DE4228947C2 - Druckmodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmodulator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus den Druckschriften DE 35 30 286 A1, DE 39 16 650 A1, DE 36 08 573 A1 und DE 42 14 622 A1 der Anmelderin sind Druckmodulatoren nach dem Plungerprinzip bekannt, bei denen zum Druckabbau der Plunger aktiv über eine Magnetkupplung und Aufwickeln eines flexiblen Zuggliedes zum Teil unter Zwischenschaltung von Hebelgetrieben, Umlenkrollen oder Kombinationen derselben gegen die Kraft eines Federpakets bewegt wird. Der Druckaufbau wird hierbei über das Federpaket gewährleistet und je nach Erfordernis durch oben genannten Antrieb gebremst.

Nachteilig ist bei diesen Lösungen, daß an die Magnetkupplung zur Gewährleistung der erforderlichen Regelgüte sehr hohe Anforderungen gestellt werden müssen. Dies betrifft insbesondere das Reibungsverhalten (Haft-/Gleitreibung), das Ansprechverhalten, das Verschleißverhalten, das Klimaverhalten, das thermische Verhalten, die Medienverträglichkeit, die Langzeitstabilität, die Korrosionsbeständigkeit, sowie die Verschmutzungsunempfindlichkeit und so weiter.

Um die oben genannten Funktionen zu gewährleisten, ist eine relativ aufwendige Konstruktion, verbunden mit zahlreichen flankierenden Schutzmaßnahmen, sowie eine ausgefeilte und selbstadaptierende Lageregelung notwendig.

Aus der DE 24 27 238 A1 und der EP 0 395 225 A2 ist es weiterhin bekannt, einen Hydraulikkolben über eine Kurvenscheibe zu steuern, die elektromotorisch angetrieben wird.

Bei dieser Ausführung ist jedoch nachteilig, daß der Hydraulikkolben in beide Wirkrichtungen ausschließlich aktiv über den Antrieb bewegbar ist. Aufgrund der unvermeidbaren Trägheit des Antriebssystems ist es hier nicht möglich, den Hydraulikkolben so feinfühlig und schnell zu bewegen, wie es eine effiziente Antiblockierregelung erfordert.

Besonders der Übergang von Druckabbau zu Druckhalten bzw. Druckaufbau ist aus den obengenannten Gründen nur mit entsprechender Verzögerung bzw. Überregelungszuständen möglich, was sich nachteilig auf den Bremsweg auswirkt.

Nachdem kein passives Rückstellglied vorhanden ist, bedeutet in der vorgeschlagenen Anordnung ein Ausfall des Antriebsmotors, von dessen Energieversorgung oder Ansteuerung während einer ABS-Bremsung den Totalausfall des Bremssystems.

Schließlich offenbart die gattungsbildende DE 35 30 280 A1 einen Druckmodulator für Antiblockierregelsysteme, der einen Druckentlastungskolben hat, welcher einen Ausgleichsraum begrenzt und mittels einer Druckfeder über ein Kurvenscheibengetriebe gegen den im Betrieb im Ausgleichsraum anstehenden Bremsdruck vorgespannt ist. Der Druckmodulator weist weiterhin einen Elektromagneten auf, dessen Anker mit der Druckfeder und über das Kurvenscheibengetriebe mit dem Druckentlastungskolben in Wirkverbindung steht und derart ansteuerbar ist, daß er der Kraft der Druckfeder entgegenwirkt, um dem Druckentlastungskolben eine das eingeschlossene Volumen des Ausgleichsraums vergrößernde und damit den Bremsdruck reduzierende Bewegung zu gestatten.

Zwar ist bei diesem Stand der Technik ein passives Rückstellglied in Form der Druckfeder vorhanden, jedoch baut dieser Druckmodulator relativ groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesen Stand der Technik dahingehend weiterzubilden, daß der Druckmodulator hinsichtlich seines Bauvolumens optimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß sind der Plungerkolben und die Rückstellfeder koaxial angeordnet, wobei der Elektroantrieb im Betrieb über das Kurvenscheibengetriebe mit gegenläufigen Einwirkrichtungen und -kräften auf den Plungerkolben und die Rückstellfeder einwirkt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Ein Prinzipbild des Erfindungsgegenstands zeigt Fig. 1. Der Druckmodulator 1 ist im Bremskreis zwischen Hauptzylinder 2 und Radbremse 3 angeordnet. Im Normalfall ist ein Rückschlagventil 4 über einen Stift 5 am federvorgespannten Plungerkolben 6 offengehalten, so daß ein ungehinderter Flüssigkeitsdurchtritt vom Hauptzylinder 2 zur Radbremse 3 gegeben ist. Die Federvorspannung bezogen auf den Plungerkolben 6 ist so gewählt, daß sie der Druckkraft des höchsten vorkommenden Bremsdrucks entspricht. Zur Bewegung des Plungerkolbens 6 zum Zwecke des Druckabbaus ist ein Elektroantrieb in Form eines Antriebsmotors 7 vorgesehen.

Federkraft, Druckkraft auf den Plungerkolben 6 und Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors 7 wirken über ein Getriebe 8 in folgender Weise zusammen:

• 1. Überwiegt die Summe aus Druckkraft und Drehmoment die Federkraft, bewegt sich der Plungerkolben 6 nach unten.
• 2. Stehen Federkraft und Summe aus Druckkraft und Drehmoment im Gleichgewicht, so bleibt das System in Ruhe.
• 3. Überwiegt die Federkraft die Summe aus Druckkraft und Drehmoment, bewegt sich der Plungerkolben 6 nach oben.

Aus diesem Zusammenhang wird ersichtlich, daß der Antriebsmotor 7 nur die Differenz zwischen dem Auslegungsdruck (auf den die Feder vorgespannt ist) und dem aktuellen Bremsdruck aufbringen muß.

Im Regelfall treibt der Antriebsmotor 7 über ein Getriebe 8 eine Welle 9 an. Auf der Welle 9 sind drei Kurvenscheiben 10, 11, 12 drehfest angeordnet, wobei die beiden äußeren Kurvenscheiben 10, 12 über zwei Rollen 13, 14 und einen Federteller 15 mit einem als Rückstellfeder wirkenden vorgespannten Druckfederpaket 16, und die mittlere Kurvenscheibe 11 über eine Rolle 17 mit dem Plungerkolben 6 in Wirkverbindung stehen.

Wird die Welle 9 durch den Antriebsmotor 7 in Druckabbaurichtung gedreht, wird das Federpaket 16 über die ansteigende Kontur der beiden äußeren Kurvenscheiben 10, 12 weiter vorgespannt, während die mittlere Kurvenscheibe 11 aufgrund ihrer abfallenden Kontur einen Weg freigibt, so daß der auf dem Plungerkolben 6 lastende Druck diesen nach unten verschiebt. Zu Beginn der Bewegung wird dabei zunächst das Rückschlagventil 4 oberhalb des Plungerkolbens 6 geschlossen. Dadurch wird der Hauptzylinder 2 von der Radbremse 3 getrennt. Im weiteren Verlauf der Bewegung wird das zuvor vom Hauptzylinder 2 in die Radbremse 3 eingespeiste Volumen zunehmend durch das durch die Kolbenbewegung entstehende Zusatzvolumen aufgenommen, wodurch der Bremsdruck absinkt.

Der Druckaufbau geschieht über das vorgespannte Druckfederpaket 16. Die Federkraft erzeugt über die Kurvenscheiben 10, 12 ein Drehmoment an der Welle 9, wodurch sich diese entgegen der Druckabbaurichtung dreht. Durch die Drehung wird über die mittlere Kurvenscheibe 11 der Plungerkolben 6 nach oben geschoben und der Druck aufgebaut. Der Antriebsmotor 7 wird dabei mitgedreht, da er starr mit der Welle 9 verbunden ist.

Die Konturen der Kurvenscheiben 10, 11, 12 und die Anordnung der Rollen 13, 14, 17 sind so gewählt, daß sie zusammen ein stufenloses Getriebe mit variabler Übersetzung zwischen Feuerpaket 16 und Plungerkolben 6 darstellen. Dadurch wird die über der Einfederung zwangsläufig ansteigende Federkraft bezogen auf den Plungerkolben 6 in eine abfallende Kennlinie gewandelt.

Die Kennlinie ist so gewählt, daß sich eine minimale Überschußkraft zwischen Druckaufbauvermögen über die Feder und der Druck-Volumen-Kennung des angeschlossenen Bremssystems bezogen auf den Plungerkolben 6 ergibt. Dadurch wird die zu installierende Leistung minimiert. Gleichzeitig wird erreicht, daß das notwendige Wellenmoment über dem Drehwinkel in Druckabbaurichtung leicht ansteigt, was die eindeutige Regelbarkeit gewährleistet. Vorteilhaft ist diesbezüglich weiterhin, daß das Getriebe mit sehr gutem Wirkungsgrad und geringerer Hysterese arbeitet, da ausschließlich rollende Reibung auftritt.

Die Getriebekennung zeigt Fig. 2 qualitativ.

Parallel zum Federteller 15 ist ein Wegsensor 18 vorgesehen. Durch die bekannte Getriebekennung läßt sich damit jederzeit die aktuelle Plungerkolbenstellung ermitteln. Nachdem auch die Verbraucherkennung des angeschlossenen Bremssystems in erster Näherung bekannt ist, läßt sich damit je nach Auswerteverfahren eine relative oder absolute Druckaussage gewinnen, die für eine effiziente ABS-Regelung vorteilhaft ist.

Der Wegsensor 18 und der Antriebsmotor 7 sind in einen Lageregelkreis eingebunden. Die Bestromung des Antriebsmotors 7 wird damit immer optimal gemäß den Erfordernissen der Plungerkolbenbewegung geregelt.

Die Ansteuerung des Antriebsmotors 7 ist so ausgelegt, daß sie in der Lage ist, den Antriebsmotor 7 im Bedarfsfall kurzzeitig umzupolen und damit Brems- und Beschleunigungsvorgänge des Druckmodulators 1 zeitlich zu minimieren.

Im Druckabbaufall wird der Antriebsmotor 7 zunächst voll bestromt, um den Plungerkolben 6 möglichst rasch auf die optimale Druckabbaugeschwindigkeit zu bringen. Danach wird die Bestromung soweit gedrosselt, daß sich ein Druckverlauf ergibt, wie es die Schlupfverhältnisse am Rad erfordern.

Stellt die Elektronik 19 in bekannter Weise fest, daß sich die Radgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit wieder annähert, wird die Bestromung des Antriebsmotors 7 je nach Erfordernis gedrosselt, abgeschaltet oder kurzzeitig umgepolt, wodurch sich eine entsprechende Änderung der Plungerkolbenbewegung und damit des Bremsdrucks (z. B. Verringerung des Druckabbaugradienten, Druckhalten oder Druckaufbau) in der Radbremse 3 ergibt.

Die Regelung erfolgt vorzugsweise gemäß der in der Druckschrift DE 39 16 513 A1 offenbarten Lehre.

Plungerkolben 6 und Federpaket 16 sind koaxial angeordnet. Ein besonderer Bauraumvorteil bei der vorgeschlagenen Lösung im Vergleich zum Stand der Technik kommt dadurch zustande, daß bedingt durch das oben beschriebene Kurvenscheibengetriebe Plungerkolben- und Federbewegung gegenläufig sind. Dadurch können die notwendigen Führungslängen und Freiräume für die Bewegung doppelt genutzt werden und führen zu einer kompakten Baugröße.

Hinzu kommt, daß das Kurvenscheibengetriebe sehr klein baut. Kostenvorteile ergeben sich dadurch, daß weder Magnetkupplungen, noch relativ teure flexible Zugglieder (Flyerketten) und deren Führung notwendig sind. Die Kurvenscheiben 10, 11, 12 sind so gestaltet, daß sie als Feinschneidteil ohne zusätzliche Nacharbeit herstellbar sind. Die Rollen 13, 14, 17 sind Standardteile. Für mehrere Regelkanäle werden mehrere Geräte der oben beschriebenen Bauart kombiniert.

Wie bereits beschrieben, wird die Bremsdruckmodulation durch Verschiebung eines Plungerkolbens 6 bewerkstelligt. Es handelt sich daher um ein geschlossenes hydraulisches System, aus dem keine Flüssigkeit entnommen wird.

Es entfallen daher die Ausfallmöglichkeiten durch undichte Ventile usw., die bei anderen Antiblockiersystemen gegeben sind. Die dynamische Abdichtung des Plungerkolbens 6 ist mit der Dichtfunktion eines Hauptzylinderkolbens vergleichbar, so daß hier auf einen langjährigen Erfahrungsschatz verwiesen werden kann, der diese Form der Abdichtung als zuverlässig ausweist.

Nachdem der Druckaufbau passiv über das Federpaket 16 erfolgt, ist bei Ausfall beispielsweise der Ansteuerung (Elektronik 19), des Antriebsmotors 7 oder der Stromversorgung etc. immer sichergestellt, daß die normale Fahrzeugbremse betriebsbereit ist. Sollte eine Feder des Federpakets 16 brechen, so übernimmt die verbleibende Feder immer noch einen Teil der Vorspannkraft und gewährleistet damit immerhin eine Restbremswirkung.

Claims (1)

1. Druckmodulator (1) für Antiblockierregelsysteme, mit einem einen Druckraum begrenzenden Plungelkolben (6), der mittels einer Rückstellfeder (16) über ein Kurvenscheibengetriebe (10, 11, 12) gegen den im Betrieb im Druckraum anstehenden Bremsdruck vorgespannt ist, und einem Elektroantrieb (7), welcher mit der Rückstellfeder (16) und über das Kurvenscheibengetriebe (10, 11, 12) mit dem Plungerkolben (6) in Wirkverbindung steht und derart ansteuerbar ist, daß er der Kraft der Rückstellfeder (16) entgegenwirkt, um dem Plungerkolben (6) eine das eingeschlossene Volumen des Druckraums vergrößernde und damit den Bremsdruck reduzierende Bewegung zu gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß der Plungerkolben (6) und die Rückstellfeder (16) koaxial angeordnet sind, wobei der Elektroantrieb (7) im Betrieb über das Kurvenscheibengetriebe (10, 11, 12) mit gegenläufigen Einwirkrichtungen und -kräften auf den Plungerkolben (6) und die Rückstellfeder (16) einwirkt.