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Die Erfindung betrifft ein Federbein für ein Bremspedal sowie eine Bremspedalanordnung.
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Kraftfahrzeuge weisen typischerweise Bremspedale auf, so dass ein Fahrer einen Fahrerbremswunsch durch Eintreten des Bremspedals mitteilen kann. Bei früheren Ausführungen wurde ein Bremspedal typischerweise unmittelbar mit einem Hauptbremszylinder gekoppelt, welcher hydraulischen Druck erzeugt, der dann in Radbremsen zu einer Bremswirkung führt. Die Bremswirkung kann dabei beispielsweise mittels eines Bremskraftverstärkers erhöht werden. Neuere Konstruktionen haben beispielsweise ebenfalls einen Hauptbremszylinder, welcher jedoch nur noch als hydraulische Rückfallebene dient, wobei bei Normalbremsungen der generierte hydraulische Druck in einen Simulator umgeleitet wird und ein Fahrerbremswunsch anderweitig umgesetzt wird, beispielsweise indem ein Elektromotor eine Pumpe oder einen Linearaktuator betätigt und dadurch Druck erzeugt wird, welcher in Radbremsen zu einer Bremswirkung führt.
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Zukünftige Systeme sollen die durch das Vorsehen einer hydraulischen Rückfallebene geschaffene Redundanz dadurch realisieren, dass Komponenten wie beispielsweise Druckerzeuger und Stromversorgung redundant vorhanden sind. In diesem Fall kann auf einen Hauptbremszylinder verzichtet werden. Das Bremspedal hat somit keine direkte hydraulische oder mechanische Verbindung zu den Radbremsen mehr, sondern fungiert nur noch zum Sensieren eines Fahrerbremswunsches.
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Bremspedale für derartige Bremssysteme sind typischerweise mit einem Federbein verbunden, welches für einen Gegendruck sorgt. Dies gibt dem Fahrer, welcher das Bremspedal betätigt, eine haptische Rückmeldung über die Betätigung des Bremspedals. Insbesondere kann eine Gegenkraft umso stärker werden, je weiter der Fahrer das Bremspedal eindrückt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Federbein für ein Bremspedal eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Bremspedalanordnung mit einem Bremspedal und einem solchen Federbein bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Federbein und eine Bremspedalanordnung gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Federbein für ein Bremspedal eines Kraftfahrzeugs. Das Federbein weist einen Zylinder auf. Es weist einen Kolben auf, welcher relativ zum Zylinder entlang einer Strecke beweglich ist und zur Verbindung mit dem Bremspedal vorgesehen ist. Das Federbein weist eine erste Druckfeder und eine zweite Druckfeder auf. Die erste Druckfeder ist innerhalb des Kolbens angeordnet. Die zweite Druckfeder ist innerhalb des Zylinders angeordnet. Die erste Druckfeder und die zweite Druckfeder erzeugen gemeinsam eine Gegenkraft gegen ein Eindrücken des Federbeins und spannen den Kolben relativ zum Zylinder in eine Ruheposition vor.
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Mittels eines solchen Federbeins kann in einfacher Weise eine Gegenkraft für ein Bremspedal erzeugt werden. Dabei können für die Krafterzeugung ausschließlich Druckfedern verwendet werden. Auf zusätzliche Elastomerelemente oder dergleichen kann dabei verzichtet werden.
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Der Zylinder kann insbesondere ein Hohlzylinder sein, welcher beispielsweise einseitig offen sein kann. An dieser Seite kann beispielsweise der Kolben aufgenommen werden. Der Kolben ist typischerweise dasjenige Teil, welches mit dem Bremspedal verbunden wird. Er ist somit vorzugsweise zur Verbindung mit dem Bremspedal vorgesehen. Es kann jedoch auch der Zylinder zur Verbindung mit dem Bremspedal vorgesehen sein. In einer Einbausituation ist typischerweise entweder der Zylinder oder der Kolben mit dem Bremspedal verbunden, und das andere Element ist mit einer Karosserie verbunden. Wird ein Bremspedal eingedrückt, so wird der Kolben typischerweise auf den Zylinder zu verschoben, so dass die erwähnten Kräfte wirken können. Wird das Bremspedal nicht betätigt, so sorgt typischerweise die Druckfeder dafür, dass der Kolben relativ zum Zylinder eine Ruheposition einnimmt, welche typischerweise der längsten Ausdehnung des Gesamtsystems aus Zylinder und Kolben entspricht. Die Druckfeder kann insbesondere eine Schraubenfeder sein.
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Die beiden Druckfedern können insbesondere so angeordnet sein, dass sie seriell bzw. in Reihe geschaltet sind. Eine zum Eindrücken des Kolbens aufgebrachte Kraft verteilt sich somit auf beide Druckfedern, und die von beiden Druckfedern erzeugte Gegenkraft ist geringer als wenn sie nur von einer der beiden Druckfedern erzeugt werden würde.
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Das Federbein kann insbesondere ein Zwischenstück zwischen erster Druckfeder und zweiter Druckfeder aufweisen. Dieses Zwischenstück kann den Druck zwischen den beiden Druckfedern vermitteln und/oder übertragen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Kolben nach Zurücklegung eines ersten Abschnitts von der Ruheposition aus an das Zwischenstück anstößt. Dies kann eine der beiden Druckfedern für die weitere Krafterhöhung deaktivieren, insbesondere kann dies die erste Druckfeder deaktivieren, so dass eine weitere Erhöhung der Gegenkraft nur noch von der zweiten Druckfeder aufgebracht wird, da ein weiteres Eindrücken der ersten Druckfeder nicht mehr möglich ist.
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Durch das Anstoßen des Kolbens an das Zwischenstück kann insbesondere ein weiteres Komprimieren der ersten Druckfeder bei weiterem Eindrücken des Federbeins verhindert werden. Dadurch kann wie bereits erwähnt die erste Druckfeder insoweit deaktiviert werden, dass eine weitere Erhöhung der Gegenkraft nur noch durch das Eindrücken der zweiten Druckfeder erfolgt.
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Zwischen dem Zwischenstück und dem Kolben kann insbesondere mindestens ein Dämpfungselement angeordnet sein. Dieses Dämpfungselement kann den Aufschlag des Kolbens am Zwischenstück abfedern, so dass eine harte Rückmeldung an den Betätiger des Bremspedals vermieden wird. Zudem kann das Dämpfungselement dazu dienen, für den Fall, dass auch das Zwischenstück an einem Anschlag anschlägt, eine sehr hohe Krafterhöhung bei nur sehr geringem Weg bereitzustellen, welche dem Fahrer signalisiert, dass das Ende der Pedalbetätigung erreicht ist.
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Das Dämpfungselement kann beispielsweise als dritte Druckfeder ausgebildet sein. Die dritte Druckfeder kann beispielsweise eine kleinere axiale Ausdehnung haben als die erste Druckfeder und/oder die zweite Druckfeder. Dadurch kann ein etwaiges Eindrücken der dritten Druckfeder auf einen sehr kleinen Wegbereich beschränkt werden, wie bereits beschrieben.
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Das Dämpfungselement kann beispielsweise als elastisches Element, als Gummifeder oder als Tellerfeder ausgebildet sein. Dies entspricht ebenfalls Ausführungen, welche sich für typische Anwendungsfälle bewährt haben, da sie den Aufschlag dämpfen und gegebenenfalls bei sehr kleinen Wegen hohe Gegenkräfte erzeugen können.
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Gemäß einer Ausführung weist das Federbein einen Absatz auf, an welchem das Zwischenstück anstößt, nachdem der Kolben von der Ruheposition aus einen zweiten Abschnitt zurückgelegt hat. Dadurch kann ein weiteres Bewegen des Zwischenstücks verhindert werden. Insbesondere kann durch das Anstoßen des Zwischenstücks am Absatz ein weiteres Komprimieren der zweiten Druckfeder verhindert werden. Dadurch wird dann letztlich auch die zweite Druckfeder insofern deaktiviert, als eine etwaige Krafterhöhung typischerweise nur noch durch das bereits erwähnte Dämpfungselement aufgebracht wird.
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Gemäß einer Ausführung weist das Federbein keine radial außerhalb des Kolbens angeordnete Feder auf. Gemäß einer Ausführung weist das Federbein keine radial außerhalb des Zylinders angeordnete Feder auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Federbein als Federn bzw. als Gegenkraft erzeugende Elemente ausschließlich die bereits erwähnten Druckfedern und gegebenenfalls das Dämpfungselement aufweist.
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Insbesondere können die erste Druckfeder und die zweite Druckfeder koaxial zueinander angeordnet sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung und eine eindimensionale Wirkung auf Kolben und Zylinder.
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Gemäß einer Ausführung ist die erste Druckfeder eine Spiralfeder. Gemäß einer Ausführung ist die zweite Druckfeder eine Spiralfeder. Derartige Spiralfedern sind einfach und zuverlässig und haben sich für typische Anwendungen bewährt. Auch andere Druckfedern können jedoch grundsätzlich verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführung ist der Kolben innerhalb des Zylinders gelagert. Jedenfalls kann er den Zylinder außenseitig umgreifen. Dies sorgt für eine zuverlässige Führung des Kolbens relativ zum Zylinder. Typischerweise ist der Kolben so relativ zum Zylinder geführt oder gelagert, dass er sich nur eindimensional entlang der bereits erwähnten Strecke bewegen kann. Auch eine innenseitige Lagerung des Kolbens im Zylinder ist jedoch möglich.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Bremspedalanordnung mit einem Bremspedal und einem Federbein wie hierin beschrieben, wobei bezüglich des Federbeins auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden kann. Der Kolben ist dabei insbesondere mit dem Bremspedal verbunden, so dass er bei einem Betätigen des Bremspedals in den Zylinder eingedrückt wird.
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Mittels einer solchen Bremspedalanordnung kann eine definierte Gegenkraft für einen das Bremspedal betätigenden Fahrer bereitgestellt werden. Die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile können damit erreicht werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:
- 1: ein Federbein,
- 2: einen Ausschnitt aus einem Federbein gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3: einen Ausschnitt aus einem Federbein gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 4: eine Kraft-Weg-Kennlinie.
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1 zeigt ein Federbein 10. Die 1 ist dabei nicht als separates Ausführungsbeispiel gedacht, sondern zeigt wesentliche Elemente des Federbeins 10 zur Beschreibung der grundlegenden Funktionalität. Spezifische Ausführungsbeispiele werden dann mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert.
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Das Federbein 10 weist einen Zylinder 20 auf. Es weist ferner einen Kolben 30 auf. Der Zylinder 20 weist innenseitig einen Hohlraum 22 auf, wobei der Kolben 30 teilweise in dem Hohlraum 22 gelagert ist. Somit kann sich der Kolben 30 relativ zum Zylinder 20 nur entlang einer eindimensionalen Strecke bewegen.
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Obenseitig ist ein Druckpilz 34 auf dem Kolben 30 angebracht. Der Druckpilz 34 kann insbesondere mit einem Bremspedal verbunden werden, so dass beim Eindrücken des Bremspedals der Kolben 30 in den Zylinder 20 eingedrückt wird. Dies kann als Bewegung entlang einer Strecke aufgefasst werden.
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Innerhalb des Kolbens 30 befindet sich ein Hohlraum 32. Darin befindet sich eine erste Druckfeder 40, welche obenseitig am Kolben 30 anliegt. Unterhalb des Kolbens 30 befindet sich im Hohlraum 22 des Zylinders 20 ein Zwischenstück 60, wobei die erste Druckfeder 40 obenseitig am Zwischenstück 60 anliegt. Unterhalb des Zwischenstücks 60 befindet sich im Hohlraum 22 eine zweite Druckfeder 45, welche obenseitig am Zwischenstück 60 und untenseitig am Zylinder 20 anliegt.
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Wird nun der Kolben 30 in den Zylinder 20 eingedrückt, so werden beide Druckfedern 40, 45 komprimiert. Dies erzeugt eine Gegenkraft, welche der Fahrer deutlich wahrnimmt, was ein realistisches Bremsgefühl ähnlich zu klassischen hydraulischen Bremsen vermittelt. Nach Zurücklegung eines ersten Abschnitts stößt der Kolben 30 obenseitig am Zwischenstück 60 an. Dort befindet sich ein Dämpfungselement 62, welches sich beim Anstoßen zwischen Kolben 30 und Zwischenstück 60 befindet. Dadurch wird ein Aufschlag des Kolbens 30 auf das Zwischenstück 60 gedämpft, so dass der Fahrer keinen Ruck wahrnimmt.
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Wenn der Kolben 30 an dem Zwischenstück 60 angeschlagen ist, kann die erste Druckfeder 40 nicht mehr weiter komprimiert werden, wenn der Kolben 30 weiter eingedrückt wird. Die Gegenkraft wird anschließend nur noch durch die zweite Druckfeder 45 erhöht, welche bei weiterem Eindrücken des Kolbens 30 weiter komprimiert wird. Dies erfolgt so lange, bis das Zwischenstück 60 an einem Anschlag 70 anschlägt, welcher im Zylinder 20 ausgebildet ist. Dann kann auch die zweite Druckfeder 45 nicht mehr weiter komprimiert werden, und eine weitere Druckerhöhung ist nur noch durch das Dämpfungselement 62 möglich. Das Dämpfungselement 62 ist dabei so ausgebildet, dass entlang eines sehr kurzen Wegs eine sehr hohe Erhöhung der Gegenkraft erzeugt wird.
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Mögliche Ausführungen des Dämpfungselements 62 sind in den 2 und 3 dargestellt. 2 stellt dabei zusammen mit 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Federbeins 10 dar, und 3 stellt zusammen mit 1 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Federbeins 10 dar.
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In 2 ist das Dämpfungselement 62 als dritte Druckfeder ausgebildet. Dabei handelt es sich ebenfalls um eine Spiralfeder, welche zwischen dem Kolben 30 und dem Zwischenstück 60 angeordnet ist. Die dritte Druckfeder ist dabei typischerweise so ausgelegt, dass sie nur eine begrenzte Ausdehnung nach oben hat, so dass es möglich ist, den Kolben 30 so weit nach oben zu ziehen, dass er nicht mehr mit der dritten Druckfeder in Kontakt kommt.
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Bei der Ausführung von 3 ist das Dämpfungselement 62 hingegen als Flachfeder ausgebildet, welche insbesondere als umfangsmäßig umlaufendes Element ausgebildet sein kann. Diese erzeugt auf sehr kurzem Weg einen sehr hohen Gegendruck, so dass die gewünschte Wirkung erzielt wird.
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Insgesamt wird durch die gezeigten Ausführungen ein Federbein 10 bereitgestellt, welches unterschiedliche und gut definierbare Kraft-Weg-Kennlinien bei minimalem Aufwand ermöglicht.
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Eine beispielhafte Kraft-Weg-Kennlinie ist in 4 dargestellt. Diese lässt sich mit den gezeigten Ausführungsbeispielen realisieren. Dabei ist auf einer horizontalen Achse der Weg w eingetragen, welcher angibt, um welchen Weg w der Kolben 30 ausgehend von einer Ruheposition R in den Zylinder 20 eingedrückt wurde. Auf einer vertikalen Achse ist die zugehörige Gegenkraft F eingetragen, welche dem Eindrücken entgegenwirkt und vom Betätiger eines Bremspedals wahrgenommen wird.
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Unmittelbar angrenzend an die Ruheposition R befindet sich dabei ein erster Abschnitt A1, in welchem die erste Druckfeder 40 und die zweite Druckfeder 45 seriell zusammen wirken, was zu einer ansteigenden Gegenkraft F führt. Wird der Kolben 30 weiter eingedrückt, beginnt ein zweiter Abschnitt A2. Im zweiten Abschnitt A2 wirken nur noch die zweite Druckfeder 45 zur Druckerhöhung, da der Kolben 30 am Zwischenstück 60 angestoßen hat und die erste Druckfeder 40 nicht mehr weiter komprimierbar ist. Deshalb erfolgt ein steilerer Anstieg der Gegenkraft F. Beim Erreichen des dritten Abschnitts A3 stößt das Zwischenstück 60 am Anschlag 70 an, so dass nur noch das Dämpfungselement 62 weiter eingedrückt werden kann. Dieses ist härter als die Druckfedern 40, 45, weshalb der Anstieg im dritten Abschnitt A3 noch stärker ist. Dies signalisiert dem Betätiger des Bremspedals, dass er sich dem Ende des möglichen Betätigungswegs nähert.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
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Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Federbein
- 20
- Zylinder
- 22
- Hohlraum
- 30
- Kolben
- 32
- Hohlraum
- 34
- Druckpilz
- 40
- Druckfeder
- 45
- zweite Druckfeder
- 60
- Zwischenstück
- 62
- Dämpfungselement
- A1
- erster Abschnitt
- A2
- zweiter Abschnitt
- A3
- dritter Abschnitt
- w
- Weg
- F
- Gegenkraft
- R
- Ruheposition
