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Die Erfindung betrifft ein Bremsgerät für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bekannt, für hydraulische Bremsanlagen bei Kraftfahrzeugen Bremsgeräte zu verwenden, die einen Hauptbremszylinder mit einem zur Bremsdruckerzeugung linear verschiebbaren Zylinderkolben aufweisen. Um die Betätigungskräfte für den Fahrer niedrig zu halten, werden unterschiedliche Aggregate verwendet, die auf den Zylinderkolben mit einer Verstärkungskraft einwirken – beispielsweise pneumatische, elektromechanische und elektrohydraulische.
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Insbesondre elektromechanische Krafterzeugungsaggregate werden vermehrt eingesetzt. Derartige Aggregate haben den Vorteil, dass sie relativ einfach unabhängig von dem Fahrer von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden können und somit einen autonomen elektronisch gesteuerten Betrieb ermöglichen.
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Um die Betriebssicherheit des Fahrzeugs zu gewährleisten muss jedoch jederzeit auch ein direkter Durchgriff durch den Fahrer möglich sein, bei dem der Fahrer unabhängig von dem Krafterzeugungsaggregat eine Kraft auf den Zylinderkolben ausüben kann. Dies kann beispielsweise bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung, bei anderweitigen Fehlfunktionen des Krafterzeugungsaggregats, jedoch auch bei schnellen Vollbremsungen zur Unterstützung der Verstärkungskraft erforderlich sein. Zugleich wird eine komfortable haptische Rückmeldung beziehungsweise Reaktionskraft am Bremspedal beim Regelbetrieb verlangt, wobei hier das Reaktionsverhalten eines konventionellen Pneumatischen Bremskraftverstärkers oft als Referenz dient.
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Aus
DE 10 2008 038 320 A1 ist ein gattungsgemäßes Bremsgerät bekannt. Es weist ein durch eine elektrische Antriebseinheit angetriebenes Krafterzeugungsaggregat, das in einem gesonderten Gehäuse aufgenommen ist, an dem auf einer Seite ein konventioneller Hauptbremszylinder angeordnet ist und in das von der gegenüberliegenden Seite eine mit dem Bremspedal gekoppelte Betätigungsmechanik eingreift. Zur Wandlung der Rotationsenergie der Antriebseinheit in eine axial gerichtete Verstärkungskraft wird ein Kugelgewindetrieb verwendet. Die Verstärkungskraft wird hier von einer hohlgebohrten Spindel des Kugelgewindetriebs in den Zylinderkolben eingeleitet. Der direkte Durchgriff erfolgt mittels einer durch die Hohlspindel verlaufenden besonders langen, druckbelasteten Kolbenstange. Der Fahrer kann damit unabhängig von der Spindel auf den Zylinderkolben einwirken.
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Der komplexe Aufbau und der erforderliche große Bauraum im knappen Motorraum des Fahrzeugs werden als verbesserungswürdig angesehen. Für eine ausreichende Drucksteifigkeit müssen die Spindel und die Kolbenstange besonders Stabil ausgelegt werden, wodurch unter Berücksichtigung einer mehrfach koaxialen Komponentenanordnung das Gewicht und die radiale Abmessungen des Bremsgerät zusätzlich erhöht werden.
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Es stellt sich somit eine Aufgabe, ein verbessertes Bremsgerät der eingangs genannten Gattung anzubieten, das unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile möglichst kompakt, gewicht- und bauraumsparend aufgebaut ist, bei Ausfall der Verstärkerstufe dennoch einen effektiven direkten Durchgriff auf den Zylinderkolben und bei Regelbetrieb eine komfortable haptische Rückmeldung am Pedal ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremsgerät mit Merkmalskombination nach Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung an.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Erzeugung von Bremsdruck durch eine Verringerung eines axialen Abstandes zwischen der Krafteinleitstelle, an der die Verstärkungskraft in den Zylinderkolben eingeleitet wird und dem Krafterzeugungsaggregat erfolgt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird die Verstärkungskraft von dem Krafterzeugungsaggregat in die Krafteinleitstelle durch eine Koppelstange eingeleitet, welche wenigstens eine Druckkammer in axiale Richtung vollständig durchragt.
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Dadurch kann das Bremsgerät besonders kompakte aufgebaut werden, insbesondere die radialen Abmessungen werden reduziert und das Gewicht eingespart.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Krafteinleitstelle als ein Anschlag ausgebildet ist, welcher eine axiale Verschiebung des Zylinderkolbens relativ zum Koppelstange axial entgegen der Kraftrichtung der Verstärkungskraft begrenzt.
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Dadurch wird in der Krafteinleitstelle auf besonders einfache, raum- und gewichtssparende Weise eine zuverlässige und stabile Kraftübertragung erreicht, wobei der Zylinderkolben bei Bedarf besonders einfach von dem Krafterzeugungsaggregat entkoppelt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bremsgerät durch einen Fahrer über eine Betätigungsstange mit einer Betätigungskraft betätigbar eingerichtet, wodurch seine direkte Ansteuerung auf eine einfache und bewähre Weise sichergestellt wird.
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Die Erfindung sieht insbesondere vor, dass die Betätigungskraft als eine Druckkraft und die Verstärkungskraft als eine Zugkraft auf den Kolben einwirkend eingerichtet sind.
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Damit wird eine Selbstzentrierung im Bremsbetrieb unterstützt, die Knickbelastung von kraftübertragenden Komponenten wird nahezu ausgeschlossen, womit diese besonders leicht und kompakt gebaut werden können.
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Die Erfindung sieht ferner vor, dass die Betätigungsstange und das Krafterzeugungsaggregat axial im Wesentlichen an gegenüberliegenden Enden des Hauptbremszylinders angeordnet sind.
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Dadurch kann eine besonders kompakte Bauform des Bremsgeräts realisiert werden, das Gehäuse kosten- herstell- und montagefreundlich einstückig ausgebildet und bauraumfreundlich besonders tief in dem Fahrzeuginnenraum positioniert werden.
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Auch die Antriebseinheit kann mit Vorteil für das Packaging Nahezu beliebig um die Hauptbremszylinder-Achse geschwenkt angeordnet werden,
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Betätigungskraft zur Einleitung in den Zylinderkolben eingerichtet, wodurch die direkte Betätigung des Hauptbremszylinders durch den Fahrer vereinfacht und Pedalwege verkürzt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist im Kraftfluß der Betätigungskraft zwischen der Betätigungsstange und dem Koppelstange wenigstens ein elastisch komprimierbares Elastoelement angeordnet, womit eine komfortable sowie konstruktiv einstellbare Kraftrückmeldung beziehungsweise Kennlinie am Bremspedal besonders einfach realisiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Krafterzeugungsaggregat einen Kugelgewindetrieb, der durch eine elektrische Antriebseinheit angetrieben ist, wobei der Kugelgewindetrieb eine axial versetzbare Spindel aufweist und die Verstärkungskraft derart von der Spindel in die Koppelstangeeingeleitet ist, dass die Spindel auf Zug belastet ist
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Damit kann einerseits die Umwandlung der Antriebskraft durch einen bewährten und zuverlässige Kugelgewindetrieb realisiert, dieser zugleich besonders kostengünstig und leicht mit einer hohlen Spindel angeboten werden, welche besonders effektiv und kostengünstig durch Umformung aus einen dünnwandigen Rohr, beispielsweise durch Rollen hergestellt werden kann und zugleich ein direkter durchgriff nicht behindert wird. Des Weiteren kann die Antriebseinheit bei derartigem Aufbau besonders einfach entkoppelt und das Geräuschverhalten dadurch verbessert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist das Hauptbremszylinder als ein Tandem-Hauptzylinder mit einem ersten Kolben und einem zweiten Kolben, der eine zweite Druckkammer von der ersten Druckkammer trennt ausgebildet, wobei das Koppelstange den zweiten Kolben in axiale Richtung durchragt.
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Damit das Bremsgerät für zweikreisige hydraulische Bremsanlagen besonders kompakt gestaltet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Fig. 1:
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Bremsgeräts 1 in einer ungebremsten Ausgangslage in Längsschnitt, zum Teil stark vereinfacht dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Bremsgerät 1 umfasst im Wesentlichen einen Hauptbremszylinder 2, und ein elektromechanisches Krafterzeugungsaggregat 5, das elektrisch angesteuert eine Verstärkungskraft Fv erzeugt.
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Der Hauptbremszylinder 2 im gezeigten Beispiel ist als ein Tandem-Hauptzylinder nach Plunger-Bauart ausgebildet und verfügt über einen ersten axial verschiebbaren sowie mechanisch betätigbaren Zylinderkolben 4, der eine erste Druckkammer 3 begrenzt, sowie einen zweiten axial verschiebbaren Zylinderkolben 14, der als ein Schwimmkolben angeordnet ist und eine zweite Druckkammer 13 von der ersten Druckkammer 3 trennt. Die Druckkammern 3, 13 sind mit einem hydraulischen Druckmittel gefüllt und sind auf bekannte Weise jeweils in ihrem Volumen veränderbar gestaltet und mit entsprechenden Bremskreisen verbunden, wobei die Volumenänderung beziehungsweise Verkleinerung durch Verschiebung der Zylinderkolben 4, 14 hervorgerufen wird, wodurch in den Druckkammern 3, 13 Bremsdruck erzeugt wird.
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Das Krafterzeugungsaggregat 5 ist durch eine elektrische Antriebseinheit 11 angetrieben und verfügt zur Wandlung deren rotatorischen Antriebskraft in die translatorische Verstärkungskraft Fv über einen Kugelgewindetrieb 10. Andre Rot/Trans-Wandler sind innerhalb der Erfindung jedoch ebenso zulässig.
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Die Antriebseinheit 11 wird von einer hier nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit elektrisch angesteuert und treibt über ein Kraftübertragungselement 22 die Kugelgewindemutter 21 des Kugelgewindetriebs 10 an. Das Kraftübertragungselement 22 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Zahnriemen ausgebildet, weitere funktionsäquivalente Lösungen wie beispielsweise Zahngetriebe, Kette o. Ä. sind innerhalb der Erfindung ebenso zulässig.
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Die axial ortsfest gelagerte Kugelgewindemutter 21 steht gemäß dem Aufbauprinzip eines Kugelgewindetriebs über mehrere Kugeln im Eingriff mit einer Spindel 12 und versetzt diese transversal, axial in Richtung der Verstärkungskraft Fv, in der 1 nach links.
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Über eine Anschlagformation 24 steht die Spindel 12 im Eingriff mit einer Koppelstange 7, wodurch die Verstärkungskraft Fv aus der Spindel 12 in die Koppelstange 12 eingeleitet wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anschlagformation 24 durch einen radial nach innen abgesetzten – beispielsweise umgebördelten Randabschnitt der Spindel 12 gebildet, der mit einer sich radial nach außen erstreckenden Formation am korrespondierenden Ende der Koppelstange 7 zusammenwirkt. Hierdurch kann die Koppelstange 7 jederzeit unabhängig von der Spindel 12 in diese hineingeschoben beziehungsweise eingetaucht werden.
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Die Verstärkungskraft Fv wird von der Koppelstange 7 über eine Krafteinleitstelle 6 in den Zylinderkolben 4 einleitet, so dass dieser aus seiner unbetätigten Ausgangslage durch die Koppelstange 7 axial in Richtung Krafterzeugungsaggregat 5 gezogen wird. Hierfür verfügt die Koppelstange 7 an ihrem kolbenseitigen Ende über ein Endstück 29. Das Endstück 29 weist einen radial nach außen gerichteten umlaufenden Kragen 30, welcher in Anlage mit einem korrespondierenden, radial nach innen gerichteten umlaufenden Absatz 31 an der Innenseite des Zylinderkolbens 4 die Krafteinleitstelle 6 als einen entgegen der Richtung der Verstärkungskraft Fv wirkenden Anschlag bildet. Für eine bessere Zentrierung sind die korrespondierenden Kontaktflächen am Kragen 30 und dem Absatz 31 in der gezeigten Ausführung konisch ausgebildet. Eine andere funktionsäquivalente Ausführung – beispielsweise mit einem kugeligen oder balligen Kontaktflächenprofil ist innerhalb der Erfindung ebenso zulässig.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das Endstück als ein separates Bauteil gestaltet, das an der Koppelstange 7 befestigt ist. Innerhalb der Erfindung ist es jedoch ebenso zulässig, dass der Kragen 30 zur Bildung der Krafteinleitstelle 6 unmittelbar an der Koppelstange 7 integrativ angeformt oder stoffschlüssig mit dieser verbunden wird.
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Das Krafterzeugungsaggregat 5 ist in axiale Richtung an einem dem Zylinderkolben 4 abgewandten Ende des Bremsgeräts 1 angeordnet, so dass die Koppelstange 7 die beiden Druckkammern 3, 13 und den zweiten Zylinderkolben 14 vollständig durchragt. Zur Einhaltung der hydraulischen Trennung der beiden Druckkammern 3, 13 und somit der zugeordneten Bremskreise ist die Koppelstange 7 durch die Dichtelemente 19, 20 gegen den zweiten Zylinderkolben 14 abgedichtet.
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Im Regulären Betrieb ist zur Ansteuerung des Bremsgerätes 1 durch den Fahrer ein Bremspedal 15 vorgesehen, dessen Betätigung durch eine Sensoreinrichtung 16 erfasst und als elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung an eine hier nicht gezeigte elektronische Steuereinheit weitergeleitet wird. Ebenso kann das Bremsgerät 1 auch fahrerunabhängig autonom durch die Steuereinheit angesteuert werden, welche die Antriebseinheit 11 bei Bedarf selbsttätig aktiviert.
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Das Bremspedal 15 ist mit einer axial verschiebbaren Betätigungsstange 8 gekoppelt. Die Betätigungskraft Fb wird von dem Bremspedal 15 in die Betätigungsstange 8 eingeleitet und auf den Zylinderkolben 4 übertragen. Für eine komfortable Weg/Kraft-Kennlinie des Bremspedals 15 ist in dem Zylinderkolben 4 eine Art Simulatoreinheit vorgesehen, die eine konstruktiv einstellbare haptische Rückmeldung beziehungsweise Reaktionskraft am Bremspedal 15 moduliert. Hierfür ist im Kraftfluß der Betätigungskraft Fb zwischen der Betätigungsstange 8 und dem Zylinderkolben 4 ein Elastoelement 9 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Elastoelement 9 als eine Scheibe aus einem Elastomerwerkstoff ausgeführt, welche an ihrer der Druckkammer 3 zugewandten Seite an das Endstück 29 der Koppelstange 7 angelegt ist. Innerhalb der Erfindung sind auch hier nicht gezeigten Lösungen mit metallischen Federelementen oder in Kombination mit Elastomeren möglich und zulässig.
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Die Betätigungsstange 8 ist druckkammerseitig mit einem Zwischenkolben 17 verbunden und ein Einstellelement 18 ist zwischen dem Elastoelement 9 und dem Zwischenkolben 17 angeordnet. Bei Betätigung des Bremspedals 15 und Verschiebung der Betätigungsstange 8 wird das Einstellelement 18 in das Elastoelement 9 hineingedrückt, welches in diesem Bereich unter Einleitung einer Reaktionskraft in das Einstellelement 18 komprimiert wird.
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Bei konstanten Betätigungskraft Fb und shore Härte des Elastoelements 9 beeinflusst die Größe der Kontaktfläche zwischen dem Einstellelement 18 und dem Elastoelement 9 die Höhe und Verlauf der Reaktionskraft über die Eintauchtiefe des Einstellelements 18 in das Elastoelement 9. Durch eine geeignete konstruktive Gestaltung der dem Elastoelement zugewandten Seite des Einstellelements 18 kann die Kontaktfläche wegabhängig veränderbar gemacht und somit der Verlauf der Reaktionskraft über den Weg konstruktiv gesteuert werden. Sie kann innerhalb der Erfindung beispielsweise wie im gezeigten Ausführungsbeispiel konisch, jedoch auch als ein Kegelstumpf, Verrundet oder andersförmig mit einem über den Weg veränderten Querschnitt ausgeführt werden.
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In einem Fehlerfall beziehungsweise Rückfallebene bei Funktionsausfall des Krafterzeugungsaggregats 5, einem Ausfall der elektrischen Stromversorgung oder bei einer fahrerinitierten Übersteuerung wird der Zylinderkolben 4 alleine durch die aus der Betätigungsstange 8 eingeleitete Betätigungskraft Fb in Richtung Druckkammer 3 verschoben, so dass die Erzeugung von Bremsdruck jederzeit möglich ist. Die Koppelstange 7 wird dabei gegebenenfalls außerhalb des Kraftflußes mitgeschleppt und nach Auflösung der Kraftübertragenden Verbindung an der Anschlagformation 24 in die hohle Spindel 12 eingetaucht.
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Die meisten Komponenten des Bremsgeräts 1 sind in beziehungsweise an einem Gehäuse 25 aufgenommen. Das Gehäuse 25 ist im Wesentlichen einstückig ausgebildet und ist an seinem Krafterzeugungsaggregatseitigen Ende mit einer Endkappe 28 verschlossen, welche zugleich als ein Gegenlager für Rückstellfeder 23 bildet, die zum Rückversetzen der Spindel 12 in ihre unbetätigte Ausgangsstellung dient. Ein an dem Gehäuse 25 ausgebildeter Befestigungsflansch 26 dient zur Befestigung des Bremsgeräts 1 im Fahrzeug, beispielsweise an einer Stirnwand im Motorraum. Durch die Anordnung des Krafterzeugungsaggregats 5 und somit auch der Antriebseinheit 11 an dem der Betätigungsstange 8 gegenüberliegenden Ende des Hauptbremszylinders 2 kann die Antriebseinheit 11 bedarfsgemäß nahezu beliebig um die Hauptbremszylinderachse gedreht angeordnet werden, wobei lediglich die Schnittstellen 27 für einen hier nicht dargestellten Druckmittelbehälter sowie der Druckmittelbehälter selbst den möglichen Positionierungsbereich der Antriebseinheit 11 beeinflussen und diesen auf ca. 270° von 360° einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsgerät
- 2
- Hauptbremszylinder
- 3
- Druckkammer
- 4
- Zylinderkolben
- 5
- Krafterzeugungsaggregat
- 6
- Krafteinleitstelle
- 7
- Koppelstange
- 8
- Betätigungsstange
- 9
- Elastoelement
- 10
- Kugelgewindetrieb
- 11
- Antriebseinheit
- 12
- Spindel
- 13
- Druckkammer
- 14
- Zylinderkolben
- 15
- Bremspedal
- 16
- Sensoreinrichtung
- 17
- Zwischenkolben
- 18
- Einstellelement
- 19
- Dichtelement
- 20
- Dichtelement
- 21
- Kugelgewindemutter
- 22
- Kraftübertragungselement
- 23
- Rückstellfeder
- 24
- Anschlagformation
- 25
- Gehäuse
- 26
- Befestigungsflansch
- 27
- Schnittstelle
- 28
- Endkappe
- 29
- Endstück
- 30
- Kragen
- 31
- Absatz
- Fb
- Betätigungskraft
- Fv
- Verstärkungskraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038320 A1 [0005]
