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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsanordnung
für ein Fahrzeugbremssystem mit einer Betätigungskrafterfassungseinrichtung zum
Erfassen der über ein Bremspedal ausgeübten Betätigungskraft,
wobei die Betätigungskrafterfassungseinrichtung einen Kraftsensor
und ein Kraftübertragungsglied aufweist und über
ein Krafteingangsglied an das Bremspedal koppelbar ist.
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Derartige
Kraftübertragungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik
bekannt und beispielsweise in
DE 195 09 065 A1 offenbart. Bei dieser Kraftübertragungsanordnung
wird die auf ein Bremspedal ausgeübte Betätigungskraft
durch ein in einem Druckraum angeordnetes Sensorelement erfasst.
Der Druckraum ist innerhalb einer zweiteilig ausgeführten
Betätigungsstange ausgebildet, die mit ihrem ersten Teil
an das Bremspedal koppelbar ist und mit ihrem vom Bremspedal abgewandten
Ende ein pneumatisches Steuerventil eines Bremskraftverstärkers
betätigen kann. Der Druckraum ist mit einem elastischen,
nahezu inkompressiblen Druckmittel gefüllt, das die beiden
Teile der Betätigungsstange dauerhaft miteinander verbindet.
Voraussetzung für eine Messung der Betätigungskraft
mit dem oben erwähnten Aufbau der Kraftübertragungsanordnung
ist das Vorliegen eines isotropen Drucks in dem Druckraum. Um Zugbelastungen,
die sich negativ auf das Druckmittel in dem Druckraum auswirken,
möglichst gering zu halten bzw. zu vermeiden, ist an dem
den Druckraum aufweisenden Teil der Betätigungsstange ein Anschlag
bzw. eine oder mehrere Eindrückungen vorgesehen, die mit
einer Nut zusammenwirken können.
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Die
Kraftübertragungsanordnung gemäß
DE 195 09 065 A1 weist
einen relativ komplexen Aufbau auf, bei dem es notwendig ist, einen
Druckraum mit einem nach Möglichkeit fast inkompressiblen
Druckmittel auszufüllen und die beiden Teile der Betätigungsstange
dauerhaft mittels des Druckmittels zu verbinden. Die Messung der
Betätigungskraft kann hierbei durch Risse und/oder Gasblasen
in dem Druckmittel des Druckraums verfälscht werden, da diese
den Aufbau eines isotropen Drucks beeinträchtigen.
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Im
Betrieb einer solchen Kraftübertragungsanordnung mit den
bei einem Bremsvorgang auftretenden und somit auf die Kraftübertragungsanordnung
einwirkenden hohen Kräften, kann es leicht zu Beschädigungen
bzw. Deformierungen des Druckmittels kommen, die eine fehlerhafte
Messung nach sich ziehen.
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Zudem
ist eine Montage der oben beschriebenen Kraftübertragungseinrichtung
sehr aufwendig, da das Sensorelement zwischen einem Druckgeber und
dem Druckraum angeordnet wird. Der Druckraum muss anschließend
mit dem Druckmittel, z. B. Silikon, ausgegossen werden, um die beiden
einzelnen Teile der Betätigungsstange dauerhaft miteinander
zu verbinden und den notwendigen isotropen Druck in dem Druckraum
zu erzeugen.
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Es
ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Kraftübertragungsanordnung der eingangs bezeichneten
Art mit vereinfachtem Aufbau bereitzustellen, der bei einfacher
Montage eine dauerhaft hohe Messgenauigkeit ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Kraftübertragungsanordnung der eingangs
bezeichneten Art gelöst, bei der der Kraftsensor als Membransensor
ausgeführt ist und bei der die Betätigungskrafterfassungseinrichtung
eine Anschlaganordnung aufweist, die eine auf den Kraftsensor einwirkende
und von diesem erfassbare Betätigungskraft auf einen vorbestimmten
Maximalwert begrenzt.
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Erfindungsgemäß wird
also die auf den Sensor übertragene Betätigungskraft,
die von einem Fahrer über das Bremspedal ausgeübt
wird, auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt, wodurch Beschädigungen
an der Membran des Membransensors durch Überbelastung vermieden
werden können. Die erfindungsgemäße Kraftübertragungsanordnung
ermöglicht neben einer dauerhaft hohen Messgenauigkeit
und einer erhöhten Lebensdauer des Membransensors auch
einen gegenüber dem Stand der Technik stark vereinfachten
Aufbau und damit einhergehend eine Vereinfachung der Montage der
Kraftübertragungsanordnung.
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Da
die Membran des Membransensors nicht unbegrenzt durch eine auf sie
einwirkende Kraft deformiert werden kann, wird zur Vermeidung von
Beschädigungen der Membran und somit möglichen Beeinträchtigungen
von Messungen der Betätigungskraft gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen,
dass die Anschlaganordnung einen zwischen dem Krafteingangsglied und
dem Kraftübertragungsglied ausgebildeten Anschlag und ein
zwischen diesen angeordnetes Federelement umfasst. Durch Zusammenwirken
des Federelements mit der Anschlaganordnung kann die auf den Membransensor
einwirkende Betätigungskraft auf einen vorbestimmten Maximalwert
begrenzt werden.
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Um
eine Begrenzung bzw. Dämpfung der auf den Membransensor
einwirkenden Kraft zu erzielen, jedoch ohne die Betätigung
eines an die Kraftübertragungsanordnung gekoppelten Bremskraftverstärkers oder
einer ähnlichen Vorrichtung zu beeinflussen und somit den
Bremsvorgang unerwünscht zu verzögern, ist das
Federelement in einer Position anzuordnen, in der es die Betätigungskraft übertragen
kann. Deshalb sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass sich
das Federelement einenends an dem Kraftübertragungsglied
und anderenends an dem Membransensor abstützen kann.
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Der
konstruktive Aufbau des Kraftübertragungsglieds soll eine Übertragung
der Betätigungskraft auf die Membran des Membransensors
ermöglichen und gleichzeitig eine Übertragung
der Betätigungskraft auf die folgenden Komponenten eines Fahrzeugbremssystems
zulassen. Zur Übertragung der Betätigungskraft
auf die Membran sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass
an dem Krafteingangsglied ein Zapfen ausgebildet sein kann, der
die Betätigungskraft auf den Membransensor übertragt. Um
die Betätigungskraft, die auf den Membransensor einwirkt,
auch durch das Federelement auf das Kraftübertragungsglied übertragen
zu können, wird erfindungsgemäß vorgesehen,
dass sich der Zapfen in einem zentralen Bereich des Membransensors
abstützt, wohingegen das Federelement an einem radial äußeren
Bereich des Membransensors angreift.
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Da,
wie bereits erwähnt, der Membransensor abgestützt
und einer auf ihn einwirkende Kraft entgegen gewirkt werden soll,
gleichzeitig jedoch eine Übertragung der Betätigungskraft
auf das Kraftübertragungsglied bzw. die folgenden Komponenten
in einem Fahrzeugbremssystem gewährleistet sein muss, sieht
eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Federelement einer
auf den Membransensor einwirkenden Betätigungskraft entgegenwirkt. Das
Federelement erzeugt somit zum Einen eine Gegenkraft zu der Betätigungskraft
und übt zum Anderen auch eine Kraftübertragungsfunktion
aus.
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Um
die auf den Kraftsensor einwirkende und von diesem erfassbare Betätigungskraft
auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzen zu können, sieht
eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass sich das Kraftübertragungsglied
nach Überschreiten eines vorbestimmten Federwegs des Federelements an
den Anschlag des Krafteingangsglieds anlegt, wobei die Betätigungskraft,
die auf das Krafteingangsglied ausgeübt wird, direkt auf
das Kraftübertragungsglied übertragen werden kann.
Mit anderen Worten legt sich das Kraftübertragungsglied
an das Krafteingangsglied nach Erreichen eines vorbestimmten Maximalwerts
der Betätigungskraft an. Dieser Maxi malwert kann durch
die Bestimmung des Produkts aus dem vorbestimmten Federweg, d. h. dem
Deformationsweg des Federelements entgegen seiner Federkraft, und
der Federkonstante des Federelements festgelegt werden kann. Dadurch
wird der Membransensor mit dem Federelement quasi „ausgeschaltet”,
wenn es zum Erreichen des Maximalwert kommt, so dass in der Folge
die weitere Zunahme der Betätigungskraft direkt von dem
Krafteingangsglied über den Anschlag auf das Kraftübertragungsglied
und die folgenden Komponenten übertragen wird.
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Da
die Kraftübertragungsanordnung mit der Betätigungskrafterfassungseinrichtung
in axialer Richtung verlagerbar sein muss, sieht eine Weiterbildung
der Erfindung vor, dass zumindest das Kraftübertragungsglied
teleskopierbar in einem Gehäuse aufgenommen ist.
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Eine
Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Membransensor
als ein Piezo-Sensor ausgebildet sein kann, der die auf ihn einwirkende Kraft
anhand einer durch die Deformation seiner Membran entstehenden elektrischen
Spannung erfasst.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Fahrzeugbremssystem
mit einer Kraftübertragungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert,
wobei:
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1 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsanordnung
zeigt.
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1 zeigt
eine achsenthaltende Schnittansicht der erfindungsgemäßen
Kraftübertragungsanordnung 10. Man erkennt aus 1 das
an ein Bremspedal koppelbare Krafteingangsglied 12 mit
einem Befestigungsauge und das Kraftübertragungsglied 14,
das an einen nicht gezeigten Bremskraftverstärker koppelbar
ist. Das Kraftübertragungsglied 14 und das Krafteingangsglied 12 sind
zueinander teleskopierbar. Das Krafteingangsglied 12 ist
in ein Gehäuse 16 über ein Gewinde 18 eingeschraubt.
Das Kraftübertragungsglied 14 weist eine Sacklochbohrung 20 auf,
in der eine Betätigungskrafterfassungseinrichtung 22 aufgenommen
ist. Die Betätigungskrafterfassungseinrichtung 22 umfasst
einen als Membransensor ausgeführten Kraftsensor 24.
In der Bohrung 20 ist neben dem Membransensor 24 ein
Federelement 26 aufgenommen, das sich einenends an einer
Wand 28 der Bohrung 20 und anderenends an einem äußeren
formstabilen Ring 30 des Membransensors 24 abstützt.
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Der
Membransensor 24 umfasst einen zentralen Bereich 32,
der über eine deformierbare Membran 34 mit dem
formstabilen äußeren Ring 30 verbunden
ist. In Abhängigkeit von der Intensität der Deformation
der Membran 34 wird auf die einwirkende Kraft geschlossen.
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Die
Kraftübertragungsanordnung 10 weist ferner eine
Anschlaganordnung 36 auf. Die Anschlaganordnung 36 wird
von einer Stirnfläche 38 des Kraftübertragungsglieds 14 und
einem an dem Krafteingangsglied 12 vorgesehenen Anschlag 40 gebildet.
Die Stirnfläche 38 kann sich im Anschlagfall,
d. h. nachdem ein vorbestimmter Federweg s des Federelements 26 durchlaufen
wurde, an den Anschlag 40 des Krafteingangsglieds 12 anlegen.
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1 zeigt
zudem, dass an dem Krafteingangsglied 12 ein Zapfen 42 ausgebildet
ist, der die auf das Krafteingangsglied 12 ausgeübte
Betätigungskraft F auf den zentralen Bereich 32 des
Membransensors 24 überträgt. Der Zapfen 42 des
Krafteingangsglieds 12 stützt sich an dem zentralen
Bereich 32 des Membransensors 24 ab, wohingegen das
Federelement 26, wie beschrieben, an dem radial äußeren
Ring 30 des Membransensors 24 angreift.
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Im
Folgenden soll die Funktionsweise der Kraftübertragungsanordnung 10 näher
erläutert werden.
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Wird
eine Betätigungskraft auf das Bremspedal ausgeübt
wird, erfolgt durch die von einem Fahrer auf das Bremspedal ausgeübte
Betätigungskraft F eine Verlagerung des Krafteingangsglieds 12 zusammen
mit dem mit diesem verschraubten Gehäuse 16 in 1 in
axialer Richtung der Achse A nach links. Das Kraftübertragungsglied 14 kann
aufgrund einer Gegenkraft G, die von einer hier nicht gezeigten Bremszylinderanordnung
erzeugt wird, dieser Verlagerung des Krafteingangsglieds 12 nicht
unmittelbar folgen. Durch die Verlagerung des Krafteingangsglied 12 mit
dem Gehäuse 16 wird die Betätigungskraft
F über den Zapfen 42 auf den Membransensor 24 übertragen,
der wiederum die auf ihn einwirkende Betätigungskraft F
erfasst. Die Verlagerung erfolgt entgegen einer Federkraft des Federelements 26,
die bedingt durch die Gegenkraft G im Kräftegleichgewicht
der Betätigungskraft F entgegenwirkt.
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Der
Membransensor 24 wird durch die auf ihn durch den Zapfen 42 übertragene
Betätigungskraft und die Federkraft des Federelements 26 belastet.
Entsprechend dem Betrag der Betätigungskraft F wird das
Federelement 26 elastisch deformiert. Dabei ist die maximale
Deformation der Federkraft des Federelements 26 entgegen der
Betätigungskraft F auf einen vorbestimmten Federweg s des
Federelements 26 begrenzt.
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Bei
einer Pedalbetätigung wirkt die auf das Krafteingangsglied 12 ausgeübte
Betätigungskraft F auf den Membransensor 24, der
sich an dem Kraftübertragungsglied 14 über
das Federelement 26 abstützt. Dabei deformiert
sich die Membran 34, woraus sich die anliegende Betätigungskraft
ermitteln lässt. Der Membransensor 24 erfasst
die Betätigungskraft F solange betragsmäßig
vollständig, bis der maximale Federweg s erreicht ist und
sich die Stirnfläche 38 des Kraftübertragungsglieds 14 nach
Durchschreiten des Federwegs s an den Anschlag 40 des Krafteingangsglieds 12 anlegt.
Das Federelement 26 ist nun kurzgeschlossen bzw. ”geerdet”.
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Sobald
sich dieser Anschlagfall einstellt, ist ein zulässiger
Maximalwert der Betätigungskraft F erreicht, der zur Vermeidung
einer Beschädigung der Membran 34 des Membransensors 24 nicht überschritten
werden darf. Mit anderen Worten kann durch den maximalen Federweg
s des Federelements 26 ein vorbestimmter zulässiger
Maximalwert der Betätigungskraft F, die auf den Membransensor 24 einwirkt,
eingestellt werden. Somit wird die auf den Membransensor 24 einwirkende
Betätigungskraft F auf den Maximalwert begrenzt, bei dem
Beschädigungen durch Überbelastung der Membran 34 des
Membransensors 24 vermieden werden können, so
dass eine dauerhafte Erfassung der Betätigungskraft F mit
hoher Genauigkeit möglich wird.
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Bei
Erreichen des vorbestimmten Federwegs s des Federelements 26 legt
sich die Stirnfläche 38 des Kraftübertragungsglieds 14 an
den Anschlag 40 des Krafteingangsglieds 12 an.
Sobald sich dieser Zustand, d. h. Anlage der Stirnfläche 38 am Anschlag 40,
einstellt, wird die durch einen Fahrer auf ein Bremspedal zusätzlich
ausgeübte Betätigungskraft F über den
Anschlag 40 des Krafteingangsglieds 12 direkt
auf das Kraftübertragungsglied 14 bzw. dessen
Stirnfläche 38 übertragen. In diesem Fall
erfasst der Membransensor 24 – trotz weiter gesteigerter
Betätigungskraft – immer noch den zulässigen
Maximalwert der Betätigungskraft F, wohingegen die durch
die Kraftübertragungsanordnung 10 auf eine nicht
gezeigte Bremszylinderanordnung bzw. die folgenden Komponenten eines
Fahrzeugbremssystems übertragene Betätigungskraft
F tatsächlich größer ist. Durch diese
Begrenzung der Betätigungskraft F auf einen Maximalwert
wird die Membran 34 des Membransensors 24 vor
Beschädigungen durch Überbelastung geschützt,
die gerade bei starken Bremsvorgängen und den daraus folgenden
sehr hohen Betätigungskräften auftreten kann.
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Zur
Montage der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsanordnung
bleibt zu erwähnen, dass diese deutlich gegenüber
dem Stand der Technik vereinfacht ist. Die Kraftübertragungsanordnung
ist konstruktiv derart gestaltet, dass die einzelnen Komponenten
nur ineinander gesteckt werden müssen. In das Gehäuse 16 der
Kraftübertragungsanordnung 10 wird das Kraftübertragungsglied 14 eingeführt,
welches wiederum das Federelement 26 mit der Betätigungskrafterfassungsvorrichtung 22 aufnimmt,
anschließend muss lediglich das Krafteingangsglied 12 in
das Gehäuse 16 eingeschraubt werden. Somit wird ein
Montagevorgang gegenüber dem Stand der Technik erheblich
vereinfacht und beschleunigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19509065
A1 [0002, 0003]