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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanlage mit Antiblockier-Funktion gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
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Eine hydraulische Bremsanlage mit Antiblockier-Funktion für ein Fahrrad ist in der
DE 101 58 382 A1 offenbart. Nach der Lehre der
DE 101 58 382 A1 ist vorgesehen, dass das Öffnen des Volumenspeichers über ein Federelement gesteuert ist und der Volumenspeicher gegen die Federkraft des Federelements öffnet. Für das Öffnen des Volumenspeichers gegen die Federkraft des Federelements ist somit ein hydraulischer Grenzdruck erforderlich, bei dem die Federkraft kleiner als die durch den hydraulischen Grenzdruck hervorgerufene Druckkraft ist. Da z. B. bei nassen oder glatten Straßenverhältnissen der unter Umständen zum Blockieren der Räder führende Bremsdruck in der hydraulischen Bremsanlage kleiner als der erforderliche Grenzdruck ist, kann es somit vorkommen, dass die Antiblockier-Funktion nicht zur Verfügung steht.
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Aus der gattungsbildenden
DE 10 2013 217 254 A1 ist ein Bremsdrucksteuergerät bekannt, das in einem Betätigungspfad zwischen einem Hauptbremszylinder und einer Radbremse angeordnet ist, mit einem zur Bremsdrucksteuerung in einem Gehäuse angeordneten Steuerkolben, der mit einem elektromechanischen oder elektromagnetischen Antrieb zusammenwirkt. Der Steuerkolben ist im Hydraulikpfad derart angeordnet, dass in der Grundposition des Steuerkolbens eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder und der Radbremse freigegeben ist.
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Die
DE 40 15 746 A1 offenbart einen Druckmodulator für eine blockiergeschützte Bremsanlage, der ein Trennventil und eine Kammer veränderlichen Volumens aufweist. Der Kolben, der die Kammer begrenzt, besteht aus magnetostriktivem Material und wird von einem Spulensystem umgeben.
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Die
DE 35 26 189 A1 offenbart einen Druckmodulator für Antiblockierschutzsysteme bei Kraftfahrzeugbremsanlagen, wobei in die hydraulische oder pneumatische Druckleitung zwischen dem Hauptbremszylinder und mindestens einem jeweiligen Radbremszylinder in Längsrichtung ein lediglich durch die Zuführung elektrischer Hilfsenergie betätigbares Kolbenzylinderaggregat in Form eines Linearaktuators so anzuordnen ist, dass bei Auftreten von ABS-Funktionen ein Pumpenkolben durch die Linearmotorwirkung so verschoben wird, dass dem vom Hauptbremszylinder kommenden Druck entgegengearbeitet wird, bei gleichzeitiger Druckentlastung des Radbremszylinderdrucks.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Bremsanlage mit Antiblockier-Funktion gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass die Antiblockier-Funktion unabhängig vom in der hydraulischen Bremsanlage herrschenden Bremsdruck zur Verfügung gestellt ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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In bekannter Art und Weise umfasst die hydraulische Bremsanlage mit Antiblockier-Funktion einen den hydraulischen Druck erzeugenden Geberzylinder, der über eine hydraulische Leitung mit einer Radbremse hydraulisch kommunizierend verbunden ist, sowie ein steuerbares Trennventil, das bei aktivierter Antiblockier-Funktion den Geberzylinder von der Radbremse hydraulisch trennt. Weiterhin umfasst die hydraulische Bremsanlage einen gegen eine Federkraft eines Federelementes zu öffnenden Volumenspeicher, der bei aktivierter Antiblockier-Funktion das Volumen in der hydraulischen Leitung vergrößert und damit den für das Lösen der Radbremse erforderlichen Druckverlust bewirkt. Weiterhin umfasst die hydraulische Bremsanlage in bekannter Art und Weise einen Drehzahlsensor, der ein Blockieren des Rades detektiert, sowie ein Steuergerät zur Steuerung der hydraulischen Bremsanlage.
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Erfindungsgemäß steht das Federelement mit einem über das Steuergerät ansteuerbaren elektrischen Antrieb in Wirkverbindung, der eine Rückstellung des Federelements und damit das Öffnen des Volumenspeichers bewirkt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der hydraulischen Bremsanlage hat den Vorteil, dass nach entsprechender Ansteuerung des elektrischen Antriebs durch das Steuergerät der Volumenspeicher geöffnet wird, d. h., dass das Öffnen des Volumenspeichers unabhängig von dem in der hydraulischen Bremsanlage herrschenden Bremsdruck erfolgt, sodass die Antiblockier-Funktion jederzeit zur Verfügung gestellt ist.
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Die erfindungsgemäße hydraulische Bremsanlage mit Antiblockier-Funktion ist insbesondere für ein Elektrofahrrad vorgesehen. Selbstverständlich ist ein Einsatz auch in anderen Fahrzeugen, z. B. Motorrad, Mofa oder Kraftfahrzeug, denkbar.
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Lediglich der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass für die Regelung der Antiblockier-Funktion noch weitere, mit dem Steuergerät in Wirkverbindung stehende Sensoren vorgesehen sein können, sodass z. B. auch Drücke, Beschleunigen und/oder Hebelbewegungen bei der Regelung mit berücksichtigt werden können.
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Der elektrische Motor ist als ein Linearmotor ausgebildet, über den das Federelement des Volumenspeichers aktiv geöffnet und geschlossen wird. Da Linearmotoren sich durch eine hohe Beschleunigung und Verfahrgeschwindigkeit auszeichnen, erweist sich die Ausbildung des elektrischen Antriebs als Linearmotor als besonders vorteilhaft, da ein schnelles Ansprechen der gewünschten Antiblockier-Funktion sichergestellt ist.
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Der Läuferstab des Linearmotors ist als ein Hohlköper ausgebildet, in den ein erster hydraulischer Leitungsabschnitt und ein hiervon getrennter zweiter hydraulischer Leitungsabschnitt hineinreichend angeordnet sind. Hierbei ist in axialer Richtung betrachtet der erste hydraulische Leitungsabschnitt fest im Läuferstab und der zweite hydraulische Leitungsabschnitt beweglich im Läuferstab gelagert, sodass eine Verfahrbewegung des Läuferstabes in axialer Richtung gegen das Federelement eine Bewegung des ersten hydraulischen Leitungsabschnittes relativ zum zweiten hydraulischen Leitungsabschnitt bewirkt, die das Volumen in der hydraulischen Leitung vergrößert. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Effekt, dass der Linearmotor ein Teil des mit Hydraulikflüssigkeit durchflossenen hydraulischen Leitungssystems ist, d. h. dass eine wenig Bauraum beanspruchende Anordnung des Linearmotors in der hydraulischen Bremslage sichergestellt ist.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Linearmotor, das Trennventil und das Federelement in einem Gehäuse vormontiert, aus dem die beiden hydraulischen Leitungsabschnitte hinausreichen. Hierbei ist der erste hydraulische Leitungsabschnitt in axialer Richtung bewegbar im Gehäuse gelagert und der zweite hydraulische Leitungsabschnitt ist fest mit dem Gehäuse verbunden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass nunmehr eine kompakte ABS-Einheit zur Verfügung gestellt ist, die leicht zu montieren, insbesondere auch nachrüstbar ist.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Linearmotors sieht vor, dass der Läuferstab des Linearmotors als ein Hohlköper ausgebildet ist, in den ein erster hydraulischer Leitungsabschnitt und ein hiervon getrennter zweiter hydraulischer Leitungsabschnitt hineinreichend angeordnet sind. Hierbei ist in axialer Richtung betrachtet der erste hydraulische Leitungsabschnitt fest im Läuferstab und der zweite hydraulische Leitungsabschnitt beweglich im Läuferstab gelagert, so dass eine Verfahrbewegung des Läuferstabes in axialer Richtung gegen das Federelement eine Bewegung des ersten hydraulischen Leitungsabschnittes relativ zum zweiten hydraulischen Leitungsabschnitt bewirkt, die das Volumen in der hydraulischen Leitung vergrößert. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Effekt, dass der Linearmotor ein Teil des mit Hydraulikflüssigkeit durchflossenen hydraulischen Leitungssystems ist, d. h. dass eine wenig Bauraum beanspruchende Anordnung des Linearmotors in der hydraulischen Bremslage sichergestellt ist.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Linearmotor, das Trennventil und das Federelement in einem Gehäuse vormontiert, aus dem die beiden hydraulischen Leitungsabschnitte hinausreichen. Hierbei ist der erste hydraulische Leitungsabschnitt in axialer Richtung bewegbar im Gehäuse gelagert und der zweite hydraulische Leitungsabschnitt ist fest mit dem Gehäuse verbunden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass nunmehr eine kompakte ABS-Einheit zur Verfügung gestellt ist, die leicht zu montieren, insbesondere auch nachrüstbar ist.
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Vorzugsweise ist dabei im Gehäuse eine ferromagnetische Halteplatte derart angeordnet, dass diese in magnetischer Wechselwirkung mit zumindest einem Ringmagneten des Linearmotors steht, aus der eine in Richtung der Federkraft gerichtete Magnetkraft resultiert. Nähert sich der Druck in der hydraulischen Leitung dem Grenzdruck, d. h. die bei dem Grenzdruck vorliegende hydraulische Kraft ist größer als die Summe aus Magnet- und Federkraft, dann greift der Linearmotor unterstützend ein. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Linearmotor schwächer dimensioniert sein kann, da er beim Verfahren weniger Kraft gegen die Feder leisten muss.
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Denkbar ist auch eine Abstimmung, bei der die Kombination aus Federkraft und Magnetkraft nur in ca. 90% der Situationen stark genug sind, um entgegen zu halten. Wird der Grenzdruck überschritten, greift der Linearmotor ein und unterstützt die Feder und stellt dadurch sicher, dass die Bremse weiterhin voll funktionstüchtig ist.
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Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das Federelement derart dimensioniert ist, dass die Federkraft des Federelements größer als eine durch die Gebereinheit erzeugbare hydraulische Kraft ist.
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Vorzugsweise ist das Trennventil über den elektrischen Antrieb mechanisch angesteuert.
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Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das Trennventil über das Steuergerät elektrisch angesteuert ist.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
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In der Zeichnung bedeutet:
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1: eine schematische Darstellung einer hydraulischen Bremsanlage mit Antiblockier-Funktion für ein Elektrofahrrad;
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2: eine ABS-Einheit, in die die für die Antiblockier-Funktion notwendigen Bauteile integriert sind, und
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3: die ABS-Einheit aus 2 in aktiviertem Antiblockier-Modus.
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1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Bremsanlage mit Antiblockier-Funktion für ein Elektrofahrrad.
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Die hydraulische Bremsanlage 10 umfasst einen, z. B. über einen Bremshebel, betätigbaren Geberzylinder 12, der über eine hydraulische Leitung 14 hydraulisch kommunizierend mit einer Radbremse 16 verbunden ist. Über den Geberzylinder 12 ist in bekannter Art und Weise der für das Ansprechen der Radbremse 16 notwendige hydraulische Druck erzeugbar.
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Wie 1 weiter zeigt, sind stromabwärts vom Geberzylinder 12 zwei Ventile angeordnet, nämlich ein steuerbares Trennventil 18 und parallel dazu ein Rückschlagventil 18a. Weiterhin weist die hydraulische Bremsanlage 10 einen gegen eine Federkraft eines Federelements zu öffnenden Volumenspeicher 20, einen Drehzahlsensor 22 sowie ein Steuergerät 24 auf.
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In der schematischen Darstellung gemäß 1 wurde auf eine Darstellung des Federelements des Volumenspeichers 20 verzichtet. Das Federelement ist vorliegend so dimensioniert, dass die resultierende Federkraft größer als eine durch den Geberzylinder 12 erzeugbare hydraulische Kraft ist.
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Wie 1 weiter zu entnehmen ist, weist die hydraulische Bremsanlage 10 zudem einen über das Steuergerät 24 ansteuerbaren elektrischen Antrieb 26 auf, der wiederum mit dem Federelement des Volumenspeichers in Wirkverbindung steht. Der elektrische Antrieb 26, das Steuergerät 24 und Drehzahlsensor 22 sind über entsprechende Kommunikationsleitungen miteinander verbunden. Der elektrische Antrieb 26 steht dabei derart mit dem Federelement des Volumenspeichers 20 in Wirkverbindung, dass eine aktive Rückstellung des Federelements und damit das Öffnen des Volumenspeichers bewirkbar ist.
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Nachfolgend zur Funktionsweise der hydraulischen Bremsanlage 10:
Sobald das Steuergerät 24 mittels des Drehzahlsensors 22 das Blockieren der Räder erkennt, wird der elektrische Antrieb 26 angesteuert, der daraufhin den Volumenspeicher 20 gegen die Federkraft des Federelements öffnet; zeitgleich wird mechanisch oder elektrisch das Trennventil 18 geschlossen.
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Somit ist der Geberzylinder 12 von der Radbremse 16 hydraulisch getrennt, d. h. ein Fahrer kann den Druck im Bremssattel nicht weiter erhöhen, da der Griff quasi abgeklemmt ist.
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Durch das Öffnen des Volumenspeichers 20 ist das Volumen in der hydraulischen Leitung 14 vergrößert, so dass der hydraulische Druck in der Bremsanlage 10 sinkt.
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Mittels des elektrischen Antriebs 26 kann somit der Druck so lange geregelt werden, bis die Fahrstabilität auch ohne Antiblockier-Funktion sichergestellt ist. Anschließend wird der Volumenspeicher 20 geschlossen und das Ventil 18 wird wieder geöffnet, so dass die Bremsanlage 10 wieder ganz normal arbeitet.
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2 und 3 zeigen eine kompakt bauende ABS-Einheit 100, in der die für die Antiblockier-Funktion notwendigen Bauteile vormontiert sind.
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Gemäß 2 und 3 sind die Bauteile Trennventil 18, Volumenspeicher 20 mit zugehörigem Federelement 20a sowie der elektrische Anrieb 26 in einem Gehäuse 30 integriert.
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Der elektrische Antrieb 26 ist dabei als ein Linearmotor ausgebildet, und umfasst in bekannter Art und Weise einen Läuferstab 26a, mehrere am Läuferstab 26a fest angeordnete, den Läuferstab 26a umfassende Ringmagnete 26b sowie mehrere radial beabstandet zu den Ringmagneten 26b im Gehäuse 30 fest angeordnete Spulen 26c.
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Wie 2 weiter zu entnehmen ist, ist dabei der Läuferstab 26a des Linearmotors 26 als Hohlkörper ausgebildet, in dem ein erster hydraulischer Leitungsabschnitt 14-1 und ein zweiter hydraulischer Leitungsabschnitt 14-2 angeordnet sind. Zwischen den beiden Leitungsabschnitten 14-1 und 14-2 ist im Läuferstab 26a ein Hohlraum ausgebildet in dem das Trennventil 18, hier in Form eines federbelasteten Kugelventils, angeordnet ist.
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Während der erste hydraulische Leitungsabschnitt 14-1 fest mit dem Läuferstab 26a verbunden ist und axial beweglich im Gehäuse 30 gelagert ist, ist der zweite hydraulische Leitungsabschnitt 14-2 axial beweglich im Läuferstab 26a gelagert und fest mit dem Gehäuse 30 verbunden.
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Im eingebauten Zustand ist der erste hydraulische Leitungsabschnitt 14-1 dem Geberzylinder 12 und der zweite hydraulische Leitungsabschnitt 14-2 der Radbremse 16 zugewandt.
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2 zeigt den Zustand bei einem ”normalen” Bremsvorgang, d. h. die Antiblockier-Funktion ist nicht aktiv.
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Bei Betätigung des Geberzylinders 12 fließt Hydraulikflüssigkeit durch den ersten hydraulischen Leitungsabschnitt 14-1 und von dort zum als Kugelventil ausgebildeten Trennventil 18. Wie 2 zu entnehmen ist, weist der zweite hydraulische Leitungsabschnitt 14-2 an seinem dem Kugelventil zugewandten Endbereich Bohrungen 15 auf, so dass Hydraulikflüssigkeit an der Kugel des Kugelventils 18 vorbeifließen und durch die Bohrungen 15 in den zweiten Leitungsabschnitt 14-2 gelangen kann, so dass der erforderliche Druckaufbau durch den zweiten Leitungsabschnitt 14-2 zur Radbremse 16 gewährleistet ist.
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3 zeigt nun die Situation bei aktivierter Antiblockier-Funktion:
Nach entsprechender Ansteuerung des Linearmotors 26 durch das Steuergerät 24 bewegt sich der Läuferstab 26a gegen die Federkraft des Federelements 20a relativ zu den Spulen des Linearmotors 26c nach rechts. Die Folge davon ist, dass der erste hydraulische Leitungsabschnitt 14-1 mitbewegt wird und teilweise aus dem Gehäuse 30 herausgeschoben wird.
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Da der zweite hydraulische Leitungsabschnitt 14-2 fest im Gehäuse 30 gelagert ist und im Läuferstab 26a axial beweglich gelagert ist, bewirkt die Relativbewegung der beiden Leitungsabschnitte 14-1, 14-2 eine Volumenvergrößerung innerhalb des hydraulischen Leitungssystems. Gleichzeitig schließt die Kugel des Kugelventils 18 den Durchfluss durch den Läuferstab 26a ab, so dass der Geberzylinder 12 von der Radbremse 16 hydraulisch getrennt ist.
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Aufgrund des nunmehr vorhandenen größeren Volumens in der hydraulischen Leitung 14 fällt der Druck in der Radbremse 16, so dass einem Blockieren der Räder entgegengewirkt wird.
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Um ein Herausfließen von Hydraulikfluid aus dem Läuferstab 26a zu verhindern, ist bei der axialbeweglichen Lagerung des zweiten hydraulischen Leitungsabschnitts 14-2 im Läuferstab 26a eine dynamische Dichtung 32 vorgesehen.
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Weiterhin ist im Gehäuse 30 eine ferromagnetische Halteplatte 34 angeordnet. Die zwischen der ferromagnetischen Halteplatte 34 und dem Ringmagneten 26b des Linearmotors 26 auftretende Magnetkraft wirkt als zusätzliche Haltekraft, die die Federkraft des Federelements 20a unterstützt. Somit kann das Federelement 20a vorliegend schwächer dimensioniert werden, mit der Folge, dass auch der Linearmotor 26 schwächer dimensioniert werden kann, da dieser bei seiner Verfahrbewegung gegen die Federkraft des Federelements 20a weniger Arbeit verrichten muss.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- hydraulische Bremsanlage
- 12
- Geberzylinder
- 14
- hydraulische Leitung
- 14-1
- erster hydraulischer Leitungsabschnitt
- 14-2
- zweiter hydraulischer Leitungsabschnitt
- 15
- Bohrung
- 16
- Radbremse
- 18
- Trennventil
- 18a
- Rückschlagventil
- 20
- Volumenspeicher
- 20a
- Federelement des Volumenspeichers
- 22
- Drehzahlsensor
- 24
- Steuergerät
- 26
- elektrischer Antrieb/Linearmotor
- 26a
- Läuferstab des Linearmotors
- 26b
- Ringmagnet des Linearmotors
- 26c
- Spulen des Linearmotors
- 30
- Gehäuse
- 32
- dynamische Dichtung
- 34
- ferromagnetische Halteplatte
- 100
- ABS-Einheit
- a
- axiale Richtung
