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Die
vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich eine Bremsvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug und ein Bremssystem, das eine derartige Vorrichtung
aufweist.
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Kraftfahrzeugbremsvorrichtungen
des bekannten Typs weisen ein Reibelement auf, das Bremsklotz genannt
wird und unter der Wirkung eines Kolbens an eine Bremsscheibe in
Anlage gelangen kann, welche drehfest mit einem Rad des Fahrzeugs
verbunden ist.
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Der
Kolben berührt
entlang einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Ebene der
Bremsscheibe ist, eine hintere Fläche des Bremsklotzes.
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Der
Kolben wird z.B. mittels eines unter Druck stehenden Hydraulikfluids
oder eines Elektromotors in Richtung Bremsscheibe verlagert.
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Die
WO 98/14715 beschreibt eine elektrische Scheibenbremse mit einem
Elektromotor, der einen Kolben in Richtung eines Bremsklotzes verlagert
und den Bremsklotz bei einem Bremsbefehl gegen eine Bremsscheibe
drückt.
Die Anlageebene zwischen dem Kolben und dem Bremsklotz bildet mit der
Ebene, die die Bremsscheibe enthält,
entlang eines Radius der Bremsscheibe einen Winkel, der ungleich
Null ist, so dass die Neigung der Anlageebene bei einer Vorwärtsbewegung
des Kraftfahrzeugs zur Drehrichtung der Bremsscheibe ausgerichtet
ist.
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Bei
einer Bremsung, wenn der Bremsklotz gegen die Bremsscheibe gedrückt ist,
wird die von dem Elektromotor erzeugte Bremskraft somit durch eine
Klemmwirkung verstärkt,
die auf den Bremsklotz zwischen der Bremsscheibe und dem Kolben
ausgeübt
wird, wobei somit eine Bremsunterstützung erzeugt wird. Die Klemmwirkung
entsteht durch das Drehmoment, das aufgrund der Drehung der Scheibe von
der Scheibe auf den Bremsklotz ausgeübt wird, wobei der Bremsklotz
dann zwischen der Scheibe und der Kolbenfläche geklemmt ist, die an der
abgeschrägten
Fläche
des Bremsklotzes anliegt.
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Die
auf dem Gebiet der Bremsen wohl bekannte Klemmwirkung ermöglicht es,
die auf den Kolben aufgebrachte Bremskraft sehr stark zu erhöhen, doch
bei diesem Phänomen
besteht die Gefahr, dass das Rad blockiert wird, was für die Fahrzeugstabilität nachteilig
ist. Darüber
hinaus ist diese Verstärkung für geringe
Bremsgrade nicht erforderlich, doch bei der in der WO 98/14715 beschriebenen
Ausführungsform
ist diese Verstärkung
bei jeder Bremsung vorhanden.
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Eine
weitere Strombremse mit Verstärkung durch
Klemmwirkung ist in der
DE 10046177 beschrieben.
Das Verstärkungsverhältnis dieser
Bremse ist einstellbar.
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Folglich
besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine wirksame
und sichere Bremsvorrichtung zu bieten.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, eine Bremsvorrichtung
zu bieten, mit der eine gesteuerte und einstellbare, insbesondere
eine kontinuierlich einstellbare Verstärkung der durch die Bremssteuerung
erzeugten Bremskraft möglich
ist.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, eine Bremsvorrichtung
zu bieten, die an alle existierenden Bremssysteme ohne besonderen Umbau
dieser Systeme angepasst werden kann, und es zu ermöglichen,
Funktionen zur Kontrolle des Fahrzeugverhaltens mit Hilfe des Bremssystems
einzusetzen.
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Diese
Ziele werden mit einer Bremsvorrichtung mit einem ersten Reibelement
erreicht, welches an ein zweites Element, das drehfest mit dem Fahrzeugrad
verbunden ist, angelegt werden kann durch Anlage eines dritten Elements
an dem ersten Element, wobei die Vorrichtung auch ein Mittel zur
Verstärkung
der durch das dritte Element auf das erste Element mit Hilfe der
Klemmwirkung ausgeübten Bremskraft
aufweist, wobei der Verstärker
ein einstellbares Verstärkungsverhältnis erzeugt.
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Mit
anderen Worten funktioniert der Bremskraftverstärker durch das gesteuerte und
veränderbare
Klemmen des Bremsklotzes zwischen der Bremsscheibe und dem Kolben
aufgrund des Drehmoments, das auf den Bremsklotz ausgeübt wird,
der mit der sich drehenden Bremsscheibe in Berührung gelangt, wobei das Steuern
des Klemmens dadurch erfolgt, dass der Neigungswinkel der Anlagefläche zwischen
dem Kolben und dem Bremsklotz in Bezug auf die Ebene, die die Bremsscheibe
enthält,
variiert wird.
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Unter
Verstärkung
versteht man die Verwendung der kinetischen Energie des Fahrzeugs,
um dieses zu bremsen.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist hauptsächlich eine Bremsvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug mit einem ersten Reibelement, das mit einer ersten
Fläche
an einer ersten Fläche
eines zweiten Elements, welches fest mit einem Rad eines Kraftfahrzeugs
verbunden ist, in Anlage gelangen kann, um dieses zu verlangsamen,
einem dritten Element zum Aufbringen einer Bremskraft, das mit einem
ersten Ende an einer zweiten, der ersten Fläche des ersten Reibelements
entgegengesetzten Fläche
des ersten Reibelements anliegt und das erste Reibelement an das
zweite Element anlegen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
auch ein schwenkbares, verstärkendes
Mittel aufweist, um die Ausrichtung einer neigbaren Ebene, in welcher
das erste Reibelement und das dritte Anlageelement aneinander anliegen,
in Bezug auf eine Ebene, welche die erste Fläche des zweiten Elements enthält, zu verändern.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Bremsvorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass es mit dem verstärkenden
Mittel möglich
ist, die Neigung der Ebene, in welcher das erste Reibelement und
das dritte Anlageelement aneinander anliegen, in Bezug auf die Ebene,
welche die erste Fläche
des zweiten Elements enthält,
kontinuierlich zu verändern.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Mittel ein Bremsklotz
ist, der einen starren Träger
aufweist, welcher die zweite Fläche
und einen Bremsbelag trägt,
der mit der ersten Fläche
versehen ist, welche mit einer ersten Fläche der Bremsscheibe in Berührung gelangen
kann, und dass das dritte Element einen Kolben aufweist, der mit
der ersten Fläche
versehen ist, welche über
das verstärkende
Mittel die zweite Fläche
des starren Trägers
berührt,
sowie einen Generator, der eine Bremskraft auf den Kolben aufbringen
kann.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bremskraftgenerator ein
Hauptzylinder ist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bremskraftgenerator ein
Elektromotor ist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bremskraftgenerator eine
hydraulische Pumpe ist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das verstärkende Mittel ein erstes Teil aufweist,
das im Kolben auf der Seite des ersten Endes des Kolbens drehbar
ist, ein zweites Teil, das im ersten Reibelement auf der Seite der
zweiten Fläche des
ersten Reibelements drehbar ist, und dass das erste und zweite Teil über eine
erste bzw. zweite ebene Fläche
in Anlage sind, wobei die Flächen
parallel zur neigbaren Ebene sind.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Teil im Wesentlichen
die Form eines Halbzylinders besitzt, der in einem halbzylindrischen
Hohlraum angeordnet ist, welcher fest mit dem Kolben verbunden ist,
und dass das zweite Teil im Wesentlichen die Form eines Halbzylinders
besitzt, der in einem halbzylindrischen Hohlraum angeordnet ist,
welcher fest mit dem ersten Reibelement verbunden ist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Teil im Wesentlichen
die Form einer Halbkugel besitzt, die in einem halbkugelförmigen Hohlraum
angeordnet ist, der fest mit dem Kolben verbunden ist, und dass
das zweite Teil im Wesentlichen die Form einer Halbkugel besitzt,
die in einem halbkugelförmigen
Hohlraum angeordnet ist, der fest mit dem ersten Reibelement verbunden
ist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das verstärkende Mittel auch Mittel zur Verringerung
der Reibung zwischen dem ersten bzw. zweiten Teil und dem ersten
bzw. zweiten Hohlraum sowie zwischen der ersten und zweiten Fläche des ersten
bzw. zweiten Teils aufweist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittel zur Verringerung
der Reibung Kugellager sind.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das verstärkende Mittel durch einen Elektromotor
betätigt
wird.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie auch einen Handbremsmechanismus
aufweist, der mit dem verstärkenden
Mittel so zusammenwirkt, dass die neigbare Ebene in Richtung des
Gefälles,
auf dem das Kraftfahrzeug geparkt ist, geneigt wird.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein zusätzliches Mittel zum Aufbringen
einer Bremskraft auf das erste Reibelement aufweist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zusätzliche Mittel ein elastisches Mittel
ist, das eine Kraft auf den Kolben so aufbringt, dass das erste
Reibelement an das zweite Element angelegt wird, wenn der Generator
ausfällt.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass es mit dem verstärkenden
Mittel auch möglich
ist, das erste Reibelement an das zweite Element anzulegen.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass die durch das erste und zweite
Teil gebildete Baugruppe einen Exzenter mit der Drehachse Y' bildet.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass die durch das erste und zweite
Teil gebildete Baugruppe einen im Wesentlichen ellipsoidischen Querschnitt
aufweist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Bremssystem mit
einem elektronischen Rechner, einer Bremssteuerung, die durch einen Fahrer
betätigt
werden kann, Mitteln zur Erfassung der Betätigung der Bremssteuerung,
Mitteln zur Erfassung der Geschwindigkeit mindestens eines Rads,
dadurch gekennzeichnet, dass es auch mindestens eine Bremsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung aufweist, die bei dem Rad verwendet wird,
wobei das verstärkende
Mittel durch den elektronischen Rechnergesteuert wird.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein System, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass das verstärkende Mittel der Vorrichtung
bei der Erfassung einer Betätigung
der Bremssteuerung aktiviert wird, die einem Verzögerungsgrad
entspricht, der höher
ist als ein vorbestimmter Wert.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein System, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass das verstärkende Mittel aktiviert wird,
um einen Verzögerungswert
zu erhalten, der höher
ist als ein vorbestimmter Wert.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein System, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass das Mittel bei der Erfassung der Notwendigkeit, das
Rad zu verzögern,
aktiviert wird.
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Bremselemente
mit kleinen Abmessungen verwendet werden können, welche durch die gesteuerte
Klemmwirkung zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsklotz kompensiert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung
und der beigefügten
Figuren besser verstanden. Darin zeigen:
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1 eine
Ansicht von oben einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung;
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2 eine
schematische Ansicht im Längsschnitt
einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten
Funktionsweise;
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3 eine
schematische Ansicht im Längsschnitt
der ersten Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten
Funktionsweise;
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4 ein
Diagramm, das ein erstes Bremsbeispiel darstellt, bei dem eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
eingesetzt wird;
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5 ein
Diagramm, das ein zweites Bremsbeispiel darstellt, bei dem eine
erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
eingesetzt wird;
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6 ein
Diagramm, das ein drittes Bremsbeispiel darstellt, bei dem eine
erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
eingesetzt wird;
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7 eine
schematische Ansicht im Längsschnitt
einer zweiten Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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8 eine
schematische Ansicht im Längsschnitt
einer dritten Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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9 ein
Schema eines erfindungsgemäßen Bremssystems.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zu sehen, mit einem ersten Element 4 oder einem Bremsklotz,
der mit einer ersten Fläche 9 zur Anlage
an ein zweites Element 2 oder einer Bremsscheibe versehen
ist, welche drehfest mit einem nicht dargestellten Kraftfahrzeugrad
verbunden ist und in eine Richtung A oder eine Richtung B um eine
Achse Z in Drehung versetzt werden kann. Der Bremsklotz ist mit
einer zweiten, der ersten Fläche
entgegengesetzten Fläche versehen,
und die beiden Flächen sind
typischerweise parallel, wobei sie jedoch nicht darauf beschränkt sind.
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Die
zweite Fläche
ist von einem starren Träger 6,
z.B. aus Stahlblech, getragen, und die erste Anlagefläche 9 ist
von einem Reibelement 8 mit einem Reibungswert μ oder einem
durch Klebung am Träger 6 befestigten
Bremsbelag getragen und kann bei einer Bremsung mit einer Fläche 11 der
Bremsscheibe 2 in Berührung
gelangen und somit deren Drehgeschwindigkeit verringern. Die Fläche 9 des Bremsbelags 8,
die mit der Fläche 11 der
Scheibe in Kontakt gelangen kann, ist in der Ebene P enthalten.
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Der
Bremsklotz ist entlang einer Achse X, die senkrecht zur Ebene P
verläuft,
gleitend in einem Gehäuse 10 angebracht,
das fest mit einem Nabenträger
des Fahrzeugs verbunden ist.
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Man
kann auf die gleiche Weise in Betracht ziehen, einen Bremsklotz
vorzusehen, der in einem Bremssattel gleitet.
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Vorteilhafterweise
weist die Vorrichtung in zwei im Wesentlichen parallelen Ebenen
zwei auf der einen und auf der anderen Seite der Bremsscheibe angeordnete
Bremsklötze
auf, die bei einer Bremsphase jeweils an einer entgegengesetzten
Fläche der
Bremsscheibe in Anlage gelangen können.
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Die
Bremsvorrichtung nach 1 weist auch einen Sattel 14 auf,
der in Bezug auf das Gehäuse 10 beweglich
ist, "Schwimmsattel" genannt wird und über Stifte 16 um
das Gehäuse
gleitend angebracht ist.
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Selbstverständlich ist
die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
nicht auf eine Vorrichtung mit einem Sattel beschränkt, der
in Bezug auf ein Gehäuse gleitet,
sondern auf jegliche Bremsvorrichtung, mit der es möglich ist,
mindestens einen Bremsklotz an eine Bremsscheibe anzulegen.
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In
den 2 und 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
zu sehen, die auch ein drittes Element 12 zum Aufbringen
einer Bremskraft auf den Bremsklotz aufweist, so dass der Bremsklotz
an die Bremsscheibe angelegt wird.
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Das
dritte Mittel 12 zum Ausbringen der Bremskraft weist ein
Teil auf, das Kolben 13 genannt wird und die Bremskraft überträgt, sowie
einen Bremskraftgenerator GN. Der Bremskolben 13 ist gleitend
im Sattel 14 angebracht, welcher über die Stifte 16 so
angebracht ist, dass er entlang der Achse X gleitet.
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Der
Kolben 13 ist im Wesentlichen zylinderförmig und liegt in einer Ebene
R über
ein ersten Längsende 18 entlang
der Achse X am starren Träger 6 an.
In 2 ist die Ebene R parallel zu den Ebenen P, und
in 3 erfolgt das Anlegen des Kolbens an den starren
Träger 6 in
einer Ebene S, die mit der Ebene R gemäß einer Achse Y, die senkrecht zur
Schnittebene der 2 und 3 verläuft, einen Winkel α bildet.
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Der
Kolben 13 wird über
ein zweites Längsende 20 mit
einer Bremskraft EF beaufschlagt, die von dem Generator GN erzeugt
wird und es dem Kolben 13 ermöglicht, den Bremsklotz 4 an
die Bremsscheibe 2 anzulegen.
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Der
Bremskraftgenerator GN ist z.B. eine von einem elektronischen Rechner
gesteuerte, hydraulische Pumpe oder ein Hauptzylinder, der durch ein
Bremspedal 70 betätigt
wird, das von dem Kraftfahrzeugfahrer verlagert wird, wobei ein
unter Druck stehendes Hydraulikfluid in die Bremsvorrichtung geleitet
wird, oder auch beispielsweise eine Baugruppe aus einem drehbaren
Elektromotor M1 und einer Schraube-Mutter-Vorrichtung, die während des
Betriebs des Elektromotors eine axiale Verlagerung des Kolbens entlang
der Achse X in Richtung Bremsscheibe ermöglicht.
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Das
Anlegen des Kolbens 13 an den Bremsklotz 6 wird über ein
verstärkendes
Mittel 22 realisiert, das ein erstes Teil 24 aufweist,
das fest mit dem Kolben 13 verbunden ist, sowie ein zweites
Teil 28, das fest mit dem Bremsklotz 6 verbunden
ist, wobei das erste Teil gemäß der Ebene
S am zweiten Teil anliegt, wobei die Ebene S um einen Winkel α entlang
der Achse Y in eine erste oder zweite Richtung +θ, -θ drehbar ist, z.B. über einen
Elektromotor M2, der von dem elektronischen Rechner gesteuert wird.
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In
der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform
besitzt das erste Teil 24 die Form eines Halbzylinders
oder einer Halbkugel 24',
die um die Achse Y schwenkbar in einem entsprechenden halbzylindrischen
Hohlraum 26 oder halbkugelförmigen Hohlraum 26' angebracht
ist, welcher am ersten Ende 18 im Kolben 13 ausgebildet
ist. Vorteilhafterweise ist zwischen dem ersten Teil 24 und
dem Hohlraum 26 des Kolbens ein Lager 35, z.B.
ein Kugellager angeordnet.
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Das
zweite Teil 28 besitzt auch die Form eines Halbzylinders
(oder einer Halbkugel 28'),
der um die Achse Y schwenkbar in einem entsprechenden halbzylindrischen
Hohlraum 30 (oder in einem halbkugelförmigen Hohlraum 30') angebracht
ist, welcher in einem nicht dargestellten Element ausgebildet ist, das
fest mit dem Bremsklotz 6 verbunden ist. Vorteilhafterweise
ist zwischen dem zweiten Teil 28 und dem Hohlraum 30 des
Kolbens ein Lager, z.B. ein Kugellager 37 angeordnet.
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Das
fest mit dem Bremsklotz verbundene Element ist vorteilhafterweise
in einem Hohlraum angeordnet, der in dem starren Träger des
Bremsklotzes vorgesehen ist, wodurch es beim Auswechseln des Bremsklotzes
nicht notwendig ist, das verstärkende
Mittel 22 auszutauschen.
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Selbstverständlich kann
auch ein Hohlraum 26 vorgesehen sein, der in einem Element
ausgebildet ist, das an die Fläche 18 des
Kolbens angesetzt ist.
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Es
ist jedoch klar, dass ein Bremsklotz vorgesehen sein könnte, der
mit einem starren Träger
versehen ist und in dem das zweite Teil 28 des verstärkenden
Mittels 22 direkt drehbar angebracht wird.
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Der
erste und der zweite Halbzylinder 24, 28 (bzw.
die erste und die zweite Halbkugel 24', 28') weisen ein ebenes Ende 32 bzw. 34 auf, über die
sie in der neigbaren Ebene S zueinander gleitend angebracht sind.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist zwischen den ebenen Enden 32, 34 ein Kugellager
oder ein Rollenlager 39 angeordnet.
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Die
ebenen Enden 32, 34 sind zur Ebene R parallel,
wenn das verstärkende
Mittel 22 nicht aktiviert ist.
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Vorteilhafterweise
beträgt α zwischen
0° und 5°, vorzugsweise
zwischen 0° und
4°.
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Selbstverständlich wird
durch den Einsatz jegliches anderen Mittels, mit dem es möglich ist,
die Bewegung der Halbzylinder 24, 28 (bzw. der
Halbkugeln 24', 28') zueinander
sowie ihre Drehbewegung in den Hohlräumen 26 bzw. 30 (bzw.
in den Hohlräumen 26' bzw. 30') zu erleichtern,
wenn z.B. zur Realisierung des verstärkenden Mittels 22 selbstschmierende
Materialien verwendet werden, der Rahmen der Erfindung nicht verlassen.
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Die
vorliegende Erfindung wird auch bei einer Bremsvorrichtung verwendet,
die einen Festsattel aufweisen kann, in dem zwei Kolben auf der
einen und auf der anderen Seite der Bremsscheibe gleitend angebracht
sind, die bei einer Bremsphase jeweils Bremsklötze an die entgegengesetzten
Flächen
der Reaktionsscheibe anlegen können.
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Von
nun an wird lediglich eine Vorrichtung mit einem Kolben betrachtet,
doch die Erfindung betrifft selbstverständlich auch Bremsvorrichtungen
mit zwei oder mehr Kolben.
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Das
Gehäuse,
in dem der Bremsklotz entlang der Achse X gleitet, besitzt eine
Strukturelastizität,
die in den 2 und 3 durch
eine Feder 36 mit der Steifheit K1 symbolisiert ist.
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Nun
wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung beschrieben.
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Gemäß der in 2 dargestellten
Funktionsweise funktioniert die Bremsvorrichtung wie eine herkömmliche
Vorrichtung. Die Ebene S, zu der die ebenen Enden 32, 34 parallel
sind, und die Ebene R fallen zusammen, folglich ist die Ebene S
parallel zur Ebene Q der Bremsscheibe.
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Wenn
von dem Generator GN eine Bremskraft EF auf das zweite Ende 20 des
Kolbens 13 erzeugt wird, gleitet dieser entlang der Achse
X in Richtung des Pfeils F und versetzt den Bremsklotz in eine Translationsbewegung,
welcher mit der Oberfläche der
Bremsscheibe in Berührung
gelangt, die um die Achse Z in Richtung A in Drehung versetzt wird.
Aufgrund der Drehbewegung der Bremsscheibe wird durch die elastische
Verformung des Gehäuses
ein Drehmoment E in Richtung A auf den Bremsklotz ausgeübt. Insbesondere
gleitet (oder rollt) das ebene Ende 34 der zweiten Halbkugel 30 in
Bezug auf das ebene Ende 32 der ersten Halbkugel.
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Der
Bremsklotz 6, der die Bremsscheibe berührt, verlagert sich unter der
Wirkung des Drehmoments E und durch die elastische Verformung des Gehäuses im
Wesentlichen lateral in einer zur Ebene der Bremsscheibe 2 parallelen
Ebene.
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Gemäß der in 3 dargestellten
Funktionsweise haben sich die Halbzylinder (bzw. die Halbkugeln)
gemäß der Achse
Y in Richtung +θ gedreht,
wobei die Ebene S dann in Bezug zur Ebene R gemäß der Achse Y einen Winkel α bildet.
Die Bremsscheibe dreht sich in Richtung A.
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Wenn
eine von dem Generator GN erzeugte Bremskraft EF auf den Kolben 13 ausgeübt wird,
verlagert sich dieser entlang der Achse X und nimmt den Bremsklotz 6 mit.
Der Bremsklotz 6 gelangt in Anlage an die Bremsscheibe
und wird von dem Drehmoment E in Richtung A angetrieben. Der Bremsklotz 4 verlagert
sich dann lateral in Richtung A in einer zur Ebene der Scheibe parallelen
Ebene. Insbesondere gleitet das ebene Ende 34 des zweiten
Halbzylinders 30 (bzw. der zweiten Halbkugel) in Bezug
auf das ebene Ende 32 des ersten Halbzylinders (bzw. der
ersten Halbkugel). Durch die Neigung der Ebene S in Bezug auf die
Ebene der Bremsscheibe wird der Bremsklotz 4 zwischen der
Scheibe und dem Kolben "geklemmt", wobei die Bremskraft
EF dann proportional zum Winkel α verstärkt wird.
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Die
erfindungsgemäße Bremsvorrichtung wirkt
vorteilhafterweise mit Mitteln zur Messung verschiedener Parameter
wie etwa der Verformung DF des Gehäuses und/oder der Geschwindigkeit
des Rads und/oder der Verlagerung eines Bremspedals zusammen, die
das Aufbringen einer Bremskraft auf den Kolben bewirken.
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Die
Messung der Verformung DF des Gehäuses ermöglicht es, die Klemmwirkung
zu quantifizieren und somit diese durch die Veränderung des Winkels α einzustellen.
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Die
Messung der Verlagerung des Bremspedals und insbesondere seiner
Verlagerungsgeschwindigkeit oder die Messung der auf das Bremspedal
aufgebrachten Kraft ermöglicht
es zu bestimmen, ob die von dem Fahrer gewünschte Bremsung einer starken
Bremsung, einer Schnellbremsung entspricht und somit die von dem
Generator erzeugte Bremskraft beispielsweise durch den Fahrer mittels eines
Hauptzylinders oder bei einem elektrohydraulischen Bremssystem mittels
einer hydraulischen Pumpe zu verstärken, indem der Winkel α variiert wird.
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Da
etwa 80% der Bremsungen einer Verzögerung von weniger als 0,3
G entsprechen, einem Schwellenwert, unter dem eine Bremsunterstützung nicht
erforderlich ist, kann man vorteilhafterweise in Betracht ziehen,
dass das verstärkende
Mittel 22 nur bei einer gewünschten Verzögerung von
beispielsweise mehr als 0,3 G aktiviert wird.
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Die
erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
ermöglicht
es auch, das Verstärkungsverhältnis der
auf den Kolben ausgeübten
Bremskraft in einer Phase zur Regulierung durch ein dynamisches
System zur Kontrolle des Fahrzeugwegs zu verändern, z.B. bei einer Blockierung
eines Rads oder bei einem Haftungsverlust.
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In 4 ist
ein erstes Beispiel eines Diagramms zu sehen, das die verschiedenen
Schritte einer Bremsung darstellt, bei der ein erfindungsgemäßes Bremssystem
eingesetzt wird. Das Bremssystem ist z.B. ein elektrohydraulisches
oder vollständig elektrisches
Bremssystem. Bei einem elektrohydraulischen Bremssystem simuliert
ein Hauptzylinder im Normalbetrieb die Reaktion des Bremskreises
auf das Bremspedal, wobei die auf den Kolben aufgebrachte Bremskraft
durch die Bremsflüssigkeit
ausgeübt
wird, die von einer elektrohydraulischen Pumpe geleitet wird, welche
aufgrund der Erfassung der Verlagerung des Bremspedals von einem
elektronischen Rechner gesteuert wird.
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Bei
einem elektrischen Bremssystem bringt ein Beaufschlagungselektromotor
M1 beispielsweise mittels einer Schraube-Mutter-Baugruppe eine Bremskraft
auf den Kolben auf, wobei der Beaufschlagungsmotor M1 aufgrund der
Erfassung der Verlagerung des Bremspedals von einem elektronischen
Rechner gesteuert wird.
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Wenn
in der nachfolgenden Beschreibung ohne weitere Angaben von einer
Bremskraft EF die Rede ist, handelt es sich um eine Kraft, die von
einem hydraulischen oder pneumatischen Fluid oder von einem Elektromotor
aufgebracht wird.
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In
Schritt 102 wird beispielsweise von einem Wegsensor 40,
der am Bremspedal angebracht ist, eine Bremsung AF erfasst, und
in Schritt 104 wird die Information an einen elektronischen
Rechner 42 geleitet, der den Wert DS der von dem Fahrer
gewünschten
Verzögerung
bestimmt.
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In
Schritt 106 vergleicht der Rechner den Verzögerungswert
DSn mit einem Schwellenwert Vs.
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Es
kann in Betracht gezogen werden, einen Wert für Vs vorzusehen, der bestimmt
und nicht veränderbar
ist, oder einen Wert von Vs, der in Abhängigkeit von den Verkehrsbedingungen
von dem elektronischen Rechner verändert wird.
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In
der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet das Bezugszeichen DSn
den ersten gemessenen Wert von DS und das Bezugszeichen DSn+1 den
darauffolgenden Wert DS.
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Ist
DSn kleiner als Vs, erzeugt in Schritt 108 der Rechner
den Befehl für
den Kraftgenerator GN, eine Bremskraft EF auf den Kolben auszuüben.
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In
Schritt 128 überprüft der Rechner
die Veränderung
von DS, indem DSn+1 gemessen wird.
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Ist
DSn+1 kleiner als Vs, geht man zu Schritt 130 über.
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In
Schritt 130 vergleicht der Rechner DSn+1 mit DSn.
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Ist
DSn+1 kleiner als DSn, überprüft der Rechner
in Schritt 132, ob DSn+1 gleich Null ist.
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Ist
DSn+1 gleich Null, erzeugt der Rechner in Schritt 134 den
Befehl für
den Druckgenerator GN, die Bremskraft EF gleich Null zu setzen.
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Ist
DSn+1 ungleich Null, erzeugt der Rechner in Schritt 136 den
Befehl, EF zu verändern,
damit die Bremsung an den gewünschten
Verzögerungsgrad
DSn+1 angepasst werden kann, dann kehrt man zu Schritt 108 zurück.
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Ist
DSn+1 größer als
DSn, geht man zu Schritt 108 über.
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Ist
DSn+1 größer als
Vs, geht man zu Schritt 110 über.
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Die
nachfolgende Beschreibung verwendet DSn, gilt jedoch auch für DSn+1
aus Schritt 128.
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Ist
DSn größer als
Vs, geht man zu Schritt 110 über.
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In
Schritt 110 erzeugt der Rechner den Befehl für den Kraftgenerator
GN, eine Bremskraft EF auf den Kolben aufzubringen, und einen Befehl
für das
verstärkende
Mittel 22, die Ebene S um die Achse Y um einen Winkel α zu schwenken,
der mit Hilfe von in den Speicher des Rechners 42 eingegebenen Schemata
bestimmt wird.
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In
Schritt 112 übertragen
Mittel zur Erfassung der Radstabilität, z.B. ein Sensor 46 zur
Erfassung der Verformung des Gehäuses
und/oder ein Radgeschwindigkeitssensor 48, ihre Messwerte
an den Rechner 42, der bestimmt, ob die Gefahr einer Blockierung
der Räder
besteht, wobei die Sensoren 46 und 48 vorteilhafterweise
miteinander verbunden sind, damit ihre Messwerte in Beziehung gesetzt
werden können.
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Wenn
keine Blockierungsgefahr erfasst wurde, befiehlt der Rechner in
Schritt 116 dem Elektromotor, den Winkel α zu verringern,
und wenn die Verringerung des Klemmwinkels α nicht ausreicht, befiehlt der
Rechner dem Generator GN, die Bremskraft auf den Kolben 13 zu
verringern. Dies erfolgt in mehreren Schritten, in denen die Radblockierungsgefahr überprüft und der
Winkel α verändert wird.
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Wenn
keine Blockierungsgefahr besteht, wird die Bremsung in Schritt 114 gehalten.
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In
Schritt 120 bestimmt der Rechner einen neuen Wert von DS,
DSn+1, mit Hilfe der am Bremspedal angeordneten Erfassungsmittel
und vergleicht DSn+1 mit DSn.
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Ist
DSn+1 größer als
DSn, befiehlt der Rechner in Schritt 122 dem Mittel 22,
den Winkel α zu
vergrößern, wobei
gleichzeitig in Schritt 112 die Radblockierungsgefahr überprüft wird.
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Ist
DSn+1 kleiner als DSn, überprüft der Rechner
in Schritt 124, ob DSn+1 gleich DSn ist.
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Ist
DSn+1 gleich DSn, erzeugt der Rechner in Schritt 123 den
Befehl für
das Mittel 22, den Winkel α beizubehalten.
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Ist
DSn+1 ungleich DSn, überprüft der Rechner
in Schritt 118, ob DSn+1 gleich Null ist.
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Ist
DSn+1 gleich Null, erzeugt der Rechner in Schritt 126 den
Befehl für
das Mittel 22, α gleich
Null zu setzen, und den Befehl für
den Generator GN, die Bremskraft EF gleich Null zu setzen.
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Ist
DSn+1 ungleich Null, erzeugt der Rechner in Schritt 127 den
Befehl für
das Mittel 22, α zu verändern, dann
geht man zu Schritt 120 über.
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In 5 ist
ein Diagramm zu sehen, das einer Funktionsweise des Bremssystems
ohne Erfassung einer Betätigung
des Bremspedals entspricht, und dies bei einer Erfassung beispielsweise
durch an den Rädern
und/oder an der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnete Mittel der Notwendigkeit,
mindestens ein Rad zu verlangsamen, beispielsweise bei einem Haftungsmangel
des Rads oder bei der Erfassung eines Hindernisses, wodurch es notwendig
ist, das Fahrzeug zu verlangsamen, um einen Zusammenstoß zwischen
dem Fahrzeug und den Hindernissen zu vermeiden.
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Der
erfasste Verzögerungswert
wird als Wert DN der zur Korrektur der Fahrzeugbahn notwendigen Verzögerung bezeichnet.
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In
Schritt 202 werden verschiedene Parameter, wie etwa die
Drehgeschwindigkeit der Räder,
die vorgesehene Fahrzeugbahn in Abhängigkeit von der Position des
Lenkrads und die Abstände,
in denen sich die Hindernisse befinden, die das Fahrzeug umgeben,
gemessen und an den Rechner weitergeleitet.
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In
Schritt 204 bestimmt der Rechner, ob ein oder mehrere Räder verlangsamt
werden müssen.
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Wenn
kein Rad verlangsamt werden muss, endet die Bremsphase in Schritt 212.
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In
Schritt 206 bestimmt der Rechner den erforderlichen Verzögerungsgrad
DN.
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Ist
DN kleiner als ein vorbestimmter Verzögerungswert Vx, erzeugt der
Rechner in Schritt 208 einen Befehl für einen Generator GN, eine
Bremskraft auf den Kolben aufzubringen, dann geht man zu Schritt 202 über, um
zu überprüfen, ob
die Situation wieder normal ist.
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Ist
DN größer als
Vx, erzeugt der Rechner in Schritt 210 einen Befehl für den Generator,
eine Bremskraft auf den Kolben 13 aufzubringen, und einen
Befehl für
das verstärkende
Mittel 22, den Winkel α zu
vergrößern, indem
die Ebene S, genauer gesagt das erste und das zweite Teil 24, 28,
die in den Hohlräumen 26, 30 drehbar
sind, geschwenkt werden.
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Dann
geht man zu Schritt 202 zurück, um die Wirkung der Bremsungen
zu kontrollieren und gegebenenfalls erneut die Verlangsamung eines
oder mehrerer Räder
zu bewirken.
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In 6 ist
ein Funktionsdiagramm eines herkömmlichen
hydraulischen Bremssystems zu sehen, bei dem das Drücken des
Pedals das Einleiten von unter Druck stehender Bremsflüssigkeit
aus dem Hauptzylinder zu den an den Rädern angeordneten Bremsvorrichtungen
bewirkt, wobei die beschriebene Situation einer Schnellbremsungssituation
entspricht.
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In
Schritt 302 wird die Verlagerungsgeschwindigkeit des Bremspedals
und/oder die auf das Bremspedal aufgebrachte Kraft H mit Hn gemessen.
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In
Schritt 304 vergleicht der Rechner den oder die Werte H
mit vorbestimmten Werten Hs.
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Ist
Hn kleiner als Hs, handelt es sich um eine herkömmliche Bremsung, wobei dann
das Diagramm 140 (das in 4 dargestellte
Diagramm) gilt.
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Ist
Hn größer als
Hs, wird diese Bremsung dann wie eine Schnellbremsung behandelt,
wobei der Rechner den Befehl erzeugt, Elektroventile zu schließen, die
die Verbindung zwischen dem Hauptzylinder und den Bremsvorrichtungen
unterbrechen, was Schritt 308 entspricht.
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In
Schritt 310 erzeugt der Rechner den Befehl für das verstärkende Mittel 22,
den Winkel α zu vergrößern.
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In
Schritt 312 werden die Parameter gemessen, die das Berechnen
der Stabilität
des mit der Bremse ausgestatteten Rads und folglich der Kraftfahrzeugstabilität ermöglichen,
z.B. Parameter hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit der Räder und
der Verformung des Gehäuses,
und in Schritt 313 wird die Gefahr einer Blockierung der
Räder überprüft, wobei
dieser Schritt in dem in 4 gezeigten Diagramm Schritt 112 entspricht.
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In
Schritt 314 vergleicht der Rechner einen neuen Wert von
H, Hn+1, und vergleicht Hn+1 mit Hn.
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Ist
Hn+1 kleiner als Hs, wird Schritt 140 durchgeführt (s. 4).
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Sonst
wird Schritt 308 durchgeführt.
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Es
kann jedoch vorgesehen sein, dass keine Elektroventile vorhanden
sind, die den Hauptzylinder von den Bremsvorrichtungen trennen,
und dass der Rechner auch die Auswirkungen der Bremsungen durch
den Fahrer auf die Fahrzeugbremsung steuert.
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Es
ist klar, dass die in den 4, 5 und 6 dargestellten
Funktionsdiagramme lediglich beispielhaft und keineswegs einschränkend zu
verstehen sind. Sie können
ferner gleichzeitig verwendet werden, wobei sie in diesem Fall geändert werden,
um eine gute Zusammenwirkung zwischen ihnen zu ermöglichen,
ohne dass die verschiedenen Vorgänge
sich aufeinander auswirken.
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Es
ist klar, dass die Funktionsdiagrammbeispiele nicht einschränkend sind
und der Fachmann Änderungen
vornehmen und sie anpassen kann, um Probleme lösen zu können, die die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
lösen soll.
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In 7 ist
eine zweite Ausführungsform
zu sehen, bei der das verstärkende
Mittel 22 es auch ermöglicht,
die Betriebssicherheit einer elektrischen Bremsvorrichtung zu verbessern.
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Die
Vorrichtung weist einen Bremskraftgenerator GN auf, der beispielsweise
durch einen Motor M1 gebildet ist, der bei einer Bremsphase eine Bremskraft
auf den Kolben 13 aufgingt, um mindestens einen Bremsklotz
an die Bremsscheibe anzulegen.
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Das
verstärkende
Mittel 22 ist zwischen dem Kolben und dem Bremsklotz angeordnet.
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Die
Bremsvorrichtung weist auch ein zusätzliches Mittel 50 zum
Anlegen des Bremsklotzes an die Scheibe bei einem Ausfall des Generators
GN oder M1 auf. Das Anlagemittel weist z.B. ein elastisches Mittel
wie etwa eine Feder auf, die zwischen dem Kolben und einem feststehenden
Element entlang der Achse X stromaufwärts zum Kolben angeordnet ist.
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Bei
einem Ausfall des Motors M1 wird die Feder 50 freigegeben
und legt mindestens einen Bremsklotz an die Bremsscheibe an. Das
verstärkende
Mittel 22, und insbesondere der Motor M2 versetzt die Halbzylinder
(bzw. die Halbkugeln) so in Drehung, dass die von der Feder aufgebrachte
Bremskraft verstärkt
wird.
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Es
kann auch in Betracht gezogen werden, vorzusehen, dass das zusätzliche
Anlagemittel 50 eine geringe aber konstante Bremskraft
ausbringt, wodurch das üblicherweise
genannte "Streichen" über die Scheibe durch den Bremsklotz
ermöglicht wird.
Es ist klar, dass dies nur möglich
ist, wenn dieses Restdrehmoment den guten Betrieb des Kraftfahrzeugs
nicht behindert.
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Man
könnte
auch vorsehen, den Generator einer Bremskraft, die proportional
zur gewünschten Bremsung
ist, z.B. ein Elektromotor oder ein unter Druck stehendes Hydraulikfluid,
wegzulassen, das permanente "Streichen" über die Scheibe durch mindestens
einen Bremsklotz zu gewährleisten
und den Verzögerungsgrad
lediglich mit Hilfe des verstärkenden
Mittels 22 einzustellen.
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In 8 ist
eine Einzelheit einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
zu sehen, mit einem verstärkenden
Mittel 22, das den Generator GN einer Bremskraft EF und
den Bremskraftverstärker
bildet.
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Das
erste und das zweite Teil 24, 28 besitzen eine
Form, die es während
ihrer Drehung ermöglicht, den
Bremsklotz 4 an die Bremsscheibe 2 anzunähern.
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Der
erste und der zweite Halbzylinder (bzw. die erste und die zweite
Halbkugel) bilden z.B. einen Exzenter mit der von der Achse Y verschiedenen Achse
Y', der in einer
Aufnahme mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt untergebracht ist,
wobei die Aufnahme durch einen ersten halbzylindrischen (bzw. halbkugelförmigen)
Hohlraum, der von einem in Bezug auf den Bremsklotz feststehenden
Element getragen ist, und durch einen zweiten halbzylindrischen
(bzw. halbkugelförmigen)
Hohlraum gebildet ist, der direkt im starren Träger 6 des Bremsklotzes
oder in einem Element ausgebildet ist, welches fest mit dem Bremsklotz
verbunden ist jedoch bei einem Auswechseln des Bremsklotzes von diesem
getrennt werden kann.
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Es
kann auch in Betracht gezogen werden, dass die durch das erste und
das zweite Teil 24, 28 gebildete Baugruppe im
Wesentlichen ellipsoidisch ist und um die Achse Y oder um die Achse
Y' so dreht, dass
auch ein Exzenter gebildet wird, wie in 8 dargestellt
ist.
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Wenn
die Erfassung einer Bremsung an den Rechner übertragen wird, gibt somit
dieser beispielsweise den Befehl an den Motor M1, den Exzenter in Drehung
zu versetzen, was dazu führt,
dass der Bremsklotz von dem feststehenden Element entfernt und somit
der Bremsklotz 4 an die Bremsscheibe 2 angelegt
wird, und dass auch die von dem Exzenter durch Klemmwirkung auf
den Bremsklotz aufgebrachte Bremskraft verstärkt wird.
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Diese
besondere Ausführungsform
hat den Vorteil, wenig Platz einzunehmen.
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Es
kann auch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
in Betracht gezogen werden, die in Übereinstimmung mit den Vorschriften
zu den Handbremsen als Handbremse verwendet werden kann, die Mittel
aufweist, mit denen eine Bremskraft kontinuierlich aufgebracht wird,
wenn das Fahrzeug geparkt ist, z.B. eine "Ball in Ramp"-Vorrichtung (BIR-Vorrichtung), die
eine Bremskraft auf den Kolben aufbringt, wenn mit der BIR-Vorrichtung
verbundene Kabel z.B. mit Hilfe eines im Fahrzeuginnenraum angeordneten
Handbremshebels angezogen werden, so dass der Bremsklotz an die
Bremsscheibe angelegt wird. Das System, welches das verstärkende Mittel 22 steuert,
weist Mittel zur Erfassung des Gefälles auf, auf dem das Kraftfahrzeug
abgestellt werden soll.
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Bei
einer Betätigung
der Handbremse werden die Bremsklötze an die Bremsscheibe angelegt, und
die Erfassungsmittel erfassen die Ausrichtung des Gefälles. Auf
einem im Wesentlichen horizontalen Grund erzeugt der Rechner den
Befehl für
den Motor M2, gegebenenfalls die durch die Handbremsmittel aufgebrachte
Bremskraft zu verstärken.
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Auf
einem geneigten Grund erzeugt der Rechner den Befehl für den Motor,
die Ebene S in Richtung des Gefälles
zu neigen, und somit wird die Bremskraft verstärkt, da mittels einer auftretenden Klemmwirkung
ein Drehmoment in Richtung des Gefälles von der Bremsscheibe auf
den Bremsklotz ausgeübt
wird.
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Es
muss jedoch berücksichtigt
werden, dass bei der Betätigung
des verstärkenden
Mittels 22 ein geringfügiges,
relatives Rollen zwischen den beiden Halbzylindern (bzw. den beiden
Halbkugeln) auftritt und somit die Halteposition um den Rollwert
in dem verstärkenden
Mittel 22 modifiziert wird.
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Die
vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass schwächere Bremskraftgeneratoren
verwendet werden können,
da diese Bremskraft durch das verstärkende Mittel 22 verstärkt wird,
was auf dem Gebiet der elektrischen Bremsvorrichtungen besonders günstig ist.
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Der
Motor, der zum Drehen der Halbkugeln oder Halbzylinder verwendet
wird, muss deren rasches Drehen ermöglichen, um den Winkel α an die Bremssituation
anzupassen, und er muss auch das Freigeben des Bremsklotzes ermöglichen,
wenn die von dem verstärkenden
Mittel 22 erzeugte Verstärkung nicht mehr erwünscht ist.
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Selbstverständlich ist
vorgesehen, dass alle Messungen der Bremsparameter in vorbestimmten und
vorzugsweise regelmäßigen Zeitintervallen durchgeführt werden,
was eine im Wesentlichen kontinuierliche Ausführung der Diagramme ermöglicht, wenn
dies erforderlich ist.
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Es
wurde tatsächlich
eine Bremsvorrichtung mit einem Mittel zur Verstärkung der von einem Generator
erzeugten Bremskraft realisiert, wobei die Verstärkung gesteuert und kontinuierlich
einstellbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird insbesondere in der Automobilindustrie
verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung wird insbesondere in der Industrie für Kraftfahrzeugbremsen
und insbesondere in der Industrie für Pkw-Bremsen verwendet.