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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Feststellbremse für ein Fahrzeug,
welche insbesondere in Fahrzeugen mit automatisierten Feststellbremsen verwendet
wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Betätigung
einer Feststellbremse eines Fahrzeugs.
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Feststellbremsen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Neben den bekannten Seilzug-Handbremsen werden in jüngster Zeit
verstärkt
automatisierte Feststellbremsen eingesetzt, bei welchen ein Feststellbremswunsch
des Fahrers beispielsweise über
einen Schalter oder Knopf eingegeben wird und die Feststellbremse
dann automatisch aktiviert bzw. deaktiviert wird. Hierbei ist es
bekannt, den Feststellbremswunsch des Fahrers beispielsweise über unmittelbar an
den Rädern
angeordnete kleine elektrische Antriebe auszuführen. Derartige automatisierte
Feststellbremsen weisen jedoch einen relativ aufwendigen und kostenintensiven
Aufbau auf. Ferner sind automatisierte Feststellbremsen bekannt,
bei denen eine Feststellung des Fahrzeugs mittels Hydraulikdruck erfolgt.
Die Feststellposition wird dann beispielsweise über einen elektrischen Antrieb
verriegelt. Bei derartigen Feststellbremsen besteht ein Problem
darin, dass bei der Aktivierung des Feststellvorgangs durch die
Hydraulikaggregate Geräusche
erzeugt werden. Derartige Geräusche
sind jedoch bei den Fahrzeugherstellern unerwünscht, da sie insbesondere
bei stehendem Fahrzeug gut zu hören
sind und bei den Fahrern den Eindruck hervorrufen können, dass
ein Defekt vorliegt.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Feststellbremse
für ein
Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie völlig
geräuscharm
arbeitet. Dadurch kann bei einem Fahrer kein Eindruck einer Fehlfunktion
oder eines Defektes auftreten. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Feststellbremse
sehr einfach und kostengünstig
aufgebaut. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine
Aktivierung der Feststellbremse mittels Federkraft erfolgt. Hierdurch
ist weiterhin eine hohe Kraft-Weg-Übersetzung möglich, so dass
hohe Haltekräfte
bei der Feststellung des Fahrzeugs realisiert werden können. Darüber hinaus
wird durch den erfindungsgemäßen Federspeicher
automatisch eine Temperaturkompensation möglich. Die erfindungsgemäße Feststellbremse
weist dabei einen einfachen und kostengünstigen Aufbau bei sehr hoher
Robustheit auf. Erfindungsgemäß erfolgt
eine Vorspannung zur Bereitstellung der Federkraft hydraulisch.
Die erfindungsgemäße Feststellbremse
ist dabei derart ausgelegt, dass die Vorspannung der Federelemente
der Feststellbremse unabhängig
vom Zeitpunkt des Feststellbremsbedarfs möglich ist. Mit anderen Worten
ist die Vorspannung der Federelemente von dem eigentlichen Einsatzzeitpunkt
der Feststellbremsfunktion entkoppelt. Die Vorspannung kann beispielsweise
während
der Fahrt des Fahrzeugs erfolgen, wobei die durch die Hydraulik
entstehenden Geräusche
nicht vom Fahrer wahrgenommen werden können.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Um
einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau bereitzustellen,
wird die hydraulische Vorspanneinheit zum Vorspannen des Federspeichers
mit einem im Fahrzeug vorhandenen Hydrauliksystem verbunden. Dadurch
kann ein zum Vorspannen der Aktivierungseinheit der Feststellbremse
notwendiger Hydraulikdruck aus dem Hydrauliksystem entnommen werden.
Hierzu kann vorzugsweise auch ein Druckspeicher vorgesehen werden.
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Bevorzugt
umfasst der Federspeicher der Aktivierungseinheit ein erstes Federelement,
einen Kolben, eine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung einer
Feststellposition und ein Betätigungselement
zur Betätigung
der Bremseinheit. Das Betätigungselement
ist dabei vorzugsweise ein Seil.
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Vorzugsweise
umfasst die Verriegelungseinrichtung eine Haltescheibe, eine Magnetspule,
ein zweites Federelement und eine Platte. Das zweite Federelement
spannt dabei die Platte gegen die Haltescheibe vor.
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Die
Haltescheibe ist vorzugsweise mit einer Hülse verbunden, wobei die Hülse zum
Kolben relativ drehbar angeordnet ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse eine
Kulisse auf, mit welcher eine mittels eines dritten Federelements
vorgespannte Eingriffsvorrichtung im Eingriff steht. Die Eingriffsvorrichtung
ist dabei am Kolben angeordnet. Dadurch sind die Hülse und
der Kolben miteinander verbunden, wobei die Drehbarkeit der Hülse relativ zum
Kolben sichergestellt wird.
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Die
Kulisse in der Hülse
ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sie eine vorgegebene Steigung
aufweist. Die Steigung kann dabei gleich bleibend sein oder sich
entlang des Umfangs der Hülse ändern. Vorzugsweise
ist die Steigung jedoch gleich bleibend, um eine konstante Bewegungsgeschwindigkeit
beim Aktivieren der Feststellbremse sicherzustellen.
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Um
eine Rückstellung
der Aktivierungseinheit der Feststellbremse für ein Freigeben der Feststellbremse
sicherzustellen, ist weiterhin ein drittes Federelement angeordnet,
welches mit der Haltescheibe verbunden ist und die Haltescheibe
in ihre Ausgangslage zurückstellt.
Somit wird bei einer Betätigung
der Feststellbremse das dritte Federelement vorgespannt und beim
Lösen der
Feststellbremse für das
Rückstellen
verwendet.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Kolben einen mittig angeordneten Zylinderteil,
an welcher die Eingriffsvorrichtung zum Eingreifen in die Kulisse
angeordnet ist.
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Am
mittleren Zylinderteil des Kolbens ist vorzugsweise zusätzlich noch
eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung des Kolbens mit dem Betätigungselement
der Bremseinheit angeordnet. Die Verbindungseinrichtung zwischen
dem Kolben und dem Betätigungselement
umfasst vorzugsweise zwei oder mehrere Kugeln, welche durch die
Relativverdrehung der Hülse
zum Kolben mit dem Betätigungselement
in Eingriff und außer
Eingriff bringbar sind.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Betätigung einer
Feststellbremse eines Fahrzeugs, wobei ein Aktivieren und Deaktivieren
der Feststellbremse mittels Federspeicher erfolgt. Wenigstens ein
Federspeicher wird mittels einer hydraulischen Vorspanneinheit vorgespannt.
Die hydraulische Vorspanneinheit ist insbesondere mit einem im Fahrzeug
vorhandenen Hydrauliksystem verbunden und wird von diesem mit Hydraulikdruck versorgt.
Dadurch kann das Verfahren besonders einfach und kostengünstig durchgeführt werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
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In
der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Aktivierungseinheit für eine Feststellbremse
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
Seitenansicht einer Hülse
gemäß dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
und
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3 eine
Draufsicht einer Haltescheibe gemäß dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt
eine Schnittansicht einer Aktivierungseinheit 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Über
eine Betätigungseinrichtung 17 ist
die Aktivierungseinheit 1 mit einer nicht gezeigten Bremseinheit zum
Feststellen eines Fahrzeugrades für die Ausführung einer Feststellbremse
verbunden. Die Aktivierungseinheit 1 wird dabei von einem
Fahrer über
einen Kopfdruck o.Ä.
betätigt.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die Aktivierungseinheit 1 einen
Kolben 3, welcher in einem Gehäuse 6 angeordnet ist.
Der Kolben 3 umfasst einen Kolbenboden 3a und
einen mittig angeordneten Zylinderteil 3b. Der Kolbenboden 3a steht
mit einem Hydraulikdruckraum 5 in Verbindung, welcher seinerseits
mit einem Hydrauliksystem des Fahrzeugs verbunden ist. Das Hydrauliksystem
des Fahrzeugs ist dabei die hydraulische Bremsanlage, welche als
normale Fahrzeugbremse des Fahrzeugs ausgebildet ist. Die hydraulische
Fahrzeugbremse umfasst ebenfalls elektronische Bremseinrichtungen,
wie z.B. ESP und/oder TCS und/oder ABS usw.
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Zwischen
dem Kolben 3 und einem Gehäuseboden ist ein erstes Federelement 4 angeordnet. Das
erste Federelement 4 ist als Zylinderfeder ausgebildet.
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Die
Aktivierungseinheit 1 umfasst ferner eine Hülse 2,
welche im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und um den
Zylinderteil 3b des Kolbens 3 angeordnet ist.
Die Hülse 2 ist
im Detail in 2 dargestellt und umfasst eine
erste Kulisse 2a, eine zweite Kulisse 2b sowie
eine an der zweiten Kulisse 2b vorgesehene Anlaufschräge 2c (vgl. 1). Ferner
umfasst die Hülse 2 eine
kreisförmige
Ausnehmung 2d mit einer daran angrenzenden, im Innenumfang
der Hülse
senkrecht nach unten ausgerichteten Nut 2e. Ein nach außen vorstehender
Bund 2f ist weiterhin vorgesehen, um eine drehbare Lagerung
der Hülse 2 an
einem Lager 20 zu ermöglichen. Am
oberen Endbereich der Hülse 2 ist
ferner eine Außenverzahnung 2g gebildet.
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Weiterhin
umfasst die Aktivierungseinheit 1 eine Verriegelungseinrichtung.
Die Verriegelungseinrichtung weist eine Halteplatte 7,
ein zweites Federelement 8, eine Magnetspule 9 und
eine Zwischenplatte 10 auf. Die Halteplatte 7 ist
eine ringförmige
Platte, an deren gegenüberliegenden
Seiten jeweils ringförmige
Reibbeläge 7a angeordnet
sind. Die Halteplatte 7 ist in einer Draufsicht in 3 dargestellt.
Die Halteplatte 7 weist an einer inneren Ausnehmung ebenfalls
eine Verzahnung 7b auf. Die Verzahnung 7b greift
in die Verzahnung 2g der Hülse 2 ein, so dass die
Halteplatte 7 und die Hülse 2 formschlüssig miteinander
verbunden sind. Dadurch sind die Hülse 2 und die Halteplatte 7 drehfest
miteinander verbunden, jedoch in Axialrichtung X-X relativ zueinander bewegbar.
Am äußeren Umfang
der Halteplatte 7 ist weiterhin ein nach außen vorstehender
Anschlag 7c vorgesehen. Das zweite Federelement 8 ist
an der Magnetspule 9 angeordnet und mit der Zwischenplatte 10 verbunden.
Das zweite Federelement 8 drückt dabei die Zwischenplatte 10 nach
unten, um sie von der Magnetspule 9 fort vorzuspannen.
Mit anderen Worten drückt
das zweite Federelement 8 die Zwischenplatte 10 gegen
die Halteplatte 7, so dass eine Verriegelung der Hülse 2 möglich ist.
Hierbei kann sich die Halteplatte 7 in Axialrichtung X-X
der Aktivierungseinheit 1 relativ zur Hülse 2 über die
Verzahnungen 2e und 7b bewegen.
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Die
Hülse 2 ist über eine
Eingriffsvorrichtung 12 mit dem Kolben 3 verbunden,
wie aus 1 ersichtlich ist. Die Eingriffsvorrichtung 12 umfasst
dabei ein drittes Federelement 13 sowie einen ersten Nippel 14 und
einen zweiten Nippel 15. Die Eingriffsvorrichtung 12 ist
in einer Querbohrung 3e im Zylinderteil 3b des
Kolbens angeordnet. Die Querbohrung 3e ist dabei als Durchgangsbohrung
ausgebildet, wobei ein Ende der Querbohrung als Anschlag 3f für den ersten Nippel 14 ausgebildet
ist. Das andere Ende der Querbohrung 3e ist mittels eines
Dichtelements 16 abgedichtet, welches ebenfalls als Anschlag
für den
zweiten Nippel 15 ausgebildet ist. Die Eingriffsvorrichtung 12 greift
dabei in die Kulissen 2a bzw. 2b in der Hülse 2 ein.
Die Kulissen 2a und 2b sind im Detail in den 1 und 2 dargestellt.
Ein erster Teil der Kulisse 2a ist dabei schräg zu einer
Längsrichtung
X-X der Hülse 2 ausgebildet,
so dass sich bei einer Bewegung der Eingriffsvorrichtung 12 eine
Relativverdrehung zwischen dem Kolben 3 und der Hülse 2 ergibt. Die
Größe der Relativbewegung
wird dabei durch die Steigung des ersten Teils der Kulisse 2a bestimmt. Der
zweite Teil der Kulisse 2a ist parallel zur Längsrichtung
gebildet. Die zweite Kulisse 2b ist im Wesentlichen rechteckig
mit einer Anlaufschräge 2c gebildet.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Betätigungseinrichtung 17 zur
Betätigung
der nicht gezeigten Feststellbremse ein Seil 18 mit einem
Endstück 19.
Das Seil 18 mitsamt dem Endstück 19 ist in einer
Bohrung 3c des Kolbens 3 angeordnet. Das Endstück 19 ist
als im Wesentlichen zylindrisches Teil gebildet und weist eine ringförmige Nut 19a auf.
Im nicht betätigten
Zustand ist die ringförmige
Nut 19a dabei auf Höhe
einer Durchgangsbohrung 3d im Zylinderteil 3b des
Kolbens 3 angeordnet. Ferner ist eine Verbindungseinrichtung
vorgesehen, um den Kolben 3 mit der Betätigungseinrichtung 17 zu
verbinden. Die Verbindungseinrichtung umfasst eine erste und zweite
Kugel 22, 23. In der Durchgangsbohrung 3d ist
die erste und eine zweite Kugel 22, 23 angeordnet.
Die Kugeln 22, 23 sind für einen Eingriff mit der Nut 19a des
Endstücks 19 ausgebildet
und können
eine Verbindung zwischen dem Kolben 3 und der Betätigungseinrichtung 17 herstellen,
wenn sie in Richtung des Endstücks 19 nach
innen bewegt werden.
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Ein
viertes Federelement 21 bestehend aus zwei Spiralfedern
ist ferner an der Halteplatte 7 befestigt, um eine automatische
Rückstellung
der Halteplatte 7 in ihre Ausgangsposition (wie in 3 gezeigt)
zu ermöglichen.
In der Ausgangsposition liegen die Anschläge 7c an Elementen 24 an.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Aktivierungseinheit 1 beschrieben.
Wenn ein Fahrer die Feststellbremse (Parkbremse) des Fahrzeugs aktivieren
möchte,
wird ein Schalter oder Knopf betätigt.
Hierdurch wird einer nicht gezeigten Steuereinrichtung ein Signal übermittelt,
und die Magnetspule 9 wird mit Strom beaufschlagt. Dadurch
zieht die Magnetspule 9 gegen die Federkraft des zweiten
Federelements 8 die Zwischenplatte 10 in Richtung
auf die Magnetspule 9 hin an. Dadurch wird die Halteplatte 7,
welche bei nicht betätigter
Magnetspule durch die Federkraft des zweiten Federelements 8 verriegelt
war, freigegeben. Dadurch kann sich die Halteplatte 7 drehen.
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Da
die Halteplatte 7 formschlüssig mit der Hülse 2 verbunden
ist, ist nun auch die Hülse 2 freigegeben
und das erste Federelement 4 kann den Kolben 3 in
Richtung des Pfeils Y bewegen. Da der Kolben 3 über die
Eingriffsvorrichtung 12 mit der Hülse 2 verbunden ist,
dreht sich aufgrund der Steigung der ersten Kulisse 2a die
Hülse 2 mitsamt
der Halteplatte 7 relativ zum Kolben 3. Selbstverständlich muss
hierzu der Druck im Hydraulikraum 5 derart gewählt sein,
dass das erste Federelement 4 den Kolben 3 bewegen
kann. Die Bewegung der Eingriffsvorrichtung 12 ist in 2 genauer
durch die Buchstabenfolge A, B, C, D, E gekennzeichnet. In einem
ersten Schritt läuft
die Eingriffsvorrichtung 12 entlang der ersten Kulisse 2a vom
Ausgangspunkt A, zum Punkt B und anschließend senkrecht in Längsrichtung
der Hülse 2 weiter.
Ab dem Punkt B dreht sich die Hülse 2 nicht
mehr relativ zum Kolben 3. Über eine nicht gezeigte Rampe
läuft die
Eingriffsvorrichtung 12, genauer die ersten und zweiten
Nippel 14, 15, in die zweite Kulisse 2b bis
zur Position C, wobei die Nippel 14, 15 entgegen
der Federkraft des dritten Federelements 13 nach innen
gedrückt
werden. Durch die Relativdrehung der Hülse 2 zum Kolben 3 auch
die Halteplatte 7 entgegen der Federkraft des vierten Federelements 21 verdreht
was in 3 durch die Pfeile R angedeutet ist.
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Wie
insbesondere aus 1 ersichtlich ist, wird ferner
durch die Relativdrehung der Hülse 2 zum Kolben 3 die
Betätigungseinrichtung 17 durch
nicht gezeigte Anlaufschrägen
derart betätigt,
dass die beiden Kugeln 22, 23 nach innen in die
Nut 19a des Endstücks 19 der
Betätigungseinrichtung 17 bewegt werden.
Dadurch wird der Kolben 3 mit dem Seil 18, welches
mit der Feststellbremse verbunden ist, verbunden. Somit wird bei
einer Bewegung des Kolbens 3 in Richtung des Pfeils Y gleichzeitig
auch das Seil 18 in Richtung des Pfeils Y gezogen, wodurch
die Feststellbremse aktiviert wird. Die Verbindung zwischen dem
Seil 18 und dem Kolben 3 wird dabei sofort bei
einer Relativdrehung der Hülse 2 zum
Kolben 3 realisiert.
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Nachdem
die Feststellbremse aktiviert ist, wird nun der Strom der Magnetspule 9 wieder
abgestellt, so dass das zweite Federelement 8 die Zwischenplatte 10 auf
die Halteplatte 7 drückt
und die Aktivierungseinheit 1 verriegelt. Dadurch ist die
Feststellbremse in der Feststellposition verriegelt.
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Die
Aktivierung der Feststellbremse erfolgt somit nur durch die Federkraft
aus dem durch das erste Federelement 4 gebildeten Federspeicher.
Somit ist keinerlei hydraulischer Druckaufbau im Druckraum 5 für ein Verriegeln
der Parkbremse notwendig, so dass keine Geräuschentwicklung beim Betätigen der
Feststellbremse auftritt.
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Für das Lösen der
Feststellbremse betätigt der
Fahrer wieder einen Knopf oder Schalter, so dass eine Steuereinheit
wieder die Magnetspule 9 mit Strom versorgt. Dadurch wird
die Verriegelung der Halteplatte 7 aufgehoben, da die Magnetspule 9 die Zwischenplatte 10 gegen
die Federkraft des zweiten Federelements 8 anzieht. Die
während
der Aktivierung der Feststellbremse vorgespannten vierten Federelemente 21 an
der Halteplatte 7 können
sich dadurch wieder entspannen und sorgen für eine erneute Relativdrehung
der Halteplatte 17 mitsamt der Hülse 2 relativ zum
Kolben 3. Dadurch wird die Eingriffseinrichtung 12 vom
Punkt C zum Punkt D in der zweiten Kulisse 2d bewegt (vgl. 2).
Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, liegen die
Punkte A und D auf einer Linie parallel zur Längsachse X-X der Hülse 2,
so dass an diesem Punkt die Kugeln 22, 23 wieder
außer
Eingriff von dem Endstück 19 gebracht
sind. Dadurch können
die Kugeln 22, 23 in die Durchgangsbohrung 3d zurück gebracht
werden, so dass die Betätigungseinrichtung 17 wieder
frei ist und somit die Feststellbremse gelöst ist. Anschließend wird
die Bestromung der Magnetspule 9 wieder beendet, so dass
die Halteplatte 7 und die Hülse 2 wieder verriegelt
sind.
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Damit
ein weiterer Feststellvorgang möglich ist,
muss der Federspeicher der Aktivierungseinheit 1, d.h.
das erste Federelement 4, wieder vorgespannt werden. Dies
wird durch Aufbau eines Hydraulikdrucks im Druckraum 5 bewirkt,
so dass der Kolben 3 entgegen der Federkraft des ersten
Federelements 4 in Richtung zur Magnetspule 9 bewegt
wird. Die Nippel 14, 15 der Eingriffsvorrichtung 12 bewegen sich
dabei zuerst vom Punkt D zum Punkt E. Am Punkt E werden die Nippel 14, 15 durch
die Anlaufschräge 2c in
der Hülse 2 nach
innen gedrückt
und somit parallel zur Längsachse
der Hülse 2 vom
Punkt E zum Punkt A zurückbewegt.
Dabei wird das dritte Federelement 13 fast vollständig zusammengedrückt, so
dass die Nippel 14, 15 vollständig in der Bohrung 3e aufgenommen
sind. Dadurch ist wieder die Ausgangsposition A erreicht und die
Feststellbremse ist für
einen weiteren Einsatz wieder vorgespannt.
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Somit
kann erfindungsgemäß ein geräuschloses
Verriegeln und Lösen
der Feststellbremse des Fahrzeugs ermöglicht werden. Erfindungsgemäß ist dabei
weiterhin auch kein Nachspannen bei Temperaturänderungen notwendig, da die
Federelemente aufgrund ihrer Elastizität für einen Temperaturausgleich
sorgen.
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Erfindungsgemäß ist somit
ein Verriegeln und Lösen
der Feststellbremse durch Federspeicher möglich, ohne dass eine Hydraulikpumpe
betätigt werden
muss, um einen Hydraulikdruck zu erzeugen. Somit kann bei einer
Betätigung
bzw. einem Lösen der
Feststellbremse keine unerwünschte
Geräuschentwicklung
entstehen. Das Laden des Federspeichers kann dabei während der
Fahrt des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt wie beispielsweise dem Beschleunigen
des Fahrzeugs erfolgen, in welchem die Nebengeräusche beim Fahren relativ laut
sind, so dass eine Betätigung
einer Hydraulikpumpe dem Fahrer nicht weiter auffällt. Die
erfindungsgemäße Feststellbremse
kann dabei einfach in bestehende Hydrauliksysteme wie ABS-, ESP-
oder TCS-Systeme eingebunden werden. Dadurch entstehen keinerlei
Zusatzkosten für
eine Hydraulikversorgung für
die Feststellbremseinheit. Die Aktivierungseinheit 1 ist dabei
sehr kompakt aufgebaut und kann problemlos an den Rädern des
Fahrzeugs eingebaut werden.