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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Betriebs- und Feststellbremse für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Im Pkw-Bereich werden heutzutage üblicherweise hydraulische Scheibenbremsen als Betriebsbremsen verwendet, die einen druckbeaufschlagbaren Bremskolben aufweisen, der bei Druckbeaufschlagung einen Reibbremsbelag gegen eine Bremsscheibe drückt. Zur Verwirklichung einer Feststellbremsfunktion werden die Bremsen mechanisch über Seilzüge (Bowdenzüge) mit einem Handbremshebel betätigt. Der Handbremshebel weist eine lösbare Ratscheneinrichtung auf, die ihn in betätigter / gezogener Stellung hält.
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Aus der
DE 195 02 927 A1 ist eine Betriebs- und Feststellbremse bekannt, die wie herkömmliche Betriebsbremsen einen druckbeaufschlagbaren Bremskolben aufweist. Zur zusätzlichen Ausbildung als Feststellbremse weist die bekannte Bremse Sperrklinken auf, die in einer Sperrstellung den Bremskolben in betätigter Stellung halten. Die Betätigung der Sperrklinken erfolgt durch einen Druckstoß über die hydraulische Zuleitung der Bremse bei betätigter Bremse.
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Die nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Bremse ist insbesondere als hydraulische Bremse vorgesehen, sie ist allerdings allgemein als druckbeaufschlagbare, also beispielsweise auch als pneumatische Bremse ausbildbar. Auch ist die Erfindung nicht auf die Bauform einer Scheibenbremse beschränkt.
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Erläuterung und Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Betriebs- und Feststellbremse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist außer einem druckbeaufschlagbaren Bremskolben ein Nachstellelement, das im Sinne einer Bremsbetätigung und eines Bremselösens bewegbar ist, einen einstellbaren Abstandshalter, der den Bremskolben und das Nachstellelement in einem einstellbaren Abstand voneinander hält, und eine lösbare Feststelleinrichtung, die das Nachstellelement beaufschlagt und mit der der Bremskolben über das Nachstellelement und den Abstandshalter in einer betätigten Stellung feststellbar ist, auf, wobei der Abstandshalter eine Spindel und eine mit ihr in Eingriff stehende Mutter umfasst, die fest mit dem Nachstellelement verbunden ist. Dass das Nachstellelement im Sinne einer Bremsbetätigung und eines Bremselösens bewegbar ist, kann bedeuten, dass das Nachstellelement gleichachsig und in gleicher Richtung wie der Bremskolben bewegbar ist. Die Bewegungsrichtungen von Nachstellelement und Bremskolben können allerdings auch unterschiedlich sein wenn eine Bewegung des Nachstellelements über eine Umlenkeinrichtung auf den Bremskolben übertragen wird.
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Durch den Abstandshalter erfolgt ein Ausgleich eines Belagverschleißes eines Reibbremsbelags für die Feststellbremse der Betriebs- und Feststellbremse: Bewegt sich der Bremskolben auf Grund von Belagverschleiß beim Lösen der Betriebs- und Feststellbremse nicht mehr bis in seine ursprüngliche Ausgangsstellung bei unverschlissenem Reibbremsbelag zurück, verändert, insbesondere vergrößert der Abstandshalter den Abstand zwischen dem Bremskolben und dem Nachstellelement. Der Weg des Nachstellelements bei einer Feststellung der Betriebs- und Feststellbremse vergrößert sich dadurch nicht durch Belagverschleiß eines Reibbremsbelags, der Belagverschleiß wird für die Feststellbremse der Betriebs- und Feststellbremse vom Nachstellelement kompensiert.
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Zur Verwirklichung der Feststellbremsfunktion, auch Parkbremsfunktion genannt, wird der Bremskolben über den Abstandshalter und das Nachstellelement von der lösbaren Feststelleinrichtung in der betätigten Stellung gehalten, so dass eine aufgebrachte Bremskraft auch bei druckloser Betriebs- und Feststellbremse aufrecht erhalten bleibt.
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Eine Betriebsbremsung erfolgt in von herkömmlichen, druckbeaufschlagten Betriebsbremsen her bekannter Weise durch Druckbeaufschlagung des Bremskolbens, der einen Reibbremsbelag gegen einen zu bremsenden Bremskörper, beispielsweise gegen eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel drückt. Die weiteren Elemente der erfindungsgemäßen Betriebs- und Feststellbremse sind ausschließlich zur Feststellbremsung und nicht zur Betriebsbremsung vorhanden.
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Die erfindungsgemäße Betriebs- und Feststellbremse hat zunächst den Vorteil, dass sie einen Ausgleich für Belagverschleiß eines Reibbremsbelags nicht nur für die Betriebsbremse, sondern auch für die Feststellbremse aufweist. Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, dass sie eine kompakte Betriebs- und Feststellbremse für ein Kraftfahrzeug ermöglicht, die als Radbremse ausbildbar ist und beispielsweise in einer Trommelbremse oder in einem Bremssattel einer Scheibenbremse unterbringbar ist. Die erfindungsgemäße Betriebs- und Feststellbremse weist eine vergleichsweise einfache Nachstelleinrichtung für den Ausgleich von Belagverschleiß eines Reibbremsbelags ihrer Feststelleinrichtung auf und ist dadurch kostengünstig. Sie hat verhältnismäßig wenig Bauteile und ist robust. Seilzüge und ein Handbremshebel können entfallen. Des weiteren eignet sich die erfindungsgemäße Betriebs- und Feststellbremse als automatische Feststellbremse, die durch Fremdenergie, beispielsweise mit einer Hydropumpe, betätigbar ist. Eine Hydropumpe ist bei blockierschutzgeregelten (ABS) oder Fremdenergiebremsanlagen vorhanden, der Zusatzaufwand für die automatische Feststellbremse ist in diesem Fall gering. Die automatische Feststellbremse hat den Vorteil, dass sie nicht durch Muskelkraft betätigt werden muss.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstandshalter selbsteinstellend (Anspruch 2), was den Vorteil hat, dass er nicht eingestellt werden muss. Zu diesem Zweck sieht Anspruch 3 einen Freilauf vor, der eine Vergrößerung des Abstands zwischen dem Nachstellelement und dem Bremskolben zulässt und gegen eine Verkleinerung des Abstands sperrt. Dabei ist insbesondere an einen linearen (nicht zwingend geraden) und nicht unbedingt an einen Drehfreilauf gedacht. Derartige Freiläufe mit Sperrklinken oder klemmenden Sperrelementen sind an sich bekannt und brauchen an dieser Stelle nicht näher erläutert zu werden. Anspruch 4 sieht eine Spindel und eine Mutter für den Freilauf vor, deren Gewinde nicht selbsthemmend sind. Eine selbsttätige Vergrößerung des Abstands zwischen dem Nachstellelement und der Feststelleinrichtung ist dadurch möglich, zum Sperren gegen eine Verkleinerung des Abstands zwischen dem Nachstellelement und dem Bremskolben werden die Spindel und die Mutter (selbsttätig) drehfest gehalten. Zum drehfesten Halten der Spindel oder der Mutter sieht Anspruch 5 eine selbsttätig schaltende, beispielsweise kraft- oder formschlüssige Kupplung vor, die durch eine Verkleinerung des Abstands zwischen dem Nachstellelement und dem Bremskolben eingerückt wird.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die beiden Figuren zeigen Achsschnitte zweier Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Betriebs- und Feststellbremsen. Die Zeichnungen sind schematisierte und vereinfachte Darstellungen zur Erläuterung der Erfindung.
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Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels
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Die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Betriebs- und Feststellbremse 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein hydraulisch betätigbarer Bremskolben 3 axial verschieblich aufgenommen ist. Das Gehäuse 2 kann auch als Zylinder oder Bremszylinder bezeichnet werden. Zum Bremsen wird der Bremskolben 3 druckbeaufschlagt und drückt einen nicht dargestellten Reibbremsbelag gegen einen ebenfalls nicht dargestellten Bremskörper, beispielsweise eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel. Insoweit ist die Betriebs- und Feststellbremse 1 bekannt und entspricht herkömmlichen hydraulischen Radbremsen (Betriebsbremsen) für Kraftfahrzeuge. Das Gehäuse 2 kann beispielsweise Bestandteil eines nicht dargestellten Bremssattels einer hydraulischen Scheibenbremse sein.
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Des weiteren weist die Betriebs- und Feststellbremse 1 ein Nachstellelement 4 auf. Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Nachstellelement 4 ein ebenfalls druckbeaufschlagbarer Kolben, der gleichachsig zum Bremskolben 3 im Gehäuse 2 aufgenommen und verschieblich ist. Das Nachstellelement 4 ist in einer Bremslöserichtung federbeaufschlagt, die Federbeaufschlagung erfolgt mittels einer Tellerfeder 5.
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Zwischen dem Bremskolben 3 und dem Nachstellelement 4 ist ein einstellbarer Abstandshalter 6 angeordnet, der den Bremskolben 3 und das Nachstellelement 4 in einem einstellbaren, im Ausführungsbeispiel selbst einstellenden Abstand voneinander hält. Der Abstandshalter 6 umfasst eine Spindel 7 und eine mit ihr in Eingriff stehende Mutter 8, die im Ausführungsbeispiel rohrförmig ist. Gewinde der Spindel 7 und der Mutter 8 sind nicht selbsthemmend, so dass eine Axialbewegung der Spindel 7 gegenüber der Mutter 8 durch eine Axialbeaufschlagung möglich ist, sofern die Spindel 7 und die Mutter 8 nicht drehfest miteinander gehalten sind. Die rohrförmige Mutter 8 ist fest mit dem Nachstellelement 4 verbunden.
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Die Spindel 7 ist über eine selbsttätig schaltende Kupplung 9 mit dem Bremskolben 3 verbunden. Dazu weist die Spindel 7 an ihrem dem Bremskolben 3 zugewandten Ende ein erstes Kupplungsteil 10 mit einem konischen Abschnitt 11 auf. Das Kupplungsteil 10 taucht in eine komplementäre Ansenkung 12 mit einem Innenkonus 13 des Bremskolbens 3. Die Ansenkung 12 bildet ein zweites Kupplungsteil der Kupplung 9. Wird das erste Kupplungsteil 10 in die das zweite Kupplungsteil bildende Ansenkung 12 im Bremskolben 3 gedrückt, wird durch Reibschluss zwischen dem Konus 11 des ersten Kupplungsteils 10 und dem Innenkonus 13 der das zweite Kupplungsteil bildenden Ansenkung 12 eine drehfeste Verbindung geschaffen, die Spindel 7 ist drehfest im Bremskolben 3 gehalten, die Kupplung 9 ist eingerückt. Wird das erste Kupplungsteil 10 nicht in die Ansenkung 12 des Bremskolbens 3 gedrückt, ist die Kupplung 9 ausgerückt und die Spindel 7 ist drehbar.
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Die erfindungsgemäße Betriebs- und Feststellbremse 1 weist eine Feststelleinrichtung 14 mit einer Spindel 15 auf, die mit einem Innengewinde eines Federkolbens 16 in Eingriff steht. Der Federkolben 16 und die Spindel 15 sind gleichachsig zum Bremskolben 3 und dem Nachstellelement 4 angeordnet. Durch Drehung ist die Spindel 15 gegen das Nachstellelement 4 drückbar. Zum Antrieb der Spindel 15 weist die Betriebs- und Feststellbremse 1 einen symbolisch dargestellten Elektromotor 17 auf. Der Federkolben 16 ist von einem Federelement, im dargestellten Ausführungsbeispiel einem Tellerfederpaket mit jeweils umgekehrt aufeinander gesetzten Tellerfedern 18, federbeaufschlagt in Richtung des Bremskolbens 3.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Betriebs- und Feststellbremse 1 ist folgende: Eine Betriebsbremsung erfolgt wie bereits gesagt in herkömmlicher Weise durch hydraulische Druckbeaufschlagung des Bremskolbens 3. Die Druckbeaufschlagung wirkt auch auf eine Rückseite des ersten Kupplungsteils 10, das am Ende der Spindel 7 angeordnet ist. Die Spindel 7 wird dadurch in Betätigungsrichtung beaufschlagt und bewegt sich wegen ihres nicht selbsthemmenden Gewindes unter gleichzeitiger Drehung mit dem Bremskolben 3 mit. Wird zum Lösen der Betriebs- und Feststellbremse 1 der den Bremskolben 3 beaufschlagende Druck abgelassen, bewegt eine Kolbendichtung 19 auf Grund ihrer Elastizität den Bremskolben 3 ein kurzes Stück zurück, so dass der nicht dargestellte Reibbremsbelag von der ebenfalls nicht dargestellten Bremsscheibe abgehoben ist. Dies ist von herkömmlichen hydraulischen Scheibenbremsen bekannt. Der Bremskolben 3 wird bei zunehmender Abnutzung des Reibbremsbelags nicht bis in seine ursprüngliche Ausgangsstellung zurück bewegt, sondern er bewegt sich entsprechend der Abnutzung des Reibbremsbelags aus dem Gehäuse 2 heraus. Entsprechend stellt sich auch der Abstandshalter 6 nicht vollständig in seine ursprüngliche Ausgangslage zurück, sondern verlängert sich entsprechend der Abnutzung des Reibbremsbelags und vergrößert damit den Abstand zwischen dem Nachstellelement 4 und dem Bremskolben 3 entsprechend der Abnutzung des Reibbremsbelags. Bei der Rückbewegung des Bremskolbens 3 beim Lösen der Betriebs- und Feststellbremse 1 gelangt der Konus 11 des ersten Kupplungsteils 10 in Anlage an den Innenkonus 13 im Bremskolben 3, wodurch die Kupplung 9 eingerückt ist und die Spindel 7 drehfest mit dem Bremskolben 3 hält. Die Spindel 7 kann sich nicht mehr in der Mutter 8 drehen, d. h. der die Spindel 7 und die Mutter 8 umfassende Abstandshalter 6 sperrt gegen eine Verkleinerung des Abstands zwischen dem Bremskolben 3 und dem Nachstellelement 4. Die Kupplung 9 und der Abstandshalter 6 bilden somit einen Freilauf 20, der eine Vergrößerung des Abstands zwischen dem Nachstellelement 4 und dem Bremskolben 3 ermöglicht und der gegen eine Verkleinerung des Abstands sperrt.
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Zum Feststellen der Betriebs- und Feststellbremse 1 wird diese wie beschrieben betätigt und bei betätigter Betriebs- und Feststellbremse 1 die Spindel 15 mit dem Elektromotor 17 gedreht und dabei in Richtung des Bremskolbens 3 zugestellt. Über das Nachstellelement 4, den Abstandshalter 6, die Kupplung 9 und den Bremskolben 3 hält die Spindel 15 den nicht dargestellten Reibbremsbelag gegen die ebenfalls nicht dargestellte Bremsscheibe gedrückt, die Betriebs- und Feststellbremse 1 bleibt auch in drucklosem Zustand und bei stromlosem Elektromotor 17 betätigt. Beim Drehen der Spindel 15 werden die Tellerfedern 18 des Federkolbens 16 vorgespannt, eine Federkraft der Tellerfedern 18 hält die Feststellbremskraft aufrecht. Die Kupplung 9 ist durch die ausgeübte Andruckkraft eingerückt und hält die Spindel 7 drehfest, so dass sich der Abstandshalter 6 nicht verstellen kann.
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Das Lösen der Feststellbremse erfolgt durch Rückdrehen der Spindel 15, wobei zur mechanischen Entlastung der Bremskolben 3 druckbeaufschlagt werden kann. Der Federkolben 16 und die Spindel 15 bilden eine lösbare Feststelleinrichtung 21, mit der die Betriebs- und Feststellbremse 1 zur Verwendung als Feststellbremse in betätigter Stellung feststellbar ist. Da der Abstandshalter 6 wie beschrieben selbsteinstellend ist und einen Belagverschleiß des nicht dargestellten Reibbremsbelags ausgleicht, verlängert sich ein Zustellweg der Spindel 15 zur Betätigung der Betriebs- und Feststellbremse 1 als Feststellbremse nicht durch Abnutzung des Reibbremsbelags. Auch ein Federweg der Tellerfedern 18, die die Feststellbremskraft aufrecht erhalten, ändert sich nicht durch Abnutzung des Reibbremsbelags.
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Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels
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Zur Vermeidung von Wiederholungen werden bei der nachfolgenden Beschreibung des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung im wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert und es wird ergänzend auf die Ausführungen zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Für gleiche Bauteile werden in 2 mit 1 übereinstimmende Bezugszahlen verwendet.
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Um die Spindel 7 des Abstandshalters 6 bei Betätigung der Betriebs- und Feststellbremse 1 mit dem Bremskolben 3 mit zu bewegen, weist der Bremskolben 3 einen axial angeordneten Stift 22 auf, dessen Kopf 23 eine hinterschnittene Ausnehmung 24 im ersten Kupplungsteil 10 hintergreift. Durch Axialspiel des Kopfs 23 des Stifts 22 in der Ausnehmung 24 kann sich der Bremskolben 3 ein kurzes Stück gegenüber der Spindel 7 zurückbewegen, so dass der Konus 11 des ersten Kupplungsteils 10 in Anlage am Innenkonus 13 des Bremskolbens 3 gelangt. Die selbsttätig schaltende Kupplung 9 wird dadurch wie zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben eingerückt und hält die Spindel 7 drehfest. Das erste Kupplungsteil 10 weist ein Hüllrohr 25 auf, welches die Spindel 7 und die rohrförmige Mutter 8 des Abstandshalters 6 konzentrisch umschließt. In einer Rille im Außenumfang der Mutter 8 liegt ein Gummiring oder ein sonstiges Reibungselement 26 ein, das innen am Hüllrohr 25 anliegt und eine Reibung zwischen dem Hüllrohr 25 und der Mutter 8 bewirkt. Zweck des Reibungselements 26 ist zu vermeiden, dass sich der Abstandshalter 6 ungewünscht verkürzt, wenn die Kupplung 9 ausgerückt ist und die Spindel 7 ohne das Reibungselement 26 drehbar wäre.
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Im Übrigen ist die in 2 dargestellte Betriebs- und Feststellbremse 1 gleich ausgebildet wie diejenige aus 1 und funktioniert in gleicher Weise. Es wird insoweit auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
