegt. Die Stößelstange 5 verbindet die Kolbenstange 6 gelenkig mit dem Bremspedal 4. Der Schwimmkolben 3 wird durch einen hydraulischen Druck beaufschlagt und bewegt, den der Stangenkolben 2 bei seiner Verschiebung in den Hauptbremszylinder 1 erzeugt. Bei einer Undichtigkeit wird der Schwimmkolben 3 durch Anlage am Stangenkolben 2 bewegt. Das ist an sich bekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Die Kolbenstange 6 ist starr mit dem Stangenkolben 2 verbunden, die Kolbenstange 6 kann mit dem Stangenkolben 2 einstückig sein.

Zwischen dem Bremspedal 4 und dem Hauptbremszylinder 1 ist ein elektromechanischer Bremskraftverstärker 7 gemäß der Erfindung angeordnet. Der Bremskraftverstärker 7 weist einen Elektromotor 8 mit angeflanschtem Untersetzungsgetriebe und ein Zahnstangengetriebe 9 mit einer Zahnstange 10 und einem Zahnrad 11 auf, das mit der Zahnstange 10 kämmt. Das Zahnstangengetriebe 9 bildet ein Rotations-/Translations- Umsetzungsgetriebe, das eine drehende Antriebsbewegung des Elektromotors 8 bzw. des angeflanschten Getriebes in eine translatorische Bewegung zum Verschieben des Stangenkolbens 2 wandelt. Die Zahnstange 10 kann zur Einkopplung einer Kraft des Bremskraftverstärkers 7 gelenkig oder starr mit dem Stangenkolben 2 oder dessen Kolbenstange 6 sein. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Kolbenstange 6 die Verzahnung der Zahnstange 10 auf, die Kolbenstange 6 bildet also auch die Zahnstange 10 des Zahnstangengetriebes 9.

Zwischen dem Untersetzungsgetriebe des Elektromotors 8 und dem Zahnrad 11 des Zahnstangengetriebes 9 ist ein Freilauf 12 angeordnet, der eine Drehbewegung vom Getriebe auf das Zahnrad 11 in einer Drehrichtung überträgt und eine Drehung des Zahnrads 11 gegenüber einer Ausgangswelle des Getriebes in umgekehrter Drehrichtung zulässt. Der Freilauf 12 wird auch als richtungsgeschaltete Kupplung bezeichnet, er ist beim Bremskraftverstärker 7 in der Funktion einer Überholkupplung verwendet. Die Sperrrichtung, in der der Freilauf 12 eine Drehbewegung vom Getriebe des Elektromotors 8 auf das Zahnrad 11 des Zahnstangengetriebes 9 überträgt, ist die Richtung, mit der der Stangenkolben 2 in den Hauptbremszylinder 1 verschoben, d. h. der Hauptbremszylinder 1 betätigt wird.

Zur Betätigung des Hauptbremszylinders 1 wird das Bremspedal 4 von einem Fahrzeugführer mit Muskelkraft niedergetreten und auf diese Weise über die Koppelstange 5, die Zahnstange 10 und die Kolbenstange 6 der Stangenkolben 2 in den Hauptbremszylinder 1 hinein verschoben. Bei der Betätigung des Hauptbremszylinders 1 wird der Elektromo- tor 8 des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers 7 bestromt und treibt über sein Getriebe, den Freilauf 12 und das Zahnrad 11 die Zahnstange 10 an. Das bedeutet, der E- lektromotor 8 bzw. der Bremskraftverstärker 7 übt eine Kraft in Betätigungsrichtung auf den Stangenkolben 2 des Hauptbremszylinders 1 aus. Die vom Bremskraftverstärker 7 auf den Stangenkolben 2 ausgeübte Kraft wird als Hilfskraft bezeichnet. Sie beaufschlagt den Stangenkolben 2 zusätzlich zur Betätigung per Muskelkraft mittels des Bremspedals 4. Die Hilfskraft des Bremskraftverstärkers 7 und die mittels des Bremspedals 4 aufgebrachte Muskelkraft addieren sich zu einer den Stangenkolben 2 beaufschlagenden Betätigungskraft. Das bedeutet umgekehrt, dass die zur Erzeugung einer bestimmten Betäti- gungskraft erforderliche Muskelkraft um die vom Bremskraftverstärker 7 aufgebrachte Hilfskraft verringert ist. Eine Steuerung oder Regelung der Hilfskraft des Bremskraftverstärkers 7 erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von einem Verschiebeweg des Stangenkolbens 2, der beispielsweise mit einem Wegsensor 13 an der Kolbenstange 6 oder der Zahnstange 10 gemessen wird, mittels eines Kraftsensors 14 und/oder eines Drucksensors 15, der den hydraulischen Druck im Hauptbremszylinder 1 misst. Die Steuerung oder Regelung erfolgt in linearer oder nicht-linearer Abhängigkeit von den genannten Messgrößen mittels einer nicht dargestellten elektronischen Steuerung oder Regelung.

Durch den Freilauf 12 ist eine Muskelkraftbetätigung des Hauptbremszylinders 1 mit dem Bremspedal 4 ohne Unterstützung des Bremskraftverstärkers 7 möglich, beispielsweise bei einem Defekt des Bremskraftverstärkers 7. Bei einer Betätigung des Hauptbremszylinders 1 mit dem Bremspedal 4 ohne Wirkung des Bremskraftverstärkers 7 bewegt die Zahnstange 10 das mit ihr kämmende Zahnrad 11 mit, der Freilauf 12 trennt zwischen dem Zahnrad 11 und dem an den Elektromotor 8 angeflanschten Untersetzungsgetriebe. Der Bewegungswiderstand des Bremskraftverstärkers 7 ist dadurch vernachlässigbar gering.

Der Freilauf 12 ist schaltbar, in eingeschaltetem Zustand hat er die beschriebene Funktion einer Überholkupplung. In ausgeschaltetem Zustand trennt der Freilauf 12 in beiden Drehrichtungen das Zahnrad 11 vom Getriebe des Elektromotors 8. Auf diese Weise ist ein leichtgängiges Rückstellen des Stangenkolbens 2 bei Ausfall des Bremskraftverstärkers 7 möglich. Bei einem Unfall, der mit einem an sich bekannten, nicht dargestellten Beschleunigungssensor feststellbar ist, kann durch Bestromen des Elektromotors 8 über die Zahnstange 10 und die Koppelstange 5 das Bremspedal 4 in Betätigungsrichtung bewegt werden, um eine Verletzungsgefahr für einen Fahrzeugführer zu verringern.

Das Zahnstangengetriebe 9 ist ein mechanisches Getriebe. Die Verzahnung der Zahnstange 10 weist eine Teilung auf, die sich über die Länge der Zahnstange 10 ändert. Die Teilung der Verzahnung der Zahnstange 10 ist an einem dem Hauptbremszylinder 1 und dem Stangenkolben 2 nahen Ende der Zahnstange 10 größer und verkleinert sich mit zunehmendem Abstand vom Stangenkolben 2 und dem Hauptbremszylinder 1. Das Zahnstangengetriebe 9 weist dadurch eine variable Übersetzung auf. Zu Beginn einer Verschiebung der Zahnstange 10 und des Stangenkolbens 2 ist eine Wegübersetzung des Zahnstangengetriebes 9 groß, wodurch eine schnelle Bewegung des Stangenkolbens 2 erreicht wird. Mit zunehmender Verschiebung verkleinert sich die Wegübersetzung des Zahnstangengetriebes 9 und in gleichem Maße vergrößert sich eine Kraftübersetzung des Zahnstangengetriebes 9. Dadurch wird die vom Bremskraftverstärker 7 aufgebrachte Hilfskraft bei konstantem Moment des Elektromotors 8 mit zunehmender Verschiebung des Stangenkolbens 2, also bei steigendem Hydraulikdruck im Hauptbremszylinder 1 und steigender Betätigungskraft größer.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Zahnstange 10 starr mit der Kolbenstange 6 und dem Stangenkolben 2. Das ist allerdings nicht zwingend für die Erfindung. Durch die starre Verbindung der Zahnstange 10 und dem Stangenkolben 2 ist es möglich, die Zahnstange 10 mit einer einzigen Führung 16 verschiebbar zu führen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Führung 16 im Bereich der Kolbenstange 6 angeordnet, die starr mit der Zahnstange 10 verbunden, insbesondere einstückig mit ihr ist. Die Führung 16 der Zahnstange 10 ist vom Zahnrad 11 des Zahnradgetriebes 9 um einen Versatz d in Richtung des Hauptbremszylinders 1 versetzt angeordnet. Der Versatz d ist so gewählt, dass eine gedachte Wirkungslinie 17 des Zahnstangengetriebes 9 die Führung 16 auf einer der Verzahnung der Zahnstange 10 gegenüber liegenden Seite schneidet. Die Wirkungslinie 17 ist eine gedachte Gerade durch einen Berührungspunkt oder eine Berührungslinie an der Zahnflanken des Zahnrads 11 und der Zahnstange 10, die bei der Betätigung des Hauptbremszylinders 1 aneinander anliegen. Die Wirkungslinie 17 ist eine Normale zu den Zahnflanken am Berührungspunkt oder der Berührungslinie. Die Wirkungslinie 17 gibt die Richtung an, in der der jeweils in Eingriff stehende Zahn des Zahnrads 11 eine Kraft auf den korrespondierenden Zahn der Zahnstange 10 ausübt. Die Wirkungslinie 17 gibt also die Richtung der vom Zahnrad 11 auf die Zahnstange 10 ausgeübten Kraft bei Betätigung des Hauptbremszylinders 1 an. Aufgrund des Versatzes d, durch den die Führung 16 der Zahnstange 10 auf einer der Verzahnung der Zahnstange 10 gegenüber liegenden Seite von der Wirkungslinie 17 geschnitten wird, stützt die Führung 16 die Zahnstange 10 momentenfrei ab. Es genügt eine einzige Führung 16 für die Zahnstange 10 und ein Moment oder eine Querkraft auf den Stangenkolben 2, das/die einen erhöhten Verschleiß verursachen würden, werden vermieden. Außerdem ermög- licht der Versatz d der Führung 16, die die Zahnstange 10 aufgrund des Versatzes d momentenfrei abstützt, die Ausbildung der Führung 16 wie dargestellt mit einem Ringlager als Gleitlager für die Zahnstange 10 bzw. die Kolbenstange 6. Ein Gleitlager, insbesondere in Bauform eines Ringlagers, ist kostengünstig und ermöglicht eine einfache Montage. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass ein Ringlager als Führung 16 die Zahnstange 10 gegen eine Querkraft abstützt, die entsteht, wenn das Zahnstangengetriebe 9 eine Schrägverzahnung aufweist.

Bei der folgenden Erläuterung der Figuren 2 bis 4 werden für mit Figur 1 übereinstimmen- de Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet werden. Übereinstimmend mit Figur 1 weist der erfindungsgemäße elektromechanische Bremskraftverstärker 7 aus Figur 2 ein Zahnstangengetriebe 9 mit einer Zahnstange 10 auf, mit der ein Zahnrad 11 kämmt. Das Zahnstangengetriebe 9 weist eine Schrägverzahnung auf. Die Zahnstange 10 ist starr mit der Kolbenstange 6 des Stangenkolbens 2. Ebenso ist das Bremspedal 4 vorhanden, das über die Koppelstange 5 gelenkig mit der Zahnstange 10 und der Kolbenstange 6 verbunden ist. Auch der Freilauf 12 und der Elektromotor 8, der das Zahnstangengetriebe 9 über den Freilauf 12 antreibt, sind vorhanden. Im Unterschied zu Figur 1 treibt der Elektromotor 8 den Freilauf 12 über ein Winkelgetriebe 18 an. Im Ausführungsbeispiel ist das Winkelgetriebe 18 ein Schneckengetriebe mit einer Schnecke 19, die drehfest auf einer Motorwelle 20 des Elektromotors 8 angeordnet ist und die mit einem Schneckenrad 21 kämmt. Das Schneckenrad 21 ist drehfest auf einer Eingangswelle des Freilaufs 12 angeordnet und treibt diesen an. Das Schneckenrad 21 besteht aus Gründen eines leisen Getriebelaufs aus Kunststoff. Das Schneckengetriebe als Winkelgetriebe 18 weist eine hohe Untersetzung auf, wodurch sich ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe erübrigt. Die Er- findung ist allerdings nicht auf ein Schneckengetriebe als Winkelgetriebe 18 beschränkt. Auch das Zahnstangengetriebe 9 bildet ein Winkelgetriebe, beide Getriebe 9, 18 weisen eine Umlenkung um jeweils 90° auf. Insgesamt ist der Elektromotor 8 durch die beiden Winkelgetriebe 9, 18 um 180° in Bezug auf die Zahnstange 10 und damit auf den Hauptbremszylinder 1 umgelenkt, d. h. der Elektromotor 8 ist parallel zum Hauptbremszylinder 1 und neben diesem angeordnet. Dadurch ist eine kompakte Ausbildung des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers 7 mit dem Hauptbremszylinder 1 möglich.

Zur Vermeidung von Wiederholungen werden zur Erläuterung der Figuren 2 bis 4 ergänzend die Erläuterungen zu Figur 1 in Bezug genommen.

In Figur 3 wirkt der erfindungsgemäße elektromechanische Bremskraftverstärker 7 über ein Koppelgetriebe 22 auf den Stangenkolben 2 des Hauptbremszylinders 1. Das Koppelgetriebe 22, das auch als kinematische Kette aufgefasst werden kann, ist bei der gewählten Ausführungsform ein Kniehebelgetriebe, also ein ebenes Hebelgetriebe. Das Koppel- getriebe 22 weist eine Kolbenstange 23 auf, deren eines Ende gelenkig mit dem Stangenkolben 2 des Hauptbremszylinders 1 verbunden ist. Das andere Ende der Kolbenstange 23 ist gelenkig mit einem Stützhebel 24 verbunden, der sich gelenkig an einem Widerlager 25 abstützt, das ortsfest in Bezug auf den Hauptbremszylinder 1 ist. Das die Kolbenstange 23 mit dem Stützhebel 24 verbindende Gelenk wird nachfolgend als Kniegelenk bezeichnet. An ihm greift zum einen das Bremspedal 4 an, allerdings mit einem Schiebesitz, um eine Längsbewegung des Kniegelenks 26 am Bremspedal 4 zuzulassen. Zum anderen greift am Kniegelenk 26 die Zahnstange 10 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 7 gelenkig an. Grundsätzlich kann die Zahnstange 10 auch auf Druck am Kniegelenk 26 des Koppelgetriebes 22 anstatt wie dargestellt auf Zug angreifen.

Der Bremskraftverstärker 7 aus Figur 3 ist wie der Bremskraftverstärker 7 aus Figur 1 aufgebaut, so dass auf dessen obenstehende Erläuterung verwiesen werden kann. Der Bremskraftverstärker 7 aus Figur 3 weist einen Elektromotor 8 mit angeflanschtem Unter- Setzungsgetriebe auf, der über einen schaltbaren Freilauf 12 ein Zahnrad 11 antreibt, das mit der Zahnstange 10 kämmt. Das Zahnrad 11 und die Zahnstange 10 bilden ein Zahnstangengetriebe 9. Lediglich die Einkopplung der vom Bremskraftverstärker 7 erzeugten Hilfskraft in die Betätigung des Stangenkolbens 2 des Hauptbremszylinders 1 erfolgt in Figur 3 in anderer Weise als in Figur 1, nämlich gelenkig über das als Kniehe- beigetriebe ausgebildete Koppelgetriebe 22 anstatt wie in Figur 1 starr mit der Zahnstange 10 des Zahnstangengetriebes 9 auf die Kolbenstange 6 des Stangenkolbens 2. Außerdem ist die Kolbenstange 23 in Figur 3 gelenkig mit dem Stangenkolben 2 verbunden, in Figur 1 ist die Kolbenstange 6 ebenso wie die Zahnstange 10 starr mit dem Stangenkolben 2.

In Figur 3 weist die Führung 16 der Zahnstange 10 eine Wälzlagerung auf, und sie ist ohne Versatz dem Zahnrad 11 des Zahnstangengetriebes 9 gegenüber angeordnet. Die Führung 16 ermöglicht ein Schwenken der Zahnstange 10.

Zur Betätigung des Hauptbremszylinders 1 in Figur 3 wird das Bremspedal 4 getreten, das verschieblich am Kniegelenk 26 angreift. Durch Treten des Bremspedals 4 wird das als Kniehebelgetriebe ausgebildete Koppelgetriebe 22 aus der dargestellten angewinkelten Stellung in eine gestrecktere Stellung verbracht, d. h. ein Kniewinkel α zwischen der Kolbenstange 23 und dem Stützhebel 24 vergrößert sich. Dadurch schiebt das Koppelgetriebe 22 den Stangenkolben 2 in den Hauptbremszylinder 1, der so betätigt wird.

Die Betätigung wird unterstützt durch den Bremskraftverstärker 7, der in bereits zu Figur 1 beschriebener Weise eine Hilfskraft ausübt, die er über die Zahnstange 10 am Kniege- lenk 26 einkoppelt. Die Hilfskraft wirkt im Sinne einer größeren Streckung des als Kniehebelgetriebe ausgebildeten Koppelgetriebes 22, also im Sinne einer Betätigung des Hauptbremszylinders 1. Eine Steuerung oder Regelung der Hilfskraft des Bremskraftverstärkers erfolgt wie zu Figur 1 beschrieben.

Das als Kniehebelgetriebe ausgebildete Koppelgetriebe 22 ist ein mechanisches Getriebe mit variabler Übersetzung: Der zu Beginn einer Betätigung des Hauptbremszylinders 1 kleine Kniewinkel α zwischen der Kolbenstange 23 und dem Stützhebel 24 bewirkt einen großen Verschiebeweg des Stangenkolbens 2 bei vorgegebenem Weg des Kniegelenks 26. Zum Beginn der Betätigung des Hauptbremszylinders 1 wird der Stangenkolben 2 somit schnell bewegt. Mit zunehmender Streckung des als Kniehebelgetriebe ausgebilde- ten Koppelgetriebes 22, d. h. mit größer werdendem Kniewinkel α, wird die Wegübersetzung kleiner und eine Kraftübersetzung größer. Bei gestrecktem Kniehebelgetriebe, also bei Annäherung an einen Kniewinkel α zwischen der Kolbenstange 23 und dem Stützhebel 24 an 180°, geht die vom Kniehebelgetriebe auf den Stangenkolben 2 ausgeübte Kraft gegen Unendlich.

Außer von der Geometrie und der Stellung des Koppelgetriebes 22 wird dessen Übersetzung auch von der Lage des Widerlagers 25 bestimmt. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform befindet sich ein Gelenk des Widerlagers 25 auf einer gedachten Zylinderachse 27 des Hauptbremszylinders 1. Wie mit Strich-Zweipunktlinien angedeutet und der Bezugszahl 28 bezeichnet kann das Widerlager 25 des Koppelgetriebes 22 auch um einen Winkel ß zur Zylinderachse 27 des Hauptbremszylinders 1 versetzt angeordnet sein. Außer einem Einfluss auf die Übersetzung des Koppelgetriebes 22 hat der Winkelversatz ß des Widerlagers 25, 28 auch einen Einfluss auf eine vom Koppelgetriebe 22 auf den Stangenkolben 2 ausgeübte Querkraft. Die Querkraft entsteht dadurch, dass die Kolbenstange 23 nicht axial, sondern unter einem Angriffswinkel y zur Zylinderachse 27 am Stangenkolben 2 angreift. Durch den Winkelversatz ß des Widerlagers 25 ändert sich der Angriffswinkel y der Kolbenstange 23, der Angriffswinkel y lässt sich verkleinern, womit die Querkraft auf den Stangenkolben 2 abnimmt. Zu berücksichtigen in diesem Zusam- menhang ist, dass bei Betätigung des Hauptbremszylinders 1 das als Kniehebelgetriebe ausgebildete Koppelgetriebe 22 zunehmend gestreckt wird, womit sich der Angriffswinkel Y, in dem die Kolbenstange 23 am Stangenkolben 2 angreift, verkleinert. Das verringert einen Anstieg der von der Kolbenstange 23 auf den Stangenkolben 2 ausgeübten Quer- kraft bei steigender Betätigungskraft.

Weiterhin ist die Übersetzung des Koppelgetriebes 22 veränderbar, indem Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 1 ausgelassen wird. Dadurch verschieben sich der Stangenkolben 2 und der Schwimmkolben 3 in den Hauptbremszylinder 1 hinein, d. h. die Kolben 2, 3 befinden sich bei einem bestimmten Hydraulikdruck im Hauptbremszylinder 1 weiter in den Hauptbremszylinder 1 hinein verschoben als ohne die Verringerung des Bremsflüssigkeitsvolumens im Hauptbremszylinder 1 durch Auslassen von Bremsflüssigkeit. Das Koppelgetriebe 22 ist dadurch stärker gestreckt, seine Kraftübersetzung größer. Das Auslassen von Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 1 erfolgt bei einer eine Schlupfregelung (ABS, ASR, FDR, ESP) aufweisenden Fahrzeugbremsanlage durch Öff- nen von Ventilen der nicht dargestellten Fahrzeugbremsanlage. Die Bremsflüssigkeit fließt aus dem Hauptbremszylinder 1 in Hydrospeicher. Mit Hydropumpen, die derartige Fahrzeugbremsanlagen aufweisen, lässt sich auch umgekehrt Bremsflüssigkeit in den Hauptbremszylinder 1 fördern und dadurch die Streckung des Koppelgetriebes 22 verkleinern.

Diese Möglichkeit einer hydraulischen Änderung des Übersetzungsverhältnisses des me- chanischen Koppelgetriebes 22 durch Auslassen von Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 1 ist bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls möglich. Durch Auslassen von Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 1 verschieben sich auch dort die Kolben 2, 3 weiter in den Hauptbremszylinder 1 hinein. Das Zahnrad 11 des Zahnstangengetriebes 9 kämmt dadurch an einer anderen Stelle der Zahnstange 10, deren Teilung sich über ihre Länge ändert. Das Zahnrad 11 greift dadurch an einer Stelle der Zahnstange 10 an, an der die Teilung ihrer Verzahnung kleiner und die Kraftübersetzung deswegen größer ist.

Im Vergleich mit Figur 3 weist die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ein „halbes Kniehebelgetriebe" als Koppelgetriebe 22 auf. Im Vergleich mit Figur 3 fehlen der Stützhebel 24 und dessen Widerlager 25. Die Kolbenstange 23 ist in Figur 4 wie in Figur 3 gelenkig mit dem Stangenkolben 2 verbunden. Das andere Ende der Kolbenstange 23 ist gelenkig mit der Zahnstange 10 des Bremskraftverstärkers 7 verbunden. Das die Kolbenstange 23 mit der Zahnstange 10 verbindende Gelenk wird in Anlehnung an Figur 3 auch in Figur 4 als Kniegelenk 26 bezeichnet. Das Bremspedal 4 greift in Figur 4 wie in Figur 3 verschieblich am Kniegelenk 26 an.

Die Zahnstange 10 ist bei der Ausführungsform gemäß der Figur 4 quer zum Haupt- bremszylinder 1 angeordnet, und sie ist mit zwei Führungen 16 verschiebbar geführt. Die Führungen 16 sind in beide Richtungen längs zur Zahnstange 10 in Bezug auf das Zahnrad 11 des Zahnradgetriebes 9 versetzt. Die Führungen 16 stützen die Zahnstange 10 in axialer Richtung zum Hauptbremszylinder 1 ab. Durch eine Verschiebung der Zahnstange 10 mit dem Bremspedal 4 und/oder dem Bremskraftverstärker 7 wird die Kolbenstange 23 in Richtung der Zylinderachse 27 des Hauptbremszylinders 1 verschwenkt und verschiebt dabei den Stangenkolben 2. Das Koppelgetriebe 22 aus Figur 4, das ein mechanisches Getriebe ist, weist eine variable Übersetzung auf, wie sie anhand des Koppelgetriebes 22 aus Figur 3 beschrieben worden ist. Es wird diesbezüglich auf die Ausführungen zu Figur 3 verwiesen.

Wie in Figur 2 treibt in Figur 4 der Elektromotor 8 des Bremskraftverstärkers 7 über ein Schneckengetriebe, also ein Winkelgetriebe 18, den Freilauf 12 und über diesen das Zahnrad 11 des Zahnradgetriebes 9 an. Das als Schneckengetriebe ausgebildete Winkelgetriebe 18 weist eine Schnecke 19 und ein Schneckenrad 21 auf, das aus Geräusch- und Kostengründen aus Kunststoff hergestellt ist. Durch die Umlenkung mit dem Zahnstangengetriebe 9 und mit dem Schneckengetriebe 18 um jeweils 90° ist der Elektromotor 8 parallel zum und neben dem Hauptbremszylinder 1 angeordnet. Dadurch ist eine kompakte und platzsparende Anordnung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 7 am Hauptbremszylinder 1 möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Elektromechanischer Bremskraftverstärker, mit einem Elektromotor (8) und mit einem Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe (9), das eine rotierende Antriebsbewegung des Elektromotors (8) in eine lineare Bewegung zur Betätigung eines Hauptbremszylinders (1) wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) ein mechanisches Getriebe (9; 22) mit variabler Über- setzung aufweist.

2. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) ein Zahnstangengetriebe (9) mit variabler Übersetzung aufweist.

3. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) ein Koppelgetriebe (22) als Getriebe mit variabler Übersetzung aufweist.

4. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zahnstange (10) des Zahnstangengetriebes (9) starr mit einem Stangenkolben (2) des Hauptbremszylinders (1) verbunden ist.

5. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) ein Zahnstangengetriebe (9) aufweist, dass das Zahnstangengetriebe (9) eine Führung (16) für eine Zahnstange (10) des Zahnstangengetriebes (9) aufweist und dass die Führung (16) mit einem Versatz (d) in Bezug auf ein Zahnrad (11) des Zahnstangengetriebes (9) in Längsrichtung der Zahnstange (10) gesehen zwischen dem Zahnrad (11) und dem Hauptbremszylinder (1) angeordnet ist.

6. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (16) der Zahnstange (10) des Zahnstangengetriebes

(9) im Bereich einer Wirkungslinie (17) des Zahnstangengetriebes (9) angeordnet ist.

7. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (16) ein Ringlager als Gleitlager für die Zahnstange

(10) des Zahnstangengetriebes (9) aufweist.

8. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) ein Schneckengetriebe (18) auf- weist.

9. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckengetriebe (18) ein Schneckenrad (21) aus Kunststoff aufweist.

10. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Elektromotor (8) ungefähr parallel zum und neben dem

Hauptbremszylinder (1) angeordnet ist.

11. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) zwei Winkelgetriebe (9, 18) aufweist.

12. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremsflüssigkeitsvolumen im Hauptbremszylinder (1) reduzierbar ist.

13. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) einen Freilauf (12) aufweist, der eine Betätigung des Hauptbremszylinders (1) ohne Bewegung des Elektromotors (8) ermöglicht.

14. Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskraftverstärker (7) einen schaltbaren Freilauf (12) aufweist, der in eingeschaltetem Zustand als Freilauf (12) wirkt und in ausgeschaltetem Zustand den Elektromotor (8) mechanisch vom Hauptbremszylinder (1) trennt.