DE19961398C2 - Vorrichtung zur Arretierung einer elektromechanisch betätigbaren Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Vorrichtung zur Arretierung einer elektromechanisch betätigbaren Bremseinrichtung für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Arretierung einer
elektromechanisch betätigten Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Feststellbremsen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Sie wirken rein
mechanisch, benötigen aber einen Mechanismus mit einem hohem
Reibungsaufwand und einem hohen Gewicht, um diese Funktion zu erfüllen.
Bei solchen reibschlüssigen Lösungen hängt die Haltekraft von der
Betätigungskraft ab.
Aus der DE 196 21 533 A1 ist eine elektromotorische Betriebsbremse mit
einem aufwendigen Mechanismus bekannt. Um die Betätigungskraft zu
minimieren, weist diese Betriebsbremse eine nicht näher beschriebene,
elektromotorische Feststellbremsvorrichtung auf, bei welcher die
aufgebrachte Bremskraft auch ohne Bestromung des Betriebsmotors
aufrechterhalten werden kann. Zu diesem Zweck ist die elektromagnetisch
betätigbare Bremse sowohl im gelösten als auch im ungelösten Zustand
selbsthaltend ausgebildet. Durch den Einfluß eines Magnetfeldes wird diese
Bremse zwischen beiden Stellungen umgeschaltet.
Aus der DE 198 07 328 A1 ist eine elektromechanisch betätigbare
Scheibenbremse mit einem Bremsbelag bekannt, auf den ein elektrisch
betätigbarer Aktuator wirkt, welcher einen Elektromotor und eine
Spindel/Mutter-Getriebeanordnung aufweist. Eine Parkfunktion wird
dadurch realisiert, dass eine Sperrklinke in einen mit der Spindel
drehfest verbundenen Zahnkranz eingreift, wobei die Sperrklinke mit
Hilfe eines bistabilen elektromagnetischen Umschalters betätigt wird.
Elektromechanische Betriebsbremsen werden durch die Bordspannung des
Kraftfahrzeuges versorgt. Nachteilig ist dabei, daß beim Anlassen des PKW
dem Akkumulator des Fahrzeuges eine große Energie entnommen wird.
Hierbei sinkt die Versorgungsspannung im Fahrzeugnetz ab und es besteht
die Gefahr, daß die Spannung nicht ausreicht, um eine elektromechanisch
oder elektrohydraulisch betätigte Betriebsbremse weiter geschlossen zu
halten. Ein Wegrollen des Fahrzeuges kann dabei nicht ausgeschlossen
werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
anzugeben, welche kostengünstig und kompakt realisierbar ist und trotzdem
zuverlässig wirkt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf Grund des Einsatzes
eines Elektromagneten eine einfache Vorrichtung mit nur wenigen
bewegten Teilen möglich ist. Durch die Vorspannung des
Elektromagneten gegen das Ende des Federelementes wird die von
dem Elektromagnet aufzubringende Kraft zum Umschalten des
Federelementes minimiert. Infolge dessen kann der Elektromagnet auch
besonders klein dimensioniert werden.
Trotz einer Verriegelung mit rein mechanischen Mitteln werden zwei stabile
Zustände des Blattfederelementes ohne zusätzlichen Einsatz von Energie
zum Halten des Feststellelementes erreicht. Dadurch wird die
Wirkungsweise der Feststellbremse auch bei Abfall der
Versorgungsspannung im Kraftfahrzeug nicht beeinträchtigt.
Durch den Kraftangriff der Betätigungskraft senkrecht zur Feder sind die
Krafteinleitung und die Wirkrichtung des Verriegelungsbolzens entkoppelt,
wodurch nur geringe Betätigungskräfte erforderlich sind und die
Festellbremse mit einem geringen Gewicht realisierbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine kompakte und einfache
Bauweise, bei welcher auf Grund der geringen Relativbewegung des
Feststellelementes nur eine geringe Reibung auftritt.
Vorteilhafterweise ist zur Erreichung einer Vorbiegung des Federelementes
die Längsausdehnung des Federelementes im ungespannten Zustand
größer als der Abstand der beiden gelagerten Enden des Federelementes.
Durch diese Gestaltung der Vorbiegung läßt sich der Arbeitshub des
Mechanismus einfach einstellen. Mit Hilfe der Vorbiegung wird das
Federelement und somit auch das Feststellelement stabil in der einmal
eingenommenen Stellung gehalten.
In einer Ausgestaltung weist das Federelement, vorzugsweise mittig, entlang
seiner Längserstreckung eine Ausnehmung auf, welche in eine Nut des sich
annähernd senkrecht zur Längserstreckung des Federelementes
ausdehnenden Feststellelementes eingreift, wodurch das Feststellelement
beim Umspringen von einer stabilen Stellung in die andere stabile Stellung
bewegt wird. Dabei sind die Ausnehmung und die Nut im Feststellelement
annähernd formschlüssig verbindbar.
In einer Weiterbildung verbiegt sich das Federelement partiell geführt von
mindestens einem in Verformungsrichtung angeordneten, als Führung
ausgebildeten Anschlag in einem ungeführten Bereich in eine
vorgegebene Richtung tangential zur Längserstreckung. Mit Hilfe der als
Druckscheibe ausgebildeten magnetischen Anordnung erfolgt dabei die
Einleitung der Kraft des Elektromagneten in das Federelement.
Die magnetische Anordnung kann dabei vorteilhafterweise aus
ferromagnetischem oder permanentmagnetischem Material bestehen.
In einer Ausführungsform greift das Feststellelement formschlüssig in die
Bremseinrichtung ein. Die Bremseinrichtung weist dazu entlang
ihrer Bewegungsrichtung eine periodische Verzahnung auf, wobei der in die
Verzahnung eingreifende Teil des Feststellelementes komplementär zu
einem Zahnfreiraum der beweglichen Einrichtung ausgebildet ist. Die
Verzahnung ermöglicht das positionsunabhängige Einrasten des
Feststellelementes, wobei das Feststellelement selbstpositionierend
ausgebildet ist.
Mit Hilfe dieses Formschlusses ist die Haltekraft zum Sperren der
Bremseinrichtung fast ideal von der Betätigungskraft des
Mechanismus entkoppelt, wodurch die Betätigungskraft minimiert wird.
In einer Ausgestaltung ist die Bremseinrichtung drehbar gelagert, wobei
zur Verhinderung der Drehbewegung der Bremseinrichtung in eine
vorgegebene Richtung das Feststellelement mit seiner längsten Ausdehnung
gegen eine parallel verlaufende Fläche des Zahnfreiraumes der Verzahnung
drückt und die Bewegungsrichtung der Bremseinrichtung blockiert.
Durch das gegensinnige Drehen des Aktuators kann das Feststellelement aus
der Sägezahnverzahnung ausgeschoben werden.
Vorteilhafterweise ist die Bremseinrichtung ein Zahnrad des Aktuators,
wobei der Aktuator eine Radbremse eines Fahrzeuges betätigt. Durch den
Angriff am Aktuator ist es möglich, das zur Verriegelung des Aktors
erforderliche Drehmoment zu verringern.
Vorteilhafterweise ist die umlaufende Verzahnung an der Seitenfläche des
Zahnrades angeordnet.
Mittels einer mechanischen Hilfseinrichtung kann das Federelement von der
ersten in die zweite stabile Stellung umgeschaltet werden. Diese
mechanische Hilfseinrichtung ermöglicht es, den
Feststellbremsmechanismus auch bei Ausfall der Versorgungsspannung zu
betätigen. Dabei kann die mechanische Hilfseinrichtung in jedem beliebigen
Winkel, vorzugsweise aber senkrecht zur größten Verformung des
Federelementes angreifen.
Vorteilhafterweise ist das Federelement in einem Feststellbremsgehäuse
angeordnet, dessen sich entlang der Längserstreckung des Federelementes
erstreckende Bereiche des Gehäuseinnenraumes zur Führung der
Verformung des Federelementes unterschiedlich konkav ausgebildet ist.
Zur Führung der Verformung des Federelementes ist der erste Bereich des
Gehäuseinnenraumes unter Bildung zweier Anschläge schwach konkav und
zur Unterstützung des Umschnappens des Federelementes der zweite
Bereich des Gehäuseinnenraumes zur Bildung zweier weiterer Anschläge
stark konkav ausgebildet ist.
Zur einfachen Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an andere
Aktuatoren ist das, das Federelement einschließende Feststellbremsgehäuse
modulartig ausgebildet und außen an dem Aktuator befestigt, wobei das
Feststellelement aus dem Feststellbremsgehäuse durch eine Öffnung in den
Aktuator geführt ist.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand
der in den Figuren dargestellten Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 Feststellbremse
Fig. 2 Sperrverzahnung
Fig. 3 Eingriff des Sperrbolzens
Fig. 4 Bewegungsablauf der Blattfeder
Fig. 5 Prinzipdarstellung der Anordnung des Sperrbolzens an der
Blattfeder
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist die Feststellbremse 1 als modulare Bau
einheit an einem als Motorgetriebeeinheit ausgebildeten Aktuator 2 einer
Radbremse 30 eines Kraftfahrzeuges, z. B. einer elektromagnetisch betätigten
Teilbelagscheibenbremse, angeordnet.
Die Feststellbremse 1 besteht dabei aus einem Feststellbremsgehäuse 3, in
welchem eine als Schnappfeder ausgebildete Blattfeder 4 angeordnet ist. Die
beiden Enden 5, 6 der Blattfeder 4 greifen in jeweils eine, an einer
Druckscheibe 7 ausgebildeten Nut 8 und eine an der Gehäuseinnenwand
ausgebildeten Nut 9 ein, wodurch die Blattfeder 4 im Gehäuse 3 arretiert
wird. Die Nut 8 der Druckscheibe 7 und die an der Gehäuseinnenwand
ausgebildete Nut 9 sind annähernd gegenüberliegend angeordnet. Der
Abstand von Nut 8 und Nut 9 ist dabei geringer als die Länge der Blattfeder 4
im ungespannten Zustand.
Die Druckscheibe 7 ist stempelähnlich ausgebildet und liegt dabei auf dem
Teil 10 der Gehäuseinnenwandung auf, welcher dem die Nut 9 tragenden
Teil 11 der Gehäuseinnenwandung der Feststellbremse 1 gegenüberliegt.
Ein Fuß 12 der Druckscheibe 7 ist in einer Aussparung 13 des Teiles 10 der
Gehäuseinnenwandung abgestützt.
Zwischen dem Teil 10 der Gehäuseinnenwandung der Feststellbremse 1 und
der Druckscheibe 7 ist zur Erzielung einer Vorspannung der Blattfeder 4 eine
Vorspannfeder 14 um den Fuß 12 der Druckscheibe 7 herum angeordnet,
welche sich an dem Teil 10 der Gehäuseinnenwandung abstützt.
Über der aus ferromagnetischem Material ausgebildeten Druckscheibe 7 ist
parallel zu dieser ein Elektromagnet 15 angeordnet, wobei zwischen
Druckscheibe 7 und unbestromtem Elektromagnet 15 ein Abstand 16
besteht.
Zwischen den durch die Nuten 8 und 9 gebildeten Fixierungen ist die
Blattfeder 4 innerhalb des Gehäuses 3 beweglich ausgebildet. Der
Gehäuseinnenraum 17 ist annähernd mittig durch einen Sperrbolzen 18 in
zwei Bereiche 19, 20 unterteilt. Der Bereich 19 zwischen Druckscheibe 7 und
dem Sperrbolzen 18 ist zur Realisierung zweier Anschläge 21, 22 zur
Führung der Blattfeder 4 beidseitig zu dieser schwach konkav ausgebildet.
Der Bereich 20 zwischen dem Sperrbolzen 18 und dem die Nut 9 tragenden
Teil 11 der Gehäuseinnenwandung ist stark konkav ausgebildet. Durch diese
Ausbildung der Gehäuseinnenwandung sind zwei weitere Anschläge 31, 32
realisiert, welche ein sicheres Umschnappen der Blattfeder 4 gewährleisten.
Der Sperrbolzen 18 greift dabei durch eine ovale Öffnung 23 der Blattfeder 4
hindurch in eine an einem Zahnrad 24 des Aktuators 2 angeordnete
Sperrverzahnung 25 ein. (Fig. 2).
Um das Ausbauchen der Blattfeder 4 nicht zu behindern, weist die Öffnung
23 der Blattfeder 4 die Form eines Langloches auf (Fig. 5).
Der Sperrbolzen 18 ist mit einer Nut 26 versehen, in welcher der Rand der
Öffnung 23 der Blattfeder 4 befestigt ist, wodurch die Führung des
Sperrbolzens 18 durch die Blattfeder 4 ermöglicht wird.
Wie in Fig. 3 dargestellt, greift der Sperrbolzen 18 formschlüssig in eine an
der Seitenfläche des Zahnrades 24 angeordneten Verzahnung 25 ein, wobei
das eingreifende Ende 27 des Sperrbolzens 18 komplementär zu den
Zahnfreiräumen 28 der Verzahnung 25 ausgebildet ist. Im gelösten Zustand
der Feststellbremse 1 greift der Sperrbolzen 18 nicht in die Verzahnung 25
ein. Im arretierten Zustand der Bremse greift das eingreifende Ende 27 des
Sperrbolzens 18 in einen Zahnfreiraum 28 ein und verhindert somit eine
Bewegung des Zahnrades 24 im Aktuator 2. Die Bewegungsrichtung des
Zahnrades 24 ist in Fig. 3 durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Da das Zahnrad 24 des Aktuators 2 zum Spannen der Radbremse 30 in eine
Drehrichtung gedreht wird, muß die Verzahnung 25 des Zahnrades 24 nur
diese eine Drehrichtung sperren. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, kann die
Verzahnung 25 dazu genutzt werden, den Sperrbolzen 18 durch Drehen des
Zahnrades 24 in die andere Drehrichtung zu lösen. Der Sperrbolzen 18 wird
dann also aktiv aus der Sperrstellung gelöst, wenn der Betriebsbremsaktor
die Radbremse 30 weiter spannt.
Im unbestromten Zustand des Elektromagneten 15 wirkt die Vorspannfeder
14 tangential zur Federfläche der Blattfeder 4. Die Blattfeder 4 liegt im ersten
Bereich 19 am Anschlag 21 an, während sie im zweiten Bereich 20 des
Gehäuseinnenraumes nur in der Nut 9 selbst fixiert ist. In diesem Zustand
kann die Blattfeder 4 in dem nicht durch den Anschlag 21 behinderten
Bereich 20 auf der Hälfte ihrer Länge ausbauchen.
Die Blattfeder 4 ist so dimensioniert, daß die auf den Sperrbolzen 18
wirkenden Normalkräfte nicht zum Umschnappen der Feder 4 führen können.
Fließt ein Strom durch den Elektromagneten 15, so bildet sich ein Magnetfeld
um ihn aus, durch welches die ferromagnetische Druckscheibe 7 zum
Elektromagneten 15 hin gezogen wird. Dadurch wird die Blattfeder 4 weiter
zusammengedrückt. Auf Grund der Vorspannung durch die Vorspannfeder
14 wird die durch den Elektromagnet 15 aufzubringende Kraft minimiert.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, baucht der im zweiten Bereich 20 des
Gehäuseinnenraumes 17 ungeführte Teil der Blattfeder 4 solange aus, bis
sie von der einen stabilen Stellung in die zweite stabile Stellung umspringt.
Im Bild A der Fig. 4 ist die Feststellbremse 1 verriegelt. Der Sperrbolzen 18
wird mit Hilfe der Blattfeder 4, welche ihre erste stabile Stellung einnimmt,
indem sie am Anschlag 21 anliegt, in Richtung des Aktuators 2 gehalten.
Wird nun der Elektromagnet 15 bestromt, verbiegt sich der ungeführte Teil
der Blattfeder 4 (Bild B). Ist eine kritische Verbiegung erreicht, springt die
Blattfeder 4 um und bewegt dabei den Sperrbolzen 18 in Richtung des
Innenraumes 17 der Festellbremse 1. (Bild C). In diesem Zustand ist die
Bremse gelöst. Während des Umschnappens der Blattfeder 4 wird die
Stromversorgung durch die Bordnetzspannung des Elektromagneten 15
unterbrochen, um zu verhindern, daß die Blattfeder 4 nicht anschließend
wieder in die ursprüngliche Lage zurückkehrt.
Bei erneuter Bestromung des Elektromagneten 15 läuft der eben
beschriebene Vorgang in entgegengesetzter Richtung ab, die Blattfeder 4
bewegt während des Umspringens den Sperrbolzen 18 in Richtung Aktuator
2 aus dem Gehäuseinnenraum 17 der Feststellbremse 1 hinaus und
verriegelt die Bremse (Bild D).
Claims (16)
1. Vorrichtung zur Arretierung einer elektromechanisch betätigbaren
Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug in einer durch einen Aktuator eingestellten Position, welche in Abhängigkeit von
einer elektromagnetischen Kraft zwischen zwei Stellungen
umgeschaltet wird und in jeder Stellung stabil verharrt, wobei die
Bremseinrichtung mittels eines Feststellelementes arretierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das in die Bremseinrichtung (2)
eingreifende Feststellelement (18) von einem blattförmigen Federelement
(4) geführt ist, welches an seinen beiden Enden (5, 6) gelagert ist, wobei
das Federelement (4) mit seinem einen Ende (5) an einer
beweglichen, magnetischen Anordnung (7, 12) gelagert ist, welche
beabstandet zu einem Elektromagneten (15) angeordnet ist und bei
Aktivierung des Elektromagneten (15) angezogen wird und die
magnetische Anordnung (7) gegen das Ende (5) des Federelementes
(4) vorgespannt ist, welches sich in Abhängigkeit von der entlang der
Längserstreckung des Federelementes (4) angreifenden Kraft in einer
Richtung senkrecht zu der Längserstreckung verformt, wobei bei
Erreichen einer durch eine Führung (21, 22; 31, 32) vorgegebenen
Verformung des Federelementes (4) diese Verformung von der ersten
Richtung in eine zweite entgegengesetzte Richtung umspringt, wodurch
das Feststellelement (18) von der ersten stabilen Stellung, in welcher das
Feststellelement (18) in die Bremseinrichtung (2) eingreift und diese
arretiert, in die zweite stabile Stellung wechselt, wobei die
Bremseinrichtung (2) freigegeben ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Erreichung einer Vorbiegung des Federelementes (4) die
Längsausdehnung des Federelementes (4) größer als der Abstand der
beiden gelagerten Enden (5, 6) des Federelementes (4) im ungespannten
Zustand ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Federelement (4) vorzugsweise mittig entlang seiner Längserstreckung
eine Ausnehmung (23) aufweist, welche in eine Nut (26) des sich
annähernd senkrecht zur Längserstreckung des Federelementes (4)
ausdehnenden Feststellelementes (18) eingreift, wodurch das
Feststellelement (18) beim Umspringen des Federelementes (4) von einer
stabilen Stellung in die andere stabile Stellung bewegt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Federelement (4) partiell geführt von mindestens einem als Führung
ausgebildeten seitlichen Anschlag (21, 22) sich in einem ungeführten
Bereich in eine vorgegebene Richtung tangential zur Längserstreckung
verbiegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
magnetische Anordnung (7) aus ferromagnetischem Material besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
magnetische Anordnung (7) aus permanentmagnetischem Material
besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Feststellelement (18) formschlüssig in die Bremseinrichtung (2)
eingreift.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bremseinrichtung (2) entlang ihrer Bewegungsrichtung eine
periodische Verzahnung (25) aufweist, wobei der in die Verzahnung (25)
eingreifende Teil (27) des Feststellelementes (18) komplementär zu
einem Zahnfreiraum (28) der Verzahnung (25) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bremseinrichtung (2) drehbar gelagert ist, wobei zur Verhinderung
einer Drehbewegung der Bremseinrichtung (2) in eine
vorgegebene Richtung das Feststellelement (18) mit seiner längsten
Ausdehnung gegen eine parallel verlaufende Fläche des Zahnfreiraums
(28) der Verzahnung (25) drückt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bremseinrichtung ein Zahnrad (24) des Aktuators (2) ist, wobei der
Aktuator (2) eine Radbremse (30) eines Fahrzeuges betätigt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der
Seitenfläche des Zahnrades (24) die umlaufende Verzahnung (25)
angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels einer mechanischen Hilfseinrichtung das
Federelement (4) von der ersten in die zweite Stellung umgeschaltet wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
mechanische Hilfseinrichtung in einem beliebigen Winkel, vorzugsweise
aber senkrecht zur größten Verformung des Federelementes (4) angreift.
14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Federelement (4) in einem Feststellbremsgehäuse (3) angeordnet ist,
dessen sich entlang der Längserstreckung des Federelementes (4)
erstreckende Bereiche (19, 20) des Gehäuseinnenraumes zur Führung
der Verformung des Federelementes (4) unterschiedlich konkav
ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Führung der Verformung des Federelementes (4) der erste Bereich (19)
des Gehäuseinnenraumes unter Bildung zweier Anschläge (21, 22)
schwach konkav und zur Unterstützung des Umschnappens des
Federelementes (4) der zweite Bereich (20) des Gehäuseinnenraumes
zur Bildung zweier Anschläge (31, 32) stark konkav ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das das
Federelement (4) einschließende Gehäuse (3) modulartig ausgebildet ist
und außen an dem Aktuator (2) befestigt ist, wobei das Feststellelement
(18) aus dem Gehäuse (3) durch eine Öffnung in den Aktuator (2) geführt
ist.
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- 1999-12-20 DE DE1999161398 patent/DE19961398C2/de not_active Expired - Fee Related
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