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Die Erfindung betrifft ein Bremssystem, insbesondere für Fahrräder, beispielsweise E-Bikes oder Pedelecs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aufgrund der mittlerweile weit verbreiteten Fahrräder mit elektrischer Unterstützung nimmt die Anzahl an Fahrradfahrern und somit auch an Unfällen zu. Ein großes Problem stellt dabei das Blockieren des Vorderrades dar, wodurch der Fahrradfahrer Gefahr läuft, einen Überschlag über den Lenker zu machen und sich dabei gefährliche Kopfverletzungen zuziehen kann.
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Um ein Abheben des Hinterrades oder ein Blockieren des Vorderrades zu vermeiden, sind bereits einige Bremssysteme bekannt. Beispielsweise ist in der
DE 10 2012 222 058 A1 eine Vorrichtung zum Regeln eines Bremssystems eines Zweirades offenbart, das eine hydraulische Bremse, einen Sensor, der ermittelt, ob das Hinterrad von der Fahrbahn abhebt, und eine Einheit zum hydraulischen Lösen der Bremse umfasst.
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In der
DE 10 2011 084 601 A1 ist ein Zweirad offenbart, das eine Unfallverhinderungs-Steuereinheit, die mit einer Bewegungssensorik und einer Bremse verbunden ist, aufweist. Die Bremse ist dabei als hydraulische Bremse oder als elektrische Bremse ausgebildet.
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Eine weitere Vorrichtung zum Verhindern eines Abhebens eines Hinterrades eines Zweirads von einer Fahrbahn ist in der
EP 2 738 078 A1 offenbart. Dabei weist die Vorrichtung wenigstens eine schwingende Einheit auf, die mit der einen Seite drehbar an der Nabe des Hinterrades eines Zweirades angebracht ist und an der zweiten Seite mit der Bremse des Hinterrades verbunden ist. Des Weiteren weist die Vorrichtung einen Zylinder auf, welcher an der wenigstens einen schwingenden Einheit angebracht ist und über eine Leitung mit der Bremse des Vorderrades verbunden ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Feder, die zwischen der schwingenden Einheit und der Radaufhängung angebracht ist.
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In der
US 2004/0182655 A1 ist ein Antiblockier-System für ein Fahrrad mit einer Gleitanordnung (mit einem Bremsschuh) und einer Mehrzahl von Federn in einem Bremsschuhhalter offenbart. Dabei weisen ein Boden der Bremsbackenhalterung und eine Verbindungsseite der Gleitanordnung einen Gradienten auf, die beide gegeneinander anliegen. Die Gradienten sind schräg nach außen in Übereinstimmung mit der Drehrichtung des Reifens des Fahrrads gebildet. Dadurch geht die Haftreibung der Bremsbacken in Gleitreibung über, wobei die Federkraft der Federn die Bremsbacken anschließend in ihren Ausgangszustand zurück versetzen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bremssystem für Fahrräder mit einer mechanischen Bremse weiterzuentwickeln, so dass das Blockieren des Vorderrades verhindert wird.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird das im Anspruch 1 angegebene Bremssystem vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das Bremssystem umfasst eine mechanische Bremse, die über einen Bremszug mit einem Bremshebel verbunden ist. Das erfindungsgemäße Bremssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Bremse mit einem hydraulischen System gekoppelt ist, wobei das hydraulische System die Bremswirkung der mechanischen Bremse beeinflusst. Vorzugsweise verhindert das hydraulische System die Bremswirkung der mechanischen Bremse. Hierfür weist vorzugsweise das hydraulische System einen Hydraulikzylinder sowie ein Wegeventil mit elektromagnetischer Betätigung auf. Beispielsweise kann ein 3/3 oder ein 2/3 Wegeventil verwendet werden. In dem Hydraulikzylinder ist vorzugsweise eine Druckfeder angeordnet.
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Es ist außerdem zweckmäßig, wenn der Hydraulikzylinder mit einer Sperranlage gekoppelt ist, die zum Verblocken des Bremszugs ausgebildet ist, so dass der Bremshebel von der mechanischen Bremse abkoppelbar ist. Somit kann der Fahrradfahrer aufgrund seiner selbst eingebrachten Energie durch Betätigen des Bremshebels von dem Bremssystem mittels der Sperranlage abgekoppelt werden. Somit kann keine zu große Bremswirkung erreicht werden, die das Blockieren des Vorderrades hervorrufen würde.
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Das hydraulische System ist jedoch nur im ersten Verstellbereich des Bremshebels aktiv. Um eine zu starke Annäherung des Bremshebels an die Lenkerstange zu verhindern, ist eine entsprechende Auslegung der Druckfeder im Hydraulikzylinder mit einem Endanschlag vorzusehen. Außerdem muss die Bremse weitgehend spielfrei eingestellt sein, um möglichst viele Regelzyklen vor der Erschöpfung des zusätzlichen hydraulischen Systems zu garantieren.
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Des Weiteren weist beispielsweise die mechanische Bremse zwei Bremsschuhe auf, wobei jeder Bremsschuh einen Bremsbelag und eine Bremsbelagaufnahme umfasst, und wobei die Kontaktfläche zwischen Bremsbelagaufnahme und Bremsbelag und die Bremsfläche zwischen rotierendem Teil und Bremsbelag einen Winkel größer 0° einschließen. Vorzugsweise liegt der Winkel im Bereich von 0° bis 20°.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Bremssystems im Schaltzustand A,
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2 das Bremssystem aus 1 im Schaltzustand B,
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3 das Bremssystem aus 1 und 2 im Schaltzustand C,
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4 den beispielhaften Verlauf des Bremsdrucks über der Zeit nach den 1 bis 3,
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5 einen in das Bremssystem aus 1 bis 3 integrierten Mechanismus zur Warnung bei zu großem Verschleiß,
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6 das Bremssystem aus 2 mit eingezeichneten physikalischen Größen,
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7 ein weiteres Bremssystem mit einem Gleichgangzylinder,
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8 ein weiteres Bremssystem ohne Möglichkeit zum Bremsdruckabbau,
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9 ein weiteres Bremssystem, bei dem die mechanische Bremse eine schiefe Ebene aufweist,
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10 das Bremssystem aus 9, bei dem die Haftreibung in Gleitreibung übergeht,
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11 ein weiteres Bremssystem mit einer schiefen Ebene und einem Rückschlagventil,
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12 eine beispielhafte Ausführung einer mechanischen Bremse mit der Möglichkeit der Verschleißnachstellung.
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In den 1 bis 4 ist ein Bremssystem 1 in verschiedenen Schaltzuständen A, B, C dargestellt. Das Bremssystem 1 umfasst dabei eine mechanische Bremse 2, die über einen Bremszug 3 mit einem Bremshebel 4 verbunden ist. Die Bremse 2 ist dabei mit einem hydraulischen System 5 gekoppelt, das die Bremswirkung der Bremse 2 beeinflusst.
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Das hydraulische System 5 weist einen Hydraulikzylinder 6 und ein 3/3 Wegeventil 7 auf. Des Weiteren ist der Hydraulikzylinder 6 mit einer Sperranlage 8 gekoppelt.
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In der 1 ist das Bremssystem 1 im Schaltzustand A dargestellt. Hier wird eine direkte Durchsteuerung des Bremsbefehls vom Bremshebel 4 zur mechanischen Bremse 2 erreicht. Durch einen getätigten Bremsbefehl baut sich ein Druck im Hydraulikzylinder 6 auf, welcher durch Umschalten in den Schaltzustand B, in 2 dargestellt, in einen Druckraum 9 der Sperranlage 8 geleitet wird. Verschiedene Drücke sind in 2 mit p0, p1 bezeichnet. Durch die Erhöhung des Drucks im Druckraum 9 der Sperranlage 8 wird ein Sperrklotz 10 gegen ein feststehendes Element 11 gepresst, wobei zwischen Sperrklotz 10 und feststehendem Element 11 der Bremszug 3 geführt ist. Dadurch wird der Bremszug 3 verblockt, so dass der Bremshebel 4 von der mechanischen Bremse 2 abgekoppelt ist. Somit wird der weitere Bremsdruckaufbau verhindert und im Schaltzustand B bis zum Druckausgleich zwischen Sperranlage 8 und Hydraulikzylinder 6 sogar um einen gewissen Betrag verringert.
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Anschließend wird im Schaltzustand C, in 3 dargestellt, die Sperranlage 8 von dem Hydraulikzylinder 6 abgekoppelt, so dass der Druck im Druckraum 9 der Sperranlage 8 abfällt und die Verblockung des Bremszugs 3 gelöst wird. Analog fällt auch im Hydraulikzylinder 6 der Druck ab, so dass der Bremsdruck reduziert wird. Daran anschließend wird wieder in den Schaltzustand A geschalten, so dass der weiter andauernde Bremsbefehl einen erneuten Bremsdruckaufbau hervorruft. Diese beschriebenen Schaltzustände A, B, C wiederholen sich solange, bis der Bremsvorgang abgeschlossen ist.
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Die Zugkraft des betätigten Bremshebels 4 wird über einen geeigneten Sensor, hier nicht dargstellt, am Bremszug 3 ermittelt. Reduziert sich diese nach einem oder mehreren Regelzyklen auf null, da der Bremshebel 4 nicht mehr betätigt wird, wird das Bremssystem 1 im Schaltzustand C mit Hilfe einer im Hydraulikzylinder 6 angeordneten Druckfeder 12 in Ausgangslage zurück gefahren. Danach wird in den Schaltzustand A mittels des Wegeventils 7 geschalten, womit das Bremssystem 1 erneut einsatzbereit ist.
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In der 4 ist der Verlauf des in der Sperranlage 8 herrschenden Drucks pB über die Zeit der Schaltzustände A, B und C dargestellt. Wie bereits beschrieben, erhöht sich der Druck pB, welcher zunächst mit dem Druck p1 übereinstimmt, im Schaltzustand A und wird im Schaltzustand B und vor allem im Schaltzustand C reduziert. Dieser Zyklus kann sich einige Male wiederholen, bis das hydraulische System 5 erschöpft ist, das heißt, bis die Druckfeder 12 im Hydraulikzylinder 6 die kleinstmögliche Größe angenommen hat.
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In der 5 ist ein in das Bremssystem 1 aus 1 bis 3 integrierter Mechanismus zur Warnung bei zu großem Verschleiß dargestellt. Hier ist ein Kippschalter 13 integriert, der bei zu starkem Auslenken des Hydraulikzylinders 6 aktiviert wird und den Fahrradfahrer durch eine entsprechende Warnleuchte 14 oder Warnton zum Nachstellen von Bremsbelägen auffordert.
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In der 6 ist das Bremssystem aus 2 mit eingezeichneten physikalischen Größen dargestellt. In dem Schaltzustand B, der hier dargestellt ist, wird der Bremshebel 4 von der mechanischen Bremse 2 abgekoppelt. Der Druck pB in der Sperranlage 8 muss so groß sein, dass die Reibkraft zwischen feststehendem Element 11 und Wirkfläche am Bremszug 3 größer ist als die Bremszugkraft FS, um somit ein sicheres Trennen des Bremshebels 4 von der mechanischen Bremse 2 zu erreichen. Die Sperranlagenkraft FSB entsteht aus dem Druck pB im Druckraum 9 der Sperranlage 8.
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Eine weitere Ausführung eines Bremssystems 1, um den Bremshebel 4 von der mechanischen Bremse 2 abzukoppeln, ist in der 7 dargestellt. Hier wird das hydraulische System 5 zur Blockade von einer Bremszange 15 verwendet. Das hydraulische System 5 weist dabei ebenfalls einen Hydraulikzylinder 6 mit einer Druckfeder 12 auf, der mit einem Wegeventil 7 verbunden ist. Um den Bremsdruck aufzubauen, wird der Hydraulikzylinder 6 zwischen der Bremszange 15 freigegeben. Der Bremsbefehl wird dadurch direkt vom Bremshebel 4 an die mechanische Bremse 2 übertragen. Dadurch erfolgt ein Druckaufbau in der linken Kammer 16 im Hydraulikzylinder 6. Der Druck wirkt gegen ein Rückschlagventil 17 und blockiert dadurch den Hydraulikzylinder 6. Wenn der Bremshebel 4 nicht betätigt wird, dann stellt sich das hydraulische System 5 durch die potentielle Energie der Druckfeder 12 in Ausgangslage zurück.
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In der 8 ist ein weiteres Bremssystem 1 schematisch dargestellt. Bei dieser Variante kann jedoch kein Bremsdruck abgebaut werden. Die Zustandserfassung der Raddrehzahlen ist schnell genug, um in ausreichend kurzer Zeit ein Regelsignal zur Entkopplung des Bremshebels 4 von der mechanischen Bremse 2 zu liefern.
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In den 9 bis 12 ist ein weiteres Bremssystem 1 dargestellt. Dieses Bremssystem 1 kann auch in Verbindung mit einem vorherig beschriebenen Bremssystem 1 eingesetzt und gekoppelt werden. Das dargestellte Bremssystem 1 findet Anwendung, wenn der Bremshebel 4 bereits von der mechanischen Bremse 2 abgekoppelt ist und trotzdem eine Blockiertendenz besteht. In den 9 bis 12 ist ein Bremssystem 1 mit einem hydraulischen System 5 und einer mechanischen Bremse 2 dargestellt, die direkt miteinander verbunden sind. Dabei ist nur eine Seite der mechanischen Bremse 2 gezeigt. Die mechanische Bremse 2 weist zwei Bremsschuhe 18 auf, die sich gegenüberliegen. Der Bremsschuh 18 umfasst einen Bremsbelag 19 und eine Bremsbelagaufnahme 20 und ist mit einem geringfügigen Abstand zu einem rotierenden Teil 21, hier als Felge ausgebildet, angeordnet. Die Kontaktfläche 22 zwischen Bremsbelag 19 und Bremsbelagaufnahme 20 weist eine schiefe Ebene auf. Das heißt, dass die Kontaktfläche 22 und die Bremsfläche 23, die zwischen rotierendem Teil 21 und Bremsbelag 19 entsteht, einen Winkel α, hier ungefähr 10°, einschließen. Durch die Reibung mit dem rotierenden Teil 21 wird der Bremsbelag 19 in Drehrichtung mitgezogen und bewegt sich aufgrund der schiefen Ebene aus dem Kraftfluss heraus, wodurch sich der Bremsdruck reduziert. Dies ist in der 10 gezeigt.
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Wenn der Bremshebel 4 nicht mehr betätigt wird, dann stellt sich das hydraulische System 5 durch die potentielle Energie der Druckfeder 12 im Hydraulikzylinder 6 in ihre Ausgangslage zurück. Die Rückstellung kann gemäß der 9 und 10 durch entsprechende Ventilstellung erfolgen. Die Ventilstellungen werden von hier nicht dargestellten Regelungseinheiten geregelt. In der 11 hingegen erfolgt die Rückstellung mittels eines Rückschlagventils 17. Während die Bremsbeläge 19 an der schiefen Ebene zurück geschoben werden, öffnet sich gleichzeitig beispielsweise die Bremszange 15 durch die Federkraft im Hydraulikzylinder 6. Hierbei sollte die Bremszange 15 sich schneller öffnen, als das Rückschieben der Bremsbeläge 19 dauert, da sonst ein unbeabsichtigter Reibkontakt mit dem rotierenden Teil 21 erfolgen würde. Dies kann beispielsweise durch eine Drossel in der Hydraulikleitung erfolgen.
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In der 12 ist das Bremssystem 1 aus 11 mit einer Möglichkeit zur Verschleißnachstellung dargestellt. Der Bremsenverschleiß kann entweder an der Bremszange 15, beispielsweise durch Unterbinden einer vollständigen Rückstellung der Druckfeder 12 im Hydraulikzylinder 6, oder, wie hier dargestellt, am Bremsbelag 19 nachgestellt werden. In der 12 weist der Bremsbelag 19 am entgegengesetzten Ende zum Hydraulikzylinder 6 Zwischenelemente 24 auf, die bei zunehmendem Verschleiß am Bremsbelag 19 entfernt werden können. Dadurch kann der Bremsbelag 19 weiter als im Ausgangszustand die schiefe Ebene hochgeschoben werden, wodurch der Bremsbelag 19 wieder seinen geringfügigen Abstand zum rotierenden Teil 21 hin aufweist. Statt der Zwischenelemente 24 könnte jedoch auch mittels einer manuellen Stellschraube bei zu großem Verschleiß nachgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremssystem
- 2
- mechanische Bremse
- 3
- Bremszug
- 4
- Bremshebel
- 5
- hydraulisches System
- 6
- Hydraulikzylinder
- 7
- Wegeventil
- 8
- Sperranlage
- 9
- Druckraum der Sperranlage
- 10
- Sperrklotz
- 11
- feststehendes Element
- 12
- Druckfeder
- 13
- Kippschalter
- 14
- Warnleuchte
- 15
- Bremszange
- 16
- Kammer eines Hydraulikzylinders
- 17
- Rückschlagventil
- 18
- Bremsschuh
- 19
- Bremsbelag
- 20
- Bremsbelagaufnahme
- 21
- rotierendes Teil
- 22
- Kontaktfläche
- 23
- Bremsfläche
- 24
- Zwischenelement
- A, B, C
- Schaltzustände des Wegeventils
- FS
- Bremszugkraft
- FSB
- Sperranlagenkraft
- p0, p1
- Drücke im Hydraulikzylinder
- pB
- Druck im Druckraum der Sperranlage
- α
- Winkel zwischen Kontaktfläche und Bremsfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012222058 A1 [0003]
- DE 102011084601 A1 [0004]
- EP 2738078 A1 [0005]
- US 2004/0182655 A1 [0006]
