WO2014016002A1 - Betätigungseinheit einer bremsanlage und verfahren zum bremsen - Google Patents

Betätigungseinheit einer bremsanlage und verfahren zum bremsen Download PDF

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WO2014016002A1
WO2014016002A1 PCT/EP2013/058755 EP2013058755W WO2014016002A1 WO 2014016002 A1 WO2014016002 A1 WO 2014016002A1 EP 2013058755 W EP2013058755 W EP 2013058755W WO 2014016002 A1 WO2014016002 A1 WO 2014016002A1
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brake
bellows
support
fluid
actuator
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PCT/EP2013/058755
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Georg Bachmaier
Gunter Freitag
Andreas GÖDECKE
Karl-Josef Kuhn
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • 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
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/321—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration deceleration
    • B60T8/3255—Systems in which the braking action is dependent on brake pedal data
    • B60T8/326—Hydraulic systems
    • 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
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/52—Torque sensing, i.e. wherein the braking action is controlled by forces producing or tending to produce a twisting or rotating motion on a braked rotating member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/02—Fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2125/00—Components of actuators
    • F16D2125/02—Fluid-pressure mechanisms
    • F16D2125/14—Fluid-filled flexible members, e.g. enclosed air bladders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/08—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms
    • F16D2127/085—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having additional fluid pressure elements

Definitions

  • Brake systems are used in particular in cars, but also in general engineering, e.g. in commercial vehicles, aircraft wheels, elevator brakes, wind turbines, etc.
  • actuating unit of a brake system comprising:
  • a fluid-based actuator disposed on the support device
  • At least one braking element which is arranged on the actuating element
  • the support element is arranged on the actuation element or there is a rigid connection between the actuation element and the support element
  • the invention relates to a method for braking, comprising:
  • the support element is a bellows or contains a bellows, which is filled with the fluid.
  • the object is to specify a simply constructed operating unit of a brake, which in particular is maintenance-free.
  • an associated method should be specified.
  • the operating unit of a brake system with preferably self-boosting may include:
  • a carrier device e.g. a floating caliper or a fixed caliper
  • a fluid-based actuator disposed on the support device, e.g. a hydraulic or pneumatic cylinder or preferably a hydraulic or pneumatic metal bellows,
  • At least one braking element arranged on the actuating element e.g. a brake pad
  • the support element is arranged on the actuating element or wherein there is a rigid connection between the actuating element and the support element,
  • the support element is a bellows or contains a bellows, preferably a metal bellows.
  • the supporting element can be part of a carrier element of the actuating element.
  • the brake can be used in a machine, for example in a transport machine, such as a motor vehicle, a truck or other work machine.
  • the motor vehicle can be driven by an internal combustion engine or with an electric motor or contain a hybrid drive.
  • the brake can also be used in other applications, such as elevator brake, aircraft wheel, wind turbine.
  • new wheel concepts are used, e.g. Hub motor.
  • New requirements are imposed on the installation space and the weight of the brakes.
  • the space should be as small as possible.
  • the unsprung weight on the wheel should be as small as possible, which can be achieved, for example, by a low weight of the brake.
  • the brake should be low maintenance, especially despite the high mechanical loads.
  • the pressure generating unit may be a pump with electric motor, in particular a bidirectional pump.
  • piezo drives can be used for the pressure generating unit.
  • a bellows as a support element leads to a maintenance-free element that can be used over the entire operating life of, for example, more than 10 years.
  • a bellows has a lower weight than a cylinder and also a higher restoring force.
  • the fluid may be a liquid or a gas. Liquids are less compressible than gases and therefore for Brake applications particularly suitable to allow fast braking. In the case of a liquid fluid is a hydraulic. In the case of a gaseous fluid is a pneumatic. An example of a liquid fluid is a silicone oil.
  • the carrier device can be, for example, a frame or a housing part or contain.
  • the support device may include a floating member which, upon actuation of the actuator relative to a stationary part of the
  • Carrier device is moved.
  • the resting part may be attached to a machine frame, e.g. a vehicle frame, be attached or trained.
  • a floating bearing can be achieved, for example, by means of at least one linear guide; preference is given to using at least two mutually parallel guides in order to better absorb the forces.
  • a floating double floating caliper instead of a floating double floating caliper, a fixed caliper with respect to the actuator can be used and a floating caliper with respect to the support element.
  • the floating caliper is floatingly mounted in a direction that lies in the circumferential direction of the brake disc.
  • the actuating element may be a hydraulically or pneumatically actuated piston.
  • a bellows may be used, in particular a metal bellows or a bellows made of a metallic material.
  • a bellows has the advantage of freedom from maintenance, less weight and a higher intrinsic restoring force compared to a cylinder.
  • a second "floating" bearing of the support device can be provided in a direction which is transverse, preferably at an angle of 90 degrees to the direction of the first floating support.
  • a floating bearing can be, for example, via at least one linear guide reach, preferably at least two mutually parallel guides are used to absorb the forces better.
  • a bellows, in particular the bellows of the support element - but possibly also the bellows of the actuating element, may contain at least one stretchable section.
  • the stretchable portion may include a circumferential sidewall in which the distance from opposing locations increases and decreases several times as the distance to an opening in the bladder increases, more particularly periodically, eg more than two times, more than three times or more four times.
  • a corrugated bellows is used.
  • a folded wall can be used or a wall of individual segments which are interconnected, for example. By folding or crimping. But also bellows or other bellows are suitable.
  • the diameter of a bellows with a circular cross-section can change with constant length of the bellows, ie without pressure with increasing distance to a bellows bottom, for example. More than a millimeter or more than five millimeters. For example, the changes are less than 2 inches or less than 1 centimeter.
  • the wall thickness of the wall can remain essentially the same, for example, with fluctuations less than 1 millimeter or less than 0.1 millimeter.
  • the wall thickness is, for example, in the range between 0.2 millimeters to two millimeters.
  • the distance from opposite wall locations is, for example, between 5 centimeters and 10 centimeters.
  • a bellows can also be a bellows with double wall, triple wall, etc. are used.
  • a bellows is in contrast to, for example, a support cylinder or brake cylinder tight, ie there is no fluid leak or enter, as well as no gas or dust.
  • a bellows for example, in comparison to a hydraulic piston no friction between a piston guide and the piston or on a sealing element.
  • a sealing element (often elastic, eg rubber) is not present in a bellows, so that the problems associated with the sealing element do not occur, eg aging leading to pores, heating, which leads to a reduction in the tightness.
  • a bellows has a low weight as a piston and the associated piston guide.
  • a bellows has a restoring force, which is not readily available with a piston or cylinder.
  • a metal bellows galvanic methods can be used.
  • the shape of a metallic core may dictate the shape of the bellows during plating. Galvanized, for example, with external current.
  • the core can be dissolved after plating, for example, with a chemical, if core and bellows consist of mutually different materials. Even layers of mutually different metals can be galvanized one after the other. Thus, cross sections can also be generated that deviate from a circular shape.
  • Typical metals for bellows are iron compounds, especially steel, nickel compounds, etc.
  • Bellows may be used whose cross-section is circular, elliptical or other shape, e.g. a shape adapted to the brake disc.
  • the bellows may have at least one opening or multiple openings in the bellows, the openings may be for the entry and exit of a fluid, i. a flowing medium.
  • the bellows may include a bellows bottom and a bellows closure opposite the bellows bottom.
  • the opening for the fluid can be arranged.
  • a bellows wall is, for example, arranged between bellows bottom and bellows closure.
  • the brake element may be a brake pad containing, for example, organic additives such as resin or rubber. But also sintered materials can be used, in particular with or without organic additives.
  • On the brake element may be formed a braking surface, wherein the actuating element causes a change in length of its length, which leads to a displacement of the braking surface.
  • the braking surface can be pressed during braking against a brake disc, so that a deceleration of the brake disc and the associated wheel takes place.
  • a force which is supported at a non-self-reinforcing brake on the carrier device In the self-reinforcing brake, this force can be introduced into the support element and then used for braking. This makes it possible to use the kinetic energy of the vehicle or another device for braking.
  • the displacement of the braking surface can take place along a first axis.
  • the actuator unit a cylinder with movable piston, so the first axis is, for example. Match with the longitudinal axis of the piston or the cylinder.
  • a bellows actuator as the axis is, for example, in the normal direction of the bellows bottom or the bellows closure.
  • the first axis may be parallel to a rotational axis of a brake disc, which is braked by the actuator unit.
  • the actuating element When the actuating element is actuated, the supporting element can be compressed by a circumferential force which arises on a brake disk and acts on the actuating element and on the supporting element.
  • the kinetic energy of the brake disc or the wheel driving the brake disc In the vehicle stored kinetic energy can be used for braking, which is also referred to as self-boosting the brake.
  • circuits without a processor are used, e.g. State machines based on programmable logic circuits, e.g. FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • a fluid system may connect the actuator and the support member.
  • the fluid system is, for example, a hydraulic system consisting of lines or channels and switching elements, such as multi-way valves or one-way valves. For example, check valves are used.
  • a pressure generating unit can build up a low pre-pressure.
  • the pressure generating unit is, for example, a pump unit or a pressure accumulator.
  • the fluid system may contain conduits made of a rigid material, eg metal conduits or metal conduits. Alternatively, flexible hoses can also be used.
  • the fluid system may include at least one multiway valve.
  • the multi-way valve can switch a fluid connection along at least two paths, wherein a small space is used. However, two or more than two one-way valves may be used instead of the multi-way valve.
  • the valves can be actuated electronically, via a fluid or in some other way.
  • the multiple valves (A, B, C) may be "normally open", i. in position C, Cl if the supply voltage or the supply pressure fails. This leads to a security of the system in the sense of "intrinsic safety", which is particularly important for braking.
  • the multiway valve may have or contain at least three ports.
  • a first connection of the multiway valve can be connected to the actuating element.
  • a second port of the multiway valve may be connected to the support element.
  • the multi-way valve can selectively switch or disconnect a hydraulic / pneumatic connection between the actuating element and the support element.
  • a third port of the multiway valve may be connected to a fluid reservoir.
  • the pressure in the fluid reservoir or in a reservoir can correspond to the ambient pressure.
  • the fluid reservoir provides an additional volume, in particular a variable volume, for the fluid and thus creates a fluid buffer or fluid buffer.
  • the fluid reservoir contains a membrane.
  • the multi-way valve can selectively switch a hydraulic / pneumatic connection between the actuating element and the support element or between the actuating element and the fluid storage unit.
  • a second support element may be arranged on the carrier device. The second supporting element can be arranged on the actuating element or there can be a rigid connection between the second supporting element and the actuating element.
  • self-energizing braking in two opposite directions of movement can be utilized, e.g. when driving forwards and reversing or when starting up or shutting down a lift, etc.
  • the brake element may be arranged on a brake disk or on a free space for a brake disk.
  • the brake disk or the intermediate space can lie, for example, between two brake linings of the disk brake.
  • the two brake pads can move towards each other and thus to the brake disc.
  • the brake disc can be pressed against the brake pads.
  • the bellows of the support element and / or the actuating element may be in one embodiment, a metallic bellows or a bellows containing a metallic material.
  • the metal gives the bellows the required mechanical rigidity and strength. Additional spring elements are not required due to the restoring force of the bellows. However, such spring elements can be used as needed.
  • the actuation unit can include a pressure adjustment device, for example a cylinder with a piston, which has two differently sized effective surfaces on the opposite sides of a piston rod. One surface may be at least 50 percent smaller or at least 100 percent smaller than the other surface.
  • the pressure adjusting device is also called Hubüberkiller designated.
  • the pressure adjustment device can thus be, for example, a cylinder with two mutually different cross-sectional areas. The hydraulic system becomes "softer" through the pressure adjusting device.
  • a forepump can be limited in one embodiment, when a pressure accumulator is used, which is for example. By the pressure adjustment device pressurized.
  • an accumulator unit may also be present in the actuation unit.
  • the pressure storage unit is designed, for example, for a pressure in the range of 1 MPa to 15 MPa (megapascals).
  • the actuating element and the support element can be made in one piece and / or metallic tight.
  • One-piece means that both parts have been manufactured, for example, in the same production process, e.g. in the same galvanic process, in particular simultaneously. The result is only a single part that is tight and maintenance-free.
  • Metallically dense means that a water passage and / or a gas passage is prevented. Thus, even after ten years, the barrier effect can still be present and ensure that the fluid has unimpaired performance properties.
  • the actuating element and / or the support element may include at least one hydraulic switching unit.
  • the mechanical rigidity can be increased, for example, by a reduction of the dead volume compared to a liquid in the bellows.
  • the brake may include a housing containing the fluid storage unit, the optional switch unit, and the first channel.
  • the housing may be encapsulated, ie it forms a capsule around said units. Due to the encapsulated design, the fluid can be used for a long time, for example. Over a period of time greater than 10 years. In particular, the flow properties of the fluid are not degraded by the ingress of air or moisture. Also a fouling of the fluid
  • Fluids are excluded by the encapsulation. Furthermore, due to the encapsulation, no air or gas bubbles can form in the brake system, so that the full braking effect is maintained over the entire service life of, for example, more than ten years.
  • the pump unit and possibly also the drive unit can likewise be arranged inside the housing.
  • the membrane may form part of the encapsulated housing.
  • the drive unit can then be arranged on the membrane in a simple manner outside the housing, for example a piezoelectric crystal.
  • the housing may be metallic tight or be metallically tightly connected to the bellows.
  • Metallically dense here means that a water passage and / or a gas passage is prevented.
  • Examples of metallically sealed connection are, for example, soldering and welding. But also a one-piece production of bellows and housing can be done, for example. With galvanic process.
  • the housing has at least one passage for an electrically conductive connection. Because no mechanical movement is transmitted to the bushing must be well sealed, for example, with a hardening plastic.
  • a method of braking may include the following steps:
  • the support element is a bellows or contains a bellows, which is filled with the fluid.
  • a switching unit can be used which contains at least two switch positions and / or at least three connections.
  • the switching unit is, for example, a multi-way valve or contains at least two one-way valves.
  • the fluid pressure can be redirected in a first switching position of a switching unit or the switching unit.
  • the first switching position is used.
  • the brake is in self-boosting mode.
  • the diversion can be interrupted in a second switching position.
  • the second switching position is, for example, driven., When a setpoint pressure of the brake is reached.
  • the target pressure is selected, for example, depending on the Pedalauslenkung a brake pedal.
  • the bypass can be interrupted in a third switching position and a connection can be connected between the actuating unit and a fluid reservoir. For example. the third shift position is selected when the brake pedal is unloaded.
  • - Wedge brake Electronic Wedge Brake
  • the brake pad is pressed against the brake disc by means of a wedge.
  • the use of a wedge offers the possibility to use a mechanical reduction (“lever”) in order to provide the necessary high Bremsantik concept can.
  • the wedge can be used to make the brake itself reinforcing.
  • the braking reaction torque acting on the brake pad is used to increase the Bremsantikskraft.
  • this carries the risk of instability (“seizure").
  • - Ball screw Here, the rotational movement of an electric motor by means of a ball screw heavily subdued translated into a linear motion. This makes it possible to use space-saving and cost-saving small electric motors which, although they can not generate a great moment, can be used for high rotational speeds.
  • Advantage is u.a. the simple structure, disadvantage the slow and inefficient actuation.
  • - Hydraulic pump The traditional hydraulic-powered automotive brake can be converted to an electro-mechanical brake by adding a hydraulic pump. Here, the brake pressure is built up in a reservoir by a pump. By electromechanical valves, the brake pressure is then applied depending on the driver's request by pressure hoses on the brake piston on the wheels.
  • Advantage is the possible further use of the designed hydraulic brakes. Disadvantage is the elaborate pressure generation and the lack of reliability ("single point of failure").
  • the present technical idea comprises a hydraulic, self-reinforcing brake device (see drawings).
  • the brake pressure forces are applied by means of a hydraulic piston or metal bellows as in a traditional automobile brake (drawings: "main bellows").
  • the brake reaction torques are, however, added via one or more Abstweilbälge (drawings: "Abstweilbalg”):
  • Abstützbälge Drawings: "Abstweilbalg”
  • the friction forces acting between the brake disc and brake pad cause the brake pad sideways, so that the brake disc "presses” the brake pad in the Abstweilbalg.
  • Abstützbalg an over- build up pressure.
  • This overpressure can then be used by means of a control valve to increase the pressure in the main bellows: the system has reached the state of self-boosting.
  • the fore pump withdraws from the hydraulic accumulator (drawing: “hydraulic accumulator”)
  • Brake fluid to build up a low pre-pressure The control valve is in position "C" or Cl.
  • the braking reaction torque causes the brake pad to escape laterally and presses it into the support bellows.
  • the direction of rotation of the wheel is such that the upper Abstützbalg is loaded. Due to the symmetric design of the system, the system behavior results in the opposite direction of rotation analog.
  • Brake fluid flows back into the reservoir.
  • the brake pad is removed, in particular driven by the restoring force of the bellows, from the brake disc. 11. This reduces both the Bremsandruckkraft, and consequently the brake reaction torque.
  • the pressure in the support bellows decreases.
  • the control valve can be electronically controlled in a simple way.
  • the brake is therefore excellently suited for use in "brake-by-wire" environments and hybrid or fully electric vehicles.
  • Maintenance-free The use of metal bellows allows a structure without plastic and rubber elements, which prevents water absorption and thus aging of the hydraulic fluid. Furthermore, a "metallically dense" construction ensures that no liquid is lost over the lifetime and thus the hydromechanical system is maintenance-free.
  • FIG. 1 shows a first self-reinforcing brake
  • FIG. 2 shows a second self-reinforcing brake
  • Figure 3 is an integrally manufactured actuator unit
  • FIG. 4 shows a method for actuating a brake.
  • the brake system 10 includes:
  • the disc brake 12 includes:
  • the brake disc 20 rotates about a rotation axis 6. On the other wheels of the car brakes of the same type can also be arranged.
  • the operation unit 16 includes:
  • a brake pad 30 e.g. rubber or resin based
  • a main bellows 40 preferably made of metal
  • a first support bellows 42 also preferably made of metal
  • a second support bellows 44 e.g. made of metal
  • the carrier device is, for example, a floating floating double-floating "roller".
  • For storage can be used, for example, linear guide or other construction element.
  • the main bellows 40 and the Abstützbälge 42 and 44 are attached to the bellows support. Another embodiment will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the bellows support 48 is movably supported along a support axis 8 in both directions.
  • Support shaft 8 is, for example, at an angle of 90 degrees to the axis of rotation 6.
  • the bellows support 46 is, for example, only on the Abstützbälge 42 and 44 connected to the support device 18 a, 18 b.
  • a guide for the bellows support may be provided on the support device, in particular a linear guide parallel to or in the direction of the support axis 8.
  • a double floating bearing since the movable part of the support device can also move parallel to the axis of rotation 6.
  • a fixed caliper can be used.
  • the hydraulic circuit 14 includes:
  • control valve SV1 preferably a valve which is open without electrical supply voltage, i. "normally open” or "normally open”,
  • pre-pump unidirectional or bidirectional
  • the control valve SV1 has three selectively switchable valve positions AI, Bl, Cl.
  • the control valve SV1 has four valve ports VA1 to VA4, but of which the valve port VA4 is not used in the embodiment, so that a control valve SV1 with only three ports is suitable.
  • the conduit 60 leads from an opening of the Abstützbalgs 44 to the branch VI.
  • the check valve RV2 is located between the branch VI and the branch V2. With a compact design, the check valve RV2 can be connected directly to branches VI and V2. Alternatively, a line (not designated) is used between the branch VI and the one port of the check valve RV2, and / or a line 62 is used between the other port of the check valve RV2 and the branch V2.
  • the check valve RV2 passes fluid from the branch VI to the branch V2.
  • the check valve RV1 is located between the branch VI and the branch V4, using two optional lines 72 and 74.
  • the check valve RV1 passes fluid from the branch V4 to the branch VI and blocks the fluid flow in the other direction.
  • the check valve RV3 lies between the branch V3 and the branch V2, using an optional line 64.
  • the check valve RV3 passes fluid from the branch V3 to the branch V2 and locks in the other direction.
  • the check valve RV4 is located between the branch V3 and the branch V4, using two optional ones
  • the check valve RV4 passes fluid from branch V3 to branch V4 and locks in the other direction. From the branch V3 a line 66 leads to the support bellows 42. A line 68 is located between the actuating bellows 40 (main bellows) and the connection VAl of the control valve SV1.
  • the line 70 is located between a port VA2 of the control valve SV1 and the branch V2.
  • a line 80 leads from a third port VA3 of the control valve SV1 to a branch V5.
  • Line 82 connects branch V5 and fluid reservoir 50.
  • Line 84 connects branch V5 to one port of pump 52. The other port of pump 52 is connected to branch V4.
  • the hydraulic circuit 14 is modified for the same function, in which, for example, the branches VI to V5 are set in other places or in another way.
  • the lines and / or branches are, for example, designed as channels in a closed housing.
  • Position AI flow In place of a bidirectional flow, only a unidirectional flow can be permitted, for example by appropriate design of the control valve SV1. In the switching position Bl all connections VAl to VA3 or to VA4 are separated from each other. A fluid flow is thus not possible in this switching position Bl of the control valve SV1. In the switching position Cl, a bidirectional flow between the terminals VAl and VA3 is possible. In place of bidirectional flow, only unidirectional flow can be allowed.
  • the solenoid 48 of the control valve SVl is controlled by a control unit, not shown. In this case, a control method or a control method can be used.
  • An optional pressure sensor may detect the pressure in the hydraulic circuit 14, eg, the pressure in the actuating bladder 40 or at another location.
  • control valve SVl can also be a pneumatic control.
  • a complete braking process runs, for example, according to the following flow chart: 1.
  • the fore pump 52 removes brake fluid from the hydraulic accumulator 50 in order to build up a low admission pressure.
  • the control valve is in position Cl.
  • the SVl control valve moves into position AI to build up pressure in the main bellows 40.
  • the check valves RV1, RV2, RV3 and RV4 are switched in the forward direction.
  • the braking reaction torque causes the brake lining 30 to deflect laterally and presses the brake lining carrier 46 coupled to the brake lining 30 into the supporting bellows 42. It is assumed below that the direction of rotation of the wheel is such that the supporting bellows 42 are loaded. Due to the symmetrical design of the system, the system behavior results in the opposite direction of rotation of the wheel or the brake disk 20 in an analogous manner.
  • control valve SV1 is switched to the switching position B1.
  • the brake pressure in the main bellows 40 remains constant. If necessary, it can be further increased by returning the control valve SV1 in switch position AI.
  • the brake pressure in the master cylinder or main bellows 40 expands, the brake fluid flows back into the reservoir or into the fluid reservoir 50.
  • the brake pad 30 moves away from the restoring force of the bellows 40 from the brake disk 20.
  • FIG. 2 shows a second self-intensifying brake or brake system 10b.
  • the brake system 10b is with respect to a
  • Disc brake 12b as the disc brake 12, with respect to an actuator unit 16b as the actuator unit 16 and with respect to a left part of a hydraulic circuit 14b how the hydraulic circuit 14 is constructed.
  • Figure 1 To distinguish the reference number used in Figure 1 is the lower case letter "b" adjusted.
  • the brake system 10b there are in particular:
  • Lines 60b to 82b corresponding to lines 60 to 82
  • a fore pump 52b is only optional. If there is a fore pump 52b, it lies between the branch V5b and a branch V7b.
  • One Check valve RV5b lies between branch V5b and branch V7b and allows fluid flow from branch V5b to branch V7b but blocks fluid flow in the reverse direction, ie, from branch V7b to branch V5b.
  • a check valve RV6b is located between the branch V7b and a branch V8b.
  • the check valve RV6b allows fluid flow from the branch V7b to the branch V8b, but blocks fluid flow in the reverse direction.
  • an accumulator 200 is connected.
  • the pressure in the pressure accumulator 200 is, for example, built up to a value in the range of 1 bar to 15 bar or in the range of 1 MPa to 15 MPa. Alternatively, higher pressures are used.
  • the pressure in the adjustment cylinder 202 can rise to up to 300 bar, which results in an adjustment of 1:10, for example 30 bar.
  • the pressure in the pressure accumulator 200 can also be in the range of 1 bar to 50 bar.
  • a line 210 is located between branches V4b and V8b. Instead of two-way branches, triple branches can also be used so that the line 210 is then not needed.
  • a pressure adjusting piston / cylinder 202 is located between a branch V6b in the conduit 62b and the branch V7b.
  • the larger piston area of the adjustment piston 202 lies on the side of the branch V7b.
  • the smaller piston surface of the adjustment piston 202 lies on the side of the branch V6b.
  • a compression spring instead of the backing pump 52b, it is also possible to use a piezoelectric element which moves a membrane.
  • an electrical control of the control valve SVlb can also be a pneumatic control done.
  • a complete braking process runs, for example, according to the following procedure:
  • the optional priming pump 52b takes from the hydraulic accumulator 50b brake fluid to build up a small pre-pressure.
  • the control valve is in the switching position C2. If pressure is already present in the pressure accumulator 200, for example, from a preceding braking, the upper step is omitted.
  • the control valve moves to the switching position A2 to build up pressure in the main bellows 40b.
  • the check valves RVlb, RV2b, RV3b and RV4b are switched in the forward direction.
  • the braking reaction torque causes the brake lining 40b to deflect laterally and thus presses the bellows carrier 46b into the supporting bellows 42b.
  • the direction of rotation of the wheel or brake disk 20b is such that the support bellows 42b is loaded and the support bellows 44b is relieved. Due to the symmetrical design of the system, the system behavior results in the opposite direction of rotation of the brake disc 20b analog.
  • the pressure accumulator 200 is pressurized again via the adaptation piston 202 (stroke translator), ie, so to speak, "charged”. 7.
  • the control valve SVlb is switched into the switching position B2.
  • the brake pressure in the main bellows 40b remains constant. If necessary, it can be further increased by returning the control valve SVlb to the switch position A2.
  • the brake pressure in the master cylinder or main bellows 40b relaxes, the brake fluid flows back into the reservoir 50b.
  • the brake pad 30b moves away from the brake disc 20b driven by the restoring force of the bellows 40b.
  • An area of the adjustment piston 202 is, for example, at least 50 percent smaller or at least 100 percent smaller than the other effective area.
  • the pressure in the brake cylinder or brake bellows can typically be up to 300 bar, ie with a gear ratio of 1: 2 150 bar will rest in the accumulator. Alternatively, smaller values of the pressure in the pressure accumulator are used.
  • the pressure accumulator 200 forms a reservoir in which the fluid can be stored with a pre-pressure which is higher than the ambient pressure, for example at least twice as high but, for example, less than 20 times as high.
  • the check valves RV5b and RV6b enable the pre-pump to be connected.
  • the hydraulic circuit 14b can optionally be supplied with a pre-pressure via the pre-pump 52b or via the pressure accumulator 200.
  • the fore pump 52b can also pressurize the pressure accumulator 200 via the check valve RV6b.
  • a diaphragm pump with piezo drive can be used instead of the backing pump 52b.
  • An optional pressure sensor in the hydraulic circuit 14b is not shown, but see also the comments on Figure 1.
  • FIG. 3 shows an integrally-sealed actuating unit, i. a triple bellows 250.
  • the triple bellows 250 contains:
  • a gap 258 which is bounded on the right by the closure of the Abstauerbalgs 254 and left by the closure of the Abstweilbalgs 256.
  • the closure of the actuating bellows 252 limits the gap 258 downwards.
  • the gap 258 is through a cover 259th limited. Forward and backward, the gap 258 is limited by a front wall, not shown, and a rear wall, not shown. Thus, the gap is rebuilt on all sides in the embodiment.
  • a construction is used in which a gap corresponding to the gap 258 remains open on at least one side.
  • the line 260 corresponds to the line 66 or 66b.
  • the line 262 corresponds to the line 68 or 68b.
  • the line 264 corresponds to the line 60 or 60b
  • the triple bladder 250 may be used instead of the three bladders 40, 42 and 44 in the operating unit 16 and instead of the three bladders 40b, 42b and 44b in the operating unit 16b, respectively.
  • the entire hydraulic circuit 14 or 14b is located within a bellows corresponding to the triple bellows.
  • the internals may all be housed in a gap corresponding to the gap 258 or both in the gap and within the bellows 252 and / or 254 and / or 256.
  • An optional encapsulation may be used within the bellows 252-256 to protect the internals.
  • the triple bellows is then penetrated only by one or more electrically conductive drive lines which transmit electrical control signals from / to a control unit.
  • the electrical supply line or the electrical supply lines can be sealed off more easily than fluid supply lines.
  • the drive signals can be transmitted according to one of the following protocols:
  • a drive unit of the pump unit can be arranged outside the triple bellows.
  • a piezo drive can be located outside and the diaphragm of the pump can be part of the housing of the triple bellows.
  • FIG. 4 shows method steps of a method for actuating a brake.
  • the method steps are carried out in particular for the brake systems 10, 10b, for example using a processor, microprocessor or microcontroller.
  • a processor microprocessor or microcontroller.
  • an electronic circuit without a processor may be used to carry out the method.
  • the method begins in a method step 300, referred to below as step.
  • a pre-pressure is built up in order to ensure rapid braking and / or to continuously check the brake system.
  • a decrease in the form, in particular a too rapid drop, may indicate a fault in the brake system.
  • step 304 the driver occurs, for example, on a brake pedal or a braking operation should be initiated automatically.
  • the adjustment of the brake pedal or the automatic brake unit specifies a target pressure.
  • step 306 the control valve SV1 or SVlb is switched into the switching position C1 or C2, so that in a step 308 the pressure is diverted from the support bellows 42, 42b, 254 into the main bellows 40 , 42b, 252, as has been explained in more detail above with reference to FIGS. 2 and 3.
  • step 310 it is checked whether the predetermined target pressure has been reached. If this is not the case, the method continues in step 308 with the self-reinforcing pressure build-up. The method is now in a loop from steps 308 and 310. This The loop is not exited in step 310 until it is determined that the target pressure has been reached.
  • step 312 the control valve SV1, SV2 is switched to the switching position Bl or B2, so that no fluid connection between Abstützbalg and Betchanistsbalg is switched.
  • step 314 it is checked whether the brake pedal has been pressed even deeper, i. the target pressure continues to increase.
  • a control unit provides a higher target pressure, for example, because the road is smooth or the road surface / tire does not brake as expected.
  • Step 314 is step 306 and the method is in a second loop from steps 306 to 314. In this loop, a further pressure increase of the brake pressure occurs in a self-energizing manner.
  • step 314 The loop of steps 306 to 314 is exited in step 314 when the brake pedal is stopped moving.
  • a third loop from steps 314 to 316 is run through while the brake pressure remains unchanged or continues to increase.
  • step 316 The third loop is exited in step 316 when the brake pedal is released by the driver or the braking is terminated in some other way.
  • a step 318 follows, in which the control valve SV1, SVlb is switched to the switching position C1 or C2 is, ie in the starting position. Subsequently, the method is ended in step 320.
  • a query is included as to whether the brake pedal has been released only partially or whether the target pressure has become somewhat smaller.
  • method steps may be omitted, added, or there may be a different order of steps.
  • the proposed system can be activated purely electronically.
  • the system is easier to bring in an electric car or eCar and to see as a "mechatronic" system in contrast to the purely mechano-hydraulic system.
  • Energy for the application of the form by an electric pump can be applied for example by a generator operation of the electric (eCar) motors.

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Abstract

Erläutert wird eine Betätigungseinheit (16) einer Bremsanlage (10,) mit vorzugsweise Selbstverstärkung, enthaltend: - eine Trägervorrichtung (18a, 18b), - ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement (40), das an der Trägervorrichtung (18a, 18b) angeordnet ist, - mindestens ein Bremselement (30), das an dem Betätigungselement (40) angeordnet ist, - ein an der Trägervorrichtung (18a, 18b) angeordnetes Abstützelement (42), das auf Fluidbasis arbeitet, - wobei das Abstützelement (42) an dem Betätigungselement (40) angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung (46) zwischen dem Betätigungselement (40) und dem Abstützelement (42) gibt, - und wobei das Abstützelement (42) ein Balg ist oder einen Balg enthält. Zwischen Abstützelement (42) und Betätigungselement (40) kann es eine hydraulische Verbindung geben. Das Abstützelement (42) kann Teil eines Trägerelementes des Betätigungselementes (40) sein.

Description

Beschreibung
Betätigungseinheit einer Bremsanlage und Verfahren zum Bremsen
Bremsanlagen werden insbesondere bei Autos eingesetzt, aber auch im allgemeinen Maschinenbau, z.B. bei Nutzfahrzeugen, Flugzeugrädern, Aufzugsbremsen, Windrädern etc. Beispielsweise im Rahmen des Trends zu Elektrofahrzeugen werden neue Anforderungen an die Bremsen eines Fahrzeugs gestellt. Insbesondere können selbst verstärkende Bremsen eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit einer Bremsanlage, enthaltend:
- eine Trägervorrichtung,
- ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement, das an der Trägervorrichtung angeordnet ist,
- mindestens ein Bremselement, das an dem Betätigungselement angeordnet ist,
- ein an der Trägervorrichtung angeordnetes Abstützelement, das auf Fluidbasis arbeitet,
- wobei das Abstützelement an dem Betätigungselement angeord- net ist oder wobei es eine starre Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement gibt,
- und wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält . Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bremsen, enthaltend :
- fluidbasiertes Betätigen eines Betätigungselementes einer Bremse,
- Einleiten einer beim Bremsen erzeugten Querkraft in ein fluidbasiertes Abstützelement,
- Umleiten des Fluiddrucks vom Abstützelement in das Betätigungselement , - wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält, der mit dem Fluid gefüllt ist.
Es besteht die Aufgabe eine einfach aufgebaute Betätigungs- einheit einer Bremse anzugeben, die insbesondere wartungsfrei ist. Außerdem soll ein zugehöriges Verfahren angegeben werden .
Die auf die Betätigungseinheit bezogene Aufgabe wird bei ei- ner Weiterbildung durch die im Anspruch 1 angegebene Bremse gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gleiches gilt für das im Anspruch 15 angegebene Verfahren . Die Betätigungseinheit einer Bremsanlage mit vorzugsweiser Selbstverstärkung kann enthalten:
- eine Trägervorrichtung, z.B. einen Schwimmsattel oder einen Festsattel ,
- ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement, das an der Trägervorrichtung angeordnet ist, z.B. einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder oder bevorzugt einen hydraulischen oder pneumatischen Metallbalg,
- mindestens ein Bremselement, das an dem Betätigungselement angeordnet ist, z.B. ein Bremsbelag,
- ein an der Trägervorrichtung angeordnetes Abstützelement, das auf Fluidbasis arbeitet,
- wobei das Abstützelement an dem Betätigungselement angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement gibt,
- und wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält, vorzugsweise einen Metallbalg.
Vorzugsweise besteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Abstützelement und dem Betätigungselement. Das Abstütz- element kann Teil eines Trägerelementes des Betätigungselementes sein. Die Bremse kann in einer Maschine eingesetzt werden, z.B. in einer Transportmaschine, wie einem Kraftfahrzeug, einem Lastwagen oder einer anderen Arbeitsmaschine. Das Kraftfahrzeug kann mit einem Verbrennungsmotor oder mit einem Elektromotor angetrieben werden oder einen hybriden Antrieb enthalten. Die Bremse kann aber auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, z.B. Aufzugsbremse, Flugzeugrad, Windrad.
Insbesondere bei Elektrofahrzeugen werden neue Radkonzepte eingesetzt, z.B. Radnabenmotor. Es entstehen neue Anforderungen an den Bauraum und an das Gewicht der Bremsen. Der Bauraum soll möglichst klein sein. Ebenso soll das ungefederte Gewicht am Rad möglichst klein sein, was sich bspw. durch ein geringes Gewicht der Bremse erreichen lässt. Außerdem soll die Bremse wartungsarm sein, insbesondere trotz der hohen mechanischen Belastungen.
Durch das Zusammenwirken von Betätigungselement und Abstützelement lässt sich eine selbst verstärkende Bremse erzielen, die mit geringer externer Bremsleistung arbeitet, was den Einsatz kleiner Druckerzeugungseinheiten erlaubt. Die Druckerzeugungseinheit kann eine Pumpe mit Elektromotor sein, insbesondere eine bidirektionale Pumpe. Alternativ können Piezoantriebe für die Druckerzeugungseinheit verwendet wer- den.
Kleinere Druckerzeugungseinheiten führen zu einer kleineren Leistungselektronik und zu einem geringeren Gewicht der elektrischen Verkabelung.
Der Einsatz eines Balges als Abstützelement führt zu einem wartungsfreien Element, das über die gesamte Betriebsdauer von bspw. mehr als 10 Jahren genutzt werden kann. Außerdem hat ein Balg ein geringeres Gewicht als ein Zylinder und auch eine höhere Rückstellkraft.
Das Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Flüssigkeiten sind weniger kompressibel als Gase und deshalb für Bremsanwendungen besonders geeignet, um ein schnelles Bremsen zu ermöglichen. Im Fall eines flüssigen Fluids handelt es sich um eine Hydraulik. Im Fall eines gasförmigen Fluids handelt es sich um eine Pneumatik. Ein Beispiel für ein flüssi- ges Fluid ist ein Silikonöl.
Die Trägervorrichtung kann bspw. ein Rahmen oder ein Gehäuseteil sein oder enthalten. Die Trägervorrichtung kann einen schwimmend gelagerten Teil enthalten, der bei der Betätigung des Betätigungselementes relativ zu einem ruhenden Teil der
Trägervorrichtung bewegt wird. Der ruhende Teil kann an einem Maschinenrahmen, z.B. einem Fahrzeugrahmen, befestigt sein oder ausgebildet sein. Eine schwimmende Lagerung lässt sich bspw. über mindestens eine Linearführung erreichen, Vorzugs - weise werden mindestens zwei zueinander parallele Führungen eingesetzt, um die Kräfte besser aufnehmen zu können.
An Stelle eines zweifach schwimmend gelagerten Schwimmsattels kann auch ein Festsattel in Bezug auf das Betätigungselement verwendet werden und ein Schwimmsattel in Bezug auf das Abstützelement. Somit ist der Schwimmsattel in einer Richtung schwimmend gelagert, die in Umfangsrichtung der Bremsscheibe liegt . Das Betätigungselement kann ein hydraulisch oder pneumatisch betätigter Kolben sein. Alternativ und bevorzugt kann ein Balg eingesetzt werden, insbesondere ein Metallbalg oder ein Balg aus einem metallischen Material. Ein Balg hat im Vergleich zu einem Zylinder den Vorteil der Wartungsfreiheit, des geringeren Gewichts und einer höheren intrinsischen Rückstellkraft .
Damit die Umfangskräfte beim Bremsen auf das Abstützelement übertragen werden können, kann eine zweite "schwimmende" La- gerung der Trägervorrichtung vorgesehen sein in eine Richtung, die quer, vorzugsweise im Winkel von 90 Grad zur Richtung der ersten schwimmenden Lagerung liegt. Eine schwimmende Lagerung lässt sich bspw. über mindestens eine Linearführung erreichen, vorzugsweise werden mindestens zwei zueinander parallel angeordnete Führungen eingesetzt, um die Kräfte besser aufnehmen zu können. Ein Balg, insbesondere der Balg des Abstützelements - aber ggf. auch der Balg des Betätigungselements, kann mindestens einen dehnbaren Abschnitt enthalten. Der dehnbare Abschnitt kann eine umlaufende Seitenwand enthalten, bei der sich der Abstand von einander gegenüberliegenden Stellen mit zunehmen- dem Abstand zu einer Öffnung im Balg mehrmals vergrößert und wieder verkleinert, insbesondere periodisch, z.B. mehr als zwei Mal, mehr als drei Mal oder mehr als vier Mal. Insbesondere wird ein Balg mit wellenförmiger Wand verwendet. Auch eine gefaltete Wand kann verwendet werden oder eine Wand aus einzelnen Segmenten, die untereinander verbunden sind, bspw. durch Falzen oder Bördeln. Aber auch Faltenbälge oder andere Bälge sind geeignet. Der Durchmesser eines Balgs mit kreisrundem Querschnitt kann sich bei konstanter Länge des Balgs, d.h. ohne Druckeinwirkung mit zunehmendem Abstand zu einem Balgboden, bspw. um mehr als einen Millimeter oder um mehr als fünf Millimeter ändern. Beispielsweise sind die Änderungen kleiner als 2 Zentimeter oder kleiner als 1 Zentimeter. Die Wandstärke der Wand kann dabei im Wesentlichen gleich bleiben, z.B. mit Schwankungen kleiner als 1 Millimeter oder kleiner als 0,1 Millimeter.
Die Wandstärke liegt bspw. im Bereich zwischen 0,2 Millimeter bis zwei Millimeter. Der Abstand von einander gegenüberliegenden Wandstellen liegt bspw. zwischen 5 Zentimetern und 10 Zentimetern.
Es kann auch ein Balg mit Doppelwand, Dreifachwand usw. eingesetzt werden. Ein Balg ist im Gegensatz zu bspw. einem Abstützzylinder bzw. Bremszylinder dicht, d.h. es kann kein Fluid austreten oder eintreten, ebenso kein Gas oder Staub. Außerdem gibt es bei einem Balg bspw. im Vergleich zu einem hydraulischen Kolben keine Reibung zwischen einer Kolbenführung und dem Kolben bzw. an einem Abdichtelement. Ein Abdichtelement (oft elastisch, z.B. Gummi) ist bei einem Balg nicht vorhanden, so dass auch die mit dem Abdichtelement verbundenen Probleme nicht auftreten, z.B. Alterung die zu Poren führt, Erwärmung, die zu einem Verringern der Dichtheit führt. Weiterhin hat ein Balg ein geringes Gewicht als ein Kolben und die zugehörige Kolbenführung. Auch hat ein Balg eine Rückstellkraft, die bei einem Kolben bzw. Zylinder nicht ohne weiteres vor- handen ist.
Bei der Herstellung eines Metallbalgs können galvanische Verfahren eingesetzt werden. Die Form eines metallischen Kerns kann die Form des Balgs beim Galvanisieren vorgeben. Galvani- siert wird bspw. mit Außenstrom. Der Kern kann nach dem Galvanisieren bspw. mit einer Chemikalie aufgelöst werden, wenn Kern und Balg aus voneinander verschiedenen Materialien bestehen. Auch Schichten aus voneinander verschiedenen Metallen lassen sich nacheinander aufgalvanisieren . Somit können auch Querschnitte erzeugt werden, die von einer Kreisform abweichen .
Zur Herstellung des Balgs können auch andere Metallbearbeitungsverfahren verwendet werden, wie Ziehen oder Umformen. Typische Metalle für Bälge sind Eisenverbindungen, insbesondere Stahl, Nickelverbindungen usw.
Es können Bälge verwendet werden, deren Querschnitt kreisförmig, ellipsenförmig oder eine andere Form hat, z.B. eine an die Bremsscheibe angepasste Form.
Selbst nach 10 Jahren ist der Balg noch dicht. Die gesamte Hydraulik kann in den Balg eingebaut werden und ist damit auch über die genannte Zeit dicht nach außen hin. Diese Einbauten erhöhen die Steifigkeit des Balgs.
Beim Balg ändert sich beim Betätigen eine Krümmung an Segmenten der Balgwand oder es ändert sich ein Winkel zwischen Segmenten der Seitenwand. Die Änderung der Krümmung oder des Winkels bewirkt die Längenänderung, bspw. bei einer Druckerhöhung im Balg. Umgekehrt kann auch ein äußerer Druck durch eine Verkürzung des Balgs aufgenommen werden, die zu einer Druckerhöhung im Balg führt .
Im Balg kann sich mindestens eine Öffnung befinden oder es können sich mehrere Öffnungen im Balg befinden, die Öffnungen können zum Eintritt und Austritt eines Fluids dienen, d.h. eines fließenden Mediums.
Der Balg kann einen Balgboden und einen dem Balgboden gegenüberliegenden Balgverschluss enthalten. Im Balgverschluss kann die Öffnung für das Fluid angeordnet sein. Eine Balgwand ist bspw. zwischen Balgboden und Balgverschluss angeordnet.
Das Bremselement kann ein Bremsbelag sein, der bspw. organische Zusätze enthält, wie Harz oder Gummi. Aber auch Sinterwerkstoffe können verwendet werden, insbesondere mit oder ohne organische Zusatzstoffe.
An dem Bremselement kann eine Bremsfläche ausgebildet sein, wobei das Betätigungselement bei einer Betätigung eine Längenänderung seiner Länge bewirkt, die zu einer Verschiebung der Bremsfläche führt.
Die Bremsfläche kann beim Bremsen gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden, so dass ein Abbremsen der Bremsscheibe und des damit verbundenen Rades erfolgt. Auf das Betätigungselement wirkt beim Bremsen in Umfangsrichtung der Bremsscheibe eine Kraft, die bei einer nicht selbst verstärkenden Bremse an der Trägervorrichtung abgestützt wird. Bei der selbst verstärkenden Bremse kann diese Kraft in das Abstützelement eingeleitet werden und anschließend zum Bremsen genutzt werden. Damit lässt sich die kinetische Energie des Fahrzeugs oder einer anderen Vorrichtung zum Bremsen nutzen.
Die Verschiebung der Bremsfläche kann entlang einer ersten Achse erfolgen. Ist die Betätigungseinheit ein Zylinder mit beweglichem Kolben, so stimmt die erste Achse bspw. mit der Längsachse des Kolbens bzw. des Zylinders überein. Bei einem Balg als Betätigungselement liegt die Achse bspw. in Normalenrichtung des Balgbodens bzw. des Balgverschlusses.
Die erste Achse kann parallel zu einer Rotationsachse einer Bremsscheibe liegen, die durch die Betätigungseinheit gebremst wird. Das Abstützelement kann bei einer Betätigung des Betätigungs- elements durch eine an einer Bremsscheibe entstehende Um- fangskraft zusammengedrückt werden, die auf das Betätigungselement und von diesem auf das Abstützelement wirkt. Somit kann die kinetische Energie der Bremsscheibe bzw. des die Bremsscheibe treibenden Rades und damit die bspw. im Fahrzeug gespeicherte Bewegungsenergie zum Bremsen genutzt werden, was auch als Selbstverstärkung der Bremse bezeichnet wird. Im Zusammenhang mit neuen Regelungskonzepten der Me- chatronik, insbesondere unter Nutzung von modernen Prozessoren, Mikroprozessoren und MikroControllern, lassen sich schnelle und sichere Bremsen mit Selbstverstärkung erreichen. Alternativ werden Schaltungen ohne Prozessor verwendet, z.B. Zustandsautomaten auf der Basis programmierbarer logischer Schaltkreise, z.B. FPGA (Field Programmable Gate Array) .
Ein Fluidsystem kann das Betätigungselement und das Abstützelement verbinden. Das Fluidsystem ist bspw. ein hydraulisches System aus Leitungen bzw. Kanälen und aus Schalteinhei - ten, wie Mehrwegeventilen oder Einwegventilen. So werden bspw. Rückschlagventile verwendet. Eine Druckerzeugungseinheit kann einen geringen Vordruck aufbauen. Die Druckerzeugungseinheit ist bspw. eine Pumpeinheit oder ein Druckspeicher. Das Fluidsystem kann Leitungen aus einem starren Mate- rial enthalten, z.B. Metallleitungen oder Metallkanäle. Alternativ können aber auch flexible Schläuche verwendet werden . Das Fluidsystem kann mindestens ein Mehrwegeventil enthalten. Das Mehrwegeventil kann eine Fluidverbindung entlang mindestens zweier Wege schalten, wobei ein kleiner Bauraum verwendet wird. An Stelle des Mehrwegeventils können jedoch auch zwei oder mehr als zwei Einwegventile verwendet werden.
Die Ventile können elektronisch, über ein Fluid oder auf andere Art und Weise betätigt werden. Das Mehrfachventile (A, B, C) kann "normally open" bzw. "normal offen" sein, d.h. in Stellung C, Cl bei Ausfall der Versorgungsspannung oder des Versorgungsdrucks. Dies führt zu einer Sicherheit des Systems im Sinne von "Eigensicherheit", die bei Bremsen besonders wichtig ist.
Das Mehrwegeventil kann mindestens drei Anschlüsse haben oder enthalten .
Ein erster Anschluss des Mehrwegeventils kann mit dem Betäti- gungselement verbunden sein. Ein zweiter Anschluss des Mehrwegeventils kann mit dem Abstützelement verbunden sein.
Damit kann das Mehrwegeventil wahlweise eine hydraulische/pneumatische Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement schalten oder trennen.
Ein dritter Anschluss des Mehrwegeventils kann mit einem Flu- idspeicher verbunden sein. Der Druck im Fluidspeicher bzw. in einem Reservoir kann dem Umgebungsdruck entsprechen. Der Flu- idspeicher stellt ein zusätzliches Volumen, insbesondere ein veränderbares Volumen, für das Fluid zu Verfügung und schafft so einen Fluidpuffer bzw. Fluidbuffer. Bspw. enthält der Fluidspeicher eine Membran. Damit kann das Mehrwegeventil wahlweise eine hydraulische/pneumatische Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Abstützelement oder zwischen dem Betätigungselement und der Fluidspeichereinheit schalten. Ein zweites Abstützelement kann an der Trägervorrichtung angeordnet sein. Das zweite Abstützelement kann an dem Betätigungselement angeordnet sein oder es kann eine starre Verbin- dung zwischen dem zweiten Abstützelement und dem Betätigungs- element geben.
Damit kann eine Selbstverstärkung beim Bremsen in zwei einander entgegengesetzten Bewegungsrichtungen genutzt werden, z.B. beim Vorwärtsfahren und beim Rückwärtsfahren oder beim Hochfahren oder Herunterfahren eines Aufzuges, etc.
Das Bremselement kann an einer Bremsscheibe oder an einem freien Zwischenraum für eine Bremsscheibe angeordnet sein.
Die Bremsscheibe bzw. der Zwischenraum kann bei einer Ausgestaltung bspw. zwischen zwei Bremsbelägen der Scheibenbremse liegen. Beim Bremsen können sich die beiden Bremsbeläge aufeinander zu und damit an die Bremsscheibe bewegen. Alternativ kann auch die Bremsscheibe an die Bremsbeläge gedrückt werden .
Der Balg des Abstützelementes und/oder des Betätigungselements kann bei einer Ausgestaltung ein metallischer Balg sein oder ein Balg, der ein metallisches Material enthält. Durch das Metall erhält der Balg die erforderliche mechanische Steifigkeit und Festigkeit. Zusätzliche Federelemente sind auf Grund der Rückstellkraft des Balgs nicht erforderlich. Jedoch können solche Federelemente bei Bedarf verwendet wer- den.
Die Betätigungseinheit kann bei einer Ausgestaltung eine Druckanpassungsvorrichtung enthalten, z.B. einen Zylinder mit einem Kolben, der zwei unterschiedlich große Wirkflächen an den einander gegenüberliegenden Seiten einer Kolbenstange hat. Die eine Fläche kann um mindestens 50 Prozent oder um mindestens 100 Prozent kleiner als die andere Fläche sein. Die Druckanpassungsvorrichtung wird auch als Hubübersetzter bezeichnet. Die DruckanpassungsVorrichtung kann somit bspw. ein Zylinder mit zwei voneinander verschiedenen Querschnitts - flächen sein. Das hydraulische System wird durch die Druckanpassungsvorrichtung "weicher" .
Der Betrieb einer Vorpumpe kann bei einer Ausgestaltung eingeschränkt werden, wenn ein Druckspeicher verwendet wird, der bspw. durch die DruckanpassungsVorrichtung mit Druck beaufschlagt wird.
In der Betätigungseinheit kann bei einer Ausgestaltung auch eine Druckspeichereinheit vorhanden sein. Die Druckspeichereinheit ist bspw. für einen Druck im Bereich von 1 MPa bis 15 MPa (Megapascal) ausgelegt.
Das Betätigungselement und das Abstützelement können einstückig und/oder metallisch dicht gefertigt sein. Einstückig bedeutet hier, dass beide Teile bspw. in demselben Herstel- lungsprozess gefertigt worden sind, z.B. in demselben galva- nischen Verfahren, insbesondere gleichzeitig. Es entsteht nur ein einziges Teil, das dicht und wartungsfrei ist. Metallisch dicht bedeutet hier, dass ein Wasserdurchtritt und/oder ein Gasdurchtritt unterbunden ist. So kann selbst nach zehn Jahren die Sperrwirkung noch vorhanden sein und gewährleisten, dass das Fluid unbeeinträchtigte Gebrauchseigenschaften hat.
Das Betätigungselement und/oder das Abstützelement kann mindestens eine hydraulische Schalteinheit enthalten. Damit kann die mechanische Steifigkeit im Vergleich zu einer Flüssigkeit in dem Balg bspw. durch eine Reduktion des Totvolumens erhöht werden .
Aber auch eine Anordnung des hydraulischen Systems außerhalb des Balges des Abstützelements und/oder des Balges des Betä- tigungselements kann verwendet werden. Die Bremse kann ein Gehäuse enthalten, das die Fluidspeiche- reinheit, die optionale Schalteinheit und den ersten Kanal enthält . Das Gehäuse kann gekapselt sein, d.h. es bildet eine Kapsel um die genannten Einheiten herum. Durch die gekapselte Bauweise kann das Fluid lange verwendet werden, bspw. über eine Zeit die größer ist als 10 Jahre. Insbesondere werden die Fließeigenschaften des Fluids nicht durch eindringende Luft oder Feuchtigkeit herabgesetzt. Auch ein Verschmutzen des
Fluids ist ausgeschlossen durch die Kapselung. Weiterhin können sich auf Grund der Kapselung keine Luft- oder Gasblasen im Bremssystem bilden, so dass die volle Bremswirkung über die gesamte Betriebsdauer von bspw. mehr als zehn Jahren er- halten bleibt .
Die Pumpeinheit und ggf. auch die Antriebseinheit kann ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Alternativ kann insbesondere bei einer Membranpumpe, die Membran einen Teil des gekapselten Gehäuses bilden. Die Antriebseinheit kann dann auf einfache Art außerhalb des Gehäuses an der Membran angeordnet werden, bspw. ein Piezokristall .
Das Gehäuse kann metallisch dicht sein oder metallisch dicht mit dem Balg verbunden sein. Metallisch dicht bedeutet hier, dass ein Wasserdurchtritt und/oder ein Gasdurchtritt unterbunden ist. So kann selbst nach zehn Jahren die Sperrwirkung noch vorhanden sein und gewährleisten, dass das Fluid unbeeinträchtigte Gebrauchseigenschaften hat.
Beispiele für metallisch dichte Verbindung sind bspw. Löten und Schweißen. Aber auch eine einstückige Herstellung von Balg und Gehäuse kann erfolgen, bspw. mit galvanischen Verfahren .
Bei einer Ausgestaltung hat das Gehäuse mindestens eine Durchführung für einen elektrisch leitenden Anschluss . Weil an der Durchführung keine mechanische Bewegung übertragen werden muss, kann die Durchführung gut abgedichtet werden, bspw. mit einem aushärtenden Kunststoff.
Ein Verfahren zum Bremsen kann die folgenden Schritte enthal - ten :
- fluidbasiertes Betätigen eines Betätigungselementes einer Bremse,
- Einleiten einer beim Bremsen erzeugten Querkraft in ein fluidbasiertes Abstützelement,
- Umleiten des Fluiddrucks vom Abstützelement in das Betätigungselement ,
- wobei das Abstützelement ein Balg ist oder einen Balg enthält, der mit dem Fluid gefüllt ist. Für das Verfahren gelten die oben für die Betätigungseinheit und deren Weiterbildungen bzw. Ausgestaltungen genannten technischen Wirkungen.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Schaltein- heit verwendet werden, die mindestens zwei Schaltstellungen und/oder mindestens drei Anschlüsse enthält.
Die Schalteinheit ist bspw. ein Mehrwegeventil oder enthält mindestens zwei Einwegventile.
Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens kann in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinheit oder der Schalteinheit das Umleiten des Fluiddrucks erfolgen. Beim Aufbau des Bremsdrucks, d.h. bspw. beim Betätigen eines Bremspedals, wird die erste Schaltstellung verwendet. Die Bremse ist im Selbstverstärkungsmodus .
Bei einer nächsten Ausgestaltung des Verfahrens kann in einer zweiten Schaltstellung die Umleitung unterbrochen sein. Die zweite Schaltstellung wird bspw. angesteuert, wenn ein Solldruck der Bremse erreicht ist. Der Solldruck wird bspw. abhängig von der Pedalauslenkung eines Bremspedals gewählt. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens kann in einer dritten Schaltstellung die Umleitung unterbrochen sein und eine Verbindung zwischen der Betätigungseinheit und einem Fluidspei- cher geschaltet sein. Bspw. wird die dritte Schaltstellung gewählt, wenn das Bremspedal entlastet ist.
Die genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen können mit den unten erläuterten Ausführungsbeispielen kombiniert werden .
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird eine selbst verstärkende Bremse mit hydraulischem Wirkprinzip angegeben.
Auf dem Weg zur vollen Elektrifizierung des Automobils ("x- by-wire") stellt die traditionelle Automobilbremse ein Hindernis dar: Für die Aufbringung der notwendigen Bremsdrücke ist ein erheblicher Energieaufwand vonnöten, der im 12 Volt Bordnetz schwer oder gar nicht darstellbar ist. So brauchen traditionelle Bremsen Fluidleitungen durch das ganze Fahr- zeug.
Bisher vorgestellte Ansätze zur elektromechanischen Bremse umfassen unter anderem die folgenden Prinzipien: - Keilbremse (EWN = Electronic Wedge Brake) : Der Bremsbelag wird mittels eines Keils gegen die Bremsscheibe gedrückt. Der Einsatz eines Keils bietet die Möglichkeit, eine mechanische Untersetzung ("Hebel") zu nutzen, um die notwendigen hohen Bremsandruckkräfte bereitstellen zu können. Bei geeigneter Konstruktion kann der Keil dazu genutzt werden, die Bremse selbst verstärkend auszulegen. Hierbei wird das auf den Bremsbelag wirkende Bremsreaktionsmoment genutzt, um die Bremsandruckskraft zu erhöhen. Dies birgt jedoch die Gefahr der Instabilität ("Festfressen").
- Hebelübersetzung: Der Bremsbelag wird mittels eines Hebels gegen die Bremsscheibe gedrückt. Der Hebel ist untersetzend ausgeführt, so dass die hohen Bremsandruckkräfte bereits bei einer recht niedrigen Aktorkraft dargestellt werden können, wie sie ein gewöhnlicher Getriebeelektromotor bereitstellt. Durch geeignete Konstruktion des Hebelpunktes kann auch die Hebelkonstruktion selbst verstärkend ausgeführt werden.
- Kugelgewindetrieb: Hierbei wird die rotatorische Bewegung eines Elektromotors mittels einer Kugelgewindespindel stark untersetzt in eine lineare Bewegung umgesetzt. Somit lassen sich platz- und kostensparende kleine Elektromotore einset- zen, die zwar kein großes Moment aufbringen können, aber für hohe Rotationsgeschwindigkeiten einsetzbar sind. Vorteil ist u.a. der einfache Aufbau, Nachteil die langsame und ineffiziente Aktuierung. - Hydraulikpumpe: Die traditionelle, hydraulisch wirkende Automobilbremse kann durch Hinzufügen einer Hydraulikpumpe in eine elektromechanisch wirkende Bremse umgewandelt werden. Hierbei wird der Bremsdruck in einem Reservoir durch eine Pumpe aufgebaut. Durch elektromechanische Ventile wird der Bremsdruck dann je nach Fahrerwunsch durch Druckschläuche auf die Bremskolben an den Rädern aufgebracht. Vorteil ist die mögliche Weiterverwendung der auskonstruierten hydraulischen Bremsen. Nachteil ist die aufwendige Druckerzeugung sowie die fehlende Ausfallsicherheit ("Single point of failure").
Die vorliegende technische Idee umfasst eine hydraulische, selbst verstärkende Bremsvorrichtung (siehe Zeichnungen) . Die Bremsdruckkräfte werden wie in einer traditionellen Automobilbremse mittels eines hydraulischen Kolbens oder Metall - balges aufgebracht (Zeichnungen: "Hauptbalg").
Bei Ausgestaltungen werden die Bremsreaktionsmomente jedoch über einen oder mehrere Abstützbälge aufgenommen (Zeichnungen: "Abstützbalg") : Die zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag wirkenden Reibekräfte lassen den Bremsbelag seitlich ausweichen, damit "drückt" die Bremsscheibe den Bremsbelag in den Abstützbalg. Somit wird die Rotationsenergie des Rades während einer Bremsung dazu genutzt, im Abstützbalg einen Über- druck aufzubauen. Dieser Überdruck kann dann mittels eines Stellventils dazu genutzt werden, den Druck im Hauptbalg zu erhöhen: Das System hat den Zustand der Selbstverstärkung erreicht .
Ein vollständiger Bremsvorgang läuft bspw. nach folgendem Ablaufschema ab:
1. Die Vorpumpe (Zeichnung: "Vorpumpe") entnimmt aus dem hyd- raulischen Speicher (Zeichnung: "hydraulischer Speicher")
Bremsflüssigkeit, um einen geringen Vordruck aufzubauen. Das Stellventil befindet sich in Stellung "C" bzw. Cl .
2. Der Fahrer betätigt das Bremspedal.
3. Das Stellventil fährt in Stellung "A" (Zeichnungen: "AI bzw. A2 " ) , um im Hauptbalg Druck aufzubauen. Rückschlagventile "RV1", "RV2 " , "RV3 " und "RV4 " sind in Durchlassrichtung geschaltet .
4. Das Bremsreaktionsmoment lässt den Bremsbelag seitlich ausweichen und drückt ihn in den Abstützbalg. Im Folgenden wird angenommen, dass die Drehrichtung des Rades so ist, dass der obere Abstützbalg belastet wird. Aufgrund der symmetri- sehen Auslegung des Systems ergibt sich das Systemverhalten bei entgegen gesetzter Drehrichtung analog.
5. Sobald der Druck im Abstützbalg den Druck der Vorpumpe übersteigt, schließen Rückschlagventile RV2 und RV4. Der Bremskreislauf ist nun im selbst verstärkenden Betriebsfall.
6. Angeregt durch den Bremsaufbau im Abstützbalg steigt der Druck im Hauptbalg, wodurch die Bremsandruckkraft steigt, wodurch das Bremsreaktionsmoment steigt, wodurch erneut der Druck im Abstützbalg steigt, etc.
7. Sobald der vom Fahrer vorgegebene Wunschdruck im Hauptbalg erreicht ist, wird das Stellventil in Stellung "B" bzw. Bl geschaltet. Der Bremsdruck im Hauptbalg bleibt konstant. Bei Bedarf kann er durch Rückkehr des Stellventils in Stellung "A" weiter erhöht werden. 8. Der Fahrer entlastet das Bremspedal.
9. Das Stellventil wird in Stellung "C" geschaltet, d.h. genauer Cl . 10. Der Bremsdruck im Hauptzylinder entspannt sich, die
Bremsflüssigkeit fließt zurück ins Reservoir. Der Bremsbelag entfernt sich, insbesondere getrieben von der Rückstellkraft des Balges, von der Bremsscheibe. 11. Hierdurch sinkt sowohl die Bremsandruckkraft, sowie daraus folgend das Bremsreaktionsmoment. Der Druck im Abstützbalg sinkt.
12. Ist der Druck im Abstützbalg auf das Niveau der Vorpumpe abgesunken, so öffnen Rückschlagventile "RV2" und "RV4", der Druck der beiden Abstützbalge nivelliert sich und der Bremsbelag wird seitlich zentriert. Das System ist wieder in der Ausgangssituation . Es ergeben sich folgende Vorteile:
Selbstverstärkung: Lediglich ein geringer Vordruck muss durch die Vorpumpe aufgebracht werden. Der Hauptdruck wird von der Bremse selbst in den Abstützbälgen erzeugt. Hierdurch ist das Bremssystem energiesparend, die Vorpumpe kann klein und billig ausgelegt werden. Das Bordnetz des Fahrzeugs wird nur gering belastet .
Sicherheit: Der Bremsdruck wird dezentral in den Einzelbrem- sen erzeugt. Hierdurch ist eine volle Redundanz der Einzel - bremsen dargestellt. Das Problem einer zentralen Bremsdruckpumpe als "Single point of failure" ist somit ausgeräumt. Regelbarkeit: In der "Electronic Wedge Brake" oder der hebel- übersetzten, selbst verstärkenden Bremse ergibt sich die Selbstverstärkung rein mechanisch, kann also nicht oder nur indirekt geregelt werden. Das Prinzip der vorliegenden Erfin- dungsmeldung beruht darauf, den Bremsdruck direkt über ein Stellventil zu regeln, und die Selbstverstärkung lediglich zum Aufbauen der Bremsdruckversorgung zu nutzen. Ein "Festfressen", d.h. also der Fall einer katastrophalen Aufschauke- lung der Selbstverstärkung kann also prinzipbedingt vermieden werden.
Kein Anliegen der Bremsscheiben: Bei traditionellen hydraulischen Bremsen können die Bremsbeläge unter gewissen Bedingungen an der Bremsscheibe anliegen, selbst wenn der Bremsdruck auf Null reduziert wurde. Dies ist ungünstig, da weiterhin
Energie in Reibung umgewandelt wird. In der vorliegenden Erfindung ist dies keine Gefahr, da der Balg stets Rückstell - kräfte aufbringt. Elektronische Ansteuerung: Das Regelventil kann auf einfache Weise elektronisch angesteuert werden. Die Bremse eignet sich also ausgezeichnet für den Einsatz in "brake -by-wire " - Umgebungen und Hybrid- oder vollelektrischen Fahrzeugen. Wartungsfrei: Der Einsatz von Metallbälgen ermöglicht einen Aufbau, ohne Kunststoff- und Gummielemente , was eine Wasseraufnahme und damit Alterung der hydraulischen Flüssigkeit verhindert. Ferner stellt ein "metallisch dichter" Aufbau sicher, dass über die Lebenszeit keine Flüssigkeit verloren geht und damit das hydromechanische System wartungsfrei ist.
Robustheit: Das Konzept weist nur wenige Lager auf bzw. die viskose Dämpfung macht das System unempfindlich gegen Verschmutzungen und Vibrationen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei - spiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine erste selbst verstärkende Bremse,
Figur 2 eine zweite selbst verstärkende Bremse,
Figur 3 eine einstückig gefertigte Betätigungseinheit, und
Figur 4 ein Verfahren zum Betätigen einer Bremse.
Die Figur 1 zeigt eine erste selbst verstärkende Bremse bzw. Bremsanlage 10. Die Bremsanlage 10 enthält:
- eine Scheibenbremse 12,
- einen hydraulischen Kreis 14, und
- eine Betätigungseinheit 16.
Die Scheibenbremse 12 enthält:
- eine scheibenförmige Bremsscheibe 20,
- ein äußeres Befestigungselement 22, und
- zwei beidseitig der Bremsscheibe 20 angeordnete Befestigungselemente 24, 26 mit denen die Bremsscheibe 20 auf einer Antriebswelle eines Rades befestigt ist, z.B. am linken Vor- derrad eines Kraftfahrzeugs/Auto.
Die Bremsscheibe 20 dreht sich um eine Rotationsachse 6. An den anderen Rädern des Autos können ebenfalls Bremsen gleicher Bauart angeordnet sein.
Die Betätigungseinheit 16 enthält:
- einen erster Teil 18a einer Trägervorrichtung,
- einen zweiten Teil 18b der Trägervorrichtung, - einen Bremsbelagträger 28,
- einen Bremsbelag 30, z.B. auf Gummi- oder Harzbasis,
- einen Hauptbalg 40, vorzugsweise aus Metall,
- einen ersten Abstützbalg 42, ebenfalls vorzugsweise aus Me- tall,
- einen zweiten Abstützbalg 44, z.B. aus Metall, und
- einen Balgträger 46.
Die Trägervorrichtung ist bspw. ein doppelt "schwimmend" ge- lagerter Schwimmsattel. Zur Lagerung lassen sich bspw. Linearführung oder andere Konstruktionselement verwenden. Der Hauptbalg 40 und die Abstützbälge 42 und 44 sind am Balgträger befestigt. Eine andere Ausführung wird unten an Hand der Figur 3 näher erläutert. Der Balgträger 48 ist entlang einer Abstützachse 8 in beide Richtungen beweglich gelagert. Die
Abstützachse 8 liegt bspw. im Winkel von 90 Grad zur Rotationsachse 6. Der Balgträger 46 ist bspw. nur über die Abstützbälge 42 und 44 mit der Trägervorrichtung 18a, 18b verbunden. Zusätzlich kann jedoch eine Führung für den Balgträger an der Trägervorrichtung vorgesehen sein, insbesondere eine Linearführung parallel zur oder in Richtung der Abstützachse 8. Somit liegt eine doppelte schwimmende Lagerung vor, da sich der bewegliche Teil der Trägervorrichtung auch parallel zur Rotationsachse 6 bewegen kann. Alternativ kann ein Festsattel verwendet werden.
Der hydraulischen Kreis 14 enthält:
- Rückschlagventile RV1 bis RV4 ,
- ein Stellventil SVl, vorzugsweise ein Ventil, das ohne elektrische VersorgungsSpannung geöffnet ist, d.h. "normally open" bzw. "normal geöffnet",
- Verzweigungen VI bis V5,
- einen am Stellventil SVl angeordneten Elektromagneten 48, ggf. auch an zwei Seiten jeweils einen Elektromagneten, - einen hydraulischen Speicher 50,
- eine Vorpumpe (unidirektional oder bidirektional) 52, und
- Leitungen 60 bis 84. An Stelle der Vorpumpe 52 kann auch ein Piezoelement eingesetzt werden, das eine Membran bewegt.
Das Stellventil SV1 hat drei wahlweise schaltbare Ventilstel- lungen AI, Bl, Cl . Das Stellventil SV1 hat vier Ventilanschlüsse VA1 bis VA4 , von denen aber der Ventilanschluss VA4 im Ausführungsbeispiel nicht benutzt wird, so dass auch ein Stellventil SV1 mit nur drei Anschlüssen geeignet ist. Die Leitung 60 führt von einer Öffnung des Abstützbalgs 44 zu der Verzweigung VI. Das Rückschlagventil RV2 liegt zwischen der Verzweigung VI und der Verzweigung V2. Bei kompakter Bauweise kann das Rückschlagventil RV2 direkt an die Verzweigungen VI und V2 angeschlossen werden. Alternativ wird eine Lei- tung (nicht bezeichnet) zwischen der Verzweigungen VI und dem einen Anschluss des Rückschlagventil RV2 verwendet und/oder eine Leitung 62 zwischen dem anderen Anschluss des Rückschlagventil RV2 und der Verzweigung V2 verwendet. Das Rückschlagventil RV2 lässt Fluid von der Verzweigung VI zur Ver- zweigung V2 durch.
Das Rückschlagventil RV1 liegt zwischen der Verzweigung VI und der Verzweigung V4 , unter Verwendung zweier optionaler Leitungen 72 und 74. Das Rückschlagventil RV1 lässt Fluid von der Verzweigung V4 zur Verzweigung VI durch und sperrt den Fluidfluss in die andere Richtung.
Das Rückschlagventil RV3 liegt zwischen der Verzweigung V3 und der Verzweigung V2 , unter Verwendung einer optionalen Leitung 64. Das Rückschlagventil RV3 lässt Fluid von der Verzweigung V3 zur Verzweigung V2 durch und sperrt in die andere Richtung .
Das Rückschlagventil RV4 liegt zwischen der Verzweigung V3 und der Verzweigung V4 , unter Verwendung zweier optionaler
Leitungen 78 und 76. Das Rückschlagventil RV4 lässt Fluid von der Verzweigung V3 zur Verzweigung V4 durch und sperrt in die andere Richtung. Von der Verzweigung V3 führt ein Leitung 66 zu dem Abstütz- balg 42. Eine Leitung 68 liegt zwischen dem Betätigungsbalg 40 (Hauptbalg) und dem Anschluss VAl des Stellventils SV1.
Die Leitung 70 liegt zwischen einem Anschluss VA2 des Stellventils SV1 und der Verzweigung V2.
Eine Leitung 80 führt von einem dritten Anschluss VA3 des Stellventils SV1 zu einer Verzweigung V5. Die Leitung 82 verbindet die Verzweigung V5 und den Fluidspeicher 50. Die Leitung 84 verbindet die Verzweigung V5 mit einem Anschluss der Pumpe 52. Der andere Anschluss der Pumpe 52 ist mit der Verzweigung V4 verbunden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen wird der hydraulische Kreis 14 bei gleicher Funktion modifiziert, in dem bspw. die Verzweigungen VI bis V5 an anderen Stellen oder auf andere Art und Weise gesetzt werden. Bei einer kompakten Bauweise werden die Leitungen und/oder die Verzweigungen bspw. als Kanäle in einem geschlossenen Gehäuse ausgeführt.
In der Schaltstellung AI sind nur die Anschlüsse VAl und VA2 des Stellventils SV1 verbunden. Das Fluid kann in beide Rich- tungen zwischen den Anschlüssen VAl und VA2 in der Schalt -
Stellung AI fließen. An Stelle eines bidirektionalen Flusses kann auch nur ein eindirektionaler Fluss zugelassen werden, bspw. durch entsprechende Ausgestaltung des Stellventils SV1. In der Schaltstellung Bl sind alle Anschlüsse VAl bis VA3 bzw. bis VA4 voneinander getrennt. Ein Fluidfluss ist somit nicht möglich in dieser Schaltstellung Bl des Stellventils SV1. In der Schaltstellung Cl ist ein bidirektionaler Fluss zwischen den Anschlüssen VAl und VA3 möglich. An Stelle eines bidirektionalen Flusses kann auch nur ein eindirektionaler Fluss zugelassen werden. Der Elektromagnet 48 des Stellventils SVl wird durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert. Dabei kann ein Steuerverfahren oder ein Regelverfahren eingesetzt werden. Ein optionaler Drucksensor kann den Druck im hydraulischen Kreis 14 erfassen, z.B. den Druck im Betätigungsbalg 40 oder an einer anderen Stelle.
An Stelle einer elektrischen Ansteuerung des Stellventils SVl kann auch eine pneumatische Ansteuerung erfolgen.
Ein vollständiger Bremsvorgang läuft bspw. nach folgendem Ablaufschema ab: 1. Die Vorpumpe 52 entnimmt aus dem hydraulischen Speicher 50 Bremsflüssigkeit, um einen geringen Vordruck aufzubauen. Das Stellventil befindet sich in Stellung Cl .
2. Der Fahrer betätigt das Bremspedal.
3. Das Stellventil SVl fährt in Stellung AI, um im Hauptbalg 40 Druck aufzubauen. Die Rückschlagventile RV1, RV2 , RV3 und RV4 sind in Durchlassrichtung geschaltet. 4. Das Bremsreaktionsmoment lässt den Bremsbelag 30 seitlich ausweichen und drückt den mit dem Bremsbelag 30 gekoppelten Bremsbelagträger 46 in den Abstützbalg 42. Im Folgenden wird angenommen, dass die Drehrichtung des Rades so ist, dass der Abstützbalg 42 belastet wird. Aufgrund der symmetrischen Aus- legung des Systems ergibt sich das Systemverhalten bei entgegengesetzter Drehrichtung des Rades bzw. der Bremsscheibe 20 auf analoge Art und Weise.
5. Sobald der Druck im Abstützbalg 40 den Druck der Vorpumpe 52 übersteigt, schließen die Rückschlagventile RV2 und RV4. Der Bremskreislauf ist nun im selbst verstärkenden Betriebsfall . 6. Angeregt durch den Bremsaufbau im Abstützbalg 42 steigt der Druck im Hauptbalg 40, wodurch die Bremsandruckkraft steigt, wodurch das Bremsreaktionsmoment steigt, wodurch erneut der Druck im Abstützbalg 42 steigt, etc.
7 . Sobald der vom Fahrer vorgegebene Wunschdruck bzw. Soll- druck im Hauptbalg 40 erreicht ist, wird das Stellventil SV1 in die Schaltstellung Bl geschaltet. Der Bremsdruck im Hauptbalg 40 bleibt konstant. Bei Bedarf kann er durch Rückkehr des Stellventils SV1 in Schaltstellung AI weiter erhöht werden .
8. Der Fahrer entlastet das Bremspedal. 9. Das Stellventil SV1 wird in die Schaltstellung Cl geschaltet .
10. Der Bremsdruck im Hauptzylinder bzw. Hauptbalg 40 entspannt sich, die Bremsflüssigkeit fließt zurück ins Reservoir bzw. in den Fluidspeicher 50. Der Bremsbelag 30 entfernt sich getrieben von der Rückstellkraft des Balges 40 von der Bremsscheibe 20.
11. Hierdurch sinkt sowohl die Bremsandruckkraft, sowie dar- aus folgend das Bremsreaktionsmoment. Der Druck im Abstütz- balg 42 sinkt.
12. Ist der Druck im Abstützbalg 42 auf das Niveau des Drucks der Vorpumpe 52 abgesunken, so öffnen die Rückschlagventile RV2 und RV4 , der Druck der beiden Abstützbalge 42 und 44 nivelliert sich und der Bremsbelag 30 wird seitlich zentriert. Das System ist wieder in der Ausgangssituation.
Die Figur 2 zeigt eine zweite selbst verstärkende Bremse bzw. Bremsanlage 10b. Die Bremsanlage 10b ist bezüglich einer
Scheibenbremse 12b wie die Scheibenbremse 12, bezüglich einer Betätigungseinheit 16b wie die Betätigungseinheit 16 und bezüglich eines linken Teils eines hydraulischen Kreises 14b wie der hydraulische Kreis 14 aufgebaut. Somit wird auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen. Zur Unterscheidung wird den in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen der Kleinbuchstabe "b" nachgestellt. Somit gibt es in der Bremsanlage 10b insbe- sondere :
- eine Rotationsachse 6b,
- eine Abstützachse 8b,
- eine Bremsanlage 10b,
- eine Scheibenbremse 12b,
- einen hydraulischen Kreis 14b,
- eine Betätigungseinheit 16b,
- einen ersten Teil 18c der Trägervorrichtung,
- einen zweiten Teil 18d der Trägervorrichtung,
- eine Bremsscheibe 20b,
- ein Befestigungselement 22b,
- Befestigungselemente 24b, 26b,
- einen Bremsbelagträger 28b,
- einen Bremsbelag 30b,
- einen Hauptbalg 40b,
- einen erster Abstützbalg 42b,
- einen zweiten Abstützbalg 44b,
- einen Balgträger 46b,
- Rückschlagventile RVlb bis RV4b,
- ein Stellventil SVlb,
- Ventilstellungen A2 , B2, C2, die den Ventilstellungen AI, B2, Cl entsprechen,
- Verzweigungen Vlb bis V5b, die den Verzweigungen VI bis V5 entsprechen,
- einen Elektromagneten 48b,
- einen hydraulischen Speicher 50b,
- eine Vorpumpe 52b (unidirektional der bidirektional),
- Leitungen 60b bis 82b, die den Leitungen 60 bis 82 entsprechen, und
- Ventilanschlüsse VAlb bis VA4b.
Im hydraulischen Kreis 14b ist eine Vorpumpe 52b nur optional. Falls eine Vorpumpe 52b vorhanden ist, liegt sie zwischen der Verzweigung V5b und einer Verzweigung V7b. Ein Rückschlagventil RV5b liegt zwischen der Verzweigung V5b und der Verzweigung V7b und ermöglicht einen Fluidfluss von der Verzweigung V5b zur Verzweigung V7b aber sperrt den Fluidfluss in die umgekehrte Richtung, d.h. von der Verzweigung V7b zur Verzweigung V5b.
Ein Rückschlagventil RV6b liegt zwischen der Verzweigung V7b und einer Verzweigung V8b. Das Rückschlagventil RV6b ermöglicht einen Fluidfluss von der Verzweigung V7b zur Verzwei - gung V8b aber sperrt den Fluidfluss in die umgekehrte Richtung .
An der Verzweigung V8b ist ein Druckspeicher 200 angeschlossen. Der Druck im Druckspeicher 200 wird bspw. auf einem Wert im Bereich von 1 Bar bis 15 Bar aufgebaut bzw. im Bereich von 1 MPa bis 15 MPa. Alternativ werden höhere Drücke verwendet. So kann der Druck im Anpassungszylinder 202 bspw. auf bis zu 300 Bar steigen, was bei einer Anpassung von 1:10 bspw. 30 Bar ergibt. Somit kann der Druck im Druckspeicher 200 auch im Bereich von 1 Bar bis 50 Bar liegen.
Eine Leitung 210 liegt zwischen den Verzweigungen V4b und V8b. Anstelle von zweifach Verzweigungen können auch dreifach Verzweigungen eingesetzt werden, so dass die Leitung 210 dann nicht benötigt wird.
Ein Druck-Anpassungskolben/Zylinder 202 liegt zwischen einer Verzweigung V6b in der Leitung 62b und der Verzweigung V7b . Die größere Kolbenfläche des Anpassungskolbens 202 liegt auf der Seite der Verzweigung V7b . Die kleinere Kolbenfläche des Anpassungskolbens 202 liegt auf der Seite der Verzweigung V6b. Im Druck-Anpassungskolben/Zylinder 202 befindet sich auf der größeren Kolbenseite bspw. eine Druckfeder. An Stelle der Vorpumpe 52b kann auch ein Piezoelement eingesetzt werden, das eine Membran bewegt. An Stelle einer elektrischen Ansteuerung des Stellventils SVlb kann auch eine pneumatische Ansteuerung erfolgen. Ein vollständiger Brems - Vorgang läuft bspw. nach folgendem AblaufSchema ab:
1. Die optionale Vorpumpe 52b entnimmt aus dem hydraulischen Speicher 50b Bremsflüssigkeit, um einen geringen Vordruck aufzubauen. Das Stellventil befindet sich in der Schaltstellung C2. Falls bereits Druck im Druckspeicher 200 vorhanden ist, bspw. von einer vorhergehenden Bremsung, entfällt der obere Schritt .
2. Der Fahrer betätigt das Bremspedal.
3. Das Stellventil fährt in die Schaltstellung A2 , um im Hauptbalg 40b Druck aufzubauen. Die Rückschlagventile RVlb, RV2b, RV3b und RV4b sind in Durchlassrichtung geschaltet.
4. Das Bremsreaktionsmoment lässt den Bremsbelag 40b seitlich ausweichen und drückt damit den Balgträger 46b in den Abstützbalg 42b. Im Folgenden wird angenommen, dass die Dreh- richtung des Rades bzw. der Bremsscheibe 20b so ist, dass der Abstützbalg 42b belastet und der Abstützbalg 44b entlastet wird. Aufgrund der symmetrischen Auslegung des Systems ergibt sich das Systemverhalten bei entgegengesetzter Drehrichtung der Bremsscheibe 20b analog.
5. Sobald der Druck im Abstützbalg 40b den Druck der Vorpumpe bzw. den Druck im Druckspeicher 200 übersteigt, schließen die Rückschlagventile RV2b und RV4b . Der Bremskreislauf ist nun im selbst verstärkenden Betriebsfall.
6. Angeregt durch den Abstützdruckaufbau im Abstützbalg 42b steigt der Druck im Hauptbalg 40b, wodurch die Bremsandruckkraft steigt, wodurch das Bremsreaktionsmoment steigt, wodurch erneut der Druck im Abstützbalg 40b steigt, etc.
Gleichzeitig wird über den Anpassungskolben 202 (Hubübersetzer) der Druckspeicher 200 wieder mit Druck beaufschlagt, d.h. sozusagen "aufgeladen". 7 . Sobald der vom Fahrer vorgegebene Wunschdruck bzw. Soll- druck im Hauptbalg 40b erreicht ist, wird das Stellventil SVlb in die Schaltstellung B2 geschaltet. Der Bremsdruck im Hauptbalg 40b bleibt konstant. Bei Bedarf kann er durch Rück- kehr des Stellventils SVlb in die Schaltstellung A2 weiter erhöht werden.
8. Der Fahrer entlastet das Bremspedal. 9. Das Stellventil SVlb wird in die Schaltstellung C2 geschaltet .
10. Der Bremsdruck im Hauptzylinder bzw. Hauptbalg 40b entspannt sich, die Bremsflüssigkeit fließt zurück ins Reservoir 50b. Der Bremsbelag 30b entfernt sich getrieben von der Rückstellkraft des Balges 40b von der Bremsscheibe 20b.
11. Hierdurch sinkt sowohl die Bremsandruckkraft, sowie daraus folgend das Bremsreaktionsmoment. Der Druck im Abstütz- balg 40b sinkt.
12. Ist der Druck im Abstützbalg 40b auf das Niveau des durch die der Vorpumpe 52b bzw. durch den Druckspeicher 200 erzeugten Drucks abgesunken, so öffnen die Rückschlagventile RV2b und RV4b, der Druck der beiden Abstützbalge 42b und 44b nivelliert sich und der Bremsbelag 30b wird über den Balgträger 46b seitlich zentriert. Das System ist wieder in der Ausgangssituation . Der Anpassungskolben 202 (Hubübersetzter) dient zum Beaufschlagen des Druckspeichers 200 mit Druck. Dadurch wird erreicht, dass die Vorpumpe 52b länger abgeschaltet werden kann und trotzdem immer ein Vordruck im hydraulischen Kreis 14b ist. Dies ist so, weil der Druckspeicher 200 einen Energie- Speicher darstellt, der Energie für die nächste Bremsung bereitstellt. Eine Fläche des Anpassungskolbens 202 ist bspw. mindestens 50 Prozent kleiner oder mindestens 100 Prozent kleiner als die andere Wirkfläche. Der Druck im Bremszylinder oder Bremsbalg kann typischerweise bei bis zu 300 Bar liegen, d.h. bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 werden 150 Bar im Druckspeicher anliegen. Alternativ werden kleinere Werte des Drucks im Druckspeicher verwendet.
Der Druckspeicher 200 bildet ein Reservoir in dem das Fluid mit einem Vordruck gespeichert werden kann, der höher als der Umgebungsdruck ist, bspw. mindestens doppelt so hoch aber bspw. kleiner als 20 mal so hoch.
Die Rückschlagventile RV5b und RV6b ermöglichen ein Zuschalten der Vorpumpe .
Über die Leitung 210 kann der hydraulische Kreis 14b wahlwei - se über die Vorpumpe 52b oder über den Druckspeicher 200 mit einem Vordruck versorgt werden.
Die Vorpumpe 52b kann über das Rückschlagventil RV6b auch den Druckspeicher 200 mit Druck beaufschlagen.
An Stelle der Vorpumpe 52b kann auch eine Membranpumpe mit Piezoantrieb verwendet werden. Ein optionaler Drucksensor im hydraulischen Kreis 14b ist nicht dargestellt, siehe aber auch die Ausführungen zu Figur 1.
Die Figur 3 zeigt eine einstückig bzw. metallisch dicht gefertigte Betätigungseinheit, d.h. einen Dreifachbalg 250. Der Dreifachbalg 250 enthält:
- einen Betätigungsbalg 252,
- einen Abstützbalg 254, und
- einen Abstützbalg 256.
Zwischen dem Abstützbalg 254 und dem Abstützbalg 256 befindet sich ein Zwischenraum 258, der rechts durch den Verschluss des Abstützbalgs 254 und links durch den Verschluss des Abstützbalgs 256 begrenzt wird. Der Verschluss des Betätigungsbalgs 252 begrenzt den Zwischenraum 258 nach unten hin. Nach oben hin ist der Zwischenraum 258 durch eine Abdeckung 259 begrenzt. Nach vorn und hinten ist der Zwischenraum 258 durch eine nicht dargestellte Vorderwand und eine nicht dargestellte Rückwand begrenzt. Somit ist der Zwischenraum im Ausführungsbeispiel allseitig umbaut. Alternativ wird eine Bauweise verwendet, bei dem ein dem Zwischenraum 258 entsprechender Zwischenraum an mindestens einer Seite offen bleibt.
Im Zwischenraum werden Stücke von Leitungen 260 bis 264 geführt. Die Leitung 260 entspricht der Leitung 66 bzw. 66b. Die Leitung 262 entspricht der Leitung 68 bzw. 68b. Die Leitung 264 entspricht der Leitung 60 bzw. 60b
Im Übrigen kann der Dreifachbalg 250 an Stelle der drei Bälge 40, 42 und 44 in der Betätigungseinheit 16 bzw. an Stelle der drei Bälge 40b, 42b und 44b in der Betätigungseinheit 16b verwendet werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel befindet sich der gesamte Hydraulikkreis 14 bzw. 14b innerhalb eines dem Drei- fachbalg entsprechenden Balges. Die Einbauten können alle in einem dem Zwischenraum 258 entsprechenden Zwischenraum oder sowohl in dem Zwischenraum als auch innerhalb der Bälge 252 und/oder 254 und/oder 256 untergebracht sein. Eine optionale Kapselung kann innerhalb der Bälge 252 bis 256 zum Schutz der Einbauten verwendet werden. Nach außen hin wird der Dreifachbalg dann bspw. nur von einer oder mehreren elektrisch leit- fähigen Ansteuerleitungen durchdrungen, die elektrische An- steuersignale von/zu einer Steuereinheit übertragen. Die elektrische Zuleitung lässt sich bzw. die elektrischen Zulei- tungen lassen sich einfacher abdichten als Fluidzuleitungen . Die Ansteuersignale können gemäß einem der folgenden Protokolle übertragen werden:
- FlexRay,
- Profinet,
- CAN-Bus (Controller Area Network) ,
- Ethernet (IEEE 802.x), bzw.
- LIN (Local Interconnect Network) . Alternativ kann eine Antriebseinheit der Pumpeinheit außerhalb des Dreifachbalgs angeordnet werden. So kann ein Piezo- antrieb außerhalb liegen und die Membran der Pumpe Bestandteil des Gehäuses des Dreifachbalgs sein.
Die Figur 4 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Betätigen einer Bremse. Die Verfahrensschritte werden insbesondere für die Bremsanlagen 10, 10b durchgeführt, bspw. unter Verwendung eines Prozessors, Mikroprozessors oder Mikrocont- rollers. Alternativ kann eine elektronische Schaltung ohne Prozessor zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden.
Das Verfahren beginnt in einem Verfahrensschritt 300, im Folgenden kurz Schritt genannt. In einem dem Schritt 300 folgen- den optionalen Schritt 302 wird ein Vordruck aufgebaut, um ein schnelles Bremsen zu gewährleisten und/oder um die Bremsanlage laufend überprüfen zu können. Ein Absinken des Vordrucks, insbesondere ein zu schnelles Absinken, kann auf einen Fehler in der Bremsanlage hindeuten.
In einem folgenden Schritt 304 tritt der Fahrer bspw. auf ein Bremspedal oder ein Bremsvorgang soll automatisch eingeleitet werden. Der Verstellweg des Bremspedals bzw. die automatischen Bremseinheit gibt einen Solldruck vor.
In einem dem Schritt 304 folgenden Schritt 306 wird das Stellventil SV1 bzw. SVlb in die Schaltstellung Cl, bzw. C2 geschaltet, so dass in einem Schritt 308 das Umleiten des Drucks aus dem Abstützbalg 42, 42b, 254 in den Hauptbalg bzw. Betätigungsbalg 40, 42b, 252 erfolgen kann, wie oben an Hand der Figuren 2 und 3 näher erläutert worden ist.
In einem Verfahrensschritt 310 wird geprüft, ob der vorgegebene Solldruck erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren im Schritt 308 fortgesetzt mit dem selbst verstärkenden Druckaufbau. Das Verfahren befindet sich nun in einer Schleife aus den Verfahrensschritten 308 und 310. Diese Schleife wird im Schritt 310 erst dann verlassen, wenn festgestellt wird, dass der Solldruck erreicht ist.
Nach dem Verlassen der Schleife aus den Schritten 308 und 310 wird das Verfahren im Schritt 312 fortgesetzt, wobei das Stellventil SV1, SV2 in die Schaltstellung Bl bzw. B2 geschaltet wird, womit keine Fluidverbindung mehr zwischen Abstützbalg und Betätigungsbalg geschaltet ist. In einem folgenden Schritt 314 wird geprüft, ob das Bremspedal noch tiefer gedrückt worden ist, d.h. der Solldruck erhöht sich weiter. Alternativ gibt eine Steuereinheit einen höheren Solldruck vor, bspw. weil die Straße glatt ist oder der Straßenbelag/Reifen nicht wie erwartet bremst.
Wird das Bremspedal tiefer gedrückt, so folgt nach dem
Schritt 314 der Schritt 306 und das Verfahren befindet sich in einer zweiten Schleife aus den Verfahrensschritten 306 bis 314. In dieser Schleife erfolgt eine weitere Druckerhöhung des Bremsdrucks auf selbst verstärkende Art und Weise.
Die Schleife aus den Verfahrensschritten 306 bis 314 wird im Schritt 314 verlassen, wenn das Bremspedal nicht weiter bewegt wird.
In einem folgenden Schritt wird geprüft, ob das Bremspedal durch den Fahrer wieder frei gegeben worden ist, bzw. ob eine automatische Steuerung den Bremsvorgang beendet. Ist dies nicht der Fall, so wird eine dritte Schleife aus den Schrit- ten 314 bis 316 durchlaufen, während der Bremsdruck unverändert bleibt oder weiter steigt.
Die dritte Schleife wird im Schritt 316 verlassen, wenn das Bremspedal durch den Fahrer freigegeben wird bzw. das Bremsen auf andere Art beendet wird. In diesem Fall folgt unmittelbar nach dem Schritt 316 ein Schritt 318, in welchem das Stellventil SV1, SVlb in die Schaltstellung Cl bzw. C2 geschaltet wird, d.h. in die Ausgangsstellung. Anschließend wird das Verfahren im Schritt 320 beendet.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird auch eine Abfrage dahin gehend einbezogen, ob das Bremspedal nur teilweise losgelassen worden ist bzw. ob der Solldruck etwas kleiner geworden ist. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können Verfahrensschritte weggelassen werden, hinzugefügt werden oder es kann eine andere Reihenfolge der Schritte geben.
An Stelle eines Hauptbalgs bzw. Betätigungsbalgs 40, 40b, 252 usw. können auch mehrere Bälge eingesetzt werden. Gleiches gilt für den Abstützbalg 42, 42b, 254 für die Vorwärtsrichtung bzw. den Abstützbalg 44, 44b, 256 für die Rückwärtsrich- tung . Auch Bremsen für nur eine Bewegungsrichtung werden eingesetzt, so dass ein Abstützbalg bzw. eine Abstützbalggruppe für eine Bremsrichtung entfallen kann.
Das vorgeschlagene System kann rein elektronisch aktiviert werden. Damit ist das System leichter in ein Elektroauto bzw. eCar zu bringen und als "mechatronisches " System im Gegensatz zum rein mechano-hydraulischen System zu sehen.
Energie für das Aufbringen des Vordrucks per elektrischer Pumpe kann beispielsweise auch durch einen generatorischen Betrieb der elektrischen (eCar) Motoren aufgebracht werden.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Han- delns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutz- umfang der Erfindung zu verlassen. Die genannten Weiterbildungen/Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) einer Bremsanlage (10, 10b) , enthaltend
eine Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) ,
ein auf Fluidbasis arbeitendes Betätigungselement (40, 40b, 252) , das an der Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) angeordnet ist,
mindestens ein Bremselement (30, 30b), das an dem Betäti- gungselement (40, 40b) angeordnet ist,
ein an der Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) angeordnetes Abstützelement (42, 42b; 254, 256), das auf Fluidbasis arbeitet ,
wobei das Abstützelement (42, 42b; 254, 256) an dem Betäti- gungselement (40, 40b, 252) angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung (46, 46b) zwischen dem Betätigungselement (40, 40b, 252) und dem Abstützelement (42, 42b; 254, 256) gibt ,
und wobei das Abstützelement (42, 42b; 254, 256) ein Balg ist oder einen Balg enthält.
2. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 1, wobei an dem Bremselement (30, 30b) eine Bremsfläche ausgebildet ist, und wobei das Betätigungselement (40, 40b) bei einer Be- tätigung eine Längenänderung seiner Länge bewirkt, die zu einer Verschiebung der Bremsfläche führt.
3. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 2, wobei die Verschiebung entlang einer ersten Achse (6, 6b) erfolgt.
4. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abstützelement (42, 42b) bei einer Betätigung des Betätigungselements (40, 40b) durch eine Umfangskraft an einer Bremsscheibe (20, 20b), die auf das Be- tätigungselement (40, 40b) und von diesem auf das Abstützelement (42, 42b) wirkt, zusammengedrückt wird.
5. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fluidsystem (14, 14b) das Betätigungselement (40, 40b) und das Abstützelement (42, 42b) verbindet .
6. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 5, wobei das Fluidsystem (14, 14b) ein Mehrwegeventil (SV1, SVlb) enthält .
7 . Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 6, wobei das Mehrwegeventil (SV1, SVlb) mindestens drei Anschlüsse (VA1 bis VA3 ; VAlb bis VA3b) hat oder enthält.
8. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 7 , wobei ein erster Anschluss (VA1, VAlb) des Mehrwegeventils (SV1,
SVlb) mit dem Betätigungselement (40, 40b) verbunden ist, und wobei ein zweiter Anschluss (VA2, VA2b) des Mehrwegeventils (SV1, SVlb) mit dem Abstützelement (42, 42b) verbunden ist .
9. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach Anspruch 8, wobei ein dritter Anschluss (VA3, VA3b) des Mehrwegeventils (SV1, SVlb) mit einem Fluidspeicher (50, 50b) verbunden ist.
10. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweites Abstützelement (44, 44b) an der Trägervorrichtung (18a, 18b; 18c, 18d) angeordnet ist ,
und wobei das zweite Abstützelement (44, 44b) an dem Betäti- gungselement (40, 40b, 252) angeordnet ist oder wobei es eine starre Verbindung (46, 46b) zwischen dem zweiten Abstützelement (44, 44b; 254, 256) und dem Betätigungselement (40, 40b, 252) gibt.
11. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Druckanpassungsvorrichtung (202) vorhanden ist.
12. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (40, 40b, 252) und das Abstützelement (44, 44b; 254, 256) einstückig und oder metallisch dicht gefertigt sein.
13. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (40, 40b, 252) und/oder das Abstützelement mindestens eine hydraulische Schalteinheit (SV1, SVlb) enthält.
14. Betätigungseinheit (16, 16b, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend ein Gehäuse (250) , das mindestens eines der folgenden Bestandteile enthält: eine Flu- idspeichereinheit (50, 50b) , eine Schalteinheit (SV1, SVlb) eine ersten Kanal, einen zweiten Kanal,
wobei das Gehäuse (80) metallisch dicht ist oder metallisch dicht mit dem Balg (42, 42b, 254) verbunden ist.
15. Verfahren zum Bremsen, enthaltend
fluidbasiertes Betätigen eines Betätigungselementes (40, 40b, 252) einer Bremse (10, 10b) ,
Einleiten einer beim Bremsen erzeugten Querkraft in ein flu- idbasiertes Abstützelement (42, 42b; 44, 44b; 254, 256), Umleiten (308) des Fluiddrucks vom Abstützelement (42, 42b; 44, 44b; 254, 256) in das Betätigungselement (40, 40b, 252), wobei das Abstützelement (42, 42b; 44, 44b; 254, 256) ein Balg ist oder einen Balg enthält, der mit dem Fluid gefüllt ist .
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