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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Feststellbremse, insbesondere
zur Verwendung in einem Parkbremssystem von Kraftfahrzeugen, die
bevorzugt über
einen Elektromotor betätigt
wird und dabei die Bremsen gleichmäßig ansteuert. Solch eine Feststellbremse
ist in dem Dokument WO-A-99/30939 offenbart, das die Merkmale des
Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 offenbart.
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2. Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge
verschiedener Art verfügen meist über zwei
verschiedene Bremssysteme. Ein Bremssystem dient der Verringerung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs während der Fahrt und wird hydraulisch
oder pneumatisch über
beispielsweise ein Pedal betätigt.
Ein weiteres Bremssystem wird zur Sicherung des Fahrzeugs während des
Parkens verwendet. Innerhalb dieses Bremssystems werden die Bremsen
größtenteils über Bremszüge betätigt, die
mittels verschiedener Hebelmechanismen im Fahrgastraum unter Zugspannung
gesetzt werden. Man bezeichnet diese Bremsen auch als Hand- oder Feststellbremsen.
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Der
Stand der Technik liefert verschiedene Lösungen für Handbremsen und Feststellbremsen. Diese
Bremse kann entweder mit der Hand oder mit dem Fuß bedient
werden. Da das Betätigen
der Feststellbremse teilweise erheblichen Kraftaufwand erfordert,
wird sie gerade von älteren
Fahrern oft nicht im erforderlichen Maße angezogen. Dadurch entsteht einerseits
ein Sicherheitsrisiko, weil das Fahrzeug während des Parkens wegrollen
kann, und andererseits ist die Bedienung der Feststellbremse unkomfortabel.
Um diesen Kraftaufwand zu verringern sind im Stand der Technik Feststellbremsen
bekannt, die beispielsweise über
einen Elektromotor betätigt
werden.
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Neben
der komfortablen Bedienung der Feststellbremse muss die über beispielsweise
den Hebel erzeugte Zugbelastung gleichmäßig auf die Bremsen, meistens
der Hinterräder, übertragen
werden. Bei der Vorrichtung der
DE 198 53 656 A1 führt jeweils ein Bremszug von
der Bremse am Rad zum Betätigungselement
der Feststellbremse, das beispielsweise ein Hebel oder ein Elektromotor
sein kann. Zur gleichmäßigen Betätigung der
Bremsen sind beide Bremszüge
an einem Hebel jeweils in gleichem Abstand von der Mitte des Hebels
befestigt. Der Hebel ist in der Mitte schwenkbar über einen
weiteren Bremszug mit dem Betätigungsglied
der Feststellbremse verbunden. Durch die Schwenkbarkeit des Hebels
werden die Lasten gleichmäßig auf
die Bremszüge
verteilt. Als Nachteil wirkt sich aus, dass die Länge der
Bremszüge
an dem Hebel mit erheblichem Arbeitsaufwand justiert werden muss,
damit später
die Bremsen gleichmäßig betätigt werden können. Diese
Justierung muss außerdem
in regelmäßigen zeitlichen
Abständen
wiederholt werden, weil sich die Bremszüge beispielsweise durch Dehnung
verstellen.
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In
von der Anmelderin entwickelten Handbremssystemen werden die Bremszüge der Hinterräder über einen
sogenannten Verteiler miteinander verbunden. Der Verteiler wiederum
ist über
einen Bremszug mit dem Betätigungsglied
der Feststellbremse verbunden. Der Verteiler gewährleistet, dass sich beim Anziehen
der Feststellbremse die Bremszüge
der Hinterräder
zu jeweils gleichen Teilen verkürzen.
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Die
zu verkürzende
Distanz wird dabei durch den Bremszug definiert, der mit dem Betätigungsglied
verbunden ist. Trotz der Anwendbarkeit dieses System ist der hohe
Justier- und Wartungsaufwand der drei verschiedenen Bremszüge ein großer Nachteil
und erzeugt erhebliche Kosten.
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In
einem weiteren von der Anmelderin entwickelten Handbremssystem wird
jeweils ein Elektromotor mit einem Bremszug der Hinterräder verbunden.
Durch Ansteuern der Elektromotoren werden die Bremsen betätigt. Die
Elektromotoren können
dabei zum Beispiel wie eine Winde die Bremszüge aufwickeln. Damit beide
Hinterräder
gleichmäßig abgebremst
werden, müssen
einerseits die Längen
beider Bremszüge
genau eingestellt sein und andererseits die Motoren auf die gleiche
Weise drehen. Daraus resultiert wiederum als Nachteil ein hoher
Arbeitsaufwand zum Einstellen der Bremszüge und eine aufwendige elektrische
Ansteuerung der Motoren, die das Funktionieren des Handbremssystems
ermöglicht.
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Eine
weitere elektrische Feststellbremse offenbart die
DE 198 18 339 C1 . Die Bremsen
werden in diesem Bremssystem über
eine Rolle betätigt,
die mit einem Elektromotor angetrieben wird. Die Enden der Bremszüge der Hinterräder sind
dazu am Umfang der Rolle an gegenüberliegenden Seiten befestigt.
Bei einer Drehung der Rolle werden gleichzeitig gleich lange Strecken
der beiden Bremszüge
auf die Rolle aufgerollt und dadurch die Hinterräder gleichmäßig abgebremst. Nachteilig
wirkt sich auch hier wieder die aufwendige Längeneinstellung der Bremszüge aus,
um eine gleichmäßige Betätigung der Bremsen
zu gewährleisten.
Zudem müssen
die Bremszüge
regelmäßig überprüft und nachgestellt werden,
da sie sich im Verlaufe der Benutzung verstellen.
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Die
WO 98/56633 beschreibt eine Feststellbremsanlage für Personenkraftwagen
mit einer einen motorischen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor
aufweisenden Stelleinheit zum Anziehen oder Lösen eines Betätigungszuges
einer Bremseinrichtung des Fahrzeuges. Die Stelleinheit besitzt
ein mittels des Antriebes verstellbares Stellglied für den Betätigungszug,
dem eine Kraftmessvorrichtung zugeordnet ist.
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Es
ist ein Nachteil dieser elektrischen Feststellbremse, dass sie nur
einen Bremszug ansteuert. Das hat zur Folge, dass der zweite Bremszug über einen
Verteiler angeschlossen werden muss, was zusätzlichen Installations- und
Wartungsaufwand bedeutet und das Gewicht des Fahrzeugs erhöht. Der Betrieb
der Feststellbremse kann durch die Dehnung der Bremszüge eingeschränkt sein.
Daher müssen die
Bremszüge
regelmäßig gewartet
werden, um eine gleichmäßige Betätigung der
Bremsen zu gewährleisten.
Ein großer
Nachteil sind sowohl die aufwen digen Installations- und Wartungsarbeiten
wie auch der technische Aufwand für die elektrische Feststellbremse
selbst.
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Somit
ergibt sich basierend auf dem Stand der Technik das Problem der
vorliegenden Erfindung, eine Feststellbremse zu schaffen, die gleichzeitig zwei
Bremszüge
ansteuert und keiner zusätzlichen Übertragungs-
und Verteilungselemente bedarf. Außerdem soll die Feststellbremse
geringe Wartungs- und Installationskosten erzeugen, relativ einfach
hergestellt werden können
und einen sicheren, störungsfreien
Betrieb gewährleisten.
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3. Zusammenfassung der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine Feststellbremse, wie sie in Anspruch 1 definiert
ist. Weitere Merkmale, die einzeln oder in Kombination bevorzugte
Ausführungsformen
darstellen, sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die
erfindungsgemäße Feststellbremse
mit mindestens zwei Bremszügen,
insbesondere zur Verwendung in einem Parkbremssystem von Kraftfahrzeugen,
weist einen Aktuator mit Anlenkeinrichtungen, an denen die mindestens
zwei Bremszüge an
Anlenkstellen angelenkt sind, und eine Betätigungseinrichtung auf, die
derart ausgebildet und mit dem Aktuator verbunden ist, dass sie
den Abstand der Anlenkstellen gesteuert verändern kann, wodurch der Abstand
zwischen den Anlenkstellen sich vergrößert oder verkleinert.
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Durch
die Verwendung eines Aktuators wird die gleichzeitige Ansteuerung
von zwei Bremszügen mit
gleicher Kraft auf jeden Zug ermöglicht,
die bevorzugt die Bremsen der Hinterräder von Kraftfahrzeugen betätigen. Dieser
Aktuator kann basierend auf mechanischen, hydraulischen oder Druckluftsystemen
realisiert werden. Auf diese Weise werden dem Stellmechanismus nachgeschaltete
Kraftverteilungsmechanismen überflüssig und
ermöglichen
die Schaffung eines kompakten Handbremssystems.
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Weiterhin
schafft die vorliegende Erfindung eine Feststellbremse, wobei am
Aktuator ein Belastungssensor angelenkt ist.
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Die
Kombination aus Feststellbremse und Belastungssensor der vorliegenden
Erfindung liefert ein System, das gegen mechanische Überlast
und daher auch gegen Beschädigung
und Zerstörung durch
die Verwendung des Belastungssensors geschützt ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst der Belastungssensor einen Hall-Chip und einen Magneten
und eine Kopplungseinheit, wobei der Belastungssensor mit der Kopplungseinheit
derart zwischen den Anlenkstellen der Anlenkeinrichtung befestigt
werden kann, dass er die mechanische Belastung der Bremszüge bestimmt.
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Der
erfindungsgemäße Belastungssensor dient
dem Schutz der Feststellbremse und der Bremszüge vor mechanischer Überlast.
Die normale Bremsbelastung erzeugt eine Relativbewegung des Magneten
gegenüber
dem Hall-Chip. Basierend auf dem Hall-Effekt wird dadurch ein elektrisches
Signal erzeugt, mit dessen Hilfe die mechanische Belastung der Feststellbremse
bestimmt werden kann.
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In
einer Ausführungsform
ist der Magnet derart angeordnet, dass beim Betätigen der Feststellbremse der
Magnet gegen die Kraft zumindest einer Feder ausgelenkt werden kann,
wodurch ein Belastungssignal im Hall-Chip erzeugt wird. Bevorzugt weist
der Belastungssensor eine Rückstellfeder
zur Rückstellung
eines Stellglieds im Belastungssensor auf. Erfindungsgemäß umfasst
der Belastungssensor eine Maximalspannungsfeder zur Erzeugung einer
der Belastung der Bremszüge
entgegen wirkenden mechanischen Referenzlast und eine Vorspannfeder
zur Vorspannung der Bremszüge.
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Die
im Belastungssensor eingesetzten Federn werden in Abhängigkeit
von der mechanischen Belastung ausgelenkt. Dementsprechend wird
der Magnet gegenüber
dem Hall-Chip verschoben und generiert ein Signal. Da die Federkonstanten der
Federn bekannt sind, kann das generierte Signal einer bestimmten
mechanischen Belastung zugeordnet werden. Auf diese Weise kann die
Belastung effektiv kontrolliert werden. Des weiteren werden die
verschiedenen Federn verwendet, um zum Beispiel die Positionierung
des Magneten zum Hall-Chip zu unterstützen oder um eine mechanische
Vorspannung beispielsweise in einem angeschlossenen Bremszug zu
erzeugen.
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Eine
weitere Ausführungsform
liefert den Belastungssensor mit einem zweiteiligen Gehäuse, dessen
Bestandteile so verbunden sind, dass die Federn variabel vorgespannt
werden können.
Um die im Belastungssensor vorhandenen Federn geeignet einstellen
zu können,
wird das Gehäuse
zweiteilig bereitgestellt. Die zwei Teile des Gehäuses können so
miteinander verbunden werden, dass die Federn im Inneren des Gehäuses unterschiedlich
stark vorgespannt werden.
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In
einer Ausführungsform
sind der Hall-Chip und der Magnet justierbar in dem Belastungssensor befestigt.
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Die
Justierbarkeit von Hall-Chip und Magnet ermöglichen eine optimale Positionierung
zueinander. Dadurch wird ein verlässliches und der Belastung
entsprechendes Signal geliefert.
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In
einer ersten Ausführungsform
weist die Betätigungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Feststellbremse
ein Getriebe und einen Elektromotor zur Erzeugung und Übertragung
einer Rotation auf den Aktuator auf, so dass durch den Aktuator
eine Umwandlung der Rotation in eine lineare Bewegung der Anlenkstellen
der Anlenkeinrichtung zur gleichzeitigen Betätigung der mindestens zwei
Bremszüge ermöglicht wird.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
liefert die vorliegende Erfindung eine Feststellbremse, die leicht
und bequem mit Hilfe eines Elektromotors betätigt werden kann. Die rotierende Bewegung
des Elektromotors wird mit Hilfe eines Getriebes übertragen,
um einerseits den Elektromotor mechanisch zu entlasten und andererseits
die Kraft optimal zu übertragen.
Der genannte Aktuator wird vorzugsweise zur Umwandlung der Rotation
in eine Translation verwendet. Auf diese Weise wird mittels einer
einfachen Anordnung gleichzeitig eine geeignete Lastübertragung
auf mindestens zwei Bremszüge und
die damit verbundenen Bremsen gewährleistet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
die Anlenkeinrichtung der Feststellbremse zwei Enden auf, die jeweils
mit einem Bremszug verbunden sind. Außerdem weist der erfindungsgemäße Aktuator
eine Spindel und eine Mutter bzw. Nuss auf, wobei die Spindel derart
in der Mutter geführt
ist, dass durch die übertragene
Rotation ein Auf- oder Abschrauben der Mutter von der Spindel ermöglicht wird.
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Durch
die Verbindung der Bremszüge
mit den Enden der Anlenkeinrichtung der Feststellbremse und durch
den erfindungsgemäßen Aufbau
aus den obigen Elementen wird eine gleichzeitige und eine gleichmäßige Verteilung
der generierten mechanischen Last auf die angeschlossenen Bremsen
gewährleistet.
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Bei
einer Ausführungsform
der Feststellbremse weist der Aktuator einen Rotationszylinder mit
Zahnkranz auf, der derart angeordnet ist, dass der Zahnkranz des
Rotationszylinders in das Getriebe eingreifen kann und dadurch die Übertragung
der Rotation des Getriebes auf den Rotationszylinder ermöglicht.
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Durch
die Verwendung eines Zahnkranzes wird die vom Elektromotor erzeugte
Rotation über das
Getriebe bis zum Rotationszylinder übertragen. Die Rotation des
Rotationszylinders führt
zu einer Verkürzung
oder Verlängerung
des Aktuators, wodurch die Enden der Bremszüge ausgelenkt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Feststellbremse umfasst der Aktuator einen Hohlzylinder mit
Längsrillen
und die Mutter ist nahe bei einem inneren En de des Hohlzylinders
derart befestigt, dass durch das Auf- oder Abschrauben der Mutter von
der Spindel die Spindel teilweise von dem Hohlzylinder aufgenommen
werden kann und dadurch den Abstand zwischen den Anlenkstellen verändert, oder
dass der Aktuator einen Hohlzylinder mit Gewinde umfasst und die
Mutter nahe bei einem inneren Ende des Rotationszylinders derart
befestigt ist, dass durch das Auf- oder Abschrauben der Mutter von
der Spindel die Spindel teilweise von dem Hohlzylinder mit Gewinde
aufgenommen werden kann und dadurch den Abstand zwischen den Anlenkstellen
verändert.
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Der
erfindungsgemäße Aktuator
umfasst in zwei bevorzugten Ausführungsformen
einen Hohlzylinder mit Längsrillen
und Mutter oder einen Hohlzylinder mit Gewinde. Der Aktuator verkürzt sich,
indem die Spindel in den Hohlzylinder mit Längsrillen und Mutter geschraubt
wird oder indem Spindel und Hohlzylinder mit Gewinde in den Rotationszylinder
geschraubt werden. Die Länge
des Aktuators definiert eine bestimmte Entfernung zwischen den Enden
der Bremszüge.
Verkleinert sich die Entfernung zwischen den Enden der Bremszüge, wird
die generierte mechanische Zugbelastung gleichmäßig auf die beiden Hinterräder verteilt.
Bei Vergrößerung der
Entfernung werden dementsprechend die Bremszüge entlastet und die Bremsen
gelöst.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist ein Bremszug mittels der Anlenkeinrichtung im Endbereich der
Spindel und der andere Bremszug mittels der Anlenkeinrichtung im
Endbereich des Hohlzylinders oder des Hohlzylinders mit Gewinde
angelenkt, wobei der Bremszug über
eine formschlüssige
Verbindung derart an dem einen Endbereich des Hohlzylinders oder
des Hohlzylinders mit Gewinde angelenkt ist, dass eine Entkopplung
der Rotation von dem Bremszug ermöglicht wird. Der Bremszug weist dazu
eine Verdickung und das eine Ende des Hohlzylinders oder des Hohlzylinders
mit Gewinde ein Befestigungselement auf, wobei das Ende des Bremszuges
in eine schlitzförmige Öffnung des
Befestigungselements eingreift.
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Durch
die erfindungsgemäße Verbindung wird
der Bremszug mit dem jeweiligen Hohlzylinder verbunden. Würde der
Bremszug ebenfalls die Rotation des Aktuators ausführen, würde dieser
Vorgang zur Beschädigung
oder Zerstörung
des Bremszuges führen.
Durch die formschlüssige
Verbindung wird der Bremszug entkoppelt von der Rotation befestigt und
gleichzeitig wird eine uneingeschränkte Betätigung der Bremsen gewährleistet.
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In
einer anderen Ausführungsform
weist der Rotationszylinder an seiner Innenseite Vorsprünge auf,
die in die Rillen des Hohlzylinders eingreifen, wodurch die Rotation
des Rotationszylinders auf den Hohlzylinder übertragen werden kann, oder
der Rotationszylinder weist ein Gewinde auf, das komplementär zum Gewinde
des Hohlzylinders mit Gewinde ausgebildet ist, wodurch der Hohlzylinder
mit Gewinde durch die Rotation des Rotationszylinders mit Gewinde
in oder aus dem Rotationszylinder mit Gewinde geschraubt werden
kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
weisen das Gewinde der Mutter und das Gewinde an der Innenseite
des Rotationszylinders entgegengesetzten Drehsinn auf, so dass durch
die Rotation des Rotationszylinders mit Gewinde die Spindel und
der Hohlzylinder mit Gewinde gleichzeitig in oder aus dem Rotationszylinder
mit Gewinde geschraubt werden können.
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In
Abhängigkeit
von den bevorzugten Ausführungsformen
des Aktuators ist der Rotationszylinder unterschiedlich ausgebildet.
Durch die Rotation des Rotationszylinders wird die Länge des
Aktuators variiert. Dies kann einerseits dadurch erfolgen, dass der
Hohlzylinder mit Mutter mittels des Rotationszylinders mit Längsrillen
auf die Spindel geschraubt wird. Andererseits kann der Rotationszylinder
mit Gewinde und Mutter die Spindel und den Hohlzylinder mit Gewinde
gleichzeitig in den Rotationszylinder hinein- oder aus dem Rotationszylinder
hinausschrauben.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Feststellbremse umfasst ein manuelles Notsystem, mit dem bei
Ausfall der Betätigungseinrichtung
die Feststellbremse manuell betätigt
werden kann, insbesondere wobei das manuelle Notsystem eine manuell
betätigbare
Drehmomentenübertragungseinrichtung,
vorzugsweise eine flexible Welle zur Übertragung eines Drehmoments
auf die Betätigungseinrichtung
aufweist.
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Im
Falle des Versagens der Betätigungseinrichtung
der Feststellbremse ist es mit Hilfe des Notsystems möglich, ein
Drehmoment zum Getriebe der Feststellbremse zu übertragen, um auf diese Weise die
Bremse zu betätigen.
Das Drehmoment wird mittels einer flexiblen Welle übertragen.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die elektrische Feststellbremse
in jeder Situation betätigt
werden kann.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das manuelle Notsystem ein Schloss mit Schlüssel, das
gegen die Kraft einer Feder derart verschoben werden kann, dass
sich die flexible Welle mit der Motorachse oder einer Verlängerung
davon verbindet.
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Durch
die bevorzugte Ausführungsform
des Notsystems wird gewährleistet,
dass die flexible Welle nicht ständig
mit der Motorachse oder einer Verlängerung davon verbunden ist.
Nur bei Benutzung des passenden Schlüssels kann eine wirksame Verbindung
zur Betätigung
der Feststellbremse hergestellt werden. Diese Verbindung wird durch
die Wirkung der Feder wieder getrennt, sobald das Notsystem nicht
mehr verwendet wird.
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4. Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung werden die derzeit bevorzugten
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben,
in der zeigt:
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1 eine
Gesamtansicht der elektrischen Feststellbremse gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
Schnittbild des Aktuators der elektrischen Feststellbremse gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform;
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3 ein
Schnittbild des Aktuators der elektrischen Feststellbremse gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform;
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4 eine
Seitenansicht des bevorzugten manuellen Notsystems;
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5 eine
Seitenansicht des Belastungssensors; und
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6 eine
Seitenansicht des Belastungssensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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5. Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Feststellbremse 1 gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 1 in einer
Gesamtansicht dargestellt. Sie wird durch ein Gehäuse 20 zum
Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigung umgeben. Die Feststellbremse
wird über
einen Elektromotor 5 und ein Getriebe 10 betätigt. Der
Elektromotor 5 wird vom Fahrer indirekt über geeignete
Bedienelemente und daran gekoppelte Sensoren angesteuert. Der Umfang
und die Art des Getriebes 10 richten sich nach dem verwendeten
Elektromotor 5 und dienen der optimalen Kraftübertragung
sowie dem Schutz des Elektromotors 5 vor Überlastung.
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Das
Getriebe 10 treibt über
einen Zahnkranz 31 einen Aktuator 30 an. Über den
Aktuator 30 wird die Drehbewegung des Elektromotors 5 in
eine lineare Bewegung umgewandelt. Diese lineare Bewegung des Aktuators 30 wird über Bremszüge 60 zu
den jeweiligen zu betätigenden
Bremsen übertragen.
Dazu ist in der ersten bevorzugten Ausführungsform der elektrischen
Feststellbremse an jedem der zwei Enden des Aktuators 30 jeweils
ein Bremszug 60 beispielsweise in Form eines Bowdenzugs
befestigt. Die Ummantelung des Bremszugs stützt sich jeweils am Gehäuse 20 ab.
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Der
Aktuator 30 gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform
der elektrischen Feststellbremse 1 umfasst einen Rotationszylinder 32 mit
einem Zahnkranz 31 und zwei Buchsen 33, eine Spindel 34 und
einen Hohlzylinder 37 mit Mutter 35. Der Zahnkranz 31 und
die Buchsen 33 sind an der Außenseite des Rotationszylinders 32 befestigt. Über den
Zahnkranz 31 wird die Rotation des Getriebes 10 auf
den Aktuator 30 übertragen,
während
die Buchsen 33 der geeigneten Lagerung des Rotationszylinders 32 und des
gesamten Aktuators 30 dienen. An seiner Innenseite weist
der Rotationszylinder 30 Vorsprünge auf. Diese Vorsprünge greifen
in Längsrillen 38 ein,
die sich an der Außenseite
und entlang der Längsachse des
Hohlzylinders 37 erstrecken (siehe 2). Die formschlüssige Verbindung
zwischen den genannten Vorsprüngen
des Rotationszylinders 32 und den Längsrillen 38 des Hohlzylinders 37 ermöglicht die Übertragung
der Rotation auf den Hohlzylinder, während dieser gleichzeitig entlang
der Längsachse
des Rotationszylinders 32 verschiebbar ist.
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2 zeigt
ein Schnittbild des Aktuators 30 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Zustand der größten Verkürzung. Anhand der Darstellung
wird deutlich, dass die Mutter 35 im Inneren nahe dem der
Spindel zugewandten Ende des Hohlzylinders 37 befestigt
ist. Am gegenüberliegenden
Ende des Hohlzylinders 37 wird einer der Bremszüge 60 (nicht
gezeigt= befestigt. Die Mutter 35 weist an ihrer Innenseite
ein zur Spindel 34 komplementäres Gewinde auf, so dass der
Hohlzylinder 37 mit Mutter 35 auf die Spindel 34 auf-
oder von der Spindel 34 abgeschraubt werden kann. Das Auf-
und Abschrauben des Hohlzylinders 37 mit Mutter 35 auf
die Spindel 34 ist möglich,
weil eine Rotation der Spindel 34 verhindert ist.
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Wird
der Elektromotor 5 angesteuert, überträgt sich seine Drehbewegung über das
Getriebe 10 und den Zahnkranz 33 auf den Rotationszylinder 32. Durch
den Rotationszylinder 32 wird über die genannten Vorsprünge der
Hohlzylinder 37 mit Mutter 35 ebenfalls in Drehung
versetzt. In Abhängigkeit
von der Drehrichtung des Hohlzylinders 37 mit Mutter 35 wird
dieser auf die Spindel 34 aufgeschraubt oder von ihr abgeschraubt.
Dadurch verkürzt
oder verlängert
sich der Aktuator 30. Da die Bremszüge 60 an den Enden
des Aktuators 30 befestigt sind, werden sie durch die Verkürzung des
Aktuators 30 auf Zug belastet oder durch die Verlängerung
des Aktuators 30 entlastet. Des weiteren wird die Zugbelastung gleichmäßig auf
die Bremszüge 60 verteilt,
weil der Hohlzylinder 37 mit Mutter 35 und Spindel 34 innerhalb
des Rotationszylinders 32 frei verschiebbar ist. Dadurch
werden ebenfalls die anzusteuernden Bremsen durch die Bremszüge 60 gleichmäßig betätigt.
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An
dem Ende 34A der Spindel, das sich innerhalb des Hohlzylinders 37 befindet,
ist ein Widerlager befestigt. Dieses Widerlager schützt die
Spindel 34 vor Beschädigung,
falls sie zu weit in den Hohlzylinder 37 hineingeschraubt
werden sollte. Am gegenüberliegenden
Ende 34B der Spindel 34 ist der Bremszug 60 über einen
Belastungssensor 40 mit der Spindel 34 verbunden
(siehe 1). Der Belastungssensor 40 dient der
Kontrolle der Belastung der erfindungsgemäßen elektrischen Feststellbremse 1. Im
Falle einer auftretenden Überlastung
der elektrischen Feststellbremse 1 kann dadurch das gesamte System
entlastet oder abgeschaltet werden, um eine Beschädigung zu
verhindern oder zu begrenzen. Der Belastungssensor 40 wird
im Detail unten erläutert.
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An
dem von der Mutter 35 entfernten äußeren Ende 37A des
Hohlzylinders 37 ist der Bremszug 60 befestigt.
Die Art der Befestigung gewährleistet, dass
der Bremszug 60 von der Rotation des Hohlzylinders 37 entkoppelt
ist, siehe 2. Dazu weist das Ende des Bremszuges 60 eine
Verdickung 62 auf, die einen größeren Durchmesser als der Bremszug 60 hat.
Ein komplementäres
Befestigungselement 64, das zum Beispiel mit dem Hohlzylinder 37 verbunden werden
kann oder direkt im Hohlzylinder 37 integriert ist, weist
bevorzugt eine schlitzförmige Öffnung auf. Die
schlitzförmige Öffnung ist
breiter als der Bremszug 60 und schmaler als die Verdickung 62.
Durch Einsetzen des Bremszugs 60 entsteht eine formschlüssige Verbindung
zwischen Bremszug 60 und Befestigungselement 64,
mit deren Hilfe nur Zugkräfte
und keine Drehmomente übertragen
werden können.
Erfindungsgemäß bevorzugt
kann das Befestigungselement 64 ebenfalls mit dem Aktuators 130 gemäß der Ausführungsform
in 3 verbunden werden.
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3 zeigt
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Aktuators 130 der
vorliegenden Erfindung. In dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die Mutter 135 innerhalb und nahe dem der Spindel 134 zugewandten
Ende des Rotationszylinders 132 befestigt. Die Mutter 135 weist
an ihrer Innenseite ein zur Spindel 134 komplementäres Gewinde 135G auf.
Die Innenseite des Rotationszylinders 132 nahe dem Hohlzylinder
mit Gewinde 137 und die Außenseite des Hohlzylinders
mit Gewinde 137 weisen ebenfalls ein Gewinde 132G, 137G auf,
die zueinander komplementär
sind. Das Gewinde 135G der Mutter 135 und das
Gewinde 132G des Rotationszylinders 132 haben
entgegengesetzten Drehsinn. Wird der Rotationszylinder 132 über das
Getriebe 10 und den Elektromotor 5 in Rotation
versetzt, werden gleichzeitig Spindel 134 und Hohlzylinder
mit Gewinde 137 in den Rotationszylinder 132 geschraubt
oder aus dem Rotationszylinder 132 herausgeschraubt. Um
eine optimale Verkürzung
des Aktuators 130 zu ermöglichen, können Teile der Spindel 134 von
dem Hohlzylinder mit Gewinde 137 aufgenommen werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des oben genannten Belastungssensors 40 zum Schutz der elektrischen
Feststellbremse 1 vor Überlast,
Beschädigung
und Zerstörung
zeigt 5.
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Der
Belastungssensor 40 funktioniert auf der Basis des bekannten
Hall-Effekts. Ein sich änderndes
Magnetfeld erzeugt in senkrecht zu diesem Magnetfeld orientierten
elektrischen Leitern eine sogenannte elektrische Hall-Spannung.
Diese Hall-Spannung ist ein Maß für die Änderung
des Magnetfelds und kann nach geeigneter Kalibrierung zu Messzwecken
verwendet werden.
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Wie 5 zeigt,
weist der Belastungssensor 40 einen in einer Chiphalterung 42 befestigten Hall-Chip 41,
einen in einer Magnethalterung 44 befestigten Magneten 43,
mindestens eine Feder 45, eine Befestigung 46 des
Bremszuges 60, ein Sensorgehäuse 47 und eine Kopplungseinheit 50 zur
Befestigung am Aktuator 30, 130 auf.
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Der
Hall-Chip 41 ist in einer justierbaren Chiphalterung 42 befestigt.
Mit Hilfe der Justierung kann der Hall-Chip 41 optimal
zu dem durch den Magneten 43 erzeugten magnetischen Feld
orientiert werden. Der Magnet 43 ist in einer Magnethalterung 44 befestigt
und kann entweder durch einen Dauermagneten oder eine Spule realisiert
werden. In der bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Belastungssensors 40 werden
die Magnethalterung 44 und die Befestigung 46 des
Bremszuges 60 durch ein gemeinsames Bauteil gebildet. Es
ist jedoch auch möglich,
Magnethalterung 44 und Befestigung 46 des Bremszuges 60 einzeln
auszubilden.
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Die
Magnethalterung 44 umfasst einen tellerartigen Bereich,
an dem sich die Feder 45 abstützt. Die Feder 45 ist
spiralförmig
ausgebildet, wobei aber auch andere Federformen zur Umsetzung der
Funktion des Belastungssensors 40 möglich sind. Die Feder 45 ist
unter mechanischer Vorspannung zwischen dem tellerartigen Bereich
der Magnethalterung 44 und dem Gehäuse 47 eingespannt.
Zur Einstellung der Stärke
der mechanischen Vorspannung wird eine Gehäusekappe 47 verstellbar
an dem Gehäuse 47 befestigt.
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Der
Belastungssensor 40 umfasst weiterhin eine Kopplungseinheit 50 zur
Befestigung des Belastungssensors 40 am Aktuator 30, 130.
Diese Kopplungseinheit 50 kann durch eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung
gebildet werden.
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Die
formschlüssige
Verbindung könnte
dabei zusätzlich
zur Entkopplung von Drehbewegungen dienen, die der Aktuator 30 ausführt.
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Wird
nun der Bremszug 60 mechanisch auf Zug belastet, wird das
gemeinsame Bauteil bestehend aus Magnethalterung 44 und
Befestigung 46 des Bremszuges 60 in Pfeilrichtung
ausgelenkt. Dabei wird gleichzeitig die Feder 45 komprimiert,
weil sie sich an der Gehäusekappe 47A abstützt. Aufgrund
der Auslenkung der Magnethalterung 44 ändert sich der Abstand des
Magneten 43 zum Hall-Chip 41. Dadurch ändert sich
ebenfalls das den Hall-Chip 41 umgebende Magnetfeld und
im Hall-Chip 41 wird eine elektrische Spannung erzeugt. In
Abhängigkeit
von der Federkonstante der Feder 45 und der durch den Bremszug 60 aufgebrachten
Last variiert die Auslenkung des Magneten 43 und die Stärke der
erzeugten elektrischen Spannung im Hall-Chip 43. Kalibriert
man die erzeugte elektrische Spannung auf die zur Auslenkung der
Feder 45 notwendige Kraft, erhält man anhand der im Hall-Chip 41 erzeugten
elektrischen Spannung ein Maß für die mechanische
Belastung des Bremszuges 60. Da sich die mechanische Last
in der erfindungsgemäßen elektrischen
Feststellbremse 1 gleichmäßig auf die Bremszüge 60 verteilt,
erhält
man durch den erfindungsgemäßen Belastungssensor 40 ebenfalls
ein Maß für die Gesamtbelastung
der elektrischen Feststellbremse 1. In Abhängigkeit
von einer zu überschreitenden
elektrischen Spannung, die im Belastungssensor 40 erzeugt
wurde, kann dann beispielsweise die elektrische Feststellbremse
abgeschaltet werden, um sie vor Überlastung,
Beschädigung
und Zerstörung
zu schützen.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Belastungssensors 400 zeigt 6. Der
Belastungssensor umfasst eine Vorspannfeder 451 zur geeigneten
Vorspannung der Bremszüge 60, eine
Maximalspannungsfeder 450 zur Kontrolle der Maximalbelastung
der Bremszüge 60 und
der Feststellbremse 1 und eine Rückstellfeder 452 zur
Sicherung der Position des Magneten 430 gegenüber dem Hall-Chip 410.
Die Vorspannfeder 451 hält
die Bremszüge 60 gespannt,
um eine sofortige Betätigung
der Bremsen zu gewährleisten.
Im Ruhezustand wird die Maximalspannungsfeder 450 nicht
belastet und verfügt über eine
gewisse Strecke freier Verschiebung X (siehe 6) entlang
ihrer Längsachse.
Wird die elektrische Feststellbremse 1 angezogen, wird
zunächst
die Vorspannfeder 451 um die Strecke X zusammengedrückt, bevor
die Maximalspannungsfeder 450 belastet wird. Während der
Verschiebung um die Strecke X wird die Position des Magneten 430 nicht
verändert.
Der Magnet 430 ist an einer Hülse 487 auf einem
Zylinder 485 befestigt, wobei die Hülse 487 durch die
Rückstellfeder 452 gegen einen
Anschlag nahe des Hall-Chips 410 gedrückt wird. Der Zylinder 485 ist
innerhalb der Hülse 487 um die
Strecke X frei verschiebbar. Werden die Bremszüge 60 über die
Strecke X hinaus ausgelenkt, wird der Magnet 430 gegenüber dem
Hall-Chip 410 verschoben und generiert ein auswertbares
Signal. Das Signal im unverschobenen Zustand kennzeichnet dabei
die Last, die durch das Zusammendrücken der Vorspannfeder 451 um
die Strecke X erzeugt wird. Bei maximaler Belastung der elektrischen
Feststellbremse 1 und der Bremszüge 60 wird die Maximalspannungsfeder 450 um
eine bekannte Strecke zusammengedrückt, da ihre Federkonstante
bekannt ist. Diese bekannte Strecke entspricht einem Referenzsignal,
das durch den Hall-Chip 410 produziert wird. Dieses Referenzsignal
kann benutzt werden, um die erfindungsgemäße elektrische Feststellbremse 1 vor
mechanischen Überlasten
zu schützen
und abzuschalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße elektrische Feststellbremse 1 ein
manuelles Notsystem 70 auf, das sich für den Fahrer erreichbar im
Fahrgastraum des Fahrzeuges befindet (siehe 4). Im Falle
eines Ausfalls des Elektromotors 5 kann mit Hilfe des manuellen
Notsystems 70 die elektrische Feststellbremse 1 per
Hand betätigt
werden.
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Das
manuelle Notsystem 70 ist über eine flexible Welle 72 mit
dem Getriebe 10 koppelbar. Die flexible Welle 72 dient
der Übertragung
eines Drehmoments auf die Achse des Elektromotors 5. Des
weiteren umfasst das manuelle Notsystem 70 ein Schloss 74,
ein Systemgetriebe 76 und eine Feder 78. Durch Einsetzen
eines passenden Schlüssels
in das Schloss 74 können
zwei verschiedene Funktionen ausgeführt werden. Erstens können das
Schloss 74 und das Systemgetriebe 76 gegen die
Kraft der Feder 78 zu der schlossabgewandten Seite verschoben werden.
Dadurch wird auch die flexible Welle 72 in Richtung der
Motorachse verschoben und bildet mit einer geeigneten Aufnahme innerhalb
der Motorachse oder innerhalb einer Verlängerung der Motorachse eine
formschlüssige
Verbindung.
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Zweitens
kann mit Hilfe des Schlüssels
eine Rotation auf die flexible Welle 72 und somit ebenfalls auf
die Motorachse übertragen
werden. Mittels dieser Rotation wird die erfindungsgemäße elektrische Feststellbremse 1 betätigt. Wird
das manuelle Notsystem 70 nicht mehr betätigt, drückt die
Feder 78 das Systemgetriebe 76 und das Schloss 74 zurück. Dadurch
wird auch das Ende der flexiblen Welle 72 aus der formschlüssigen Verbindung
mit der Motorachse oder mit einer Verlängerung der Motorachse gelöst. Der
Schlüssel
wird schließlich
wieder aus dem manuellen Notsystem entfernt.
-
Neben
den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Feststellbremse
und im speziellen des Aktuators 30, 130 ist es
aber auch möglich, den
Aktuator mit Hilfe von hydraulischen oder pneumatischen Mitteln
zu realisieren. Ganz allgemein ist zur Umsetzung des Grundprinzips
des Aktuators jedes System geeignet, mit dem eine kontrollierte
Längenvariation
realisiert werden kann.
-
- 1
- Feststellbremse
- 5
- Elektromotor
- 10
- Getriebe
- 20
- Gehäuse
- 30;
130
- Aktuator
- 31;
131
- Zahnkranz
- 32;
132
- Rotationszylinder
- 132G
- Gewinde
des Rotationszylinders
- 33
- Buchse
- 34;
134
- Spindel
- 34A,
34B
- Enden
der Spindel
- 35;
135
- Mutter
- 37
- Hohlzylinder
- 137
- Hohlzylinder
mit Gewinde
- 137G
- Gewinde
des Hohlzylinders
- 37A
- äußeres Ende
des Hohlzylinders
- 38
- Längsrillen
- 41;
410
- Hall-Chip
- 42
- Chiphalterung
- 43;
430
- Magnet
- 44
- Magnethalterung
- 45
- Feder
- 46;
460
- Befestigung
des Bremszugs
- 47;
470
- Sensorgehäuse
- 47A
- Gehäusekappe
- 50;
500
- Kopplungseinheit
- 60
- Bremszug
- 62
- Verdickung
- 64
- Befestigungselement
- 70
- manuelles
Notsystem
- 72
- flexible
Welle
- 74
- Schloss
- 76
- Systemgetriebe
- 78
- Feder
- 450
- Maximalspannungsfeder
- 451
- Vorspannfeder
- 452
- Rückstellfeder
- 480
- tellerförmiger Bereich
- 485
- Zylinder
- 487
- Hülse
- 490
- Stellglied