DE69103215T2 - Bremsanlage mit hydraulischer Verstärkung. - Google Patents

Bremsanlage mit hydraulischer Verstärkung.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanlage mit hydraulischer Verstärkung, mit wenigstens einer Scheibenbremse mit einem Bremsträger, einem Bremssattel, einem Fluiddruck-betätigten Bremsmotor, einem Hauptzylinder und einer Vorrichtung zum Wiedergewinnen der beim Bremsen dissipierten Energie.
  • Solche Anlagen sind in der Technik bekannt. Die FR-A-1 390 259 z.B. beschreibt eine solche Anlage, bei der die wiedergewonnene Energie dazu dient, einen Druck zu erzeugen, der an ein inkompressibles Fluid angelegt wird, das zur Verstärkung der Bremswirkung eine zusätzliche Kammer des Hauptzylinders versorgt.
  • Die FR-A-2 022 955 beschreibt ebenfalls eine solche Anlage, jedoch wird bei ihr die Energie durch eine tangentiale Verstellung der Bremsbeläge bei der Bremsung wiedergewonnen.
  • Diese Anlagen besitzen neben ihrer Komplexität insbesondere den Nachteil, daß sie selbstblockierend sind, da die wiedergewonnene Energie nicht gesteuert wird.
  • Außerdem hängt der Wert der wiedergewonnenen Energie vom Reibungskoeffizienten der Beläge auf der Scheibe ab, weshalb er sich sowohl mit der Zeit als auch von einem Belag zum anderen verändert.
  • Auch die FR-A-2 077 504 beschreibt eine Anlage dieses Typs, die insbesondere zwei Bremsmotoren, einen Zylinder zum Wiedergewinnen der Energie und eine hydraulische Steuervorrichtung enthält.
  • Der Zylinder zum Wiedergewinnen der Energie wird dem vom ersten Bremsmotor erzeugten Moment unterworfen und betätigt den zweiten Bremsmotor, mit dem die hydraulische Steuervorrichtung verbunden ist, deren Funktion im wesentlichen darin besteht, einen Ausgleich der Kräfte auf die beiden Bremsmotoren zu gewährleisten.
  • Da jedoch das von einer Scheibenbremse ausgeübte Moment nicht nur vom Bremsdruck abhängt, sondern auch insbesondere vom Reibungskoeffizienten der Beläge auf der Scheibe, erlaubt eine solche Anlage in der Realität nicht, den Bremsdruck im zweiten Bremsmotor in Verhältnis zum vom ersten Bremsmotor ausgeübten Bremsmoment auszugleichen.
  • Außerdem ruft der Anschluß der hydraulischen Steuervorrichtung an die beiden Bremsmotoren eine sehr große strukturelle Komplexität der Steuervorrichtung hervor, was insbesondere zu einer erhöhten Anzahl von beweglichen Bauteilen, Öffnungen und Kanälen führt.
  • Auch das US-Patent 2 419 113 beschreibt eine Scheibenbremse mit Energiewiedergewinnung.
  • Diese Bremse, die für ein sehr schweres Fahrzeug wie etwa ein Flugzeug vorgesehen ist, enthält in der Realität eine von einem Steuerzylinder gesteuerte Hilfsbremse und eine Hauptbremse, die von einem Hebel betätigt wird, der die Hilfsbremse trägt und der von den auf die Hilfsbremse einwirkenden und sie verstellenden Reibungskräften gedreht wird.
  • Diese Anordnung, die mehrere Bremszylinder enthält, erlaubt die Verwendung der kinetischen Energie des gebremsten Fahrzeugs, um ausgehend vom relativ geringen, ursprünglich im Steuerzylinder erzeugten Volumen ein sehr großes Volumen von unter Druck stehendem Fluid zu erzeugen, das zum Versorgen dieser Bremszylinder notwendig ist, wobei letztere aufgrund von Rückschlagventilen mit unter niedrigem Druck stehendem Fluid versorgt werden, wenn die Bremsen nicht betätigt werden.
  • Eine solche Vorrichtung, deren Nutzen stark mit ihrer spezifischen Anwendung verbunden ist und die nur eine sehr relative Steuerung des Bremsdruckes in der Hauptbremse erlaubt, erlaubt in keiner Weise eine Steuerung des Bremsmomentes.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Vermeidung dieser Nachteile zur Aufgabe.
  • Die Erfindung betrifft daher eine solche Anlage, bei der die Vorrichtung zur Energiewiedergewinnung wenigstens einen Zylinder enthält, der zusammen mit einem Kolben die Energie wiedergewinnt und dem Bremsträger und dem Bremssattel zugeordnet ist und dessen Arbeitskammer fluidisch mit dem Bremsmotor verbunden ist, und bei dem ein hydraulischer Verstärker/Begrenzer zwischen den Zylinder zur Energiewiedergewinnung und den Bremsmotor eingesetzt ist, wobei der hydraulische Verstärker/Begrenzer vom im Hauptzylinder erzeugten Fluiddruck gesteuert wird.
  • Zu diesem Zweck ist die Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Verstärker/Begrenzer enthält:
  • - ein erstes, normalerweise geöffnetes Ventil, das eine Verbindung zwischen dem Zylinder zur Energiewiedergewinnung und dem Bremsmotor unterbricht, wenn der Fluiddruck im Bremsmotor größer ist als der im Hauptzylinder erzeugte Druck, multipliziert mit einem vom Verhältnis der aktiven Flächen im hydraulischen Verstärker/Begrenzer definierten Verstärkungsfaktor;
  • - ein zweites, normalerweise geöffnetes Ventil, das eine Verbindung zwischen dem Zylinder zur Energiewiedergewinnung und dem Hauptzylinder unterbricht, sobald der Druck im Hauptzylinder größer als der Ruhedruck ist; und
  • - ein drittes, normalerweise geschlossenes Ventil, das den Hauptzylinder und den Bremsmotor verbindet, wenn der im Hauptzylinder erzeugte Druck größer als der im Zylinder zur Energiewiedergewinnung erzeugte Druck ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Bremssattel auf einem fest mit dem Bremsträger verbundenen Stab verschiebbar und um ihn drehbar angebracht, wobei diese Drehung durch wenigstens einen beweglichen Abschnitt des Zylinders zur Energiewiedergewinnung begrenzt ist. Der Bremssattel befindet sich in Anlage am Kolben des Zylinders zur Energiewiedergewinnung, dessen Gehäuse fest mit dem Bremsträger verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält der Bremsmotor zwei voneinander unabhängige Arbeitskammern, von denen eine direkt mit dem Hauptzylinder und die andere über den hydraulischen Verstärker/Begrenzer mit dem Zylinder zur Energiewiedergewinnung verbunden ist.
  • Die Erfindung wird besser verstanden und ihre weiteren Aufgaben, Vorteile und Merkmale ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten und nicht einschränkend gegebenen Ausführungsbeispielen, wobei der Beschreibung zwei Zeichnungsblätter beigefügt sind. Darin zeigen:
  • - Fig. 1 schematisch eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer eine Vorrichtung zur Energiewiedergewinnung gemäß der Erfindung enthaltene Scheibenbremse;
  • - Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch einen hydraulischen Verstärker/Begrenzer gemäß der Erfindung;
  • - die Fig. 3 und 4 jeweils eine Anschlußform einer Einheit gemäß der Erfindung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Scheibenbremse enthält einen Bremsträger 1, der am Achsschenkel des 50 ausgestatteten Rades befestigt ist, sowie einen die Scheibe 5 umgreifenden Bremssattel 3. Ein Bremsmotor 82 enthält einen Kolben, der einen Bremsbelag 9 auf eine Seite der Scheibe 5 aufbringt, während in Realnion der Bremssattel 3 den anderen Bremsbelag auf die andere Seite der Scheibe 5 aufbringt. Daher ist der Bremssattel hier ein Schwimmbremssattei. Zu diesem Zweck bestimmt ein fest mit dem Bremsträger 1 verbundener Stab 11 eine Gleitfläche für den Bremssattel 3. Eine Vorrichtung 15 zum Wiedergewinnen eines Teils der beim Bremsen dissipierten Energie ist dem Bremsträger 1 und dem Bremssattel 3 zugeordnet. Der Fachmann erkennt, daß beim Bremsen die Reibung der Beläge auf der Scheibe Kräfte hervorrufen, die an dem Bremssattel angelegt und über den Bremsträger 1 auf den Rahmen übertragen werden. Im dargestellten Beispiel ist der Bremsträger 3 um den Stab 11 drehbar, wobei diese Drehung zum einen von einem Anschlag 17 und zum anderen von der Vorrichtung 15 zur Energiewiedergewinnung begrenzt ist.
  • Wenn sich (bezüglich Fig. 1) die Scheibe 5 im Uhrzeigersinn dreht, was einem normalen Betrieb des Fahrzeugs (Vorwärtsfahrt) entspricht, sind die Bremskräfte am größten. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung 15 zur Energiewiedergewinnung bezüglich der Figur rechts angeordnet, um beim Bremsen als Anschlag für den Bremssattel zu dienen. Da die erhaltene Unterstützung in der anderen Richtung nicht notwendig ist, reicht im allgemeinen ein Anschlag 17, um den Bremssattel 3 festzulegen, er kann jedoch durch eine andere Vorrichtung ersetzt werden, die zur Vorrichtung 15 identisch oder ähnlich ist. Die relativen Positionen des Stabes 11 und der Vorrichtung 15 können ein Erhöhen der auf die Vorrichtung 15 aufgebrachten Kraft erlauben.
  • Diese Vorrichtung 15 enthält einen Zylinder mit seinem Kolben 19. Das Gehäuse 21 der Vorrichtung 15 ist fest mit dem Bremsträger 1 verbunden, während der Kolben 19 beim Bremsen die vom Bremssattel 3 ausgeübte Kraft empfängt, z.B. mittels eines Stößels 23. Eine in der Mbeitskammer des Zylinders angeordnete Rückstellfeder 25 drückt in der Ruheposition den Bremssattel zurück, bis er den Anschlag 17 berührt. Die Arbeitskammer des Zylinders ist fluidisch mit einem Bremsmotor verbunden, der die Bremse über einen hydraulischen, vom Fluiddruck im Hauptzylinder gesteuerten Verstärker/Begrenzer, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, betätigt.
  • Dieser hydraulische Verstärker/Begrenzer enthält ein Gehäuse 30, in dem eine Stufenbohrung 32 ausgebildet ist, die auf beiden Seiten geschlossen ist und in der ein entsprechender Stufenkolben 34 gleitet. Der Kolben 34 enthält wiederum eine Stufenbohrung 36, in der ein weiterer Kolben 38 gleitet. Auf diese Weise sind drei Kammern 40, 42, 44 abgegrenzt. Die von den beiden Kolben 34 und 38 verschlossene Kammer 40 ist über eine Leitung 46 mit dem Hauptzylinder 48 verbunden, von dem sie unter Druck stehendes Fluid erhält. Die im Abschnitt mit dem kleinsten Durchmesser der Stufenbohrung 36 zwischen den Kolben 34 und 38 abgegrenzte Kammer 42 ist in der Ruhestellung mit dem Zylinder 15 zur Energiewiedergewinnung über eine Leitung 50, eine im Umfang des Kolbens 34 ausgebildete Nut 52 und eine Bohrung 54 verbunden. Diese Bohrung kann vom Kolben 38 verschlossen werden, sobald sich in der Kammer 40 ein Druck aufbaut, der größer als der Ruhedruck ist. Man erkennt, daß im Kolben 38 auch eine Bohrung 56 ausgeführt ist, um eine Verbindung zwischen den Kammern 40 und 42 zu erlauben. Die Kammer 44 ist ihrerseits über eine Leitung 58 mit dem die Bremse betätigenden Hydraulikmotor verbunden. Es ist ein Durchgang 60 vorgesehen, um jeden Über- oder Unterdruck in der Kammer 62 zu verhindern, die im Abschnitt mit dem größten Durchmesser der Stufenbohrung 36 zwischen den beiden Kolben 34 und 38 abgegrenzt ist. Eine Leitung 64 verbindet die ringförmige Nut 52, die über die Leitung 50 mit dem Zylinder 15 zur Energiewiedergewinnung in Verbindung steht, mit der Kammer 44 über eine Kammer 74 und ein Ventil, das im dargestellten Beispiel eine Kugel 66 enthält, die in der Kammer 74 angeordnet und von ihrem fest mit dem Kolben 34 verbundenen Sitz 68 von einer Nadel 70 abgehoben wird, die fest mit dem die Bohrung 32 und die Kammer 44 verschließenden Stopfen 72 verbunden ist. Eine Bohrung 76 verbindet die Kammern 42 und 74 über ein normalerweise geschlossenes Ventil, das im dargestellten Beispiel eine diese Bohrung 76 verschließende Kugel 78 enthält. Eine vorteilhafterweise in der Kammer 74 angeordnete Feder 80 hält die beide Kugeln 66 und 78 in der Ruhestellung.
  • In den Fig. 3 und 4 sind zwei Verbindungsformen der Anlage gemäß der Erfindung dargestellt. In der Ausführungsforrn von Fig. 3 ist der Hauptzylinder 48 nicht direkt mit einem hydraulischen Bremsmotor 82 verbunden. Letzterer ist mit der Leitung 58 verbunden, die mit der Kammer 44 in Verbindung steht. Der Motor 82 ist ein herkömmlicher Typ mit einer einzigen Arbeitskammer 84.
  • Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Motor 82 ein Typ mit zwei Arbeitskammern 86, 88, deren Wirkungen sich addieren. Eine in der Ausstülpung 92 des Motorgehäuses ausgebildete Leitung 90 erlaubt, die Kammer 86 mit dem Hauptzylinder 48 zu verbinden; die Kammer 88 ist mit der Leitung 58 verbunden, um mit der Kammer 44 des hydraulischen Verstärkers/Begrenzers in Verbindung zu stehen.
  • In allen diesen Fällen ist der Betrieb der Anlage der folgende. Ausgehend vom dargestellten Ruhestellung wird, wenn der Fahrer des so ausgestatteten Fahrzeugs bei Vorwärtsfahrt auf das Bremspedal tritt, im Hauptzylinder 48 ein Druck erzeugt, der zur Kammer 40 des hydraulischen Verstärkers/Begrenzers übertragen wird. Der Kolben 38 wird sofort verstellt und schließt die Leitung 54. Aufgrund der Bohrung 56 steigt auch der Druck in der Kammer 42, und das Ventil 60 öffnet sich, wodurch über das geöffnete Ventil 66 die Kammer 44 sowie die Leitung 58 und der Bremsmotor 82 mit Fluid unter Druck versorgt werden. Die Bremsbeläge geraten in Berührung mit der Scheibe 5 und der Bremssattel 3 schwenkt um den Stab 11, um den Kolben 19 des Zylinders 15 zur Energiewiedergewinnung zu verstellen. Der in der Arbeitskammer dieses Kolbens erzeugte Druck wird dann über die Leitung 50, die Nut 52 und die Leitung 64 an die Kammer 74 angelegt. Wenn dieser letzte Druck den im Hauptzylinder 48 erzeugten Druck erreicht, verschließt die Kugel 78 die Bohrung 76, und dieser Druck tritt in der Kammer 44 auf. Das Durchmesserverhältnis des Kolbens 34 wird auf diese Weise den Moment des Schließens des aus den Teilen 66, 68, 70 gebildeten Ventils bestimmen. Dieses Verhältnis bildet ein Verstärkungsverhältnis der Drücke des Hauptzylinders 48 und der Vorrichtung 15 zur Energie-Wiedergewinnung. Man erzielt auf diese Weise eine strenge Kontrolle des im Bremsmotor 82 herrschenden Drucks durch das aufeinanderfolgende Öffnungen und Schließen des aus den Teilen 66, 68, 70 gebildeten Ventils, wobei dieser Druck gleich dem im Hauptzylinder 48 erzeugten Druck ist, multipliziert mit dem oben genannten Verstärkungsverhältnis.
  • Wenn der Fahrer die Bremse lockert, fällt der Druck in den Kammern 40 und 42 ab, und die Kolben 34 und 38 werden sich unter der Wirkung des in der Kammer 44 herrschenden Drucks (bezüglich Fig. 2) nach rechts verstellen. Eine zwischen den beiden Kolben 34 und 36 angeordnete Feder 94 beabstandet diese voneinander. Wenn der Druck im Bremsmotor 82 abfällt, vermindert sich auch der Reaktionsdruck in der Arbeitskammer des Zylinders zur Energiewiedergewinnung; er fällt vollständig ab, wenn die Verbindung zwischen den Bohrungen 54 und 56 wieder hergestellt ist. Wenn die Differenz zwischen den in den Kammern 74 und 44 herrschenden Drücken größer als ein von der Vorspannung der Feder 80 bestimter Wert ist, öffnet sich das aus den Teilen 66, 68, 70 bestehende Ventil, was den Fluiddruck im Bremsmotor 82 weiter vermindert. Wenn die Wirkung des letzteren kleiner als die von der Rückstellfeder 96 ausgeübte Kraft ist, wird der Kolben 34 zurück in Anlage an einen Absatz der Bohrung 32 gedrückt (bezüglich Fig. 2 nach links), und das aus den Teilen 66, 68, 70 bestehende Ventil wird offengehalten. Diese Schritte gewährleisten einen sicheren Abbau der Bremswirkung des Systems.
  • Bremst der Fahrer, wenn sich das Fahrzeug in Rückwärtsfahrt befindet, wird in der Arbeitskarnmer des Zylinders zur Energiewiedergewinnung kein Druck erzeugt, da der Bremssattel 3 in Anlage an den Anschlag 17 gerät.
  • Auf diese Weise wird der Bremsmotor 82 wie im ersten Abschnitt des oben beschriebenen Betriebs versorgt, wobei keine Druckverstärkung auftritt.
  • Der Fachmann erkennt, daß zur korrekten Anwendung der Erfindung eine vernünftige Wahl des Verhältnisses der aktiven Flächen notwendig ist, insbesondere der Fläche des Kolbens 19 bezüglich der der Arbeitskammer 84 oder 88 des mit der Kammer 44 verbundenen Bremsmotors 32 sowie der Flächen des Stufenkolbens 34.
  • In einer bevorzugten und getesten Ausführungsform sind diese Verhältnisse die folgenden:
  • - aktive Fläche 19 zur Fläche der Arbeitskammer 84 oder 88 = 1/3
  • - Verhältnis der Querschnitte des Stufenkolbens 34 = 1/5.
  • Man erhält auf diese Weise eine hydraulische Verstärkung, die gänzlich von Veränderungen des Reibungskoeffizienten der Beläge auf der Scheibe befreit ist und die vollständig vom Fahrer des Fahrzeugs gesteuert ist.
  • Durch den Fachmann können an dieser Anlage zahlreiche Veränderungen ausgeführt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der von den beigefügten Patentansprüchen abgegrenzt ist.

Claims (6)

1. Bremsanlage mit hydraulischer Verstärkung, mit wenigstens einer Scheibenbremse mit einem Bremsträger (1), einem Bremssattel (3), einem Fluiddruck-betätigten Bremsmotor (82), einem Hauptzylinder (48), einer Vorrichtung (15) zum Wiedergewinnen der beim Bremsen dissipierten Energie mit wenigstens einem Zylinder (21), der zusammen mit einem Kolben (19) die Energie wiedergewinnt und dem Bremsträger (1) und dem Bremssattel (3) zugeordnet ist und dessen Arbeitskammer fluidisch mit dem Bremsmotor (82) verbunden ist, und einem hydraulischen Verstärker/Begrenzer, der zwischen den Zylinder (15) zur Energiewiedergewinnung und den Bremsmotor (82) eingesetzt ist, wobei der hydraulische Verstärker/Begrenzer von im Hauptzylinder (48) erzeugten Fluiddruck gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Verstärker/Begrenzer enthält:
- ein erstes, normalerweise geöffnetes Ventil (66, 68, 70), das eine Verbindung zwischen dem Zylinder (15) zur Energiewiedergewinnung und dem Bremsmotor (82) unterbricht, wenn der Fluiddruck im Bremsmotor (82) größer ist als der im Hauptzylinder (48) erzeugte Druck, multipliziert mit einem vom Verhältnis der aktiven Flächen im hydraulischen Verstärker/Begrenzer definierten Verstärkungsfaktor;
- ein zweites, normalerweise geöffnetes Ventil (54, 36), das eine Verbindung zwischen dem Zylinder (15) zur Energiewiedergewinnung und dem Hauptzylinder (48) unterbricht, sobald der Druck im Hauptzylinder größer als der Ruhedruck ist; und
- ein drittes, normalerweise geschlossenes Ventil (78), das den Hauptzylinder (48) und den Bremsmotor (82) verbindet, wenn der im Hauptzylinder erzeugte Druck größer als der im Zylinder (15) zur Energiewiedergewiimung erzeugte Druck ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Verstärker/Begrenzer aus einem Gehäuse (30) besteht, in dem eine erste Stufenbohrung (32) gebildet ist, in der ein erster Stufenkolben (34) gleitet, der das erste Ventil (66, 68, 70) betätigt, wobei der erste Kolben (34) eine zweite Stufenbohrung (36) enthält, in der ein zweiter Stufenkolben (38) gleitet, der das zweite Ventil betätigt.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (38) ein Hoh1kolben ist, der die Stufenabschnitte der zweiten Bohrung (36) miteinander verbindet, wobei eine der Seiten des zweiten Kolbens den im Hauptzylinder (48) erzeugten Druck empfängt und die andere Seite das zweite Ventil bildet.
4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremssattel (3) auf einem fest mit dem Bremsträger (1) verbundenen Stab (11) verschiebbar und um ihn drehbar angebracht ist, wobei die Drehung durch wenigstens einen beweglichen Abschnitt (23) des Zylinders (15) zur Energiewiedergewinnung begrenzt ist.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremssattel (3) sich in Anlage am Kolben (23, 19) des Zylinders (15) zur Energiewiedergewinnung befindet, dessen Gehäuse (21) fest mit dem Bremsträger (1) verbunden ist.
6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsmotor (32) zwei voneinander unabhängige Arbeitskammern (86, 88) enthält, von denen eine (86) direkt mit dem Hauptzylinder (48) und die andere über den hydraulischen Verstärker/Begrenzer mit dem Zylinder zur Energiewiedergewinnung verbunden ist.
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