DE102012018144A1 - Aktuator für eine Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Ein Aktuator (1) für eine Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Kraftübertragungseinheit (5) zur Übertragung einer Stellkraft auf ein Stellglied (6), wobei die Kraftübertragungseinheit (5) um einen Messhub in Kraftübertragungsrichtung (11) verschiebbar gelagert ist. Weiterhin umfasst der Aktuator (1) eine Kraftmessvorrichtung zur Erfassung wenigstens eines ersten Istwerts der Stellkraft. Die Kraftmessvorrichtung weist hierfür eine in Kraftübertragungsrichtung (11) wirkende erste Feder (7) auf, wobei die Kraftübertragungseinheit (5) gegen die Federwirkung der ersten Feder (7) verschiebbar ist. Die erste Feder (7) ist unter Wirkung der Stellkraft um einen ersten Federweg (x1) spannbar. Des Weiteren weist die Kraftmessvorrichtung einen ersten Mikroschalter (9) auf, dessen Schalthub kleiner ist als der Messhub der Kraftübertragungseinheit (5). Der erste Mikroschalter (9) wird bei einer Verschiebung der Kraftübertragungseinheit (5) betätigt, wenn die Stellkraft den ersten Istwert erreicht. Weiterhin weist die Kraftmessvorrichtung ein erstes Anschlagelement (20) zur Betätigung des ersten Mikroschalters (9) auf, wobei der erste Mikroschalter (9) oder das erste Anschlagelement (20) mit der Kraftübertragungseinheit (5) gekoppelt ist, wohingegen das erste Anschlagelement (20) bzw. der erste Mikroschalter (9) ortsfest zu der Kraftübertragungseinheit (5) fixiert ist. Der erste Mikroschalter (9) und/oder das erste Anschlagelement (20) sind außerdem zur Kompensation der Differenz zwischen dem Schalthub des Mikroschalters (9) und dem Messhub der Kraftübertragungseinheit (5) angefedert gelagert.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator für eine Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs. Als Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs kann hierbei jede Vorrichtung des Kraftfahrzeugs verstanden werden, die ein Teil eines Fahrzeugs bewegt oder verstellt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Aktuator einer elektronischen Feststellbremse.
• In modernen Kraftfahrzeugen werden vermehrt Feststellbremsen eingesetzt, die über einen elektromotorischen Anrieb angezogen und gelöst werden. Dies hat den Vorteil, dass im Fahrzeuginnenraum der Bremshebel durch ein elektrisches Bedienelement, z. B. einen Knopf, ersetzt werden kann. Der hierdurch gewonnene Bauraum kann beispielsweise zur Steigerung des Sitzkomforts oder der designtechnischen Gestaltung des Innenraums, insbesondere durch komfortorientierte Platzierung von Bedienelementen, genutzt werden.
• Insbesondere bei einer elektromotorisch betätigten Feststellbremse ist eine Überwachung der Bremskraft, beispielsweise der Zugkraft eines Bremszugs, erforderlich, um einerseits eine ausreichende Bremswirkung zu erzielen und andererseits eine Überlastung der mechanischen Komponenten des Aktuators, also der die Bremskraft erzeugenden Einheit der Feststellbremse, zu vermeiden.
• Aus der DE 103 56 096 B4 ist eine Kraftmessung für eine Krafterzeugungseinrichtung bekannt, die indirekt über die Strommessung eines Elektromotors erfolgt. Eine solche indirekte Kraftmessung erfordert eine zusätzliche Auswerteeinheit zur Umrechnung der Messgröße, d. h. dem Motorstrom, in einen Kraftwert. Zudem erreicht diese Art der Kraftmessung üblicherweise nur einen geringen Grad der Genauigkeit.
• Aus der DE 103 61 127 B4 ist weiterhin ein Aktuator bekannt, bei dem die aufgebrachte Kraft über eine Wegmessung eines aufgrund der Kraftübertragung elastisch deformierten Federelementes vorgenommen wird. Die Wegmessung erfolgt dabei durch die Detektion der Bewegung eines Magneten mittels eines Hallsensors. Der Einsatz eines Hallsensors ist jedoch kostenintensiv und erfordert ebenfalls eine Auswerteeinheit, in der das Signal des Hallsensors zuerst in einen Weg und anschließend in eine Kraft umgerechnet wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und kostengünstigen Aktuator anzugeben.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Aktuator für eine Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
• Danach umfasst der Aktuator eine Kraftübertragungseinheit zur Übertragung einer Stellkraft auf ein Stellglied. Die Kraftübertragungseinheit ist dabei in Kraftübertragungsrichtung um einen Messhub verschiebbar gelagert. Weiterhin umfasst der Aktuator eine Kraftmessvorrichtung, die zur Erfassung wenigstens eines ersten Istwerts der Stellkraft eingerichtet und vorgesehen ist. Dazu weist die Kraftmessvorrichtung mindestens eine in Kraftübertragungsrichtung ausgerichtete erste Feder auf, gegen deren Federwirkung die Kraftübertragungseinheit verschiebbar ist. Die Feder ist unter Wirkung der Stellkraft um einen ersten Federweg spannbar, vorzugsweise wenn die Stellkraft den ersten Istwert erreicht oder überschreitet. Des Weiteren weist die Kraftmessvorrichtung einen ersten Mikroschalter auf, dessen Schalthub kleiner als der Messhub der Kraftübertragungseinheit ist. Der erste Mikroschalter wird bei einer Verschiebung der Kraftübertragungseinheit betätigt, wenn die Stellkraft den ersten Istwert erreicht. Zur Betätigung des ersten Mikroschalters weist die Kraftmessvorrichtung ein erstes Anschlagelement auf. Das erste Anschlagelement ist dabei mit der Kraftübertragungseinheit gekoppelt, während der erste Mikroschalter im Bezug auf die Kraftübertragungseinheit ortsfest fixiert ist. Alternativ hierzu ist es im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, dass der erste Mikroschalter mit der Kraftübertragungseinheit gekoppelt und dagegen das erste Anschlagelement ortsfest fixiert ist. Weiterhin sind das erste Anschlagelement und/oder der erste Mikroschalter derart angefedert gelagert, dass die Differenz zwischen dem Schalthub des Mikroschalters und dem Messhub der Kraftübertragungseinheit kompensiert werden kann. Das heißt, dass, bei Verschiebung der Kraftübertragungseinheit um den Messhub, das erste Anschlagelement und/oder der erste Mikroschalter durch die gefederte Lagerung um die Differenz zwischen dem Schalthub und dem Messhub einfedern und somit diese Differenz aufnehmen können.
• Durch die Kompensation der Differenz des Schalthubs und des Messhubs ist es vorteilhafterweise möglich, einen Mikroschalter mit einem kleinen Schalthub bei einem – im Vergleich zu dem Schalthub – großen Messhub einzusetzen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Mikroschalter bei der Verschiebung der Kraftübertragungseinheit nicht am Ende des Messhubs betätigt wird, sondern beispielsweise zu Beginn oder in der Mitte des Messhubs. Mikroschalter sind zudem besonders preiswert im Vergleich zu Wegsensoren, wie beispielsweise induktiven Wegaufnehmern oder Hallsensoren, so dass der Aktuator vorteilhafterweise besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Die Kompensation der Differenz zwischen dem Schalthub eines Tastschalters (insbesondere Mikrotasters) und einem (längeren) Messhub, um den der Tastschalter und ein damit korrespondierendes – also zum Schalten des Tastschalters vorgesehenes – Anschlagelement bestimmungsgemäß verfahren werden, durch eine gefederte Lagerung des Anschlagelements und/oder des Tastschalters wird als eigenständige Erfindung angesehen, die auch unabhängig von den übrigen Merkmalen des vorstehend beschriebenen Aktuators vorteilhaft einsetzbar ist, insbesondere bei anders gearteten Funktionseinheiten eines Kraftfahrzeugs. Das Anschlagelement bzw. der Tastschalter sind hierbei vorzugsweise unter einer Vorspannung gehaltert, die die Auslösekraft des Tastschalters übersteigt. Auf diese Weise gibt die federnde Lagerung des Anschlagelements bzw. Tastschalters erst nach, wenn der Tastschalter vollständig durchgeschaltet ist, so dass ein präziser Schaltpunkt der aus dem Tastschalter und dem Anschlagelement gebildeten Schaltbaugruppe sichergestellt ist.
• Durch den Mikroschalter wird lediglich eine Position erfasst, an der die Stellkraft den ersten Istwert erreicht oder überschreitet. Die erste Feder dient dabei zur Definition bzw. Festlegung der für die Verschiebung um den ersten Federweg erforderlichen Stellkraft. Der erste Istwert der Stellkraft ist somit – über die Federsteifigkeit der ersten Feder – direkt mit dem ersten Federweg korreliert. Aufgrund dieses Aufbaus der Kraftmessvorrichtung kann eine numerisch aufwändige Umrechnung eines mit der Stellkraft korrelierenden Wegsignals beispielsweise eines Wegsensors oder eine Auswertung eines direkt messenden Kraftsensors entfallen. Das Signal des Mikroschalters wird vielmehr bei dem erfindungsgemäßen Aktuator vorzugsweise unmittelbar genutzt, um bei Erreichen des ersten Istwerts eine die Stellkraft erzeugende Antriebseinheit, vorzugsweise einen den Aktuator antreibenden Elektromotor, abzuschalten. Anstelle einer komplexen numerischen Logik ist zu Auswertung des Schaltsignals somit lediglich ein einfaches Schaltelement erforderlich. Dadurch werden ein besonders einfacher Aufbau und insbesondere eine einfache Steuerung des Aktuators ermöglicht. Vorteilhafterweise kann das Signal des Mikroschalters dabei direkt, d. h. ohne Signalumformung oder Umrechnung in einen Kraftwert, an eine Steuereinheit übergeben werden, die vorzugsweise in einer übergeordneten Steuerung oder in dem Bordsystem des Kraftfahrzeugs integriert ist, so dass der Aktuator insbesondere ohne integrierte Steuereinheit (beispielsweise einen Mikroprozessor) betrieben werden kann.
• In Ausführung des Aktuators zum Antrieb einer elektronischen Feststellbremse wird als Kraftübertragungseinheit vorzugsweise eine Spindelmutter eingesetzt, die eine als Stellglied vorgesehene Spindel antreibt. Mit der Spindel kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise ein Bremszug verbunden sein, der die Stellkraft auf die Bremsklötze der Feststellbremse überträgt. Hierbei kann für den Fall, dass der Aktuator keine integrierte Steuereinheit aufweist, eine Klassifizierung des Aktuators nach ASIL (Automotive Safety Integrity Level) entfallen, so dass die Herstellung des Aktuators einfach und kostengünstig ist.
• In bevorzugter Ausführung handelt es sich bei dem ersten Anschlagelement um einen ersten Taststift, der – beispielsweise in einer Hülse durch eine Schraubenfeder – federnd gelagert ist. Der erste Taststift ist insbesondere mit einer gegenüber der Auslösekraft des ersten Mikroschalters höheren Taststiftvorspannkraft vorgespannt. Dadurch wird ermöglicht, dass der erste Taststift den ersten Mikroschalter an einem definierten und vorzugsweise wiederholbaren Schaltpunkt betätigt. Insbesondere betätigt der vorgespannte Taststift zuerst den Mikroschalter, bevor der Taststift bei weiterer Verschiebung der Kraftübertragungseinheit gegen die Taststiftvorspannkraft einfedert. Der Taststift ist dabei zweckmäßigerweise derart verschiebbar gelagert, dass dieser über den gesamten Messhub gegenüber seiner Lagerung verschoben werden kann.
• Um den Aktuator, insbesondere dessen Betrieb, weiter zu verbessern, beispielsweise um zum Abschalten des Aktuators einen zweiten Istwert der Stellkraft vorzugeben, umfasst die Kraftmessvorrichtung in einer zweckmäßigen und bevorzugten Ausführung eine zweite Feder, die in Reihe zu der ersten Feder angeordnet ist. Die zweite Feder ist dabei durch eine Vorspannkraft vorgespannt, die den ersten Istwert der Stellkraft überschreitet. Dadurch wird die zweite Feder um einen zweiten Federweg gespannt, wenn die Stellkraft die Vorspannkraft überschreitet. Die Kraftmessvorrichtung ist dabei vorteilhafterweise dazu eingerichtet und vorgesehen, den ersten Istwert und den zweiten Istwert der Stellkraft zu erfassen. Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass der erste und der zweite Federweg, bei denen jeweils der erste Istwert und der zweite Istwert erfasst werden, nur einen Teilabschnitt des gesamten Federhubs der jeweiligen Feder bilden. Mit anderen Worten kann der erste bzw. der zweite Istwert bereits erfasst werden, wenn die Kraftübertragungseinheit unter Wirkung der Stellkraft die jeweilige Feder lediglich um einen (kleinen) Teil des jeweils möglichen Federhubs spannt. In alternativer und einfacher Ausführung können der erste Federweg und der zweite Federweg auch dem jeweiligen Federhub entsprechen. Hierzu sind beispielsweise die erste Feder und die zweite Feder in ihrem Federhub über Anschläge auf den ersten bzw. den zweiten Federweg begrenzt, so dass der Messhub der Kraftübertragungseinheit der Summe aus dem ersten und dem zweiten Federweg entspricht. Für den Fall, dass der Aktuator für eine Feststellbremse eingesetzt ist, ist der zweite Istwert vorteilhafterweise dazu vorgesehen, ein Abschaltkriterium für den Aktuator bei Erreichen einer Sollbremskraft vorzugeben, um eine Überlastung zu vermeiden. Der erste Istwert ist dabei dazu vorgesehen, ein Abschaltkriterium für den Aktuator beim Lösen der Feststellbremse vorzugeben, so dass eine ausreichend geringe Stellkraft, die ein Lösen der Bremsklötze garantiert, erreicht wird. Somit ist der Aktuator über die Detektion zweier Endlagen (denen jeweils einer der Istwerte zugeordnet ist) gesteuert und kann dadurch auf einfache Weise betrieben werden.
• In einer Ausführung des Aktuators ist der Mikroschalter zur Detektion des ersten Istwerts und des zweiten Istwerts als Wechselschalter ausgeführt. Der Wechselschalter weist hierzu eine Schalthysterese zwischen einem Anschaltzustand und einem Abschaltzustand auf. Mit anderen Worten liegen die dem Anschaltzustand und dem Abschaltzustand des Wechselschalters zugeordneten Schaltpositionen bei unterschiedlichen Positionen entlang des Schalthubs des Wechselschalters. Bei Verschiebung der Kraftübertragungseinheit um den zweiten Federweg – insbesondere unter Spannung der zweiten Feder – wird der Wechselschalter zur Detektion des zweiten Istwerts der Stellkraft in den Anschaltzustand geschaltet. Bei Entlastung des Stellglieds bzw. der Kraftübertragungseinheit und der ersten Feder um den ersten Federweg wird der Wechselschalter zur Detektion des ersten Istwerts in den Abschaltzustand geschaltet. Mit anderen Worten wird der Wechselschalter in den Anschaltzustand geschalten, wenn die erste Feder und die zweite Feder um den jeweiligen Federweg gespannt werden. Bei Entlastung erfolgt die Rückschaltung des Wechselschalters in den Abschaltzustand, wenn die erste Feder entspannt wird – d. h. nach Entlastung der zweiten Feder (auf die Vorspannkraft).
• Bei der ersten Feder handelt es sich vorzugsweise um eine Feder mit im Vergleich zu der zweiten Feder wesentlich geringerer Federsteifigkeit. Die erste Feder wird dabei bereits bei einer geringen Stellkraft von beispielsweise 30 bis 150 Newton um den ersten Federweg gespannt, während die zweite Feder erst bei einer vergleichsweise hohen Stellkraft von beispielsweise 1300 bis 1800 Newton um den zweiten Federweg gespannt wird. Dadurch wird erreicht, dass eine für die Bremswirkung der Feststellbremse ausreichende Stellkraft durch den Aktuator aufgebracht wird, wenn die zweite Feder um den zweiten Federweg gespannt ist. Die vergleichsweise niedrige Stellkraft zum Spannen der ersten Feder gewährleistet dahingegen ein zuverlässiges Lösen der Feststellbremse. Die erste und die zweite Feder sind dabei vorzugsweise als Druckfedern, insbesondere als Schraubenfedern, ausgeführt.
• In einer bevorzugten und zweckmäßigen alternativen Ausführung des Aktuators ist der erste Mikroschalter zur Detektion des ersten Istwerts eingerichtet und vorgesehen, wobei der erste Mikroschalter bei Verschiebung der Kraftübertragungseinheit um den ersten Federweg betätigt wird. Zusätzlich zu dem ersten Mikroschalter umfasst die Kraftmessvorrichtung in dieser Ausführung einen zweiten Mikroschalter, der zur Detektion des zweiten Istwerts eingerichtet und vorgesehen ist. Der zweite Mikroschalter wird folglich bei Verschiebung der Kraftübertragungseinheit um den zweiten Federweg betätigt. Der Einsatz von zwei, vorzugsweise baugleichen, Mikroschaltern ermöglicht hierbei einen einfachen Aufbau des Aktuators. Insbesondere können durch zwei Mikroschalter Herstellungs- und Einbau-Toleranzen auf besonders einfache Weise ausgeglichen werden. Weiterhin kann durch zwei Mikroschalter auch eine besonders große Differenz zwischen Messhub und Schalthub berücksichtigt werden.
• Zur Betätigung des zweiten Mikroschalters weist die Kraftmessvorrichtung zweckmäßigerweise ein zweites Anschlagelement auf. Das zweite Anschlagelement ist dabei mit der Kraftübertragungseinheit gekoppelt, während der zweite Mikroschalter ortsfest zu dieser angeordnet ist. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung ebenso denkbar, dass der zweite Mikroschalter mit der Kraftübertragungseinheit gekoppelt ist, während das zweite Anschlagelement ortsfest montiert ist. Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung dabei denkbar, dass das zweite Anschlagelement und der zweite Mikroschalter jeweils starr, d. h. unbeweglich, mit der Kraftübertragungseinheit gekoppelt bzw. an einer zu dieser ortsfesten Position montiert sind. Vorteilhafterweise sind allerdings der zweite Mikroschalter und/oder das zweite Anschlagelement analog zu dem ersten Mikroschalter und dem ersten Anschlagelement angefedert gelagert, so dass die Differenz zwischen Messhub und Schalthub und zweckmäßigerweise auch Toleranzen durch Herstellung und Montage kompensiert werden können.
• In bevorzugter Ausführung ist das zweite Anschlagelement in Form eines zweiten Taststifts ausgebildet. Der zweite Taststift ist dabei federnd gelagert und insbesondere baugleich zu dem vorstehend beschriebenen ersten Taststift ausgeführt.
• In einfacher Ausführung des Aktuators sind der erste Mikroschalter und der zweite Mikroschalter derart angeordnet, dass der jeweilige Schalthub parallel zu der Kraftübertragungsrichtung ausgerichtet ist. Bevorzugt sind dabei das erste Anschlagelement und das zweite Anschlagelement entlang der Kraftübertragungsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Mit anderen Worten ragt beispielsweise das erste Anschlagelement in Kraftübertragungsrichtung über das zweite Anschlagelement hinaus. Alternativ können auch der erste Mikroschalter und der zweite Mikroschalter zueinander versetzt angeordnet sein. Der Versatz der beiden Anschlagelemente (und/oder gegebenenfalls der beiden Mikroschalter) ist dabei derart eingestellt, dass der erste Mikroschalter bei Erreichen des ersten Istwerts und der zweite Mikroschalter bei Erreichen des zweiten Istwerts der Stellkraft betätigt werden.
• In einer optionalen Ausführung, die als eigenständige Erfindung angesehen wird, umfasst der Aktuator ein Gehäuse, von dem der Aktuator nahezu vollständig umschlossen ist. Auf diesem Gehäuse sind dabei der erste Istwert und gegebenenfalls der zweite Istwert der Stellkraft gekennzeichnet. Der oder jeder Istwert wird vorteilhafterweise während der Montage des Aktuators bestimmt und anschließend auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Unter „gekennzeichnet wird dabei jede Form der Kenntlichmachung, beispielsweise Aufdrucken, Gravieren, Laserbeschriften oder Bekleben mit einem bedruckten Aufkleber, verstanden. Dadurch wird die Einbindung des Aktuators in das Bordsystem des Kraftfahrzeugs oder in eine dem Aktuator übergeordnete Steuereinheit auf einfache Weise ermöglicht, insbesondere da der Aktuator in bevorzugter Ausführung nicht mit einer individuellen Steuereinheit ausgestattet ist.
• In vorteilhafter Ausführung ist der oder jeder Istwert der Stellkraft auf dem Gehäuse in Form einer maschinenlesbaren Kodierung, insbesondere eines Barcodes, vermerkt.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
• 1 bis 3 in unterschiedlichen Schnittdarstellungen einen Aktuator für eine Kraftfahrzeugfeststellbremse sowie eine vergrößerten Ausschnitt des Aktuators,
• 4 bis 6 in vereinfachter schematischer Darstellung den Aktuator jeweils in einer entlasteten, teilweise belasteten und vollständig belasteten Position, und
• 7 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Aktuators.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 bis 3 ist ein Aktuator 1 für eine elektronische Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Aktuator 1 umfasst ein Gehäuse 2 sowie darin angeordnet einen Elektromotor 3, ein Getriebe 4, eine Spindelmutter 5, eine Spindel 6 sowie eine erste und eine zweite (Schrauben-)Feder 7 bzw. 8. Weiterhin umfasst der Aktuator eine Kraftmessvorrichtung, die durch die beiden Federn 7 und 8 sowie einen ersten und einen zweiten Mikroschalter 9 bzw. 10 gebildet ist.
• Der Elektromotor 3 erzeugt eine zum Betrieb der Feststellbremse erforderliche Stellkraft und überträgt diese über das Getriebe 4 auf die Spindelmutter 5. Die Spindelmutter 5 dient als Kraftübertragungseinheit und verstellt die mit der Spindelmutter 5 in Eingriff stehende Spindel 6. Die Spindel 6 wird im Betrieb des Aktuators 1 axial entlang einer Kraftübertragungsrichtung 11 verschoben. Die Spindel 6 wirkt dabei als Stellglied auf einen Bremszug 12, der mit der Spindel 6 kraftübertragungstechnisch gekoppelt ist.
• Das Getriebe 4 ist durch zwei Zahnräder 13 und 14 gebildet, die antriebsseitig mit der Motorwelle 15 des Elektromotors 3 und abtriebsseitig mit der Spindelmutter 5 gekoppelt sind.
• Die erste und die zweite Feder 7 und 8 sind koaxial zu der Spindel 6 in Reihe angeordnet. Beide Federn 7 und 8 sind dabei als Druckfedern ausgebildet. Die Spindelmutter 5 ist über ein Axiallager 16 gegen die Feder 8 (und weiterhin gegen die Feder 7) abgestützt. Dadurch ist die Spindelmutter 5 in Kraftübertragungsrichtung 11 verschiebbar montiert. Die erste Feder 7 ist durch einen Anschlag 17 auf einen ersten Federweg x₁ begrenzt. Die zweite Feder 8 ist auf einer Spannhülse 18 vorgespannt montiert. Die Spannhülse 18 ist dabei derart ausgelegt, dass die zweite Feder 8 auf einen zweiten Federweg x₂ begrenzt ist. Dadurch ist die Spindelmutter 5 (in Druckrichtung 19 auf beide Federn 7 und 8) um einen Messhub verschiebbar, der der Summe des ersten Federwegs x₁ und des zweiten Federwegs x₂ entspricht. Die Druckrichtung 19 ist erkanntermaßen parallel zu der Kraftübertragungsrichtung 11 ausgerichtet.
• Unter Wirkung der Stellkraft wird die Spindel 5 zur Aktivierung der Feststellbremse entgegen der Druckrichtung 19 verschoben. Aufgrund der daraus resultierenden Spannung des Bremszuges 12 baut sich eine der Stellkraft entsprechende Gegenkraft auf, die in Druckrichtung 19 wirkt. Überschreitet die Stellkraft bzw. die Gegenkraft des Bremszuges 12 die Federkraft der jeweiligen Feder 7 bzw. 8, werden diese um ihren jeweiligen Federweg x₁ bzw. x₂ komprimiert. Die Mikroschalter 9 und 10 sind dabei dazu eingerichtet und vorgesehen, eine Verschiebung der Spindelmutter 5 in Druckrichtung 19 und somit jeweils einen, dem Federweg x₁ bzw. x₂ zugeordneten, Istwert der Stellkraft zu detektieren. Zur Betätigung der Mikroschalter 9 und 10 sind dabei als erstes bzw. zweites Anschlagelement jeweils ein Taststift 20 und 21 an einer Brücke 22 befestigt. Die Brücke 22 ist mit der Spindelmutter 5 über das Axiallager 16 gekoppelt, so dass die Brücke 22 mit der Spindelmutter 5 verschoben wird.
• In 2 und 3 ist die Anordnung der Mikroschalter 9 und 10 sowie der Taststifte 20 und 21 verdeutlicht. Die Taststifte 20 und 21 sind jeweils in einer Schraubhülse 24 bzw. 25 über eine Schraubenfeder 26 bzw. 27 federnd gelagert. Die Schraubhülsen 24 und 25 sind mit unterschiedlichem Abstand zu den Mikroschaltern 9 bzw. 10 in die Brücke 22 eingeschraubt. Dadurch wird erreicht, dass der Mikroschalter 9 bereits bei einer Kompression der ersten Feder 7 betätigt wird und dass der Mikroschalter 10 erst am Ende des Messhubs, d. h. bei Kompression beider Federn 7 und 8 um die Stellwege x₁ bzw. x₂, durch den Taststift 21 betätigt wird.
• Durch die federnde Lagerung kann der Taststift 20 bei Verschiebung der Spindelmutter 5 um den gesamten Messhub vorteilhafterweise einfedern, nachdem der Mikroschalter 9 betätigt ist. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der Schalthub, also der Weg, den eine Drucktaste 28 bzw. 29 des jeweiligen Mikroschalters 9 bzw. 10, zurücklegen kann, kleiner als der gesamte Messhub der Spindelmutter 5 ist. Beispielsweise können der Messhub etwa 7 Millimeter und der Schalthub der Mikroschalter 9 und 10 lediglich etwa 1 bis 3 Millimeter betragen. Das Gehäuse 2 weist im Bereich der beiden Taststifte 20 und 21 jeweils eine domförmige Ausbuchtung 30 und 31 auf, in die die Schraubhülse 24 bzw. 25 ragen und in die die eingefederten Taststifte 20 und 21 eintauchen können. Die Taststifte 20 und 21 sind dabei derart montiert, dass die Vorspannkraft der Schraubenfedern 26 bzw. 27 die zur Betätigung der Mikroschalter 9 bzw. 10 erforderliche Schaltkraft übersteigt.
• Die Feder 7 weist eine vergleichsweise niedrige Federsteifigkeit auf, so dass zur Verschiebung der Spindelmutter 5 eine Stellkraft von beispielsweise 50 bis 150 Newton – in Abhängigkeit von der Ausführung der Feststellbremse und des Kraftfahrzeugs – ausreichend ist. In bevorzugter Dimensionierung des Aktuators 1 ist zur Verschiebung der Spindelmutter 5 gegen die erste Feder 7 ein Wert von etwa 50 bis 130 Newton als erster Istwert der Stellkraft vorgesehen. In einfacher Auslegung der Feder 7 wird diese dabei um den gesamten Federweg x₁ gespannt.
• Die Feder 8 weist eine maßgeblich höhere Federsteifigkeit als die Feder 7 auf. Die Feder 8 ist durch die Spannhülse 18 derart vorgespannt, dass die Feder 8 erst bei einem zweiten Istwert der Stellkraft beispielsweise von etwa 1300 bis 1800 Newton komprimiert wird, wobei der zweite Istwert wiederum von der Ausführung der Feststellbremse und des Kraftfahrzeugs abhängt. In bevorzugter Dimensionierung beträgt der zweite Istwert etwa 1400 Newton bis 1600 Newton. Die zweite Feder 8 wird in einfacher Auslegung dabei um den gesamten Federweg x₂ gespannt.
• Das Funktionsprinzip der Kraftmessvorrichtung ist in den 3 bis 6 schematisch dargestellt. In 3 ist dabei der Aktuator 1, insbesondere die Feder 7 vollständig entspannt und die Feder 8 gegen die Spannhülse 18 vorgespannt, d. h. es wird keine Bremskraft bzw. Stellkraft auf den Bremszug 12 ausgeübt. Die Drucktasten 28 und 29 der beiden Mikroschalter sind nicht in Kontakt mit den Taststiften 20 bzw. 21. Wird nun der Elektromotor 3 aktiviert, so dass der Bremszug 12 gespannt wird, steigt die Stellkraft an bis der erste Istwert erreicht wird. Dadurch wird die Feder 7 unter Verschiebung der Spindelmutter 5 um den Federweg x₁ komprimiert. Durch die Verschiebung der Spindelmutter 5 kommt der Taststift 20 mit der Drucktaste 28 des Mikroschalters 9 in Kontakt und betätigt den Mikroschalter 9 unter Überwindung des Schalthubs (siehe 5). Der Taststift 20 ist dabei nicht in Kontakt mit dem Mikroschalter 10 bzw. dessen Drucktaste 29. Unter weiterer Drehung der Spindelmutter 5 wird die Spindel 6 weiter entgegen der Druckrichtung 19 verschoben und der Bremszug 12 weiter gespannt, wobei die Spannhülse 18 am Anschlag 17 anliegt. Erreicht die Stellkraft den zweiten Istwert, verschiebt sich die Spindelmutter 5 gegen die Feder 8 um den Federweg x₂. Dabei federt der Taststift 20 in die Schraubhülse 24 ein, der Taststift 21 kommt mit der Drucktaste 29 des Mikroschalters 10 in Kontakt und betätigt letzteren.
• Das Schaltsignal des Mikroschalters 10 weist somit auf das Erreichen des zweiten Istwerts der Stellkraft hin. Das Schaltsignal wird vorteilhafterweise dazu verwendet, den Aktuator 1, insbesondere dessen Elektromotor 3 abzuschalten, um eine Überlastung des Aktuators 1 oder des Bremszuges 12 zu vermeiden.
• Bei Entlastung des Bremszuges 12 durch eine entgegengesetzte Drehung der Spindelmutter 5 wird zuerst die Feder 8 entlastet und anschließend, wenn die Stellkraft auf den ersten Istwert abgesunken ist, die Feder 7 entlastet. Bei Entlastung der Feder 7 und Verschiebung der Spindelmutter 5 entgegen der Druckrichtung 19 wird der Mikroschalter 9 entschaltet, so dass je nach Auslegung des Mikroschalters 9 beispielsweise ein Spannungswechsel oder Spannungsabfall des Schaltsignals zum Abschalten des Aktuators 1 herangezogen werden kann. Der Aktuator 1 ist somit auf einfache Weise dazu eingerichtet, zwei (durch den ersten und den zweiten Istwert festgelegte) Endlagen des Bremszuges 12 bzw. der Spindel 6 zu detektieren, wodurch eine einfache Steuerung des Aktuators 1 ermöglicht wird.
• Zur Montage werden die Federn 7 und 8 beispielsweise über die Spindel 6 jeweils mit einem definierten Kraftwert (nämlich dem ersten und dem zweiten Istwert) beaufschlagt und der jeweilige Taststift 20 bzw. 21 über die Schraubhülse 24 bzw. 25 derart tief in die Brücke 22 eingeschraubt, dass der Mikroschalter 9 bzw. 10 bei dem jeweiligen Kraftwert auslöst. Durch Verstellung der jeweiligen Schraubhülse 24, 25 ist der darin gehaltene Taststift 20 bzw. 21 axialverstellbar. Die Axialverstellbarkeit der Taststifte 20 und 21 ermöglicht dabei eine präzise Justierung der aus dem Taststift 20, 21 und dem zugehörigen Mikroschalter 9 bzw. 10 jeweils gebildeten Schaltbaugruppe auf den jeweils spezifizierten Schaltpunkt (hier den jeweils spezifizierten Kraftwert).
• In einem vorteilhaften und für sich erfinderischen Ausführungsbeispiel, dargestellt in 7, sind der erste Istwert und der zweite Istwert mittels eines (maschinenlesbaren) Barcodes 32 verschlüsselt auf dem Gehäuse 2 des Aktuators 1 angebracht. Beispielsweise kann der Barcode 32 in das Gehäuse 2 eingelasert (in Form einer Lasergravur oder Laserbeschriftung) oder als Aufkleber aufgebracht werden. Der Aktuator 1 umfasst keine individuelle, d. h. integrierte, Steuer- oder Auswerteeinheit. Dadurch können der erste und der zweite Istwert nicht in einem Speichermodul einer solchen Steuer- oder Auswerteinheit hinterlegt und an eine übergeordnete Steuerung übermittelt werden. Durch die Kennzeichnung beider Istwerte auf dem Gehäuse ist es auf einfache Weise möglich, die Istwerte an die übergeordnete Steuerung zu übergeben, insbesondere bei äußerlich baugleichen aber mit unterschiedlichen Federn 7 bzw. 8 bestückten Aktuatoren 1. Vorteilhafterweise können dadurch auch herstellungs- und montagebedingte Toleranzen der Federn 7 bzw. 8 und somit des ersten und des zweiten Istwerts hinterlegt und übergeben werden.
• Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
• Bezugszeichenliste

1

Aktuator

2

Gehäuse

3

Elektromotor

4

Getriebe

5

Spindelmutter

6

Spindel

7, 8

Feder

9, 10

Mikroschalter

11

Kraftübertragungsrichtung

12

Bremszug

13, 14

Zahnrad

15

Motorwelle

16

Axiallager

17

Anschlag

18

Spannhülse

19

Druckrichtung

20, 21

Taststift

22

Brücke

24, 25

Schraubhülse

26, 27

Schraubenfeder

28, 29

Drucktaste

30, 31

Ausbuchtung

32

Barcode

x₁, x₂

Federweg

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 10356096 B4 [0004]
• DE 10361127 B4 [0005]

Claims (10)

1. Aktuator (1) für eine Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs, aufweisend – eine Kraftübertragungseinheit (5) zur Übertragung einer Stellkraft auf ein Stellglied (6), wobei die Kraftübertragungseinheit (5) um einen Messhub in Kraftübertragungsrichtung (11) verschiebbar gelagert ist, und – eine Kraftmessvorrichtung zur Erfassung wenigstens eines ersten Istwerts der Stellkraft, – mit einer in Kraftübertragungsrichtung (11) wirkenden ersten Feder (7), wobei die Kraftübertragungseinheit (5) gegen die Federwirkung der ersten Feder (7) verschiebbar ist, und wobei die erste Feder (7) unter Wirkung der Stellkraft um einen ersten Federweg (x₁) spannbar ist, – mit einem ersten Mikroschalter (9), dessen Schalthub kleiner ist als der Messhub der Kraftübertragungseinheit (5), und der bei einer Verschiebung der Kraftübertragungseinheit (5) betätigt wird, wenn die Stellkraft den ersten Istwert erreicht, – mit einem ersten Anschlagelement (20) zur Betätigung des ersten Mikroschalters (9), – wobei der erste Mikroschalter (9) oder das erste Anschlagelement (20) mit der Kraftübertragungseinheit (5) gekoppelt ist, wobei das erste Anschlagelement (20) bzw. der erste Mikroschalter (9) ortsfest zu der Kraftübertragungseinheit (5) fixiert ist, und wobei der erste Mikroschalter (9) und/oder das erste Anschlagelement (20) zur Kompensation der Differenz zwischen dem Schalthub des Mikroschalters (9) und dem Messhub der Kraftübertragungseinheit (5) federnd gelagert sind.
2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, wobei als erstes Anschlagelement ein erster Taststift (20) vorgesehen ist, der federnd gelagert und mit einer gegenüber der Auslösekraft des ersten Mikroschalters (9) höheren Taststiftvorspannkraft vorgespannt ist.
3. Aktuator (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftmessvorrichtung eine in Reihe zu der ersten Feder (7) angeordnete zweite Feder (8) umfasst, wobei die zweite Feder (8) durch eine Vorspannkraft, die den ersten Istwert der Stellkraft überschreitet, vorgespannt ist, und wobei die zweite Feder (8) unter Wirkung der Stellkraft um einen zweiten Federwegs (x₂) spannbar ist, wenn die Stellkraft die Vorspannkraft überschreitet, und wobei die Kraftmessvorrichtung zur Erfassung eines, der Verschiebung der Kraftübertragungseinheit (5) um den zweiten Federweg entsprechenden, zweiten Istwerts der Stellkraft eingerichtet ist.
4. Aktuator (1) nach Anspruch 3, wobei es sich bei dem ersten Mikroschalter (9) um einen Wechselschalter handelt, der eine Schalthysterese zwischen einem Anschaltzustand und einem Abschaltzustand aufweist, wobei der Wechselschalter zur Detektion des zweiten Istwerts bei Verschiebung der Kraftübertragungseinheit (5) um den zweiten Federweg (x₂) in den Anschaltzustand geschaltet wird, und wobei der Wechselschalter zur Detektion des ersten Istwerts bei Entlastung des Stellglieds (6) und Verschiebung der Kraftübertragungseinheit (5) um den ersten Federweg (x₁) in den Abschaltzustand geschaltet wird.
5. Aktuator (1) nach Anspruch 3, wobei der erste Mikroschalter (9) zur Detektion des ersten Istwerts bei Verschiebung der Kraftübertragungseinheit (5) um den ersten Federweg (x₁) betätigt wird, und wobei die Kraftmessvorrichtung einen zweiten Mikroschalter (10) aufweist, der zur Detektion des zweiten Istwerts bei Verschiebung der Kraftübertragungseinheit (5) um den zweiten Federweg (x₂) betätigt wird.
6. Aktuator (1) nach Anspruch 5, wobei die Kraftmessvorrichtung zur Betätigung des zweiten Mikroschalters (10) ein zweites Anschlagelement (21) aufweist, und wobei der zweite Mikroschalter (9) oder das zweite Anschlagelement (21) mit der Kraftübertragungseinheit (5) gekoppelt ist, und wobei das zweite Anschlagelement (21) bzw. der zweite Mikroschalter (9) ortsfest zu der Kraftübertragungseinheit (5) fixiert ist.
7. Aktuator (1) nach Anspruch 6, wobei als zweites Anschlagelement ein zweiter Taststift (21) vorgesehen ist, der zur Kompensation der Differenz zwischen dem Schalthub des Mikroschalters (10) und dem Messhub der Kraftübertragungseinheit (5) federnd gelagert und mit einer gegenüber der Auslösekraft des zweiten Mikroschalters (10) höheren Taststiftvorspannkraft vorgespannt ist.
8. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der jeweilige Schalthub des ersten Mikroschalters (9) und des zweiten Mikroschalters (10) parallel zu der Kraftübertragungsrichtung (11) ausgerichtet ist, und wobei der erste Mikroschalter (9) und der zweite Mikroschalter (10) und/oder das erste Anschlagelement (20) und das zweite Anschlagelement (21) in Richtung der Kraftübertragungsrichtung (11) zueinander versetzt angeordnet sind.
9. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Gehäuse (2), auf dem der oder jeder Istwert der Stellkraft ausgezeichnet ist.
10. Aktuator (1) nach Anspruch 9, wobei auf dem Gehäuse (2) der oder jeder Istwert der Stellkraft in Form einer maschinenlesbaren Kodierung, insbesondere eines Barcodes (32), aufgezeichnet ist.

Images