DE102020211551A1

DE102020211551A1 - ABS-Bremsanordnung eines Zweirads sowie Zweirad, insbesondere mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE102020211551A1
Application number: DE102020211551.6A
Authority: DE
Inventors: Lars Schoettle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanordnung eines Antiblockiersystems eines Zweirads, insbesondere eines Fahrrads, umfassend eine erste Hydraulikkammer (2), in welcher ein erster Kolben (20) angeordnet ist, eine zweite Hydraulikkammer (3), in welcher ein zweiter Kolben (30) angeordnet ist, eine Verbindungsleitung (4), welche die erste Hydraulikkammer (2) mit der zweiten Hydraulikkammer (3) verbindet, einen Aktuator (5) und eine Spindel (6), wobei der Aktuator eingerichtet ist, die Spindel (6), welche ein Außengewinde (60) aufweist, in zwei Drehrichtungen zu drehen, wobei der zweite Kolben (20) hohl ist und ein Innengewinde (31) aufweist, welches sich mit dem Außengewinde (60) der Spindel (6) im Eingriff befindet, so dass sich bei einer Rotation der Spindel der zweite Kolben (30) in Axialrichtung des Kolbens bewegt, und eine Antiblockiersystem-Steuereinheit (10), welche eingerichtet ist, den zweiten Kolben (30) mittels des Aktuators (20) und der Spindel (6) derart zu bewegen, dass ein Druckniveau im Hydrauliksystem derart reguliert wird, dass bei einem Bremsvorgang ein Blockieren eines Rades (17) verhindert wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanordnung eines Antiblockiersystems (ABS) eines Zweirads, insbesondere eines Zweirads mit elektrischem Antrieb, sowie ein Zweirad mit einer derartigen Bremsanordnung.
Antiblockiersysteme werden in jüngster Zeit verstärkt auch in Fahrräder integriert, insbesondere Fahrräder mit elektrischem Antrieb, sog. E-Bikes oder Pedelecs oder dgl. Insbesondere soll bei einem zu starken Bremsen eines Nutzers des Fahrrads ein Blockieren des Vorderrads und damit ein gefährlicher Überschlag verhindert werden. Antiblockiersysteme für Fahrräder müssen dabei spezielle Anforderungen für eine Verwendung bei einem Fahrrad erfüllen. Insbesondere sollten Antiblockiersysteme für Fahrräder sehr kompakt oder mit geringem Gewicht ausgebildet sein sowie möglichst kostengünstig und robust sein. Die für Kraftfahrzeuge bekannten ABS sind für Fahrräder nicht geeignet.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße hydraulische Bremsanordnung eines Antiblockiersystems eines Zweirads mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine außerordentlich gute Eignung für Fahrräder, insbesondere Fahrräder mit elektrischem Antrieb vorhanden ist. Die erfindungsgemäße Bremsanordnung ist sehr kompakt und robust und weist nur einen sehr geringen Platzbedarf auf. Dadurch ist es möglich, dass die Bremsanordnung problemlos an einem Lenker eines Fahrrads angeordnet werden kann. Weiterhin kann auf einfache Weise ein Bremshebel integriert werden. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Bremsanordnung sehr kostengünstig bereitstellbar und weist nur ein sehr geringes Gewicht auf. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die hydraulische Bremsanordnung eine erste und zweite Hydraulikkammer aufweist. In der ersten Hydraulikkammer ist ein erster Kolben angeordnet und in der zweiten Hydraulikkammer ist ein zweiter Kolben angeordnet. Weiterhin ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, welche die erste Hydraulikkammer mit der zweiten Hydraulikkammer verbindet. Ein Aktuator ist eingerichtet, eine Spindel mit Außengewinde in zwei Drehrichtungen anzutreiben. Die Spindel ist mit einem Innengewinde, welches an einem hohlen Bereich des zweiten Kolbens vorgesehen ist, im Eingriff. Somit wird der zweite Kolben durch den Aktuator in der zweiten Hydraulikkammer linear hin und her bewegt. Ferner ist eine ABS-Steuereinheit vorgesehen, welche eingerichtet ist, den zweiten Kolben mittels des Aktuators derart zu bewegen, dass ein Druckniveau im Hydrauliksystem der hydraulischen Bremsanordnung bei einem Bremsvorgang derart vorgesehen ist, dass ein Blockieren eines Rades, insbesondere eines Vorderrades, verhindert wird.
Somit kann ein sehr kostengünstiges Antiblockiersystem für ein Fahrrad mit Handbremse bereitgestellt werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um einen möglichst kompakten Aufbau sicherzustellen, ist vorzugsweise ein Volumen der ersten Hydraulikkammer gleich einem Volumen der zweiten Hydraulikkammer.
Weiter bevorzugt weist der zweiten Kolben eine Verdrehsicherung auf, um sicherzustellen, dass bei Betätigung der Spindel der zweite Kolben in Axialrichtung des Kolbens bewegt wird und sich nicht mitdreht. Die Verdrehsicherung umfasst vorzugsweise eine Nut und einen Bolzen.
Weiter bevorzugt weisen der erste und zweite Kolben der Bremsanordnung unterschiedliche Durchmesser auf. Dadurch kann eine Übersetzung zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben eingestellt werden.
Besonders bevorzugt sind die erste und zweite Hydraulikkammer in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dies ermöglicht einen sehr kompakten und kostengünstigen Aufbau der Bremsanordnung.
Die Verbindungsleitung zwischen der ersten und zweiten Hydraulikkammer geht vorzugsweise direkt von der ersten Hydraulikkammer ab. Bevorzugt verläuft die Verbindungsleitung ausschließlich im gemeinsamen Gehäuse der ersten und zweiten Hydraulikkammer.
Ein noch kompakterer Aufbau wird erreicht, wenn ein Bremshebel des Zweirads in dem gemeinsamen Gehäuse gelagert ist. Besonders bevorzugt ist dabei der Bremshebel mit einem Hebelarm ausgebildet, welcher direkt mit dem ersten Kolben der Bremsanordnung in Kontakt ist. Dadurch wird eine direkte Kraftübertragung zwischen dem Bremshebel und dem ersten Kolben in der ersten Hydraulikkammer möglich.
Weiter bevorzugt ist der zweite Kolben in der zweiten Hydraulikkammer in einer Ausgangssituation vollständig aus der Spindel ausgefahren. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Bremsvorgang ein ausreichendes Rückstellen des zweiten Kolbens in der zweiten Hydraulikkammer möglich ist, um auch bei extremen Bremssituationen einen ausreichenden Volumenbedarf zur Druckreduzierung innerhalb des Hydrauliksystems der Bremsanordnung bereitzustellen.
Der Aktuator ist vorzugsweise ein Elektromotor. Besonders bevorzugt weist der Aktuator eine eigene Stromversorgung auf. Die eigene Stromversorgung in vorzugsweise direkt in den Elektromotor integriert. Es sei angemerkt, dass, wenn das Zweirad ein Fahrrad mit elektrischem Antrieb ist, z.B. ein E-Bike oder ein Pedelec, dass die Stromversorgung des Elektromotors der Bremsanordnung auch durch den Energiespeicher des elektrischen Antriebs des Fahrrads möglich ist.
Vorzugsweise ist ein visueller Hinweis an einen Nutzer der Bremsanordnung, beispielsweise mittels einer Signalleuchte oder dgl., hinsichtlich der Einsatzfähigkeit der hydraulischen Bremsanordnung vorgesehen. Der visuelle Hinweis kann beispielsweise durch unterschiedlich farbig leuchtende Signalleuchten oder blinkende Signalleuchten oder dgl. vorgesehen sein.
Um eine Reduktion einer Drehzahl des Aktuators zu ermöglichen, ist vorzugsweise zwischen dem Aktuator und der Spindel ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, vorgesehen.
Um eine möglichst feinfühlige Einstellung des Antiblockiervorgangs durch Druckmodulation mittels des zweiten Kolbens zu ermöglichen, ist eine Steigung der Spindel möglichst klein. Dadurch können sehr feine Druckanpassungen des Druckniveaus im Hydrauliksystem der Bremsanordnung ermöglicht werden.
Weiter bevorzugt umfasst das gemeinsame Gehäuse eine Halterung, um das Gehäuse an einem Lenker oder dgl. des Zweirads zu fixieren.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Zweirad, insbesondere ein Fahrrad und weiter insbesondere ein Fahrrad mit elektrischen Antrieb, insbesondere ein E-Bike oder ein Pedelec, mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Bremsanordnung. Hierdurch ist es möglich, dass Fahrräder mit einem kostengünstigen Antiblockiersystem ausgestattet werden. Vorzugsweise ist die hydraulische Bremsanordnung sowohl für eine Vorderradbremse als auch eine Hinterradbremse des Fahrrads vorgesehen. Dabei kann insbesondere auch ein Bremshebel in das ABS integriert werden.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Ansicht einer hydraulischen Bremsanordnung eines Antiblockiersystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Ausgangszustand, und
2 eine schematische Darstellung der hydraulischen Bremsanordnung von 1 in einem Betriebszustand, in welchem ein Bremshebel betätigt wurde.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine hydraulische Bremsanordnung 1 eines Antiblockiersystems eines Zweirads gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die hydraulische Bremsanordnung 1 des Antiblockiersystems ein Gehäuse 11, eine erste Hydraulikkammer 2 und eine zweite Hydraulikkammer 3. In der ersten Hydraulikkammer 2 ist ein erster Kolben 20 hin und her beweglich angeordnet. In der zweiten Hydraulikkammer 3 ist ein zweiter Kolben 30 angeordnet, welcher ebenfalls in Axialrichtung des Kolbens hin und her bewegbar ist. Der zweite Kolben 30 ist hohl ausgebildet und weist ein Innengewinde 31 auf.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Innengewinde 31 des zweiten Kolbens 30 mit einer Spindel 6 mit Außengewinde im Eingriff. Die Spindel 6 wird mittels eines Aktuators 5, welcher ein Elektromotor ist, in beide Drehrichtungen angetrieben. Dadurch wird der zweiten Kolben 30 in Axialrichtung bewegt.
Um eine Rotation des zweiten Kolbens 30 beim Drehen der Spindel 6 zu verhindern, ist eine Kolbenverdreh-Sicherung, umfassend eine Nut 32 im Gehäuse 11 und ein Bolzen 33, welcher im zweiten Kolben 30 angeordnet ist und in der Nut verfahrbar positioniert ist, vorgesehen. Es sei angemerkt, dass die Nut auch im zweiten Kolben 30 vorgesehen sein kann und der Bolzen entsprechend im Gehäuse 11 angeordnet sein kann.
Die Bremsanordnung 1 umfasst ferner eine Verbindungsleitung 4, welche die erste Hydraulikkammer 2 mit der zweiten Hydraulikkammer 3 verbindet. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die ersten und zweiten Hydraulikkammern 2, 3 sowie die Verbindungsleitung 4 vollständig im Gehäuse 11 angeordnet. Die Verbindungsleitung 4 geht dabei direkt von der ersten Hydraulikkammer 2 ab und mündet direkt in die zweite Hydraulikkammer 3. Die Verbindungsleitung 4 ist dabei vollständig im Gehäuse 14 angeordnet.
Die Bremsanordnung 1 umfasst ferner eine Hydraulikleitung 7, welche mit einer Bremse 8 an einem Rad 17 verbunden ist. Das Rad 17 ist beispielsweise ein Vorderrad eines Fahrrads.
Wie aus 1 ersichtlich ist, verbindet die Hydraulikleitung 7 die Bremse 8 am Rad 17 direkt mit der ersten Hydraulikkammer 2. An der Bremse 8 ist ferner eine Sensoranordnung 9 zur Erfassung eines Blockierens des Rades angeordnet.
Die Sensoranordnung 9 ist mit einer Steuereinheit 10 verbunden, welche den Aktuator 5 steuert.
Zwischen dem Aktuator 5 und der Spindel 6 ist ein Getriebe 50, beispielsweise ein Planetenradgetriebe, zur Reduzierung der Drehzahl des Aktuators 5 angeordnet.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist ferner ein Bremshebel 12 am Gehäuse 11 angeordnet. Dabei ist ein Drehpunkt 13 des Bremshebels 12 im Gehäuse 11 positioniert. Der Hebel 12 umfasst einen Hebelarm 12a, welcher direkt mit dem ersten Kolben 20 in Kontakt ist.
Weiterhin ist am Gehäuse 11 eine Halterung 16 vorgesehen, so dass das Gehäuse 11 direkt an einer Lenkerstange 14 des Fahrrads befestigt werden kann.
Für einen besonders kompakten Aufbau sind der erste Kolben 20 und der zweite Kolben 30 und die entsprechenden Zylinderöffnungen der Hydraulikkammern 2, 3 parallel zueinander angeordnet.
Der Aktuator 5 kann eine eigene Energieversorgung aufweisen. Ferner kann auch eine Signaleinrichtung an der Bremsanordnung 1 vorgesehen sein, welche die Funktionsfähigkeit der Bremsanordnung 1 anzeigt oder einem Nutzer gegebenenfalls einen Hinweis gibt, dass die Bremseinrichtung nicht arbeitsfähig ist oder eine Wartung benötigt oder dgl.
Das Bezugszeichen 15 bezeichnet Kolbendichtungen, mit welchen der erste Kolben 20 und der zweiten Kolben 30 in den jeweiligen Hydraulikkammern 2, 3 abdichtet.
1 zeigt den Ausgangszustand der Bremsanordnung 1. Der Bremshebel 12 ist nicht betätigt und liegt mit dem Hebelarm 12a direkt am ersten Kolben 20 an. Der erste Kolben 20 ist, wie aus 1 ersichtlich ist, in der ersten Hydraulikkammer 2 in seiner Ausgangsposition. Der zweite Kolben 30 befindet sich ebenfalls in seiner Ausgangsposition, in welcher die Spindel 6 fast vollständig aus dem Innengewinde 31 des zweiten Kolbens 30 herausgedreht ist.
Wenn ein Nutzer einen Bremsvorgang einleitet, was in 2 dargestellt ist, ist der Bremshebel 12 in Richtung des Pfeils A gegen die Lenkerstange 14 gedrückt. Dabei drückt der Hebelarm 12a des Bremshebels 12 gegen den ersten Kolben 20 und bewegt diesen in Richtung des Pfeils B linear. Dadurch wird ein Druck im Hydrauliksystem der Bremsanordnung 1 aufgebaut. Der zweite Kolben 30 verbleibt noch in seiner Ausgangsposition.
Sollte der aufgebaute Druck durch den Nutzer zu groß sein und die Bremse 8 das Rad 17 blockieren, wird dies mittels der Sensoranordnung 9 erfasst und an die Steuereinheit 10 ein entsprechendes Signal übertragen.
Um ein Blockieren des Rades 17 zu verhindern, ist die Steuereinheit 10 eingerichtet, den Aktuator 5 zu betätigen, um die Spindel 6 zu drehen (Pfeil C in 2). Durch den Drehvorgang der Spindel 6 wird der zweite Kolben 30, wie in 2 durch den Pfeil D, angedeutet, linear in Richtung auf den Aktuator 5 bewegt. Hierdurch vergrößert sich ein Raum der zweiten Hydraulikkammer 3, so dass durch diese Volumenvergrößerung des Hydrauliksystems in der zweiten Hydraulikkammer 3 der Druck sich über die Verbindungsleitung 4 und die zweite Hydraulikkammer 3 abbauen kann. Dadurch wird ein Blockieren des Rades 17 auch bei einem starken Bremsvorgang verhindert.
Der Druck im Hydrauliksystem kann somit für die ABS-Bremsung durch den Aktuator 5 moduliert werden. Wenn der Druck zu gering geworden ist, beispielsweise, wenn ein Nutzer den Bremshebel 12 teilweise freigibt, wird die Drehrichtung des Aktuators 5 umgedreht, so dass die Spindel 6 in die entgegengesetzte Richtung angetrieben wird und der zweite Kolben 30 wieder in Richtung zu seiner in 1 gezeigten Ausgangsposition linear bewegt wird. Dadurch steigt der Druck im Hydrauliksystem wieder.
Somit kann erfindungsgemäß eine einfache Umsetzung eines Antiblockiersystems für ein Zweirad bei hydraulischen Bremsanordnungen realisiert werden. Die erfindungsgemäße Bremsanordnung 1 wird dabei vorzugsweise an Fahrrädern und insbesondere Fahrrädern mit elektrischem Antrieb verwendet.
Durch die parallele Anordnung der ersten und zweiten Hydraulikkammer 2, 3 mit einer zwischen den Hydraulikkammern 2, 3 angeordneten Verbindungsleitung 4 in einem gemeinsamen Gehäuse 11 kann ein besonders kompakter Aufbau realisiert werden. Dies wird noch dadurch verstärkt, dass auch der Bremshebel 12 teilweise und insbesondere mit seinem Drehpunkt 13, im gemeinsamen Gehäuse 11 angeordnet ist. Weiterhin ist auch die Spindel 6 vollständig im Gehäuse 11 angeordnet. Wie weiter aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist auch der Aktuator 5 in einer Linie mit der zweiten Hydraulikkammer 3 angeordnet. Somit können diese Bauteile der Bremsanordnung auf einfache Weise mittels einer Halterung 16 direkt an der Lenkerstange 14 befestigt werden und stören einen Nutzer nicht.
Ein Volumen der ersten und zweiten Hydraulikkammern 2, 3 ist dabei gleich groß. In diesem Ausführungsbeispiel sind auch die Durchmesser des ersten und zweiten Kolbens 20, 30 gleich. Es sei jedoch angemerkt, dass durch Wahl unterschiedlicher Durchmesser auch eine Kraftübersetzung und somit auch eine Druckübersetzung realisiert werden kann, um durch Bewegung des zweiten Kolbens 30 entsprechend große oder kleine Druckänderungen im Hydrauliksystem zu ermöglichen.
Da auch bei einem Bremsvorgang die Hydraulikkraft über den ersten Kolben 20 und den Hebelarm 12a am Bremshebel 12 anliegt, wird einem Nutzer der Bremsanordnung in allen Bremssituationen ein entsprechendes Bremsgefühl übertragen.
Besonders vorteilhaft ist es, dass der Aktuator 5 nur bei einer aktiven ABS-Bremsung arbeitet. Im Bereitschaftsmodus, d.h., wenn ein Nutzer die Bremsanordnung nicht nutzt, muss lediglich die Sensoranordnung 9 des Antiblockiersystems mit Strom versorgt werden. Daher ist ein Stromverbrauch der Bremsanordnung 1 sehr gering.

Claims

Hydraulische Bremsanordnung eines Antiblockiersystems eines Zweirads, insbesondere eines Fahrrads, umfassend: - eine erste Hydraulikkammer (2), in welcher ein erster Kolben (20) angeordnet ist, - eine zweite Hydraulikkammer (3), in welcher ein zweiter Kolben (30) angeordnet ist, - eine Verbindungsleitung (4), welche die erste Hydraulikkammer (2) mit der zweiten Hydraulikkammer (3) verbindet, - einen Aktuator (5) und eine Spindel (6), wobei der Aktuator eingerichtet ist, die Spindel (6), welche ein Außengewinde (60) aufweist, in zwei Drehrichtungen zu drehen, - wobei der zweite Kolben (20) hohl ist und ein Innengewinde (31) aufweist, welches sich mit dem Außengewinde (60) der Spindel (6) im Eingriff befindet, so dass sich bei einer Rotation der Spindel der zweite Kolben (30) in Axialrichtung des Kolbens bewegt, und - eine Antiblockiersystem-Steuereinheit (10), welche eingerichtet ist, den zweiten Kolben (30) mittels des Aktuators (20) und der Spindel (6) derart zu bewegen, dass ein Druckniveau im Hydrauliksystem derart reguliert wird, dass bei einem Bremsvorgang ein Blockieren eines Rades (17) verhindert wird.
Bremsanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Volumen der ersten Hydraulikkammer (2) gleich einem Volumen der zweiten Hydraulikkammer (3) ist.
Bremsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kolben (20) und der zweite Kolben (30) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Bremsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Hydraulikkammer (2) und die zweite Hydraulikkammer (3) in einem gemeinsamen Gehäuse (11) angeordnet sind.
Bremsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Verbindungsleitung (4) direkt von der ersten Hydraulikkammer abzweigt und insbesondere vollständig im Gehäuse (11) ausgebildet ist.
Bremsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend einen Bremshebel (12), wobei ein Drehpunkt (13) des Bremshebels (12) im Gehäuse (11) angeordnet ist.
Bremsanordnung nach Anspruch 6, wobei der Bremshebel (12) einen Hebelarm (12a) aufweist, der direkt mit dem ersten Kolben (20) in Kontakt steht.
Bremsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (5) eine eigene Stromversorgung aufweist.
Bremsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Hydraulikkammer (2) parallel zur zweiten Hydraulikkammer (3) angeordnet ist.
Bremsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei das Gehäuse (11) ferner eine Halterung (16) zur Befestigung der Bremsanordnung an einem Fahrradbauteil, insbesondere einer Lenkerstange, aufweist.
Zweirad, insbesondere Fahrrad und weiter insbesondere Fahrrad mit elektrischem Antrieb, umfassend eine hydraulische Bremsanordnung eines Antiblockiersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche.