DE4203488A1 - Einrichtung zum abbremsen eines in drehbewegung versetzbaren teils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abbrem­ sen eines in Drehbewegung versetzbaren Teils, insbesondere eines Fahrzeugrades.

Diese Einrichtung soll insbesondere in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

In Elektrofahrzeugen sind entsprechend dem bisherigen Ent­ wicklungsstand hydraulisch arbeitende bremsen vorgesehen.

Je nachdem welches Gewicht diese Fahrzeuge aufweisen, ist es notwendig die Betätigungskraft zu verstärken.

In Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor haben sich soge­ nannte Unterdruckbremskraftverstärker durchgesetzt, die den Unterdruck im Ansaugbereich des Verbrennungsmotors nutzen. Es liegt auf der Hand, daß bei Elektrofahrzeugen derartige Verstärkungseinrichtungen nicht genutzt werden können.

Weiter sind hydraulische Verstärkungseinrichtungen bekannt, die eine Hydraulikpumpe benötigen, die in der Regel von ei­ nem Elektromotor angetrieben wird. Auch ein derartiges System ist für ein Elektrofahrzeug nicht ohne weiteres ge­ eignet, da man die Belastung der Batterien mit Aggregaten, die nicht dem Antrieb des Fahrzeuges dienen, möglichst ge­ ring halten möchte. Außerdem läßt sich bei dieser Art der Verstärkung das Bremssystem nicht ohne weiteres so auslegen, daß eine Rückführung der Bremsenergie in Antriebsenergie möglich ist.

Es wird daher vorgeschlagen, daß die Einrichtung aus einer Pumpe besteht, deren Antrieb mit dem sich drehenden Teil (Fahrzeugrad) gekoppelt ist, und daß sie eine Reibbremse aufweist, die auf das sich drehende Teil einwirkt, wobei der von der Pumpe erzeugte Druck als Betätigungsdruck auf die Reibbremse geleitet werden kann.

Weiterhin ist ein Regelventil vorgesehen, das willkürlich von einer ersten in eine zweite Schaltstellung gebracht wer­ den kann. In der ersten Schaltstellung ist die Druckseite der Pumpe vom Betätigungssystem der Reibbremse getrennt, während in der zweiten Schaltstellung eine Verbindung herge­ stellt ist.

Das Regelventil kann zum Beispiel von dem Fahrer eines Elek­ trofahrzeuges mit einer derartigen Bremseinrichtung betätigt werden. Wird das Ventil umgeschaltet, so wirkt der Pumpen­ druck als Betätigungsdruck für die Reibbremse.

Es tritt eine Art Selbstverstärkung ein, da die Pumpe vom abzubremsenden Teil (Fahrzeugrad) angetrieben wird.

Der Betätigungskreis der Radbremse kann einen Verstärkerkol­ ben aufweisen, der mit seiner einen Stirnseite einen Druck­ raum begrenzt, der unmittelbar mit der Reibbremse verbunden ist, und mit seiner anderen Seite einen Verstärkerraum, der an die Druckseite der Pumpe anschließbar ist.

Damit die Pumpe keine Energie aufnimmt, wenn keine Bremsung beabsichtigt ist, ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Pumpe wirkungsvoll stellt, solange keine Bremsung beabsich­ tigt ist.

Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Bypassleitung zwi­ schen der Druckseite und der Saugseite der Pumpe handeln, die mit einem Sperrventil versehen ist. Normalerweise ist dieses Sperrventil geöffnet, so daß die Pumpe, falls sie an­ getrieben wird, drucklos im Umlauf fördert. Wird eine Brem­ sung eingeleitet, so wird das Sperrventil umgeschaltet, so daß an der Druckseite der Pumpe ein Druck aufgebaut werden kann.

Möglicherweise kann aber auch eine verstellbare Pumpe einge­ setzt werden, wobei die Verstelleinrichtung zur Änderung der Förderleistung mit Betätigung der Bremse angesteuert wird.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Kopplung des An­ triebs der Pumpe mit dem abzubremsenden Teil (Radbremse) entsperrbar zu gestalten, also eine Kupplung vorzusehen. Diese greift, sobald das Bremssystem betätigt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Saugventil der Pumpe sperrbar auszugestalten.

Am einfachsten kann das Bremssystem mit einem Hauptzylinder ausgerüstet werden, wobei der Hauptzylinderdruck auf das Re­ gelventil einwirkt und so die Verstärkung einleitet. Zu ei­ ner kompakten Baueinheit gelangt man, wenn das Regelventil im Verstärkerkolben angeordnet ist.

Wie schon erläutert, kann die erfindungsgemäße Einrichtung besonders gut in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Es ist auch ohne weiteres möglich, ein derartiges Fahrzeugbrems­ system mit einer Einrichtung zur Bremsschlupfregelung zu versehen. Dazu wird der Betätigungskreis der Reibbremse mit einem Regelkreis versehen, der eine Rückförderpumpe auf­ weist. Notwendig sind weiterhin Ein- und Auslaßventile, so­ wie ein Sensor zur Erfassung der Drehbewegung des Fahrzeug­ rades. Derartige Systeme sind unter dem Begriff Rückförder­ prinzip in der Fachliteratur bekannt. Die Besonderheit be­ steht darin, daß die Rückförderpumpe mit der Pumpe, die den Verstärkungsdruck zur Verfügung stellt (Verstärkerpumpe), gekoppelt ist.

Andere Regeleinrichtungen lassen sich in entsprechender Wei­ se integrieren.

Wenn mehrere Reibbremsen, die zu verschiedenen Rädern gehö­ ren, an einem Betätigungssystem angeschlossen werden, so reicht es im allgemeinen aus, daß nur ein Rad mit der Ver­ stärkerpumpe verbunden ist.

Im folgenden soll anhand mehrerer Figuren der Erfindungsge­ danke näher erläutert werden. Als Beispiel wird ein Fahr­ zeugbremssystem dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Prinzipskizzen zur Erläuterung der grund­ sätzlichen Wirkungsweise.

Fig. 3 eine Erweiterungsmöglichkeit des Brems­ systems zu einer bremsschlupfgeregelten Anlage.

Fig. 4 bis 6 verschiedene Anordnungsmöglichkeiten des Bremssystems für ein Vierradfahrzeug.

Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen.

Dargestellt ist ein Rad 1 mit einer Reibbremse 2. Hierbei kann es sich um eine Scheibenbremse oder um eine Trommel­ bremse handeln.

Das Rad 1 ist über eine Verbindungswelle 4 mit dem Antrieb der Pumpe 3 verbunden. Diese Pumpe 3 wird im folgenden auch Verstärkerpumpe genannt, um sie von einer noch zu beschrei­ benden Rückförderpumpe zu unterscheiden.

Weiterhin vorgesehen ist ein Verstärkerkolben 5, der in ei­ ner Bohrung dichtend gleitend gelagert ist, wobei der Ver­ stärkerkolben 5 mit seiner einen Stirnseite einen Druckraum 6 und mit seiner anderen Stirnseite einen Verstärkerraum 7 begrenzt. Der Druckraum 6 steht über eine Bremsleitung 8 mit der Reibbremse 2 in Verbindung. Eine Rückstellfeder 9 hält den Verstärkerkolben 5 in einer Grundstellung, bei der Druckraum 6 sein größtes und der Verstärkerraum 7 sein kleinstes Volumen aufweisen.

Im Verstärkerkolben 5 ist ein Regelventil (3/2-Wegeventil) angeordnet. Der Steuerkolben des Regelventils 10 ist mittels eines Schafts 11 mit einem Kolben 12 verbunden, wobei der vom Kolben 12 begrenzte Raum an einen Hauptzylinder (HZ) an­ geschlossen ist. In der Grundstellung des Regelventils 10 ist der Verstärkerraum 7 über eine Verbindungsleitung 13 mit der Saugseite der Pumpe 3 verbunden. Die Druckseite 14 der Pumpe ist hydraulisch gesperrt.

Wenn das Regelventil 10 umschaltet, weil im Hauptzylinder ein Druck erzeugt wird, so wird die Verbindungsleitung 13 hydraulisch vom Verstärkerraum 7 getrennt, während die Druckseite der Pumpe 3 mit dem Verstärkerraum 7 verbunden wird. Das von der Pumpe 3 geförderte Druckmittel gelangt dann in den Verstärkerraum 7, wodurch dieser gemäß der Dar­ stellung nach links verschoben wird. Druckmittel wird dabei aus dem Druckraum 6 über die Bremsleitung 8 zur Reibbremse verdrängt. Diese führt eine Zuspannbewegung aus, wobei die einsetzenden Reibkräfte eine Verzögerung des Rades 1 bewir­ ken.

Es braucht nicht näher erläutert zu werden, daß die Verbin­ dungswege der Druckseite der Pumpe 3 und der Verbindungslei­ tung 13 mit dem Verstärkerraum 7 über entsprechende An­ schlüsse und Nuten am Verstärkerkolben 5 erzielt werden. Die Saugseite 15 der Pumpe schließt über eine Saugleitung 16 an den Hauptzylinder (HZ) an, so daß dieser entsprechend der Betätigung der Reibbremse geleert wird, so daß das Pedal entsprechend der erzielten Bremswirkung einen Weg beschreibt.

Damit die Pumpe 3 bei nichtbetätigter Anlage keine Energie aufnimmt, ist gemäß der Fig. 1 zwischen der Druckseite 14 der Pumpe 3 und der Saugseite 15 der Pumpe 3 eine Bypasslei­ tung 17 vorgesehen. Diese enthält ein Sperrventil, das nor­ malerweise geöffnet ist. In der Schaltstellung des Ventils ist die Bypassleitung gesperrt. Solange die Bypassleitung geöffnet ist, fördert die Pumpe lediglich drucklos um. Es wird keine Energie aufgenommen.

Das Sperrventil 18 steht über eine Steuerleitung 19 mit dem Hauptzylinder (HZ) in Verbindung. Wird also ein Hauptzylin­ derdruck aufgebaut, schaltet nicht nur das Regelventil 10 sondern auch das Sperrventil 18 um, so daß die Verbindung zwischen der Druckseite 14 und der Saugseite 15 der Pumpe unterbrochen ist und nun das aus dem Hauptzylinder geförder­ te Druckmittel zur Druckseite 14 gelangt, wobei dort ein Druck aufgebaut wird, der auch im Verstärkerraum 7 wirksam wird.

Die Fig. 2 unterscheidet sich nur wenig von der Darstellung gemäß der Fig. 1. Zum Wirkungslosstellen der Pumpe ist hier nicht eine Bypassleitung vorgesehen, sondern eine Verstell­ einrichtung 20 oder eine Kupplung 21.

Mit der Verstelleinrichtung 20 kann die Förderleistung der Pumpe, wobei es sich nun um eine verstellbare Pumpe handeln muß, reguliert werden. Sie ist insbesondere Null, wenn in der Steuerleitung 19 kein Druck herrscht.

Ähnliches gilt für die schematisch angedeutete Kupplung. Diese greift erst, wenn in der Steuerleitung 19 ein Druck anliegt. Erst dann wird die Drehbewegung des Rades 1 auf den Antrieb der Pumpe 3 übertragen.

Die Fig. 3 enthält zwei Elemente. Zum einen ist eine weite­ re Möglichkeit dargestellt, wie die Pumpe 3 wirkungslos ge­ stellt werden kann. Dazu ist das Einlaßventil der Pumpe 22 sperrbar ausgelegt. Es handelt sich um ein sperrbares Saug­ ventil 22. In der Grundstellung dieses Ventils 22 ist die Saugleitung gesperrt, so daß die Pumpe kein Druckmittel an­ saugen kann und damit auch keine Energie aufnimmt. Erst wenn in der Steuerleitung 19 ein Druck anliegt, wird ein Rück­ schlagventil als Saugventil in die Saugleitung geschaltet, so daß die Pumpe mit der Förderung beginnen kann.

In der Fig. 3 wird weiterhin dargestellt, wie die Bremsan­ lage mit einer Bremsschlupfregeleinrichtung ausgerüstet wer­ den kann, womit bewirkt werden soll, daß die Räder bei einer Bremsung nicht blockieren. Dazu ist zunächst eine Rückför­ derpumpe 30 vorgesehen, die an die Verstärkerpumpe 3 gekop­ pelt ist und somit ebenfalls vom abzubremsenden Rad ange­ trieben wird. Die Saugseite 31 der Pumpe steht mit einem Niederdruckspeicher 33 in Verbindung, während die Druckseite 32 mit dem Druckraum 6 verbunden ist. In der Bremsleitung 8 ist ein Einlaßventil 37 vorgesehen, das normalerweise geöff­ net ist und in eine Sperrstellung gebracht werden kann. Pa­ rallel zum Einlaßventil 37 ist ein Rückschlagventil 38 vor­ gesehen. Die Reibbremse 2 steht über eine Rücklaufleitung 39 mit einem Niederdruckspeicher 33 in Verbindung. In die Rück­ laufleitung 39 ist ein Auslaßventil 40 eingefügt, daß norma­ lerweise gesperrt ist und in eine Offenstellung schaltbar ist.

Um auch die Rückförderpumpe 30 wirkungslos stellen zu kön­ nen, ist eine Bypassleitung 34 mit einem Sperrventil 35 vor­ gesehen, wobei das Sperrventil 35 über eine Steuerleitung 36 an den Hauptzylinder anschließt.

Natürlich kann auch für die Rückförderpumpe 30 eines der schon beschriebenen Systeme zur Wirkungslosstellung einer Pumpe herangezogen werden.

Das Rad 1 ist mit einem Sensor (nicht dargestellt) versehen, der das Drehverhalten des Rades erfassen kann. Ein- und Aus­ laßventile sind elektromagnetisch betätigbar. Die Sensor­ signale werden an eine Auswerteelektronik (nicht darge­ stellt) zugeführt, die Betätigungssignale für die Ein- und Auslaßventile erzeugt.

Je nachdem ob diese geöffnet oder geschlossen sind, kann der Druck in der Radbremse erhöht oder erniedrigt werden. Es ist damit möglich, den Druck so einzustellen, daß das Rad brem­ send in einem optimalen Schlupfbereich läuft, der es ermög­ licht, daß zusätzlich zu den bremsenden Längskräften, Sei­ tenführungskräfte übertragen werden können.

Die dazu notwendigen Regelalgorithmen und andere hydrauli­ sche Schaltungen die ebenfalls eingesetzt werden können, sind in ausreichendem Maße beschrieben, und brauchen an die­ ser Stelle nicht näher erläutert zu werden.

Die Fig. 4 zeigt eine typische Zweikreisbremsanlage für ein vierrädiges Fahrzeug. Es ist ein Tandemhauptzylinder 50 mit einem Vorratsbehälter 51 vorgesehen, der über ein Pedal 52 betätigt wird. Der Hauptzylinder 50 enthält zwei Arbeitskam­ mern, an denen die beiden Bremsleitungen 53, 54 angeschlos­ sen sind. Die beiden Kreise sind hydraulisch voneinander ge­ trennt, so daß ein Zweikreissystem vorliegt. Jede Bremslei­ tung 53, 54 verzweigt (Zweigleitungen 53′, 53′′, 54′, 54′′), wobei jede Zweigleitung zu je einem Fahrzeugrad führt. In jeder Zweigleitung ist eine Einrichtung zum Abbremsen des Rades vorgesehen, wie sie in den Fig. 1 bis 3 beschrieben ist.

Das Bremssystem der Fig. 5 weist die Besonderheit auf, daß mit einer Einrichtung, gemäß der Fig. 1 bis 3 je zwei Rä­ der 60, 61 abgebremst werden. Allerdings ist nur ein Rad 60 über eine entsprechende Verbindungswelle mit der Verstärker­ pumpe verbunden.

In Fig. 6 ist ebenfalls eine Zweikreisbremsanlage darge­ stellt, mit sich verzweigenden Bremsleitungen 53, 54, wobei allerdings in nur jeweils einer Zweigleitung eine entspre­ chende Einrichtung nach Fig. 1 bis 3 vorgesehen ist. Das heißt, die andere Zweigleitung ist unmittelbar mit der Reib­ bremse verbunden, so daß hier keine Verstärkung des Hauptzy­ linderdrucks vorliegt.

Eine derartige Anordnung bietet sich bei einer sogenannten Diagonalaufteilung an, wobei die Radbremsen der Hinterräder (HL, HR) unmittelbar mit dem Hauptzylinder verbunden sind, während die Radbremsen der Vorderräder (VR, VL) über ein Verstärkungssystem 55 verfügen.

Bezugszeichenliste

 1 Rad
 2 Reibbremse
 3 Pumpe
 4 Verbindungswelle
 5 Verstärkerkolben
 6 Druckraum
 7 Verstärkerraum
 8 Bremsleitung
 9 Rückstellfeder
10 Regelventil
11 Schaft
12 Kolben
13 Verbindungsleitung
14 Druckseite der Pumpe
15 Saugseite der Pumpe
16 Saugleitung
17 Bypassleitung
18 Sperrventil
19 Steuerleitung
20 Verstelleinheit
21 Kupplung
22 sperrbares Saugventil
30 Rückförderpumpe
31 Saugseite
32 Druckseite
33 Niederdruckspeicher
34 Bypassleitung
35 Sperrventil
36 Steuerleitung
37 Einlaßventil
38 Rückschlagventil
39 Rücklaufleitung
40 Auslaßventil
50 Tandemhauptzylinder
51 Vorratsbehälter
52 Pedal
53 erste Bremsleitung
54 zweite Bremsleitung
55 Verstärkereinheit
60 erstes Rad
61 zweites Rad

Claims (8)

1. Einrichtung zum Abbremsen eines in Drehbewegung versetz­ baren Teils (1), insbesondere eines Fahrzeugrads, beste­ hend aus

• - einer Pumpe (3), deren Antrieb mit dem Teil (1) ge­ koppelt ist,
• - einer Reibbremse (2), die auf das Teil (1) einwirkt,
• - wobei der von der Pumpe (3) erzeugte Druck als Be­ tätigungsdruck auf die Reibbremse (2) geleitet wer­ den kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Regelventil (10) vorgesehen ist, das zwei Schaltstellungen aufweist und willkürlich betä­ tigbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung die Druck­ seite (14) der Pumpe (3) gesperrt ist und in der zweiten Schaltstellung diese mit dem hydraulischen Betätigungs­ kreis der Reibbremse (2) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Betätigungskreis ein Verstär­ kerkolben (10) vorgesehen ist, der in einer Bohrung zwei Kammern begrenzt, wobei mit seiner einen Stirnseite einen Druckraum (6) begrenzt, der mit der Reibbremse (2) ver­ bunden ist und mit seiner anderen Stirnseite einen Ver­ stärkerraum (7) begrenzt, der über das Regelventil (10) mit der Druckseite (14) der Pumpe (3) verbindbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (17, 18, 20, 21, 22) vorgesehen ist, die die Pumpe (3) wir­ kungslos stellt, wenn keine Abbremsung beabsichtigt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Hauptzylinder vorgesehen ist, der hydraulisch auf das Regelventil (5) einwirkt, wobei bei angelegtem Hauptzylinderdruck das Regelventil (10) von der ersten in die zweite Schaltstellung schaltet.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerelement des Regelventils (10) am Verstärkerkolben (10) abstützbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung mit einem Regelkreis versehen ist, der eine Rückförderpumpe (30) aufweist, wo­ bei der Regelkreis mittels Ein- und Auslaßventilen (37, 40) in Abhängigkeit von Radsensorsignalen gesteuert ist, und daß die Rückförderpumpe (30) mit der Verstärkerpumpe (3) gekoppelt ist.

8. Bremsanlage mit einer oder mehreren Einrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, wobei zu einer Einrichtung mindestens zwei Räder gehören, wobei nur ein Rad über eine Verbin­ dungswelle (4) mit der Verstärkerpumpe (3) verbunden ist.