Die Erfindung betrifft ein Bremsgerät für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, für hydraulische Bremsanlagen bei Kraftfahrzeugen Bremsgeräte zu verwenden, die einen Hauptbremszylinder mit einem zur Bremsdruckerzeugung linear verschiebbaren Zylinderkolben und eine auf den Zylinderkolben einwirkende elektromechanische Verstärkerstufe aufweisen. Die Verstärkerstufe wird dabei durch eine Antriebseinheit mit einer rotierenden Antriebswelle angetrieben und verwendet zur Wandlung der rotierenden Bewegung der Antriebswelle in eine translatorische Bewegung einen Kugelgewindetrieb.

Derartige Aggregate haben den Vorteil, dass sie auch unabhängig von dem Fahrer autonom von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden können. Jedoch muss auch ein direkter Durchgriff durch den Fahrer implementiert werden - die Möglichkeit, die Bremse bei Mangelfunktion oder Ausfall der Verstärkerstufe direkt mit der Betätigungs- beziehungsweise Fusskraft des Fahrers zu betätigen. Dies kann beispielsweise bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung oder der Antriebseinheit, jedoch auch bei schnellen Vollbremsungen zur Unterstützung der Verstärkungskraft erforderlich sein. Zugleich wird eine weiche und komfortable haptische Rückmeldung beziehungsweise Reaktionskraft am Bremspedal beim Regelbetrieb verlangt .

Aus DE 10 2008 038 320 AI ist ein gattungsgemäßes Bremsgerät mit einem Kugelgewindetrieb bekannt . Die Verstärkungskraft wird hier von einer hohlgebohrten Spindel (Hohlspindel) des Kugelgewindetriebs in den Zylinderkolben eingeleitet. Der direkte Durchgriff erfolgt mittels einer durch die Hohlspindel verlaufenden besonders langen Kolbenstange, mit der der Fahrer unabhängig von der Spindel auf den Zylinderkolben einwirken kann. Zwischen der Kolbenstange und der Spindel einerseits und dem Zylinderkolben andererseits ist ein elastisches

Reaktionselement angeordnet, der für die Reaktionskraft und somit die haptische Rückmeldung am Pedal sorgt.

Als Nachteil wird angesehen, dass der Aufbau der Verstärkerstufe insgesamt komplex und die Herstellung aufwendig ist. Für eine ausreichende Steifigkeit muss die Kolbenstange mit einem relativ großen Außendurchmesser ausgebildet werden, wodurch die Hohlspindel und sämtliche anderen koaxial angeordneten Komponenten und folglich das Gewicht und die Außenmaße vergrößert sind. Zudem ist die Herstellung einer Hohlspindel sehr kostenintensiv.

Es stellt sich somit eine Aufgabe, ein verbessertes Bremsgerät der eingangs genannten Gattung anzubieten, der unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile möglichst kompakt, gewicht- und bauraumsparend aufgebaut ist, bei Ausfall der Verstärkerstufe dennoch einen effektiven direkten Durchgriff auf den Zylinderkolben und bei Regelbetrieb eine komfortable haptische Rückmeldung am Pedal ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremsgerät mit Merkmalskombination nach Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung an.

Die Erfindung sieht vor, dass die Betätigungskraft aus einer Kolbenstange in die Spindel eingeleitet wird, die Kolbenstange dabei gleichzeitig relativ zur Spindel axial begrenzt verschiebbar angeordnet und ein Federelement im Kraftfluß der Betätigungskraft zwischen der Kolbenstange und der Spindel vorgesehen ist, welches beim Einleiten der Betätigungskraft axial komprimiert wird.

Durch die damit einhergehende Reihen- statt Parallelschaltung der Verstärkungskraft und der Betätigungskraft entfällt die Notwendigkeit einer kostenintensiven Hohlspindel, es kann eine günstigere und leichtere Vollspindel mit einem geringeren Außendurchmesser verwendet werden. Die Radiale Ausdehnung und das Gewicht der gesamten Verstärkerstufe werden signifikant reduziert .

Zudem kann die Reaktionskraft konstruktiv sehr einfach, lediglich durch Anpassung der Eigenschaften des Federelements z.B. Tellerfederpakets, Gummischeibe etc. entsprechend den Kundenvorgaben eingestellt und beispielsweise an die gewohnte, komfortable Pedalkennlinie eines pneumatischen Bremskraftverstärkers angeglichen werden. Die Grundkennlinie des Bremsgeräts lässt sich zudem zusätzlich softwaremäßig durch intelligente Ansteuerung der Antriebseinheit verändern, sodass diese j e nach Fahrerwunsch, individuell eingestellt werden kann, wodurch eine nahezu beliebige gewünschte haptische Rückmeldung am Bremspedal realisierbar ist und der Pedalleerweg zugleich kurz gehalten werden kann.

In einer Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass der Kugelgewindetrieb einen Außentopf mit einer Außenverzahnung aufweist, welcher über die Außenverzahnung durch die Antriebseinheit - beispielsweise mittels eines Riementriebs oder Zahnradgetriebes - in Rotation versetzt wird und die Kugelgewindemutter in dem Außentopf verdrehgesichert sowie linear verschiebbar geführt ist, indem die Kugelgewindemutter eine nichtrunde Außenkontur aufweist, die mit einer zumindest bereichsweise korrespondierenden Innenkontur des Außentopfs kooperiert . Damit ist ein direkter Durchgriff durch den Fahrer jederzeit und unabhängig von der Antriebsmechanik möglich.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Federelement in einem Federelementgehäuse angeordnet, welches im Verstärkergehäuse linear verschiebbar gelagert ist. Anhand einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Federelementgehäuse durch eine, zumindest in axiale Richtung kraftübertragenden Verbindung an die Spindel gekoppelt und die Kolbenstange ist relativ zum Federelementgehäuse axial verschiebbar gelagert.

Damit kann zum einen die Verdrehsicherung der Spindel durch das Federelementgehäuse übernommen und die Spindel weiter verkleinert und vereinfacht werden, zum anderen kann die Pedalkennlinie des gleichen Bremsgeräts durch ein einfaches austauschen des Federelements individuell eingestellt werden.

Des Weiteren kann das Federelement anhand einer erfindungsgemäßen Ausführung wenigstens eine Tellerfeder, vorzugsweise einen Tellerfederpaket aufweisen, womit eine kostengünstige, einfach anpassbare und besonders verschleißfeste dauerhafte Lösung ermöglicht wird.

Anhand einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung kann das Federelement ein Elastomerwerkstoff aufweisen oder gänzlich aus diesem gefertigt sein, womit die haptische Rückmeldung durch die eigene interne Dämpfung des Federelements besonders komfortabel und wird und durch Änderung der Zusammensetzung des Elastomers sehr fein angepasst werden kann.

Die Erfindung sieht weiter vor, dass in dem Verstärkergehäuse ein Lagergehäuse aus Metall zur Aufnahme von Lagerelementen zur drehbaren Lagerung des Außentopfes angeordnet ist.

Dadurch werden die Lagerungskräfte in dem Lagergehäuse auf eine größere Fläche verteilt, das Verstärkergehäuse kann kostengünstig, gewichtssparend und in einer bedarfsgerecht nahezu beliebig anpassbaren Formenvielfalt aus Kunststoff ausgebildet werden.

Das Lagergehäuse kann zudem besonders kostengünstig aus Blech, beispielsweise durch ein Tiefziehverfahren erzeugt und so das Gewicht und die Herstellkosten des Bremsgeräts weiter gesenkt werden .

Die Erfindung sieht weiter vor, dass eine Sensoreinrichtung mit einem ortsfesten Sensierteil und einem linear verschiebbaren Geberteil zur Erfassung von Position und/oder Bewegung der Kolbenstange vorgesehen ist, wobei das Geberteil mit der Kolbenstange gekoppelt ist.

Damit kann zum einen eine besonders schnelle Erkennung eines Bremswunsches des Fahrers realisiert werden, zum anderen können dadurch, beispielsweise in Verbindung mit einem Drucksensor am Hauptbremszylinder sämtliche steuerungsrelevante Signale direkt am Bremsgerät erfasst werden, ein Eingriff in bremsgerätfremde Komponenten wie beispielsweise Drehwinkelsensor am Bremspedal, ist nicht notwendig, die Installation des Bremsgeräts im Fahrzeug wird ebenfalls vereinfacht.

In einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass eine Rückholfeder zum Rückversetzen der Spindel in ihre ungebremste Ausgangsposition zwischen dem Lagergehäuse und dem Federelementgehäuse eingespannt ist, wobei die Rückholfeder sowohl durch Einwirkung der Betätigungskraft als auch der Verstärkungskraft axial vorgespannt wird.

Damit kann auf eine zusätzliche Rückholfeder für die Kolbenstange verzichtet werden, die Komponentenzahl wird reduziert und die Verstärkerstufe kompakt gestaltet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen. Hierbei zeigt: ,

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Fig.l eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Bremsgeräts in Längsschnitt in einem unbetätigten Ausgangszustand.

Fig.2 das Bremsgerät gemäß Fig.l in räumlichen Außenansicht (a) sowie Teilschnittansicht (b) .

Fig.1 :

Das erfindungsgemäße Bremsgerät 1 umfasst im Wesentlichen eine von einer elektromotorischen Antriebseinheit 3 angetriebene Verstärkerstufe 2, an die ein Hauptbremszylinder 8 montiert ist . Im vorliegenden Beispiel ist es ein Tandem Hauptbremszylinder nach Plunger Bauart, obwohl innerhalb der Erfindung auch weitere Hauptbremszylinder-Typen ebenfalls verwendet werden können.

In dem Hauptbremszylinder 8 ist ein Zylinderkolben 9 in axiale Richtung linear verschiebbar gelagert, welcher durch seine Verschiebung in mit Druckmittel gefüllten und Radbremsen verbundenen Druckkammern 30,30 ^λ Bremsdruck erzeugt. Ein optional vorliegender Drucksensor 26 registriert den aktuellen Bremsdruck .

Die Verstärkerstufe 2 weist ein, vorzugsweise aus Kunststoff hergestelltes Verstärkergehäuse 4 auf, in dem ein Kugelgewindetrieb 5 angeordnet ist.

Die Antriebseinheit 3 treibt mittels Zahnriemen 22 einen Außentopf 12 an, an dem zu diesem Zweck eine Außenverzahnung 13 angebracht ist. Der Außentopf 12 ist innen hohl gestaltet und wird mittels Lagerelementen 16 und 17 in einem Lagergehäuse 15 in Umfangsrichtung drehbar gelagert. Das Lagergehäuse 15 ist aus Metall, vorzugsweise aus einem dünnwandigen Blech hergestellt und in dem Verstärkergehäuse 4 fixiert.

In dem Außentopf 12 ist eine Kugelgewindemutter 6 linear verschiebbar geführt sowie verdrehgesichert angeordnet. Zur Realisierung der Verdrehsicherung verfügt die Kugelgewindemutter 6 über eine nichtrunde Außenkontur und der Außentopf 12 weist eine damit korrespondierende, komplementäre Innenkontur auf. Auf ihrer dem Hauptbremszylinder 8 gegenüberliegenden Seite stützt sich die Kugelgewindemutter 6 gegen einen axialfesten Anschlag 33 in dem Außentopf 12.

Die Kugelgewindemutter 6 steht gemäß dem Aufbauprinzip eines Kugelgewindetriebs über mehrere Kugeln im Eingriff mit einer Spindel 7. An dem, dem Hauptbremszylinder 8 abgewandten Ende der Spindel 7 ist ein Federelementgehäuse 14 verdrehsicher befestigt. Das Federelementgehäuse 14 ist im Wesentlichen Topfförmig gestaltet und verfügt über vorzugsweise mehrere radiale Vorsprünge 32, die in den axial gestreckten nuten 31, 31 ^λ in dem Verstärkergehäuse 4 laufen, wodurch die Spindel 7 in dem Verstärkergehäuse 4 verdrehsicher geführt ist.

Eine Rückholfeder 21 ist zwischen dem Lagergehäuse 15 und dem Federelementgehäuse 14 eingespannt angeordnet. Sie wird bei einer Bremsung durch die Verschiebung der Spindel 7 in Richtung Hauptbremszylinder 8 komprimiert und dient zum Rückversetzen der Spindel 7 in ihre ungebremste Ausgangsposition nach Beendigung der Bremsung.

Zur Ansteuerung des Bremsgerätes 1 durch den Fahrer ist ein Bremspedal 29 vorgesehen, die mit einer linear verschiebbaren Kolbenstange 10 gekoppelt ist, in die die unverstärkte Betätigungskraft Fb eingeleitet wird. An seinem dem Bremspedal 29 abgewandten Ende der Kolbenstange 10 ist ein Übertragungskolben 23 befestigt, der zusammen mit der Kolbenstange 10 bewegt wird.

Der Übertragungskolben 23 ist in dem Federelementgehäuse 14 geführt und relativ zur Spindel 7 axial verschiebbar sowie beabstandet angeordnet. Zwischen dem Übertragungskolben 23 und der Spindel 7 ist ein Federelement 11 positioniert. In der gezeigten Ausführung ist das Federelement 11 als ein ₀

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Tellerfederpaket gestaltet. In weiteren, nicht gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann das Federelement auch ein Elastomerwerkstoff enthalten oder vollständig aus diesem ausgebildet sein - beispielsweise Scheiben-, ring- oder zylinderförmig. Ebenso ist innerhalb der Erfindung eine Spiralfeder als das Federelement 11 zulässig oder eine Kombination der Vorgenannten. Die Federkraft des Federelements ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie geringer ist, als die in Richtung Kolbenstange 10 wirkende Kraft, die aus Reihenschaltung der Federkraft der Rückholfeder 21 und der Widerstandskraft des Zylinderkolbens 9 ergibt.

Bei der Betätigung des Bremspedals 29 wird so zunächst die Kolbenstange 10 samt Übertragungskolben 23 zur Spindel 7 hin verschoben und das Federelement 11 dabei komprimiert. Der dadurch entstehende, wegabhängig ansteigende Widerstand am Bremspedal 29 wird vom Fahrer als haptische Rückmeldung beziehungsweise Reaktionskraft des Bremsgerätes 1 empfunden. Diese Rückmeldung lässt sich sehr einfach, lediglich durch Veränderung des Federelements 11 - beispielsweise seiner Dimensionen oder seiner Steifigkeit, beeinflussen und an die jeweiligen applikationsspezifischen Anforderungen anpassen.

Der axiale Abstand zwischen dem Übertragungskolben 23 und der Spindel 7 ist vergleichsweise klein, im Bereich weniger Millimeter gewählt und lässt sich ebenso einfach bedarfsgerecht konstruktiv durch Änderung der axialen Ausdehnung des Übertragungskolbens 23 oder der Kolbenstange 10 festlegen.

Damit wird bezweckt, dass im Falle einer Fehlfunktion der Verstärkerstufe 2 oder einer schnellen Vollbremsung der Übertragungskolben 23 nach einem möglichst kurzen Leerweg des Bremspedals 29 mit der Anschlagfläche 24 auf Anschlag mit der Spindel 7 geht und die Betätigungskraft Fb verlustfrei direkt in die Spindel 7 eingeleitet werden kann. _

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Dadurch werden, je nach Betriebszustand, die

Verstärkungskraft Fv mit der Betätigungskraft Fb in der Spindel 7 addiert und zusammen aus der Spindel 7 in den Zylinderkolben 9 eingeleitet, oder die Spindel 7 wird durch die Betätigungskraft Fb zusammen mit der Kugelgewindemutter 6 unabhängig von dem Betriebszustand der Antriebseinheit 3 in dem Außentopf 12 axial verschoben und die Betätigungskraft Fb aus der Spindel 7 in den Zylinderkolben 9 eingeleitet.

Die Betätigung des Bremspedals 29 und die damit einhergehende Verschiebung der Kolbenstange 10 werden durch eine Sensoreinrichtung 18 registriert. Hierfür verfügt die Sensoreinrichtung 18 über ein ortsfest am Verstärkergehäuse 4 angeordnetes Sensierteil 19 und ein bewegliches Geberteil 20. Das Geberteil 20 ist in der gezeigten Ausführung durch ein beispielhaft als Querbolzen ausgeführtes Verbindungselement 25 mit dem Übertragungskolben 23 verbunden. Um die Bewegung des Verbindungselements zu ermöglichen ist im

Federelementgehäuse 14 ein Durchbruch 28 vorgesehen. Innerhalb der Erfindung ist es jedoch ebenso vorstellbar, das Geberteil 20 unmittelbar mit der Kolbenstange 10 oder dem Bremspedal 29 zu verbinden. In eienr weiteren nicht gezeigten Ausführungsform ist es ebenso Zulässig, eine Sensoreinrichtung - beispielsweise einen Drehwinkelgeber - am Pedalbock anzubringen.

Die durch die Sensoreinrichtung 18 registrierten Signale werden zur Weiterverarbeitung an eine nicht gezeigte elektronische Steuereinheit weitergeleitet und zur Ansteuerung der Antriebseinheit 3, als auch zur weiteren Verwendung wie beispielsweise Schaltung eines Bremslichts, verwertet.

Ebenso kann das Bremsgerät 1 auch fahrerunabhängig autonom durch eine nicht gezeigte elektronische Steuereinheit angesteuert werden, welche die Antriebseinheit 3 selbsttätig aktiviert. Bei einem regulären, verstärkten Bremsbetrieb wird durch die Umfangs- beziehungsweise Drehbewegung des Außentopfes 12 zusammen mit der Kugelgewindemutter 6 die Spindel 7 in axiale Richtung linear versetzt. Die Antriebskraft Fa wird durch den Zahnriemen 22 in den Kugelgewindetrieb 5 eingeleitet und die Verstärkungskraft Fv aus der Spindel 7 unmittelbar in den Zylinderkolben 9 übertragen.

Bei einem Fehlerfall wie beispielsweise Ausfall der elektrischen Stromversorgung oder der Antriebseinheit 3, einem Riss des Zahnriemens 22 und dergleichen steht die Verstärkungskraft Fv nicht mehr zur Verfügung und der Zylinderkolben 9 wird somit alleine mit der in die Spindel 7 eingeleiteten unverstärkten Betätigungskraft Fb zum Aufbau des Bremsdrucks verschoben.

Fig.2:

In der Fig.2 ist das Bremsgerät in räumlicher Außenansicht dargestellt. Für eine einfache und effektive Montage des Bremsgeräts 1 am hier nicht gezeigten Fahrzeug werden Montagebolzen 27 nach Zugankerprinzip verwendet, die das Verstärkergehäuse 4 durchgreifen und zugleich zur Befestigung des Hauptbremszylinders 8 der Verstärkerstufe 2 dienen. Dadurch kann das erfindungsgemäße Bremsgerät 1 beispielsweise optional statt eines konventionellen pneumatischen Bremskraftverstärkers unter Ausnutzung der gleichen, bereits vorhandenen Montageschnittstellen eingesetzt werden. Bezugszeichen :

1 Bremsgerät

2 Verstärkerstufe

3 Antriebseinheit

4 Verstärkergehäuse

5 Kugelgewindetrieb

6 Kugelgewindemutter

7 Spindel

8 Hauptbrems zylinder

9 Zylinderkolben

10 Kolbenstange

11 Federelement

12 Außentopf

13 Außenverzahnung

14 Federelernentgehäuse

15 Lagergehäuse

16 Lagerelement

17 Lagerelement

18 Sensoreinrichtung

19 Sensierteil

20 Geberteil

21 Rückholfeder

22 Antriebsriemen

23 ÜbertragungskoIben

24 Anschlagfläche

25 Verbindungselement

26 Drucksensor

27 Montagebolzen

28 Durchbruch

29 Bremspedal

30 Druckkammer

31 Nut

32 Vorsprung

33 Anschlag

Fa Antriebskraft

Fb Betätigungskraft

Fv Verstärkungskraft