DE10158382A1

DE10158382A1 - Antiblockiersystem vorzugsweise für ein Fahrrad

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Publication number: DE10158382A1
Application number: DE2001158382
Authority: DE
Inventors: Peter Hattwig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antiblockiersystem, vorzugsweise für ein Fahrrad, bestehend aus einem Sensor (9/10), einem elektronischen Steuergerät (11) und einem hydraulischen Stellgerät (12), das aus folgenden Bauelementen besteht: einem Geberzylinder (15), der von einer Handbremse (13) betätigt wird, einem Trennventil (28), einem Auslassventil (27) mit parallelgeschaltetem Rückschlagventil (29), einem Niederdruckspeicher (25) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, einem Nehmerzylinder (19) und einer elektrischen Kontaktanordnung (30). DOLLAR A Die genannten Bauelemente des Stellgeräts (12) bilden erfindungsgemäß eine kompakte, hydraulisch verschlossene Baueinheit, die vakuumbefüllt werden kann, damit bei der Endmontage des Fahrrades keinerlei Befüllprobleme infolge von Lufteinschlüssen auftreten. Zum anderen soll mit der Erfindung sichergestellt werden, dass wegen fehlender Rückförderpumpe der Bremshebel nicht gegen den Lenker läuft und das Rad nicht mehr gebremst werden kann und dass der Niederdruckspeicher nach jeder ABS-Bremsung entleert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antiblockiersystem für ein Fahrzeug geringer Höchstgeschwindigkeit, vorzugsweise für ein Fahrrad, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie es beispielsweise aus der DE 195 08 915 A1 bekannt ist.
Dieses bekannte Antiblockiersystem enthält ein elektronisches Steuergerät, das ein hydraulisches Stellgerät aktiviert, das zwischen einem hand- oder fußbetätigten hydraulischen Geberzylinder und einer hydraulischen Radbremse angeordnet ist und bei erkannter Blockiergefährdung des überwachten Rades dann den in der Radbremse herrschenden Bremsdruck in ABS- üblicher Weise regeln soll. Das Stellgerät enthält ein stromlos geschlossenes und ein stromlos offenes Ventil, die mit der hydraulischen Radbremse verbunden sind, wobei das stromlos geschlossene Ventil außerdem mit einem Niederdruckspeicher zur Aufnahme von Bremsflüssigkeit verbunden ist.
Im Gegensatz zu bei PKW üblichen bekannten Antiblockiersystemen, wie sie zum Beispiel in vielen Varianten in der Dissertation "Ein Beitrag zur Analyse und Synthese von Antiblockiersystemen von Personenkraftwagen" von Peter Hattwig, 09.10.1990, Technische Universität Braunschweig, beschrieben sind, ist bei diesem bekannten "Fahrrad-ABS" keine Rückförderpumpe vorgesehen, welche die Bremsflüssigkeit während einer ABS-Regelung vom Niederdruckspeicher wieder in den hydraulischen Geberzylinder zurückpumpen soll. Im Hinblick auf die vergleichsweise geringe Geschwindigkeit von Fahrrädern und die vergleichsweise geringe Volumenaufnahme von Fahrrad-Bremszylindern erscheint ein solcher Verzicht im Prinzip vertretbar.
Bei diesem "Fahrrad-ABS" sind der hydraulische Geberzylinder, das hydraulische Stellgerät und die hydraulischen Bremszylinder offensichtlich baulich voneinander unabhängige Bauteile, die erst bei der Endmontage des Fahrrads hydraulisch miteinander verbunden werden. Ein solches Bremssystem während der Fahrradmontage so mit Bremsflüssigkeit zu befüllen, dass im gesamten Hydrauliksystem keine Lufteinschlüsse verbleiben, was für eine einwandfreie Bremsenfunktion bekanntlich zwingend erforderlich ist, ist in der Praxis nur mit hohen Kosten möglich, weil hierfür Vakuum-Befüllanlagen erforderlich sind. Übliche Fachwerkstätten könnten später gegebenenfalls notwendig werdende Wartungs- oder Reparaturarbeiten am Fahrrad schon gar nicht ausführen.
Der Verzicht auf eine Rückförderpumpe hat zur Folge, dass bei einer ABS-Regelung der Betätigungsweg des Handbremshebels zunimmt, weil ständig Bremsflüssigkeit in den Niederdruckspeicher abfließt, was bei normaler Geschwindigkeit kein Problem darstellt. Bei ABS- Regelung aus sehr hoher Fahrgeschwindigkeit könnte der Handbremshebel aber gegen den Anschlag des Lenkers laufen, so dass das Rad nicht mehr gebremst werden kann.
Außerdem fehlt beim bekannten "Fahrrad-ABS" ein Rückflusskanal aus dem Niederdruckspeicher. Zwar könnte dieser durch Öffnen des stromlos geschlossenen Ventils entleert werden, was aber nicht funktionierte, wenn der Fahrer zufällig zur gleichen Zeit den Griff betätigte. Dann bliebe er gefüllt und wäre nicht mehr in der Lage, weitere Bremsflüssigkeit aufzunehmen, was aber den Ausfall des Antiblockiersystems bedeutete.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Antiblockiersystem (ABS) der eingangs genannten Art so auszubilden,

- dass bei der Endmontage des Fahrrads keinerlei Befüllprobleme auftreten,
- dass die Bremsfähigkeit bei ABS-Regelung aus sehr hoher Geschwindigkeit nicht verloren geht, nur weil der Handbremshebel gegen den Anschlag (Lenker) läuft, und
- dass das Antiblockiersystem durch unterbliebene Entleerung des Niederdruckspeichers nicht ausfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer mechanischen Felgenbremse und einer mechanischen Kraftübertragung;
Fig. 1a nur beispielhaft den zeitlichen Druckverlauf des geregelten Bremsdrucks p_B während mehrerer Regelzyklen des Antiblockiersystems;
Fig. 1b für eine spezielle erste Weiterbildung der Erfindung nur beispielhaft den Druckverlauf des im Geberzylinder aufgebrachten Drucks p_G sowie des im Nehmerzylinder herrschenden geregelten Drucks p_B über dem Schwenkweg h des Handbremshebels;
Fig. 1c für eine spezielle zweite Weiterbildung der Erfindung nur beispielhaft die entsprechenden Druckverläufe;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer hydraulischen Felgenbremse und einer hydraulischen Kraftübertragung zu den Bremszylindern;
Fig. 3 eine Anordnung zur gemeinsamen ABS-Regelung zweier Räder mit mechanischen Bremsen und zwei Handbremsheben, die mechanisch auf das Stellgerät einwirken;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur gemeinsamen ABS-Regelung zweier Räder mit hydraulischen Bremsen und einem Handbremshebel, der hydraulisch auf das Stellgerät einwirkt;
Fig. 5 ein Diagramm der Bremskraftverteilung.
Fig. 1 zeigt schematisiert den Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Antiblockiersystems (ABS) für nur ein Fahrzeugrad, beispielsweise für das Vorderrad 1 eines Fahrrades. Vom Fahrrad selbst sind nur der Rahmen oder die Vorderradgabel 8, die darin gelagerte Nabe 2, die den Reifen 4 tragende Felge 3, eine als Felgenbremse ausgebildete mechanische Radbremse 5 mit zwei Bremshebeln 6 und zwei Bremsbelägen 7 sowie ein nur angedeuteter Fahrradlenker 14 o. ä. und ein Handbremshebel 13 dargestellt.
Dieses Antiblockiersystem enthält im wesentlichen ein wirkungsmäßig zwischen der mechanischen Radbremse 5 und dem Betätigungsglied der Bremse, nämlich dem Handbremshebel 13, angeordnetes hydraulisches Stellgerät 12, ein an sich für ABS bekanntes elektronisches Steuergerät 11 sowie eine die Radgeschwindigkeit erfassende Sensoreinrichtung 9/10 mit einem zahnradähnlichen Impulsrad 9 und einem z. B. induktiv arbeitenden eigentlichen Sensor 10, dessen Ausgangssignale dem elektronischen Steuergerät 11 zugeführt werden.
Im hydraulischen Stellgerät 12 selbst befinden sich erfindungsgemäß ein hydraulischer Geberzylinder 15 mit Geberkammer 16, Geberkolben 17 und Druckstange 18, ein stromlos offenes Zweistellungs-Zweiwege-Ventil (Trennventil) 28, ein stromlos geschlossenes Zweistellungs-Zweiwege-Ventil (Auslassventil) 27, ein parallel zum Auslassventil 27 angeordnetes Rückschlagventil 29, ein Niederdruckspeicher 25 zur Aufnahme von Bremsflüssigkeit sowie ein hydraulischer Nehmerzylinder 19 integriert und baulich zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst, wobei der Nehmerzylinder 19 aus einer Nehmerkammer 21 und einem Nehmerkolben 20 besteht, der eine Zugstange 41 trägt, an der ein Bowdenzug 39 befestigt ist, der mit seinem anderen Ende in üblicher Weise kraftübertragend an den Bremshebeln 6 der Felgenbremse 5 angreift.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also ausschließlich innerhalb des fabrikseitig luftfrei befüllten und verschlossenen Stellgeräts 12 Hydraulikflüssigkeit eingesetzt. Dieses bildet ein für sich geschlossenes System, das weder bei der Radmontage noch bei späteren Wartungsarbeiten am Rad geöffnet werden muss.
Eine ordnungsgemäße, d. h. luftfreie Befüllung des gesamten Hydrauliksystems mit Bremsflüssigkeit wäre dagegen vom endmontierenden Hersteller des Fahrrads praktisch nicht durchzuführen, und schon gar nicht später in Reparaturwerkstätten. Das Stellgerät 12 enthält nämlich Sackbohrungen wie den Hydraulikkanal 26 und filigrane Ventilbauteile, in und an denen sich bei konventioneller Befüllung Luftbläschen halten könnten, die sich als "weiche Bremse" bemerkbar machen und eine einwandfreie Funktion der Bremsanlage verhindern würden. Nur beim Gerätehersteller lassen sich solche Luftbläschen durch eine Vakuumentlüftung und gleichzeitige Befüllung mit Bremsflüssigkeit sicher und mit vertretbarem Aufwand vermeiden. Für die Befüllung ist das nur für den Gerätehersteller zugängliche Befüllventil 32 vorgesehen, das bei einer Vakuum-Befüllung an jeder beliebigen Stelle des Hydrauliksystems sitzen kann.
Die Nehmerkammer 21 des Nehmerzylinders 19 steht einerseits über einen ersten Hydraulikkanal 22 mit der Geberkammer 16 des Geberzylinders 15 in Verbindung und andererseits über einen zweiten Hydraulikkanal 26 mit dem Niederdruckspeicher 25. Im Hydraulikkanal 22 ist ein Trennventil, das heißt das vom elektronischen Steuergerät 11 ansteuerbare stromlos offene Zweistellungs-Zweiwege-Ventil 28 angeordnet, durch das diese Hydraulikverbindung zwischen Geberzylinder 15 und Nehmerzylinder 19 unterbrechbar ist.
Im zweiten Hydraulikkanal 26 ist dagegen ein Auslassventil, d. h. das vom elektronischen Steuergerät 11 ansteuerbare stromlos geschlossene Zweistellungs-Zweiwege-Ventil 27 angeordnet, durch das für die Bremsflüssigkeit eine Verbindung von der Nehmerkammer 21 zum Niederdruckspeicher 25 herstellbar ist.
Bei Betätigung des Handbremshebels 13 wird im Hydrauliksystem Druck erzeugt, durch den die Bremse 5 mit Hilfe des Bowdenzugs 39 angezogen wird. Der Druck in der Nehmerkammer 21 wird im Folgenden als Bremsdruck p_B bezeichnet. Wenn dieser Bremsdruck nun für die gerade vorliegenden Verhältnisse zu hoch ist und das elektronische Steuergerät 11 somit eine Blockiergefährdung des Rads 1 erkennt, dann werden das Trennventil 28 und das Auslassventil 27 jeweils für mehrere zehn oder hundert Millisekunden in ihre zweiten Schaltstellungen umgeschaltet. Dadurch wird zum einen die Leitungs- und Druckverbindung zwischen den Kammern 16 und 21 unterbrochen und zum anderen der zuvor verschlossene Hydraulikkanal 26 zwischen Nehmerkammer 21 und Niederdruckspeicher 25 geöffnet, so dass Hydraulikflüssigkeit in den Niederdruckspeicher 25 fließt. Der in der Nehmerkammer 21 herrschende Bremsdruck p_B sinkt entsprechend ab und die Bremse entspannt sich und zwar so lange, bis das Auslassventil 27 vom Steuergerät 11 wegen beseitigter Blockiergefährdung wieder in seinen stromlosen Zustand zurückgeschaltet wird. Durch pulsartiges Öffnen des Trennventils 28 steigt anschließend der in der Nehmerkammer 21 herrschende Bremsdruck wieder dosiert an, bis das Steuergerät 11 erneut eine Blockiergefährdung erkennt und sich dieser Regelvorgang - gegebenenfalls mehrmals - wiederholt. Bei jedem dieser Regelzyklen fließt eine kleine Menge Bremsflüssigkeit in den Niederdruckspeicher 25, wodurch dieser jeweils etwas weiter gefüllt wird.
In Fig. 1a ist der zeitliche Verlauf des Bremsdrucks p_B während eines solchen Vorgangs für etwa drei Regelzyklen schematisch dargestellt, der sich bis zum Stillstand fortsetzt. Wenn der Handbremshebel 13 wieder gelöst wird, sinkt der Hydraulikdruck in der Geberkammer 16 ab, so dass der Niederdruckspeicher 25 sich über das Rückschlagventil 29 wieder entleeren kann. Um sicherzustellen, dass der Handbremshebel 13 auch bei sehr hoher Geschwindigkeit, bei der eine große Zahl von Regelzyklen erforderlich wäre, nicht gegen den Anschlag (Lenker) 14 läuft und das Rad nicht mehr gebremst werden kann, sind aus Sicherheitsgründen zwei redundante Maßnahmen eingebaut:

1. Das Volumen des Niederdruckspeichers 25 ist so dimensioniert, dass er im Normalfall gefüllt ist, bevor der Handbremsgriff 13 gegen den Anschlag (Lenker) 14 läuft. Das bedeutet, dass die Druckzyklen abgebrochen werden, weil der Speicher keine Bremsflüssigkeit mehr aufnimmt. Die ABS-Regelung setzt aus, aber das Rad kann noch gebremst werden. Aus Fig. 1b ist erkennbar, wie sich diese erfindungsgemäße Maßnahme in einer solchen extremen Betriebssituation auf die Funktion des Antiblockiersystems auswirkt. Dargestellt sind der bei Betätigung des Handbremshebels 13 in der Geberkammer 16 erzeugte Druck p_G sowie der in der Nehmerkammer 21 bewirkte Bremsdruck p_B in Abhängigkeit vom Schwenkweg h des Handbremshebels 13. Dabei ist angenommen, dass der Druck p_G so hoch ist, dass das Antiblockiersystem nach dem Weg h₁ zu regeln beginnt. Aufgrund einer außergewöhnlich hohen Fahrgeschwindigkeit und eine Vielzahl von Regelzyklen war der Niederdruckspeicher nach dem Hebelweg h₂ gefüllt, bevor das Fahrrad zum Stillstand gekommen ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Handbremshebel 13 noch in einem deutlichen Abstand zum schematisch angedeuteten Fahrradlenker 14 beim Hebelweg h₃. Der Bremsdruck p_B kann dann noch einmal auf-, aber nicht mehr abgebaut werden, mit dem Ergebnis, dass das Rad zwar nicht mehr regelt, aber noch bremst.
2. Sollte die Bremse aber zu weit eingestellt oder Luft ins Hydrauliksystem eingedrungen sein, so dass der Handbremshebel um einen undefinierten Leerweg durchfällt, bevor er Bremskraft ausüben kann, dann ist die erste Maßnahme nicht wirksam. Fig. 1 zeigt, dass für diesen Fall im Stellgerät 12 erfindungsgemäß zusätzlich eine elektrische Kontaktanordnung 30 vorgesehen werden kann, die mit einem an der Druckstange 18 befindlichen Kontaktgeber 31 zusammenwirkt. Kontaktanordnung 30 und Kontaktgeber 31 sind dabei im Hinblick auf den Handbremshebel 13 und dessen Schwenkweg h derart positioniert, dass dem elektronischen Steuergerät 11 rechtzeitig vorm Anschlagen des Handbremshebels 13 am Fahrradlenker 14 ein Signal zum Abbrechen einer ABS-Regelung geliefert wird. In Fig. 1c ist wiederum der Verlauf der Drücke p_G und p_B in Abhängigkeit vom Schwenkweg h des Handbremshebels 13 dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Druck in der Druckkammer 16 nicht sofort mit Betätigung des Handbremshebels 13 aufgebaut wird, sondern aus vorerwähnten Gründen erst nach einem Schwenkweg h₄. Bereits nach wenigen Regelzyklen wird hier die Kontaktanordnung 30 nach dem Schwenkweg h₅ kontaktiert, der sich in einem sicheren Abstand vom Fahrradlenker 14 befindet, wodurch die ABS-Regelung abgebrochen wird. Durch Zurückschalten der Ventile steigt der Bremsdruck p_B anschließend nach Maßgabe des in der Geberkammer 16 aufgebrachten Drucks wieder an. Bei richtiger Einstellung der Bremsen und ordnungsgemäßer Entlüftung sollten h₂ und h₅ etwa in gleichem Abstand zum Lenker liegen, um möglichst lange regeln zu können.

Die begrenzte Zahl von Regelzyklen hat zur Folge, dass das System nur mit einer Felgenbremse kombinierbar ist, da eine Scheiben- oder eine Trommelbremse aufgrund ihres kleineren Reibradius ein drei bis sechs Mal geringeres Bremsmoment erzeugen, das durch einen längeren Hebelweg erkauft werden muss, der bei ABS-Regelung nicht genügend Reserven böte.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem anstelle von mechanischen Radbremsen 5 hydraulische Radbremsen 33, vorzugsweise auch Felgenbremsen eingesetzt werden und bei dem der vom hydraulischen Stellgerät 12 erzeugte geregelte Bremsdruck rein hydraulisch auf die Radbremszylinder 34 übertragen wird. Das hierbei eingesetzte Stellgerät 12 stimmt im wesentlichen mit dem in Fig. 1 gezeigten Stellgerät überein und weist auch all dessen Vorteile auf. Der Nehmerzylinder 19a ist hier jedoch als Zweikammerzylinder ausgebildet, der durch einen Schwimmkolben 20a in eine eingangsseitige Nehmerkammer 21a und eine ausgangsseitige Stellkammer 23a unterteilt ist. Es mag auf dem ersten Blick zwar technisch umständlich erscheinen, das Hydrauliksystem durch den hydraulischen Nehmerzylinder 19a in zwei Teile zu trennen, die hydraulisch keine Verbindung untereinander haben. Diese Lösung besitzt aber den gleichen Vorteil wie die Lösung nach Fig. 1, das heißt das hydraulische Stellgerät 12 kann bereits fabrikseitig unter Ausnutzung aller serienmäßigen industriellen Vorteile luftfrei mit Bremsflüssigkeit befällt werden und damit als vorgefüllte verschlossene Einheit dem Hersteller des Fahrrads angeliefert werden. Für diesen verbleibt während der Endmontage also nur noch die Aufgabe, den übrig gebliebenen "äußeren" Teil des Hydrauliksystems luftfrei zu befüllen, das heißt die Stellkammer 23a mit den daran endmontageseitig angeschlossenen Hydraulikleitungen 24a, 24b und Bremszylindern 34. Dieses "äußere" Hydrauliksystems kann vom Fahrradhersteller oder später in einer Reparaturwerkstatt ohne grundsätzliche Schwierigkeiten auf herkömmliche Weise funktionsgerecht befüllt werden, da es keine Sackbohrungen enthält. Zu diesem Zweck sind an der Stellkammer 23a und an einem der Bremszylinder 34 Beflull- bzw. Entlüftungsventile 35 und 36 angedeutet.
In Fig. 2 wurden der Sensor 9/10 und das elektronische Steuergerät 11 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
Fig. 3 zeigt, dass es - im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2 - auch möglich ist, mit nur einem hydraulischen Stellgerät 12 beide Radbremsen 5.1 (vorn) und 5.2 (hinten) zu regeln, wenn dazu zwei Handbremshebel 13.1 und 13.2 vorgesehen werden, um im Hydrauliksystem bei entsprechend vergrößertem zu verschiebenden Hydraulikvolumen den benötigten Systemdruck zu erzeugen. Das hydraulische Stellgerät 12 ist dann leicht modifiziert, denn der Geberzylinder 15b, der Nehmerzylinder 19b und der Niederdruckspeicher 25b benötigen ein vergrößertes Volumen, weil zwei Radbremsen 5.1 und 5.2 beaufschlagt werden müssen. Außerdem ist konstruktiv zu berücksichtigen, dass auf einen einzigen Geberzylinder 15b die Kraft zweier Handbremsen 13.1 und 13.2 wirkt, und dass ein einziger Nehmerzylinder 19b die Kraft auf zwei Bremsen 5.1 und 5.2 überträgt. Aus diesem Grund hat der Geberzylinderkolben 17b auf einer Seite die aus Fig. 1 bekannte Druckstange 18, die durch den Handbremshebel 13.1 beaufschlagt wird, und auf der anderen Seite eine Zugstange 38, an der mittels einer Klemmschraube 42 das Kabel des Bowdenzugs 43.2 befestigt ist, der vom Handbremshebel 13.2 betätigt wird. Somit kann von beiden Handbremsen unabhängig voneinander Druck im Stellgerät 12 erzeugt werden. Der Nehmerzylinder 19b enthält die aus Fig. 1 bekannte Zugstange 41, in die gleichzeitig zwei Bowdenzüge 39.1 und 39.2 eingehängt sind.
Wenn das Stellgerät 12 aus irgendeinem Grund nicht nahe genug an einen der beiden Handbremshebel 13.1 bzw. 13.2 platziert werden kann oder soll, dann kann abweichend von der Darstellung der Geberzylinder 15b auch gleichzeitig von zwei Bowdenzügen kraftbeaufschlagt werden, indem diese beide an der Zugstange 38 angreifen.
Das Abreißen oder Lösen eines zur Bremse führenden Bowdenzugs 39.1 oder 39.2 hätte den Ausfall nur einer der beiden Bremsen zur Folge. Die Kraftübertragung auf die zweite bliebe erhalten. Das Abreißen oder Lösen des zum Geberzylinder 15.2 führenden Bowdenzugs 43.2 bewirkte, dass der Betätigungsweg des ersten Handbremshebels sich zwar verdoppelte, beide Bremsen aber funktionsfähig blieben.
Fig. 4 zeigt ebenfalls ein Stellgerät zur gemeinsamen Regelung zweier Räder, das sich von Fig. 3 durch zwei Merkmale unterscheidet:

a) Die Betätigungskräfte beider Handbremshebel 13.1 und 13.2 werden hydraulisch auf das Stellgerät 12 übertragen wird, weil zum Beispiel angenommen wird, dass dieses nicht am Lenker 14 montiert werden kann und eine mechanische Kraftübertragung durch die Druckstange 18 nicht möglich ist. Die Handbremshebel 13.1 und 13.2 betätigen zwei am Lenker montierte Druckzylinder 44.1 und 44.2, welche die Betätigungskräfte über zwei Hydraulikleitungen 40.1 und 40.2 auf die eigentlichen Geberzylinder 15.1 und 15.2 im Stellgerät 12 übertragen. Diese sind durch die Kolben 17.1 und 17.2 in zwei getrennte Kammern unterteilt: in eine nach außen gerichtete Druckkammer 46.1 und 46.2 und eine nach innen gerichtete Geberkammer 16.1 und 16.2. Die "äußeren" Hydrauliksysteme können - wie schon in Fig. 2 beschrieben - konventionell entlüftet und befüllt werden, das innere wird herstellerseitig vakuumentlüftet und befüllt und bleibt anschließend verschlossen.
b) Die Bremskräfte werden vom Stellgerät auf die Bremsen ebenfalls hydraulisch übertragen - wie nach Fig. 2. Zu diesem Zweck enthält das Stellgerät 12 die beiden Nehmerzylinder 19.1 und 19.2, an welche die beiden zu den Bremsen 33.1 und 33.2 führenden Hydraulikleitungen 24.1 und 24.2 angeschlossen werden.

Sowohl die Geber- als auch die Nehmerzylinder sind - im Gegensatz zur mechanischen Lösung nach Fig. 3 - in doppelter Ausführung vorhanden. Würde bei der hydraulischen Lösung wie bei der mechanischen auch nur je ein Geber- und ein Nehmerzylinder verwendet werden, dann würde bei Undichtigkeit oder Abreißen einer der Hydraulikleitungen 24.1, 24.2, 40.1 oder 40.2 sofort die gesamte Bremsanlage ausfallen.
In Fig. 4 wurden der Übersichtlichkeit halber das elektronische Steuergerät und die Sensoren weggelassen.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1, 2, und 3 sind die Handbremshebel 13 und 13.1 einerseits und hydraulisches Stellgerät 12 andererseits jeweils als separate, jedoch räumlich nahe beieinander am Fahrradlenker 14 befestigte Bauteile ausgebildet. Mit Vorteil kann der Handbremshebel 13 bzw. 13.1 aber auch am Stellgerät 12 selbst schwenkbar gelagert werden, so dass er mit diesem eine bereits fabrikseitig vormontierte Baueinheit bildet.
Ein Problem der gemeinsamen Regelung zweier Räder durch ein einziges Stellgerät ist die Bremskraftverteilung. Bei hoher Bremsverzögerung tritt infolge einer dynamischen Radlastverlagerung nach vorn ein viel zu hoher Bremskraftanteil am Hinterrad auf, wodurch dieses auf griffiger Fahrbahn viel leichter blockiert bzw. regelt als das Vorderrad. Um die wirksame Anlegekraft der Bremsbeläge an der Felge bei der Hinterbremse zu verringern, sind die Bremshebel der mechanischen Bremse nach Fig. 3 an der hinteren Bremse anders dimensioniert als an der vorderen, das heißt die Gesamtlänge des Hebels (Bowdenzug bis Drehpunkt) dividiert durch die untere Länge (Bremsbelag bis Drehpunkt) ist bei der hinteren Bremse kleiner als bei der vorderen. Bei Verwendung hydraulischer Bremsen 33 nach Fig. 4 bekommen die hinteren Bremszylinder 34 - wie beim PKW - einen kleineren Durchmesser als die vorderen.
Wie sich diese Maßnahme auf das Blockierverhalten auswirkt, ist beispielhaft in Fig. 5 dargestellt, in der die hintere Bremskraft über der vorderen aufgetragen ist. (B_h = Bremskraft hinten, B_v = Bremskraft vorn, G = Gewicht des Fahrrades mit Fahrer). Zum einen ist die reale Bremskraftverteilung (Istzustand) eingetragen, welche die Form einer Geraden hat und die sich aus den Hebellängen der vorderen und hinteren Bremse errechnet. Sind beide Bremsen gleich, dann verläuft die Gerade unter 45°, ist der Hinterbremsanteil verringert, dann läuft die Gerade flacher (wie gezeichnet). Zum anderen ist die ideale Bremskraftverteilung (Sollzustand) eingezeichnet, welche die Form einer nach unten geöffneten Parabel hat und die sich aus der statischen und dynamischen Radlast errechnet. Bei geringer Bremsverzögerung sollten die Bremskräfte vorn und hinten etwa gleich sein (vorausgesetzt, die Radlasten sind gleich), daher läuft die Kurve unter etwa 45° aus dem Ursprung. Bei hohen Verzögerungen spielen mehr und mehr die Massenkraft und der hohe Schwerpunkt eine Rolle, wodurch das Hinterrad entlastet wird. Entsprechend sollte auch die hintere Bremskraft im Verhältnis zur vorderen kleiner werden. Im Grenzfall, in dem das Hinterrad abhebt, braucht dieses überhaupt nicht mehr gebremst zu werden, das heißt B_h/G = 0, die Parabel schneidet die B_v/G-Achse. Die Gerade und die Parabel schneiden sich im Punkt S. Vor dem Schnittpunkt (rutschige, glatte Straße) verläuft die Gerade unterhalb der Parabel, das heißt der reale Anteil der Hinterbremse ist kleiner, weshalb bei das Vorderrad zuerst ins Blockieren gerät. Hinter dem Schnittpunkt (griffige, raue Straße) verläuft die Gerade oberhalb der Parabel, weshalb der hintere Bremsanteil größer ist und das Hinterrad zuerst ins Blockieren gerät.
Dieses Verhalten hat Auswirkungen auf die Regellogik. Grundsätzlich gäbe es vier mögliche Prinzipien zur gemeinsamen Regelung zweier Räder: select-low, select-high, select-front und select-rear. Davon bieten sich jedoch nur folgende an:

1. Das select-low-Prinzip. Bei diesem werden die beiden Radbremsen 5.1 und 5.2 in Abhängigkeit vom zuerst blockierenden Rad geregelt: Das hätte zur Folge, dass vor dem Schnittpunkt S (rutschige, glatte Straße) das Vorderrad geregelt und voll gebremst wird, während das Hinterrad, das einen kleineren Bremsanteil hat, nur teilgebremst wird. Hinter dem Schnittpunkt S wird dagegen das Hinterrad geregelt und voll gebremst, während das Vorderrad jetzt teilgebremst wird. Vorteil: Keines der beiden Räder blockiert, wodurch das Fahrrad beim ABS-Bremsen immer fahrstabil und lenkfähig bleibt. Nachteil: Durch die Teilbremsung eines der beiden Räder werden die Anhaltewege geringfügig verlängert. Aber auf Fahrbahnen mit sehr hohem Reibwert (trockener Asphalt oder Beton) könnte die verminderte Bremsverzögerung sogar ein Vorteil sein, da wegen des hohen Schwerpunkts beim Fahrrad die Gefahr des Überschlags beim Bremsen besteht. In der eingangs erwähnten Offenlegungsschrift DE 195 08 915 A1 ist dieses Problem sogar das eigentliche Thema. Die select-low-Regelung würde selbsttätig verhindern, dass extrem hohe Bremsverzögerungen auftreten.
2. Das select-front-Prinzip. Bei diesem wird immer nur die vordere Radbremse 5.1 geregelt, während die hintere mit dem gleichen Druck beaufschlagt, aber nicht geregelt wird. Das gewählte Verfahren hätte zur Folge, dass vor dem Schnittpunkt S (wie zuvor) das Vorderrad voll- und das Hinterrad nur teilgebremst wird. Hinter dem Schnittpunkt S blockiert dagegen das Hinterrad, weil dieses überbremst ist und die Regelung sich nur nach dem Vorderrad richtet. Vor und Nachteile: Auf rutschiger, glatter Fahrbahn ist das Fahrrad stabil und lenkfähig zu Lasten des Anhalteweges (wie bei select-low). Auf griffiger, rauer Fahrbahn hat das Fahrrad wegen des blockierenden Hinterrades weniger Stabilität, aber einen kurzen Anhalteweg. Dieses zuvor beschriebene theoretische Verhalten ist jedoch in beiden Fällen in der Praxis erheblich verwischt, da der Schnittpunkt S von weiteren Parametern abhängt und es zwischen beiden Zonen eine sehr breite "Grauzone" gibt. Welches der beiden Regelprinzipien letztlich gewählt wird, muss der Anbieter entscheiden.
Das select-low-Prinzip setzt voraus, dass beide Radgeschwindigkeiten gemessen und dem Steuergerät 11 zugeführt werden, weshalb in Fig. 3 das Steuergerät 11 und beide Radsensoren 9.1/10.1 und 9.2/10.2 dargestellt sind. Beim select-front-Prinzip muss dagegen nur die vordere Radgeschwindigkeit gemessen werden.

Wenn bei einem Antiblockiersystem mit gemeinsamer Regelung beider Radbremsen im gemeinsamen Hydraulikteil 12 eine innere Undichtigkeit auftreten würde, bedeutete dies einen totalen Bremsausfall. Erfindungsgemäß wird deshalb für solche Systeme zur Redundanz bei Ausfall der Hydraulik eine von den beiden geregelten Radbremsen unabhängige dritte Radbremse, vorzugsweise eine bekannte Rücktrittbremse vorgesehen, was in Fig. 3 und 4 jedoch nicht weiter dargestellt ist. Bei Verwendung einer dritten Bremse könnte die Kontaktanordnung 30 nach Fig. 1 entfallen, andernfalls müsste sie bei hydraulischer Betätigung nach Fig. 4 an mindestens einer der beiden Druckstangen der Handbremsen 13.1 und 13.2 angebracht sein.
Die für den Betrieb des Antiblockiersystems benötigte elektrische Energie, zum Beispiel zum Betreiben des Steuergeräts 11 und zum Schalten der im Stellgerät 12 befindlichen Ventile 27 und 28, kann zum einen durch mitgeführte Batterien, vorzugsweise aber durch einen ständig im Betrieb befindlichen bekannten Naben-Dynamo vorgehalten werden. Liste der Bezugsziffern 1 Rad
2 Nabe
3 Felge
4 Reifen
5, 5.1, 5.2 mechanische Felgenbremse
6 Bremshebel
7 Bremsbelag
8 Rahmen oder Gabel des Fahrrads
9, 9.1, 9.2 zahnradförmiges Impulsrad
10 Sensor
11 elektronisches Steuergerät
12 hydraulisches Stellgerät
13, 13.1, 13.2 Handbremshebel
14 Fahrradlenker
15, 15.1, 15.2, 15b Geberzylinder
16, 16.1, 16.2 Geberkammer
17, 17b, 17.1, 17.2 Geberkolben
18, 18.2 Druckstange
19, 19a, 19b, 19.1, 19.2 Nehmerzylinder
20, 20a Nehmerkolben
21, 21a Nehmerkammer
22 erster Hydraulikkanal
23a Stellkammer
24a, 24b Hydraulikleitung
25, 25b Niederdruckspeicher
26 zweiter Hydraulikkanal
27 stromlos geschlossenes Zweistellungs-Zweiwege-Ventil (Auslassventil)
28 stromlos offenes Zweistellungs-Zweiwege-Ventil (Trennventil)
29 Rückschlagventil
30 elektrische Kontaktanordnung
31 Kontaktgeber
32 Befüllventil
33 hydraulische Felgenbremse
34 Bremszylinder
35 Befüllventil
36 Entlüftungsventil
37 Bowdenzug
38 Zugstange
39, 39.1, 39.2 Bowdenzug
40.1, 40.2 Hydraulikleitung
41 Zugstange
42 Klemmschraube
43.2 Bowdenzug
44.1, 44.2 Druckzylinder
45.1, 45.2 Druckkolben
46.1, 46.2 Druckkammer

Claims

1. Antiblockiersystem für ein Fahrzeug geringer Höchstgeschwindigkeit, vorzugsweise ein Fahrrad, mit einem hydraulischen Geberzylinder, einem elektronischen Steuergerät, mindestens einer Radbremse und mindestens einem Geschwindigkeitssensor, sowie mit einem hydraulischen Stellgerät, das ein stromlos offenes Zweistellungs- Zweiwege-Ventil (Trennventil), ein stromlos geschlossenes Zweistellungs-Zweiwege- Ventil (Auslassventil) und einen mit dem Auslass-Ventil verbundenen Niederdruckspeicher zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass dem Auslassventil (27) ein Rückschlagventil (29) parallel- und dem Trenn- und Auslassventil (27, 28) gemeinsam ein hydraulischer Nehmerzylinder (19) nachgeschaltet ist,
und dass Geberzylinder (15) und Nehmerzylinder (19) im hydraulischen Stellgerät (12) integriert sind und zusammen mit Trenn- und Auslassventil (27, 28), dem Rückschlagventil (29) und dem Niederdruckspeicher (25) eine kompakte, hydraulisch verschlossene Baueinheit bilden, die bei Montage oder Reparatur des Fahrrades nicht geöffnet zu werden braucht.

2. Antiblockiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberzylinder (15) in bekannter Weise eine eingangsseitige Druckstange (18) aufweist, an die ein Handbremshebel (13) ankoppelbar ist.

3. Antiblockiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberzylinder (15b) in bekannter Weise eine eingangsseitige Zugstange (38) aufweist, an die ein vom Handbremshebel (13.2) betätigter Bowdenzug (43.2) ankoppelbar ist.

4. Antiblockiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberzylinder (15.1, 15.2) in bekannter Weise durch einen Schwimmkolben (17.1, 17.2) in eine ausgangsseitige Geberkammer (16.1, 16.2) und eine eingangsseitige Druckkammer (46.1, 46.2) unterteilt ist, die über eine Hydraulikleitung (41.1, 41.2) mit einem von einem Handbremshebel (13.1, 13.2) betätigten Druckzylinder (44.1, 44.2) verbindbar ist.

5. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung mechanischer Radbremsen (5).

6. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nehmerzylinder (19) eine hydraulisch mit den beiden Zweistellungs- Zweiwege-Ventilen (27, 28) in Verbindung stehende eingangsseitige Nehmerkammer (21) und einen diese begrenzenden Stellkolben (20) enthält, der eine Zugstange (41) trägt, an die mindestens ein Bowdenzug (39) ankoppelbar ist, der mit einer mechanischen Radbremse (5) kraftschlüssig in Verbindung steht.

7. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung hydraulisch betätigter Radbremsen (33).

8. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nehmerzylinder (19a) durch einen Schwimmkolben (20a) in eine eingangsseitige Nehmerkammer (21a) und eine ausgangsseitige Stellkammer (23a) unterteilt ist, wobei die Nehmerkammer (21a) hydraulisch mit den beiden Zweistellungs-Zweiwege-Ventilen (27, 28) in Verbindung steht und die Stellkammer (23a) mit einer Hydraulikleitung (24a) verbindbar ist, die zu einer hydraulisch betätigten Radbremse (33) führt.

9. Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Niederdruckspeichers (25) begrenzt und so auf den Schwenkweg des Handbremshebels (13) abgestimmt ist, dass er gefüllt ist, bevor der Handbremshebel (13) mechanisch an den Fahrradlenker (14) o. ä. anschlägt, und dass der restliche Schwenkweg ausreicht, das Rad kräftig zu bremsen.

10. Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine elektrische Kontaktanordnung (30), die von einem an der Druckstange (18) des Geberzylinders (15) befindlichen Kontaktgeber (31) betätigt wird, und so positioniert ist, dass dem elektronischen Steuergerät (11) ein Signal zum Abschalten der ABS-Regelung zugeführt wird, bevor der Handbremshebel (13) mechanisch an den Fahrradlenker (14) o. ä. anschlägt, und dass der restliche Schwenkweg ausreicht, das Rad kräftig zu bremsen.

11. Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Radbremsen (5, 33) als Felgenbremsen ausgebildet sind.

12. Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Räder (1) eines Fahrrads durch ein gemeinsames hydraulisches Stellgerät (12) geregelt sind.

13. Antiblockiersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei gemeinsamer Regelung beider Räder (1) die Betätigungskräfte beider Handbremsen (13.1, 13.2) in das hydraulische Stellgerät (12) eingeleitet werden.

14. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei mechanischer Ansteuerung des Stellgeräts (12) durch die beiden Handbremshebel (13.1, 13.2) nur ein einziger Geberzylinder (15b) verwendet wird.

15. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei hydraulischer Ansteuerung des Stellgeräts (12) für jeden Handbremshebel (13.1 und 13.2) ein getrennter Geberzylinder (15.1, 15.2) vorgesehen ist.

16. Antiblockiersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung mechanischer Bremsen (5.1, 5.2) für alle Bremsen ein einziger Nehmerzylinder (19b) verwendet wird.

17. Antiblockiersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung hydraulischer Bremsen (33.1, 33.2) für jede Bremse ein getrennter Nehmerzylinder (19.1, 19.2) verwendet wird.

18. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherheit bei Undichtheit der Hydraulik eine davon unabhängige zusätzliche Radbremse, vorzugsweise eine bekannte Rücktrittbremse vorgesehen ist.

19. Antiblockiersystem nach den Ansprüchen 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich einer bei hoher Bremsverzögerung auftretenden dynamischen Radlastverlagerung nach vorn in bekannter Weise das Bremsmoment am Hinterrad niedriger gehalten ist als das am Vorderrad.

20. Antiblockiersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung mechanischer Radbremsen (5.1, 5.2) die Bremshebel (6.1, 6.2) so bemessen sind, dass die wirksame Anlegekraft der Bremsbeläge (7.1, 7.2) an der Felge (3) bei gleicher Zugkraft durch die Bowdenzüge (39.1, 39.2) hinten kleiner ist als vorn.

21. Antiblockiersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung hydraulischer Radbremsen (33.1, 33.2) der Durchmesser der Bremszylinder (34) an der Hinterbremse kleiner bemessen ist als an der Vorderbremse.

22. Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 21, gekennzeichnet durch die Verwendung eines in bekannter Weise nach dem select-low-Prinzip arbeitenden elektronischen Steuergeräts (11).

23. Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 21, gekennzeichnet durch die Verwendung eines in bekannter Weise nach dem select-front-Prinzip arbeitenden elektronischen Steuergeräts (11).

24. Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Energieversorgung des Systems ein Naben-Dynamo vorgesehen ist.

25. Hydraulisches Stellgerät für ein Antiblockiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24 mit einem Auslassventil, einem Trennventil und einem Niederdruckspeicher zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, gekennzeichnet
durch ein dem Auslassventil (27) parallel geschaltetes Rückschlagventil (29),
durch mindestens einen hydraulischen Nehmerzylinder (19), der den beiden Zweistellungs-Zweiwege-Ventilen (27, 28) gemeinsam nachgeschaltet ist und ausgangsseitig mechanisch (Zugstange 41) oder hydraulisch (Stellkammer 23) mit Radbremsen (5, 33) koppelbar ist und
durch mindestens einen hydraulischen Geberzylinder (15), der eingangsseitig mechanisch (Druckstange 18 oder Bowdenzug 37) oder hydraulisch (Druckzylinder 44.1, 44.2) mit einem Betätigungsglied (Handbremshebel 13) koppelbar ist.

26. Hydraulisches Stellgerät für ein Antiblockiersystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass es herstellerseitig luftfrei mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist.

27. Antiblockiersystem (ABS) nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Handbremshebel (13) schwenkbar am hydraulischen Stellgerät (12) selbst gelagert ist und mit diesem eine Baueinheit bildet.