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Die
Erfindung betrifft einen Bremskraftverteiler für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einen
solchen Bremskraftverteiler umfasst.
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Zur
Verteilung der Bremsbetätigungskraft zwischen
den Hauptbremszylindern von Vorder- und Hinterachse wird im Kraftfahrzeug üblicherweise
ein Waagebalken eingesetzt. Die Bremsbetätigungskraft wird damit im
umgekehrten Verhältnis
der Hebelarme des Waagebalkens auf die Hauptbremszylinder aufgeteilt.
Dabei ist es bekannt, dieses Verhältnis in Abhängigkeit
von der Beladung des Kraftfahrzeugs einzustellen. Die Einstellung
wird z.B. nach dem Beladen des Kraftfahrzeugs vorgenommen.
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Während eines
Bremsvorgangs ist jedoch die Radlastverteilung zwischen Vorder-
und Hinterachse dynamisch, womit die ideale Bremskraftverteilung
eine Parabel beschreibt, während
die durch einen Waagebalken eingestellte Bremskraftverteilung eine
Gerade darstellt. Demzufolge wird die Bremskraftverteilung üblicherweise
für einen
Wert nahe der maximal erreichbaren Verzögerung während eines Bremsvorgangs eingestellt.
Aus diesem Grund wird zu Beginn des Bremsvorgangs und bis zum Erreichen
der maximalen Verzögerung
eine Achse, üblicherweise
die Hinterachse, nicht optimal an der Verzögerung des Kraftfahrzeugs beteiligt.
Die Folge ist eine Verlängerung
des Bremsweges.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
25 23 061 A1 ist ein Bremskraftverteiler für ein Kraftfahrzeug
bekannt, bei dem die Bremsbetätigungskraft über eine waagenbalkenähnliche
Vorrichtung in einem veränderlichen
Verhältnis
auf die Hauptbremszylinder von Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeugs
aufgeteilt wird, wobei die waagenbalkenähnliche Vorrichtung derart
konfiguriert ist, dass eine kontinuierlich bremsbetätigungskraft-abhängige Hebelarmverstellung
für einen
stetigen Bremskraft-Aufteilungsverlauf auf die Hauptbremszylinder
erzielbar ist. Dazu ist die waagebalkenähnliche Vorrichtung als instabil
gelagertes, formsteifes Kraftdreieck ausgebildet. Vorhandene Elastizitäten und/oder
Leerwege der Bremsanlage führen
bei der Einleitung eines Bremsvorgangs zu einer ungleichen Aufteilung
der Bremsbetätigungskraft
auf die beiden Hauptbremszylinder. Bei einer Erhöhung der Bremsbetätigungskraft
resultiert aus der instabilen Lagerung dann eine sich vergrößernde Ungleichheit
der Bremsbetätigungskraft-Aufteilung.
Für die
Realisierung dieser Lösung
sind jedoch komplizierte Zwangsführungen
bei der Bremsanlage notwendig sowie nicht-ideale oder speziell ausgebildete
Bremsanlagen, zur Bereitstellung einer jeweiligen Elastizität bzw. eines
Leerweges. Außerdem
erzeugen derartige Zwangsführungen
zusätzliche
Reibung und fordern extra Bauraum im Kraftfahrzeug.
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Aus
der
DE 11 19 136 ist
ein Bremskraftverteiler bekannt, der ein elastisches Element in
Form einer Feder umfasst. Durch ein aufwändiges Hebelsystem wird, beim Überschreiten
einer gewissen Bremsbetätigungskraft,
eine unstetige Veränderung, d.h.
ein Sprung, bei der Bremskraftverteilung auf die beiden Hauptbremszylinder
erreicht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Bremskraftverteiler für ein Kraftfahrzeug anzugeben,
der eine kontinuierliche bremsbetätigungskraftabhängige Hebelarmverstellung
bereitstellt, einfach aufgebaut ist und für beliebige Druckbremsanlagen
einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass bei einem gattungsgemäßen Bremskraftverteiler
zur Erzielung der bremsbetätigungskraft-abhängigen Hebelarmverstellung
wenigstens ein Schenkel der waagenbalkenähnlichen Vorrichtung ein Element
mit definierter Elastizität
umfasst. Durch die erfindungsgemäße Verwendung
eines bremsbetätigungskraftabhängig verformbaren Elementes
ist eine kontinuierlich bremsbetätigungskraftabhängige Hebelarmverstellung
der waagebalkenähnlichen
Vorrichtung für
beliebige Druckbremsanlagen im Kraftfahrzeug möglich. Anders ausgedrückt, nutzt
die Erfindung keine Verstärkung
bereits vorhandener Instabilitäten
bzw. Elastizitäten
einer vorhandenen.
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Bremsanlage,
sondern stellt diese selbst durch ein bremsbetätigungskraftabhängig verformbares
Element bereit. Insbesondere kann die Bremsanlage hinsichtlich Bremspedalweg,
d.h. Leerweg und Volumenaufnahme, ideal steif ausgeführt werden.
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Auch
ist keine spezielle Ausbildung der Bremsanlage erforderlich. Insbesondere
bestehen keinerlei Einschränkungen
hinsichtlich verwendeter Durchmesser von Hydraulikzylindern oder
sonstiger Bauteile. Durch den Verzicht auf zusätzliche Zwangsführungen
mit ihrer Reibung und ihrem Bedarf an Bauraum ergibt sich eine besonders
einfache und kostengünstige
Umsetzung. Elemente mit definierter Elastizität sind beispielsweise Federn,
Gas oder Elastomere. Diese Elemente werden derart ausgewählt, dass
sie eine unter den üblichen
Betriebslasten der Bremsanlage definierte und nennenswerte Elastizität aufweisen.
Durch die damit verbundene Längenänderung
des wenigstens einen Schenkels des Kraftdreiecks verändert sich
das Verhältnis
der Hebelarme und damit die Bremskraftverteilung auf die Hauptbremszylinder.
Durch die Wahl der Geometrie des Kraftdreiecks, das heißt, der
Schenkellängen und
Winkel, und die Steifigkeit des Elementes mit definierter Elastizität (elastisches
Element) ist eine individuelle Einstellung der Bremskraftverteilung über die
Bremsbetätigungskraft
erzielbar. Eine Annäherung
an eine ideale Bremskraftverteilung ist damit darstellbar.
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Durch
die Erfindung ist nun erstmals eine kontinuierlich bremsbetätigungskraft-abhängige Ansteuerung
beliebiger Bremsanlagen möglich.
Es ist also keine Verstärkung
materialbedingter Elastizitäten
von Bauteilen, wie z.B. Schläuchen,
mehr nötig. Denn
die Auslegung einer Bremsanlage ist darauf gerichtet, gerade diese
materialbedingten Elastizitäten
so gering wie möglich
zu halten. Elastizität
in druckübertragenden
Bauteilen bedeutet nämlich
zusätzlich
Volumenaufnahme, während
Elastizität
in kraftübertragenden
Bauteilen einen zusätzlich
zurückzulegenden
Weg bedeutet. Beide dieser Effekte führen jedoch zu einem indirekteren
Gefühl
am Bremspedal mit weniger exaktem Druckpunkt, was bei einer Bremsbetätigung unerwünscht ist.
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Durch
die Erfindung ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau einer Bremskraftverteilung
für eine
stetige Bremsbetätigungskraft-Aufteilung
auf die Radbremszylinder. Durch die Auswahl eines geeigneten elastischen
Materials, beispielsweise progressiv, degressiv oder eine Kombination
hiervon, können Bremskraftverteilungen
mit beliebig vorgebbarem Verlauf realisiert werden. Insbesondere
kann auch eine Anpassung erfolgen, auf eine Bremsanlage, bei der
das elastische Element auf Zug belastet wird, zur Ansteuerung gezogener
Radbremszylinder, oder bei der das elastische Element auf Druck
belastet wird, zur Ansteuerung gedrückter Radbremszylinder.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dem elastischen
Element zusätzlich
ein Dämpfungsglied
zugeordnet, zur zeitlich verzögerten Applikation
der Bremsbetätigungskraft.
Der Hintergrund dabei ist, dass im Augenblick des beginnenden Bremsvorganges
die ideale Bremskraftverteilung dem statischen Verhältnis der
Achslasten eines ruhenden Kraftfahrzeuges entspricht. Dies beruht
auf dem Umstand, dass eine direkte Proportionaliät zwischen dem Bremsdruck und
der statischen Beschleunigung (Geschwindigkeitsänderung) des Kraftfahrzeuges
besteht. Durch die Beschleunigung des Fahrzeuges findet jedoch eine
dynamische Radlastverteilung statt. Damit befindet sich das Kraftfahrzeug
zum Beginn eines Beschleunigungsvorganges in einem nicht statischen
Zustand, womit der aufgebrachte Bremsdruck der tatsächlichen
Beschleunigung „vorauseilt". Für den Zeitraum
einer zeitlichen Veränderung
der Beschleunigung entspricht damit die vorgegebene Bremskraftverteilung
nicht den tatsächlichen, über die
Achsen übertragenen,
Beschleunigungskräften.
Insbesondere zu Beginn eines Bremsvorgangs könnte die Hinterachse des Kraftfahrzeuges
einen höheren
Beitrag zur Gesamtverzögerung
des Fahrzeuges liefern, als dies durch das vorliegende System angesteuert
wird. Diesem Umstand kann durch eine zeitliche Verzögerung der
Verstellung der Bremskraftverteilung, das heißt, durch den Einsatz eines
Dämpfungsgliedes
parallel zum elastischen Element, Rechnung getragen werden. Dieses
Dämpfungsglied
ist individuell auf die Dynamik des Fahrzeuges abstimmbar. Mit anderen
Worten wird zusätzlich
zur kraftabhängigen
Verteilung eine von der Betätigungsgeschwindigkeit
abhängige Komponente
eingesetzt.
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Vorzugsweise
sind das elastische Element und/oder das Dämpfungsglied austauschbar vorgesehen.
Dies ermöglicht
eine individuelle Anpassung an eine jeweils vorgegebene Konfiguration
des Kraftfahrzeuges.
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Ein
besonders einfacher Austausch ergibt sich dann, wenn das elastische
Element zusammen mit dem Dämpfungsglied
einteilig ausgebildet ist.
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Weiterhin
wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch
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Die
Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher beschrieben, die zwei besonders
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung vorstellt. Dabei zeigt
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1 eine
erste Ausführungsform,
bei der die Bremszylinder gezogen werden; und
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2 eine
zweite Ausführungsform,
bei der die Bremszylinder gedrückt
werden.
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Dabei
sind gleiche Elemente in 1 und 2 jeweils
mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden
gemeinsam für
beide Fig. e beschrieben.
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Gezeigt
sind jeweils schematische Darstellungen eines Bremskraftverteilers
für ein
Kraftfahrzeug. Dabei umfassen die Bremskraftverteiler eine waagenbalkenähnliche
Vorrichtung, die als Kraftdreieck 1 ausgebildet ist. Das
Kraftdreieck 1 umfasst dabei Schenkel 11, 12 und 13.
Das Kraftdreieck umfasst weiterhin Gelenke 32, 33 und 34.
Das Kraftdreieck ist über
das Gelenk 32 und ein weiteres Gelenk 31 gelenkig
mit dem Bremspedal 4 verbunden. Das Bremspedal 4 weist
einen zugeordneten Lagerpunkt 24 auf. Weiterhin ist das
Kraftdreieck über
die Gelenke 33 bzw. 34 mittels Gelenkstangen 2 bzw. 3 an
die Radbremszylinder A bzw. B angelenkt. Hierfür sind weitere Lagerpunkte 21, 22 und 23 vorgesehen.
Die Bremszylinder A und B wirken über Leitungen 41 bzw. 42.
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Das
Kraftdreieck 1 umfasst dabei jeweils an seinem Schenkel 13 ein
elastisches Element 15. Dieses Element 15 weist
unter den üblichen
Betriebslasten eine definierte und nennenswerte Elastizität auf. Beim
Aufbringen einer Bremsbetätigungskraft
F1 auf das Bremspedal 4 erfolgt eine Kraftweiterleitung über das
Kraftdreieck 1 auf die Bremszylinder A und B. Dabei wirkt
am elastischen Element 15 eine Kraft F2. Diese Kraft bewirkt
eine Längenänderung
des elastischen Elementes 15. Damit ergibt sich eine Längenänderung
des Schenkels 13 des Kraftdreiecks 1. Hieraus
resultiert eine Änderung
der Länge
der Hebelarme des Kraftdreiecks 1 zur Übertragung der Bremsbetätigungskraft
F1 auf die Bremszylinder A und B. Die auf die Bremszylinder A und
B ausgeübten
Bremsbetätigungs-Anteilskräfte FA und
FB sind also abhängig
von der Verformung des elastischen Elements 15 und der
davon abhängenden
Länge des Schenkels 13 des
Kraftdreiecks 1.
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Der
Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen, d.h. zwischen 1 und 2,
besteht darin, dass bei der ersten Ausführungsform die Bremszylinder
A, B gezogen und bei der zweiten Ausführungsform gedrückt werden.
Damit müssen bei
der ersten Ausführungsform
die an die Bremszylinder A, B angelenkten Gelenkstangen 2 bzw. 3 zur Erzielung
einer Bremswirkung gezogen und bei der zweiten Ausführungsform
gedrückt
werden. Also muss auch das Kraftdreieck 1 gezogen bzw.
gedrückt werden,
was in unterschiedlichen Anforderungen an das elastische Element 15 resultiert.
Bei der ersten Ausführungsform
muss also das elastische Element 15 bei Zug und bei der
zweiten Ausführungsform
bei Druck eine Längenänderung
erfahren.
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Wenn
beispielsweise in 1 das elastische Element 15 bei
Zug eine Längenausdehnung
erfährt, so
wird mit zunehmender Bremsbetätigungskraft
F1 der Schenkel 13 des Kraftdreiecks immer länger. Dies
bewirkt eine Änderung
im Verhältnis
der Hebelarme der waagenbalkenähnlichen
Vorrichtung, da die Länge
des Schenkels 11 konstant bleibt. Mit zunehmender Bremsbetätigungskraft
F1 wird also ein immer kleinerer Anteil dieser Zunahme auf den Bremszylinder
B übertragen.
Mit anderen Worten ist der zu Beginn des Bremsvorgangs auf den Bremszylinder
B übertragene
Anteil der Bremsbetätigungskraft F1
größer als
der bei maximaler Bremsbetätigungskraft
F1 übertragene
Anteil. Oder, noch anders ausgedrückt, ist das Verhältnis der
Bremsbetätigungs-Anteilskräfte FB zu
FA zu Beginn des Bremsvorgangs größer als bei maximaler Bremsbetätigung. Damit
ergibt sich eine kontinuierlich bremsbetätigungskraft-abhängige Hebelarmverstellung
für einen stetigen
Bremsbetätigungskraft-Aufteilungsverlauf auf
die Bremszylinder A, B. Wenn also der Bremszylinder B der Hinterachse
des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, wird die Hinterachse vermittels
der Erfindung nun von Beginn des Bremsvorgangs an optimal an der
Verzögerung
des Fahrzeugs beteiligt. Dies resultiert dann in einem stets optimal
kurzen Bremsweg.
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Die
genaue Abstimmung erfolgt durch geeignete Wahl der Schenkellängen und
Winkel des Kraftdreiecks sowie der „Federsteifigkeit" des elastischen Elements 15.
Dabei sind eine Vielzahl weiterer Kombinationen möglich, insbesondere
mehrere elastische Elemente, auch an mehreren Schenkeln. Des weiteren
können
alternativ oder zusätzlich
elastische Elemente am benachbarten Schenkel mit „entgegengesetzter" Elastizität vorgesehen
sein (also im obigen Beispiel ein elastisches Element am Schenkel 11,
dass bei Zug eine Längenverkürzung erfährt). Es versteht
sich, dass die genannten Merkmale dabei nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Zusammenfassend
stellt die Erfindung eine Bremsanlage bereit, die einen kontinuierlich
bremsbetätigungskraft-abhängigen,
stetigen Bremskraft-Aufteilungsverlauf auf verschiedene Bremszylinder
ermöglicht
und dabei hinsichtlich dem Pedalweg und seinen Parametern wie Leerweg
und Volumenaufnahme beliebig ausgeführt werden kann. Insbesondere
kann sie ideal steif ausgeführt
werden, um einen besonders exakten Druckpunkt am Bremspedal 4 bereitzustellen.
Durch die Verwendung des elastischen Elements 15 ergibt
sich dabei eine konstruktiv besonders einfache Ausführung, da
keinerlei weitere Zwangsführungen
notwendig sind. Die Abstimmung der Bremsanlage kann durch das elastische
Element 15 dargestellt werden. Damit ist eine gewünschte Bremslastverteilung
und -bedienbarkeit für
beliebige Fahrzeugkonfigurationen erreichbar, das heißt, die
Auswahl von Material und Dimension des Bremssystems kann völlig unabhängig von
der gewünschten
Bremslastverteilung gewählt
werden. Des Weiteren ergibt sich eine konstruktive Vereinfachung
durch eine fehlende fahrzeugfeste Umlenk- bzw. Anbindungshebel für das Bremspedal 4.