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Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator für ein Bremssystem für Kraftfahrzeuge. Sie umfasst weiterhin ein Bremssystem.
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In der Kraftfahrzeugtechnik finden „Brake-by-Wire“-Bremsanlagen eine immer größere Verbreitung. Derartige Bremsanlagen umfassen oftmals neben einem durch den Fahrzeugführer betätigbaren Hauptbremszylinder eine elektrisch („by-Wire“) ansteuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, mittels welcher in der Betriebsart „Brake-by-Wire“ eine Betätigung der Radbremsen stattfindet.
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Bei diesen Bremssystemen, insbesondere elektrohydraulischen Bremssystemen mit der Betriebsart „Brake-by-Wire“, ist der Fahrer von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Bei Betätigung des Pedals werden gewöhnlich eine Pedalentkopplungseinheit und ein Simulator betätigt, wobei durch eine Sensorik der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird. Der Pedalsimulator dient dazu, dem Fahrer ein möglichst vertrautes Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung eines Sollbremsmomentes, woraus dann der Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der Bremsdruck wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen aufgebaut.
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Das tatsächliche Bremsen erfolgt also durch aktiven Druckaufbau in den Bremskreisen mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung, die von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. Durch die hydraulische Entkopplung der Bremspedalbetätigung von dem Druckaufbau lassen sich in derartigen Bremssystemen viele Funktionalitäten wie ABS, ESC, TCS, Hanganfahrhilfe etc. für den Fahrer komfortabel verwirklichen.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung in oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. hydraulischer Aktuator bezeichnet. Insbesondere werden Aktuatoren als Linearaktuatoren ausgebildet, bei denen zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschoben wird, der in Reihe mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebaut ist. Die Motorwelle eines Elektromotors wird durch das Rotations-Translationsgetriebe in eine axiale Verschiebung des Kolbens umgewandelt.
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Aus der
DE 10 2013 204 778 A1 ist eine „Brake-by-Wire“-Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, welche einen bremspedalbetätigbaren Tandemhauptbremszylinder, dessen Druckräume jeweils über ein elektrisch betätigbares Trennventil trennbar mit einem Bremskreis mit zwei Radbremsen verbunden sind, eine mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbundene, zu- und abschaltbare Simulationseinrichtung, und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, umfasst, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung über zwei elektrisch betätigbare Zuschaltventile mit den Einlassventilen der Radbremsen verbunden ist.
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In derartigen Bremssystemen ist gewöhnlich eine mechanische bzw. hydraulische Rückfallebene vorgesehen, durch die der Fahrer durch Muskelkraft bei Betätigung des Bremspedals das Fahrzeug abbremsen bzw. zum Stehen bringen kann, wenn die „By-Wire“-Betriebsart ausfällt oder gestört ist. Während im Normalbetrieb durch eine Pedalentkopplungseinheit die oben beschriebene hydraulische Entkopplung zwischen Bremspedalbetätigung und Bremsdruckaufbau erfolgt, wird in der Rückfallebene diese Entkopplung aufgehoben, so dass der Fahrer direkt Bremsflüssigkeit in die Bremskreise verschieben kann. In die Rückfallebene wird geschaltet, wenn mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung kein Druckaufbau mehr möglich ist.
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Im Normalbetrieb betätigt bei einer derartigen Fremdkraftbremsanlage der Fahrer einen Pedalsimulator, wobei diese Pedalbetätigung durch Pedalsensoren erfasst wird und ein entsprechender Drucksollwert für den Linearaktuator zu Betätigung der Radbremsen ermittelt wird. Eine Bewegung des Linearaktuators aus seiner Ruhelage nach vorn in den Druckraum hinein verschiebt Bremsflüssigkeitsvolumen vom Linearaktuator über die geöffneten Ventile in die Radbremsen und bewirkt somit einen Druckaufbau. Im umgekehrten Fall führt die Bewegung des Linearaktuators zurück in Richtung seiner Ruhelage zu einem Druckabbau in den Radbremsen. Die Einstellung eines geforderten Systemdruckes erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Druckreglers bzw. eines geeigneten Druckregelsystems, bei dem beispielsweise dem Druckregler ein Drehzahlregler unterlagert ist. Zur bedarfsweisen und präzisen Einstellung der geforderten Drücke ist im Bremssystem eine Druck-Volumen-Kennlinie hinterlegt, die das Verhältnis von Volumen und Druck abbildet, so dass zu jedem Volumen der zugehörige Druck ermittelt werden kann und umgekehrt.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung bzw. der Linearaktuator dient bei einer derartigen Fremdkraftbremsanlage im By-Wire-Modus der Förderung der Bremsflüssigkeit in die Bremskreise bzw. die Radbremsen. Dabei sind von dem Linearaktuator typischerweise zwei verschiedene Druckbereiche zu bedienen. Ein erster Bereich umfasst niedrige Drücke, in dem ein hoher Volumenstrom gefordert wird. Ein zweiter Bereich umfasst hohe Drücke, in dem niedrigere Volumenströme gefordert werden.
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Ein Bedarf bei bekannten Bremssystemen mit Linearaktuatoren ist, diese bei gleicher Performance billiger und/oder platzsparender auszubilden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Linearaktuator dahingehend zu verbessern, dass der Linearaktuator bei gleicher Performance billiger und/oder platzsparender ausgebildet ist. Weiterhin soll ein entsprechendes Bremssystem angegeben werden.
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In Bezug auf den Linearaktuator wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Linearaktuator einen axialsymmetrischen Innenkörper umfasst, welcher in axialer Richtung einen ersten und einen zweiten Bereich umfasst, wobei die beiden Bereiche unterschiedliche Durchmesser aufweisen und wobei die beiden Bereiche durch eine kontinuierlich verlaufende , insbesondere schräge, Übergangsstufe miteinander verbunden sind, und wobei zwischen Außenkörper und Innenkörper eine Ringdichtung vorgesehen ist, die einen mit Bremsflüssigkeit gefüllten Bereich von einem trockenen Bereich trennt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es bei bekannten Fremdkraftbremsanlagen vorteilhaft wäre, einen günstigen und platzsparenden Linearaktuator einzusetzen. Dies ist allerdings bei der herkömmlichen Bauart mit einem zylinderförmigen Druckraum nicht zu realisieren.
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Wie nunmehr erkannt wurde, können diese Designziele erreicht werden, indem der Linearaktuator gestuft ausgebildet wird, und der automatisch zwischen zwei Arbeitsbereichen druckgesteuert umgeschaltet wird. Bei niedrigen Drücken soll der Linearaktuator hohe Durchflüsse ermöglichen und bei hohen Drücken sollte er kleine Durchflüsse bereitstellen. Diese beiden Bereiche bei niedrigen und hohen Drücken sind natürliche Bereiche von nassen Bremssystemen.
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Vorteilhafterweise ist die Ringdichtung derart konfiguriert und angeordnet ist, dass sie sich bei Drücken, die unter einem vorgegebenen Druckschwellenwert liegen, zusammen mit dem Innenkörper bewegt und bei Drücken, die größer oder gleich als der vorgegebene Druckschwellenwert sind, im Verhältnis zum Au-ßenkörper nicht bewegt. Auf diese Weise wird in den beiden Druckbereichen jeweils eine verschieden große Fläche hydraulisch wirksam.
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Bevorzugt ist die Ringdichtung mit Hilfe eines Arretiermechanismus befestigt, welche eine vorgespannte Feder umfasst, welche mit einer Vorspannung zwischen Innenwand des Außenkörpers und Außenwand des Innenkörpers angeordnet ist, und wobei die Feder starr oder im Wesentlichen starr mit der Ringdichtung verbunden ist. Der Begriff „Feder“ umfasst hier im Allgemeinen ein elastisches Element, welches vorgespannt werden kann und welches sich elastisch verformen lässt. Die starre Verbindung zwischen der Ringdichtung und der Feder erfolgt bevorzugt mit Hilfe wenigstens eines starren Elementes, beispielsweise einer Anordnung von Stäben bzw. einer Hülse. Die Funktion dieses starren Elements kann auch zusammen mit der Funktion der Feder in einem integrierten Teil realisiert werden.
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Die Feder ist vorteilhafterweise jeweils durch ein Unterstützungselement an der Innenwand des Außenkörpers und Außenwand des Innenkörpers angeordnet. Das heißt, das jeweilige Unterstützungselement drückt bevorzugt aufgrund der Spannung der Feder gegen die Außenwand bzw. Innenwand.
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Das jeweilige Unterstützungselement umfasst bevorzugt eine Rolle bzw. ist als Rolle ausgebildet. Auf diese Weise kann die Feder bei der Relativbewegung zwischen Innenkörper und Außenkörper auf diesen gleiten, wobei die jeweilige Rolle jeweils auf Außenwand bzw. Innenwand abrollt. Um die Ausführung zu vereinfachen, sind statt Rollen auch Gleitkontakte möglich, was zur Teilereduzierung, Kostensenkung und ggf. leichteren Fertigbarkeit führt.
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Die Feder ist bevorzugt als konzentrisch symmetrisch um den Umfang positionierte, vorgespannte Feder ausgebildet, welche pressend an die Innenwand des Außenkörpers und die Außenwand des Innenkörpers angeordnet ist. Insbesondere kann sie in axialer Ansicht eine Topologie wie der Mercedes-Stern aufweisen.
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Vorteilhafterweise ist an der Innenwand des Außenkörpers wenigstens ein Stopp-Element angebracht, welches mit einem an der Feder angebrachten Stopp-Element in Eingriff bringbar ist.
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Das jeweilige Stopp-Element ist bevorzugt als Arretierzahn ausgebildet ist. Bevorzugt ist wenigstens ein konzentrischer Ring von Arretierzähnen vorgesehen. Vorteilhafterweise sind Arretierzähne an unterschiedlichen axialen Positionen der Innenwand des Außenkörpers angeordnet. Besonders vorteilhaft ist wenigstens ein konzentrischer Ring von Arretierzähnen an der Innenwand des Außenkörpers angebracht.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Stopp-Element an der Innenwand des Außenkörpers angeordnet derart, dass er in axialer Richtung die Bewegung der Ringdichtung begrenzt. Dieses Stopp-Element bildet einen äußeren Anschlag für die Ringdichtung.
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Bevorzugt ist an der Feder ein Stopp-Element angebracht, welches bei einer Stauchung der Feder, wenn diese zwischen dem Teil des Kolben mit dem größeren Durchmesser und der Innenwand des Außenkörpers angeordnet ist, mit einem an der Innenwand des Außenkörpers in Eingriff bringbar ist. Auf diese Weise kann die axiale Bewegung der Feder verhindert werden, wenn sich der Kolben nach einem Druckaufbau im Regime hoher Drücke weiter in Druckaufbaurichtung oder wieder in entgegengesetzter Richtung bewegt. Auf diese Weise verharrt auch die Ringdichtung an ihrer Stelle, bis der Druck eine vorgegebene Druckschwelle unterschreitet, so dass sich die Feder wieder ausdehnt und der Eingriff aufgehoben wird.
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Eine Mehrzahl vom Stopp-Elementen bzw. Arretierzähnen an der Innenwand des Außenkörpers ist bevorzugt deshalb vorgesehen, da von der konkreten Drucksituation abhängt, bei welchem axialen Weg der Kolben den hohen Druckbereich erreicht, so dass auch die axiale Position der Feder davon abhängt. Sind mehrere Stopp-Elemente vorgesehen, wird sichergesellt, dass das Stopp-Element der Feder mit einem der Stopp-Elemente am Außenkörper in Eingriff kommt.
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In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem oben beschriebenen Linearaktuator.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass eine druckbasierte und automatische Umschaltung zwischen zwei Stufen automatisch druckgesteuert aufgrund des inneren Aufbaus des Linearaktuators erfolgt, so dass keine zusätzlichen Ventile benötigt werden. Die gestufte Ausbildung des Linearaktuators erlaubt die Realisierung der wie bei herkömmlichen Bremsanlagen geforderten Performance mit einem deutlich kleiner dimensionierten Elektromotor mit einem geringeren maximalen Motormoment.
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Die Feder-Vorspannung, deren Kennlinie und Neigung, sowie die Form der Übergangsstufe können so dimensioniert werden, dass der Umschaltdruck und Eigenschaften des Übergangsbereiches bedarfsweise je nach spezifischem Einsatz gewählt werden können.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
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Es zeigen schematisch:
- 1 einen gestuften Linearaktuator in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Außenkörper und einem Innenkörper in einer ersten Position des Innenkörpers in einem Schnitt einer mittleren Symmetrieebene durch den Linearaktuator;
- 2 den Linearaktuator gemäß 1 in einer weiteren Position des Innenkörpers bei einer Bewegung in Druckaufbaurichtung;
- 3 den Linearaktuator gemäß 1 in einer weiteren Position des Innenkörpers bei einer weiteren Bewegung in Druckaufbaurichtung;
- 4 den Linearaktuator gemäß 1 in einer weiteren Position des Innenkörpers, in der ein druckgesteuerter Umschaltprozess beginnt;
- 5 den Linearaktuator gemäß 1 in einer weiteren Position des Innenkörpers, in der die druckgesteuerte Umschaltung erfolgt ist;
- 6 den Linearaktuator gemäß 1 in einer weiteren Position des Innenkörpers während einer Bewegung in Druckabbaurichtung;
- 7 den Linearaktuator gemäß 1 in einer weiteren Position des Innenkörpers während einer weiteren Bewegung in Druckabbaurichtung;
- 8 einen weiteren beispielsgemäßen Linearaktuator in einer Schnittebene durch die Aktuatorachse; und
- 9 den Linearaktuator gemäß 8 in einer weiteren perspektivischen Ansicht.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein in 1 in einem Schnitt durch eine mittlere Symmetrieebene dargestellter Linearaktuator 2 weist eine äußere Zylinderwand 6 auf, die einen zylinderförmigen Außenkörper 10 begrenzt. Der Linearaktuator 2 weist einen inneren Zylinder bzw. zylinderförmigen Innenkörper 14 auf, der durch eine innere Zylinderwand 18 begrenzt wird. Die beiden Zylinder 10, 14 sind bevorzugt rotationssymmetrisch um eine gemeinsame Symmetrieachse 20 ausgebildet, die auch die axiale Achse des Linearaktuators bildet. Ein im Betrieb mit Bremsflüssigkeit gefüllter Druckraum 26 wird begrenzt durch die äußere Zylinderwand 6, die innere Zylinderwand 18 und eine Ringdichtung 24. Die Ringdichtung 24 grenzt sowohl in dichtender Weise an die äußere Zylinderwand 6 und die innere Zylinderwand 18 an.
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Die Ringdichtung 24 ist durch ein starres Verbindungselement 30 mit wenigstens einem rollenden Unterstützungselement 34, 36 verbunden. Fest mit der äußeren Zylinderwand 6 verbunden ist eine Mehrzahl von Stoppelementen 40, 44, 48, 52, 54, 58. Dabei ist das Stoppelement 40 in der Druckkammer 26 und damit im nassen Bereich des Linearaktuators angeordnet, während die Stoppelemente 44, 48, 52, 54, 58 in einem trockenen, das heißt nicht mit Bremsflüssigkeit gefüllten Bereich angeordnet sind. Zwischen Unterstützungselementen 34, 36 ist eine vorgespannte Feder 70 angeordnet, welche einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Ein Pfeil 76 deutet eine Druckaufbaurichtung an, in der der innere Zylinder 14 zum Druckaufbau verschoben wird. Die Ringdichtung 24 grenzt den mit Bremsflüssigkeit gefüllten Bereich bzw. Druckraum 26 von einem trockenen Bereich 80 ab. Die Stoppelemente 44, 48, 52, 54 sind als Arretierzähne ausgebildet. Das Stopp-Element 40 ist ein axialer maximaler Anschlag für die Ringdichtung 24, der verhindert, dass sich die Ringdichtung zu weit in den Druckraum 6 bewegt.
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Der Linearaktuator 2 weist einen Arretiermechanismus 84 auf, an den die Ringdichtung 24 derart angebunden ist, das sie sich bei niedrigen Drücken zusammen mit dem inneren Zylinder 14, der einen Kolbenkörper bildet, bewegt und bei höheren Drücken arretiert wird, d. h. sich nicht mehr relativ zur äußeren Zylinderwand 6 bewegt.
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Der Arretierungsmechanismus 84 umfasst dazu die die Feder 70 auf, die konzentrisch symmetrisch um den Umfang positioniert ist und vorgespannt ist. Die Feder 70 drückt aufgrund ihrer Vorspannung Unterstützungselemente 36 gegen die innere Zylinderwand 18 des inneren Zylinders. Die Feder 70 weist bevorzugt in axialer Richtung gesehen eine sternförmige Topologie auf. Der Arretierungsmechanismus 84 umfasst weiterhin die an der Innenwand des äußeren Zylinders 10 befestigten Stoppelemente 40, 44, 48, 52, 54, 58. Die Feder 70 ist durch ein starres Verbindungselement 30 mit der Ringdichtung 24 verbunden.
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Der Linearaktuator 2 weist ein an der inneren Zylinderwand 18 befestigtes Stoppelement 90 und ein an der Feder 70 befestigtes Stoppelement 94. Die Stoppelemente 40, 44, 48, 52, 54, 58, 90, 94 sind bevorzugt jeweils als Ritzenring ausgebildet, wobei die Ritzenringe 40, 44, 48, 52, 54, 58 konzentrisch symmetrisch an der Außenrohr-Innenwand bzw. Innenwand des äußeren Zylinders 10 angeordnet sind.
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Der innere Zylinder 14 weist einen ersten inneren radialen Abschnitt 100 auf, der in axialer Richtung die Druckkammer 26 begrenzt und in dem die innere Zylinderwand 18 senkrecht zur axialen Richtung bzw. Symmetrieachse 20 verläuft. Abschnitt 100 grenzt an einen zweiten Abschnitt 108 an, in dem die innere Zylinderwand 18 parallel oder im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse 20 verläuft. Abschnitt 108 grenzt an einen Übergangsabschnitt 112 an, in dem sich ein Radius 116, der in einer radialen Richtung senkrecht zur Symmetrieachse 20 den radialen Abstand der Zylinderwand 18 zur Symmetrieachse 20 kennzeichnet, bevorzugt stetig, vergrößert in einer Richtung, in der sich der größer werdende Radius 116 stetig weiter von der Druckkammer 26 entfernt.
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Der Übergangsabschnitt 112 grenzt an einen weiteren Abschnitt 122 an, in dem die Zylinderwand 18 wieder parallel oder im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse 20 verläuft. Zwischen Abschnitt 100 und Abschnitt 122 vergrößert sich der Radius 116 im Übergangsabschnitt 112, wobei diese Vergrößerung bevorzugt stetig erfolgt.
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Der Linearaktuator 2 ist dazu ertüchtigt, eine druckabhängige Umschaltung der hydraulisch wirksamen Druckfläche zu ermöglichen, wobei der dazu relevante Druck der hydraulische Druck in der Druckkammer 26 ist.
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Durch die Vorspannung der Feder 70 wird erreicht, dass in einem niedrigen Druckbereich die Ringdichtung 24 bei einer Bewegung des inneren Zylinders 14 bzw. Kolbens mit diesem zusammen axial bewegt wird, da die Vorspannung der Feder 70 deren weitere Stauchung entlang der schrägen Übergangsstufe bzw. dem Übergangsabschnitt 112 verhindert. Es wird somit verhindert, dass die Feder 70 sich staucht und die Übergansstufe hochläuft. Die Kraft, die bei der Bewegung des Kolbens durch das Verbindungselement 30 auf die Feder 70 ausgeübt wird genügt nicht, um die Feder 70 zusammenzudrücken, so dass sie über die Übergansstufe gleitet.
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Die Vorspannung der Feder 70, ihre Kennlinie und ihre Neigung, sowie die Form der Übergangsstufe bzw. des Übergangsabschnittes 112 können so gewählt bzw. dimensioniert werden, dass der Umschaltdruck und weitere Eigenschaften des Übergangs bedarfsweise und maßgeschneidert gewählt werden können. Der niedrigere Druckbereich ist dadurch definiert, dass der Druck im Druckraum 26 unter einem vorgegebenen Druckschwellenwert liegt.
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Der Zustand des Linearaktuators 2 gemäß 1 entspricht dem Zustand eines geringen Druckes im Druckraum 26 bzw. der rechten Anschlagsposition des Innenkörpers 14 bzw. Kolbens.
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In 2 ist der Linearaktuator 2 bei einem höheren Druck dargestellt. Der innere Zylinder bzw. Innenkörper 14 ist in Richtung des Druckraumes 26 (in der Zeichnung nach links) verschoben. Aufgrund der Vorspannkraft der Feder 70 hat sich dabei die Ringdichtung 24 zusammen mit dem Kolben verschoben. Die Ringdichtung 24 hat sich bei der Bewegung des Innenkörpers 14 bzw. Kolbens aufgrund der Vorspannung der Federspannung der Feder 70 zusammen mit dem Kolben in Richtung des Druckraumes 26 (in der 2 nach rechts) bewegt. Dies liegt daran, dass die Feder 70 aufgrund ihrer Vorspannung an die Innenwand des Außenkörpers und die Außenwand des Innenkörpers gepresst wird. Bei der Bewegung des Innenkörpers wird der Unterstützungselement 36 von Steigung des Übergangsbereiches 112 nach links gedrückt, so dass die Feder 70 mit dem Innenkörper in der Bewegung mitgenommen wird, wodurch auch die Ringdichtung 70 der Bewegung des inneren Körpers folgt.
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In der 3 ist der Linearaktuator 2 bei einem noch höheren Druck dargestellt. Der innere Kolben ist noch weiter in den Druckraum 26 verschoben. Die Ringdichtung 24 steht kurz vor dem am äußeren Zylinder fest angebrachten Stoppelement 40, berührt dieses jedoch nicht. Beim Druckaufbau bis zu dieser Position des Kolbens besteht die hydraulisch wirksame Fläche aus der Fläche 18 des Innenkörpers 14 und der Ringdichtung 24, da beide in Richtung des nassen Bereichs bzw. des Druckraums 26 bewegt werden. Bis zu dieser Position des Kolbens ist der Linearaktuator 2 dazu konfiguriert, in einem Regime von niedrigen Drücken einen hohen Volumenfluss zu ermöglichen.
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In 4 hat sich der innere Kolben noch weiter in den Druckraum 26 bewegt. Der Druckraum in der Druckkammer 26 ist nun so groß, dass die Vorspannung der Feder 70 überwunden wird und die Feder sich staucht und der Kolben unter ihr sich weiter in Richtung Druckkammer 26 bewegt. Das heißt, die Feder bewegt sich nicht mehr in axialer Richtung. Die Ringdichtung 24, die fest mit dem Verbindungselement 30 mit der Feder verbunden ist, bewegt sie sich nicht mehr in axialer Richtung bzw. der durch den Pfeil 76 angezeigten Richtung.
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Das Unterstützungselement 36 rollt auf der Schräge im Übergangsbereich 112 in Richtung des Abschnittes 122. Die Feder 70 wird dabei stärker komprimiert als zuvor. An dieser Position des Innenkörpers 14 beginnt ein Regime hoher Drücke mit geringerem Volumenstrom. Da sich die Ringdichtung 24 nicht mehr zusammen mit dem Innenkörper 14 bewegt, ist in diesem Druckbereich die hydraulisch wirksame Fläche nur die Fläche 18 des Innenkörpers 18.
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Auf diese Weise ändert sich stufenartig die effektive Druckfläche, der die Kolbenkraft entgegenwirken muss: Der vom Druck verursachte Kraftfluss vom Ringkolben wird direkt vom äußeren Zylindergehäuse 6 übernommen. Somit verringert sich die effektive Druckfläche vom Innenkörper 14. Es wird weniger Kraft vom Innenkörper 14 benötigt und noch höhere Drücke können mit weniger Kraft erreicht werden.
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In 5 hat der innere Kolben seine maximale Position erreicht. Das Unterstützungselement 36 rollt auf dem Abschnitt 122. Durch das Zusammendrücken der Feder 70 hakt das auf der Feder 70 befestigte Stoppelement 94 an dem am äußeren Zylinder 6 befestige Stoppelement 48 ein, so dass die Bewegung der Feder 70 in Richtung weg von der Druckkammer 26 (entgegengesetzt zur Pfeilrichtung von Pfeil 76) gehemmt wird. Dadurch wird verhindert, dass beim Druckaufbau bei zu hohen Drücken die Feder 70 bewegt wird, so dass sich auch die Ringdichtung 24 bewegen würde.
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In 6 bewegt sich der Kolben bzw. Innenkörper zum Druckabbau in eine durch einen Pfeil 140 gekennzeichnete Richtung, die entgegengesetzt zu der von dem Pfeil 76 gekennzeichneten Richtung ist. Aufgrund des Verhakens der Feder 70 mit dem äußeren Zylinder 6 aufgrund der Stoppelemente 94, 48, bewegt sich die Ringdichtung 24 nicht im Richtung des Pfeiles 140 sondern verharrt in axialer Richtung an ihrer Stelle.
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Bei dem in 7 gezeigten Zustand hat sich das Stoppelement 94 vom dem Stoppelement 48 gelöst, so dass die Feder 70 wieder in Richtung des Pfeiles 140 bewegbar ist. Sie wird bei weiterer Bewegung des Kolbens in Pfeilrichtung 140 durch das am Kolben befestigte Stoppelement 90 in Richtung des Pfeils 140 bewegt, so dass auch die Ringdichtung 24 in diese Richtung bewegt wird.
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Der Aktuator ist mit einem mechanischen Umschaltmechanismus (44-54, 34, 36, 70, 90, 94) ausgestattet, der druckgesteuert ab einem gewissen Druckniveau die effektive Druckfläche verringert und somit mit weniger Kraft höhere Drücke erreicht. Dieser rein mechanische Umschaltmechanismus ist innerhalb des Aktuators positioniert und benötigt zur Umschaltung keine Ventile.
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Ein Linearaktuator 2 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist perspektivisch in den 8 und 9 dargestellt. Der Linearaktuator 2 gemäß 8 weist einen Außenkörper 10 und einen darin angeordneten Innenkörper 14 bzw. Kolben auf. Der Linearaktuator 2 weist einen Kugelgewindetrieb 160 auf, der eine rotierbare Mutter 164 aufweist, die axial gesichert ist, sowie eine darin angeordnete Spindel 168. Der Innenkörper 14 nimmt in einem Hohlraum 172 die Spindel 168 bereichsweise auf. Die Mutter 164 ist an den Rotor 180 eines Elektromotors 184 starr gekoppelt. Wenn der Rotor 180 des Elektromotors 184 bedarfsweise rotiert, dreht sich mit ihm die Mutter 164. Da diese in axialer Bewegungsrichtung fixiert ist, dreht sich in ihr die Spindel 168 und wird in axialer Richtung verschoben. Für einen Druckaufbau wird die Spindel 168 in einer Hubrichtung 190 verschoben, die beispielsweise in der 1 durch den Pfeil 76 angedeutet ist.
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Die Motor-Leadframekontakte 202 führen durch den Hydraulikblock 200. An der äußeren Aktuator-Zylinderwand 204 befindet sich die Auslassbohrung 206, die den hydraulischen Kontakt mit den Bremssätteln ermöglicht. Die Ringdichtung 24 trennt den Druckbereich rechts vom Trockenbereich links von der Dichtung. Die Feder 70 mit Stopp-Elementen ist mit Verbindungselementen in einem rohrförmigen Stück integriert, das mit konzentrisch angeordneten Krallen, die voneinander durch Aussparungen getrennt sind, endet. Die Stopprillen 44, 48 etc. sind ebenfalls in Form eines gewellten Rohrs in Verbindung mit der Zylinder-Außenwand ausgeführt.
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In 9 sind noch deutlicher perspektivisch einige Details erkennbar, nämlich der Innenkörper 14, die Ringdichtung 40, die Feder 24 mit integrierten Verbindungelementen und Stoppel-Elementen 94 sowie die Stopprillen an der Außenwand 44, 48. Die Druckkammer mit der Auslassöffnung befindet sich in 9 rechts von der Ringdichtung 40.