DE102016219808A1

DE102016219808A1 - Pedalkraftsimulatoreinrichtung

Info

Publication number: DE102016219808A1
Application number: DE102016219808.4A
Authority: DE
Inventors: Simon Hansmann; Dieter Pflaum; Matthias Kistner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-04-12
Also published as: KR20190058633A; JP2019529231A; US20210291797A1; US11332109B2; CN109803859A; CN109803859B; JP6731547B2; KR102349114B1; EP3526088A1; WO2018068918A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pedalkraftsimulatoreinrichtung (1), mit einem durch ein Bremspedal (4) betätigbaren Druckkolben (5), der in einem Gehäuse (3) axial verschiebbar gelagert ist, und mit zumindest zwei in Reihe geschaltet angeordneten Tellerfederpaketen (9, 10, 11, 12, 13), wobei jedes Tellerfederpaket (9, 10, 11, 12, 13) jeweils mindestens zwei Tellerfedern (21, 22, 23, 24) aufweist, wobei zumindest zwei der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) unterschiedliche Federkonstanten aufweisen, und wobei die Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) zwischen einer Stirnseite (7) des Druckkolbens (5) und einem Axialanschlag (8) des Gehäuses (3) in dem Gehäuse (3) angeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass zumindest eines der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) eine axiale Aufnahmeaussparung (14, 15, 16, 17, 18) aufweist, in welcher ein durch den Druckkolben (5) elastisch verformbares Federelement (19) angeordnet ist, das sich einendig an dem Druckkolben (5) und anderendig an einem der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pedalkraftsimulatoreinrichtung, mit einem durch ein Bremspedal betätigbaren Druckkolben, der in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagert ist, und mit zumindest zwei in Reihe geschaltet angeordneten Tellerfederpaketen, wobei jedes Tellerfederpaket jeweils mindestens zwei Tellerfedern aufweist, wobei zumindest zwei der Tellerfederpakete unterschiedliche Federhärten aufweisen, und wobei die Tellerfederpakete zwischen einer Stirnseite des Druckkolbens und einem Axialanschlag des Gehäuses in dem Gehäuse angeordnet sind.
Stand der Technik
Pedalkraftsimulatoreinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So weist eine aus dem Stand der Technik bekannte Pedalkraftsimulatoreinrichtung zumindest zwei in Reihe geschaltet angeordnete Tellerfederpakete auf, wobei jedes Tellerfederpaket jeweils mindestens zwei Tellerfedern aufweist. Dabei sind die Tellerfederpakete zwischen einer Stirnseite eines axial verschiebbaren Druckkolbens, der durch ein Bremspedal betätigbar ist, und einem Axialanschlag eines Gehäuses in dem Gehäuse vorgespannt angeordnet. Es ist vorgesehen, dass zumindest zwei Tellerfederpakete unterschiedliche Federkräfte beziehungsweise Federkennlinien aufweisen. Werden die Tellerfederpakete durch den Druckkolben mit einer Druckkraft beaufschlagt, so werden sie jeweils in Abhängigkeit ihrer individuellen Federkraft beziehungsweise Federkennlinie ausgelenkt beziehungsweise komprimiert. Dabei erzeugen sie eine Rückstellkraft auf den Druckkolben, welche einer weiteren Komprimierung entgegenwirkt. Auf diese Weise erzeugt die Pedalkraftsimulatoreinrichtung bei einer Betätigung des Bremspedals eine Rückstellkraft auf das Bremspedal. Die erzeugte Rückstellkraft simuliert dabei das Bremspedalkraftgefühl, das der Fahrer bei der Betätigung eines konventionellen, hydraulischen Bremssystems spüren würde.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Pedalkraftsimulatoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eines der Tellerfederpakete eine axiale Aufnahmeaussparung aufweist, in welcher ein durch den Druckkolben elastisch verformbares Federelement angeordnet ist, das sich einendig an dem Druckkolben und anderendig an einem der Tellerfederpakete abstützt. Die erfindungsgemäße Pedalkraftsimulatoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie bei einer Druckbeaufschlagung beziehungsweise Komprimierung des Tellerfederpakets Kraftsprünge in einer Federkennlinie des Tellerfederpakets minimiert, so dass sie bei Betätigung eines Bremspedals durch einen Fahrer eines Fahrzeugs das Bremspedalkraftgefühl eines konventionellen, hydraulischen Bremssystems vermittelt. Damit ist gewährleistet, dass die Federkennlinie der gesamten Einrichtung bei jeder Auslenkung beziehungsweise bei jedem Federweg stetig beziehungsweise ohne Kraftsprünge in der Federkraft verläuft. Aufgrund einer gleichzeitigen Komprimierung beziehungsweise eines Zusammenwirkens von Tellerfederpaket und Federelement werden die Kraftsprünge gedämpft und damit das erzeugte Bremspedalkraftgefühl dem Bremspedalkraftgefühl angepasst, welches dem eines hydraulischen Bremssystems entspricht. Dies erleichtert dem Fahrer den Betrieb des Kraftfahrzeugs. Ist das Tellerfederpaket beispielsweise an einem Punkt in der Federkennlinie derart ausgelenkt, dass für eine insbesondere geringfügige weitere Komprimierung eine Kraft aufgewendet werden muss, welche als Kraftsprung spürbar ist, so gewährleistet das Federelement insbesondere an diesem Punkt, dass dieses anstelle des Tellerfederpakets soweit ausgelenkt wird, bis durch die Auslenkung des Federelements die Federkraft erreicht ist, welche notwendig ist, um das Tellerfederpaket zu komprimieren. Das Federelement ist bevorzugt als Schaumstofffeder, Elastomer oder Drahtfeder ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Federelement anderendig an dem Tellerfederpaket mit der kleinsten Federhärte abstützt. Der Vorteil hierbei ist, dass bei einer Betätigung des Bremspedals mit einer insbesondere geringen Betätigungskraft durch den Fahrer des Fahrzeugs, insbesondere zu Beginn eines Bremsvorganges, die Federkennlinie eine geringe Steigung aufweist und ein natürliches Bremspedalkraftgefühl simuliert. Dabei realisiert das Federelement insbesondere eine Vorspannkraft beziehungsweise die Vorspannung des zumindest einen Tellerfederpakets, auf dem sich das Federelement abstützt. Allgemein gilt, dass ein Tellerfederpaket/Federelement mit einer großen Federhärte eine Federkennlinie mit einer steileren Steigung aufweist als ein Tellerfederpaket/Federelement mit einer geringeren Federhärte. Die Federhärte ist bevorzugt mittels einer Anordnung der einzelnen Tellerfedern eines jeweiligen Tellerfederpakets einstellbar. So sind zumindest eine erste Tellerfeder und zumindest eine zweite Tellerfeder des Tellerfederpakets parallel und/oder spiegelbildlich zueinander anordenbar. Dabei weisen beispielsweise zwei spiegelbildlich zueinander angeordnete Tellerfedern eine kleinere Federhärte auf als eine einzelne Tellerfeder. Zwei parallel zueinander angeordnete Tellerfedern weisen eine größere Federhärte auf als eine einzelne Tellerfeder.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aufnahmeaussparung als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Der Vorteil hierbei ist, dass die Durchgangsöffnung vollständig durch das zumindest eine Tellerfederpaket führt, so dass sich das Federelement durch mindestens ein Tellerfederpaket vollständig hindurch erstrecken kann. Bevorzugt stützt sich das Federelement innerhalb der Durchgangsöffnung des Tellerfederpakets an dem Tellerfederpaket selbst und/oder außerhalb der Durchgangsöffnung an einem anderen Tellerfederpaket ab. Die Durchgangsöffnung ist bevorzugt als zumindest im Wesentlichen kreisförmige Durchgangsöffnung ausgebildet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest zwei in Reihe benachbarte Tellerfederpakete jeweils eine Durchgangsöffnung für das Federelement aufweisen. Damit ist gewährleistet, dass sich das Federelement durch zwei in Reihe geschaltet angeordnete Tellerfederpakete zumindest im Wesentlichen hindurch erstreckt und somit zwei Tellerfederpakete überbrückt. Dadurch wird bei einer Druckbeaufschlagung durch den Druckkolben die Federkennlinie angepasst, weil nunmehr die Federhärten zumindest zweier Tellerfederpakete zusammenwirken und eine Rückstellkraft erzeugen. Dies gewährleistet, dass das simulierte Bremspedalkraftgefühl insbesondere bei einer stärkeren Betätigung des Bremspedals dem eines Fahrzeugs mit hydraulischem Bremssystem noch besser entspricht. Bevorzugt wirkt das Federelement bei einer Druckbeaufschlagung durch den Druckkolben zunächst nur mit einem Tellerfederpaket, insbesondere dem Tellerpaket, auf dem sich das Federelement abstützt, zusammen. Bevorzugt werden dabei das eine Tellerfederpaket und das Federelement durch den Druckkolben zumindest im Wesentlichen vollständig komprimiert. Die Rückstellkraft auf den Druckkolben steigt mit zunehmender Komprimierung des ersten Tellerfederpakets und des Federelements. Entspricht die Rückstellkraft der Kraft, die notwendig ist, um ein zweites Tellerfederpaket, durch das sich das Federelement hindurch erstreckt, zu komprimieren, so wird das zweite Tellerfederpaket zusätzlich ausgelenkt. Dadurch wird insbesondere gewährleistet, dass ein Kraftsprung in der Federkennlinie dann gedämpft wird, wenn das zweite Tellerfederpaket ausgelenkt wird. Alternativ wirkt das Federelement bei der Druckbeaufschlagung mit beiden Tellerfederpaketen gleichzeitig zusammen. Eine Länge des Federelements entspricht bevorzugt zumindest im Wesentlichen der axialen Ausdehnung der Tellerfederpakete, durch die sich das Federelement hindurch erstreckt. Bevorzugt weist das zweite Tellerfederpaket eine größere Federhärte auf als das erste Tellerfederpaket.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement als Schraubenfeder oder Spiralfeder ausgebildet ist. Der Vorteil hierbei ist, dass die Schraubenfeder oder Spiralfeder kompakt ist und somit platzsparend in der Aufnahmeaussparung beziehungsweise Durchgangsöffnung anordenbar ist. Damit ist es auf einfach Art und Weise möglich, das Federelement in Reihe zu zumindest einem Tellerfederpaket zu schalten beziehungsweise anzuordnen. Bevorzugt entspricht ein Außendurchmesser der Schraubenfeder oder Spiralfeder zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser der insbesondere kreisförmig ausgebildeten Aufnahmeaussparung beziehungsweise Durchgangsöffnung, so dass die Schraubenfeder oder Spiralfeder in der Aufnahmeaussparung beziehungsweise Durchgangsöffnung stabil geführt ist. Bevorzugt ist die Schraubenfeder oder Spiralfeder aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt, das eine hohe Lebensdauer aufweist, beispielsweise Metall, eine metallische Legierung und/oder Kunststoff.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass jedes der Tellerfederpakete ein Tellerfederpaketgehäuse aufweist, in welchem die zumindest zwei Tellerfedern gehalten, insbesondere vorgespannt gehalten, sind. Der Vorteil hierbei ist, dass die Tellerfederpakete als handhabbare beziehungsweise kompakte Einheit vorliegen. Dementsprechend sind die Tellerpakte auf einfache Art und Weise in dem Gehäuse der Pedalkraftsimulatoreinrichtung montierbar und/oder demontierbar. Indem die Tellerfedern vorgespannt in dem Tellerfederpaketgehäuse gehalten sind, ist gewährleistet, dass diese direkt nach einer Montage in dem Gehäuse der Pedalkraftsimulatoreinrichtung verwendbar beziehungsweise mit einer Druckkraft beaufschlagbar sind. Vorzugsweise sind die Tellerfederpakete, insbesondere in Abhängigkeit ihrer Federhärten, in beliebiger Reihenfolge in dem Gehäuse der Pedalkraftsimulatoreinrichtung anordenbar. Das jeweilige Tellerfederpaketgehäuse weist bevorzugt eine Form auf, welche mit einer Gehäuseform des Gehäuses der Pedalkraftsimulatoreinrichtung korrespondiert. Ist das Gehäuse beispielsweise als Hohlzylinder ausgebildet, der einen Hohlzylinderinnendurchmesser aufweist, so ist das Tellerfederpaketgehäuse bevorzugt als Zylinder ausgebildet, der einen Zylinderaußendurchmesser aufweist, wobei der Hohlzylinderinnendurchmesser bevorzugt zumindest im Wesentlichen dem Zylinderaußendurchmesser entspricht. Bevorzugt weist das Tellerfederpaketgehäuse die Durchgangsöffnung auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das jeweilige Tellerfederpaketgehäuse ein erstes Gehäuseelement und ein zweites Gehäuseelement aufweist, die für eine Beanspruchung der Tellerfedern relativ zueinander verschiebbar sind. Der Vorteil hierbei ist, dass das Tellerfederpaket auf einfache Art und Weise und ohne Gefahr einer Beschädigung komprimierbar ist. Bevorzugt weist eines der Gehäuseelemente einen zumindest geringfügig größeren Gehäuseelementdurchmesser auf als das andere Gehäuseelement. Dadurch sind die Gehäuseelemente bei einer Druckbeaufschlagung entgegen ihrer Vorspannkraft ineinander verschiebbar. Zumindest eines der Gehäuseelemente ist bevorzugt mittels eines Fügeprozesses, beispielsweise durch Schweißen, Tulpen oder Löten, auf zumindest einer, insbesondere einer äußersten, Tellerfeder des Tellerfederpakets befestigt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseelement und/oder das zweite Gehäuseelement von zumindest einem der Tellerfederpakete einen Axialanschlag aufweisen, der die maximale Beanspruchung der Tellerfedern begrenzt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine mechanische Belastung beziehungsweise maximale Auslenkung des Tellerfederpakets nur bis zu einem vorgebbaren Punkt erfolgt und somit ein Verschleiß an Material des Tellerfederpakets reduziert wird. Dies vergrößert insbesondere die Lebensdauer des Tellerfederpakets, weil eine mechanische Beanspruchung begrenzt ist. Durch die Begrenzung der maximalen Auslenkung ist zudem gewährleistet, dass eine fest vorgebbare, maximale Rückstellkraft bei der maximalen Beanspruchung erzeugt wird. Damit ist eine Federkennlinie eines Tellerfederpakets genau einstellbar. Der Axialanschlag ist beispielsweise an dem ersten Gehäuseelement als stabförmiges Element ausgebildet, welches bei einer vorgebbaren Auslenkung des ersten und/oder zweiten Gehäuseelements das zweite Gehäuseelement kontaktiert und eine weitere Auslenkung verhindert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Axialanschlag als sich axial innerhalb der Tellerfedern erstreckende Hülse an dem ersten Gehäuseelement ausgebildet ist, und die mit einem Gegenanschlag des zweiten Gehäuseelements zur Begrenzung der maximalen Beanspruchung der Tellerfedern zusammenwirkt. Der Vorteil hierbei ist, dass eine maximale Auslenkung durch das Tellerfederpaket selbst vorgegeben ist. Das Tellerfederpaket ist somit als Baueinheit ausgebildet, welche eine individuelle Federkennlinie mit einer maximalen Auslenkung und damit einer maximal erzeugbaren Rückstellkraft aufweist. Die Hülse ist bevorzugt an dem ersten Gehäuseelement des Tellerfederpakets befestigt, beispielsweise mittels eines Fügeprozesses. Ein Durchmesser der Hülse entspricht bevorzugt dem Durchmesser der Aufnahmeaussparung beziehungsweise der Durchgangsöffnung. Indem der Axialanschlag bevorzugt zugleich die Durchgangsöffnung bildet, ist der Axialanschlag optimal in dem Tellerfederpaket angeordnet. Bevorzugt ragt ein Abschnitt der Hülse zumindest teilweise über das erste und/oder zweite Gehäuseelement hinaus. Dies gewährleistet, dass auf dem Abschnitt ein weiteres Tellerfederpaket anordenbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement entgegen der Vorspannung der Tellerfedern formschlüssig aneinander gehalten sind. Der Vorteil hierbei ist, dass eine stabile Form des Tellerfederpaketgehäuses gewährleistet ist. Die Vorspannung ist dabei insbesondere abhängig von dem maximalen Abstand zwischen erstem und zweitem Gehäuseelement, der durch den Formschluss begrenzt wird. Bevorzugt weist für die formschlüssige Verbindung insbesondere die Hülse des ersten Gehäuseelements im Bereich ihres Axialanschlags einen radial nach außen weisenden Vorsprung auf. Im Bereich des radial nach außen weisenden Vorsprungs des ersten Gehäuseelements weist das zweite Gehäuseelement bevorzugt einen radial nach innen weisenden Vorsprung auf. Die formschlüssige Verbindung erfolgt bevorzugt durch ein Anliegen einer Oberseite des radial nach außen weisenden Vorsprungs auf einer Unterseite des radial nach innen weisenden Vorsprungs, wobei die Oberseite und die Unterseite in entgegengesetzte Richtungen durch die Tellerfedern vorgespannt sind und dadurch ineinander greifen beziehungsweise aneinander gehalten sind. Somit wird durch die genannten Vorsprünge der maximale Abstand der Gehäuseelemente entgegen der Federkraft definiert und dadurch die Vorspannung des jeweiligen Tellerfederpakets eingestellt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die den Tellerfederpaketen zugewandte Stirnseite des Druckkolbens im unbetätigten Zustand des Druckkolbens beabstandet zu den Tellerfederpaketen liegt. Der Vorteil hierbei ist, dass eine resultierende Rückstellkraft zu Beginn einer Druckbeaufschlagung allein durch das Federelement beziehungsweise die Schraubenfeder und dem zumindest einen Tellerfederpaket, auf dem sich das Federelement abstützt, realisiert wird. Insbesondere wird bei einer Druckbeaufschlagung durch den Druckkolben zunächst das Federelement gemeinsam mit dem zumindest einen Tellerfederpaket, auf dem sich das Federelement abstützt, komprimiert, und erst dann, wenn der Druckkolben um den Abstand ausgelenkt worden ist, der der Beabstandung zwischen der Stirnseite des Druckkolbens und den Tellerfederpaketen entspricht, werden die weiteren Tellerfederpakete komprimiert. Hierbei gewährleistet das Federelement, dass ein Kraftsprung vermieden wird, wenn der Druckkoben die weiteren Tellerfederpakete komprimiert und die Rückstellkraft dadurch ansteigt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Druckkolben einen zumindest in die Aufnahmeaussparung einführbaren Betätigungszapfen aufweist, an welchem sich das Federelement einendig abstützt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere in Abhängigkeit einer Länge des Betätigungszapfens eine Vorspannkraft des Federelements zusätzlich einstellbar ist. Damit ist es möglich, die Vorspannung sowohl in Abhängigkeit des Tellerfederpakets, auf dem sich das Federelement abstützt, als auch in Abhängigkeit einer Komprimierung des Federelements durch den Betätigungszapfen einzustellen. Bevorzugt ist in Abhängigkeit einer Länge des Betätigungszapfens bei fest vorgegebener Länge des Federelements die Vorspannung des Federelements einstellbar.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Druckkolben hydraulisch betätigbar ist. Der Vorteil hierbei ist, dass eine Verlagerung des Druckkolbens auf einfache Art und Weise durch Betätigung des Bremspedals erzeugt wird. Bevorzugt ist der Druckkolben radial dichtend in dem Gehäuse angeordnet, beispielsweise durch zumindest ein Dichtelement, das bevorzugt zwischen Druckkolben und Gehäuse angeordnet ist und das verhindert, dass das Hydraulikmedium in die Tellerfederpakete gelangt. Das Gehäuse weist bevorzugt einen Hydraulikanschluss auf, durch welchen ein Hydraulikmedium in das Gehäuse einleitbar ist, sodass ein hydraulischer Druck erzeugbar ist, um den Druckkolben zu verlagern.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigt
1 eine Pedalkraftsimulatoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer vereinfachten Seitenansicht und
2 ein Tellerfederpaket gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer vereinfachten Seitenansicht.
1 zeigt eine Pedalkraftsimulatoreinrichtung 1 eines hier nicht dargestellten Fahrzeugs 2, mit einem insbesondere als Hohlzylinder ausgebildeten Gehäuse 3, in welchem ein insbesondere durch ein Bremspedal 4 des Fahrzeugs 2 betätigbarer, axial verschiebbarer Druckkolben 5, der einen Betätigungszapfen 6 aufweist, gelagert ist.
Zwischen einer Stirnseite 7 des Druckkolbens 5 und einem Axialanschlag 8 des Gehäuses 3 sind mehrere Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 in Reihe geschaltete beziehungsweise in einer Reihe hintereinander angeordnet.
Die in Reihe benachbarten Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 weisen jeweils eine axiale Aufnahmeaussparung 14, 15, 16, 17, 18 auf, die als eine einen Durchmesser aufweisende Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Ein elastisch verformbares Federelement 19, insbesondere eine bevorzugt aus Federstahl gefertigte Schraubenfeder oder Spiralfeder, ist dabei in den Aufnahmeaussparungen 14, 15, 16 angeordnet.
Das Federelement 19 stützt sich einendig an dem Druckkolben 5, insbesondere an dem Betätigungszapfen 6, und anderendig an dem Tellerfederpaket 12, insbesondere an einem Abstützelement 20, welches bevorzugt auf dem Tellerfederpaket 12 angeordnet und insbesondere als Abstützscheibe 20‘ ausgebildet ist, ab. Das Federelement 19 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel aufgrund seiner Anordnung innerhalb der Aufnahmeaussparungen 14, 15, 16 der Tellerfederpakete 9, 10, 11 in Reihe zu den Tellerfederpaketen 12, 13 geschaltet. Alternativ stützt sich das Federelement 19 in einem Bereich der Aufnahmeaussparung 17 des Tellerfederpakets 12 an/in dem Tellerfederpaket 12 ab, beispielsweise mittels einer form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung.
Der Betätigungszapfen 6 gewährleistet, dass das Federelement 19 bereits in einem unbetätigten Zustand des Druckkolbens 5, wenn also der Druckkolben 5 nicht mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, bereits vorgespannt beziehungsweise zumindest teilweise komprimiert ist. Die Vorspannkraft, mit der das Federelement 19 zwischen Druckkolben 5 und Tellerfederpaket 12 vorgespannt ist, wird damit noch einmal erhöht.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jedes Tellerfederpaket 9, 10, 11, 12, 13 jeweils vier Tellerfedern 21, 22, 23, 24 auf, die gemäß dem Ausführungsbeispiel in jedem Tellerfederpaket 9, 10, 11, 12, 13 auf dieselbe Art und Weise angeordnet sind. Die Tellerfeder 22 ist dabei spiegelbildlich beziehungsweise wechselsinnig zu der Tellerfeder 21, die Tellerfeder 23 spiegelbildlich zu der Tellerfeder 22 und die Tellerfeder 24 spiegelbildlich zu der Tellerfeder 23 angeordnet. Die vorliegend gewählte Anzahl und Anordnung der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 dient allein der Beschreibung des vorteilhaften Ausführungsbeispiels. Es kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl von Tellerfedern in einem Tellerfederpaket vorhanden sein, wobei die Tellerfedern auf beliebige Art und Weise zueinander angeordnet sein können.
Die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 weisen bevorzugt jeweils einen identischen Außen- und Innendurchmesser auf. Die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 weisen bevorzugt jeweils eine konstante und/oder variable Federkonstante auf. Aus der wechselsinnigen Anordnung der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 resultiert eine Gesamtfederkonstante beziehungsweise Federhärte des Tellerfederpakets 12. Die Federkonstanten der einzelnen Tellerfedern 21, 22, 23, 24 eines Tellerfederpakets 9, 10, 11, 12, 13 können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. Auch ist es möglich, dass zumindest zwei Federkonstanten gleich sind, während sich die übrigen Federkonstanten von diesen unterscheiden.
Jedes Tellerfederpaket 9, 10, 11, 12, 13 weist bevorzugt eine eigene, von den anderen Tellerfederpaketen 9, 10, 11, 12, 13 unterschiedliche Federhärte auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist das Tellerfederpaket 12 die kleinste Federhärte auf und ist somit das weichste Tellerfederpaket 12. Wird das Tellerfederpaket 12 beziehungsweise das sich an dem Tellerfederpaket 12 abstützende Federelement 19 durch den Druckkolben 5 mit einer Druckkraft beaufschlagt, so weist das Tellerfederpaket 12 eine Federkennlinie mit einer geringeren Steigung auf als die jeweils anderen Tellerfederpakete 9, 10, 11, 13, welche eine größere Federhärte aufweisen.
Indem sich das Federelement 19 an dem Tellerfederpaket 12 abstützt, realisiert das Federelement 19 insbesondere die Vorspannung des Tellerfederpakets 12 und des darunter angeordneten Tellerfederpakets 13. Bevorzugt weist das Tellerfederpaket 13 eine größere Federhärte als das Tellerfederpaket 12, aber eine geringere Federhärte als die Tellerfederpakete 9, 10, 11 auf.
Bevorzugt ist der Druckkolben 5 hydraulisch betätigbar. Um zu vermeiden, dass dabei Hydraulikmedium, beispielsweise Hydrauliköl, in das Gehäuse 3 gelangt, weist der Druckkolben 5 zwischen Gehäusewand 26 und Druckkolben 5 eine Ausnehmung 27 auf, welche durch einen Dichtring 28 ausgefüllt ist.
Bevorzugt weist der Druckkolben 5 eine flache, insbesondere scheibenförmige Stirnseite 7 auf. Dabei weisen die Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 bevorzugt eine Form auf, welche mit einer Gehäuseform des Gehäuses 3 korrespondiert. So sind die Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 beispielsweise zylinderförmig ausgebildet, so dass sie jeweils einen Durchmesser aufweisen, welcher einem Innendurchmesser des hohlzylinderförmig ausgebildeten Gehäuses 3 entspricht.
Alternativ ist die Stirnseite 7 des Druckkolbens 5 hohlzylinderförmig ausgebildet. Dabei weist die hohlzylinderförmig ausgebildete Stirnseite 7 des Druckkolbens 5 bevorzugt im Bereich des Außendurchmessers der Stirnseite 7 eine Zylinderwand 29 auf, die sich axial in Richtung des Axialanschlags 8 erstreckt und beispielsweise zumindest ein Tellerfederpaket 9 zumindest bereichsweise umgibt. Die Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 weisen dabei bevorzugt einen Durchmesser auf, welcher kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 3. Die Zylinderwand 29 weist bevorzugt eine Wanddicke auf, welche im Wesentlichen der Differenz Z zwischen Innendurchmesser des Gehäuses 3 beziehungsweise Durchmesser der Gehäusewand 26 und Durchmesser eines Tellerfederpaketes 9, 10, 11, 12, 13 entspricht.
Bei einer Betätigung des Druckkolbens 5 werden zunächst lediglich die Tellerfederpakete 12, 13 durch das Federelement 19 mit einer Kraft beaufschlagt und somit eine Federkennlinie mit geringer Steigung beziehungsweise eine geringe Rückstellkraft auf das Bremspedal 4 realisiert. Bevorzugt nähern sich mit zunehmender Auslenkung des Druckkolbens 5 die Tellerfederpakete 12, 13 einem Endanschlag, bei welchem diese ihre maximale Auslenkung erreichen und eine maximale Rückstellkraft erzeugen. Der Endanschlag wird später näher erläutert.
Bevorzugt reduziert sich mit zunehmender Komprimierung/Belastung der Tellerfederpakete 12, 13 und des Federelements 19 ein maximaler Abstand X („Jump-In-Abstand“) zwischen der Stirnseite 7 des Druckkolbens 5 und einer Stirnseite 25 des Tellerfederpakets 9. Der Abstand X entspricht vorzugsweise dem Abstand, welchen der Druckkolben 5 und das oberste Tellerfederpaket 9 im unbetätigten Zustand des Druckkolbens 5 zueinander aufweisen. Der Abstand X reduziert sich insbesondere dann, wenn die Tellerfederpakete 12, 13 komprimiert beziehungsweise maximal ausgelenkt sind und eine maximale Rückstellkraft erzeugen. Dann verlagert sich der Druckkolben 5 bevorzugt entgegen der Rückstellkraft des Federelements 19. Dabei reduziert sich der Abstand X zwischen der Stirnseite 7 des Druckkolbens 5 und der Stirnseite 25 des Tellerfederpakets 9. Bevorzugt entspricht die Ruckstellkraft auf den Druckkolben 9 nach einer Verlagerung um den Abstand X, bei welcher die Stirnseite 7 des Druckkolbens 9 die Stirnseite 25 des Tellerfederpakets 9 berührt, der Kraft, die notwendig ist, die Tellerfederpakete 9, 10, 11 entgegen ihrer Vorspannung zu komprimieren.
Dies gewährleistet, dass in der Federkennlinie an dem Punkt, an dem die Stirnseite 7 des Druckkolbens 5 die Stirnseite 25 des Tellerfederpakets 9 berührt beziehungsweise an dem der Druckkolben 5 die Tellerfederpakete 9, 10, 11 mit einer Druckkraft beaufschlagt, ein Kraftsprung in der Federkennlinie vermieden wird. Durch die insbesondere in diesem Punkt dämpfende Wirkung des Federelements 19 ist gewährleistet, dass die Federkennlinie stetig beziehungsweise gleichmäßig ist.
Die erzeugte Rückstellkraft simuliert dabei ein Bremspedalkraftgefühl am Bremspedal 4, welches dem Bremspedalkraftgefühl eines Fahrzeugs 2 mit herkömmlichem, hydraulischem Bremssystem entspricht.
Vorteilhafterweise ist es möglich, durch die Pedalkraftsimulatoreinrichtung 1 Federkennlinien mit beliebiger Steigung und mit beliebiger Form, beispielsweise lineare oder progressive Federkennlinien, zu realisieren.
Durch die individuelle Länge des Betätigungszapfens 6 kann die geometrische Bauteiltoleranz ohne Veränderung der Kraftweite der einzelnen Federn ausgeglichen werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Länge des Betätigungszapfens 6 einstellbar ist. Dazu ist dieser beispielweise teleskopartig aus der Stirnseite des Druckkolbens ein- und/oder ausfahrbar ausgebildet ist. Damit ist es möglich, eine geometrische Bauteiltoleranz, insbesondere eine bauteiltoleranzbedingte Abweichung in der Höhe aufeinander gestapelter Tellerfederpakete und/oder Tellerfedern, auszugleichen. Ein Ausgleich der Bauteiltoleranz ist dabei ohne eine Veränderung der einzelnen Tellerfedern, beispielsweise mittels eines manuellen Eingriffs, bei welchem Tellerfedern und/oder Tellerfederpakete ausgetauscht werden, möglich.
2 zeigt das Tellerfederpaket 12, welches die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 aufweist. Die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 sind gemäß dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel angeordnet. Die Anordnung ist jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Alternativ ist es beispielsweise möglich, dass zumindest zwei der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 parallel zueinander ausgerichtet sind oder das weitere Tellerfedern in dem Tellerfederpaket 12 angeordnet sind. Bevorzugt sind die Tellerfederpakete 9, 10, 11, 13 entsprechend dem Tellerfederpaket 12 ausgebildet.
Das Tellerfederpaket 12 weist bevorzugt ein Tellerfederpaketgehäuse 30 auf, in welchem die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 gehalten, insbesondere vorgespannt gehalten, sind. Bevorzugt liegen die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 lose in dem Tellerfederpaketgehäuse 30. Damit können die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 einzeln aus dem Tellerfederpaketgehäuse 30 entnommen und/oder einzeln in dem Tellerfederpaketgehäuse 30 angeordnet werden. Insbesondere durch eine Vorspannung in dem Tellerfederpaketgehäuse 30 sind die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 in dem Tellerfederpaketgehäuse 30 derart gehalten, dass sie sich nicht in dem Tellerfederpaketgehäuse 30 frei bewegen können. Dadurch werden beispielsweise auch Klappergeräusche vermieden.
Das Tellerfederpaketgehäuse 30 weist ein erstes Gehäuseelement 31 und einem zweites Gehäuseelement 31 auf. Die Gehäuseelemente 31, 32 sind für eine Beanspruchung der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 relativ zueinander verschiebbar.
Dem zweiten Gehäuseelement 31 ist ein Abstützelement 20, 33, insbesondere eine Abstützscheibe, zugeordnet. Das Abstützelement 20, 33 ist bevorzugt ein separates Bauteil, welches in Reihe zu dem Tellerfederpaketgehäuse 30 anordenbar ist. Alternativ ist das Abstützelement 20, 33 bevorzugt einstückig mit dem Gehäuseelement 32 verbunden.
Bevorzugt weist das erste Gehäuseelement 31 einen größeren Durchmesser auf als das zweite Gehäuseelement 32, so dass eine relative axiale Verschiebung der beiden Gehäuseelemente 31, 32 möglich ist, bei welcher insbesondere das erste Gehäuseelement 31 über das zweite Gehäuseelement 32 verschiebbar ist. Alternativ weisen die Gehäuseelemente 31, 32 jeweils einen gleichen Durchmesser auf.
Vorliegend weist das erste Gehäuseelement 31 einen Axialanschlag 34 auf, der als der zuvor bereits erwähnte Endanschlag eine maximale Beanspruchung beziehungsweise Auslenkung der Tellerfeder 12 begrenzt. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Gehäuseelement 32 einen Axialanschlag 34 auf.
Der Axialanschlag 34 ist bevorzugt als sich axial innerhalb der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 erstreckende Hülse 35 an dem ersten Gehäuseelement 31 ausgebildet, die an ihrer Stirnseite mit einem Gegenanschlag 36 des Gehäuseelements 32 zur Begrenzung der maximalen Beanspruchung der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 zusammenwirkt. Bevorzugt wirkt der Gegenanschlag 36 mit dem separaten Abstützelement 20, 33 zur Begrenzung der maximalen Beanspruchung der Tellerfedern 12 zusammen. Alternativ wirkt der Gegenanschlag 36 mit dem einstückig mit dem zweiten Gehäuseelement 32 ausgebildeten Abstützelement 20, 33 zusammen.
Die Hülse 35 weist eine zumindest im Wesentlichen kreisförmige Durchgangsöffnung auf, durch welche sich das Federelement 19 durch das Tellerfederpaket 12 hindurch erstrecken und an einem Tellerfederpaket 9, 10, 11, 13 abstützen kann, welches in Reihe benachbart zu dem Tellerfederpaket 12 angeordnet ist. Das Abstützelement 20, 33 weist im Bereich der kreisförmigen Durchgangsöffnung der Hülse 35 bevorzugt einen Innendurchmesser auf, welcher kleiner oder gleich groß dem Durchmesser der kreisförmigen Durchgangsöffnung ist.
Bevorzugt ragt die Hülse 35 zumindest bereichsweise über das erste Gehäuseelement 31 hinaus. Dies gewährleistet, dass ein Tellerfederpaket 9, 10, 11, 13 und/oder eine Abstützscheibe 20, 33 auf dem Tellerfederpaket 12 anordenbar ist und stabil gehalten wird.
Das erste Gehäuseelement 31 und das zweite Gehäuseelement 32 sind vorteilhafterweise entgegen der Vorspannung der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 formschlüssig aneinander gehalten. Dazu weist die Hülse 35 an ihrem dem Gegenanschlag 36 zugewandten Ende einen radialen Vorsprung 37 auf, welcher an einem radialen Gegenvorsprung 38 des zweiten Gehäuseelements 32 anliegt. Das zweite Gehäuseelement 32 weist dazu bevorzugt einen axialen Versatz 39 auf, der sich in Richtung des ersten Gehäuseelements 31 erstreckt. Die formschlüssige Verbindung erfolgt bevorzugt durch ein Anliegen einer Oberseite 40 des radial nach außen weisenden Vorsprungs 37 auf einer Unterseite 41 des radial nach innen weisenden Vorsprungs 38. Die Vorsprünge 37 und 38 verhindern somit, dass die Gehäuseelemente 31 und 32 durch die Federkraft der Tellerfedern 21, 22, 23, 24 voneinander gelöst werden können. Die Vorsprünge 37 und 38 sichern den Zusammenhalt des Tellerfederpaketgehäuses 30. Darüber hinaus definieren die Vorsprünge beziehungsweise deren Anordnung an dem jeweiligen Gehäuseelement 31, 32 den maximalen Abstand der Gehäuseelemente 31, 32 voneinander und damit die auf die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 ausgeübte Vorspannung. Der Abstand beziehungsweise die Positionierung der Vorsprünge 37 und 38 ist zweckmäßigerweise derart gewählt, dass die Tellerfedern 21, 22, 23, 24 zwischen den Gehäuseelementen 31 und 32 vorgespannt beziehungsweise teilweise komprimiert/elastisch verformt sind, wenn die Vorsprünge 37 und 38 aneinander anliegen. Durch die Vorspannung wird auch vermieden, dass im Betrieb Klappergeräusche auftreten.
Optional weist das Tellerfederpaket 12 zumindest eine Befestigungsvorrichtung 42, 43 auf, welche eine insbesondere formschlüssige Befestigung des Federelements 19 an dem Tellerfederpaket 12 ermöglicht. Beispielsweise dient die Befestigungsvorrichtung 42, 43 einem Einschrauben des Federelements 19. Hierdurch kann alternativ oder zusätzlich zu dem Abstützelement 20 eine in das jeweilige Tellerfederpaket integrierte Arretierung des Federelements 19, insbesondere Schraubenfeder, zur Verfügung gestellt werden.
Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass sich das Federelement 19 tellerfederpaketseitig an der bereits genannten Abstützscheibe 20‘ abstützt. Diese wird insbesondere zwischen das Tellerfederpaket 12 und das Tellerfederpaket 11 gelegt, sodass sich die Abstützscheibe 20‘ einerseits an dem Tellerfederpaket 12 und andererseits an dem Federelement 19 abstützt. Damit ist das Federelement 19 direkt zwischen dem Betätigungszapfen 6 des Druckkolbens 5 und dem Tellerfederpaket 12 verspannbar beziehungsweise vorgespannt gehalten.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abstützscheibe 20‘ integriert in das über dem Tellerfederpaket 12 angeordnete Tellerfederpaket 11 ausgebildet ist. Dazu ist vorgesehen, dass, wie in 1 beispielhaft gezeigt, das untenliegende Gehäuseelement 32 des oberen Tellerfederpakets 11 einen durchgehenden Boden, also einen öffnungsfreien Boden, aufweist, der die Abstützscheibe 20‘ beziehungsweise das Abstützelement 33 bildet.
Das Tellerfederpaket 12 liegt somit in einer vorgespannten, kompakten und einfach montierbaren Form vor. Damit ist das Tellerfederpaket 12 insbesondere auf einfache Art und Weise in dem Gehäuse 3 der Pedalkraftsimulatoreinrichtung 1 anordenbar und nach der Anordnung direkt verwendbar.
Der jeweilige Endanschlag der einzelnen Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 in Richtung des Axialanschlags 8 des Gehäuses 3 ist dabei individuell in Abhängigkeit eines vorgebbaren Abstandes Y zwischen dem Axialanschlag 34 und der Abstützscheibe 33 beziehungsweise dem Gegenanschlag 36 einstellbar. Weitere Mittel zur Begrenzung einer maximalen Beanspruchung der Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 sind somit nicht nötig. Dies gewährleistet eine besonders genaue Realisierung von Federkennlinien mittels der verwendeten Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13 und des Federelements 19.
Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Tellerfederpaket 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 Seitenwände an den Gehäuseelementen 31, 32 auf, welche jeweils die in dem Tellerfederpaketgehäuse 30 eingeschlossene Tellerfedern 21, 22, 23, 24 umfangsseitig einschließt, wodurch das Tellerfederpaket vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Die Seitenwände sind jedoch optional zu verstehen und können, wie in 1 gezeigt, bei den Tellerfederpaketen 9, 10, 11, 12 und 13 auch entfallen.
Die Pedalkraftsimulatoreinrichtung 1 gewährleistet somit, dass trotz toleranzbedingter Streuungen beziehungsweise Abweichungen in den Federkonstanten einzelner, insbesondere baugleicher Tellerfedern 21, 22, 23, 24 beziehungsweise Tellerfederpakete 9, 10, 11, 12, 13, vorgebbare Federkennlinien realisierbar sind. Toleranzanforderungen aus dem Automobilbereich können somit erfüllt werden.

Claims

Pedalkraftsimulatoreinrichtung (1), mit einem durch ein Bremspedal (4) betätigbaren Druckkolben (5), der in einem Gehäuse (3) axial verschiebbar gelagert ist, und mit zumindest zwei in Reihe geschaltet angeordneten Tellerfederpaketen (9, 10, 11, 12, 13), wobei jedes Tellerfederpaket (9, 10, 11, 12, 13) jeweils mindestens zwei Tellerfedern (21, 22, 23, 24) aufweist, wobei zumindest zwei der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) unterschiedliche Federhärten aufweisen, und wobei die Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) zwischen einer Stirnseite (7) des Druckkolbens (5) und einem Axialanschlag (8) des Gehäuses (3) in dem Gehäuse (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) eine axiale Aufnahmeaussparung (14, 15, 16, 17, 18) aufweist, in welcher ein durch den Druckkolben (5) elastisch verformbares Federelement (19) angeordnet ist, das sich einendig an dem Druckkolben (5) und anderendig an einem der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) abstützt.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (19) anderendig an dem Tellerfederpaket (9, 10, 11, 12, 13) mit der kleinsten Federhärte abstützt.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeaussparung (14, 15, 16, 17, 18) als Durchgangsöffnung ausgebildet ist.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei in Reihe benachbarte Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) jeweils eine Durchgangsöffnung für das Federelement (19) aufweisen.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) als Schraubenfeder oder Spiralfeder ausgebildet ist.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) ein Tellerfederpaketgehäuse (29) aufweist, in welchem die zumindest zwei Tellerfedern (21, 22, 23, 24) gehalten, insbesondere vorgespannt gehalten, sind.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Tellerfederpaketgehäuse (30) ein erstes Gehäuseelement (31) und ein zweites Gehäuseelement (32) aufweist, die für eine Beanspruchung der Tellerfedern (21, 22, 23, 24) relativ zueinander verschiebbar sind.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (31) und/oder das zweite Gehäuseelement (32) von zumindest einem der Tellerfederpakete (9, 10, 11, 12, 13) einen Axialanschlag (34) aufweisen, der die maximale Beanspruchung der Tellerfedern (21, 22, 23, 24) begrenzt.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag (34) als sich axial innerhalb der Tellerfedern (9, 10, 11, 12, 13) erstreckende Hülse (35) an dem ersten Gehäuseelement (31) ausgebildet ist, die mit einem Gegenanschlag (36) des zweiten Gehäuseelements (32) zur Begrenzung der maximalen Beanspruchung der Tellerfedern (21, 22, 23, 24) zusammenwirkt.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (31) und das zweite Gehäuseelement (32) entgegen der Vorspannung der Tellerfedern (21, 22, 23, 24) formschlüssig aneinander gehalten sind.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Tellerfederpaketen (9, 10, 11, 12, 13) zugewandte Stirnseite (7) des Druckkolbens (5) im unbetätigten Zustand des Druckkolbens (5) beabstandet zu den Tellerfederpaketen (9, 10, 11, 12, 13) liegt.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (5) ein zumindest in die Aufnahmeaussparung (14, 15, 16, 17, 18) einführbaren Betätigungszapfen (6) aufweist, an welchem sich das Federelement (19) einendig abstützt.
Pedalkraftsimulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (5) hydraulisch betätigbar ist.