EP2225132B1

Abstract

The invention relates to a brake system comprising an electromotive drive device for a brake booster (BKV, 3, 4, 5) having at least one piston (3, 4), the at least one piston (3, 4) being driven by the drive device for pressure build-up and pressure relief in at least one wheel brake (RB) and being mechanically adjustable by means of a brake actuator (1), especially in the form of a brake pedal, only in the event of malfunction of the drive device, at least one decoupling valve (7) for closing and opening the brake line (BL) being arranged in the brake line (BL) between every wheel brake (RB) and a working chamber (A1, A2) of the brake booster (BKV). The brake system is characterized in that at least one delivery unit (F) delivers, when required, brake fluid from a reservoir (20; 20') to the respective working chamber (A1, A2) of the brake booster (BKV) via at least one supply line (ZL) that is connected to a brake line (BL) or the brake booster (BKV), especially to a working chamber (A1, A2), a controlled valve (8; 16) for opening and closing the respective supply line (ZL) being arranged in every supply line (ZL).

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Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

[0002] Der Hauptbremszylinder (HZ) einer Kfz Bremsanlage wird bei konventionellen Systemen so ausgelegt, dass dessen Verdrängungsvolumen der Volumenaufnahme der Radbremsen zum Erreichen des maximalen Bremsdruckes entspricht. Zudem wird eine Reserve für Extremfälle wie Fading oder schlecht entlüftete Bremsanlagen vorgesehen. Die Volumenaufnahme der Radbremsen ist fahrzeugabhängig. Grundsätzlich steigt das Volumen relativ zum Fahrzeuggewicht. Das Verdrängungsvolumen des Hz kann durch dessen Kolbendurchmesser und Hub bestimmt werden. Bei konventionellen 15 Bremssystemen ist das Bremspedal über die Druckstange mit dem HZ verbunden, sodass  der  Pedalhub  über eine konstante Pedalübersetzung mit dem Druckstangenkolben (DK) des Hz verbunden ist. Aus ergonomischen Gründen wird die Bremsanlage so ausgelegt, dass 20 bei ca. 50% Pedalweg der Blockierdruck erreicht wird. Da der Pedalhub im Fahrzeug begrenzt ist, muss das nötige Verdrängungsvolumen für höhere Fahrzeugklassen durch Vergrößerung des Hz Durchmessers bereitgestellt werden.

[0003] Aus der Kolbenfläche ergibt sich die Kolbenkraft, welche zum Erreichen des gewünschten Bremsdruckes erforderlich ist. Die Pedalkraft wird durch den sogenannten Vakuumbremskraftverstärker (Vak. BKV) verstärkt, sodass die Pedalkräfte bei intakter Bremskraftunterstützung moderat sind.

[0004] Für die Auslegung der Bremsanlage sind noch 2 Fakten kritisch:

  • Die Verstärkungskraft des Vak. BKV ist durch den sogenannten Aussteuerpunkt begrenzt. In der Regel liegt dieser Aussteuerpunkt etwas oberhalb des Blockierdruckes auf hohem Reibwert, welcher ca. 100 bar entspricht. Bei Fading der Bremsanlage sind jedoch höhere Drücke erforderlich, sodass die Bremskraftverstärkung in Sättigung geht und die Pedalkräfte erheblich ansteigen. Um dem entgegenzu- wirken wird bei Fahrzeugen mit ESP Anlage die sogenannte ESP Pumpe benutzt, um Bremsflüssigkeit aus dem HZ in die Bremskreise zu pumpen. Hierbei hängt die Druckanstiegsgeschwindigkeit von der Pumpenleistung ab. Die Pumpenleistung liegt bei großen Fahrzeugen bei ca. 400 Watt, sodass die Druckanstiegsgeschwindigkeit erheblich geringer ist als im Druckbereich bis zum Aussteuerpunkt.
  • Die Kolbenfläche des Hz  bewirkt bei BKV Ausfall sehr hohe Pedalkräfte. Somit ist bei BKV Ausfall die Fußkraft zum Erreichen eines bestimmten Druckes etwa 5 mal größer als bei intaktem BKV. Durch die Rückstellfedern und Reibung im Hz und Vak. BKV ist die Pedalanfangskraft zudem sehr hoch. Ab mittleren Fahrzeugklassen kann somit der Normalfahrer bei BKV Ausfall praktisch keine vernünftige Abbremsung mehr erreichen. Zudem wird der Fahrer zusätzlich durch die ungewohnt hohen Anfangsbetätigungskräfte irritiert.

[0005] Bei Systemen mit Wegsimulator kann der Hz freier dimensioniert werden, da der Pedalweg und der Kolbenweg nicht fest gekoppelt sind. In der Regel wird ein um ca. 20-30% größere Kolbenweg verwendet und zugleich der gesamte Kolbenweg für die Bremsung bei hohen Blockierdrücken inklusive Fading genutzt. Dadurch sind HZ Kolbenflächen von lediglich 50% der konventionellen Auslegung möglich, wodurch kleinere Pedalkräfte zur Erzeugung des notwendigen Bremsdrucks ausreichen. Für ein Wegsimulatorsystem bieten sich besonders elektromotorische Bremskraftverstärker an wie sie in DE 102005018649.19 und DE 102006059840.7 beschrieben werden. Diese Lösungen haben bei entsprechender Ausgestaltung den zusätzlichen Vorteil, dass die Reibungs- und Rückstellkräfte des Elektromotors sehr klein sind, was ca. 50% kleinere Ansprechkräfte bewirkt. Somit ist die Kraft-Weg-Kennlinie des Pedals bei Ausfall des elektromotorischen BKV im Vergleich zur wirksamen Bremskraftverstärkung nicht so stark unterschiedlich. Trotz dieser Vorteile sind analog zur Hz-Dimensionierung der anfangs beschriebenen konventionellen Bremsanlage vom Kleinwagen bis zum schweren SUV mehrere Hauptbremszylindergrößen notwendig, um die diversen Volumenaufnahmen abzudecken. Die großen Hauptbremszylinderkolbenflächen für schwere Fahrzeuge bewirken sehr hohe Pedalkräfte.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsanlage bereitzustellen, die für mehrere Fahrzeuggrößen einsetzbar ist, wobei auch bei schweren Fahrzeugklassen nur geringe Pedalkräfte aufzubringen sind.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Bremsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich durch die Merkmale der rückbezogenen Ansprüche.

[0008] Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einer Bremsanlage nur einen im Durchmesser kleineren Hauptbremszylinder mit einer z.B. für eine kleinere Fahrzeugklasse ausreichenden Hauptbremszylindergröße auch für größere Fahrzeuge zu verwenden. Dies ist insbesondere bei einer elektromotorischen Bremsanlage möglich, sofern das Volumen der Arbeitsräume des Hauptbremszylinders durch Nachfördern quasi vergrößert wird. Das Nachfördern erfolgt dabei immer dann, wenn die Kolben des Hauptbremszylinders beim Bremsen fast ihre Endstellung erreicht haben und ein weiterer Druckaufbau nicht mehr möglich ist. Vor dem Nachfördern erfolgt ein Abkuppeln der Bremskreise mittels der ohnehin vorhandenen Ventile. Dann verfährt der Kolbenantrieb des Hauptbremszylinders den/die Kolben zurück, wobei gleichzeitig zusätzliche Bremsflüssigkeit in den/die Arbeitsraum bzw. -räume des Hauptbremszylinders aus mindestens einem Vorratsbehälter gefördert wird. Sobald der Nachförderprozess beendet ist, kann der Hauptbremszylinder wieder an die Bremskreise angekoppelt und der Druck in den Bremskreise weiter erhöht werden. Hierzu wird jede Fördereinrichtung wieder mittel des geschalteten Ventile vom Bremskreis getrennt bzw. abgekoppelt.

[0009] Die Erfindung sieht vorteilhaft mindestens eine zusätzliche Fördereinrichtung bestehend aus einem Vorratsbehältnis und einem Ventil vor. Sofern der Hauptbremszylinder einen oder zwei Arbeitsräume  aufweist, kann dieser eine oder beide Arbeitsräume über eine einzige Fördereinrichtung befüllt werden. Um vorteilhaft eine Entkopplung der Arbeitsräume zu gewährleisten, ist es jedoch vorteilhaft, jedem Arbeitsraum des Hauptbremszylinders jeweils mindestens eine Nachfördereinrichtung zuzuordnen.

[0010] Für schwere Fahrzeuge kann somit ein Hauptbremszylinder mit reduziertem Durchmesser verwendet werden, bei dem das Hauptbremszylinder-Volumen  relativ zur Volumenaufnahme der Radbremsen unterdimensioniert ist. Aus einem Vorratsbehälter kann durch das Vorsehen einer Fördereinrichtung für extreme Druckanforderungen bei Bedarf das benötigte Zusatzvolumen an Bremsflüssigkeit abgerufen werden, welches vom elektromotorisch betriebenem BKV anschließend in die Bremskreise nachgefördert wird.

[0011] Der Bedarf für eine Nachförderung wird durch den zurückgelegten Hauptbremszylinder-Weg und dem aufgebauten Druck erkannt. Ist z.B. bei 140 bar der Kolbenweg erschöpft, so wird aus der Nachförderkammer zusätzliche Bremsflüssigkeit in den Hz gefördert, damit der Druck bis zum Maximaldruck erhöht werden kann.

[0012] Dadurch ist es möglich vom Kleinwagen bis zum SUV denselben Hauptbremszylinder einzusetzen. Ab der Fahrzeugklasse, bei welcher das Hauptbremszylindervolumen nicht mehr zur Abdeckung sämtlicher Extremsituationen ausreicht, muss die zusätzliche Fördereinrichtung installiert werden. Durch die Hauptbremszylinderdimensionierung wird bestimmt, ab welcher Klasse eine Fördereinrichtung notwendig ist. Durch die kleine Hauptbremszylinderkolbenfläche profitieren hohe Fahrzeugklassen bei einem Ausfall des Bremskraftverstärkers von wesentlich kleineren Pedalkräften als bei konventionellen Systemen. Das Pedalgefühl weicht somit nicht so stark vom Normalfall bei intakter Bremskraftverstärkung ab, wodurch der Fahrer weniger irritiert wird.

[0013] Durch die Standardisierung und Reduzierung der Varianten sind erhebliche Kostenreduzierungen für die Herstellung und geringere Logistikkosten für die Beschaffung und Ersatzteilhaltung möglich. Die Realisierung der Nachförderkomponente ist einfach und damit auch zuverlässig. Zudem ist die Funktion diagnostizierbar.

[0014] Vorteilhaft ist bzw. sind die Fördereinrichtungen unmittelbar am oder im Gehäuse des elektromotorisch angetriebenen Bremskraftverstärkers angeordnet bzw. integriert.

[0015] Die Nachförderkammer kann noch für eine weitere Funktion genutzt werden, zur Einstellung des Bremsbelagspiels.

[0016] Anliegende Bremsbeläge verursachen einen erheblichen zusätzlichem Kraftstoffverbrauch. In dieser Anmeldung ist beschrieben, wie durch Unterdruck in der Bremsleitung und Bremskolben und durch gezielte Kolbensteuerung und Ansteuerung der Schaltventile dies erreicht wird. Bei dieser Anmeldung ist die Ansteuerung sehr komplex, wenn nicht der Kolben aus der Anfangsstellung zurückgefahren werden kann, da dies bei dem elektromotorischem Bremskraftverstärker konstruktiven Mehraufwand bedeutet. Dagegen ist es mit der Nachförderkammer einfach, indem ein entsprechendes Volumen kurzzeitig vom HZ in diese Kammer gefördert wird und mit entsprechender Ventilschaltung der HZ Kolben zurückbewegt wird, um den Unterdruck in vorzugsweise einem Radzylinder zu erzeugen. Die restlichen Radzylinder werden hintereinander bedient. Dabei kann bei Messung des Unterdruckes über den Druckgeber und entsprechender Wegsteuerung des Druckstangenkolbens ein Lüftspiel im Radzylinder erzeugt werden. Dieses Bremslüftspiel kann bei oder auch vor einer Bremsung jederzeit wieder eliminiert werden. So können aufgrund eines externen Signals bereits vor Beginn der Bremsung die Bremsbeläge wieder an die Bremsscheibe angelegt werden. Durch diese sogenannte Vorfüllung ist es möglich den Bremsweg zu verkürzen, insbesondere wenn der Vorfülldruck bereits ein Druckniveau von 5 bar erreicht.

[0017] Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen zwei mögliche Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.

[0018] Es zeigen:

  • Fig. 1: Bremsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform mit je einer Fördereinrichtung für jeden Arbeitsraum des Hauptbremszylinders;
  • Fig. 1a: Weg-Druck-Diagramm für die Bremsanlage gem. Fig. 1 zwei Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Volumina der Radbremsen;
  • Fig. 2: Bremsanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer gekoppelten Fördereinrichtung für beide Arbeitsräume des Haupt-bremszylinders;
  • Fig. 3: Bremsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform mit je einem Magnetventil zwischen den Arbeitsräumen des Hauptbremszylinders und dem Vorratsbehälter

[0019] Die Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines el. mot. BKV wie er in der DE 102005018649.19, DE 102006059840.7 und DE 102005003648 beschrieben ist, wobei sich diese Anmeldung deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich zu eigen macht. Bei intaktem BKV ist das Pedal vom Hz entkoppelt. Die Pedalkraft wird vom nicht dargestellten Wegsimulator  aufgenommen,  welcher ein gewohntes Pedalgefühl generiert. Der Pedalhubsensor 11 erfasst den Pedalhub, welcher über einer Kennlinie einem gewünschten Bremsdruck zugeordnet werden kann. Somit wird durch Betätigung des Bremspedals 1 der Bremskraftverstärker 2 aktiviert, welcher auf den Druckstangenkolben 3 des Hauptbremszylinders 5 wirkt. Durch die Volumenverdrängung und den Druck wird der Schwimmkolben 4 bewegt. Beide Kolben 3 und bewirken die Druckerzeugung in den jeweiligen Bremskreisen. Die entsprechende Bremsflüssigkeit wird im Vorratsbehälter bereitgestellt. Zu Details des Aufbaus des bekannten Hauptbremszylinders wird auf die DE 102005018649.19,    DE 102006059840.7    und  DE102005003648 verwiesen. Bekanntlich können der Pedalweg und der Kolbenweg bei Wegsimulatorsystemen unterschiedlich sein. Der Kolben eilt bei Bremsungen auf hohem Reibwert dem Pedal voraus. Kommt nun der Kolben 3, 4 in den Bereich des Hubendes findet der Nachförderprozess statt. Dabei werden zunächst die Regelventile 7 geschlossen und der erreichte Druck wird in den Radbremsen eingesperrt. Anschließend werden die Nachförderventile geöffnet. Gleichzeitig wird der Druckstangenkolben  3  durch  den  elektromotorischen BKV zurückgefahren, wodurch der Druck im Hauptbremszylinder gegen Null (0) sinkt. Aus den bereits befüllten Nachförderkammern 20 wird die gespeicherte Bremsflüssigkeit mittels der Feder 10 und des Kolbens 9 in die Arbeitsräume A1, A2 des Hauptbremszylinders gefördert. In der Nachförderkammer 20 herrscht vorzugsweise Überdruck, z.B. 5 bar, sodass die Bremsflüssigkeit aktiv in den Hauptbremszylinder gefördert wird. Anschließend werden die Nachförderventile 8 geschlossen und die Regelventile 7 geöffnet. Durch eine entsprechende Motoransteuerung wird die Bremsflüssigkeit nun in die 35 Bremskreise 22 verdrängt, wodurch der Druck in den jeweiligen Bremskreisen 22, je nach Stellung der Ventile 7, weiter ansteigt. Somit ist ein weiterer Druckanstieg möglich, ohne dass die Kolben 3 und 4 in den Endbereich (linke Stellung) gelangen. Wahlweise kann auch nur in 40 einem Bremskreis 22 nachgefördert werden. Durch entsprechende Auslegung von Kolbenfläche und Kolbenhub kann in der Nachförderkammer 20 das fehlende Volumen im Hz zur Abdeckung sämtlicher Extremfälle vorgehalten werden. Durch die Vorspannung der Feder 10 45 beträgt der Fülldruck z.B. 5 bis 10 bar bei entsprechender Federauslegung. Gemeinsam mit einem Nachförderventil 8 mit großem Öffnungsquerschnitt wird somit ein schnelles Nachfördern in die Arbeitsräume A1, A2, in z.B. 50 ms ermöglicht, wodurch eine nennenswerte Verzögerung des Druckanstiegs vermieden wird.

[0020] Die Nachförderventile 8 sollten Durchfluss- und Schaltzeit optimiert sein. Die Ventile 8, welche vorzugsweise stromlos geschlossen ausgeführt werden, können einen großen Ventilsitzquerschnitt aufweisen. Durch den Einsatz einer gewöhnlichen Spule kann das Ventil 8 somit nur bei mittleren Drücken, wie z.B. 50 bar, öffnen. Dies ist für das Nachfördern kein Nachteil, da das Schalten der Nachförderventile bei ca. 10 bar stattfindet. Somit sind für das Nachförden keine teuren druckausgeglichenen Ventile notwendig. Aus Zeitgründen kann es auch sinnvoll sein, dass beim Nachfördern nicht das gesamte Volumen im Nachförderblock 20 in einem Zug nachgefördert wird. Nähert sich z.B. bei 140 bar der Kolben 3, 4 der Endstellung, kann zunächst Volumen für einen Druckaufbau auf 170 bar nachgefördert werden. Soll der Druck weiterhin steigen kann bei 170 bar in einem neuen Nachförderschritt das restliche Volumen für z.B. 200 bar Maximaldruck nachgefördert werden. Da für den Großteil der Fälle der erste Nachfördeschritt ausreicht, kann somit für diese Bremsungen die Totzeit im Druckaufbau während des Nachförderns reduziert werden.

[0021] Die Nachförderkammer 20 kann nach Befüllung am Bandende bzw. beim Service, bei jedem Fahrzeugstart oder auch in Beschleunigungsphasen befüllt und diagnostiziert werden. Dazu wird über den Motorantrieb vorzugsweise der Maximaldruck in der Nachförderkammer z.B. 10 bar druckgeregelt eingesteuert. Wird nun das Nachförderventil 8 geöffnet darf sich der Druckstangenkolben 3 nicht bewegen. Falls dies doch der Fall ist, deutet dies auf ein Leck in der Kolbendichtung oder ein undichtes Nachförderventil 8 hin. Über den Kolbenweg sK kann das Differenzvolumen festgestellt werden. Durch das Differenzvolumen und die Diagnoseintervalle kann festgestellt werden, in welchem  Ausmaß die Leckage stattfindet. Dazu wird im Hauptbremszylinder der maximale Nachförderdruck eingeregelt. Zudem kann nun diagnostiziert werden, ob das Nachförderventil 8 bzw. der Kolben 9 klemmen. Sobald der Nachförderblock 20 wieder aufgefüllt ist, wird der Kolben 3 zurückgefahren. Am Verlauf der Druck-Volumen-Kennlinie kann nun festgestellt werden, ob sich der Nachförderkolben 9 mit bewegt und ob das Nachförderventil 8 geschaltet hat.

[0022] Alternativ kann der Füllzustand der Nachförderkammer 20 geprüft werden, indem die Regelventile 7 geschlossen werden, im Hz der maximale Fülldruck der Nachförderkammer 20 z.B. 10 bar eingestellt wird, die Kolbenstellung als Stellgröße eingeregelt wird, die Nachförderventile 8 geöffnet werden und durch den Drucksensor 12 überwacht wird, ob der Druck im Hz abfällt. [0023] Durch die Anpassung des Nachfördervolumens ist es somit möglich dasselbe Grundsystem für mehrere Fahrzeugklassen zu verwenden. Bei konventionellen Lösungen bestehend aus Hz und Vakuum BKV muss für jede Fahrzeugklasse eine individuelle Dimensionierung verwendet werden, was Mehrkosten für die Logistik bei Produktion und Reparatur bedeutet.

[0024] Außerdem entstehen bei Ausfall der Bremskraftverstärkung durch die kleineren Kolbendurchmesser erheblich kleinere Pedalkräfte.

[0025] Da bei dem Wegsimulatorsystem der Entlüftungszustand der Bremsanlage über die Druck-Volumen-Kennlinie regelmäßig überprüft werden kann, kann das Gesamtvolumen der Bremsenbetätigung, bestehend aus Hauptbremszylindervolumen und Nachförderblockverdrängungsvolumen, insgesamt im Vergleich zu konventionellen Systemen reduziert werden. Das zusätzliche Sicherheitsvolumen für schlecht entlüftete Volumen muss nicht mehr vorgesehen werden, wie es bei konventionellen Systemen der Fall ist.

[0026] Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung des Füllzustandes der Nachförderkammer 20 ist der Einsatz eines optionalen Sensors 24. Dieser Sensor erfasst die Position des Kolbens 9. Der Sensor 24 kann als wegauflösender Sensor oder als Schalter ausgeführt werden, welcher eine Position des Kolbens 9 erfasst. Dieser Sensor kann zur Diagnose genutzt werden oder zur definierten Kolbensteuerung damit für die Funktion der Unterdruckerzeugung ausreichend Volumen bereitgestellt werden kann.

[0027] Figur 1a zeigt den Druckverlauf p über den Kolbenweg sN des Druckstangenkolbens 3 für einen Kleinwagen A und einen Sport Utility Vehicle (SUV) B. Beide Fahrzeuge verwenden denselben Hauptbremszylinder. Die gestrichelte Linie zeigt die Begrenzungen bei pMAX und Ende des Kolbenweges. Der Kleinwagen erreicht 20 bei 40% Kolbenweg schon den Blockierdruck p1 bei einer Bremsung auf trockenem Asphalt. Dagegen hat das SUV mit Kurve B eine deutlich höhere Volumenaufnahme, d.h. Kolbenweg, so dass pA  bei z.B. 70% Kolbenweg sN erreicht ist. Zu erwähnen ist erneut, dass durch den Einsatz 25 des Wegsimulators 2 in beiden Fällen der maximale Pedalhub auf z.B. 40% begrenzt ist. Der Hz-Kolben eilt dem Pedal voraus und der  reale Kolbenhub ist am  Pedal 1 nicht erkennbar. Mit dem Hz-Volumen  eines  Kleinwagens können beim SUV z.B. 140 bar erreicht werden. 30 Wird bei B der Druck z.B. bei Fading noch weiter gesteigert, so wird bei Erreichen von sN durch den bereits beschriebene Nachförderprozess N Zusatzvolumen für den Druckanstieg auf z.B. 200 bar bereitgestellt. In der Figur 1a wird ersichtlich, wie sich der Kolben 3, 4 zurückbewegt  35 und anschließend bis auf pMaz Druck aufbauen kann.

[0028] Bei Zurücknahme des Bremsdruckes wird bei einem Druck p2 oder bei einer geeigneten Kolbenstellung das Zusatzvolumen wieder in den Nachförderblock 20 zurückverdrängt. Dieser Prozess wird als Rückfördern 40 bezeichnet und ist in Figur 1a mit R1 bezeichnet. Während dem Druckabbau z.B. bei 50 bar werden bei geöffneten Regelventilen 7 die Nachförderventile 8 geöffnet. Somit werden die Nachförderkammern 20 durch den hohen Differenzdruck am Nachförderventil 8 schnell befüllt. Der Druckabbau am Rad muss somit für den Rückförderprozess nicht unterbrochen werden. Allerdings ist hierbei ein abrupter Druckabfall an den Radbremsen die Folge, was evtl. für den Fahrer spürbar ist. Um dies zu vermeiden, kann mittels des Druckgebers 12 und PWM 50 Ansteuerung der Nachförderventile der Druckabbaugradient oder auch die Füllgeschwindigkeit der Nachförderkammer 20 variiert werden.

[0029] In Figur 1a ist mit R2 ein alternativer Rückförderprozess dargestellt. Beim Druckabbau werden zunächst die Regelventile 7 geschlossen und die Nachförderventile 8 geöffnet. Nun kann durch eine entsprechende Bewegung des Hz-Kolbens 3 das nachgeförderte Zusatzvolumen wieder in die Fördereinrichtung verdrängt werden. Anschließend werden die Regelventile 7 wieder geöffnet und der Druckabbau in den Radbremsen kann fortgesetzt werden. Während dieser Rückförderphase findet an den Radbremsen kein Druckabbau statt. Deshalb ist es auch hier wieder wichtig, dass dieser Prozess schnell erfolgt, damit der Fahrer keine Unterbrechung des Druckabbaus spürt.

[0030] Während des Rückförderns ist wie beim Nachfördern für den Fahrer keine Rückwirkung am Pedal zu erkennen. Durch dieses geregelte Rückfördern in die Nachförderkammer 20 kann sichergestellt werden, dass der Druck in Ausgangsstellung von Druckstangenkolben 3 und Schwimmkolben 4 nahezu dem Umgebungsdruck entspricht, sodass die Primärmanschetten 23 differenzdruckfrei über die Zulauföffnungen 21 zum Vorratsbehälter 6 gleiten. Diese Tatsache ist erforderlich um eine ausreichende Lebensdauer eines sogenannten Plunger-Zylinders, wie in Figur 1 dargestellt, zu gewährleisten. Somit kann auf den Einsatz eines teureren und größeren Hauptbremszylinders mit sogenanntem Zentralventil verzichtet werden, welche derzeit bei Bremsanlagen mit ESP-Ausrüstung verwendet werden müssen.

[0031] Die Figur 2 zeigt eine alternative zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der ebenfalls aus einer Nachförderkammer Volumen in den Hauptbremszylinder nachgefördert wird.

[0032] Diese Einrichtung besteht aus einem Zylinder 13 welcher zwei Kolben enthält, die über eine Stange 16 über einem Mitnehmer an den Antrieb des Kolbens 3 angekoppelt sind. Bei Vorwärtsbewegung zum Druckaufbau wirkt der Antrieb direkt auf den Kolben 14, bei der Rückwärtsbewegung wird die Stange 16 über die Feder 17 mitgenommen. Dies dient der Sicherheit, damit z.B. bei Fehlfunktion der Magnetventile oder Klemmen der Stange 16 der Kolben 3 wieder zum vollen Druckabbau in die Ausgangsstellung gelangen kann.

[0033] Zum Nachfördern sind zwei Schaltungen möglich. Auf der rechten Kolbenseite wird hierbei beim Zurückbewegen des Kolbens 3 das Magnetventil 18a und die Regelventile 7 geschlossen, wobei das Volumen über das offene Magnetventil 19a über die Lippendichtung in den Hauptbremszylinder 5 gelangt. Bei der anschließenden Vorwärtsbewegung wird das Magnetventil 19a wieder geschlossen und das Magnetventil 18a geöffnet, was zum weiteren Druckanstieg führt. Bei der linken Kolbenseite wird bei der Zurücknahme des Kolbens 3 bzw. 14 das Magnetventil 19 und die Regelventile 7 geschlossen und das Magnetventil 18 zum Nachsaugen aus dem Vorratsbehälter 6 geöffnet. Bei der Vorwärtsbewegung wird vom Kolben 14 das Volumen über die offenen Magnetventile 19 und 7 zur weiteren Drucksteigerung in den Hz gefördert.

[0034] Bei der Lösung nach Fig. 1 ist das Nachfördern auf das Volumen der Nachförderkammer 20 begrenzt. Dagegen kann mit der Lösung gem. Fig. 2 solange nachgefördert werden bis der Vorratsbehälter leer ist.

[0035] In Fig. 3 ist dargestellt, wie die Fördereinrichtung 20 genutzt werden kann, um an der Radbremse RB aktiv ein Belaglüftspiel einzustellen. Der Aufbau einer Radbremse RB ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Vertiefend dazu  siehe  Bremsenhandbuch 2. Auflage, Vieweg 2004.

[0036] Zum Einstellen eines Belaglüftspiels zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag wird im THZ 3,4,5 kurzzeitig ein Unterdruck erzeugt. Somit werden die Bremskolben in den Radbremsen aktiv  zurückgezogen, wodurch sich ein Abstand zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe einstellt. Dies hat zur Folge, dass die Restreibwirkung zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe eliminiert werden kann. Die Nachförderkammer 20, dessen Grundfunktion bereits in Fig. 1 erläutert wurde kann zur Erzeugung des Unterdrucks genutzt werden. Als Erweiterung zum Aufbau in Fig. 1 ist in Fig. 3 je ein Schaltventil 18 zwischen den Arbeitsräumen A1 und A2 des Hauptbremszylinders und dem Vorratsbehälter 6 platziert.

[0037] Die Nachförderkammern 20 sind im Normalbetrieb nicht komplett befüllt. Sie enthalten ausreichen viel Volumen um wie in Fig. 1 beschriebenen Fall Bremsflüssigkeit für hohe Druckanforderungen bereitzustellen, können aber noch zusätzliches Volumen aufnehmen.

[0038] Zu  Beginn  der Belaglüftspieleinstellung wird der Kolben 3 über den Motorantrieb 2 vorgefahren. Der Kolben 4 bewegt sich analog dazu.

[0039] Bei geöffneten Nachförderventilen 8 wird somit die Bremsflüssigkeit in die nur teilweise befüllten Nachförderkammern verdrängt. Anschließend werden die Nachförderventile 8 geschlossen. Nun werden die Magnetventile 18 geschlossen und eines der Regelventile 7 geöffnet. Der Kolben 3 welcher sich immer noch in der ausgefahrenen Stellung befindet, wird vom Motorspindeltrieb ein Stück Richtung Ausgangsstellung zurückgezogen. Dadurch entsteht Unterdruck, welcher sich über die Bremsleitung 22 auf die jeweilige Radbremse RB überträgt deren Regelventil 7 geöffnet ist. Nun werden die restlichen 3 Radbremsen durch sequentielles Öffnen der jeweiligen Regelventile zurückgezogen. Der Verfahrweg    40 des Kolbens 3 ist über das Flächenverhältnis proportional zu dem Verfahrweg des Bremskolbens. In dieser Phase wird der Unterdruck ausgewertet, sodass erst unter einem Druckniveau oder zeitlichem Druckverlauf die Kolbenbewegung bewertet wird. Unter zeitlichem Druckverlauf ist gemeint, dass wenn der Unterdruck über die Kolbenreibung konstant ist, dies gleichbedeutend einer Bewegung des Bremskolbens entspricht. Abschließend werden die Magnetventile 18 wieder geöffnet. Somit wird der Unterdruck im THZ 5 aufgehoben. Die Aufgabe der    50 Magnetventile 18 ist es, zu verhindern, dass während der Unterdruckphase im THZ Bremsflüssigkeit aus dem Behälter über die THZ Dichtungen in die Arbeitsräume A1 und A2 des THZ gelangt. Es ist auch möglich, alle Bremskolben der Radbremsen RB gleichzeitig zurückzuziehen, indem in der Unterdruckphase alle Regelventile 7 geöffnet werden.

[0040] Wie eingangs erwähnt sind die Nachförderkammern im Normalbetrieb nicht komplett befüllt, damit diese Volumen zur Belaglüftspieleinstellung aufnehmen können. Über den Sensor 24 kann der Befüllzustand überwacht werden. Alternativ ist es auch möglich die Nachförderkammern zunächst komplett zu befüllen und bei zurückgefahrenem Kolben 3, geschlossenen Regelventilen 7 und geöffneten Magnetventilen 18 die Nachförderventile 8 kurzzeitig zu öffnen, um ein definiertes Volumen aus der Nachförderkammer entweichen zu lassen. Eine weitere Möglichkeit ist es die Nachförderkammern komplett zu entleeren und über den Kolbenhub 3 ein definiertes Volumen einzubringen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die beiden Nachförderkammern 20 getrennt voneinander befüllt werden, sodass eine Kammer 20 immer voll ist und das Volumen für einen in Figur 1 beschriebenem Notfall bereitsteht.

[0041] Durch das eingestellte Belaglüftspiel besteht  ein erhöhter Abstand zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe. Dieser würde bei einer Bremsung stören, da dies eine zusätzliche Volumenaufnahme und somit einen Verlustweg vom Kolben 3 verursacht. Somit ist es wichtig vor einer möglichen Bremsung die Bremsbeläge wieder an die Bremsscheibe anzulegen. Man spricht hierbei von einer Vorfüllung.

[0042] Dazu kann die Bremsflüssigkeit aus den Nachförderkammern 20 genutzt werden. Zunächst werden die Magnetventile 18 geschlossen, die Regelventile 7 geöffnet und anschließend die Nachförderventile 8 geöffnet. Die Federn 10 verdrängen über die Kolben 9 somit die Bremsflüssigkeit aus den Nachförderkammern 20 in die Radbremsen RB. Über die Position des Kolbens 9, welche der Sensor 24 liefert, kann das erforderliche Volumen geregelt werden. Alternativ kann das Vorfüllvolumen aus der Öffnungszeit der Nachförderventile und den Befülldruck der Nachförderkammer 20 eingestellt werden. Über den Drucksensor 12 kann auch erfasst werden, wenn das Belaglüftspiel aufgehoben ist. Sobald die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen, steigt der Druck im Bremskreis. Noch effektiver hinsichtlich Bremswegverkürzung ist eine Vorfüllung auf ca. 5 bar, was über einen externen Sensor, z.B. Pedalnäherungssensor, erfordert.

[0043] Ein Verfahren, welches anwendbar ist, wenn bei eingestelltem Belaglüftspiel sich die Nachförderkammern 20 z.B. aufgrund einer Leckage entleert haben, sieht folgende Arbeitsschritte vor: Die Nachförderventile 8 bleiben zunächst geschlossen, die Regelventile 7 geöffnet. Der Kolben 3 wird vom Motorantrieb betätigt, sodass ein entsprechendes Volumen an Bremsflüssigkeit in die Bremskreise gefördert wird, bis die Bremsbeläge anliegen. Anschließend werden die Regelventile 7 geschlossen und der Kolben 3 wird wieder zurückgefahren. Somit entsteht Unterdruck in den Arbeitsräumen A1 und A2. Sobald der Kolben 3 seine Ausgangsstellung erreicht wird aufgrund des Unterdruckes das entsprechende Differenzvolumen aus dem Vorratsbehälter gesaugt.

  • 1) Bremspedal
  • 2) Motorantrieb mit Wegsimulator
  • 3) Druckstangenkolben DK
  • 4) Schwimmkolben
  • 5) Hauptbremszylinder Hz
  • 6) Vorratsbehälter
  • 7) Regelventile
  • 8) Nachförderventil
  • 9) Kolben
  • 10) Feder
  • 11) Pedalwegsensor
  • 12) Drucksensor
  • 13) Zylinder
  • 14) Doppelkolben
  • 15) Mitnehmer
  • 16) Stange
  • 17) Feder
  • 18) Magnetventil
  • 18a) Magnetventil
  • 19) Magnetventil
  • 19a) Magnetventil
  • 20) Nachförderkammer
  • 21) Zulauföffnungen
  • 22) Bremskreis
  • 23) Primärmanschette
  • 24) Sensor
  • pmax) max. Bremsdruck
  • p1) Blockierdruck für P=1.0 (trockene Asphalt)
  • A1, A2) Arbeitsräume des HZ
  • A) Druck - Weg Kennlinie für Kleinwagen
  • B) Druck - Weg Kennlinie für SUV
  • F) Fördereinrichtung
  • L) Leitungen
  • N) Nachförderung
  • R1, R2) Rückförderung
  • sK) Kolbenweg des HZ
  • sN) Nachförderposition
  • p2) Füllung der Nachförderkammer
  • BL) Bremsleitung
  • ZL) Zuführleitung

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