DE4125150A1 - Modulator, insbesondere fuer eine blockiergeschuetzte, hydraulische bremsanlage - Google Patents

Description

Bisher sind eine Vielzahl von Modulatoren für blockierge­ schützte, hydraulische Bremsanlagen entwickelt worden, die alle auf dem Prinzip beruhen, daß der Druck in der Radbremse geändert wird. Es liegt somit stets eine Druckmodulation vor.

Dieses Prinzip hat den Nachteil, daß der Radbremse zur Druckabsenkung Druckmittel entnommen und zur Druckanhebung Druckmittel zugeführt werden muß. Dies ist in der Regel nur möglich, wenn Ventile im Bremskreis vorgesehen sind. Die Steuerung der Ventile ist aufwendig.

Des weiteren wird sowohl bei einem Druckaufbau als auch bei einer Druckabsenkung Druckmittel auf hohem Druckniveau be­ wegt. Damit verknüpft ist jeweils eine gewisse Energiemenge, die sich, da sehr viele Regelzyklen notwendig sind, zu einem hohen Regelenergiebedarf auf addieren.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, ein System zu entwickeln, das einfach zu steuern ist und einen geringen Energieverbrauch aufweist. Diese Aufgabe wird mit einem Mo­ dulator gelöst, der die Merkmale des Hauptanspruchs auf­ weist. Wesentlich ist, daß nun nicht mehr der Druck modu­ liert wird, sondern die wirksame Fläche, die die Kraftbeauf­ schlagung der Radbremse bei gegebenem Bremskreisdruck be­ stimmt. Eine Bremsanlage, die mit einem derartigen Modulator ausgerüstet ist, kann daher als flächenmoduliertes Anti­ blockiersystem bezeichnet werden.

Als Trägerelement für die veränderliche Fläche kann in vor­ teilhafter Weise eine Membran gewählt werden, die zwischen einem Bremskolben, der als Kraftübertragungselement wirkt, und einem aus Schaft und Fuß bestehenden Steuerelement ein­ gefügt ist.

Wird das Steuerelement verschoben, so legt sich die Membran mehr und mehr an den Fuß des Steuerelementes an. Gleichzei­ tig löst sie sich vom Kraftübertragungselement, so daß nun der Druck in der Druckmittelkammer, der auf die Flächen der Membran wirkt, die an den Fuß angelegt sind, von der Steuer­ kraft kompensiert wird.

Je mehr Flächenteile der Membran an den Fuß angelegt werden, desto größer ist die Steuerkraft, desto kleiner ist aber auch der Kraftanteil, der auf den Kolben und damit auf die Radbremse übertragen wird.

Durch geeignete Wahl der geometrischen Form der Anlagefläche kann der Steuerweg sehr klein gehalten werden, so daß die aufzubringenden Energien gering sind.

Die Steuerkräfte können auf verschiedene Weise realisiert werden, z. B. durch einen Elektromotor, der über eine Rampe- oder Spindelanordnung an den Schaft des Steuerelementes an­ greift. Denkbar wäre aber auch eine hydraulische Betätigung, wobei als Betätigungselemente Kolben vorgesehen sind, die von Elektromagneten verschoben werden.

Um eine Druckwirkung des Regelvorganges auf den Hauptzylin­ der zu unterbinden, wird vorgeschlagen, ein Trennventil in die Bremsleitung einzufügen und einen Hochdruckspeicher zur Aufnahme von Druckmittel unterhalb des Trennventils anzuord­ nen. Das Trennventil kann vom Hauptzylinderdruck oder mecha­ nisch betätigt werden, auf jeden Fall soll sichergestellt werden, daß eine Trennung der Bremsleitung im Falle einer Regelung erfolgt, wobei dann das vom Modulator abgegebene Betätigungsvolumen in den Hochdruckspeicher gelangt.

Im folgenden soll anhand von vier Bildern der Erfindungsge­ danke näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in vier Teilansichten spezielle Ausführungs­ formen des Kraftübertragungselementes und des Steuerelemen­ tes.

In Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung zur Erzeugung der Steuerkraft dargestellt.

In Fig. 4 wird eine Erweiterung der Anlage dargestellt.

Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen.

Dargestellt ist schematisch eine Bremsanlage mit einem er­ findungsgemäßen Modulator.

Die Bremsanlage besteht aus einem Hauptzylinder 1, einer Bremsleitung 2, die mit der Druckmittelkammer 3 verbunden ist. Die Druckmittelkammer ist ausgebildet in einem fahr­ zeugfest angeordneten Gehäuse 4. Das Gehäuse 4 hat einen hülsenartigen Fortsatz 5, auf dem ein topfartiger Kolben 6 gleitet. Der Kolben 6 besteht aus einer Hülse 7, die auf der Hülse 5 des Gehäuses 4 gleitet und einem Boden 8. Dieser ist an einen Belagträger 9 anlegbar. Auf dem Belagträger 9 ist ein Belag 10 aufgebracht, der z. B. an eine Bremsscheibe 11 anlegbar ist.

Die Form des Bodens ist in den Fig. 2a und 2b erkennbar. Der Boden weist eine zentrale Ausnehmung 30 auf, von der aus sternförmig mehrere Schlitze 31 verlaufen. Die Schlitze 31 enden an der Hülsenwand. Fig. 2b zeigt einen Schnitt ent­ lang der Linie A-A. Man erkennt die Schlitzwand 31. Wichtig ist, daß die verbleibenden Segmente 33 eine plane Oberfläche bilden, die senkrecht zur Achse 34 steht.

In der Achse der Hülsen 5 und 7 verläuft ein Schaft 12, der dichtend durch das Gehäuse 4 aus der Druckmittelkammer 3 hinausführt. Am Ende des Schafts 12 ist ein Fuß 13 ange­ formt, dessen Außendurchmesser in etwa dem Innendurchmesser der Hülse 7 entspricht und der in den Boden 8 des Kolbens 6 eingetaucht ist.

Der Fuß besteht aus mehreren Strahlen 35, die in die Schlitze 31 hineinragen. Die Oberfläche der Strahlen bilden einen Winkel α zur Achse.

Die Oberfläche 14 des Fußes 13, die dem Boden 8 des Kolbens 6 abgewandt ist, dient als Anlagefläche für eine Membran 15. Die Membran 15 hat die Form einer in ihrem Zentrum gelochten Scheibe. Der Innenrand ist am Schaft 12 befestigt, und zwar an der Stelle, wo der Fuß 13 ansetzt. Der Außenrand ist an der Hülse 7 befestigt. Wenn der Fuß 13 am Kolbenboden 8 an­ liegt, bzw. in den Schlitzen 31 steckt, erstreckt sich die Membran in etwa senkrecht zur Achse des Schafts 12 und liegt plan an der Oberfläche 25 des Kolbenbodens an. Die Anlage­ fläche 14 und die Membran 15 schließen einen Winkel α ein.

Die Anlagefläche 14 braucht nicht eben zu sein, sie kann auch gewölbt sein, wichtig ist lediglich, daß der Abstand zwischen der Membran und der Anlagefläche in der Nähe des Schafts 12 gegen Null geht und am Außenrand des Fußes den größten Abstand zur Membran 15 aufweist.

Der aus dem Gehäuse 4 herausragende Teil des Schafts 12 ist mit einem Motor 17 über eine Spindel 16 verknüpft. Eine Drehbewegung des Motors 17 wird mittels der Spindel 16 in eine Hin- und Herbewegung des Schaftes 12 entlang der Achse des Modulators umgesetzt.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß auch andere Antriebsar­ ten denkbar sind, z . B. kann eine Rampenanordnung vorgesehen sein. Denkbar wäre auch, daß die Motorkräfte nicht direkt auf den Schaft 12 übertragen werden, sondern über eine He­ belanordnung.

Weiterhin sei angemerkt, daß der Kolben 6 auch im inneren der Hülse 5 geführt werden kann. Dies hätte aber den Nach­ teil, daß die Ringfläche der Hülse 7 stets dem Druck in der Kammer 3 ausgesetzt und nicht in die Modulation einbezogen wäre.

Die Membran kann z. B. aus amorphem Metall hergestellt sein.

Die Wölbung der Fläche 14 kann sowohl konvex als auch konkav ausgebildet sein.

Eine Krafterzeugungsvorrichtung ohne Elektromotor, die aber auch mit elektrischer Energie arbeitet, ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Die aus dem Gehäuse 4 herausgeführte Stange 12 geht über in einen Betätigungskolben 20, der am Gehäuse 4 einen Betätigungsraum 21 abschließt. Im Gehäuse 4 sind ein oder mehrere Querbohrungen vorgesehen, in denen Druckkolben 22 dichtend geführt sind. Sie begrenzen Druckräume 24, die mit dem Betätigungsraum 21 in Druckmittelverbindung stehen. Um die Querbohrungen sind Spulen 23 angeordnet, mit denen die Kolben 22 magnetisch verschiebbar sind. Werden die Kol­ ben derart verschoben, daß aus dem Druckraum 24 Druckmittel in die Betätigungskammer 21 verschoben wird, so wird der Schaft 12 verschoben.

Der Modulator bzw. die Bremsanlage arbeitet nach dem folgen­ den Schema:

Mit Betätigen des symbolisch dargestellten Pedals wird Druckmittel aus dem Hauptbremszylinder 1 über die Bremslei­ tung 2 in die Druckmittelkammer 3 verdrängt. Es baut sich ein Druck auf, der auf die Membran 15 wirkt. Diese stützt sich auf der Anlagefläche 25 des Kolbens 6 ab, wodurch die maximale Anlagefläche des Kolbens 6 dem Druck ausgesetzt ist, so daß eine entsprechend große Kraft auf die Brems­ scheibe 11 ausgeübt wird. Die dadurch induzierten Reibkräfte zwischen der Scheibe 11 und dem Belag 10 führen zu einer Ab­ bremsung des Rades.

Dabei ist es nicht ausgeschlossen, daß das Rad blockiert. Um dies zu vermeiden, wird das Drehverhalten des Rades laufend überwacht.

Wird eine derartige Blockiertendenz festgestellt, so schal­ tet die Anlage in den Antiblockiermodus, wobei eine Steuer­ kraft auf den Schaft 12 ausgeübt wird. Dies kann dadurch ge­ schehen, daß der Motor 17 aktiviert wird, der die Stange 12 über die Spindelanordnung 16 gemäß der Darstellung nach rechts verschiebt, so daß die Strahlen des Fußes aus den Schlitzen des Kolbenbodens herausgezogen werden. Denkbar wä­ re aber auch, daß gemäß Bild 3 die Spulen 23 aktiviert wer­ den, so daß die Kolben nach innen gezogen werden, wodurch Druckmittel aus den Räumen 24 in den Betätigungsraum 21 ver­ drängt wird, so daß der Schaft 12 ebenfalls nach rechts ge­ zogen wird. Wird nun der Steuerkolben 12 weiter nach rechts verschoben, so wird sich die Membran beginnend vom Innenrand nach und nach an die Fläche 14 anlegen. Die Druckkräfte, die auf diese Flächen wirken, werden nun von der Steuerkraft kompensiert und nicht mehr über die Membran auf die Kolben 6 abgeleitet. Dementsprechend sinkt die Betätigungskraft der Bremse, obwohl der Druck - konstante Fußkraft vorausgesetzt - in der Druckkammer 3 unverändert bleibt. Die Druckkräfte werden dann vollständig kompensiert, wenn die Membran 15 sich vollständig an die Anlagefläche 14 angelegt hat, das heißt, wenn der Fuß vollständig aus den Schlitzen des Bodens herausgezogen worden ist. Die Betätigungskräfte sind auf Null reduziert. Durch entsprechende Ansteuerung des Motors zur Erzeugung der Steuerkraft kann eine Betätigungskraft eingeregelt werden, die dem Drehverhalten des Rades angepaßt ist.

In der Fig. 4 ist eine Ergänzung der Anlage gemäß der Fig. 1 dargestellt. In der Bremsleitung ist ein Trennventil 40 vorgesehen, dem ein Rückschlagventil 41 parallel geschaltet ist. Unterhalb des Trennventils also zwischen Trennventil und Modulator ist ein Hochdruckspeicher 42 angeordnet.

Das Trennventil kann z. B. über eine Steuerleitung 43 vom Hauptzylinderdruck betätigt werden. Der Hauptzylinderdruck schiebt das Ventil gegen die Kraft einer Feder 44 in seine Sperrstellung. Der Sperrdruck wird auf einen Wert festge­ legt, der etwas oberhalb des maximal denkbaren Blockier­ drucks liegt.

Die Feder 45 des Hochdruckspeichers 42 ist ebenfalls auf diesen Druck ausgelegt. Solange also die Bremsleitung offen ist, nimmt der Hochdruckspeicher 42 kein Druckmittel auf. Erst wenn das Rad blockiert und die Anlage in ABS-Modus geschaltet wird, nimmt der Hochdruckspeicher 42 Druckmittel auf. Falls der Hauptzylinderdruck über dem genann­ ten Sperrdruck liegt, wird das Trennventil 40 geschlossen, wobei Druckmittel, das aus der Druckmittelkammer 3 verdrängt wird, in den Hochdruckspeicher gelangt. Während einer Rege­ lung ist also der Hauptzylinder gesperrt, so daß keine Rück­ wirkung des Regelvorganges auf den Hauptzylinder erfolgt. Gleichzeitig wird durch die Vorspannung der Feder 45 des Hochdruckspeichers 42 der Druck im Modulator konstant gehal­ ten, wodurch die Regelgüte deutlich verbessert wird.

Alternativ zur Ansteuerung des Trennventils 40 durch den Hauptzylinderdruck über Steuerleitung 43 kann eine Betäti­ gung über den Schaft des Modulators erfolgen. Symbolisch an­ gedeutet ist dies durch die gestrichelte Linie 46. Das Trennventil schaltet in die Sperrstellung sobald eine Rege­ lung beginnt und der Schaft gemäß dem weiter oben beschrie­ benen Schema verschoben wird.

Das Rückschlagventil 41 hat in beiden Fällen die Aufgabe den Modulatordruck auf den Hauptzylinderdruck zu begrenzen, so daß, wenn der Fahrer die Pedalkraft zurücknimmt, eine ent­ sprechende Verringerung des Bremsdruckes resultiert.

Claims (10)

1. Modulator, insbesondere für eine blockiergeschützte, hy­ draulische Bremsanlage mit einer Druckmittelkammer (3), die von einer Fläche begrenzt wird, die an einem Träger­ element (15) ausgebildet ist, das an einem Kraftübertra­ gungselement (6) und an einem Steuerelement (12, 13) ab­ gestützt ist, wobei der Teil der Fläche, der die wirksame Kraft auf das Kraftübertragungselement (6) bestimmt, ver­ änderbar ist.

2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kraftübertragungselement (6) an den Reibbelag (9, 10) einer Fahrzeugbremse anlegbar ist, die sich in der Grundstellung des Modulators vollständig an eine Anlagefläche (25) des Kraftübertragungselementes anlehnt.

3. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Trägerelement eine Membran (15) ist, die sich in der Grundstellung des Modulators vollständig an eine Anlagefläche (25) des Kraftübertragungselementes (25) anlehnt.

4. Modulator nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerelement (12, 13) eine An­ lagefläche (14) aufweist, die an die Membran (15) anleg­ bar ist, daß das Steuerelement (12, 13) verschiebbar ge­ lagert ist, wonach je nach Position des Steuerelements (12, 13) mehr oder wenig große Flächenteile der Membran (15) an die Anlagefläche (14) angelegt und damit von der Anlagefläche (25) des Kraftübertragungselementes abgeho­ ben sind.

5. Modulator nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerelement (12, 13) aus einem Schaft (12) und einem sternförmigen Fuß (13) besteht, wo­ bei der Fuß (13) in der Bohrung des Kraftübertragungsele­ ments (6) geführt ist, und daß die Membran (15) als Loch­ scheibe ausgebildet ist, wobei der Innenrand am Schaft am Übergang zum Fuß befestigt ist und der Außenrand in der Bohrungswand des Kraftübertragungselementes (6) befestigt ist.

6. Modulator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Grundstellung des Steuerelements (12, 13) die Membran (15) sich in etwa senkrecht zum Schaft (12) erstreckt und an der Anlagefläche (25) des Kraftübertragungselementes anliegt und daß die Anla­ gefläche (14) des Fußes (13) einen Winkel mit der Membran (15) einschließt.

7. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß auf das Steuerele­ ment (12, 13) eine Steuerkraft ausübbar ist, wobei die Kraft elektrisch erzeugt ist.

8. Modulator nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Elektromotor (17) an den Schaft (12) des Steuerelementes angreift.

9. Modulator nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerelement hydraulisch an mindestens einen Druckkolben (24) angekoppelt ist, wobei die Druckkolben (24) mittels Elektromagneten verschiebbar sind.

10. Bremsanlage mit einem Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennventil (40) in die Bremsleitung vorgesehen ist und daß ein Hochdruckspeicher (42) an die Bremsleitung unter­ halb des Trennventils anschließt.