WO2011113658A1 - Bremskraftverstärker mit flexibler ansteuerung - Google Patents

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WO2011113658A1
WO2011113658A1 PCT/EP2011/052215 EP2011052215W WO2011113658A1 WO 2011113658 A1 WO2011113658 A1 WO 2011113658A1 EP 2011052215 W EP2011052215 W EP 2011052215W WO 2011113658 A1 WO2011113658 A1 WO 2011113658A1
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WO
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brake booster
brake
transmission element
actuating element
rolling body
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PCT/EP2011/052215
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French (fr)
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Lin Feuerrohr
Jochen Moench
Christian Meyer
Hans-Peter Dommsch
Stefan Demont
Martin-Peter Bolz
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Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/745—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on a hydraulic system, e.g. a master cylinder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T11/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator without power assistance or drive or where such assistance or drive is irrelevant
    • B60T11/04—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator without power assistance or drive or where such assistance or drive is irrelevant transmitting mechanically
    • B60T11/046—Using cables

Definitions

  • Brake booster with flexible control An actuation of a brake system, for example in a motor vehicle, is usually facilitated by means of a brake booster, which increases a force applied by a driver of the motor vehicle braking force by a certain amount or a certain factor. The resulting braking force is imparted to a brake system of the motor vehicle, which then brakes one or more wheels of the motor vehicle.
  • One common type of brake boosters operates on the basis of a vacuum accumulator evacuated from a suction port of an internal combustion engine of the motor vehicle so that the vacuum reservoir provides energy to boost the braking force.
  • a vacuum accumulator evacuated from a suction port of an internal combustion engine of the motor vehicle so that the vacuum reservoir provides energy to boost the braking force.
  • an internal combustion engine that can be used to evacuate the pressure accumulator.
  • Vacuum accumulator and brake booster based thereon are bulky and an arrangement of the brake booster with respect to the brake system is not very flexible.
  • a brake booster for an actuatable by displacement of an actuator braking means comprises an electric motor having a rotatable shaft for delivering a torque and a converter for converting the torque in a force acting on the actuating element displacement force.
  • the converter comprises a shaft connected to the shaft. which rolling body with a radial outer surface and a laterally flexible transmission element, wherein a portion of the transmission element bears against the outer surface of the rolling body and the transmission element is adapted to carry out the implementation by means of transmission of forces along the transmission element directed.
  • the laterally flexible but preferably longitudinally rigid transmission element it is possible to select an installation position of the brake booster relatively independent of an installation position of the braking device.
  • the conversion by means of the transmission element can be designed in such a way that an over or reduction ratio between the movement of the rolling body and the movement of the actuating element is realized.
  • a costly and possibly vulnerable gear of the electric motor can be dimensioned weaker in this way or omitted altogether.
  • Transmission element can achieve a very high efficiency in the range of 95 to 99%. As a result, wear of the brake booster can be minimized and a power demand on the electric motor can be reduced, so that the electric motor can be dimensioned smaller economically.
  • the forces running along the transmission element can essentially be tensile forces.
  • the displacement force can be introduced in a simple manner in the actuating element, at the same time a driver-controlled operation of the actuating element independent of the function of the brake booster ("punch-through") remains possible.
  • punch-through a driver-controlled operation of the actuating element independent of the function of the brake booster
  • the transmission element may be one of a rope, a chain, a flat band, a Bowden cable or a belt. These each laterally flexible
  • Transmission elements are available in a variety of designs in standard sizes, which can be accordingly cost.
  • the properties of such standard components are well known, so that the brake booster can be optimized in terms of manufacturing costs and reliability.
  • the length of an effective lever arm between a rotational axis of the rolling body and the voltage applied to the outer surface transmission element may be dependent on an angular position of the shaft.
  • the rolling body may comprise, for example, a cable drum mounted eccentrically on the shaft.
  • the displacement force on the actuating element is thus dependent on an angular position of the electric motor. For example, a defined progression of the braking force can be realized over an adjustment range of the electric motor.
  • the converter may comprise a further laterally flexible transmission element, of which a portion bears against the outer surface of the rolling body, wherein the displacement forces exerted on the actuating element by means of the transmission elements are anti-parallel to each other.
  • the force applied by the brake booster displacement force counteract an operating force of the driver, for example, to give the driver a force feedback or a request for reduced braking.
  • An amplification factor of the brake booster can therefore be less than one.
  • the transmission element can run in the manner of a pulley over a loose role, which is connected to the actuating element. As a result, when reducing an actuating travel, the displacement force acting on the actuating element can be increased. As a result, the electric motor can be dimensioned correspondingly smaller, resulting in reliability and cost advantages.
  • the brake device may include a foot brake lever acting on the actuator, and the transmission element may be configured to actuate the foot brake lever.
  • a Hebelüber- or -Ünter ein the paragraphshebels can thus be advantageously used for the brake booster.
  • a relationship between an actuation force of the footbrake lever and an actuation travel of the footbrake lever caused by the arrangement of the footbrake lever with respect to the actuation element can thus also apply to a relationship between the displacement force and a displacement path of the brake booster.
  • the function of the brake booster is thus adjusted to the function caused by the driver of the motor vehicle.
  • the electric motor may include a reduction gear. The deliverable by the electric motor torque can be increased, so that the electric motor can be dimensioned correspondingly smaller.
  • the actuating element may comprise a pressure piston of a brake cylinder.
  • a known hydraulically actuated brake system can thus be used without or with only a few changes in connection with the brake booster according to the invention.
  • FIG. 1 shows a brake booster on a brake system
  • FIG. 2 shows the brake booster from FIG. 1 with actuation of the brake system via a foot brake lever
  • FIG. 3 shows the brake booster from FIG. 1 with two transmission elements running antiparallel to each other
  • FIG. 4 shows the brake booster from FIG. 1 in a further embodiment
  • FIG. 5 shows the brake booster from FIG. 1 with an angle-controlled transmission characteristic.
  • Fig. 1 shows a brake booster 1 10 in a brake system 100.
  • the brake system 100 is shown only in part; typically it is a brake system of a motor vehicle 105, in particular a passenger car.
  • the brake system 100 is actuated by means of an actuating element 120 ("plunger"), which can be inserted into a brake cylinder 130.
  • the illustrated embodiment with the brake cylinder 130 uses a hydraulic brake. Raulische actuation of brakes.
  • a different brake operation can be performed, for example by means of a push rod, so that the brake cylinder 130 is omitted.
  • the brake booster 1 10 includes an electric drive 140 with a
  • Worm gear 150 which drives a drum 160.
  • the electric drive 140 includes an electric motor that may include a reduction gear, such as a spur gear or planetary gear.
  • a cable pull 170 is partially laid around the drum 160 and fastened to it in such a way that, during rotation of the drum 160, the cable pull 170 is wound up or unwound depending on the direction of rotation of the electric drive 140.
  • the cable 170 runs via a deflecting element 180 to a loose roller 190, which is arranged on the actuating element 120, and from there to a closing element 185.
  • the deflecting element 180 and the closing element 185 are attached to a common fastening structure, for example a chassis of the motor vehicle 105. In further embodiments, more or less than the one deflecting element 180 drawn in can also be used.
  • the brake cylinder 130 and the electric drive 140, as well as optionally further elements of the brake system 100, are connected to the same fastening structure.
  • the loose roller 190 drives the actuating element 120 to the right and the brake system 100 is actuated.
  • the loose roller 190 causes a tensile force, which the cable pull 170 transmits in its longitudinal direction, to be only half as large as a shift force exerted by the loose roller 190 on the actuating element 120, to the right.
  • a length of the cable 170, which is wound on the drum 160 during actuation of the brake system 100 twice as large as a actuation of the actuator 120.
  • the ratio between tensile force in the cable 170 and displacement force of the loose roller 190 can be controlled as needed.
  • the loose roller 190 can also be dispensed with and the cable pull 170 can be connected directly to the actuating element 120 instead of the closing element 185.
  • a foot brake lever 195 also acts on the actuator 120. When a driver of the motor vehicle 105 operates the foot brake lever 195, the foot brake lever 195 effects a rightward force on the actuator 120, which moves the actuator 120 to the right, thereby actuating the brake system 100.
  • the brake booster 1 10 may be relatively independent of the other elements of the brake system 100 in the motor vehicle 105.
  • the illustrated worm gear 150 is self-locking, so that a pulling force caused in the cable pull 170 can be maintained even when the electric drive 140 is not activated.
  • another or an additional gear may also be used on the electric drive 140 and optionally be covered by it, for example a
  • a rightward displacement force on the actuating element 120 can therefore be exercised independently both by means of the footbrake lever 195 and by means of the brake booster 10.
  • the electric drive 140 is controlled in normal operation such that a driver-controlled actuation of the foot brake lever 195 is supported or amplified.
  • An applied by the brake booster 120 operating force can be up to 2 kN in a large passenger car. Even if there is a defect in the area of the brake booster 110, so that the cable pull 170 is not tensioned, the foot brake lever 195 can be used to actuate the brake system 100.
  • Ends of the cable 170 in the region of the end element 185 and in the region of the drum 160 may be provided with terminating nipples in order to anchor the ends of the cable 170 to the respective element.
  • a terminating nipple can for example consist of die-cast aluminum and Spliced end of the cable 170 to be splashed around.
  • the diameter of the deflecting element 180 and the diameter of the loose roller 190 are chosen to be large enough to minimize wear of the traction cable 170 by bending stress.
  • the loose roller 190 and / or the deflecting element 180 has a circumferential groove in the respective roller body, so that a
  • FIG. 2 shows the brake booster 10 of FIG. 1 with actuation of the brake system 100 via the foot brake lever 195 as a variant of the embodiment shown in FIG. 1.
  • the loose roller 190 is not connected to the actuating element 120, but to the foot brake lever 195.
  • an over or under reduction of the movement of the cable pull 170 relative to the movement of the actuating element 120 can be used.
  • the ratio between the tensile force in the cable pull 170 and the displacement force exerted on the actuating element 120 can also be influenced.
  • the loose roller 190 is eliminated, and the cable 170 terminates at the foot brake lever 195.
  • a drive unit 210 of the brake booster 1 10 which comprises the drum 160, the worm gear 150, the electric drive 140 (not shown) and a deflecting element 180, relatively independent of the remaining elements of
  • Brake system 100 may be arranged.
  • the drive unit 210 can be rotated, for example, in the illustrated circle, without jeopardizing a functional safety of the brake booster 1 10 or the brake system 100.
  • the drive unit 210 When the drive unit 210 is rotated, it may be necessary to carry out a length compensation of the cable pull 170, for example by opening or closing.
  • a transmission element between the drum 160 and the actuating element 120 instead of the cable 170 also a chain, a flat band, a Bowden cable, a belt or a similar component can be used, which is suitable, at least partially winding the drum 160 and transmitting forces acting along the transfer member.
  • FIG. 3 shows the brake booster 10 of FIG. 1 with two cable pulls 170 running parallel to one another.
  • the cable pulls 170 are in different directions
  • each direction of rotation partially wound on the drum 160.
  • Remaining portions of the cables 170 extend in opposite directions via two deflecting elements 180 and from there to an introduction element 310, which is rigidly connected to the actuating element 120.
  • the introduction element 310 and thus the actuating element 120, is moved to the right or to the left.
  • the brake booster 1 10 can also counteract a force caused by the foot brake pedal 195 on the actuating element 120.
  • a driver-controlled brake actuation can be alleviated and / or the driver can be given a haptic feedback via the footbrake lever 195, for example when using an antilock braking system (ABS).
  • ABS antilock braking system
  • an operation of the brake system 100 may not be possible even if the electric drive 140 is not functioning. Failure of the electric drive 140 causes the brake boost to fail. The vehicle remains braked by actuation by means of the foot lever 195. If the electric drive 140 fails in the actuated state, the brake operation that has already taken place must be solved in another way, for example by means of ABS valves of a downstream hydraulic transmission of the braking force. Thereafter, a limited brake function is available over a remaining travel of the actuator 120.
  • Fig. 4 shows the brake booster 1 10 in another embodiment.
  • a ribbon 410 is used instead of the pull cable 170, which can transmit at least limited forces in the thrust direction.
  • a portion of the flat belt 410 is wound on the drum 160. From there, the flat strip 410 is guided to the deflecting element 180 and further parallel to the actuating element 120 to an introduction element 310 on the actuating element 120. To- At least a portion of the portion of the flat belt 410 wound on the drum 160 is held by a guide member 420 on the drum 160.
  • the drum 160 rotates in the counterclockwise direction, as indicated by the dotted arrow, a tensile force is exerted on the flat strip 410, which converts the flat strip 410 into a displacement force on the introduction element 310, so that the actuating element 120 is pushed to the right and the brake system 1 10 is operated.
  • the flat belt 410 transmits a pushing force to the introduction element 310, which counteracts a driver-controlled actuation force introduced by means of the footbrake lever 195.
  • the ribbon 410 can only transmit much lower shear forces than tensile forces. If a thrust force introduced into the flat belt 410 exceeds a certain amount, the flat belt 410 bulges in the area between the
  • Brake system 100 is maintained by means of the foot brake lever 195.
  • Fig. 5 shows a brake booster 1 10 with a angular controlled transmission characteristic.
  • the drum 160 is replaced by a cam 510.
  • the basic principle of the above-described embodiments is maintained by turning the cam 510 clockwise to exert a pulling force on the cable 170 and exert a rightward displacement force on the actuator 120 by means of the introducing member 310, so that the brake system 100 is operated.
  • an effective radius which results as a distance between the pivot point of the cam and the point of the cable 170 on which it leaves the cam 510, differs large.
  • this effective radius decreases with increasing angle of rotation in a clockwise direction, starting from the illustrated Position on.
  • the output from the electric drive 140 (not shown) to the cam 510 torque corresponds to the product of the described effective radius and the tensile force in the cable 170.
  • a course of the force exerted on the actuating element 120 displacement force over the displacement path of the actuating element 120 can be selectively influenced, for example, to increase the brake booster with a strong driver-controlled actuation of the actuating element 120 accordingly.
  • a fast movement of the actuating element 120 is possible with a relatively large effective radius of the cam 510 at unopposed brake (position A) and thus lower acting on the foot lever 195 counterforce.
  • the associated relatively low actuation force is sufficient to exert a sufficient actuation force on the actuator 120 at a given output torque of the electric drive 140.
  • the achievable actuation force at the same output torque of the electric drive 140 by the relatively small effective radius on the cam 510 is higher.
  • the electric drive 140 can be dimensioned smaller overall, wherein the reduced operating speed is sufficient for the operation.

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Abstract

Ein Bremskraftverstärker für eine mittels Verschiebung eines Betätigungselements betätigbare Bremseinrichtung umfasst einen Elektromotor mit einer drehbaren Welle zur Abgabe eines Drehmoments und einen Wandler zur Umsetzung des Drehmoments in eine auf das Betätigungselement wirkende Verschiebekraft. Der Wandler umfasst einen mit der Welle verbundenen Abrollkörper mit einer radialen Außenfläche und ein lateral flexibles Übertragungselement, wobei ein Abschnitt des Übertragungselements an der Außenfläche das Abrollkörpers anliegt und das Übertragungselement dazu eingerichtet ist, die Umsetzung mittels Übertragung von längs des Übertragungselements gerichteten Kräften durchzuführen.

Description

Beschreibung
Titel
Bremskraftverstärker mit flexibler Ansteuerung Eine Betätigung einer Bremsanlage, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, wird üblicherweise mittels eines Bremskraftverstärkers erleichtert, der eine durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs aufgebrachte Bremskraft um einen gewissen Betrag bzw. einen gewissen Faktor erhöht. Die resultierende Bremskraft wird an eine Bremsanlage des Kraftfahrzeugs vermittelt, die daraufhin eines oder mehrere Räder des Kraftfahrzeugs abbremst. Ein verbreiteter Typ von Bremskraftverstärkern arbeitet auf der Basis eines Unterdruckspeichers, der von einem Saugan- schluss eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs evakuiert wird, so dass der Unterdruckspeicher Energie zur Verstärkung der Bremskraft bereitstellt. Nicht jedes Kraftfahrzeug verfügt über einen Verbrennungsmotor, der zum Evakuieren des Druckspeichers verwendet werden kann. Beispielsweise in Dieseloder Elektrofahrzeugen behilft man sich gelegentlich damit, stattdessen eine elektrisch betriebene Unterdruckpumpe einzusetzen. Unterdruckspeicher und darauf basierende Bremskraftverstärker sind jedoch sperrig und eine Anordnung des Bremskraftverstärkers bezüglich des Bremssystems ist wenig flexibel.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Bremskraftverstärker bereitzustellen, der einen oder mehrere der genannten Nachteile überwindet. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Bremskraftverstärker mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an.
Erfindungsgemäß umfasst ein Bremskraftverstärker für eine mittels Verschiebung eines Betätigungselements betätigbare Bremseinrichtung einen Elektromotor mit einer drehbaren Welle zur Abgabe eines Drehmoments und einen Wandler zur Umsetzung des Drehmoments in eine auf das Betätigungselement wirkende Verschiebekraft. Zu diesem Zweck umfasst der Wandler einen mit der Welle verbun- denen Abrollkörper mit einer radialen Außenfläche und ein lateral flexibles Übertragungselement, wobei ein Abschnitt des Übertragungselements an der Außenfläche des Abrollkörpers anliegt und das Übertragungselement dazu eingerichtet ist, die Umsetzung mittels Übertragung von längs des Übertragungselements ge- richteten Kräften durchzuführen.
Durch das lateral flexible aber vorzugsweise longitudinal starre Übertragungselement ist es möglich, eine Einbauposition des Bremskraftverstärkers relativ unabhängig von einer Einbauposition der Bremseinrichtung zu wählen. Darüber hin- aus kann die Umsetzung mittels des Übertragungselements derart ausgeführt sein, dass ein Über- oder Untersetzungsverhältnis zwischen der Bewegung des Abrollkörpers und der Bewegung des Betätigungselements realisiert ist. Ein kostenintensives und gegebenenfalls anfälliges Getriebe des Elektromotors kann auf diese Weise schwächer dimensioniert bzw. ganz weggelassen werden. Die Um- setzung des Drehmoments in die Verschiebekraft mittels des lateral flexiblen
Übertragungselements kann einen sehr hohen Wirkungsgrad im Bereich von 95 bis 99% erreichen. Dadurch kann ein Verschleiß des Bremskraftverstärkers minimiert und eine Leistungsanforderung an den Elektromotor verringert sein, so dass der Elektromotor kostengünstig kleiner dimensioniert sein kann.
Die längs des Übertragungselements verlaufenden Kräfte können im Wesentlichen Zugkräfte sein. Dadurch kann die Verschiebekraft auf einfache Weise in das Betätigungselement eingeleitet werden, wobei gleichzeitig eine fahrergesteuerte Bedienung des Betätigungselements unabhängig von der Funktion des Bremskraftverstärkers ("Durchgriff") weiter möglich bleibt. Somit können gesetzliche Forderungen nach einer Ausfallsicherheit des Bremskraftverstärkers erfüllt sein.
Das Übertragungselement kann eines von einem Seil, einer Kette, einem Flach- band, einem Bowdenzug oder einem Riemen sein. Diese jeweils lateral flexiblen
Übertragungselemente sind in unterschiedlichsten Bauformen in Standardgrößen erhältlich, die dementsprechend kostengünstig sein können. Die Eigenschaften solcher Standardbauteile sind wohlbekannt, so dass der Bremskraftverstärker unter Hinblick auf Herstellungskosten und eine Betriebssicherheit optimiert wer- den kann. Die Länge eines wirksamen Hebelarms zwischen einer Drehachse des Abrollkörpers und dem an der Außenfläche anliegenden Übertragungselement kann von einer Winkelstellung der Welle abhängig sein. Der Abrollkörper kann beispielsweise eine exzentrisch auf der Welle montierte Seiltrommel umfassen. Die Verschiebekraft am Betätigungselement ist damit von einer Winkelstellung des Elektromotors abhängig. So kann beispielsweise eine definierte Progression der Bremskraft über einen Verstellbereich des Elektromotors realisiert sein.
Der Wandler kann ein weiteres lateral flexibles Übertragungselement umfassen, von dem ein Abschnitt an der Außenfläche des Abrollkörpers anliegt, wobei die mittels der Übertragungselemente auf das Betätigungselement ausübbaren Verschiebekräfte antiparallel zueinander sind. So kann die vom Bremskraftverstärker aufgebrachte Verschiebekraft einer Betätigungskraft des Fahrers entgegenwirken, beispielsweise um dem Fahrer eine Kraftrückmeldung oder eine Aufforderung zum verminderten Bremsen zu geben. Ein Verstärkungsfaktor des Bremskraftverstärkers kann daher kleiner Eins sein.
Das Übertragungselement kann nach Art eines Flaschenzugs über eine lose Rolle laufen, die mit dem Betätigungselement verbunden ist. Dadurch kann bei Verminderung eines Betätigungsweges die auf das Betätigungselement wirkende Verschiebekraft erhöht sein. In der Folge kann der Elektromotor entsprechend kleiner dimensioniert sein, woraus sich Zuverlässigkeits- und Kostenvorteile ergeben können.
Die Bremseinrichtung kann einen auf das Betätigungselement wirkenden Fußbremshebel umfassen und das Übertragungselement kann dazu eingerichtet sein, den Fußbremshebel zu betätigen. Eine Hebelüber- bzw. -Untersetzung des Fußbremshebels kann somit vorteilhaft für den Bremskraftverstärker ausgenutzt werden. Ein durch die Anordnung des Fußbremshebels bezüglich des Betätigungselements bewirkter Zusammenhang zwischen einer Betätigungskraft des Fußbremshebels und einem Betätigungsweg des Fußbremshebels kann somit auch für einen Zusammenhang zwischen der Verschiebekraft und einem Verschiebeweg des Bremskraftverstärkers gelten. Die Funktion des Bremskraftverstärkers wird somit der durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs bewirkten Funktion angeglichen. Der Elektromotor kann ein Untersetzungsgetriebe umfassen. Das vom Elektromotor abgebbare Drehmoment kann dadurch erhöht sein, so dass der Elektromotor entsprechend kleiner dimensioniert sein kann.
Das Betätigungselement kann einen Druckkolben eines Bremszylinders umfassen. Eine bekannte hydraulisch betätigte Bremsanlage kann somit ohne oder mit nur wenigen Änderungen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, in denen:
• Fig. 1 einen Bremskraftverstärker an einer Bremsanlage;
• Fig. 2 den Bremskraftverstärker aus Fig. 1 mit Betätigung der Bremsanlage über einen Fußbremshebel;
• Fig. 3 den Bremskraftverstärker aus Fig. 1 mit zwei antiparallel zueinander verlaufenden Übertragungselementen;
• Fig. 4 den Bremskraftverstärker aus Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsform; und
• Fig. 5 den Bremskraftverstärker aus Fig. 1 mit einer winkelgesteuerten Übertragungscharakteristik darstellt.
Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt einen Bremskraftverstärker 1 10 in einer Bremsanlage 100. Die Bremsanlage 100 ist nur ausschnittweise dargestellt; typischerweise handelt es sich um eine Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs 105, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die Bremsanlage 100 wird mittels eines Betätigungselements 120 („Stößel") betätigt, welches in einen Bremszylinder 130 einschiebbar ist. Die dargestellte Ausführungsform mit dem Bremszylinder 130 verwendet eine hyd- raulische Betätigung von Bremsen. In alternativen Ausführungsformen kann auch eine andere Bremsbetätigung durchgeführt werden, beispielsweise mittels einer Schubstange, so dass der Bremszylinder 130 entfällt. Der Bremskraftverstärker 1 10 umfasst einen elektrischen Antrieb 140 mit einem
Schneckengetriebe 150, welches eine Trommel 160 antreibt. Der elektrische Antrieb 140 umfasst einen Elektromotor, der ein Untersetzungsgetriebe umfassen kann, beispielsweise ein Stirnrad- oder Planetengetriebe. Ein Seilzug 170 ist derart teilweise um die Trommel 160 gelegt und an ihr befestigt, dass beim Dre- hen der Trommel 160 der Seilzug 170 in Abhängigkeit der Drehrichtung des elektrischen Antriebs 140 auf- bzw. abgewickelt wird. Der Seilzug 170 verläuft über ein Umlenkelement 180 zu einer losen Rolle 190, die an dem Betätigungselement 120 angeordnet ist, und von dort zu einem Abschlusselement 185. Das Umlenkelement 180 und das Abschlusselement 185 sind an einer gemeinsamen befestigenden Struktur angebracht, beispielsweise einem Chassis des Kraftfahrzeugs 105. In weiteren Ausführungsformen können auch mehr oder weniger als das eine eingezeichnete Umlenkelement 180 verwendet sein. Der Bremszylinder 130 und der elektrischen Antrieb 140, sowie gegebenenfalls weitere Elemente der Bremsanlage 100, sind mit derselben befestigenden Struktur verbunden.
Dreht sich der elektrische Antrieb 140, so dass die Trommel 160 den Seilzug 170 aufwickelt, so treibt die lose Rolle 190 das Betätigungselement 120 nach rechts und die Bremsanlage 100 wird betätigt. Die lose Rolle 190 bewirkt dabei, dass eine Zugkraft, die der Seilzug 170 in seiner Längsrichtung überträgt, nur halb so groß ist wie eine von der losen Rolle 190 auf das Betätigungselement 120 ausgeübte, nach rechts wirkende Verschiebekraft. Gleichzeitig ist eine Länge des Seilzugs 170, die während der Betätigung der Bremsanlage 100 auf der Trommel 160 aufgewickelt wird, doppelt so groß wie ein Betätigungsweg des Betätigungselements 120. Durch Vorsehen weiterer loser Rollen 190 am Betätigungselement 120 und gegebenenfalls weiterer Umlenkelemente 180 nach Art eines Flaschenzugs kann das Verhältnis zwischen Zugkraft im Seilzug 170 und Verschiebekraft der losen Rolle 190 bedarfsgerecht gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann die lose Rolle 190 auch entfallen und der Seilzug 170 unmittelbar mit dem Betätigungselement 120 statt mit dem Abschlusselement 185 ver- bunden sein. Ein Fußbremshebel 195 wirkt ebenfalls auf das Betätigungselement 120. Betätigt ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 105 den Fußbremshebel 195, so bewirkt der Fußbremshebel 195 eine nach rechts gerichtete Kraft auf das Betätigungselement 120, die das Betätigungselement 120 nach rechts bewegt und dadurch die Bremsanlage 100 betätigt.
Wie durch die gestrichelt eingezeichneten Elemente des elektrischen Antriebs 140, des Schneckengetriebes 150 und eines zusätzlichen Umlenkelements 180 angedeutet ist, kann eine Position derjenigen Elemente, die eine Zugkraft im Seilzug 170 generieren, variiert werden. Entsprechend weitergehender Anforderungen, beispielsweise einem zur Verfügung stehenden Einbauraum, einer bevorzugten Einbauposition oder weiterer Einflussfaktoren kann der Bremskraftverstärker 1 10 relativ unabhängig von den anderen Elementen der Bremsanlage 100 im Kraftfahrzeug 105 angeordnet sein.
Das dargestellte Schneckengetriebe 150 ist selbstsperrend, so dass eine im Seilzug 170 bewirkte Zugkraft auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn der elektrische Antrieb 140 nicht angesteuert ist. In weiteren Ausführungsformen kann auch ein anderes oder ein zusätzliches Getriebe am elektrischen Antrieb 140 eingesetzt und gegebenenfalls von ihm umfasst sein, beispielsweise ein
Stirnrad- oder ein Planetengetriebe.
Eine nach rechts gerichtete Verschiebekraft auf das Betätigungselement 120 kann also unabhängig sowohl mittels des Fußbremshebels 195, als auch mittels des Bremskraftverstärkers 1 10 ausgeübt werden. Der elektrische Antrieb 140 ist im Normalbetrieb derart gesteuert, dass eine fahrergesteuerte Betätigung des Fußbremshebels 195 unterstützt bzw. verstärkt wird. Eine vom Bremskraftverstärker 120 aufgebrachte Betätigungskraft kann bei einem großen Personenkraftwagen bis zu 2 kN betragen. Auch wenn im Bereich des Bremskraftverstär- kers 1 10 ein Defekt vorliegt, so dass der Seilzug 170 nicht gespannt wird, kann der Fußbremshebel 195 zum Betätigen der Bremsanlage 100 verwendet werden.
Enden des Seilzugs 170 im Bereich des Abschlusselements 185 und im Bereich der Trommel 160 können mit Abschlussnippeln versehen sein, um die Enden des Seilzugs 170 an dem jeweiligen Element zu verankern. Ein solcher Abschlussnippel kann beispielsweise aus Aluminium-Druckguss bestehen und um ein auf- gespleißtes Ende des Seilzugs 170 herumgespritzt sein. Der Durchmesser des Umlenkelements 180 und der Durchmesser der losen Rolle 190 sind ausreichend groß gewählt, um einen Verschleiß des Zugseils 170 durch Biegebeanspruchung gering zu halten. Vorzugsweise verfügt die lose Rolle 190 und/oder das Umlenk- element 180 über eine umlaufende Rille im jeweiligen Rollenkörper, so dass eine
Kontaktfläche zwischen der Rolle und dem Zugseil 170 maximiert ist.
Fig. 2 zeigt den Bremskraftverstärker 1 10 aus Fig. 1 mit Betätigung der Bremsanlage 100 über den Fußbremshebel 195 als Variante zur in Fig. 1 gezeigten Aus- führungsform. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die lose Rolle 190 nicht mit dem Betätigungselement 120, sondern mit dem Fußbremshebel 195 verbunden. Mittels geeigneter Wahl eines Abstandes zwischen der losen Rolle 190 und einem Drehpunkt des Fußbremshebels 195 kann eine Über- oder Untersetzung der Bewegung des Seilzugs 170 gegenüber der Bewe- gung des Betätigungselements 120 genutzt werden. Insbesondere kann dabei auch das Verhältnis zwischen der Zugkraft im Seilzug 170 zu der auf das Betätigungselement 120 ausgeübten Verschiebekraft beeinflusst werden.
In einer weiteren, mit gestrichelten Elementen dargestellten Ausführungsform entfällt die lose Rolle 190, und der Seilzug 170 endet am Fußbremshebel 195.
Wie durch einen gestrichelten Kreis angedeutet ist, kann ein Antriebsaggregat 210 des Bremskraftverstärkers 1 10, welches die Trommel 160, das Schneckengetriebe 150, den elektrischen Antrieb 140 (nicht dargestellt) und ein Umlenk- element 180 umfasst, relativ unabhängig von den verbleibenden Elementen der
Bremsanlage 100 angeordnet sein. Das Antriebsaggregat 210 kann beispielsweise in dem dargestellten Kreis verdreht werden, ohne eine Funktionssicherheit des Bremskraftverstärkers 1 10 bzw. der Bremsanlage 100 zu gefährden. Beim Verdrehen des Antriebsaggregats 210 muss gegebenenfalls ein Längenaus- gleich des Seilzugs 170 durchgeführt werden, beispielsweise durch Auf- bzw.
Abwickeln auf bzw. von der Trommel 160.
In weiteren Ausführungsformen kann als Übertragungselement zwischen der Trommel 160 und dem Betätigungselement 120 anstelle des Seilzugs 170 auch eine Kette, ein Flachband, ein Bowdenzug, ein Riemen oder ein ähnliches Bauelement verwendet werden, welches dazu geeignet ist, wenigstens teilweise auf die Trommel 160 aufgewickelt zu werden und Kräfte, die längs des Übertragungselements wirken, zu übertragen.
Fig. 3 zeigt den Bremskraftverstärker 1 10 aus Fig. 1 mit zwei antiparallel zuein- ander verlaufenden Seilzügen 170. Die Seilzüge 170 sind in unterschiedlichen
Drehrichtungen jeweils teilweise auf der Trommel 160 aufgewickelt. Verbleibende Abschnitte der Seilzüge 170 verlaufen in entgegengesetzte Richtungen über zwei Umlenkelemente 180 und von dort zu einem Einleitungselement 310, welches mit dem Betätigungselement 120 starr verbunden ist. Je nach Drehrichtung der Trommel 160 wird das Einleitungselement 310, und damit das Betätigungselement 120, nach rechts oder links verfahren. Durch die starre Verbindung des Einleitungselements 310 mit dem Betätigungselement 120 kann der Bremskraftverstärker 1 10 auch einer mittels des Fußbremspedals 195 auf das Betätigungselement 120 bewirkten Kraft entgegenwirken. Dadurch kann eine fahrergesteuerte Bremsenbetätigung abgemildert werden und/oder dem Fahrer über den Fußbremshebel 195 eine haptische Rückmeldung beispielsweise bei Einsatz eines Antiblockiersystems (ABS) gegeben werden. Allerdings ist in der dargestellten Ausführungsform, insbesondere bei Einsatz des nicht dargestellten, selbstsperrenden Schneckengetriebes 150 aus Figur 1 , eine Betätigung der Bremsanlage 100 bei nicht funktionierendem elektrischem Antrieb 140 eventuell nur noch eingeschränkt möglich. Ein Ausfall des elektrischen Antriebs 140 bewirkt, dass die Bremskraftverstärkung ausfällt. Das Fahrzeug bleibt aber durch Betätigung mittels des Fußhebels 195 bremsbar. Sollte der elektrische Antrieb 140 im betätigten Zustand ausfallen, muss auf andere Weise, beispielsweise mittels ABS- Ventilen einer nachgeschalteten hydraulischen Übermittlung der Bremskraft, die bereits erfolgte Bremsbetätigung gelöst werden. Danach ist eine eingeschränkte Bremsfunktion über einen verbleibenden Restweg des Betätigungselements 120 verfügbar. Fig. 4 zeigt den Bremskraftverstärker 1 10 in einer weiteren Ausführungsform.
Hier wird anstelle des Zugseils 170 ein Flachband 410 verwendet, welches auch in Schubrichtung zumindest begrenzte Kräfte übertragen kann. Ein Abschnitt des Flachbandes 410 ist auf die Trommel 160 aufgewickelt. Von dort ist das Flachband 410 zum Umlenkelement 180 und weiter parallel zum Betätigungselement 120 zu einem Einleitungselement 310 am Betätigungselement 120 geführt. Zu- mindest ein Teil des auf die Trommel 160 aufgewickelten Abschnitts des Flachbandes 410 wird von einem Führungselement 420 an der Trommel 160 gehalten.
Dreht sich die Trommel 160 gegen den Uhrzeigersinn, wie durch den einge- zeichneten Pfeil angedeutet ist, so wird auf das Flachband 410 eine Zugkraft ausgeübt, die das Flachband 410 in eine Verschiebekraft am Einleitungselement 310 umwandelt, so dass das Betätigungselement 120 nach rechts geschoben und die Bremsanlage 1 10 betätigt wird. Dreht sich die Trommel 160 hingegen im Uhrzeigersinn, so überträgt das Flachband 410 eine Schubkraft auf das Einlei- tungselement 310, die einer fahrergesteuerten, mittels des Fußbremshebels 195 eingebrachten Betätigungskraft entgegenwirkt.
Dabei kann das Flachband 410 nur wesentlich geringere Schubkräfte als Zugkräfte übertragen. Übersteigt eine in das Flachband 410 eingeleitete Schubkraft ein gewisses Maß, so wölbt sich das Flachband 410 im Bereich zwischen dem
Umlenkelement 180 und dem Einleitungselement 310 nach oben, so dass keine nennenswerte Verschiebekraft mehr in das Betätigungselement 120 eingebracht wird. Auf diese Weise kann die oben mit Bezug auf Fig. 3 beschriebene hapti- sche Rückmeldung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 105 realisiert sein, wobei trotzdem noch eine vom Bremskraftverstärker 1 10 unabhängige Betätigung der
Bremsanlage 100 mittels des Fußbremshebels 195 erhalten bleibt.
Fig. 5 zeigt einen Bremskraftverstärker 1 10 mit einer winkelgesteuerten Übertragungscharakteristik. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungs- formen ist die Trommel 160 durch eine Kurvenscheibe 510 ersetzt. Das Grundprinzip der oben beschriebenen Ausführungsformen bleibt erhalten, indem die Kurvenscheibe 510 im Uhrzeigersinn gedreht wird, um eine Zugkraft auf den Seilzug 170 auszuüben und eine nach rechts wirkende Verschiebekraft mittels des Einleitungselements 310 auf das Betätigungselement 120 auszuüben, so dass die Bremsanlage 100 betätigt wird.
Je nach Winkelstellung der Kurvenscheibe 510 ist ein wirksamer Radius, der sich als Abstand zwischen dem Drehpunkt der Kurvenscheibe und dem Punkt des Seilzugs 170, an dem dieser die Kurvenscheibe 510 verlässt, ergibt, unterschied- lieh groß. In der dargestellten Ausführungsform sinkt dieser wirksame Radius mit zunehmendem Drehwinkel im Uhrzeigersinn ausgehend von der dargestellten Position an. Das vom elektrischen Antrieb 140 (nicht dargestellt) an die Kurvenscheibe 510 abgegebene Drehmoment entspricht dem Produkt aus dem beschriebenen wirksamen Radius und der Zugkraft im Seilzug 170. Durch Verändern des wirksamen Radius in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Kurven- Scheibe 510 ergibt sich ein vorbestimmter Zusammenhang zwischen der Winkelstellung des elektrischen Antriebs 140 und der auf das Betätigungselement 120 ausgeübten Verschiebekraft. Auf diese Weise kann ein Verlauf der auf das Betätigungselement 120 ausgeübten Verschiebekraft über den Verschiebeweg des Betätigungselementes 120 gezielt beeinflusst werden, beispielsweise um die Bremskraftverstärkung bei einer starken fahrergesteuerten Betätigung des Betätigungselementes 120 entsprechend zu steigern.
In der dargestellten Ausführungsform ist bei unbetätigter Bremse (Position A) und damit geringer auf den Fußhebel 195 wirkenden Gegenkraft bei relativ großem wirksamen Radius der Kurvenscheibe 510 eine schnelle Bewegung des Betätigungselements 120 möglich. Die damit verbundene relativ geringe Betätigungskraft reicht aus, um bei gegebenem Abtriebsmoment des elektrischen Antriebs 140 eine ausreichende Betätigungskraft auf das Betätigungselement 120 auszuüben.
Bei teilweise betätigter Bremse (Position B) ist die erreichbare Betätigungskraft bei gleichem Abtriebsmoment des elektrischen Antriebs 140 durch den relativ kleinen wirksamen Radius an der Kurvenscheibe 510 höher. Damit kann der elektrische Antrieb 140 insgesamt kleiner dimensioniert werden, wobei die ver- minderte Betätigungsgeschwindigkeit für die Betätigung ausreicht.

Claims

Ansprüche
1 . Bremskraftverstärker (1 10) für eine mittels Verschiebung eines Betätigungselements (120) betätigbare Bremseinrichtung (100), wobei der Bremskraftverstärker (1 10) folgendes umfasst:
- einen elektrischen Antrieb (140) mit einer drehbaren Welle (145) zur Abgabe eines Drehmoments;
- einen Wandler (160, 170) zur Umsetzung des Drehmoments in eine auf das Betätigungselement (120) wirkende Verschiebekraft,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wandler (160, 170) einen mit der Welle (145) verbundenen Abrollkörper (160) mit einer radialen Außenfläche und ein lateral flexibles Übertragungselement (170) umfasst,
- wobei ein Abschnitt des Übertragungselements (170) an der Außenfläche des Abrollkörpers (160) anliegt und das Übertragungselement (170) dazu eingerichtet ist, die Umsetzung mittels Übertragung von längs des Übertragungselements (170) gerichteten Kräften durchzuführen.
2. Bremskraftverstärker (1 10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die längs des Übertragungselements (170) verlaufenden Kräfte im Wesentlichen Zugkräfte sind.
3. Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (170) eines von einem Seil, einer Kette, einem Flachband, einem Bowdenzug oder einem Riemen ist.
4. Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines wirksamen Hebelarms zwischen einer Drehachse des Abrollkörpers (160) und dem an der Außenfläche anliegenden Übertragungselement (170) von einer Winkelstellung des Abrollkörpers (160) abhängig ist.
Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (160, 170) ein weiteres lateral flexibles Übertragungselement (170) umfasst, von dem ein Abschnitt an der Außenfläche das Abrollkörpers (160) anliegt und wobei die mittels der Übertragungselemente (170) auf das Betätigungselement (120) ausübbaren Verschiebekräfte antiparallel zueinander sind.
Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (170) nach Art eines Flaschenzugs über eine lose Rolle (190) läuft, die mit dem Betätigungselement (120) verbunden ist.
Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (100) einen auf das Betätigungselement wirkenden Fußbremshebel (195) umfasst und das Übertragungselement (170) dazu eingerichtet ist, den Fußbremshebel (195) zu betätigen.
Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (140) ein Untersetzungsgetriebe (150) umfasst.
Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (120) einen Druckkolben eines Bremszylinders (130) umfasst.
10. Bremskraftverstärker (1 10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkörper (160) eine Kurvenscheibe (510) umfasst, welche bei mit steigendem Betätigungsweg des Betätigungselements (120) einen abnehmenden wirksamen Radius aufweist.
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