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Die
Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet von Bremsanlagen
für sämtliche
Fahrzeugtypen wie PKWs, Motorräder,
Flugzeuge...
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Eines
der wichtigen Teile einer Bremsanlage ist der Hauptzylinder, der
mit den Scheibenbremsen oder Trommelbremsen hydraulisch verbunden
ist und je nach der Art des jeweiligen Fahrzeuges an ein mit der
Hand oder den Füßen zu betätigendes
Betätigungselement
oder mehrere mit der Hand oder den Füßen zu betätigende Betätigungselemente angeschlossen
ist.
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Somit
besitzt der Hauptbremszylinder einen Zylinder, der mit dem Bremskreis
hydraulisch verbunden und an einen Teil des Fahrzeuges angeschlossen
ist. Der Zylinder nimmt einen Kolben auf, der mit einem Betätigungselement
verbunden ist, das wiederum an einen Teil des Fahrzeuges angelenkt
ist. Dieser Stand der Technik ist in dem amerikanischen Patent
US 5,050,381 veranschaulicht,
das in der Präambel
von Anspruch 1 wiedergegeben ist.
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Der
Bremsvorgang hat die Verzögerung
des Fahrzeuges, gefolgt vom vollständigen Stillstand des Fahrzeuges
oder nicht, zum Ziel. Insbesondere ist es wichtig erschienen, dass
man die jeweilige Verzögerung
beispielsweise im Hinblick auf das Abbremsen des Fahrzeuges dosieren
kann, das erforderlich ist, wenn man in eine Kurve fährt. Diese
Dosierung resultiert im wesentlichen aus der Kraftausübung auf
ein Bremsbetätigungselement
(Hebel oder Pedal). Daraus ergibt sich eine Reaktion, bei der es
sich um den Wert der Verzögerung
handelt, der von dem Fahrer auf unterschiedliche Art und Weise empfunden
werden kann. In Wirklichkeit ist dieser Wert der Verzögerung sehr
schwer einzuschätzen.
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Dieser
Wert der Verzögerung
kann beispielsweise direkt durch eine Empfindung des Phänomens der
horizontalen Beschleunigung im Körper
des Fahrers oder direkt wahrgenommen werden durch Integration der
Verringerung der Geschwindigkeit, die durch das Vorbeiziehen der
Landschaft wahrgenommen wird, oder indirekt durch Einschätzen der
Veränderung
der Ausrichtung des jeweiligen Fahrzeuges aufgrund der horizontalen
Komponente der Beschleunigung, wobei das Fahrzeug dazu tendiert, sich
nach vorne zu neigen. Diese Reaktion ist die, die bei der Dosierung
der Bremsen am häufigsten
verwendet wird, doch sie ist mit Fehlern behaftet. Denn bei gleicher
Verzögerung
variiert die Neigung des Fahrzeuges in Abhängigkeit von seiner Beladung, der
Einstellung der Aufhängung
und weiteren Phänomenen.
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Um
die gewünschte
Verzögerung
zu erhalten, betätigt
der Fahrer die Bremse und ruft damit eine Reaktion seines Fahrzeuges
hervor. Um die gewünschte
Reaktion zu erhalten, muss der Fahrer die Betätigung der Bremse mehrmals
verändern,
um die gewünschte
Verzögerung
zu erreichen. Man erreicht das Ergebnis also nicht sofort. Folglich
kann es sein, dass man aufgrund dieser Reaktionszeit mehrere Meter
auf einem Bremsweg verliert.
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Wenn
der Fahrer erfahren genug ist und sein Fahrzeug gut kennt, bestimmt
er aufgrund seiner Erfahrungen die exakte Kraft, die er auf das
Betätigungselement
anwenden muss, um die gewünschte Verzögerung zu
erhalten. In diesem Fall erhält
man das Ergebnis unmittelbar, doch die Befehlskette muss zuverlässig sein,
andernfalls wird das Ergebnis nicht so sein, wie es vom Fahrer erwartet
wurde.
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Daraus
ergibt sich, dass der Fahrer also entweder lernen muss, wie er die
Bremsanlage zu verwenden hat, oder den Weg und die Kraft, die auf
die Bremse ausgeübt
werden müssen,
um die gewünschte
Verzögerung
zu erreichen, in Versuchen bestimmen muss. Dieser Lernprozess erfolgt
unbewusst und auf natürlichem Weg.
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Die
ideale Bremsung besteht also darin, eine vollständig lineare Verbindung zwischen
dem Weg des Betätigungselementes
und der Verzögerung
und zwischen der Kraft, die auf das Betätigungselement ausgeübt wird,
und der Verzögerung
zu haben.
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Seit
einigen Jahren wurden auf diesem Gebiet der Bremsvorgänge große technische
Fortschritte erzielt.
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Dagegen
wurde keine bedeutende technische Verbesserung in Bezug auf den
Hauptzylinder erreicht. Das Problem bei einem Hauptzylinder, der als
ideal angesehen wird, besteht darin, dass man die Kraft, die auf
das Betätigungselement
ausgeübt wird,
in dem Bremskreis proportional zum Druckanstieg und zum Loslassen
des Betätigungselementes in
Druck umwandeln kann.
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In
der Praxis wird eine präzise
Dosierung der Bremsung durch das Auftreten von Reibung, insbesondere
im Bereich der Gelenke, der Gelenkverbindungen an den Gleitlagern,
der Kolben in der Zylinderbohrung ..., weitgehend beeinträchtigt.
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Es
wird auf die 1 und 2 Bezug
genommen, die die Hysteresekurve zeigen, welche sich aus Messungen
ergibt, die auf einem Prüfstand durchgeführt wurden,
und die den Hauptzylindern herkömmlicher
Konstruktion entsprechen, welche in Motorrädern mit großem Hubraum
eingebaut sind.
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1 entspricht
einem radialen Hauptzylinder, während 2 einem
axialen Hauptzylinder entspricht.
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Die
Kurve in durchgezogener Linie entspricht dem gemessenen Druck, während die
Kurve in gestrichelter Linie dem theoretischen Druck entspricht.
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In
diesen Kurven sind auf der X-Achse verschiedene Kräfte in daN
angegeben, die auf den Hebel ausgeübt werden, während auf
der Y-Achse der ausgeübte
Druck in bar angegeben ist.
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Wenn
man einen Druck von 15 bar betrachtet, der ungefähr einer Verzögerung von
0,7 G entspricht, zeigt die Hysteresekurve, dass die Zuverlässigkeit
des Kräfte-/Druck-Paares
durch die inneren Reibungen stark beeinträchtigt wird. Bei den beiden beurteilten
Modellen kann der Fehler zwischen der auf den Hebel ausgeübten Kraft
und dem Druckanstieg und dem Druckabfall im Falle des axialen Hauptzylinders
offenbar bis 43 % gehen und im Falle des radialen Hauptzylinders
offenbar bis 57 % gehen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Verschiebung zu Beginn des Weges
einer Rückholfeder des
Kolbens des Hauptzylinders entspricht, die erforderlich ist, um
die rückläufigen Reibungen
zu bekämpfen.
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Diese
Kurven zeigen, dass der Fahrzeugführer die Verzögerung nicht
präzise
einstellen kann. Vor allem kann er den Druck in dem Kreis nicht
verringern, da er die Kraft deutlich verringern muss, um den Druck
auch nur ein wenig zu senken.
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Aufgrund
dieser Probleme müssen
die Rennfahrer mit dem Bremshebel oder mit dem Bremspedal pumpen,
um sich weiterhin auf die Druckanstiegskurve stützen zu können, so dass die Druckabfallkurve
niemals verwendet wird. Diese sogenannte Pumptechnik besteht darin,
dass eine Kraft auf den Bremshebel oder das Bremspedal ausgeübt wird
und dass diese Kraft dann sukzessive und kontinuierlich sofort wieder
losgelassen wird.
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Es
ist klar, dass diese Steuerungstechnik dem normalen Fahrer nicht
zugänglich
ist, der von einer ständig
unterschiedlichen Verzögerung überrascht
sein wird, während
dieselbe Kraft auf den Bremshebel oder das Bremspedal ausgeübt wird.
Es ist also schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die Bremsung wahrzunehmen
und richtig zu dosieren.
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Diese
Nichtbeherrschung der Bremsung führt
unweigerlich zu ungeeigneten Verzögerungen, die schädliche Konsequenzen
haben können,
da sie die Tendenz haben, den Bremsweg zu verlängern, auch wenn das Fahrzeug
mit einem Antiblockiersystem für
die Räder
ausgestattet ist.
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Nachdem
das Problem nun klar dargelegt worden ist und um die vorgenannten
Nachteile zu beseitigen, erscheint es nun erforderlich, die direkten oder
indirekten Reibungen im Bereich des Hauptzylinders beseitigen oder
zumindest deutlich verringern zu können.
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Nachdem
das Problem nun dargelegt worden ist, wurde eine Vorrichtung zur
Dosierung der Fahrzeugverzögerung
bei einer Kraft, die auf ein Betätigungselement
eines Hauptbremszylinders ausgeübt
wird, gemäß den Merkmalen
von Anspruch 1 konzipiert und entwickelt. Daraus ergibt sich, dass
die Kräfte,
die von dem Betätigungselement
auf den Kolben ausgeübt
werden, sich immer noch in der Achse des Zylinders befinden, damit
sie keiner Radialkraft ausgesetzt sind, so dass die Axialkraft in
dem Kreis vollständig
in Druck umgewandelt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend im Detail anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 und 2 die
Hysteresekurven, die man im Fall der Hauptzylinder gemäß dem Stand
der Technik erhält.
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3 die
Hysteresekurve, die man im Fall des Hauptzylinders gemäß den Merkmalen
der Erfindung erhält.
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4, 5 und 6 schematische Schnittansichten,
die die pendelnde Montage des Hauptzylinders gemäß den Merkmalen der Erfindung zeigen,
und zwar in dem Fall, in dem der Kolben durch einen angelenkten
Hebel bedient wird (beispielsweise bei einem Motorrad); in 4 wird
keine Kraft auf den Hebel ausgeübt;
in 5 wird eine Zwischenkraft auf den Hebel ausgeübt; in 6 wird eine
maximale Kraft auf den Hebel ausgeübt.
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7 eine
Ansicht wie in den 4, 5 und 6 veranschaulicht
und in dem Fall, wo der Kolben mit einem Pedal verbunden ist (insbesondere bei
einem PKW).
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8 einen
Querschnitt entlang der Linie 8.8 von 6.
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9 einen
Querschnitt entlang der Linie 9.9 von 6.
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Der
Hauptzylinder besitzt einen Zylinder (1), in dessen Innerem
ein Kolben (2) koaxial montiert ist. Der Zylinder (1)
ist mit Hilfe eines beliebigen bekannten und geeigneten Elementes
mit der Hydraulikbremsanlage als solcher verbunden. Der Kolben (2) besitzt
Hohlkehlen (2a) und (2b) oder andere Anordnungen,
die Dichtungswulste (3) aufnehmen können. Die eventuelle Rückholfeder
oder ein weiterer Kolben (2) sind nicht dargestellt.
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Nach
einem Merkmal, das der Erfindung zugrundeliegt, wurde eine Vorrichtung
zur Dosierung der Verzögerung
konzipiert, während
eine Kraft auf ein Betätigungselement
(7) eines Hauptzylinders ausgeübt wird, derzufolge das Ende
(1a) des Zylinders (1), das gegenüber dem
anderen Ende angeordnet ist, von dem aus der Kolben (2)
vorsteht, pendelnd an einem Teil des Fahrzeuges, wie einem Gehäuse (4)
oder ähnlichem – je nach
Art des betreffenden Fahrzeuges – angelenkt ist. Die pendelnde
Montage des Zylinders (1) gegenüber dem Stützelement (4) erfolgt
beispielsweise mittels einer Achse (5), die in Verbindung
mit einer Rolle (6) montiert ist. Das Ende (1a) bildet
eine abgerundete Nase, die zwischen zwei Schenkeln eines Gabelgelenks
montiert ist, der sich an einem Teil des Stützelementes (4) befindet.
Die Einheit bestehend aus der Achse (5) mit ihrer Rolle
(6) ist quer montiert, um die pendelnde Verbindung der
Nase (1a) in dem Gabelgelenk des Stützelementes (4) zu
gewährleisten.
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Nach
demselben Prinzip ist die Stange (2c) des Kolbens (2)
an einen entsprechenden Teil eines Betätigungselementes (7)
angelenkt, das im Falle eines Motorrades (4, 5 und 6)
aus einem Hebel oder im Falle eines PKWs (7) aus einem Pedal
bestehe kann. Wie bei dem Zylinder (1), erfolgt die angelenkte
Montage des Kolbens (2) gegenüber dem Betätigungselement (7)
mittels einer Achse (8) in Verbindung mit einer Rolle (9).
Das Betätigungselement
(7) wird seinerseits an einem feststehenden Teil des betreffenden
Fahrzeuges mittels einer Achse (10) in Verbindung mit einer
Rolle (11) betätigt.
Die angelenkte Montage des Kolbens (2) gegenüber dem Betätigungselement
(7) und des Betätigungselementes
(7) gegenüber
dem Teil des Fahrzeuges kann auf dieselbe Art und Weise erfolgen,
wie für
den Zylinder (1), und zwar durch Anordnungen in Form eines
Gabelgelenks.
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Angesichts
dieser Anordnungen und wie insbesondere in den 4, 5 und 6 zu
sehen ist, wird die Kraft, die durch den Hebel (7) (oder
das Pedal) auf den Kolben (2) ausgeübt wird, koaxial auf den Zylinder übertragen,
damit der Kolben keiner Radialkraft ausgesetzt ist. Daraus ergibt
sich, dass die Axialkraft in dem Hydraulikkreis vollständig in
Druck umgewandelt wird. Diese pendelnde Montage, insbesondere des
Zylinders, ermöglicht
es also, die Reibungen zu beseitigen und – wie in 3 zu
sehen ist – eine
Hysteresekurve zu erhalten, bei der im Vergleich zum Stand der Technik
der Dosierfehler nur noch nahezu 14 % beträgt.
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Versuche
haben somit gezeigt, dass es gemäß den Merkmalen
der Erfindung genügt,
eine Kraft von ungefähr
6,2 daN auszuüben, um
15 bar zu erhalten, während
es nach dem Stand der Technik mit den Hauptzylindern erforderlich
ist, eine Kraft von ungefähr
7,8 daN auszuüben,
um denselben Druck von 15 bar zu erreichen.
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Angesichts
dieser Merkmale ergibt sich daraus außerdem für den Nutzer ein weitaus größerer Informationsrücklauf (was
für einen
Motorradfahrer sehr wichtig ist) als bei einem Hauptzylinder im
Stand der Technik. Denn die Reibung Bremsbacken – Scheiben erzeugt nämlich leichte
Vibrationen, die über
die Bremsflüssigkeit
wieder zu dem Hauptzylinder zurückübertragen
werden.
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Im
Stand der Technik werden diese Vibrationen durch die Gleitbewegung
des Kolbens abgefangen, während
solche Vibrationen im Bereich des Hebels in Anbetracht der Merkmale
der Erfindung direkt zurückübertragen
werden. Der Fahrer kann somit die Wirksamkeit der Bremsen sofort
und präzise
verspüren
und auch spüren,
wenn die Reibung Bremsbacken – Scheiben
gestört
ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass im Falle eines Motorrades die Steuerung
des Hauptzylinders mittels einer Kippvorrichtung erfolgen kann,
die eventuell ein System zur Abstandsregelung des Hebels besitzt,
so dass man den Hauptzylinder jeder Handgröße anpassen kann.
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Die
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung.