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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Simulation des Rückwirkverhaltens
eines hydraulischen Bremsanlagensystems und bezieht sich insbesondere
auf einen pneumatischen Bremspedalsimulator.
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Im
Gegensatz zu hydraulischen Bremsanlagen besteht bei rein elektromechanischen
Bremsanlagen zwischen der Bremsanlage und dem im Allgemeinen als
Bremspedal ausgestalteten Betätigungselement
keine direkte Kraftübertragung.
Statt über hydraulische
Leitungen, wie bei hydraulischen Bremsanlagen üblich, sind Bremse und Betätigungselement
bei elektromechanischen Bremsanlagen durch elektrische Leitungen
und Schaltungen verbunden. Der hydraulische Betätigungsdruck wird durch elektrische
Signale ersetzt.
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Eine
dem hydraulischen Betätigungsdruck entsprechende
Rückwirkung
zwischen Bremse und Pedal ist bei einer elektromechanischen Bremsanlage
nicht gegeben. Bei der Pedalbewegung wird lediglich ein elektrisches
Signal erzeugt, so dass die Pedalbetätigungskraft bei einer elektrisch
betätigten Bremsanlage
von der tatsächlichen
Bremskraft losgelöst
ist. Damit fehlt einem Fahrzeugführer
aber die sensorische Rückmeldung,
die er zur gefühlsmäßigen Feinsteuerung
der Bremskraft benötigt.
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Um
einem Fahrer auch bei Betätigung
eines zum Erzeugen eines elektrischen Signals ausgebildeten Betätigungselements
das gewohnte Bremskraftgefühl
zu vermitteln, bedarf es bestimmter Einrichtungen, die der Betätigung des
Betätigungselements
eine Gegenkraft entgegensetzen. Entsprechende Einrichtungen sind
unter dem Begriff "Pedalsimulator" bekannt. Sie erzeugen
keine der Zuspannkraft an der Bremse entsprechende Rückwirkung, sondern
täuschen
dem Fahrer lediglich das typische Betätigungsgefühl einer erhöhten Bremskraft
bei einer zunehmenden Betätigungskraft
vor.
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Für den Aufbau
von Pedalsimulatoren werden Federn und Dämpfer verwendet, die auf das
Pedal bei dessen Betätigung
eine rückwirkende
Kraft ausüben.
Durch den Aufbau derartiger Simulatoren wird dem Bremspedal eine
spezielle Pedalcharakteristik eingeprägt, die oftmals eine individuelle
Anpassung mittels einer einstellbaren Feder-Dämpfer-Kennlinien zulassen.
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Beispielsweise
wird in der Patentschrift
DE 197
41 366 C1 eine Bremspedaleinrichtung zur Nachbildung einer
den Bremskräften
angenäherten Widerstandkraft
vorgestellt, bei der eine progressive Federkennlinie durch einen
im Federweg angeordneten Anschlag erzielt wird. In alternativen
Ausführungsformen
wird die progressive Kennlinie mittels einer zusätzlichen federnden Stützeinrichtung
bewirkt. Die Stützeinrichtung
kann dabei als zusätzliches
Federelement oder als elastisches Formteil ausgebildet sein. Die
von der Vorrichtung erzeugte Rückwirkungskraft
ist unabhängig
von der Betätigungsgeschwindigkeit
stets eine Funktion des Betätigungswegs.
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In
der Druckschrift
DE
103 58 321 A1 ist eine hydraulische Pedalsimulationseinrichtung
angegeben, bei der eine Feder mit progressiver Kennlinie seriell
mit einem hydraulischen Dämpfungsglied
verbunden ist. Das Dämpfungsglied
kann so ausgebildet werden, dass sein Widerstandswert mit zunehmendem
Bremsbetätigungsweg
zunimmt, wodurch eine progressive Kennlinie des Dämpfungsglieds
erreicht wird. Bei Loslassen des Pedals wird das Dämpfungsglied
vom Fluid umgangen, so dass die Rückstellung des Betätigungselements
gemäß der Federkennlinie erfolgt.
Die Verwendung eines hydraulischen Fluids bedingt jedoch die Konstruktion
eines geschlossenen Kammersystems und steht der Intention von so
genannten "brake-by-wire-Systemen", nämlich auf
hydraulische Fluide gänzlich
zu verzichten, entgegen.
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Um
einem Fahrer das gewohnte Pedalgefühl zu vermitteln, sollte die
rückwirkende
Kraft von einem Pedalsimulator jedoch situationsabhängig erzeugt werden.
Bei einer Notbremssituation tritt ein Fahrer schnell und mit großer Kraft
auf das Bremspedal. Er erwartet hierbei am Pedal einen sofortigen
und hohen Gegendruck. Bei großer
Betätigungskraft
sollte daher bereits bei kleinen Pedalwegen sofort eine große rückwirkende
Kraft erzeugt werden. Bei kleiner Betätigungskraft, d.h. bei einer
sachten Bremsung erfolgt die Pedalbewegung dagegen langsam und die Bremswirkung
wie auch der Gegendruck am Pedal sollten sich langsam über einen
längeren
Betätigungsweg ändern um
eine Feinsteuerung der Bremskraft ermöglichen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur
Simulation des Rückwirkverhaltens
eines hydraulischen Bremsanlagensystems anzugeben, die einem Fahrer
das für
derartige Bremsanlagen gewohnte Pedalgefühl vermittelt.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der
Erfindung gelöst.
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Die
Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Simulation des Rückwirkverhaltens
eines hydraulischen Bremsanlagensystems mit einem Gehäuse, einem
Kolben, der innerhalb des Gehäuses
verschiebbar angeordnet ist und mit dem Inneren des Gehäuses einen
ersten Raum umgrenzt, einem Federelement, das zwischen dem Gehäuse und
dem Kolben angeordnet ist, und einer Lüftungseinrichtung, die den
ersten Raum mit wenigstens einem zum ersten Raum externen Raum verbindet
und zumindest ein Regelelement zur Regelung der Menge eines Fluidflusses
durch die Lüftungseinrichtung
umfasst. Hierbei ist das Regelelement dazu ausgebildet, die Menge
des Fluidflusses in Abhängigkeit
von der Richtung einer Volumenänderung
des ersten Raums und zumindest für
eine Richtung der Volumenänderung
abhängig
von der Geschwindigkeit der Volumenänderung des ersten Raums zu
regeln.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "mit" und "umfassen", soweit sie in dieser
Beschreibung und den Ansprüchen
zur Aufzählung
von Merkmalen verwendet werden, generell das Vorhandensein von Merkmalen, wie
z.B.
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Verfahrensschritten,
Einrichtungen, Bereichen, Größen und
dergleichen mehr angeben, jedoch in keiner Weise das Vorhandensein
anderer oder zusätzlicher
Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
bietet eine dynamische Pedalcharakteristik, bei der die von der
Vorrichtung erzeugte rückwirkende
Kraft außer vom
Pedalweg insbesondere auch von der auf das Pedal ausgeübten Kraft
abhängig
ist und somit auch bei Verwendung eines elektromechanischen Bremssystems
dem Fahrer das gewohnte, für
hydraulische Bremsanlagen typische Pedalgefühl vermittelt.
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Die
Erfindung wird in ihren Unteransprüchen weitergebildet.
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Vorzugsweise
umfasst das Regelelement ein Dichtelement, das zum Verkleinern einer Öffnung zwischen
dem ersten Raum und dem dazu externen Raum bei einem Überdruck
im ersten Raum relativ zu dem im externen Raum ausgebildet ist um
eine druckabhängige
Drosselwirkung zu erzielen. Um das Dichtelement einstückig und
kostengünstig
herstellen zu können,
weist dieses hierfür
vorteilhaft eine Vertiefung auf, deren Öffnung zum ersten Raum hin angeordnet
ist und die so ausgebildet ist, dass sie eine elastisch mit dem
Grundkörper
des Dichtelements verbundene Dichtlippe ausformt. Insbesondere bei
in erster Näherung
zylinderförmigen
oder stumpfkegeligen Geometrien des Gehäuseinneren ist das Dichtelement
zweckmäßig als
Axialwellendichtring ausgeführt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Lüftungseinrichtung
eine erste Öffnung
auf, die den ersten Raum mit der Außenseite der Vorrichtung und/oder
einem großvolumigen Raum
verbindet, wobei die erste Öffnung
für einen begrenzten
Fluidfluss aus dem ersten Raum ausgebildet ist. Hierdurch kann die
Dämpferkennlinie
der Lüftungseinrichtung
den Erfordernissen angepasst eingestellt werden.
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Um
eine progressive Dämpferkennlinie
der Lüftungseinrichtung
zu erhalten ist der Querschnitt des Gehäuseinneren entsprechend einer
vorteilhaften Weiterentwicklung in Eindringrichtung des Kolbens
verjüngend
ausgebildet.
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Zweckmäßig umfasst
die Lüftungseinrichtung
eine zweite Öffnung,
die zwischen dem Regelelement und dem zum ersten Raum externen Raum angeordnet
ist und die ein Verschlusselement aufweist, das die Öffnung bei
einem bestimmten relativen Überdruck
im ersten Raum gegenüber
dem externen Raum verschließt.
Hierdurch kann eine schnell Belüftung
des ersten Raums bei darin entstehendem Unterdruck erreicht werden.
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Um
die Drosselwirkung der Lüftungsöffnungen
situationsabhängig
oder abhängig
vom Einsatz der Vorrichtung zu steuern, weisen die erste und/oder die
zweite Öffnung
vorteilhaft einen variablen Öffnungsquerschnitt
auf.
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Für eine einfache
konstruktive Ausführung der
Vorrichtung wird das Fluid vorzugsweise von Luft gebildet. Der externe
Raum und/oder der großvolumige
Raum werden zu diesem Zweck bevorzugt von dem Außenbereich der Vorrichtung
gebildet.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme
der beigefügten
Figuren näher
erläutert,
von denen
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1 einen
Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pedalsimulators
zeigt,
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2 eine
Ansicht und eine Schnittdarstellung des Pedalsimulators von 1 in
unbetätigter Stellung
zeigt,
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3 eine
Ansicht und eine Schnittdarstellung des Pedalsimulators von 1 in
betätigter Stellung
zeigt,
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4 einen
Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pedalsimulators
zeigt, und
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5 eine
Feder-Dämpfer-Charakteristik
eines Pedalsimulators nach 1 oder 2 zeigt.
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Die 1 zeigt
einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zur
Simulation des Rückwirkverhaltens
eines hydraulischen Bremsanlagensystems. Die Vorrichtung stellt einen
so genannten Pedalsimulator 100 dar.
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Die
Vorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 1, in das teilweise
ein Druckkolben 2 eingeführt ist. Der Querschnitt des
Gehäuseinnenraums
ist konstant über
die Tiefe des Gehäuses.
Zwischen dem Druckkolben 2 und dem Gehäuse 1 ist eine Feder 3 angeordnet,
die den Druckkolben 2 gegen das Gehäuse 1 abstützt. Die
Feder 3 kann wie dargestellt im Gehäuseinneren angeordnet sein,
sie kann aber auch im Außenbereich
von Kolben und Gehäuse
angeordnet sein.
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Am
unteren äußeren Umfang
des Druckkolbens 2 ist eine elastische Dichtmembran 4 angeordnet,
die den Druckkolben in variabler Weise gegen die gegenüberliegende
Innenfläche 1a des
Gehäuses
abdichtet.
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Ein
Sicherungsring 5 im Bereich der oberen Öffnung des Gehäuses verhindert,
dass der Druckkolben 2 aus dem Gehäuse 1 gezogen oder
gedrückt werden
kann. Zum Erfassen des Pedalwegs ist ein induktiver Linearmesssensor 6 vorgesehen.
Der Linearmesssensor 6 gestattet die Bestimmung der Lage
des am Druckkolben angebrachten Sensormagneten 7 im Gehäuseinneren
und damit den Weg, den der Kolben 2 in das Gehäuseinnere
hinein bewegt wird. Über
diesen Weg ist der Pedalweg bestimmt. Der Sensormagnet 7 kann
als Sensormagnetring 7 ausgeführt sein.
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Um
die auf das Pedal ausgeübte
Betätigungskraft
zu erfassen, ist an der Stirnfläche 1b des Gehäuseinneren
ein Kraftsensor 8 angebracht. Der Kraftsensor 8 kann
auf der Stirnfläche
angeordnet sein; vorzugsweise ist er jedoch, wie in der 1 dargestellt,
in die Stirnfläche 1b eingelassen.
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Die
Sensoren können
redundant ausgeführt werden.
Die von den Sensoren erzeugten Signale werden üblicherweise einer, in der
Figur nicht dargestellten Steuereinheit zugeführt, worin die für die Ansteuerung
der elektromechanischen Bremsen notwendigen Parameter wie z.B. Pedalweg,
auf das Pedal ausgeübte
Kraft, Geschwindigkeit der Pedalbetätigung und dergleichen ermittelt
werden.
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Die
Druckfeder 3 weist vorzugsweise eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie auf,
d.h. die von der Feder aufgebrachte Rückstellkraft nimmt beim Zusammendrücken mit
zunehmendem Federweg zu. Eine entsprechende Federkennlinie 301 ist
als gestrichelte Kurve im Diagramm 300 der 5 veranschaulicht.
Insbesondere steigert sich gemäß dieser Kennlinie
die Zunahme der Rückstellkraft
mit zunehmendem Pedalweg.
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Das
Dämpfungsglied
umfasst die elastische Dichtmembran 4. Diese ist an dem
im Innenraum des Gehäuses 1 angeordneten äußeren Fußbereich
des Druckkolbens 2 angebracht. Die Dichtmembran 4 kann
beispielsweise in einer am äußeren Umfang des
Druckkolbens ausgebildeten Nut gefasst sein. Bis auf einen kleinen
Spalt überbrückt sie
die Lücke zwischen
dem Druckkolben 2 und der Innenwand 1a des Gehäuses 1.
In der in der Detailzeichnung A von 1 vergrößert dargestellten
Ausführungsform weist
die Dichtmembran 4 eine Dichtlippe 4a auf, die mit
dem Grundkörper 4b über einen
Steg 4c elastisch verbunden ist. Vorzugsweise werden die
Elemente 4a, 4b und 4c durch eine, in
der Dichtmembran 4 ausgebildete Vertiefung ausgeformt.
Diese Vertiefung ist zur Stirnfläche 1b des
Ge häuseinneren
hin orientiert. Bei einem zylinderförmig oder stumpfkegelig ausgeprägten Gehäuseinneren
wird die Dichtmembran 4 vorzugsweise von einem Axialwellendichtring
gebildet.
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Der
Druckkolben 2 umschließt
zusammen mit dem Gehäuseinneren
einen Raum, dessen Volumen sich bei einer Bewegung des Druckkolbens 2 in Richtung
der Stirnfläche 1b verringert.
Ein in dem Raum vorhandenes Fluid wird bei einer entsprechenden
Kolbenbewegung verdichtet. Der Raum wird daher im Folgenden als
Druckraum bezeichnet. Ein durch die Volumenverringerung bewirkter
Druckanstieg setzt sich in der Ausnehmung der Dichtmembran 4 fort
und drückt
die Dichtlippe 4a in Richtung der Gehäuseinnenwand 1a. In
der Folge dichtet die Dichtmembran die Lücke zwischen Kolben und Gehäuseinnenwand 1a ab
einem bestimmten Druck ab.
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Ein
oder mehrere in der Wandung des Gehäuses angebrachte Öffnungen 9 verbinden
den Druckraum mit der Außenseite
des Gehäuses 1.
Bei Eindringen des Druckkolbens in das Gehäuseinnere kann das im Druckraum
befindliche Fluid über
die Öffnungen 9 in
den Außenbereich
des Gehäuses
entweichen. Die Öffnungen 9 sind
dabei so bemessen, dass der Druckanstieg bei langsamem Einführen des Druckkolbens
nicht ausreicht, die Dichtlippe 4a so gegen die Gehäuseinnenwand
zu drücken,
dass die Lücke
zum Druckkolben 2 abgedichtet wird. Vielmehr kann das Fluid,
wie von der gepunkteten Linie in der Detaildarstellung A von 1 gezeigt,
zwischen Dichtlippe 4a und Gehäuseinnenwand 1a hindurch aus
dem Druckraum, vorzugsweise in den Außenbereich der Vorrichtung
entweichen. Folglich baut sich nur ein geringer Druck im Druckraum
auf, sodass die von der Vorrichtung in Reaktion auf eine Betätigung des
Druckkolbens 2 erzeugte rückwirkende Kraft im Wesentlichen
der Rückstellkraft
der Feder 3 entspricht.
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Der
beschriebene Fall liegt vor, wenn auf den Druckkolben eine geringe
Betätigungskraft
ausgeübt wird.
Entsprechend der progressiven Federkennlinie erhält man dann eine weiche Pedalcharakteristik,
bei der die rückwirkende
Kraft zunächst nur
langsam mit dem Pedalweg zunimmt und der Betätigung erst im späteren Verlauf
bei tiefer durchgedrücktem
Pedal einen zunehmend größeren Widerstand
entgegensetzt.
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Bei
einer Betätigung
des Pedalsimulators 100 mit großer Betätigungskraft erfolgt das Eindringen
des Druckkolbens 2 in das Gehäuseinnere mit entsprechend
größerer Geschwindigkeit.
Die Menge des über
die Öffnungen 9 entweichenden
Fluids ist nun geringer als die Verringerung des Druckraumvolumens,
so dass sich schnell ein höherer
Druck im Druckraum aufbaut. Die Öffnungen 9 wirken
hierbei wie eine Drossel. Durch den schnellen Druckanstieg wird
die Dichtlippe 4a schon nach einem kurzen Pedalweg gegen
die Gehäuseinnenwand 1a gedrückt und
der Druckraum – abgesehen
von den Drosselöffnungen 9 – nach außen abgedichtet.
In der Folge nimmt die von der Vorrichtung 100 erzeugte
rückwirkende
Kraft schon bei einem kurzen Pedalweg schnell zu. Die zugehörige Kennlinie 302 des
Dämpfungsglieds
ist in der 5 dargestellt.
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Die
Feder 3 drückt
den Druckkolben 2 bei Loslassen des Pedals, oder wenn keine
weitere Kraft von außen
auf den Druckkolben 2 ausgeübt wird, in seine Ausgangsstellung
zurück.
Als Ausgangsstellung wird hierbei die geringste mögliche Eindringtiefe des
Druckkolbens 2 im Gehäuse 1 verstanden,
d.h. die Stellung, bei der der Druckkolben 2 am Sicherungsring
anliegt. Hierbei entsteht im Druckraum ein Unterdruck, der durch
Fluid ausgeglichen wird, das über
die Öffnungen 9 einströmt.
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Der
Druckausgleich über
die als Drosseln konzipierten Öffnungen
erfolgt jedoch relativ langsam, so dass die Feder 3 den
Druckkolben 2 entgegen der durch den Unterdruck im Druckraum
verursachten Saugkraft in die Ausgangsstellung zurückstellen
muss.
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Um
die Rückstellung
des Druckkolbens 2 dennoch sehr kurz zu gestalten, ist
in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine weitere Öffnung 10 mit
geringerem Widerstands wert vorgesehen, die den Druckraum ebenfalls
mit dem Außenbereich
der Vorrichtung verbindet. Im Bereich dieser Öffnung 10 ist ferner
ein Einwegeventil 11 vorgesehen, das die Strömung von
Fluid durch diese weitere Öffnung 10 auf
die Richtung in den Druckraum hinein begrenzt.
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Das
Einwegeventil 11 kann, wie in der 1 dargestellt
zweckmäßig und
einfach als Kugelventil ausgeführt
werden. In der Detaildarstellung B der 1 ist eine
vergrößerte Ansicht
der weiteren Öffnung 10 mit
dem Kugelventil 11 an deren druckraumseitigen Ende gezeigt.
Steigt der Innendruck im Druckraum an, so strömt das darin befindliche Fluid durch
das Kugelventil 11 in die weitere Öffnung 10 und durch
diese schließlich
in den Außenbereich
der Vorrichtung 100. Bei genügender Strömung wird die Kugel des Ventils
mitgerissen, verschließt
den Lüftungskanal
der Öffnung 10 und
verhindert ein weiteres Entweichen des Fluids durch diese Öffnung 10. Die
Strömung
bzw. der Innendruck ab dem sich das Kugelventil schließt, kann
durch geeignete Dimensionierung von Kugel und den sie umschließenden Kugelkäfig eingestellt
werden. Vorteilhaft besitzt das Ventil ein Federelement, das die
Kugel mit einer bestimmten Kraft in die Offenstellung des Ventils
drückt. Hierdurch
kann sehr einfach festgelegt werden, ab welchem Innendruck sich
das Ventil schließt.
Selbstverständlich
können
statt einer Kugel auch andere Schließelemente, wie z.B. membran-,
zungen-, platten-, kolben-, kegel- oder stiftförmige aber auch andere gleichwirkende
Verschlusskörper,
verwendet werden.
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Wirkt
auf den Druckkolben 2 keine Kraft von außen ein,
so bewegt ihn die Feder 3 in die Ausgangsstellung zurück. Unterschreitet
der Überdruck im
Druckraum dabei den über
das Einwegeventil 11 vorgegebenen Wert, so öffnet sich
dieses und der Druckraum wird wegen des geringen Widerstandswerts
der weiteren Öffnung 10 ohne
nennenswerte Drosselwirkung belüftet.
Das sich öffnende
Einwegeventil hebt somit die Drosselwirkung der elastischen Dichtmembran 4 und
der ersten Öffnun gen 9 auf
und unterstützt
damit den Ansaugvorgang zum Druckraum und damit ein schnelles Entspannen
der Feder 3.
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In
der 2 ist die Vorrichtung von 1 im unbetätigten Zustand
sowohl in einer perspektivischen Außenansicht als auch in einer
perspektivischen Schnittansicht gezeigt. Der Druckkolben befindet
sich hierbei in seiner Ausgangsstellung. Das Einwegeventil 11 ist
geöffnet,
die Dichtmembran 4 liegt nicht an der Gehäuseinnenwand
an, die Feder 3 befindet sich im am geringsten komprimierten
Zustand und es liegt keine Fluidströmung durch die Lüftungsöffnungen 9 und 10 vor.
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In
der 3 ist die Vorrichtung von 1 im mit
großer
Kraft betätigten
Zustand ebenfalls sowohl in einer perspektivischen Außenansicht
als auch in einer perspektivischen Schnittansicht gezeigt. Der Druckkolben
befindet sich in einer auf halbem Wege eingeführten Stellung. Das Einwegeventil 11 ist
geschlossen, die Dichtmembran 4 liegt an der Gehäuseinnenwand
an, die Feder 3 befindet sich einem stärker komprimierten Zustand
und die Fluidströmung
erfolgt gedrosselt ausschließlich über die
Lüftungsöffnungen 9.
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In
der 4 ist eine alternative Ausführungsform 200 einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgestellt. Dichtmembran 4 und Kugelventil 11 sind
wie bereits in 1 jeweils in den Detaildarstellungen
A bzw. B vergrößert dargestellt.
Im Unterschied zur Ausführungsform
von 1 verjüngt
sich bei dieser Ausführungsform
der Querschnitt des Gehäuseinnenraums
in Richtung der Stirnfläche 1b (Eindringrichtung).
Mit steigendem Pedalweg bzw. mit zunehmender Eindringtiefe des Druckkolbens
in das Gehäuseinnere
verringert sich somit der Spalt zwischen Druckkolben und Gehäuseinnenwand
den die Dichtmembran 4 nicht überbrückt. Die Lücke zwischen Druckkolben 2 und
der Innenwandung des Gehäuses 1' wird unabhängig vom
Innendruck des Druckraums ab einem bestimmten Pedalweg geschlossen.
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Die
Verjüngung
des Gehäuseinnenraums wird
dabei zweckmäßig so ausgelegt,
dass beim Einschieben des Druckkolbens eine, wie in 5 gezeigte,
progressive Dämpferkennlinie
(durchgezogene Linie) resultiert. D.h., mit zunehmend eingedrücktem Kolben
kann immer weniger Fluid an der Dichtmembran vorbeiströmen, so
dass das Fluid vermehrt über
die als Drossel wirkenden Öffnungen 9 entweichen
muss. Die elastische Dichtmembran wirkt bei langsamer Betätigung des
Druckkolbens hiermit als eine sich mit fortschreitendem Pedalweg
schließende
Drossel. Dies führt
zu einer mit steigendem Pedalweg zunehmenden rückwirkenden Kraft der Vorrichtung 200.
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Die
Rückstellung
des Druckkolbens 2 in die Ausgangslage erfolgt wie oben
mit Bezug auf die Ausführungsformen
von 1 beschrieben.
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Die 5 zeigt
eine Feder-Dämpfer-Charakteristik 300 eines
Pedalsimulators nach 1 und 2. Die Federkennlinie 301 ist
gestrichelt, die Dämpferkennlinie 302 und 303 durchgezogen
dargestellt. Die Dämpferkennlinie
beschreibt das von dem Regelelement der Lüftungseinrichtung bestimmte Dämpfungsverhalten,
wobei das Regelelement mindestens die ersten Öffnungen 9 und die
mit der Gehäuseinnenwand
zusammenwirkende Dichtmembran 4 umfasst. Bei hoher Betätigungskraft über den gesamten
Pedalweg wird zunächst
der Kennlinienteil 302 der Dämpferkennlinie durchlaufen.
Nach dem Loslassen des Pedals bzw. Druckkolbens wirken Druckabfall
durch einströmendes
Fluid und Feder 3 zusammen, sodass die rückwirkende
Kraft entsprechend dem Kennlinienteil 302 zunächst schnell
abnimmt und sich schließlich
der Federkennlinie nähert. Bei
einer teilweisen Betätigung über einen
kürzeren Pedalweg
verläuft
die Hysterese der Kennlinie analog zum gezeigten Verlauf. Bei vernachlässigbarem Druckanstieg
im Druckraum, d.h. bei langsamer Betätigung des Druckkolbens mit
geringer Kraft, wird die Federkennlinie durchlaufen. Diese weist
im Gegensatz zur Dämpferkennlinie 302 und 303 keine
Hysterese auf.
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Als
Fluid wird vorzugsweise Luft verwendet, da diese einfach zwischen
Druckraum und dem Außenbereich
der Vorrichtungen 100 und 200 ausgetauscht werden
kann. Insbesondere sind keine Auffanggefäße wie z.B. für ein hydraulisches
Fluid vonnöten.
Zum Einstellen einer bestimmten Feder-Dämpfer-Charakteristik 300 können jedoch
auch andere Gase oder auch Flüssigkeiten
als Fluid verwendet werden. Hierbei ist es zweckmäßig die über die
ersten Öffnungen 9 und
weiteren Öffnungen 10 sowie
die Dichtmembran 4 erfolgende Ent- und Belüftung des
Druckraums in abgeschlossene Volumina genügender Größe zu leiten, beispielsweise
in einen oder mehrere Auffangbehälter,
die als Pufferspeicher dienen.
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Für den Fachmann
ist es leicht ersichtlich, dass zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-Charakteristik
ein großer
Freiraum hinsichtlich der konstruktiven Ausführung und Auslegung einer Vorrichtung 100 bzw. 200 besteht.
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Insbesondere
können
verschiedene und/oder mehrere Federtypen 3 in Reihe oder
parallel verwendet werden. Ferner können die Öffnungen 9 und 11 verschieden
groß gewählt werden,
wobei die Lüftungsöffnungen
vorteilhaft mit einem kontinuierlich verstellbaren Verschlusselement,
wie z.B. einer Blende oder dergleichen, versehen werden können um
einen variablen Öffnungsquerschnitt
der Abluftkanäle
zu ermöglichen.
Insbesondere kann die Öffnungsweite
dieser Verschlusselemente in Abhängigkeit
der Signale des Kraftsensors 8 und/oder des Linearmesssensors 6 gesteuert
werden, so dass eine geregelte Drosselwirkung ermöglicht wird,
die in einer besonderen Ausführungsform
auch die Funktion des Einwegeventils übernimmt.
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Die
Geometrien von Druckkolben 2 und Gehäuse 1 bzw. 1' sind nicht
auf die vorgestellten Bauformen beschränkt. Neben zylinderförmigen und stumpfkegeligen
Geometrien des Gehäuseinneren sind
auch gerade oder sich verjüngende
Geometrien mit beliebigem Querschnitt möglich. Die Verjüngung des
Gehäuseinneren
kann auch entlang einer gekrümmten
Geometrie erfolgen. Ebenso bestehen keine Beschränkungen bezüglich der Höhe und der Durchmesser bzw.
Querschnitte von Gehäuse 1 und Druckkolben 2.
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Schließlich kann
die Feder 3 so angeordnet werden, dass sich ein Versatz
in der Federkennlinie ergibt, durch den die Rückstellkraft der Feder z.B. erst
ab einem bestimmten Pedalweg wirksam wird oder gleich von Anbeginn
der Betätigung
eine bestimmte rückwirkende
Kraft aufbringt.
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Weitere,
dem Fachmann bekannte äquivalente
Abwandlungen einzelner vorgestellter Merkmale können ebenfalls zur Realisierung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 oder 200 verwendet werden.
Insbesondere kann das Einwegeventil 11 bei günstig ausgelegter
Dichtmembran 4 und Öffnungen 9 entfallen.
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Die
vorgestellten Ausführungsformen
einer Vorrichtung zur Simulation des Rückwirkverhaltens eines hydraulischen
Bremsanlagensystems geben einen Pedalsimulator an, der eine Feder-Dämpfer-Charakteristik aufweist,
die dem gewohnten Pedalverhalten entspricht: Sofortige hohe Gegenkraft bei
großer
Betätigungskraft
und weiches Verhalten bei geringer Betätigungskraft um ein feinfühlig dosiertes
Bremsen zu ermöglichen.
Die vorgestellten Konstruktionen weisen einen geringen Bauraum auf, sind
variabel in ihren konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten und sind, wie in
Kraftfahrzeugen gefordert, leicht auswechselbar. Die Umsetzung bewährter mechanischer
Konstruktionsprinzipien gewährleistet darüber hinaus
eine große
Funktionssicherheit bei kostengünstiger
Herstellung.
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- 100
- Pedalsimulator
- 1
- Gehäuse
- 1'
- Gehäuse mit
sich verjüngendem
Innenraum
- 1a
- Gehäuseinnenwand
- 1b
- Stirnfläche des
Gehäuseinneren
- 2
- Druckkolben
- 3
- Feder
- 4
- elastische
Dichtmembran
- 4a
- Dichtlippe
- 4b
- Grundkörper der
Dichtmembran
- 4c
- Steg
der Dichtmembran
- 5
- Sicherungsring
- 6
- Linearmesssensor
- 7
- Sensormagnetring
- 8
- Kraftsensor
- 9
- erste Öffnung Druckraum-Außenbereich
- 10
- zweite Öffnung Druckraum-Außenbereich
- 11
- Einwegeventil
- 200
- alternative
Ausführungsform
eines Pedalsimulators
- 300
- Feder-Dämpfer-Charakteristik
- 301
- Federkennlinie
- 302
- Dämpferkennlinie
bei Betätigung
des Pedals
- 303
- Dämpferkennlinie
bei Loslassen des Pedals