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Stand der
Technik
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Die
vorliegenden Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung zur
Verriegelung einer automatisierten Feststellbremse eines Fahrzeugs.
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Feststellbremsen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. In jüngster
Zeit werden verstärkt
automatisierte Feststellbremsen eingesetzt, welche die bisher üblichen
Feststellbremsen (Handbremsen), welche mittels eines vom Fahrer
per Hand betätigten
Hebels und eines Seilzugs eine Feststellung des Fahrzeugs durchführen, ersetzen.
Derartige automatisierte Feststellbremsen verwenden einen elektrischen
Antrieb oder werden mittels Hydraulik betätigt. Um den Feststellzustand
derartiger automatisierter Feststellbremsen zu sichern, ist es bekannt,
einen mechanischen Verriegelungsmechanismus vorzusehen. Derartige Verriegelungsmechanismen
werden beispielsweise über
einen Elektromotor betätigt.
Da im Bereich der Radbremse, wo derartige Elektromotoren für den Verriegelungsmechanismus
angeordnet werden, der Bauraum sehr begrenzt ist, sind die Elektromotoren so
kleinbauend wie möglich
ausgelegt. Wenn mittels eines derartigen Motors der Verriegelungsmechanismus
betrieben wird und die Position der mechanischen Verriegelung erreicht
ist, tritt am Elektromotor eine erhöhte Stromaufnahme auf, welche
als Signal für
ein Abstellen des Motors verwendet werden kann. Aufgrund der relativ
kleinen Bauweise besteht jedoch die Gefahr, dass der Elektromotor
durch die erhöhte Stromaufnahme
beschädigt
wird. Von daher müssen die
Elektromotoren an den Feststellbremsen relativ groß ausgelegt
werden, was sich nachteilig auf die Baugröße und das Gewicht auswirkt.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
zur Verriegelung einer Position einer Feststellbremse mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie
besonders kompakt aufgebaut ist und ein geringes Gewicht aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass ein elektrischer Antrieb für
die Verriegelungsvorrichtung sehr kleinbauend ausgelegt werden kann
und dadurch auch ein sehr geringes Gewicht aufweist. Erfindungsgemäß ist hierbei
zwischen dem elektrischen Antrieb und einem Getriebebauteil ein
Federelement angeordnet. Das Federelement stellt eine Verbindung
zwischen einer Abtriebsachse des elektrischen Antriebs und dem Getriebebauteil
bereit. Somit wird eine Drehung der Abtriebsachse des elektrischen
Antriebs über
das Federelement auf das Getriebebauteil übertragen. Wenn hierbei die
Verriegelungsvorrichtung ihre Endposition, d.h., die mechanisch
verriegelte Position, erreicht bzw. wenn die Verriegelungsvorrichtung
an einem Anschlag aufläuft,
kann sich durch das Vorsehen des Federelements zwischen dem Elektromotor
und dem Getriebe die Abtriebswelle des elektrischen Antriebs weiter
drehen. Dadurch wird verhindert, dass, wenn der elektrische Antrieb
das Getriebe nicht mehr drehen kann, die Stromaufnahme im elektrischen
Antrieb zu groß wird.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen
des Federelements steigt die Stromaufnahme des elektrischen Antriebs
langsam und kontinuierlich, entsprechend der durch eine Komprimierung
des Federelements ständig
steigenden Federkraft, an, so dass vor Erreichen einer kritischen
Stromaufnahme der elektrische Antrieb abgeschaltet werden kann. Der
Anstieg der Stromaufnahme kann dabei durch die Wahl der Federkennlinie
des Federelements beeinflusst werden.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist das Federelement zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Getriebe eine
Torsionsfeder, insbesondere eine zylindrische Torsionsfeder. Die
Torsionsfeder wird durch eine Verdrehung gespannt und speichert
dadurch eine Torsionskraft. Sobald der elektrische Antrieb aufgrund
der sich langsam erhöhenden
Stromaufnahme abgeschaltet wird, entspannt sich die Torsionsfeder
wieder und dreht dabei die Abtriebswelle des elektrischen Motors.
Durch die so erreichte Rotation des Rotors im elektrischen Antrieb
kann die gespeicherte Federenergie in Wärme umgewandelt werden. Es
sei angemerkt, dass neben Torsionsfedern auch zylindrische oder
nicht-zylindrische Schraubenfedern, z.B. tonnenförmige Schraubenfedern, verwendet
werden können.
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Um
eine einfache Befestigung des Federelements zu erreichen, weist
das Federelement vorzugsweise einen ersten Schenkelbereich und einen zweiten
Schenkelbereich auf. Der erste Schenkelbereich ist dabei vorzugsweise
mit der Abtriebsachse in Verbindung und der zweite Schenkelbereich
mit dem Getriebebauteil. Da das Federmaterial üblicherweise ein zylindrischer
Draht o.ä.
ist, kann eine Befestigung beispielsweise einfach durch Einstecken
des Endes des Schenkelbereichs in zylindrische Öffnungen erfolgen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Führungselement
vorgesehen, um das Getriebebauteil zu führen und zu lagern. Das Führungselement
ist besonders bevorzugt ein Wellenabsatz an der Abtriebswelle. Dadurch kann
ein besonders kompakter, insbesondere in Axialrichtung der Welle
kompakter Aufbau der Antriebseinheit der Verriegelungsvorrichtung
erhalten werden.
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Vorzugsweise
umfasst das Getriebe wenigstens ein erstes und ein zweites Getriebebauteil.
Das erste Getriebebauteil ist vorzugsweise eine Schnecke und das
zweite Getriebebauteil vorzugsweise ein Schneckenrad. Hierdurch
kann der Aufbau weiter besonders kompakt ausgeführt werden.
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Weiter
bevorzugt ist das Verriegelungselement der Verriegelungsvorrichtung
einstückig
mit dem zweiten Getriebebauteil ausgebildet. D.h., das zweite Getriebebauteil
ist als Verriegelungselement vorgesehen und weist eine entsprechende
Verzahnung für
einen Eingriff mit dem ersten Getriebebauteil auf.
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Vorzugsweise
umfasst die Verriegelungsvorrichtung eine Anschlageinrichtung, um
eine Endposition wenigstens eines Getriebebauteils und/oder des Verriegelungselements
zu definieren.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Feststellbremse mit einer
erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail
beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei das Federelement im Schnitt dargestellt
ist,
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2 eine
andere Seitenansicht der in 1 gezeigten
Verriegelungsvorrichtung,
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3 eine
vergrößerte Schnittansicht
von ausgewählten
Bauteilen der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung,
und
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4 eine
Draufsicht eines in dem Ausführungsbeispiel
verwendeten Federelements.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine
Verriegelungsvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, umfasst die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung 1 ein
Getriebe 2, einen Elektromotor 3, welcher als
Antrieb für
das Verriegelungselement dient, und ein Verriegelungselement 4.
Das Verriegelungselement 4 dient dabei zur mechanischen
Verriegelung einer Feststellposition eines nicht dargestellten Bremskolbens.
Hierzu kann das Verriegelungselement 4 über den Elektromotor 3 und
das Getriebe 2 in Richtung des Doppelpfeils A (vgl. 2)
hin- und herbewegt werden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
umfasst das Getriebe 2 zwei Bauteile, nämlich eine Schnecke 5 und
ein damit im Eingriff befindliches Schneckenrad 6. Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist das Schneckenrad 6 unmittelbar
am Verriegelungselement 4 gebildet. Es sei angemerkt, dass
das Schneckenrad 6 auch einstückig mit dem Verriegelungselement 4 gebildet sein
kann.
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Wie
insbesondere aus den 1 und 3 ersichtlich
ist, ist zwischen einer Abtriebswelle 8 des Elektromotors 3 und
der Schnecke 5 des Getriebes 2 ein Federelement 7 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Federelement 7 eine zylindrische Torsionsfeder,
welche bei einer Relativdrehung zwischen der Abtriebswelle 8 und
der Schnecke 5 vorgespannt werden kann. Die Torsionsfeder 7 ist
als Schenkelfeder ausgebildet und weist an ihrem einen Ende einen
ersten Schenkel 7a und an ihrem anderen Ende einen zweiten
Schenkel 7b auf. Die beiden Schenkel 7a und 7b sind
dabei jeweils ins Federinnere gerichtet. Die Schenkel 7a und 7b dienen
zur Befestigung des Federelements 7 an der Abtriebswelle 8 bzw.
der Schnecke 5. Hierzu sind in der Abtriebswelle 8 bzw.
der Schnecke 5 Vorsprünge
bzw. Bohrungen vorgesehen, in welche die beiden Schenkel 7a, 7b einführbar sind.
Mittels der beiden Schenkel 7a und 7b ist das
Federelement 7 somit drehfest jeweils mit der Abtriebswelle 8 und
der Schnecke 5 verbunden.
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4 zeigt
nochmals eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Federelement, welche insbesondere
das nach innen gerichtete erste Schenkelelement 7a zeigt.
In gleicher Weise ist auch das zweite Schenkelelement 7b nach
innen gerichtet. Die nach innen gerichtete Länge der Schenkelelemente 7a, 7b entspricht
dabei der Tiefe der Ausnehmung an der Abtriebswelle 8 bzw.
der Schnecke 5.
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Wie
weiterhin aus 2 ersichtlich ist, ist an einem
Gehäuse 9 der
Feststellbremse ein erster Anschlag 10 angeordnet. Ein
zweiter Anschlag 11 ist an einem seitlichen Bereich des
Schneckenrades 6 angeordnet. Die beiden Anschläge 10, 11 stehen
miteinander derart in Wirkverbindung, dass sich bei einer Drehung
in einer ersten Richtung das Verriegelungselement 4 axial
bewegt, bis der Anschlag 11 gegen den Anschlag 10 am
Gehäuse 9 aufläuft. Wenn diese
Anschlagposition erreicht ist, befindet sich das Verriegelungselement 4 in
seiner Start- bzw. Endposition. Ausgehend von dieser Anschlagposition
wird das Verriegelungselement 4 durch Betreiben des Elektromotors 3 axial
bewegt, bis es die sich im Eingriff befindliche Feststellbremse
mechanisch verriegelt.
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Weiterhin
ist zwischen der Abtriebswelle 8 und der Schnecke 5 ein
Lager 12 ausgebildet. Mit anderen Worten, ist die Schnecke 5 an
ihrer einen Seite an der Abtriebswelle 8 gelagert. Hierzu
ist an der Abtriebswelle 8 ein Wellenabsatz 8a ausgebildet,
welcher frei drehbar und axial verschiebbar in einer Bohrung 5a in
der Schnecke 5 angeordnet ist.
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Die
Funktion des erfindungsgemäßen Verriegelungselements 1 ist
dabei wie folgt: Wenn der Elektromotor 3 betrieben wird,
dreht sich die Abtriebswelle 8 in eine Richtung. Der Pfeil
B in 1 bezeichnet dabei eine mögliche Drehrichtung des Schneckenrades 6.
Da die Abtriebswelle 8 über
den zweiten Schenkel 7b fest mit dem Federelement 7 verbunden ist,
dreht sich das Federelement 7 mit. Über den ersten Schenkel 7a wird
dabei auch die Schnecke 5 gedreht, so dass die Schnecke 5 das
Schneckenrad 6 antreibt. Da das Verriegelungselement 4 mit
einer Spindeleinrichtung verbunden ist (nicht gezeigt), wird die
Drehbewegung des Schneckenrads 6, welche auch auf das mit
dem Schneckenrad verbundene Verriegelungselement 4 übertragen
wird, in eine Axialbewegung in Richtung des Doppelpfeils A umgewandelt.
Je nach Antriebsrichtung des Elektromotors wird dabei die Axialrichtung
der Bewegung des Verriegelungselements 4 bestimmt. Wenn
das Verriegelungselement 4 einen Bremskolben mechanisch
verriegelt hat, kann sich das Verriegelungselement 4 nicht
mehr weiter entsprechend der vorgegebenen Drehrichtung durch den
Elektromotor 3 drehen. Normalerweise würde dies zu einem Blockieren
der Abtriebswelle 8 im Elektromotor führen. Da die Abtriebswelle 8 jedoch über das
Federelement 7 mit der Schnecke 5 verbunden ist,
ist über
das Verriegelungselement 4 und das Schneckenrad 6 nur
die Schnecke 5 blockiert. Die Abtriebswelle 8 kann
sich weiterhin bewegen und arbeitet dabei gegen die Federkraft des
Federelements 7. Dadurch wird das Federelement 7 vorgespannt.
Da sich durch die ständige
Drehung der Abtriebswelle 8 die Federkraft des Federelements 7 ständig erhöht, steigt
damit auch die laufende Stromaufnahme im Elektromotor. Dies kann
durch eine Sensoreinrichtung aufgenommen werden und bei Überschreiten
eines vorbestimmten Wertes wird der Elektromotor 3 abgeschaltet,
bevor es zu Schäden
am Elektromotor kommen kann.
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Da
die Abtriebswelle 8 am Lager 12 bzw. im Inneren
des Elektromotors frei gelagert ist, kann sich nach dem Abschalten
des Elektromotors das Federelement 7 entspannen, wobei
die Abtriebswelle 8 entgegengesetzt zu ihrer vorherigen
Drehrichtung gedreht wird.
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Somit
kann durch das Vorsehen des Federelements 7 zwischen der
Abtriebswelle 8 und der Schnecke 5 verhindert
werden, dass der Motor aufgrund einer zu hohen Stromaufnahme bei
einem Blockieren des Verriegelungselements 4 zerstört wird.
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In
gleicher Weise, wie oben eine Verriegelung des Bremskolbens beschrieben,
funktioniert die vorliegende Erfindung bei einer entgegengesetzten Bewegung,
wenn das Schneckenrad 6 mit dem daran befindlichen Anschlag 11 gegen
den Anschlag 10 am Gehäuse 9 aufläuft. Auch
in diesem Fall ist das Verriegelungselement 4 und die beiden
Getriebebauteile mechanisch blockiert, so dass das Federelement 7 durch
die Drehung der Abtriebswelle 8 wieder vorgespannt wird.
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Es
sei angemerkt, dass durch die Anordnung des Federelements 7 zwischen
der Abtriebswelle 8 und der Schnecke 5 auch eine
verbesserte Torsionsdämpfung
während
des Betriebs der Verriegelungsvorrichtung erreicht wird.
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Im
Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen
möglich,
ohne den Umfang der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, zu verlassen.