Die Erfindung betrifft ein Bremsgerät für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem On-Demand Bremskraftver ^¬ stärker .

Zur Erzeugung einer erforderlichen Bremskraft in hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlagen ist es allgemein bekannt, unterschiedliche Bremskraftverstärker einzusetzen, welche die Muskelkraft des Fahrers verstärkt an einen nachgestalteten Hauptbremszylinder weitergeben, oder die Kraft autonom elektronisch gesteuert erzeugen. Derartige Bremskraftverstärker benötigen zur Kraftverstärkung je nach Ausführung hydraulische, pneumatische, elektrische, mechanische Energie oder Kombination der vorgenannten.

Im Bestreben, den Energieverbrauch und Schadstoffausstoß eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren, bemüht man sich, die Brems ^¬ kraftverstärker möglichst kompakt, leicht und energiesparend zu gestalten. So werden verstärkt Bremskraftverstärker mit einem eigenen, meist elektromotorischen Antrieb zur Erzeugung der benötigten Energie eingesetzt, welcher lediglich beim tatsächlichen Bedarf aktiviert wird. Aus Gewichts- und Kosten ^¬ gründen wird dabei auf zusätzliche Energiespeicher wie bspw. Hochdruck-, Unterdruck, Federspeicher und Dergleichen verzichtet. Derartige energiespeicherlose Bremskraftverstärker, deren Energieversorgung akut und ausschließlich durch den zugeordneten Antrieb erfolgt, werden auch als „On-Demand" Bremskraftverstärker bezeichnet.

Der Einsatz von derartigen On-Demand Bremskraftverstärkern hat als Konsequenz, dass bei einer Fehlfunktion des Antriebes oder einer primären, den Antrieb speisenden Energiequelle die Verstärkungskraft nicht abrufbar ist und das System unmittelbar und ohne Vorwarnung in die unterste Rückfallebene fällt, wo das Fahrzeug lediglich durch Muskelkraft des Fahrers abgebremst werden muss. Weil der hydraulische Hauptbremszylinder den Volumenbedarf der Bremsanlage bedienen muss, hat er einen dafür ausgelegten verhältnismäßig großen Wirkdurchmesser. Damit der Fahrer physisch auch im Notfall eine ausreichende Verzögerung erwirken kann, wird eine maximal zulässige Fusskraft vorge ^¬ schrieben. Diese Obergrenze liegt jedoch mit bspw. 500N we- sentlich höher, als der übliche, gewohnte Kraftaufwand. Es besteht jedoch die Gefahr, dass der Fahrer durch einen schlagartig gestiegenen Bedarf an Kraftaufwendung überrascht wird und rechtzeitig keine erforderliche Bremsverzögerung erwirkt. Ein Energiespeicher würde in einem solchen Fall noch für eine begrenzte Zeit Energie zur Kraftverstärkung liefern können, steht jedoch nicht zur Verfügung.

Zur Lösung des Problems sind kombinierte Bremsgeräte in in ^¬ tegrierter Bauweise bekannt, bei denen für die Rückfallebene und die Betriebsbremsung zwei gesonderte, getrennte Betätigungs- zylinder mit jeweils unterschiedlichen Wirkdurchmessern vorgesehen sind. Hier bedient der Fahrer bei Energieausfall einen Pedalzylinder mit besonders kleinem Wirkdurchmesser, um so bei gesetzlich begrenzter Fusskraft eine höhere Abbremsung des Fahrzeuges zu erreichen Ein derartiges System ist jedoch komplex, zudem ist der Aufwand zur Anpassung an unterschiedliche

Fahrzeugapplikationen mit einem verringerungswürdigen konstruktiven Aufwand verbunden.

Aus DE 10 2014 202 373 ist ein Bremskraftverstärkerloser, Stand-Alone Hauptbremszylinder mit abschaltbarem großen

Wirkdurchmesser bekannt, der für reguläre Betriebsbremsungen alleine durch die Muskelkraft des Fahrers betätigt ist und lediglich bei Stark- und Notbremsungen durch eine nachgeschaltete elektronisch geregelte Modulatoreinheit für fahr- dynamische Regelfunktionen zusätzlich unterstützt wird. Ein derartiges System ist jedoch insbesondere für Fahrzeuge mit einer geringen Fahrzeugmasse geeignet.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein verbessertes Bremsgerät mit einem On-Demand Bremskraftverstärker anzubieten, welcher bei Fehlfunktion oder Ausfall der Verstärkungskraft Auswirkungen auf den Fahrer reduziert und eine sichere Abbremsung mit zulässigen Pedalkräften und -wegen auch bei schwereren Fahrzeugen ermöglicht .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremsgerät mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen an.

Durch einen stufenweisen Aufbau des Bremsdrucks in der

Druckkammer des Hauptbremszylinder können bei einer irregulären Bremsung - beispielsweise bei einem Ausfall der Antriebseinheit eines On-Demand Bremskraftverstärkers - sowohl die Fusskraft am Bremspedal als auch der Pedalweg insgesamt reduziert werden.

Dem Fahrer steht im Notfall eine reduziere Wirkfläche am Kolben im Hauptbremszylinder zur Verfügung, die es ihm ermöglicht mit der Fusskraft unterhalb der der zulässigen Obergrenze

(insb. 500N) eine ausreichende Bremsverzögerung bis hin zu vorgeschriebenen Vollbremsverzögerung (insb. 0,643g) zu erreichen .

Bei einer fortgesetzten Betätigung bei höheren Bremsdrucken in der Druckkammer des Hauptbremszylinders ist eine kleinere Wirkfläche hydraulisch wirksam, wodurch die Obergrenze für die Fusskraft nicht überschritten wird. Um das durch die kleinere Wirkfläche geringeres verdrängtes Volumen des Druckmittels auszugleichen, ist am Anfang der Betätigung eine wesentlich größere Wirkfläche zusätzlich hydraulisch wirksam, die druckabhängig hydraulisch unwirksam geschaltet wird.

Diese Um- beziehungsweise Abschaltung kann dabei ausfallsicher zwangsweise ohne elektrisch betätigte Ventile erfolgen, bei jeder Betätigung wirksam sein und ist durch konstruktive Auslegung der Vorspannung auf unterschiedliche Drucke anpassbar.

Vorzugsweise wird die Umschaltung durch eine Ventilanordnung mit einem federbelasteten Ventilkolben umgesetzt, welche druckgesteuert eine hydraulische Verbindung zwischen einer der größeren Wirkfläche zugeordnete Füllstufenkammer in dem

Hauptbremszylinder mit dem drucklosen Druckmittelbehälter sperrt oder freigibt.

Dabei kann die Ventilanordnung in unterschiedlichen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sowohl im Kolben als auch im Gehäuse des Hauptbremszylinders angeordnet werden.

Bei einem regulären Bremsvorgang mit einem ordnungsgemäß funktionierenden Bremskraftverstärker wird der Stufenweise Druckaufbau durch die Steuerung der Antriebseinheit bzw. des Bremskraftverstärkers ausgeglichen, so dass der Fahrer keine Auswirkungen am Bremspedal spürt.

Die erfindungsgemäße kann kostengünstig und mit einem geringen Entwicklungsaufwand an die bewähre Tandem Hauptbremszylin ^¬ dertechnologie adaptiert werden.

Eine Modulare Bauweise durch eine Kombination geeigneter Ausführungen von Bremskraftverstärkern und Hauptbremszylindern an einer vorzugsweise standardisierten Schnittstelle wird ermöglicht, wodurch unterschiedliche Varianten einfach erzeugt werden können. Ein Hauptbremszylinder kann so auf konventionelle Art an dem Gehäuse des Bremskraftverstärkers montiert und über eine vorzugsweise standardisierte Schnittstelle wirkungsmäßig mit diesem verbunden.

Hierbei können sowohl hydraulische als auch mechanische, elektrische, pneumatische und kombinierte On-Demand Brems ^¬ kraftverstärker eingesetzt werden.

Kein erhöhter Bauraumbedarf ist erforderlich, auch die elektrischen, hydraulischen und mechanischen Schnittstellen können mit konventionellen Bremsgeräten unifiziert werden.

Keine zusätzliche elektronische Überwachung des Bremsgerätes ist notwendig, da des stufenweise Bremsdruckaufbau permanent aktiv ist im Notfall nicht zusätzlich aktiviert werden muss.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmög ^¬ lichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung anhand der Zeichnungen hervor. Übereinstimmende Komponenten und Konstruktionselemente werden nach Möglichkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen. Nachstehend zeigt :

Fig.l eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremsgeräts mit einem Hauptbremszylinder in Tandembauweise und einem einstufigen Kolben.

Fig.2 eine vereinfachte Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Bremsgeräts mit einem anderen Hauptbremszylinder mit einem zweistufigen Kolben.

Fig .3 ein Diagramm, zeigend das Verhältnis zwischen der Fusskraft und Bremsverzögerung im regulären Betrieb sowie in der Rückfallebene bei unterschiedlich großen Wirkflächen. Fig.1 :

Das Bremsgerät 1 umfasst einen mit Druckmittel befüllten Hauptbremszylinder 4, der am Gehäuse 12 eines nur schematisch dargestellten Bremskraftverstärkers 2 montiert ist. Der

Bremskraftverstärker 2 ist durch eine elektromotorische Antriebseinheit 3 nach On-Demand Prinzip angetrieben. Hierbei bezieht der Bremskraftverstärker 2 die zur Erzeugung einer verstärkten Bremskraft benötigte Energie ausschließlich von der Antriebseinheit 3 während ihres Betriebs und verfügt über keinen gesonderten Energiespeicher, der Energieversorgung bei einer deaktivierten Antriebseinheit sicherstellen würde.

Die Steuerung des Bremskraftverstärkers 2 erfolgt durch eine elektronische Steuereinheit 17.

Beim regulären Bremsbetrieb vermittelt der Bremskraftverstärker 2 die Bremskraft über eine Koppelvorrichtung 15 an den nachgeschalteten Kolben 5 des Hauptbremszylinders 4.

Bei einem Ausfall der Energieversorgung oder anderen Störungen, bei denen der Bremskraftverstärker 2 nicht ordnungsgemäß funktionieren kann - in der sogenannten Rückfallebene - wird der Kolben 5 über die Koppelvorrichtung 14 unmittelbar vom

Bremspedal 13 alleine durch die Muskelkraft des Fahrers be ^¬ tätigt .

Die beiden Koppelvorrichtungen 14,15 können innerhalb der Erfindung auch zusammengeführt als eine gemeinsame Koppel ^¬ vorrichtung ausgebildet sein.

Ebenso kann innerhalb der Erfindung in der Wirkkette zwischen dem Bremspedal 13 und dem Kolben 5 eine hier nicht gezeigte

Simulatoreinheit vorgesehen sein, die beim Einsatz des

Bremskraftverstärkers 2 eine haptische Rückmeldung an das Bremspedal 13 erzeigt. Eine Sensorvorrichtung 16 registriert im regulären Bremsbetrieb den Bremswunsch des Fahrers und vermittelt ihn an die elekt ^¬ ronische Steuereinheit 17 zwecks entsprechender Ansteuerung der Antriebseinheit 3 beziehungsweise des Bremskraftverstärkers 2.

Der Kolben 5 ist im Gehäuse 11 des Hauptbremszylinders 4 verschiebbar gelagert und begrenzt eine mit einem nicht gezeigten Bremskreis verbundene Druckkammer 6. In der gezeigten Aus ^¬ führung ist der Kolben 5 als ein Stufenkolben mit zwei Stufen ausgebildet. Bei Verschiebung des Kolbens 5 in Richtung

Druckkammer 6 ist die erste Stufe mit der größeren Wirkfläche AI und die zweite Stufe mit der kleineren Wirkfläche A2 hydraulisch wirksam am Aufbau des Bremsdruckes in der Druckkammer 6 be ^¬ teiligt. Während die Wirkfläche A2 ausschließlich in der Druckkammer 6 wirkt, verdrängt die Wirkfläche AI das Druckmittel aus einer gesonderten Füllstufenkammer 8 vorbei am richtungsabhängigen Dichtelement 24 in die Druckkammer 6.

In dem Kolben 5 ist eine Ventilanordnung 7 mit einem rückseitig federbelasteten Ventilkolben 10 angeordnet. Zu Beginn einer Bremsung ist die Ventilanordnung 7 geschlossen. Sobald der Bremsdruck in der Druckkammer 6 jedoch einen definierten Wert erreicht, der die Federlast übersteigt, verschiebt sich der Ventilkolben 10 gegen die Federlast, so dass die Ventilanordnung 7 öffnet und eine hydraulische Verbindung zwischen der Füllstufenkammer 8 und dem Drucklosen Druckmittelbehälter 9 über eine Kette vom Verbindungskanälen 20,21,22,23 freigibt. Dadurch wird das Druckmittel aus der Füllstufenkammer 8 in den Druckmittelbehälter 9 und nicht mehr in die Druckkammer 6 verdrängt und die Wirkfläche AI somit in Bezug auf den

Bremsdruckaufbau hydraulisch unwirksam geschaltet, bezie ^¬ hungsweise abgeschaltet, das Kraft-Weg-Verhältnis am Kolben 5 verändert sich sprungartig. Fortan erfolgt der Bremsdruckaufbau in der Druckkammer 6 nur durch die kleinere Wirkfläche A2 und somit insgesamt stufenweise. In der gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Hauptbremszylinder 4 in Tandembauweise ausgebildet. Dabei ist im Gehäuse 11 eine weitere, vordere eine Druckkammer 19 angeordnet, die auf einen eigenen, nicht gezeigten Bremskreis wirkt. Zwischen den Druckkammern 6 und 19 ist ein Schwimmkoben 18 verschiebbar geführt, der regulär durch den Bremsdruck in der Druckkammer 6 und bei einem Druckabfall in der Druckkammer 6 unmittelbar mechanisch durch den Kolben 5 betätigt wird.

Fig.2:

In der Fig.2 ist eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Bremsgerätes vereinfacht dargestellt. Der Hauptbremszylinder 4 ist hier nicht in Tandembauweise ausgebildet und weist einen einzelnen dreistufigen Kolben 5 auf, welcher mit 3 unterschiedlich großen Wirkflächen AI, A2 und A3 ausgestattet ist.

Die Ventilanordnung 7 ist im Gehäuse 11 des Hauptbremszylinders 4 integriert. Die Wirkfläche AI verdrängt das Druckmittel aus der Füllstufenkammer 8 in eine Zwischenkammer 29, wo es durch die Wirkfläche A3 weiter in die Druckkammer 6 verdrängt wird. Dabei werden die Dichtelemente 24 und 25 jeweils in Richtung Druckkammer 6 überströmt. Die kleinste Wirkfläche A2 kompri ^¬ miert das Druckmittel in der Druckkammer 6 und verdrängt es in einen daran angeschlossenen Bremskreis.

Der Bremsdruck in der Druckkammer 6 wird durch die Bohrung 30 an den federbelasteten Ventilkolben 10 weitergegeben, welches beim Erreichen eines definierten Druckwertes eine hydraulische Verbindung durch die Verbindungskanäle 20,21 zwischen der Zwischenkammer 29 und dem drucklosen Druckmittelbehälter 9 freigibt. Dadurch wird das Druckmittel aus der Füllstufen ^¬ kammer 8 und der Zwischenkammer 29 in den Druckmittelbehälter 9 verdrängt und die Wirkflächen AI und A3 hydraulisch unwirksam geschaltet . Fig.3:

Fig.3 zeigt ein Diagramm zur prinzipiellen Verdeutlichung der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Bremsgeräts. Die X-Achse steht für die erforderliche Fusskraft am Bremspedal 13, die Y-Achse für die Bremsverzögerung des Fahrzeugs. Die senkrechte Linie F markiert einen oberen Grenzwert für die Fusskraft, bei ^¬ spielsweise eine gesetzlich vorgeschriebene Obergrenze von 500N. Die waagerechte Linie D markiert einen definierten Zielwert für die Bremsverzögerung des Fahrzeugs, insbesondere einen für eine Not- oder Vollbremsung erforderlichen Mindestwert. Dieser kann ebenfalls gesetzlich vorgeschrieben sein und beispielsweise die Größenordnung von 0,643g haben.

Der Graph 26 zeigt einen Verlauf der Fusskraft und die damit einhergehende Fahrzeugverzögerung beim ordnungsgemäß funkti ^¬ onierenden Bremskraftverstärker 2 einer an einer definierten Fahrzeugapplikation. Die Fusskraft am Bremspedal 13 kann dabei je nach Ausführung durch die Regelung des Bremskraftverstärkers 2 oder eine gesonderte Simulatoreinheit gezielt manipuliert werden.

Beim Ausfall der Bremskraftverstärkers 2, in der Rückfallebene, hängt die Bremsverzögerung jedoch unmittelbar von der Fusskraft ab. In der ersten Phase der Bremsung ist die größere Wirkfläche AI aktiv. Dies ermöglicht zwar einen kürzeren Pedalweg, weil größeres Druckmittelvolumen verdrängt wird, jedoch steigt die Fusskraft so schnell, dass ein für die erforderliche Brems ^¬ verzögerung D erforderliche Bremsdruck nicht innerhalb der Obergrenze der Fusskraft F erreicht werden würde dies ist durch den Graph 28 verdeutlicht. Beim Erreichen eines definierten Bremsdrucks wird im schalt- punkt S die Wirkfläche AI abgeschaltet, so dass lediglich die kleinere Wirkfläche A2 zum Aufbau des Bremsdruckes beiträgt. Dadurch steigt die Fusskraft nur noch moderat und der Zielwert für die Bremsverzögerung D kann innerhalb des Grenzwertes F erreicht werden. Dies zeigt der Graph 26

Bezugszeichen :

1 Bremsgerät

2 Bremskraft erstärker

3 Antriebseinheit

4 Hauptbrems zylinder

5 Kolben

6 Druckkammer

7 Ventilanordnung

8 FüllStufenkammer

9 Druckmittebehälter

10 Ventilkolben

11 Gehäuse

12 Gehäuse

13 Bremspedal

14 KoppelVorrichtung

15 KoppelVorrichtung

16 Sensorvorrichtung

17 elektronische Steuereinheit

18 Schwimmkolben

19 Druckkammer

20 Verbindungskanal

21 Verbindungskanal

22 Verbindungskanal

23 Verbindungskanal

24 Dichtelement

25 Dichtelement

26 Graph Betriebsbremsung

27 Graph Rückfallebene mit A2

28 Graph Rückfallebene mit AI

29 Zwischenkämmer

30 Bohrung

A1,A2,A3 Wirkfläche

F Obergrenze Fusskraft

D Zielwert Bremsverzögerung

S Schaltpunkt