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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine automatisierte Feststellbremse,
um ein Fahrzeug festzustellen. Ferner umfasst die vorliegenden Erfindung ein
verbessertes Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Feststellbremse.
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Feststellbremsen
(Parkbremsen) sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. Bisher verwenden Fahrzeuge häufig eine
mechanische Feststellbremse, bei welcher der Fahrer über einen
Handgriff und einen Seilzug die Feststellbremse des Fahrzeugs betätigt. In jüngster Zeit
sind auch automatisierte Feststellbremsen vorgeschlagen worden,
bei denen ein Fahrer die Feststellbremse über einen Schalter im Fahrzeug
betätigt.
Hierbei wird der Feststellbremswunsch des Fahrers einer Steuerung
zugeführt,
welche beispielsweise einen am Bremskolben angeordneten elektrischen
Motor betreibt, um den Feststellbremswunsch auszuführen. Bei
derartigen elektromechanischen Bremsen kann auf eine hydraulische
oder pneumatische Kraftübertragung
verzichtet werden. Allerdings ist es notwendig, an jedem Rad einen
elektrischen Antrieb mit entsprechenden Versorgungsleitungen vorzusehen.
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Ferner
sind auch elektrohydraulische, automatisierte Bremseinrichtungen
bekannt, bei denen ein Feststellbremswunsch des Fahrers einer Steuerung
zugeführt
wird, die eine Hydraulik betreibt, um den Feststellbremswunsch auszuführen. Bei
derartigen elektrohydraulischen Bremseinrichtungen wäre es wünschenswert,
eine Rückmeldung über den
Eingriff der Feststellbremse zu haben.
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Vorteile der
Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen automatisierten Feststellbremse
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird bei einer hydraulisch
vorgespannten Feststellbremse eine mechanische Verriegelung zur Sicherung
des Parkzustandes vorgesehen. Zum Lösen der Feststellbremse ist
erfindungsgemäß kein zusätzlicher
Hydraulikdruck notwendig, sondern das Lösen kann lediglich mittels
mechanischer Kraft erfolgen. Die erfindungsgemäße automatisierte Feststellbremse
weist dabei einen besonders kompakten und einfachen Aufbau auf.
Somit ist erfindungsgemäß zum Lösen der
Feststellbremsvorrichtung kein hydraulisches oder pneumatisches
Druckmedium erforderlich, so dass eine Belastung eines Druckmittelerzeugers
beim Lösen
der Feststellbremse nicht notwendig ist. Dadurch kann einerseits
die Lebensdauer des Druckmittelerzeugers vergrößert werden und andererseits
tritt keine Geräuschentwicklung
beim Lösen
der Feststellbremse auf. Zum Lösen
der automatisierten Feststellbremse wird erfindungsgemäß die in
der Feststellbremse gespeicherte Energie unterstützend verwendet. Die Energie
ist vorzugsweise in einem Federelement gespeichert, welches zur
Vorspannung eines Hilfskolbens verwendet wird und im verriegelten
Zustand der Feststellbremse komprimiert ist. Die erfindungsgemäße automatisierte
Feststellbremse umfasst ferner einen Bremskolben, einen zwischen
dem Bremskolben und dem Hilfskolben angeordneten Fluidraum und eine
mit dem Hilfskolben über
eine Gewindeverbindung verbundene Spindeleinrichtung. Die Spindeleinrichtung
wird mittels eines Antriebs betrieben und ein erstes und ein zweites
Getriebe ist zwischen dem Antrieb und der Spindeleinrichtung angeordnet.
Dabei ist ein Übersetzungsverhältnis des
ersten und des zweiten Getriebes verschieden voneinander. Erfindungsgemäß wird unter
dem Begriff "Übersetzungsverhältnis" das Verhältnis zwischen
einer Eingangsgröße und einer Ausgangsgröße verstanden.
Dadurch kann zum Lösen
der Feststellbremse ein zum Verriegeln der Feststellbremse unterschiedliches
Drehmoment verwendet werden, so dass zum Lösen der Feststellbremse ein
größeres Drehmoment
zur Verfügung
stehen kann. Das erste Getriebe treibt die Spindeleinrichtung in
einer ersten Richtung an und das zweite Getriebe treibt die Spindeleinrichtung
in einer zweiten Richtung an, welche zur ersten Richtung entgegengesetzt
ist. Dadurch verwendet die automatisierte Feststellbremse das erste
Getriebe beispielsweise zum Verriegeln der Feststellposition und
das zweite Getriebe ausschließlich
zum Lösen
der verriegelten Position. Da der Antrieb üblicherweise ein Elektromotor
ist, kann ein Lösen
der Feststellbremse mit rein elektromechanischen Mitteln erreicht
werden, ohne dass eine zusätzliche
hydraulische oder pneumatische Kraft notwendig ist.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein
besonders kompakter Aufbau kann erhalten werden, wenn die Spindeleinrichtung
vorzugsweise ein erstes und ein zweites Zahnrad umfasst, welche
jeweils ein Teil des ersten bzw. zweiten Getriebes sind. Dabei ist
vorzugsweise ein Durchmesser des ersten Zahnrads unterschiedlich
zu einem Durchmesser des zweiten Zahnrads.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die
Feststellbremse ein an einer Abtriebswelle des Antriebs angeordnetes
treibendes Zahnrad, welches eine erste Position und eine zweite
Position einnehmen kann. Dabei treibt das treibende Zahnrad in der
ersten Position die Spindeleinrichtung über das erste Getriebe an und
in der zweiten Position die Spindeleinrichtung über das zweite Getriebe an.
Vorzugsweise nimmt das treibende Zahnrad die erste Position bzw.
die zweite Position in Abhängigkeit
von einer Drehrichtung der Abtriebswelle automatisch ein.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
an der Abtriebswelle des Antriebes ein erstes treibendes Zahnrad
und ein zweites treibendes Zahnrad angeordnet. Dabei treibt das
erste treibende Zahnrad das erste Getriebe an und das zweite treibende
Zahnrad treibt das zweite Getriebe an. Das erste und zweite Getriebe
weisen dabei jeweils einen Freilauf auf, wobei der Freilauf des
ersten Getriebes in der ersten Drehrichtung der Abtriebswelle wirkt
und der Freilauf des zweiten Getriebes in der entgegengesetzten
Drehrichtung der Abtriebswelle wirkt. Somit befindet sich je nach
Drehrichtung der Abtriebswelle jeweils nur ein Getriebe im Leistungsübertragungspfad,
so dass die Spindeleinrichtung in der ersten bzw. zweiten Richtung
betrieben wird.
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Vorzugsweise
ist der Freilauf des ersten und zweiten Getriebes jeweils am ersten
und zweiten treibenden Zahnrad an der Abtriebswelle des Antriebes angeordnet.
Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Freilauf
vorzugsweise an den Zahnrädern
der Spindeleinrichtung angeordnet. Der Freilauf kann jedoch auch
innerhalb des Getriebes an einem bestimmten Getriebebauteil angeordnet
sein.
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Vorzugsweise
sind das erste und das zweite Getriebe in axialer Verlängerung
der Abtriebswelle des Antriebs angeordnet. Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung sind das erste und zweite Getriebe in
axialer Verlängerung
der Spindeleinrichtung angeordnet.
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Bevorzugterweise
ist der Antrieb der Spindeleinrichtung in axialer Verlängerung
der Spindeleinrichtung oder parallel zur Spindeleinrichtung oder
in einem vorbestimmten Winkel von vorzugsweise 90° zur Spindeleinrichtung
angeordnet.
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Das
erste und zweite Getriebe ist vorzugsweise als Untersetzungsgetriebe
ausgebildet und insbesondere als Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Zahnriemengetriebe
oder Schneckengetriebe ausgebildet.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, welches mit einer erfindungsgemäßen automatisierten
Feststellbremse ausgestattet ist.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ver- und Entriegeln
einer automatisierten Feststellbremse, wobei die Feststellbremse mittels
hydraulischer Kraft in Eingriff gebracht wird, eine mechanische
Verriegelung der Feststellbremsposition durchführt und ohne hydraulische Kraft
ausschließlich
mittels mechanischer Kraft entriegelt wird.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer automatisierten Feststellbremse
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung während eines
Verriegelungsvorgangs,
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2 eine
schematische Schnittansicht der Feststellbremse von 1 während eines
Lösevorgangs,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer automatisierten Feststellbremse
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung während
eines Verriegelungsvorgangs und
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4 eine
schematische Schnittansicht der Feststellbremse von 3 während eines
Lösevorgangs
der Feststellbremse.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine
automatisierte Feststellbremse 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, umfasst die erfindungsgemäße Feststellbremse 1 einen
Bremskolben 2, einen Hilfskolben 3 und einen zwischen
dem Bremskolben 2 und dem Hilfskolben 3 angeordneten
Fluidraum 4. Ferner ist eine Spindel 5 vorgesehen,
welche über
eine Gewindeverbindung 6 mit dem Hilfskolben 3 verbunden
ist. Der Hilfskolben 3 erfüllt somit die Funktion einer
Mutter in einem Spindeltrieb und ist vorzugsweise gegen Verdrehen z.B.
mittels eines Stiftes gesichert. Ein Federelement 7 ist
zwischen dem Hilfskolben 3 und einem Gehäuse 11 der
Feststellbremse angeordnet und übt
eine Federkraft auf den Hilfskolben 3 derart aus, dass
der Hilfskolben 3 in Richtung des Bremskolbens 2 nach unten
gedrückt
wird. Im gelösten
Zustand der Feststellbremse liegt der Hilfskolben 3 dabei
auf einem zwischen dem Hilfskolben 3 und dem Bremskolben 2 vorspringenden
Gehäusebereich 11a auf.
Wie aus den 1 und 2 weiter
ersichtlich ist, ist der Bremskolben 2 aus einem ersten
Teil 2a und einem zweiten Teil 2b gebildet. Es
sei jedoch angemerkt, dass der Bremskolben 2 auch einteilig
ausgebildet sein kann.
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Der
Fluidraum 4 ist mittels drei Dichtelementen 8, 9 und 10 abgedichtet.
Genauer dichtet das Dichtelement 8 den Bremskolben 2 gegen
die äußere Umgebung
in Richtung einer nicht gezeigten Bremsscheibe ab. Das Dichtelement 9 ist
zwischen dem Bremskolben 2 und dem Hilfskolben 3 angeordnet und
das Dichtelement 10 ist zwischen dem Hilfskolben 3 und
dem Gehäuse 11 der
Feststellbremse angeordnet. Hierbei dichten die beiden Dichtelemente 9 und 10 den
Fluidraum 4 gegen einen Spindelraum 12 ab, in
welchem die Spindel 5 und das Federelement 7 angeordnet
sind. Dadurch ist sichergestellt, dass die Spindel 5 und
das Federelement 7 außerhalb
des Fluids angeordnet sind. Grundsätzlich sei jedoch angemerkt,
dass auch ein Betrieb der Spindel 3 in einem Hydraulikfluid
möglich
wäre. Das
Bezugszeichen 25 kennzeichnet dabei eine Zu- und Ableitung zum
Fluidraum 4.
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Weiterhin
ist im Kolben 2 eine Sacklochbohrung 2c vorgesehen,
welche ein Ende der Spindel 5 aufnimmt. Die Sacklochbohrung 2c bildet
einen Anschlag für
die Spindel 5 und fixiert eine Verriegelungsposition der
Feststellbremse 1, wenn sich die Feststellbremse im Eingriff
befindet.
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Im
Hilfskolben 3 ist eine stufenförmige Durchgangsbohrung gebildet,
wobei ein Teil der Stufenbohrung als Gewindeverbindung 6 ausgebildet
ist.
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Die
erfindungsgemäße automatisierte
Feststellbremse 1 verwendet somit zum Feststellen eines Fahrzeugs
den Bremskolben 2, welcher auch von der normalen Betriebsbremse
des Fahrzeugs verwendet wird. Das Dichtelement 8 ist weiterhin
als Dichtmanschette ausgebildet und übt eine Rückstellkraft auf den Bremskolben 2 in
Richtung des Hilfskolbens 3 aus, sobald der Bremskolben 2 von
seiner Ausgangslage nach unten für
einen Eingriff mit der Bremsscheibe bewegt wird.
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Die
Spindel 5 wird über
einen Elektromotor 13 angetrieben. Zwischen der Spindel 5 und
dem Elektromotor 13 ist ein erstes Getriebe 18 und
ein zweites Getriebe 19 angeordnet. Auf einer Abtriebsachse 14 des
Elektromotors 13 ist ein treibendes Zahnrad 20 angeordnet.
Die Spindel 5 ist schraubenartig ausgebildet, wobei an
einem Kopf der Spindel 5 ein erstes Zahnrad 21 und
ein zweites Zahnrad 22 angeordnet ist. Zahnräder 21 und 22 weisen
dabei unterschiedliche Durchmesser auf. Das erste Zahnrad 21 befindet
sich mit einem an einer Drehachse 23a gelagerten Zwischenzahnrad 23 im
Eingriff. Das zweite Zahnrad 22 befindet sich mit einem
an einer Drehachse 24a gelagerten Zwischenzahnrad 24 im Eingriff.
Das treibende Zahnrad 20 ist derart an der Abtriebswelle 14 angeordnet,
dass es eine in 1 gezeigte erste Position und
eine in 2 gezeigte zweite Position einnehmen
kann. Hierzu ist an der Abtriebswelle 14 ein Gewinde 14a vorgesehen, über welches
das treibende Zahnrad 20 je nach Drehrichtung der Abtriebswelle 14 die
erste oder zweite Position einnehmen kann.
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Das
erste Getriebe 18 umfasst somit das Zwischenzahnrad 23 und
das erste Zahnrad 21 an der Spindel 5. Das zweite
Getriebe 19 umfasst das Zwischenzahnrad 24 und
das zweite Zahnrad 22 an der Spindel 5. Das zweite
Getriebe 19 weist dabei eine größere Untersetzung als das erste
Getriebe 18 auf.
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Das
erste Getriebe 18 wird dabei während des Verriegelungsvorgangs
der Feststellbremse 1 verwendet und das zweite Getriebe 19 wird
während des
Entriegelungsvorgangs der Feststellbremse verwendet.
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Die
Funktion der automatisierten Feststellbremse wird nachfolgend kurz
beschrieben. Wenn die Feststellbremse beispielsweise durch Betätigung eines
entsprechenden Schalters durch einen Fahrer, in Eingriff kommen
soll, wird der Elektromotor 13 betrieben und das treibende
Zahnrad 20 befindet sich mit dem ersten Getriebe 18 im
Eingriff. Dadurch wird die Spindel 5 nach unten in Richtung
des Bremskolbens 2 gedreht, bis das Ende der Spindel 5 mit
der Anschlagfläche
in der Sacklochbohrung 2c in Eingriff kommt. In dieser
Position befindet sich der Hilfskolben 3 aufgrund der Federvorspannkraft
durch das Federelement 7 ebenfalls in seiner unteren Position und
kontaktiert den Gehäusebereich 11a.
Anschließend
wird Hydraulikfluid über
die Leitung 25 in den Fluidraum 4 zugeführt. Dadurch
bewegen sich der Bremskolben 2 und der Hilfskolben 3 zusammen
mit der Spindel 5 in entgegengesetzten Richtungen zueinander. 1 zeigt
dabei einen Zwischenzustand während
des Einströmens
des Betriebsfluids in den Fluidraum 4. Der Hilfskolben 3 wird
dabei solange bewegt, bis er selbst am Gehäuse 11 anliegt.
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Wenn
der Bremskolben 2 den Bremsbelag an der Bremsscheibe angelegt
hat, befindet sich die Feststellbremse im Eingriff. Um diesen Zustand
mechanisch zu sichern, wird nochmals der Elektromotor 13 in
der gleichen Drehrichtung betrieben und die Spindel 5,
welche gemeinsam mit dem Hilfskolben 3 nach oben bewegt
wurde, wird noch mal so lange gedreht, bis ihr Ende wieder in der
Sacklochbohrung 2c anliegt. Dadurch ist die Feststellbremse
mechanisch verriegelt. Nun kann der Druck im Fluidraum 4 abgebaut
werden.
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Das
Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Einrichtung zur Verhinderung
eines Verklemmens der Spindel 5. Die Einrichtung 15 zur
Verhinderung des Verklemmens umfasst dabei eine Kugel 16 und
ein Elastomer 17. Die Kugel 16 ist am Kopfbereich
der Spindel 5 angeordnet. Das Elastomer 17 ist
in einer im Gehäuse 11 gebildeten
Ausnehmung 18 angeordnet. Die Einrichtung 15 verhindert
dabei, dass eine Reibung zwischen dem Kopf der Spindeleinrichtung 5 und
dem Gehäuse 11 zu
groß wird.
Dadurch ist sichergestellt, dass die zweite Betätigung der Spindel 5 problemlos
möglich
ist.
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Soll
die erfindungsgemäße Feststellbremse 1 gelöst werden,
wird das treibende Zahnrad 20 derart umgeschaltet, dass
es sich mit dem zweiten Getriebe 19 im Eingriff befindet.
Zum Lösen
wird der Elektromotor 13 dabei derart angetrieben, dass
sich die Spindeleinrichtung 5 entgegengesetzt bewegt.
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Mit
anderen Worten bewegt sich die Spindeleinrichtung 5 vom
Bremskolben 2 fort. Durch die Federkraft des Federelements 7 ist
die Spindeleinrichtung 5 mit einer Axialkraft belastet,
da der Fluidraum 4 drucklos ist. Daher ist zum Bewegen
der Spindeleinrichtung 5 nun ein größeres Drehmoment als beim Verriegeln
notwendig. Dieses erforderliche größere Drehmoment wird über die
größere Untersetzung des
zweiten Getriebes 19 bereitgestellt. Die Spindeleinrichtung 5 wird
dabei so lange bewegt, bis sie an der Einrichtung 15 zur
Verhinderung des Verklemmens anliegt. Dadurch ist die mechanische
Verriegelung der Feststellbremse aufgehoben und der Bremskolben 2 kann
in Richtung der Spindeleinrichtung 5 bewegt werden. Dies
geschieht unter anderem mit Hilfe der Vorspannung, welche durch
das als Dichtmanschette ausgebildete Dichtelement 8 ausgeübt wird.
Dadurch ist die Feststellbremse gelöst.
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Somit
kann erfindungsgemäß das Entriegeln der
Feststellbremse 1 ohne Verwendung von hydraulischem Druck
ermöglicht
werden. Zum Entriegeln muss lediglich der Elektromotor 13 in
entgegengesetzter Richtung betrieben werden. Dadurch kann erfindungsgemäß erreicht
werden, dass eine Belastung eines Druckmittelerzeugers beim Lösen der Feststellbremse
nicht notwendig ist. Dadurch kann auch eine Geräuschentwicklung während des
Lösens
der Feststellbremse vermieden werden. Die durch die Spindeleinrichtung 5 bzw.
den Elektromotor 13 erzeugten Geräusche werden dabei üblicherweise
von einem Fahrer im Fahrzeug nicht wahrgenommen. Es sei weiter angemerkt,
dass dabei die Belastungen des Elektromotors 13 beispielsweise
auch durch Optimierung der Untersetzungen sowie Reduzierung der
Reibung in der Gewindeverbindung 6 minimiert werden können.
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Es
sei angemerkt, dass als Hydraulikfluid sowohl eine hydraulische
Flüssigkeit,
z.B. Öl,
als auch ein Gas, z.B. Luft, verwendet werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 eine
automatisierte Feststellbremse 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten
Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
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Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
weist die Feststellbremse 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
anstatt eines treibenden Zahnrades 20 zwei treibende Zahnräder 26, 27 auf.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich
ist, befindet sich dabei das erste treibende Zahnrad 26 mit
dem ersten Getriebe 18 im Eingriff und das zweite treibende Zahnrad 27 mit
dem zweiten Getriebe 19 im Eingriff. Die treibenden Zahnräder 26, 27 sind
dabei jeweils mit einem Freilauf ausgestattet. Die Freiläufe sind derart
ausgebildet, dass sich das erste treibende Zahnrad 26 mit
der Abtriebswelle 14 in einer ersten Drehrichtung dreht,
wobei das zweite treibende Zahnrad 27 in der ersten Drehrichtung
durch den Freilauf nicht gedreht wird. In der entgegengesetzten Drehrichtung
wird dagegen das zweite treibende Zahnrad 27 gedreht und
das erste treibende Zahnrad 26 wird durch seinen Freilauf
nicht gedreht.
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Dadurch
kann, wie im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben, ein Verriegelungsvorgang über das erste treibende Zahnrad 26 und
das erste Getriebe 18 realisiert werden und ein Lösevorgang
durch Betreiben des Elektromotors 13 in entgegengesetzter
Richtung über
das zweite treibende Zahnrad 27 und das zweite Getriebe 19 erreicht
werden. Wie im ersten Ausführungsbeispiel
weist das zweite Getriebe 19 eine größere Untersetzung als das erste
Getriebe 18 auf. Es sei angemerkt, dass die Freilauffunktion
auch an einem der Zahnräder
der Getriebe 18 bzw. 19 realisiert werden kann.
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Ansonsten
entspricht das zweite Ausführungsbeispiel
dem ersten Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.