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Die Erfindung betrifft eine Feststellbremse für ein Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
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Feststellbremsanlagen für Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichen Ausprägungen, wie z.B. als Feststellscheibenbremse oder auch Feststelltrommelbremse, aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Lediglich beispielhaft wird auf die
DE 23 34 234 C3 bzw.
DE 39 41 400 A1 verwiesen. Gemeinsamkeit der aus dem Stand der Technik bekannten unterschiedlichen Ausprägungen ist, dass die Haltefunktion der Feststellbremse auf eine reibschlüssige Verbindung der beteiligten Bremspartner zurückzuführen ist.
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Bekanntlich weisen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor ein Getriebe auf, das - je nach Ausführung des Kraftfahrzeugs - als Automatikgetriebe oder als mechanisches Getriebe ausgebildet sein kann. Die Haltefunktion der Feststellbremse, nämlich ein ungewolltes Wegrollen des abgestellten Kraftfahrzeugs zu unterbinden, wird in der Praxis üblicherweise dadurch unterstützt, indem bei Automatikgetrieben die Parksperre aktiviert wird (=> Fahrer wählt Fahrstufe „P“), bzw. bei mechanischen Getrieben das Kraftfahrzeug mit eingelegter Fahrstufe abgestellt wird. Somit wird die Feststellbremse in der Regel nicht als singuläres Halteelement genutzt, da die Feststellbremse in ihrer Haltefunktion durch eine formschlüssige Sperreinrichtung (=> Parksperre bei Automatikgetrieben) oder eine zusätzliche reibschlüssige Verbindung (=> eingelegte Fahrstufe bei mechanischen Getrieben) unterstützt wird. Insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Elektromobilität und des damit verbundenen Wegfalls des Verbrennungsmotors und damit Entfalls der Getriebeeinheiten sind zukünftig erhöhte Anforderungen an die Haltefunktion von Feststellbremsen zu erwarten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Feststellbremse für ein Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Haltefunktion der Feststellbremse gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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In bekannter Art und Weise umfasst die Feststellbremse für ein Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs einen mit dem Rad umlaufenden ersten Bremspartner und mindestens einen in Bezug zur Raddrehung stillstehenden zweiten Bremspartner. Weiterhin umfasst die Feststellbremse in bekannter Art und Weise Betätigungsmittel, über die der zweite Bremspartner mit dem ersten Bremspartner in Wirkkontakt bringbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach einer Betätigung der Feststellbremse, also Anziehen/Aktivierung der Feststellbremse, die beiden Bremspartner in formschlüssigen Wirkkontakt miteinander stehen und somit zwischen den beiden Bremspartnern ein Formschluss herrscht.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Feststellbremse hat den Effekt, dass die Bremsleistung für die Haltefunktion der Feststellbremse aus einer formschlüssigen Verbindung der beteiligten Bremspartner und nicht - wie bisher aus dem Stand der Technik gelehrt - aus einer reibschlüssigen Verbindung der beteiligten Bremspartner resultiert. Dies hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Feststellbremse aufgrund des Formschlusses eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verbesserte Feststellbremsleistung aufweist und somit eine verbesserte Haltefunktion der erfindungsgemäßen Feststellbremse sichergestellt ist. Insbesondere im Hinblick auf die zunehmend zu erwartende Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen ist somit durch die erfindungsgemäße Feststellbremse eine Feststellbremse zur Verfügung gestellt, die auch nach Wegfall von Getriebeeinheiten eine ausreichende Haltefunktion gewährleistet.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feststellbremse sieht vor, dass die beiden Bremspartner zunächst im reibschlüssigen und anschließend im formschlüssigen Wirkkontakt miteinander stehen, d.h. dass bei geringen Spannkräften das System noch „durchrutschen“ kann (=> Reibschluss), während bei höheren Spannkräften ein formschlüssiges Ineinandergreifen der beiden Bremspartner auftritt (Formschluss). Somit wird im Falle der Haltefunktion der Reibschluss durch Formschluss unterstützt bzw. im Falle der Haltefunktion wird der Reibschluss durch Formschluss ersetzt.
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Vorzugsweise sind hierzu am ersten Bremspartner erste Kontaktelemente und/oder am zweiten Bremspartner zweite Kontaktelemente angeordnet bzw. ausgebildet, über die die beteiligten Bremspartner nach Betätigung/Aktivierung der Feststellbremse miteinander in formschlüssigem Eingriff oder alternativ in reibschlüssigen und formschlüssigem Eingriff stehen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feststellbremse sind dabei die ersten und zweiten Kontaktelemente derart ausgebildet, dass die beiden Bremspartner über die Kontaktelemente formschlüssig miteinander verbindbar sind und dass die ersten und zweiten Kontaktelemente zudem noch gegenüberliegende, miteinander in reibschlüssigen Eingriff bringbare Kontaktflächen aufweisen. D.h., die Kontaktelemente sind so ausgebildet, dass bei Betätigung/Aktivierung der Feststellbremse vor dem formschlüssigen Ineinandergreifen der Kontaktelemente zunächst die Kontaktelemente über ihre Reibflächen miteinander in Wirkverbindung gelangen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass über die Reibflächen auch eine dynamische Abbremsung ermöglicht ist, die z.B. als Redundanz für automatisierte Fahrfunktionen genutzt werden kann.
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Vorzugsweise sind hierfür die Kontaktelemente in Form von wellenförmigen Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die ersten und zweiten Kontaktelemente in Form eines Polygon-Profils ausgebildet sind.
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Gemäß einer alternativen zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feststellbremse sind die ersten und zweiten Kontaktelemente derart ausgebildet, dass zwischen den Kontaktelementen lediglich ein formschlüssiger Eingriff ermöglicht ist. D.h. eine Betätigung/Aktivierung der Feststellbremse bewirkt ein unmittelbares formschlüssiges Ineinandergreifen der ersten und zweiten Kontaktelemente. Dynamische Bremsungen werden über Teile des Betriebsbremssystems vollzogen.
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Bevorzugt sind hierfür die ersten und zweiten Kontaktelemente in Form einer Verzahnung ausgebildet.
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Um bei einem Verschleiß einen einfachen, kostengünstigen Austausch der Verschleißteile zu gewährleisten, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Bremspartner eine demontierbare, die zweiten Kontaktelemente umfassende Bremsbelagfläche aufweist. Entsprechend kann auch der erste Bremspartner mit einer, die ersten Kontaktelemente aufweisenden, demontierbaren Bremsbelagfläche versehen sein.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feststellbremse zeichnet sich dadurch aus, dass die Bremsbelagfläche über eine flexible Lagerung mit dem zweiten Bremspartner verbunden ist. Die Formulierung „flexible Lagerung“ ist dabei so zu verstehen, dass die Lagerung in Umfangsrichtung U betrachtet ein leichtes Spiel aufweist. Weiterhin zeichnet sich diese Ausführungsform dadurch aus, dass die in der Bremsbelagfläche ausgebildeten zweiten Kontaktelemente in Bezug zu den ersten Kontaktelementen des ersten Bremspartners in Umfangsrichtung betrachtet einen unterschiedlichen Abstand aufweisen. Diese Ausgestaltung hat den Effekt, dass bei einer ungünstigen Positionierung zweier sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Kontaktelemente, z. B. die ersten und zweiten Kontaktelemente sind in Form einer Verzahnung ausgebildet und zwei Zahnköpfe stehen im unmittelbaren Kontakt miteinander, aufgrund der flexiblen Lagerung in Kombination mit dem unterschiedlichen Abstand zwischen den als Zähnen ausgebildeten Kontaktelementen, eine leichte Relativbewegung zwischen den Kontaktelementen ermöglicht ist, so dass - ähnlich einer Zentrierung - ein leichteres Eingreifen der zweiten Kontaktelemente in die ersten Kontaktelemente sichergestellt ist.
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Die erfindungsgemäße Feststellbremse ist unabhängig von der Art der Betätigung und kann als mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Bremse ausgebildet sein.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Feststellbremse als eine Trommelbremse ausgebildet und umfasst eine Bremstrommel sowie zwei jeweils eine Bremsbelagfläche aufweisende Bremsbacken, wobei die Bremstrommel den ersten Bremspartner und die Bremsbacken den zweiten Bremspartner bilden.
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Die Trommelbremse kann dabei in Bauform einer Simplex-Duplex, Duoduplex oder Servobremse ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Trommelbremse ist dabei vorgesehen, dass die Bremstrommel eine polygonförmige Innenfläche aufweist und dass die der Innenfläche der Bremstrommel zugewandten Oberflächen der Bremsbacken eine kreisbogenförmige Kontur aufweisen.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Zeichnung bedeutet:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Feststellbremse;
- 2 eine alternative Ausgestaltung der Reibpartner;
- 3 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feststellbremse, und
- 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feststellbremse.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Feststellbremse für ein Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs. Gemäß des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Feststellbremse 10 als eine Simplex-Trommelbremse ausgebildet.
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Die Trommelbremse 10 umfasst in bekannter Art und Weise eine mit dem Rad umlaufende Bremstrommel 12, sowie zwei im Innern der Bremstrommel 12 angeordnete und in Bezug zur Bremstrommel 12 stillstehende Bremsbacken 14. An den Bremsbacken 14 ist jeweils ein Bremsbelag 16 angeordnet.
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Die Spreizung der Bremsbacken 14 erfolgt vorliegend durch einen zentralen Bremskolben 18, während auf der gegenüberliegenden Seite die Bremsbacken 14 um einen Drehpunkt 20 gelagert sind. Auf eine Darstellung der Rückholfeder wurde vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Wie 1 weiter zeigt, sind an der Innenfläche der Bremstrommel 12 erste Kontaktelemente 22-1 und in den Bremsbelägen 16 der Bremsbacken 14 hierzu korrespondierend zweite Kontaktelemente 22-2 ausgebildet. Die Kontaktelemente sind dabei in Form von wellenförmigen Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Trommelbremse 10 hat den Effekt, dass nach Betätigung bzw. Aktivierung der Haltefunktion der Trommelbremse 10, d. h. nach einem vollständigen Ausfahren des Bremskolbens 18, die in den Bremsbelägen 16 ausgebildeten zweiten Kontaktelemente 22-2 in formschlüssigem Kontakt mit den ersten Kontaktelementen 22-1 der Bremstrommel 12 stehen, mit der Konsequenz, dass im vollständig angezogenen Zustand eine hervorragende Haltefunktion der Trommelbremse 10 gewährleistet ist.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass aufgrund der Ausgestaltung der ersten und zweiten Kontaktelemente 22-1, 22-2 in Form von wellenförmigen Erhöhungen und Vertiefungen, die Erhöhungen zudem noch radial gegenüberliegende, in reibschlüssigen Wirkkontakt bringbare Kontaktflächen bilden. Dies hat den Effekt, dass über den ermöglichten reibschlüssigen Eingriff der Kontaktflächen, die Trommelbremse 10 auch für eine dynamische Abbremsung nutzbar ist, was z. B. als Redundanz für automatisierte Fahrfunktionen genutzt werden kann.
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Eine alternative Ausgestaltung der ersten und zweiten Kontaktelemente 22-1, 22-2 ist schematisch in 2 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform sind die in der Bremstrommel 12 ausgebildeten ersten Kontaktelemente 22-1 und die im Bremsbelag 16 ausgebildeten zweiten Kontaktelemente 22-2 in Form einer Verzahnung ausgebildet. In Umfangsrichtung U betrachtet weisen dabei die ersten Kontaktelemente 22-1 einen Abstand a und die zweiten Kontaktelemente 22-2 einen Abstand b auf. Eine Besonderheit dieser Ausgestaltung ist dabei, dass der Abstand a der ersten Kontaktelemente 22-1 ungleich zum Abstand b der zweiten Kontaktelemente 22-2 ist und dass der die zweiten Kontaktelemente 22-2 aufweisende Bremsbelag 16 über eine flexible Lagerung mit den zugehörigen Bremsbacken verbunden ist (=> flexible Lagerung sowie Bremsbacken sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Der Ausdruck „flexible Lagerung“ ist dabei so zu verstehen, dass der Bremsbelag 16 in Umfangsrichtung U betrachtet mit leichtem Spiel am Bremsbacken gelagert ist.
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Der Effekt dieser Ausgestaltung ist 2 zu entnehmen:
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Gemäß der oberen Darstellung von 2 stehen nach Betätigung der Trommelbremse 10 die Zahnköpfe der ganz links dargestellten Zähne der Verzahnung in unmittelbarem Kontakt, während aufgrund des unterschiedlichen Abstands a, b die benachbarten Zähne in Bezug zu ihren gegenüberliegenden leicht versetzt angeordnet sind. Dies führt - wie in der mittleren Darstellung von 2 schematisch gezeigt - zu einem schräg gerichteten Eingriff des den Bremsbelag 16 aufweisenden Bremsbackens, was wiederum - aufgrund der flexiblen Lagerung des Bremsbelags 16 am Bremsbacken - eine leichte Relativbewegung zwischen Bremsbelag 16 und Bremstrommel 12 in Umfangsrichtung U zu Folge hat, mit dem Effekt, dass ein vollständiger Formschluss zwischen den Reibpartnern gewährleistet ist, vgl. untere Darstellung von 2.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trommelbremse 10. Während in der rechten Darstellung die Trommelbremse 10 in der Draufsicht gezeigt ist, ist in der linken Darstellung eine Schnittansicht gezeigt.
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Wie der Draufsicht zu entnehmen ist, ist die Bremsbacke 14 zweigeteilt ausgebildet und umfasst einen ersten reibschlüssigen Belagabschnitt 14-1 und einen zweiten formschlüssigen Abschnitt 14-2. Der formschlüssige Abschnitt 14-2 ist dabei in Form eines Zahnkranzes ausgebildet. Wie weiter zu entnehmen ist, steht die Bremsbacke 14 mit Bremskolben 18 in Wirkverbindung, über die die Bremsbacke 14 in Richtung der Bremstrommel 12 verfahrbar ist.
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Entsprechend ist - wie der rechten Schnittdarstellung zu entnehmen ist - die der Bremsbacke 14 radial gegenüberliegende Bremstrommelfläche zweigeteilt ausgebildet und umfasst einen dem reibschlüssigen Belagabschnitt 14-1 gegenüberliegenden Reibbelagbereich 12-1 und einen dem formschlüssigen Abschnitt 14-2 radial gegenüberliegenden Formschlussbereich 12-2. Der Formschlussbereich 12-2 der Bremstrommel 12 ist dabei wieder in Form eines Zahnkranzes ausgebildet.
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Der bremstrommelseitige Reibbelagbereich 12-1 und der bremstrommelseitige Formschlussbereich 12-2 bilden somit die ersten Kontaktelemente 22-1, während der bremsbackenseitige Belagabschnitt 14-1 und der bremsbackenseitige formschlüssige Abschnitt 14-2 die zweiten Kontaktelemente 22-2 bilden.
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Wie der Schnittdarstellung weiter zu entnehmen ist, steht die zweigeteilte Bremsbacke 14 über einen Verstellmechanismus 24 mit dem Bremskolben 18 in Wirkverbindung. Der Verstellmechanismus 24 umfasst einen dem reibschlüssigen Belagabschnitt 14-1 zugeordneten ersten Hebelarm 24-1, einen über ein Gelenk 26, in Bezug zum ersten Hebelarm 24-1 in einem stumpfen Winkel abgewinkelten zweiten Hebelarm 24-2 sowie eine zwischen den beiden Hebelarmen 24-1, 24-2 wirksame Schenkelfeder 28.
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Weiterhin umfasst der Verstellmechanismus 24 einen dem formschlüssigen Abschnitt 14-2 der Bremsbacke 14 zugeordneten dritten Hebelarm 14-3 sowie eine dem formschlüssigen Abschnitt 14-2 zugeordnete Rückholfeder 30. Dabei ist - wie die Schnittdarstellung weiter zeigt - der dem Gelenk 26 gegenüberliegende Endbereich des zweiten Hebelarms 14-2 über eine Lagerstelle 32 axial verschieblich auf dem dritten Hebelarm 14-3 gelagert.
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Diese Ausgestaltung hat den Effekt, dass bei einer Betätigung des Bremskolbens 18 zunächst der reibschlüssige Belagabschnitt 14-1 des Bremskolbens 14 mit dem zugeordneten Reibelagbereich 12-1 der Bremstrommel 12 in Kontakt gelangt, d.h. es liegt zunächst eine reine reibschlüssige Bremsung vor. Eine weitere Betätigung des Bremskolbens 18, d.h. eine Erhöhung der Betätigungskraft, hat ein „Umschlagen“ der Schenkelfeder 28 zur Folge. Die Konsequenz daraus ist, dass der reibschlüssige Belagabschnitt 14-1 wieder zurückgefahren wird, während der formschlüssige Abschnitt 14-2 in Richtung Bremstrommel 12 verfahren wird und in formschlüssigen Kontakt mit dem bremstrommelseitigen Formschlussbereich 12-2 gelangt.
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Eine alternative Ausführungsform der Trommelbremse 10 ist in 4 dargestellt. Die Trommelbremse 10 ist dabei in Form einer Duplex-Bremse ausgebildet, d.h. beiden Bremsbacken 14 ist ein eigener Bremskolben zugeordnet. Wesentliches Merkmal an dieser Ausführungsform ist, dass die Bremstrommel 12, der Bremsbelag 16 der Bremsbacken 14 eine polygonartige Verzahnung bilden. Hierzu ist die Bremstrommel 12 polygonförmig unrund ausgebildet, während die Bremsbacken 14 und die zugehörigen Bremsbeläge in ihrer der Bremstrommel 12 zugwandten Oberfläche eine kreisbogenförmige Kontur aufweisen. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass bei Aktivierung zunächst ein reibungsbasiertes Bremsmoment zur Verfügung gestellt ist, und erst im Anschluss, d.h. nach einer entsprechenden Verdrehung, das Bremsmoment durch Formschluss eingreift.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2334234 C3 [0002]
- DE 3941400 A1 [0002]
