GE 070158wo/E96a 08 . 11 . 07 allO1248

Bremsanlage mit einer durch das Bremspedal schaltbaren Kupplung zur Abkopplung der Antriebseinrichtung von der Kolben- Zylinder-Einheit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanlage mit min- destens einer Kolben-Zylinder-Einheit zur Erzeugung eines Drucks in mindestens einem Arbeitsraum, wobei der Arbeitsraum über mindestens eine Hydraulikleitung mit mindestens einer Radbremse in Verbindung ist, und dass die Bremsanlage zudem mindestens eine Antriebseinrichtung und eine Betatigungsein- richtung, insbesondere in Form eines Bremspedals aufweist, und die Antriebseinrichtung im Normalbetrieb auf den mindestens einen ersten Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit zum Druckaufbau und Druckabbau mit einem ersten Kraftubertragungsmittel wirkt und im Storungsfall die Betatigungseinrichtung mecha- nisch über ein zweites Kraftubertragungsmittel auf den Kolben wirkt

Stand der Technik

Bei Bremssystemen besteht der Trend, den Vakuum-Bremskraft- verstarker (V-BKV) durch einen hydraulischen oder elektromotorischen Bremskraftverstarker (BKV) zu ersetzen. Eine Ausfuh-

rung des elektromotorischen BKVs ist in der DE 10 2004 050 103 Al beschrieben. Die Druckmodulation erfolgt hierbei in einem getrennten Block. Die elektromotorische Verstärkung erfolgt über einen Kraftsensor, welcher über den Elektromotor mit Spindelantrieb zum Kolben die gewünschte Verstärkung bewirkt. Die Spindel wirkt auf den Mitnehmer zum Druckaufbau, wobei zwischen Spindel und Mitnehmer Dampfungselemente eingebaut sind. Die Ruckstellung des Mitnehmers erfolgt über die Druckkräfte des Hauptbremszylinders und dessen nicht gezeichnete Ruckstellfeder. Bei Ausfall des Motorantriebes wirkt das Bremspedal über den Mitnehmer direkt auf den Kolben.

In der DE 10 2005 018 649 ist ebenfalls ein elektromotorischer Bremskraftverstarker beschrieben, welcher durch entsprechende Kolbensteuerung mit Magnetventilen neben der Bremskraftver- Stärkung auch die Druckmodulation für ABS/ESP erledigt. Hierbei ist der HZ-Kolben direkt mit dem Motorantrieb verbunden. Dies ist notwendig zum schnellen Druckabbau bei kleinen Drucken, da hier die ruckstellende Kraft durch Bremsdruck und Federn zu gering ist. Für den Ausfall des Motors ist eine spe- zielle Kupplung für die Spindelmutter vorgesehen, welche diese im Fall des Motorausfalls freigibt, so dass die Pedalkraft u- ber entsprechende übertragungsglieder direkt auf die HZ-Kolben einwirken kann. Diese Losung ist aufwandig und erfordert viel Bauraum.

In der DE 10 2006 050 277 sind ebenfalls für einen elektromotorischen Bremskraftverstarker Stufen- oder Ringkolben vorgesehen. Der äußere Kolben ist direkt mit dem Spindelantrieb verbunden und bewirkt zusammen mit dem Motor die Bremskraft- verstarkung und die Druckmodulation. Bei dieser Losung ist bei Ausfall des Motorantriebes der innere Kolben mit den Ubertra- gungselementen ebenfalls mit dem Bremspedal verbunden, so dass in diesem Fall eine ausreichende Bremswirkung erzielt werden kann. Problematisch bei dieser Losung ist die Kolbenabdichtung, insbesondere bei kleinen Kolbendurchmessern, welche ge- rade für dieses System bevorzugt werden. Außerdem ist der

kleinere Kolben wegen der kleineren Volumenverdrangung im Ver ^¬ gleich zum größeren sogenannten Schwimmkolben ungunstig, da er bei hohen Bremsdrucken auf den kleinen Kolben trifft und die Bremsdrucke sich voneinander unterscheiden.

Aufgabe der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanlage bereitzustellen, bei der bei einer Störung der Antriebseinheit ein Druck in dem Bremszylinder mittels einer Betatigungsein- richtung, insbesondere in Form des Bremspedals, unabhängig von der Antriebseinheit aufbaubar ist.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit einer Bremsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie den Merkmalen der Unteran- spruche gelost.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein erstes und ein zweites Kraftubertragungsmittel vorzusehen. Das erste Kraft- ubertragungsmittel ist dabei von der Antriebseinrichtung ange- trieben, und insbesondere bei einem elektromotorischen Antrieb als Spindel ausgebildet. Das zweite Kraftubertragungsmittel wird im Storungsfall von der Betatigungseinrichtung, insbesondere in Form des Bremspedals bewegt und verstellt dann den Kolben, wobei gleichzeitig eine Entkopplung des im Normalbe- trieb zwischen dem ersten Kraftubertragungsmittel und dem Kolben bestehenden Formschlusses durch das zweite Kraftubertragungsmittel erfolgt. Im Normalbetrieb, in dem der Kolben von der Antriebseinrichtung zum Druckauf- sowie zum Druckabbau verstellt wird, wird erfindungsgemaß der Formschluss zwischen Kolben und erstem Kraftubertragungsmittel durch das zweite Kraftubertragungsmittel ^' gesichert, welches von der Antriebseinrichtung mit dem Kolben zusammen verstellt wird. So-

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fern der Antrieb gestört ist und eine Bremswirkung benotigt wird, kann durch das Bremspedal über eine Kraft auf das zweite Kraftubertragungsmittel ausgeübt werden, wodurch dieses rela ^¬ tiv zum Kolben und dem ersten Kraftubertragungsmittel in Rich- tung Kolben gegen eine Federkraft verstellt wird. Durch diese Relativbewegung wird die Sicherung des Formschlusses aufgeho ^¬ ben. Der Formschluss wird somit ausgekuppelt und der Kolben kann über das zweite Kraftubertragungsmittel frei von der An ^¬ triebseinrichtung zum Druckaufbau verstellt werden.

Damit die Kupplung im Normalbetrieb eingekuppelt bleibt, d.h. der Formschluss gesichert ist, druckt eine Feder das zweite Kraftubertragungsmittel in eine erste einkuppelnde Stellung. In dieser Stellung bzw. Relativlage der Kolben und der beiden Kraftubertragungsmittel zueinander wird das Kupplungselement sicher in seiner den Formschluss herstellenden Position gehalten .

Vorteilhaft ist es, wenn die vorbeschriebene Kupplung in raumlicher Nahe zum Kolben angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste und zweite Kraftubertragungsmittel mit ihren Enden in einer, insbesondere topf formigen, Aussparung des Kolben, welche dem Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Einheit abgewandt ist, einliegen. Dabei ist mindestens ein Kupplungselement radial zur Zylinderachse verschieblich am Kolben oder einem daran befestigten Teil, insbesondere einer Hülse, gela- gert. Je nach Stellung der beiden Kraftubertragungsmittel zueinander und zum Kolben, wird das Kupplungselement derart verstellt, dass es entweder den Formschluss zwischen Kolben und erstem Kraftubertragungsmittel herstellt oder den Kolben vom zweiten Kraftubertragungsmittel und somit vom Antrieb entkop- pelt.

Das erste Kraftubertragungsmittel umgreift dabei mit seiner topfformig ausgebildeten Stirnseite die Hülse, in der das mindestens eine Kupplungselement gelagert ist, und welche ihrerseits ein Teil des Kolbens oder an diesem befestigt ist. In-

nerhalb der Hülse liegt das freie Ende des zweiten Kraftuber- tragungsmittels ein. Ebenfalls in der Hülse ist eine Ruck ^¬ stellfeder angeordnet, die das zweite Kraftubertragungsmittel in die erste den Formschluss sichernde Stellung druckbeauf- schlagt. In radialen Fenstern der Hülse liegt mindestens ein Kupplungselement radial verschieblich gelagert ein, welches durch Fuhrungskurven der beiden Kraftubertragungsmittel in eine Aussparung des jeweils anderen Kraftubertragungsmittel be ^¬ wegbar ist. Vorteilhaft werden hierbei Walzkorper oder Kugeln als Kupplungselemente zur Reibungsminimierung eingesetzt. Das zweite Kraftubertragungsmittel liegt in dem ersten Kraftuber- tragungsmittel verschieblich ein.

Die Aussparungen der beiden Kraftubertragungsmittel sind im einfachsten Fall Ringnuten, wobei die Flanken der Nuten als Fuhrungskurven ausgebildet sind, so das bei einer Relativbewegung das mindestens eine Kupplungselement radial verstellt wird.

Die Verwendung von Walzkorpern ist sehr sicher, kostengünstig und kleinbauend. Als Bestandteil des Druckstangenkolben (DK) und damit des Hauptbremszylinders kann dieser leicht getauscht werden ohne dass die gesamte Einheit ausgebaut werden muss. Zudem kann die Funktion der Kupplung im Service durch Vergleich des Pedalweggebers und Druckgeber bei ein- und ausgeschaltetem Motor einfach diagnostiziert werden.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Bremsanlage ist das erste und/oder das zweite Kraftubertragungsmittel verschieblich und/oder drehbeweglich am Kolben o- der in einer Aussparung des Kolbens gelagert. Das zweite Kraftubertragungsmittel ist dabei insbesondere stabformig aus- gebildet und in dem ersten Kraftubertragungsmittel verschieblich gelagert ist.

Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen die Erfindung naher beschreiben .

Es zeigen :

Fig. 1: Schematische Darstellung der erfindungsgemaßen Bremsanlage;

Fig. 2: Ausschnittsdarstellung des die Kupplung umfassenden Teils der erfindungsgemäßen Bremsanlage;

Fig. 3: Detaildarstellung der erfindungsgemaßen Kupplung.

Die Fig. 1 zeigt einen integrierten Bremskraftverstarker mit einem Elektromotor 1 mit zugehörigem Rotor Ia, der die Spindelmutter 2 antreibt. Der Druckstangenkolben 3 ist ver- schieblich im Tandemhauptzylinder 4 angeordnet. Die Kupplung 14 wirkt zwischen Kolben 3 und der Spindel 2 nur dann, wenn der Antrieb 1 intakt ist. Die Kupplung selbst und die Verbindung zwischen Kolben 3, Spindel 2 und auslosendem bzw. die Kupplung im Storfall ausschaltendem Pedalstoßel 5 ist in Figur 1 nur schematisch dargestellt und wird ausfuhrlich anhand der Figur 2 erläutert.

Im Normalbetrieb wird die Betätigung des Bremspedals 10 über den Pedalwegsensor 11 erfasst und über den Motor 1 mit Spindelantrieb 5 der Druckstangenkolben 3 zum Druckaufbau und Druckabbau erzeugt. Die Funktion des Druckaufbaus und Druckabbaus ist bereits aus dem als Stand der Technik in dieser Anmeldung beschriebenen Dokumenten hinreichend bekannt. Es wird insofern vollumfanglich auf diese Dokumente bezug genommen. Mittels der Kolben-Zylinder-Einheit 4 wird der Druckaufbau und Druckabbau mit den Ventilen 13 im Multiplexbetrieb für die einzelnen Radbremsen (nicht dargestellt) über den Elektromotor 1 erzeugt. Die Regelung erfolgt mittels des Sensors 15 im Vergleich mit dem Druckgeber 12. Die Pedalruckwirkung wird über der Wegsimulator 8 erzeugt. Damit der Pedalweg frei von Ruck- Wirkung des DK-Kolben 3 ist, wird ein kleiner Leerweg s, wie er in jedem V-BKV auch verwendet wird, eingesetzt, um die kleine Anlaufverzogerung E-Motors zu berücksichtigen. Der

Leerweg kann auch in der Kupplung 14 selbst zumindest teilwei ^¬ se realisiert werden.

Der Wegsimulator 8 ist im Gehäuse 8 zusammen mit einer in der DE 10 2006 059 840.7 adaptiven Leerhubschaltung integriert. Wenn der Elektromotor 1 intakt ist, wird dieses bewegliche Ge ^¬ häuse von der elektromagnetischen Wegsimulatorarretierung 9 in der Bewegung blockiert. Bei Ausfall des Antriebes 1 wirkt das Bremspedal 10 mit bekanntem übertragungselement und Koppelele ^¬ ment 6 auf den Pedalstoßel 5 und dieser wiederum über die Kupplung 14 auf den DK 3.

Die Spindel 2 wird auch als erstes Kraftubertragungsmittel verstanden, über das vom Antrieb 1 eine Kraft auf den Kolben 3 sowohl zum Druckaufbau (der Kolben wird nach links verstellt) , als auch zum Druckabbau, wobei dann dazu der Kolben nach links verstellt wird, übertragbar ist.

Der Pedalstoßel wird auch als zweites Kraftubertragungsmittel verstanden, über das eine Kraft vom Bremspedal 10 auf den Kolben 3 übertragbar ist. Damit wirkt die Pedalbewegung direkt auf den Tandemhauptzylinder 4.

Durch den Wegsimulator 8 und den Leerweg s ist bei intaktem Motor die Pedalbewegung von der Kolbenbewegung entkoppelt.

Die Druckmodulation für ABS/ESP erfolgt durch entsprechende Motoransteuerung und Kolbenbewegung im sog. Multiplexbetrieb, bei dem die Regelventile 13 abwechselnd entsprechend dem not- wendigen Druckniveau in- Relation zum Regelalgorithmus zum Druckaufbau, -abbau und Halten geschaltet werden. über den Druckgeber kann das entsprechende Druckniveau erfasst werden.

Da die Kupplung nur im Notbetrieb geschaltet wird, welcher in der Regel selten auftritt, dessen Funktion für den Fehlerfall aber entscheidend ist, empfiehlt es sich die Schaltbarkeit der Kupplung 14 zu diagnostizieren um ein mögliches Klemmen auszuschließen .

Eine Diagnose der Kupplung 14 kann unter anderem realisiert werden, indem z.B. bei Fahrzeugstart oder wahrend Fahrzeugbe ^¬ schleunigungsphasen der Elektromotor 1 die Spindel 2 aus der in Figur 2 dargestellten Ausgangsstellung in Richtung Fahr- gastraum entgegengesetzt zur Pedalhubrichtung, d.h. nach rechts bewegt. Da das Pedal in Richtung Fahrer einen nicht dargestellten Anschlag hat, taucht der somit stillstehende Pe- dalstoßel 5 in die Spindel 2 ein und verschiebt den Kupplungs- stoßel 16 relativ zur Spindel 2. Falls die Kupplung 14 ein- wandfrei funktioniert wird diese auf beschriebene Art geöffnet und der Motor kann die Spindel 2 weiter als den in der Kupplung vorhandenen Leerweg s verschieben. Der Spindelhub kann über den Winkelsensor 15 erfasst werden. Falls die Kupplung 14 klemmen sollte, fahrt die Spindel nach dem Zurücklegen des Leerhubes s gegen Anschlag und der Motorstrom steigt entsprechend stark an.

Die Figur 2 zeigt die Ankupplung der Spindel 2 an den Kolben 3. Die Kupplung 14 ist in einer den Arbeitsraumen des Tandem- hauptbremszylinders 4 abgewandten Stirnseite angeordneten, insbesondere topfformigen Aussparung 3a des Druckstangenkolbens 3 integriert. Die Grundelemente des Hauptbremszylinders 4 werden, da allgemein bekannt, nicht beschrieben. Mit dem Kolben 3 ist die Kugelbuchse 17 formschlussig verbunden, welche mehrere Kugeln 18 oder auch ggf. zylindrische Walzkorper auf- nimmt .

Innerhalb der Buchse 17 ist der Kupplungsstoßel 16 gelagert, welcher mit dem Ende des Pedalstoßels 5 verbunden ist. Der Kupplungsstoßel 16 wird über eine Feder 19 auf einen Anschlag 17a der Kugelbuchse in eine erste Stellung zurück gestellt. In der oberen Bildhälfte ist die Kupplung 14 im eingekuppelten Zustand dargestellt. Die Spindel 2 wirkt zum Druckaufbau über Abgleichscheiben 20 direkt auf den Kolben 3. Beim Druckabbau wirkt die Spindel 2 über eine Kalotte 2a auf die Kugeln 18, deren radiale Bewegung nach innen durch entsprechende Kugel- laufbahnen 16a im Kupplungsstoßel 16 verhindert wird. Die Ku-

gellaufbahnen 16a dienen somit als Sperrflachen, die ein Off ^¬ nen der Kupplung bei nicht bei nicht durch das Bremspedal 10 druckbeaufschlagtem Pedalstoßel 5 verhindern. Hierdurch ist im Normalbetrieb ein Formschluss zwischen Spindel 2 und Kolben 3 realisiert, der ein schnelles Zurückstellen des Kolbens 3 zum Druckabbau mittels des Elektromotors 1 ermöglicht. Im Normal ^¬ betrieb wird durch den beschriebenen Aufbau des Wegsimulators mit Arretierung 9 keine Kraft auf den Pedalstoßel 5 übertra ^¬ gen .

Wenn, wie beschrieben, der Motorantrieb ausfällt, wird durch die Bewegung des Gehäuses 8 mit dem Bremspedal 10 der Pedalstoßel 5 bewegt, der wiederum auf den Kupplungsstoßel 16 wirkt. Nach Durchlaufen des Leerwegs 7 und Zusammendrucken der Feder 19 wirkt der Kupplungsstoßel 16 auf den Kolben 3. Dieser nimmt die Kugelbuchse 17 mit, wodurch die Kugeln 18 über die Kalotte bzw. Fuhrungskurve 2a nach innen in die Aussparung 16b des Kupplungsstoßels 16 gedruckt werden. Hierdurch wird der Formschluss zwischen Kolben 3 und Spindel 2 aufgehoben und die Kupplung ist offen. Der Kolben 3 kann nunmehr unabhängig vom Antrieb über das Bremspedal 10 zum Druckaufbau verstellt werden. In der Kugelbuchse 16 sind Einstemmungen 21 eingearbeitet, damit die Kugeln bei der Montage und Demontage des Zylinders 4 nicht herausfallen.

Die Kontaktflachen zwischen Spindel 2 und Kugel 18 bzw. Kugel und Kupplungsstoßel 16 sind kalottenformig ausgeführt, sodass Linienberuhrung stattfindet und die Flächenpressungen entsprechend reduziert werden.

Der Kupplungsstoßel 16 ist zur Kugelbuchse 17 verdrehgesichert. Vorzugsweise sind hierfür die Kugellaufbahnen 16a so gestaltet, dass sie in die Aussparungen 16b hineinragen, bei der die Kupplung nicht mehr wirksam ist.

Die Figur 3 zeigt eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung mit den für die Kupplung wesentlichen Teilen.

Bezugs zeichenliste

1 E-Motor

Ia Rotor mit Spindelmutter

2 Spindel

2a Fuhrungskurve bzw. Kalotte

2b Aussparung

3 Drucksteuerkolben

3a topfformige Aussparung

4 Tandemhauptbrems Zylinder

5 Pedalstoßel

6 Koppelelement zum Bremspedal

7 Leerweg

8 Wegsimulator mit adaptiver Leerhubschaltung

9 Wegsimulatorarretierung

10 Bremspedal

11 Pedalwegsensor

12 Druckgeber

13 Regelventile

14 Kupplung

15 Drehwinkel sensor

16 Kupplungs stoßel

16a Kugel laufbahnen

16b Aussparung

16c Fuhrungskurve

17 Kugelbuchse

17a Anschlag in Kugelbuchse

18 Kugel

19 Ruckstel Ifeder

20 Abgleichscheiben

21 Einstemmung