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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatisierte Feststellbremse, um ein Fahrzeug festzustellen. Ferner umfasst die vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Feststellbremse.
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Feststellbremsen (Parkbremsen) sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bisher verwenden Fahrzeuge häufig eine mechanische Feststellbremse, bei welcher der Fahrer über einen Handgriff und einen Seilzug die Feststellbremse des Fahrzeugs betätigt. In jüngster Zeit sind auch automatisierte Feststellbremsen vorgeschlagen worden, bei denen ein Fahrer die Feststellbremse über einen Schalter im Fahrzeug betätigt. Hierbei wird der Feststellbremswunsch des Fahrers einer Steuerung zugeführt, welche beispielsweise einen am Bremskolben angeordneten elektrischen Motor betreibt, um den Feststellbremswunsch auszuführen. Bei derartigen elektromechanischen Bremsen kann auf eine hydraulische oder pneumatische Kraftübertragung verzichtet werden. Allerdings ist es notwendig, an jedem Rad einen elektrischen Antrieb mit entsprechenden Versorgungsleitungen vorzusehen.
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Ferner sind auch elektrohydraulische, automatisierte Bremseinrichtungen bekannt, bei denen ein Feststellbremswunsch des Fahrers einer Steuerung zugeführt wird, die eine Hydraulik betreibt, um den Feststellbremswunsch auszuführen.
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Bekannt sind beispielsweise auch Hydraulische Fahrzeugbremsen aus der
DE 103 20 800 A1 bei denen ein Bremskolben zusammen mit einem Steuerkolben zum Betrieb der Feststellbremse verwendet wird und der Steuerkolben über ein Federelement mit einem Betriebsdruckraum, zusammenwirkend mit dem Bremskolben, zusammenwirkt.
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Auch sind Hydraulische Fahrzeugbremsen aus der
DE 103 29 694 A1 bekannt bei denen die Feststellbremsvorrichtung auf einen Bremskolben wirkt und im zugespannten Zustand mittels einer Verriegelungsvorrichtung verriegelbar ist, und wobei ein mit dem Bremskolben zusammenwirkender Arbeitsspeicher mit mindestens einem integrierten Federelement vorgesehen ist.
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Bei elektrohydraulischen Bremseinrichtungen wäre es insgesamt wünschenswert, eine Rückmeldung über den Eingriff der Feststellbremse zu haben.
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Vorteile der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen automatisierten Feststellbremse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird bei einer hydraulisch vorgespannten Feststellbremse eine mechanische Verriegelung zur Sicherung des Parkzustandes vorgesehen. Zum Lösen der Feststellbremse ist erfindungsgemäß kein zusätzlicher Hydraulikdruck notwendig, sondern das Lösen kann lediglich mittels mechanischer Kraft erfolgen. Die erfindungsgemäße automatisierte Feststellbremse weist dabei einen besonders kompakten und einfachen Aufbau auf. Somit ist erfindungsgemäß zum Lösen der Feststellbremsvorrichtung kein hydraulisches oder pneumatisches Druckmedium erforderlich, so dass eine Belastung eines Druckmittelerzeugers beim Lösen der Feststellbremse nicht notwendig ist. Dadurch kann einerseits die Lebensdauer des Druckmittelerzeugers vergrößert werden und andererseits tritt keine Geräuschentwicklung beim Lösen der Feststellbremse auf. Zum Lösen der automatisierten Feststellbremse wird erfindungsgemäß die in der Feststellbremse gespeicherte Energie unterstützend verwendet. Die Energie ist vorzugsweise in einem Federelement gespeichert, welches zur Vorspannung eines Hilfskolbens verwendet wird und im verriegelten Zustand der Feststellbremse komprimiert ist. Die erfindungsgemäße automatisierte Feststellbremse umfasst ferner einen Bremskolben, einen zwischen dem Bremskolben und dem Hilfskolben angeordneten Fluidraum und eine mit dem Hilfskolben über eine Gewindeverbindung verbundene Spindeleinrichtung. Die Spindeleinrichtung wird mittels eines Antriebs betrieben und ein erstes und ein zweites Getriebe ist zwischen dem Antrieb und der Spindeleinrichtung angeordnet. Dabei ist ein Übersetzungsverhältnis des ersten und des zweiten Getriebes verschieden voneinander. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff ”Übersetzungsverhältnis” das Verhältnis zwischen einer Eingangsgröße und einer Ausgangsgröße verstanden. Dadurch kann zum Lösen der Feststellbremse ein zum Verriegeln der Feststellbremse unterschiedliches Drehmoment verwendet werden, so dass zum Lösen der Feststellbremse ein größeres Drehmoment zur Verfügung stehen kann. Das erste Getriebe treibt die Spindeleinrichtung in einer ersten Richtung an und das zweite Getriebe treibt die Spindeleinrichtung in einer zweiten Richtung an, welche zur ersten Richtung entgegengesetzt ist. Dadurch verwendet die automatisierte Feststellbremse das erste Getriebe beispielsweise zum Verriegeln der Feststellposition und das zweite Getriebe ausschließlich zum Lösen der verriegelten Position. Da der Antrieb üblicherweise ein Elektromotor ist, kann ein Lösen der Feststellbremse mit rein elektromechanischen Kitteln erreicht werden, ohne dass eine zusätzliche hydraulische oder pneumatische Kraft notwendig ist.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein besonders kompakter Aufbau kann erhalten werden, wenn die Spindeleinrichtung vorzugsweise ein erstes und ein zweites Zahnrad umfasst, welche jeweils ein Teil des ersten bzw. zweiten Getriebes sind. Dabei ist vorzugsweise ein Durchmesser des ersten Zahnrads unterschiedlich zu einem Durchmesser des zweiten Zahnrads.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Feststellbremse ein an einer Abtriebswelle des Antriebs angeordnetes treibendes Zahnrad, welches eine erste Position und eine zweite Position einnehmen kann. Dabei treibt das treibende Zahnrad in der ersten Position die Spindeleinrichtung über das erste Getriebe an und in der zweiten Position die Spindeleinrichtung über das zweite Getriebe an. Vorzugsweise nimmt das treibende Zahnrad die erste Position bzw. die zweite Position in Abhängigkeit von einer Drehrichtung der Abtriebswelle automatisch ein.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist an der Abtriebswelle des Antriebes ein erstes treibendes Zahnrad und ein zweites treibendes Zahnrad angeordnet. Dabei treibt das erste treibende Zahnrad das erste Getriebe an und das zweite treibende Zahnrad treibt das zweite Getriebe an. Das erste und zweite Getriebe weisen dabei jeweils einen Freilauf auf, wobei der Freilauf des ersten Getriebes in der ersten Drehrichtung der Abtriebswelle wirkt und der Freilauf des zweiten Getriebes in der entgegengesetzten Drehrichtung der Abtriebswelle wirkt. Somit befindet sich je nach Drehrichtung der Abtriebswelle jeweils nur ein Getriebe im Leistungsübertragungspfad, so dass die Spindeleinrichtung in der ersten bzw. zweiten Richtung betrieben wird.
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Vorzugsweise ist der Freilauf des ersten und zweiten Getriebes jeweils am ersten und zweiten treibenden Zahnrad an der Abtriebswelle des Antriebes angeordnet. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Freilauf vorzugsweise an den Zahnrädern der Spindeleinrichtung angeordnet. Der Freilauf kann jedoch auch innerhalb des Getriebes an einem bestimmten Getriebebauteil angeordnet sein.
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Vorzugsweise sind das erste und das zweite Getriebe in axialer Verlängerung der Abtriebswelle des Antriebs angeordnet. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind das erste und zweite Getriebe in axialer Verlängerung der Spindeleinrichtung angeordnet.
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Bevorzugterweise ist der Antrieb der Spindeleinrichtung in axialer Verlängerung der Spindeleinrichtung oder parallel zur Spindeleinrichtung oder in einem vorbestimmten Winkel von vorzugsweise 90° zur Spindeleinrichtung angeordnet.
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Das erste und zweite Getriebe ist vorzugsweise als Untersetzungsgetriebe ausgebildet und insbesondere als Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Zahnriemengetriebe oder Schneckengetriebe ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, welches mit einer erfindungsgemäßen automatisierten Feststellbremse ausgestattet ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ver- und Entriegeln einer automatisierten Feststellbremse, wobei die Feststellbremse mittels hydraulischer Kraft in Eingriff gebracht wird, eine mechanische Verriegelung der Feststellbremsposition durchführt und ohne hydraulische Kraft ausschließlich mittels mechanischer Kraft entriegelt wird.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer automatisierten Feststellbremse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung während eines Verriegelungsvorgangs,
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2 eine schematische Schnittansicht der Feststellbremse von 1 während eines Lösevorgangs,
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3 eine schematische Schnittansicht einer automatisierten Feststellbremse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung während eines Verriegelungsvorgangs und
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4 eine schematische Schnittansicht der Feststellbremse von 3 während eines Lösevorgangs der Feststellbremse.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine automatisierte Feststellbremse 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Feststellbremse 1 einen Bremskolben 2, einen Hilfskolben 3 und einen zwischen dem Bremskolben 2 und dem Hilfskolben 3 angeordneten Fluidraum 4. Ferner ist eine Spindel 5 vorgesehen, welche über eine Gewindeverbindung 6 mit dem Hilfskolben 3 verbunden ist. Der Hilfskolben 3 erfüllt somit die Funktion einer Mutter in einem Spindeltrieb und ist vorzugsweise gegen Verdrehen z. B. mittels eines Stiftes gesichert. Ein Federelement 7 ist zwischen dem Hilfskolben 3 und einem Gehäuse 11 der Feststellbremse angeordnet und übt eine Federkraft auf den Hilfskolben 3 derart aus, dass der Hilfskolben 3 in Richtung des Bremskolbens 2 nach unten gedrückt wird. Im gelösten Zustand der Feststellbremse liegt der Hilfskolben 3 dabei auf einem zwischen dem Hilfskolben 3 und dem Bremskolben 2 vorspringenden Gehäusebereich 11a auf. Wie aus den 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist der Bremskolben 2 aus einem ersten Teil 2a und einem zweiten Teil 2b gebildet. Es sei jedoch angemerkt, dass der Bremskolben 2 auch einteilig ausgebildet sein kann.
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Der Fluidraum 4 ist mittels drei Dichtelementen 8, 9 und 10 abgedichtet. Genauer dichtet das Dichtelement 8 den Bremskolben 2 gegen die äußere Umgebung in Richtung einer nicht gezeigten Bremsscheibe ab. Das Dichtelement 9 ist zwischen dem Bremskolben 2 und dem Hilfskolben 3 angeordnet und das Dichtelement 10 ist zwischen dem Hilfskolben 3 und dem Gehäuse 11 der Feststellbremse angeordnet. Hierbei dichten die beiden Dichtelemente 9 und 10 den Fluidraum 4 gegen einen Spindelraum 12 ab, in welchem die Spindel 5 und das Federelement 7 angeordnet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass die Spindel 5 und das Federelement 7 außerhalb des Fluids angeordnet sind. Grundsätzlich sei jedoch angemerkt, dass auch ein Betrieb der Spindel 3 in einem Hydraulikfluid möglich wäre. Das Bezugszeichen 25 kennzeichnet dabei eine Zu- und Ableitung zum Fluidraum 4.
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Weiterhin ist im Kolben 2 eine Sacklochbohrung 2c vorgesehen, welche ein Ende der Spindel 5 aufnimmt. Die Sacklochbohrung 2c bildet einen Anschlag für die Spindel 5 und fixiert eine Verriegelungsposition der Feststellbremse 1, wenn sich die Feststellbremse im Eingriff befindet.
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Im Hilfskolben 3 ist eine stufenförmige Durchgangsbohrung gebildet, wobei ein Teil der Stufenbohrung als Gewindeverbindung 6 ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße automatisierte Feststellbremse 1 verwendet somit zum Feststellen eines Fahrzeugs den Bremskolben 2, welcher auch von der normalen Betriebsbremse des Fahrzeugs verwendet wird. Das Dichtelement 8 ist weiterhin als Dichtmanschette ausgebildet und übt eine Rückstellkraft auf den Bremskolben 2 in Richtung des Hilfskolbens 3 aus, sobald der Bremskolben 2 von seiner Ausgangslage nach unten für einen Eingriff mit der Bremsscheibe bewegt wird.
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Die Spindel 5 wird über einen Elektromotor 13 angetrieben. Zwischen der Spindel 5 und dem Elektromotor 13 ist ein erstes Getriebe 18 und ein zweites Getriebe 19 angeordnet. Auf einer Abtriebsachse 14 des Elektromotors 13 ist ein treibendes Zahnrad 20 angeordnet. Die Spindel 5 ist schraubenartig ausgebildet, wobei an einem Kopf der Spindel 5 ein erstes Zahnrad 21 und ein zweites Zahnrad 22 angeordnet ist. Zahnräder 21 und 22 weisen dabei unterschiedliche Durchmesser auf. Das erste Zahnrad 21 befindet sich mit einem an einer Drehachse 23a gelagerten Zwischenzahnrad 23 im Eingriff. Das zweite Zahnrad 22 befindet sich mit einem an einer Drehachse 24a gelagerten Zwischenzahnrad 24 im Eingriff. Das treibende Zahnrad 20 ist derart an der Abtriebswelle 14 angeordnet, dass es eine in 1 gezeigte erste Position und eine in 2 gezeigte zweite Position einnehmen kann. Hierzu ist an der Abtriebswelle 14 ein Gewinde 14a vorgesehen, über welches das treibende Zahnrad 20 je nach Drehrichtung der Abtriebswelle 14 die erste oder zweite Position einnehmen kann.
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Das erste Getriebe 18 umfasst somit das Zwischenzahnrad 23 und das erste Zahnrad 21 an der Spindel 5. Das zweite Getriebe 19 umfasst das Zwischenzahnrad 24 und das zweite Zahnrad 22 an der Spindel 5. Das zweite Getriebe 19 weist dabei eine größere Untersetzung als das erste Getriebe 18 auf.
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Das erste Getriebe 18 wird dabei während des Verriegelungsvorgangs der Feststellbremse 1 verwendet und das zweite Getriebe 19 wird während des Entriegelungsvorgangs der Feststellbremse verwendet.
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Die Funktion der automatisierten Feststellbremse wird nachfolgend kurz beschrieben. Wenn die Feststellbremse beispielsweise durch Betätigung eines entsprechenden Schalters durch einen Fahrer, in Eingriff kommen soll, wird der Elektromotor 13 betrieben und das treibende Zahnrad 20 befindet sich mit dem ersten Getriebe 18 im Eingriff. Dadurch wird die Spindel 5 nach unten in Richtung des Bremskolbens 2 gedreht, bis das Ende der Spindel 5 mit der Anschlagfläche in der Sacklochbohrung 2c in Eingriff kommt. In dieser Position befindet sich der Hilfskolben 3 aufgrund der Federvorspannkraft durch das Federelement 7 ebenfalls in seiner unteren Position und kontaktiert den Gehäusebereich 11a. Anschließend wird Hydraulikfluid über die Leitung 25 in den Fluidraum 4 zugeführt. Dadurch bewegen sich der Bremskolben 2 und der Hilfskolben 3 zusammen mit der Spindel 5 in entgegengesetzten Richtungen zueinander. 1 zeigt dabei einen Zwischenzustand während des Einströmens des Betriebsfluids in den Fluidraum 4. Der Hilfskolben 3 wird dabei solange bewegt, bis er selbst am Gehäuse 11 anliegt.
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Wenn der Bremskolben 2 den Bremsbelag an der Bremsscheibe angelegt hat, befindet sich die Feststellbremse im Eingriff. Um diesen Zustand mechanisch zu sichern, wird nochmals der Elektromotor 13 in der gleichen Drehrichtung betrieben und die Spindel 5, welche gemeinsam mit dem Hilfskolben 3 nach oben bewegt wurde, wird noch mal so lange gedreht, bis ihr Ende wieder in der Sacklochbohrung 2c anliegt. Dadurch ist die Feststellbremse mechanisch verriegelt. Nun kann der Druck im Fluidraum 4 abgebaut werden.
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Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Einrichtung zur Verhinderung eines Verklemmens der Spindel 5. Die Einrichtung 15 zur Verhinderung des Verklemmens umfasst dabei eine Kugel 16 und ein Elastomer 17. Die Kugel 16 ist am Kopfbereich der Spindel 5 angeordnet. Das Elastomer 17 ist in einer im Gehäuse 11 gebildeten Ausnehmung 18 angeordnet. Die Einrichtung 15 verhindert dabei, dass eine Reibung zwischen dem Kopf der Spindeleinrichtung 5 und dem Gehäuse 11 zu groß wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die zweite Betätigung der Spindel 5 problemlos möglich ist.
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Soll die erfindungsgemäße Feststellbremse 1 gelöst werden, wird das treibende Zahnrad 20 derart umgeschaltet, dass es sich mit dem zweiten Getriebe 19 im Eingriff befindet. Zum Lösen wird der Elektromotor 13 dabei derart angetrieben, dass sich die Spindeleinrichtung 5 entgegengesetzt bewegt. Mit anderen warten bewegt sich die Spindeleinrichtung 5 vom Bremskolben 2 fort. Durch die Federkraft des Federelements 7 ist die Spindeleinrichtung 5 mit einer Axialkraft belastet, da der Fluidraum 4 drucklos ist. Daher ist zum Bewegen der Spindeleinrichtung 5 nun ein größeres Drehmoment als beim Verriegeln notwendig. Dieses erforderliche größere Drehmoment wird über die größere Untersetzung des zweiten Getriebes 19 bereitgestellt. Die Spindeleinrichtung 5 wird dabei so lange bewegt, bis sie an der Einrichtung 15 zur Verhinderung des Verklemmens anliegt. Dadurch ist die mechanische Verriegelung der Feststellbremse aufgehoben und der Bremskolben 2 kann in Richtung der Spindeleinrichtung 5 bewegt werden. Dies geschieht unter anderem mit Hilfe der Vorspannung, welche durch das als Dichtmanschette ausgebildete Dichtelement 8 ausgeübt wird. Dadurch ist die Feststellbremse gelöst.
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Somit kann erfindungsgemäß das Entriegeln der Feststellbremse 1 ohne Verwendung von hydraulischem Druck ermöglicht werden. Zum Entriegeln muss lediglich der Elektromotor 13 in entgegengesetzter Richtung betrieben werden. Dadurch kann erfindungsgemäß erreicht werden, dass eine Belastung eines Druckmittelerzeugers beim Lösen der Feststellbremse nicht notwendig ist. Dadurch kann auch eine Geräuschentwicklung während des Lösens der Feststellbremse vermieden werden. Die durch die Spindeleinrichtung 5 bzw. den Elektromotor 13 erzeugten Geräusche werden dabei üblicherweise von einem Fahrer im Fahrzeug nicht wahrgenommen. Es sei weiter angemerkt, dass dabei die Belastungen des Elektromotors 13 beispielsweise auch durch Optimierung der Untersetzungen sowie Reduzierung der Reibung in der Gewindeverbindung 6 minimiert werden können.
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Es sei angemerkt, dass als Hydraulikfluid sowohl eine hydraulische Flüssigkeit, z. B. Öl, als auch ein Gas, z. B. Luft, verwendet werden kann.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 eine automatisierte Feststellbremse 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Feststellbremse 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel anstatt eines treibenden Zahnrades 20 zwei treibende Zahnräder 26, 27 auf. Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, befindet sich dabei das erste treibende Zahnrad 26 mit dem ersten Getriebe 18 im Eingriff und das zweite treibende Zahnrad 27 mit dem zweiten Getriebe 19 im Eingriff. Die treibenden Zahnräder 26, 27 sind dabei jeweils mit einem Freilauf ausgestattet. Die Freiläufe sind derart ausgebildet, dass sich das erste treibende Zahnrad 26 mit der Abtriebswelle 14 in einer ersten Drehrichtung dreht, wobei das zweite treibende Zahnrad 27 in der ersten Drehrichtung durch den Freilauf nicht gedreht wird. In der entgegengesetzten Drehrichtung wird dagegen das zweite treibende Zahnrad 27 gedreht und das erste treibende Zahnrad 26 wird durch seinen Freilauf nicht gedreht.
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Dadurch kann, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ein Verriegelungsvorgang über das erste treibende Zahnrad 26 und das erste Getriebe 18 realisiert werden und ein Lösevorgang durch Betreiben des Elektromotors 13 in entgegengesetzter Richtung über das zweite treibende Zahnrad 27 und das zweite Getriebe 19 erreicht werden. Wie im ersten Ausführungsbeispiel weist das zweite Getriebe 19 eine größere Untersetzung als das erste Getriebe 18 auf. Es sei angemerkt, dass die Freilauffunktion auch an einem der Zahnräder der Getriebe 18 bzw. 19 realisiert werden kann.
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Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
