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Die
Erfindung betrifft eine kombinierte, hydraulische Betriebs- und
Feststellbremse für
Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsgehäuse, in dem ein hydraulischer
Betriebsdruckraum von einem Bremskolben begrenzt ist, wobei der
Bremskolben mit mindestens einem Bremsbelag zusammenwirkt, der mit
einem weiteren Element im Sinne einer Erzielung einer Bremswirkung
in Eingriff bringbar ist, wobei ein mit dem Bremskolben zusammenwirkender
Arbeitsspeicher vorgesehen ist, der durch einen absperrbaren Speicherdruckraum,
einen den Speicherdruckraum begrenzenden Speicherkolben und mindestens
ein sich am Speicherkolben abstützendes
Federelement gebildet ist, und wobei die Bewegung des Bremskolbens
zur Durchführung
eines Feststellbremsvorganges mittels einer Verriegelungsvorrichtung
verhindert wird, die durch eine mit einer ersten Reibfläche versehenen
Gewindemutter-Spindel-Kombination
sowie durch eine am Speicherkolben ausgebildete zweite Reibfläche gebildet
wird, wobei ein Kraftübertragungselement
zumindest zeitweise ein Zentrallager für die Spindel bildet und mittels
einer Bewegung die Reibflächen
miteinander in Eingriff bringt und die Verriegelungsvorrichtung
aktiviert.
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Eine
derartige hydraulische Betriebs- und Feststellbremse ist aus der
WO 2005/075848 A1 bekannt. Bei der vorbekannten Bremse spannt eine
sich am Bremsgehäuse
abstützende
Axialdruckfeder unter Zwischenschaltung eines Axiallagers die Spindel in
Richtung auf die zweite Reibfläche
bzw. auf das Zentrallager vor. Bei der Einleitung eines Feststellbremsvorganges
werden die zweite Reibfläche
und damit die Spindel durch ein den Arbeitsspeicher bildendes Federelement
in die entgegengesetzte Richtung gedrückt. Dabei wird das Flankenspiel
zwischen der Spindel und der Gewindemutter überfahren. Das den Arbeitspeicher
bildende Federelement muss also so ausgelegt werden, dass es Leerwege,
wie beispielsweise das zu überfahrende
Flankenspiel, ausgleicht. Die Berücksichtigung der Leerwege bei der
Auslegung des Federelementes sind relativ aufwendig, da Federelemente
mit einem größeren Arbeitsweg
höheren
Belastungen unterworfen werden und somit ein frühzeitiger Ausfall des Federelementes
droht, was als weniger vorteilhaft anzusehen ist.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine kombinierte, hydraulische
Betriebs- und Feststellbremse der eingangs genannten Gattung dahingehend
zu verbessern, dass Leerwege des Federelements verringert oder vermieden
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass Mittel vorgesehen sind, die die Spindel mit einem Drehmoment
beaufschlagen. Dabei ist vorgesehen, dass die Mittel derart ausgeführt sind,
dass die Drehmomentbeaufschlagung eine Bewegung der Spindel in Richtung
auf das Zentrallager bzw. auf den Speicherkolben zu bewirkt. Durch
diese Maßnahmen
liegen vor und nach einer Einleitung eines Feststellbremsvorganges
dieselben Flanken der Spindel und der Gewindemutter aneinander,
sodass das Federelement kein Flankenspiel überfahren muss.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
sind die Mittel als Drehfeder oder als zusätzliche Drehfeder ausgebildet.
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Bei
einer weiteren, besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
ist vorgesehen, dass das Kraftübertragungselement
mit einem Glied, das als Ankerplatte eines mit dem Kraftübertragungselement
zusammenwirkenden elektromagnetischen Aktuators ausgebildet ist,
mittels einer Pressverbindung verbunden ist. Durch diese Maßnahme werden
Leerweg verursachende Toleranzen auf ein Minimum reduziert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang
mit der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
axiale Schnittdarstellung einer Ausführung der erfindungsgemäßen hydraulischen Fahrzeugbremse
in gelöstem
Zustand,
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2a,2b eine
schematische Darstellung der Flanken einer Gewindemutter und einer Spindel,
die mit der Kraft einer Axialdruckfeder belastet wird,
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3a,3b eine
schematische Darstellung der Flanken einer Gewindemutter und einer Spindel,
die mit der Kraft einer Drehfeder belastet wird.
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Die
in 1 dargestellte kombinierte, hydraulische Betriebs-
und Feststellbremse weist ein Bremsgehäuse 1 auf, welches
den äußeren Rand
einer nicht dargestellten Bremsscheibe und zwei ebenfalls nicht
dargestellte Bremsbeläge
umgreift. Das Bremsgehäuse 1 bildet
auf seiner Innenseite einen Bremszylinder 5, der einen
Bremskolben 6 axial verschiebbar aufnimmt. In den zwischen
Bremszylinder 5 und Bremskolben 6 gebildeten Betriebsdruckraum 7 kann
mittels eines hydraulischen Anschlusses 8 Bremsflüssigkeit
zugeführt
werden, so dass sich ein Bremsdruck aufbaut, der den Bremskolben 6 axial zur
Bremsscheibe hin verschiebt. Dadurch wird der dem Bremskolben 6 zugewandte
Bremsbelag gegen die Bremsscheibe gedrückt, wobei als Reaktion das Bremsgehäuse 1 sich
in der entgegengesetzten Richtung verschiebt und dadurch auch den
anderen Bremsbelag gegen die Bremsscheibe drückt.
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Wie 1 außerdem zu
entnehmen ist, ist ein Arbeitsspeicher 10 an der dem Bremskolben 6 abgewandten
Seite des Bremsgehäuses 1 angeordnet.
Der Arbeitsspeicher 10 besteht im Wesentlichen aus einem
hydraulischen Speicherdruckraum 9, einem den Speicherdruckraum 9 begrenzenden
Speicherkolben 11 sowie einem Federelement 12,
das im gezeigten Beispiel als ein Paket von Tellerfedern ausgeführt ist
und sich am Speicherkolben 11 abstützt. Die im Arbeitsspeicher 10 gespeicherte
Energie wirkt während
eines Feststellbremsvorganges auf den Bremskolben 6, wie
nachfolgend noch näher
erläutert
wird. Dadurch wird erreicht, dass die auf die Bremsbeläge einwirkende
Zuspannkraft von thermisch bedingten Längenänderungen im Bereich des Bremsgehäuses 1 nahezu
unabhängig
ist.
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Eine
Verriegelungsvorrichtung, die zur Realisierung einer Feststellbremsfunktion
erforderlich ist, ist bei der in 1 dargestellten
Ausführung
durch ein Spindelgetriebe bzw. eine Gewindemutter-Spindel-Anordnung 14 gebildet.
Die erwähnte
Gewindemutter-Spindel-Anordnung 14 besteht aus einer Gewindemutter 15 sowie
einer Spindel 16, die mittels eines nicht selbsthemmenden
Gewindes miteinander in Verbindung stehen. Dabei ist die Gewindemutter 15 mit
dem Bremskolben 6 starr verbunden, während die Spindel 16 an
ihrem dem Bremskolben 6 abgewandten Ende eine vorzugsweise
konische erste Reibfläche 17 aufweist,
die mit einer im Speicherkolben 11 verdrehgesichert angeordneten
zweiten Reibfläche 18 in
und außer
Eingriff bringbar ist. Zu diesem Zweck ist ein Kraftübertragungselement 2 vorgesehen,
das von einer zylindrischen Stufenbohrung 13 im Speicherkolben 11 aufgenommen
wird und durch ihn hindurchragt und ein Zentrallager 21 für die Spindel 16 bildet.
Nach einer Relativbewegung des Kraftübertragungselementes 2 gegenüber dem
Speicherkolben 11 wird die Funktion des Zentrallagers 21 aufgehoben
und die beiden Reibflächen 17, 18 stehen miteinander
in Eingriff, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Außerdem spannt
eine sich am Speicherkolben 11 abstützende Dreh- oder Torsionsfeder 19 die
Spindel 16 in Richtung auf die zweite Reibfläche 18 bzw.
auf das Zentrallager 21 vor. Die besondere Ausführung der
Dreh- oder Torsionsfeder 19 wird später anhand der 2a,
b und 3a, b näher erläutert.
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Die
kombinierte, hydraulische Betriebs- und Feststellbremse ist in 1 in
gelöstem
Zustand der Feststellbremse dargestellt. Zur Verriegelung der Feststellbremse
wird durch einen nicht näher
bestimmten Druckerzeuger zunächst
sowohl im Betriebsdruckraum 7 als auch im Speicherdruckraum 9 ein
hydraulischer Druck aufgebaut. Dazu muss ein elektrisch schaltbares
Ventil, das vorzugsweise als ein stromlos geschlossenes (SG-) Ventil 24 ausgebildet
ist, in seine offene Schaltstellung gebracht werden. Als Reaktion
auf den Druckaufbau im Betriebsdruckraum 7 verschiebt sich
der Bremskolben 6 in der Zeichnung nach links, während der
Speicherkolben 11 in der Zeichnung nach rechts entgegen
der Kraftwirkung des vorgespannten Federelements 12 verschoben
wird. Bei diesem Vorgang wird das Federelement 12 komprimiert.
Der Speicherkol ben 11 nimmt dabei das Kraftübertragungselement 2 mit,
indem sich ein am Kraftübertragungselement 2 ausgebildeter
Kragen 4 am Übergang
zwischen kleinerem und größerem Durchmesser
der Stufenbohrung 13 abstützt. Der Speicherkolben 11 und
damit das Kraftübertragungselement 2 werden
durch den eben erwähnten
Druckaufbau im Speicherdruckraum 9 in 1 nach
rechts verschoben, bis der an der dem Bremskolben 6 abgewandten
Seite mit einem umlaufenden Bund ausgestattete Speicherkolben 11 an dem
Federelement 12 kraftübertragend
anschlägt und
gleichzeitig ein als Ankerplatte wirkendes Glied 23 an
einem elektromagnetischen Aktuator 3 zur Anlage kommt.
Bei diesem Vorgang liegt die Spindel 16 aufgrund der Kraftwirkung
der Feder 19 weiterhin am Zentrallager 21 an,
wodurch die beiden Reibflächen 17, 18 nicht
in Eingriff treten können.
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Zeitgleich
zur eben erwähnten
Ansteuerung des Ventils 24 wird der elektromagnetische
Aktuator 3 bestromt, wodurch das als Ankerplatte wirkende Glied 23 in
seiner eben beschriebenen Anlageposition vom elektromagnetischen
Aktuator 3 arretiert wird. Bei einem anschließenden Druckabbau
im Betriebsdruckraum 7 und im Speicherdruckraum 9 bewegt
sich der Bremskolben 6 in der Zeichnung nach rechts während sich
der Speicherkolben 11 nach links bewegt. Durch die Arretierung
des Kraftübertragungselementes 2 wird
eine Relativbewegung zwischen dem Kraftübertragungselement 2 und
dem Speicherkolben 11 ermöglicht, wodurch die Funktion des
Zentrallagers 21 für
die Spindel 16 aufgehoben wird und die beiden Reibflächen 17, 18 miteinander in
Eingriff gebracht werden. Das bereits erwähnte, vorgespannte Federelement 12 drückt den
Speicherkolben 11, die aufgrund der in Eingriff gebrachten Reibflächen 17, 18 blockierte
Spindel 16, die Gewindemutter 15 und damit den
Bremskolben 6 in der Zeichnung nach links bzw. gegen die
nicht dargestellte Bremsscheibe. Dadurch ist die Fahrzeugbremse
in ihrem betätigten
Zustand verriegelt. Anschließend wird
der elektromagnetische Aktuator 3 nicht mehr bestromt und
die Ankerplatte 23 bzw. das Kraftübertragungselement 2 sind
nicht mehr arretiert. Das Ventil 24 ist stromlos geschaltet
und damit geschlossen. Die hydraulische Fahrzeugbremse benötigt also
keine elektrische Energie und keinen hydraulischen Druck um die
Verriegelung im zugespannten Zustand aufrecht zu erhalten, was als
vorteilhaft anzusehen ist.
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Zum
Lösen der
Verriegelung wird wiederum ein hydraulischer Druck im Betriebsdruckraum 7 sowie
nach einer entsprechenden Ansteuerung des SG-Ventils 24 auch
im Speicherdruckraum 9 aufgebaut. Der hydraulische Druck
würde wiederum
den Bremskolben 6 in 1 nach links
und den Speicherkolben 11 nach rechts verschieben. Allerdings
ist es zum Lösen
der Feststellbremse ausreichend, wenn der Speicherkolben 11 entlastet
wird. Ein weiteres Federelement 22, welches das Kraftübertragungselement 2 zur
Anlage am Übergang
zwischen kleinerem und größerem Durchmesser
der Stufenbohrung 13 bringt, drückt das Kraftübertragungselement 2 in Richtung
der Spindel 16 und stößt die in
Eingriff stehenden Reibflächen 17, 18 bei
entsprechender Entlastung des Speicherkolbens 11 auf. Das
Kraftübertragungselement 2 bildet
anschließend
wieder ein Zentrallager 21 für die Spindel 16.
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Wie 1 zu
entnehmen ist, sorgt das eben erwähnte weitere Federelement 22 darüber hinaus dafür, dass
bei einer Betriebsbremsung, bei der nur der Betriebsdruckraum 7 mit
Druck beaufschlagt wird, das Kraftübertragungselement 2 nicht
verschoben wird, da es durch das weitere Federelement 22 entgegen
der Kraftwirkung des hydraulischen Drucks im Be triebsdruckraum 7 vorgespannt
ist. Der Speicherkolben 11 wird bei einer Betriebsbremsung ebenfalls
nicht verschoben, da der dem Betriebsdruckraum 7 zugewandte
Wirkdurchmesser des Speicherkolbens 11 kleiner ist als
der Wirkdurchmesser des Bremskolbens 6. Außerdem wirkt
das mit einer konstruktiv festgelegten Vorspannkraft ausgebildete
Federelement 12 entgegen der Druckbeaufschlagung im Betriebsdruckraum 7,
was eine Verschiebung des Speicherkolbens 11 während einer Betriebsbremsung
ebenfalls verhindert.
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In 2a sind
die Flanken der Gewindemutter 15 sowie der Spindel 16 schematisch
dargestellt. Die Spindel 16 wird dabei mit der Kraft einer
Axialdruckfeder belastet, wie es aus dem Stand der Technik bekannt
ist. Solange das anhand von 1 beschriebene
Kraftübertragungselement 2 ein
Zentrallager 21 für
die Spindel 16 bildet, wird die Spindel 16 durch
die Kraft der nicht dargestellten Axialdruckfeder gegen dieses Zentrallager 21 gedrückt, wie
es der Kraftpfeil 25 in 2a darstellt.
Gleichzeitig wird die mit dem Bremskolben 6 verbundene
Gewindemutter 15 durch den im Betriebsdruckraum 7 eingesteuerten
Druck in die entgegengesetzte Richtung gedrückt, wie es der Kraftpfeil 26 in 2a verdeutlicht.
Aus 2a ist erkennbar, dass in der beschriebenen Situation
die rechte Seite der Spindelflanken an die linke Seite der Flanken
der Gewindemutter 15 anliegt. Wird nun, wie oben beschrieben,
die Funktion des Zentrallagers 21 aufgehoben, so wird die Spindel 16 durch
die Wirkung des Federelementes 12 in 2b nach
links gedrückt,
wie es der Kraftpfeil 25' verdeutlicht.
Als Reaktion wird die Gewindemutter 15 in 2b nach
rechts gedrückt,
was durch den Kraftpfeil 26' dargestellt
ist. Im Vergleich zu 2a ist in 2b deutlich
zu erkennen, dass nun die linke Seite der Flanken der Spindel an
der rechten Seite der Gewinde mutterflanken anliegt. Das bedeutet, dass
bei der Einleitung eines Feststellbremsvorganges das zwischen Spindel 16 und
Gewindemutter 15 existierende Flankenspiel a überfahren
werden muss. Dieses Flankenspiel a ist in 2a und
b dargestellt. Das anhand von 1 beschriebene
Federelement 12 muss daher so ausgelegt werden, dass es
den zum Überfahren
des Flankenspiels notwendigen, sogenannten Leerweg zur Verfügung stellen kann.
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Die
vorliegende Erfindung sieht zur Verringerung bzw. Vermeidung von
Leerwegen des Federelementes 12 vor, dass Mittel vorgesehen
sind, die die Spindel 16 mit einem Drehmoment beaufschlagen und
dabei eine Vorspannung der Spindel 16 in Richtung auf das
Zentrallager 21 bzw. auf den Speicherkolben 11 bewirkt,
wie nachfolgend anhand der 3a und
b näher
erläutert
wird. Zur Aufbringung eines Drehmoments auf die Spindel 16 wird
eine Dreh- oder Torsionsfeder 19 verwendet. Es ist auch denkbar,
dass zusätzlich
zur bekannten Axialdruckfeder eine kleine Dreh- oder Torsionsfeder
zur Aufbringung eines Drehmoments auf die Spindel 16 verwendet
wird. Der Kraftpfeil 35 in 3a verdeutlicht
die Wirkung dieser Dreh- oder Torsionsfeder 19. Das aus der
Reaktionskraft 36 entstehende Drehmoment wird vom Dichtelement 27 des
Bremskolbens 6 auf das Bremsengehäuse 1 übertragen.
In 3a ist äquivalent
zu 2a die Situation vor Einleitung eines Feststellbremsvorganges
dargestellt. Das heißt,
das Kraftübertragungselement
dient als Zentrallager 21 für die Spindel 16.
Allerdings ist aus 3a ersichtlich, dass durch die
Drehmomentbelastung der Spindel 16 die linke Seite der
Spindelflanken an der rechten Seite der Flanken der Gewindemutter 15 anliegt. Wird
nun zur Einleitung eines Feststellbremsvorganges die Zentrallagerwirkung
aufgehoben, so drückt, wie
bereits beschrieben, das Federelement 12 gegen die Spindel 16.
Diese Krafteinwirkung ist in 3b mit
dem Kraftpfeil 35' dargestellt.
Gleichzeitig wirkt als Reaktion eine entgegengesetzte Kraft auf
die Gewindemutter 15, wie es mit dem Kraftpfeil 36' dargestellt
ist. Es fällt
dabei auf, dass auch nach der Einleitung des Feststellbremsvorganges
die linken Seiten der Flanken der Spindel 16 an der rechten
Seite der Gewindemutterflanken anliegen. Das bedeutet, dass durch
die Belastung der Spindel 16 mit einem Drehmoment stets
dieselbe Seite der Flanken der Spindel 16 und der Gewindemutter 15 aneinander
liegen und dass das anhand der 2a und
b erwähnte
Flankenspiel a nicht überfahren
werden muss. Dadurch muss dieser Leerweg nicht bei der Auslegung
des Federelementes 12 berücksichtigt werden, was als vorteilhaft
anzusehen ist.
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Zur
weiteren Reduzierung bzw. Vermeidung von Leerwegen des Federelementes 12 ist
vorgesehen, dass das Kraftübertragungselement 2 mit
dem als Ankerplatte wirkenden Glied 23 mittels einer Pressverbindung 20 verbunden
ist, wie es in 1 dargestellt ist. Bei der Montage
der kombinierten Betriebs- und Feststellbremse wird das Kraftübertragungselement 2 lediglich
locker auf eine Bohrung in der Ankerplatte 23 aufgesteckt.
Nach der vollständigen
Montage wird ein hydraulischer Druck in den Betriebsdruckraum 7 und
den Speicherdruckraum 9 eingesteuert und der Speicherkolben 11 wird
in 1 so weit nach rechts verschoben, bis das Federelement 12 vom
Bund des Speicherkolbens 11 auf Block gepresst ist. Bei
diesem Vorgang presst sich das Kraftübertragungselement 2 in
die Ankerplatte 23 ein und Leerweg verursachende Toleranzen
werden auf ein Minimum reduziert. Ebenfalls möglich ist dieser Einstellvorgang
durch eine kraftgesteuerte Betätigung des
Speicherkolbens 11 im teilmontierten Bremssattel. Die Überprüfbarkeit
auf Erfolg des Einpressvorgangs ist als vorteilhaft anzusehen.