DE10320908B3

DE10320908B3 - Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse

Info

Publication number: DE10320908B3
Application number: DE2003120908
Authority: DE
Inventors: Leo Gilles; Ralf Dr. Leiter; Ralf Erben; Gregor Poertzgen
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-05-10

Abstract

Bei einer hydraulisch betätigbaren Fahrzeugbremse (10) mit einem Gehäuse (12), einem in dem Gehäuse (12) aufgenommenen Bremskolben (14), an dem ein Bremsbelag (26) angebracht ist, und einer Blockiereinrichtung, ist vorgesehen, dass der Bremskolben (14) mit dem Gehäuse (12) eine Fluidkammer (16) begrenzt, welche über einen Hydraulikfluidkreis (20) mit Hydraulikfluid beschickbar ist, so dass der Bremskolben (14) zur Betätigung der Fahrzeugbremse (10) hydraulisch innerhalb des Gehäuses (12) entlang einer Kolbenlängsachse (A) verlagerbar ist, und dass der Bremskolben (14) vermittels der Blockiereinrichtung bezüglich des Gehäuses (12) arretierbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Blockiereinrichtung hydraulisch derart betätigbar ist, dass sie in eienr Arretierstellung eine Verlagerung des Bremskolbens (14) innerhalb des Gehäuses (12) blockiert und in einer Freigabestellung den Bremskolben (14) freigibt.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Eine hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse ist beispielsweise aus dem europäischen Patent EP 0 551 397 B1 bekannt. Bei dieser Fahrzeugbremse wird ein Bremskolben in einer Betriebsbremssituation, das heißt dann, wenn eine mit einem Fahrzeugrad gekoppelte Bremsscheibe zur Abbremsung des Fahrzeugrades abgebremst werden soll, durch Zuführen von Hydraulikfluid in die Fluidkammer relativ zu dem Gehäuse verlagert und gegen die Bremsscheibe gedrückt. Die dabei auf die Bremsscheibe ausgeübte Bremskraft ist abhängig von der Größe des in der Fluidkammer herrschenden Hydraulikdrucks. Nach Beendigung der Betriebsbremssituation wird Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt, so dass sich der Bremskolben mit seinem Bremsbelag wieder von der Bremsscheibe entfernen und diese freigeben kann. In einer Feststellbremssituation, in welcher ein mit einer derartigen Bremse ausgestattetes Fahrzeug gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen gesichert werden soll, indem die ruhende Bremsscheibe gegen ein unbeabsichtigtes Rotieren festgeklemmt wird, wird bei dieser Fahrzeugbremse zunächst wieder der Bremskolben durch Zuführen von Hydraulikfluid in die Fluidkammer auf die Bremsscheibe zugestellt und an diese angepresst. Sodann wird eine Blockierstange motorisch angetrieben innerhalb des Gehäuses verlagert und mit dem Bremskolben in Kontakt gebracht. Die Blockierstange ist über eine selbsthemmende Gewindepaarung in dem Gehäuse gelagert. Dadurch kann erreicht werden, dass die Blockierstange bei Einwirken von Axialkräften in ihrer Axialposition blockiert wird. Dieser Effekt wird dazu genutzt, den Bremskolben in seiner zugespannten Position zu blockieren. Nach Kontaktieren des Bremskolbens durch die Blockierstange kann Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt werden, wobei die Blockierstange den Bremskolben in seiner Bremsstellung hält. Der Hydraulikfluidkreis ist somit entlastet und die Feststellbremsfunktion der Fahrzeugbremse aktiviert. Zum Lösen der Feststellbremsfunktion wird die Fluidkammer erneut mit Hydraulikfluid gefüllt, bis der darin herrschende Hydraulikdruck ausreichend groß ist, dass der Bremskolben die Blockierstange freigibt. Diese kann sodann mechanisch in ihre Ausgangsstellung verlagert werden. Anschließend wird das Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt, so dass der Bremskolben wieder seine bremswirkungsfreie Ausgangsposition einnehmen kann. Zur Verlagerung der Betätigungsstange ist nach diesem Patent ein elektromotorischer Antrieb erforderlich, wodurch die gesamte Anordnung einen verhältnismäßig aufwendigen Aufbau aufweist. Darüber hinaus wird durch den erforderlichen Elektromotor das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zusätzlich belastet.

Aus dem gattungsbildenden Stand der Technik gemäß der GB 1 496 154 ist eine hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse mit einem Verschleißausgleichsmechanismus bekannt, wobei der Verschleißausgleichsmechanismus dazu verwendet wird, die Feststellbremse zu aktivieren. Hierzu wird der Bremskolben mit einem sehr hohen Hydraulikdruck beaufschlagt, was zu einer starken Auslenkung des Bremskolbens führt und zu einer Spreizung der Verschleißnachstellvorrichtung. Zum Lösen der Feststellbremsfunktion wird wiederum der Bremskolben mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt und zusätzlich ein Hilfskolben mit einem noch höheren Druck beaufschlagt, der die Verschleißausgleichsvorrichtung wieder zurück stellt. Dieser Mechanismus erfordert einerseits das Aufbringen vergleichsweise hoher Hydraulikdrücke zum Aktivieren der Feststellbremsfunktion. Darüber hinaus kann das Einwirken auf die Verschleißnachstelleinrichtung zur Aktivierung der Feststellbremsfunktion den unerwünschten Nebeneffekt haben, dass nach dem Lösen der Feststellbremsfunktion das Bremslüftspiel nicht mehr dem tatsächlichen Verschleißzustand entspricht und somit eine Betätigung der Betriebsbremse zunächst nicht die erwünschte Bremswirkung zur Folge hat.

Ferner zeigt die DE 100 38 786 A1 eine rein hydraulisch betätigbare Feststellbremse, bei der zur Aktivierung der Feststellbremsfunktion eine Hydraulikkammer mit Hydraulikdruck gefüllt wird und dadurch der Bremskolben verlagert wird und nach Erreichen einer gewünschten die Feststellbremsfunktion gewährleistenden Zuspannkraft ein Ventil unter Aufrechterhaltung des Hydraulikdrucks in der betreffenden Hydraulikkammer geschlossen wird. Bei diesem System ist erforderlich, auch während des Feststellbremszustands, das heißt auch bei abgestelltem Fahrzeug, den Hydraulikdruck in dem Bremssystem aufrechtzuerhalten, um ein Nachlassen der Feststellbremswirkung zu vermeiden.

Schließlich ist aus dem nachveröffentlichten Stand der Technik gemäß der DE 103 20 800 A1 eine Fahrzeugbremse bekannt, bei der die Feststellbremswirkung über eine Federanordnung bewirkt wird. Bei diesem System ist der Bremskolben in einer Feststellbremssituation nicht in dem Gehäuse arretierbar.

Aufgabe und erfindungsgemäße Lösung

Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und zuverlässiger Betriebsweise eine vereinfachte Aktivierung der Feststellbremsfunktion zulässt.

Diese Aufgabe wird durch eine hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird demnach die Blockiereinrichtung nicht durch einen zusätzlichen elektromotorischen Antrieb aktiviert, sondern vielmehr hydraulisch betätigt. Dadurch kann ein ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandener Hydraulikfluidkreis dazu genutzt werden, die Feststellbremsfunktion zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Es sind also keine weiteren Antriebskomponenten erforderlich, wie zusätzliche Elektromotoren oder dergleichen, um neben der Betriebsbremsfunktion auch eine zuverlässige Feststellbremsfunktion gewährleisten zu können.

Hinsichtlich der Ausgestaltung der Blockiereinrichtung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Bremskolben über einen Gewindetrieb mit einem Blockierelement der Blockiereinrichtung gekoppelt ist, wobei der Bremskolben drehfest in dem Gehäuse aufgenommen ist und das Blockierelement relativ zu dem Gehäuse um die Kolbenlängsachse drehbar ist und wobei die Blockiereinrichtung in ihrer Arretierstellung eine Drehung des Blockierelements sperrt und in ihrer Freigabestellung das Blockierelement für eine Drehung relativ zu dem Gehäuse freigibt.

Ferner weist erfindungsgemäß die Blockiereinrichtung einen in dem Gehäuse drehfest aufgenommenen, jedoch in diesem translatorisch verlagerbaren Riegel auf, der das Blockierelement in der Freigabestellung der Blockiereinrichtung freigibt und in der Arretierstellung der Blockiereinrichtung gegen eine Drehung um die Kolbenlängsachse in dem Gehäuse sperrt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Grundsätzlich ist es möglich, jeden in dem Fahrzeug vorhandenen Hydraulikfluidkreis dazu zu verwenden, die Blockiereinrichtung hydraulisch anzusteuern. Es bietet sich jedoch an,2dass die Blockiereinrichtung über den mit der Fluidkammer gekoppelten Hydraulikfluidkreis ansteuerbar ist. Dadurch sind verhältnismäßig geringe konstruktive Maßnahmen erforderlich, um auch die Feststellbremsfunktion hydraulisch zu aktivieren.

Eine einfache Aktivierung sowie Deaktivierung der Feststellbremsfunktion ergibt sich erfindungsgemäß beispielsweise dann, wenn der Blockiereinrichtung eine elektrisch ansteuerbare Ventilanordnung zugeordnet ist. Dabei kann es sich um ein Zweiwegeventil handeln, das in seiner Grundstellung geschlossen ist, so dass im Normalbetrieb des Fahrzeugs, in welchem die Betriebsbremsfunktion erforderlich ist, keine unbeabsichtigte Aktivierung der Feststellbremsfunktion erfolgt.

Zum Ausgleich temperaturbedingter Volumenänderungen des Hydraulikfluids ist in einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Blockiereinrichtung ein federvorgespannter hydraulischer Expansionsraum zugeordnet. Dieser wirkt beispielsweise derart, dass dann, wenn sich die Ventilanordnung in ihrem Sperrzustand befindet, eine thermische Ausdehnung des Hydraulikfluids nahe der Blockiereinrichtung über den Expansionsraum ausgeglichen wird, ohne dass die Blockiereinrichtung hydraulisch betätigt wird.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass an dem Bremskolben ein Gewindebolzen fest angebracht ist, welcher mit einem an dem Blockierelement ausgebildeten Aufnahmegewinde in gewindemäßigem Eingriff steht. Der Gewindetrieb kann mit einer selbstlösenden Steilgewindepaarung ausgebildet sein, die dann, wenn auf diesen Axialkräfte einwirken, eine Axialverlagerung des Bremskolbens bzw. eine Drehbewegung des an dem Blockierelement ausgebildeten Aufnahmegewindes bewirkt.

Um unerwünschte Reibungseffekte unterdrücken zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Blockierelement über eine Axiallageranordnung in dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Im einzelnen kann dabei vorgesehen sein, dass die Axiallageranordnung ein erstes Axiallager aufweist, mit welchem sich das Blockierelement in einer ersten axialen Kraftübertragungsrichtung an dem Gehäuse abstützt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Axiallageranordnung ein zweites Axiallager aufweist, mit welchem sich das Blockierelement in einer zur ersten axialen Kraftüber tragungsrichtung entgegengesetzten zweiten axialen Kraftübertragungsrichtung an dem Gehäuse abstützt. Um kurzzeitige axialkraftbedingte Blockierungen der selbstlösenden Gewindepaarung ausgleichen zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das erste Axiallager unmittelbar am Gehäuse anliegt und dass das zweite Axiallager an einer mit dem Gehäuse gekoppelten Federscheibe anliegt, wobei die Federscheibe in der dem zweiten Axiallager zugeordneten Kraftübertragungsrichtung federnd nachgibt.

Der Riegel kann in Richtung der Kolbenlängsachse oder orthogonal zu dieser verlagert werden. Eine einfach fügbare und dennoch zuverlässige mechanische Koppelung von Blockierelement und Riegel ergibt sich beispielsweise dann, wenn das Blockierelement an seiner von dem Bremskolben abgewandten Seite eine Stirnverzahnung aufweist und der Riegel an einer dem Blockierelement zugewandten Seite eine Gegen- Stirnverzahnung aufweist. Vorzugsweise ist die Stirnverzahnung und die Gegen-Stirnverzahnung selbsthemmend ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Zähne mit Hinterschneidungen versehen sind, so dass diese im zusammengefügten Zustand nicht nur in tangentialer Richtung sondern auch in axialer Richtung koppelnde Wirkung besitzen.

Um eine unbeabsichtigte Aktivierung der Feststellbremsfunktion zu vermeiden, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Riegel durch eine Rückstellfeder in eine das Blockierelement freigebende Stellung vorgespannt ist.

Zur Betätigung des Riegels kann vorgesehen sein, dass der Riegel hydraulisch zwischen der das Blockierelement freigebenden Stellung und der das Blockierelement sperrenden Stellung verlagerbar ist. Dies kann durch unmittelbares Einwirken von Hydraulikfluid auf den Riegel erfolgen. Alternativ hierzu ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Riegel mit einem Steuerkolben zusammenwirkt, der in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Steuerkolbenkammer hydraulisch verlagerbar ist. Auch hinsichtlich des Steuerkolbens kann vorgesehen sein, dass dieser über eine weitere Rückstellfeder in eine der Freigabestellung der Blockiereinrichtung zugeordnete Nullposition vorgespannt ist.

Hinsichtlich des Betriebs der Fahrzeugbremse sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben durch Beschicken und Entleeren der Fluidkammer mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses verlagerbar ist und dass in einer Parkbremssituation zunächst der Bremskolben durch Beschicken der Fluidkammer mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses verlagert wird, sodann die Blockiereinrichtung hydraulisch betätigt wird und der Bremskolben innerhalb des Gehäuses blockiert wird und für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird.

Ist die erfindungsgemäße Fahrzeugbremse gemäß vorstehender Beschreibung mit einer selbsthemmenden Verzahnungspaarung aus Stirnverzahnung und Gegen-Stirnverzahnung ausgebildet, so sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass nach Druckabbau in der Fluidkammer die Blockiereinrichtung ebenfalls hydraulisch entlastet wird.

Ferner kann hinsichtlich des Betriebs der Erfindung vorgesehen sein, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement den Bremskolben freigibt und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird.

Erfindungsgemäß ist es zur Aktivierung der Feststellbremsfunktion möglich, die ohnehin für die Betriebsbremsfunktion vorgesehenen Einrichtungen auch zur hydraulischen Betätigung des Bremskolbens auszunützen. Im Einzelnen wird also der Bremskolben bei der Aktivierung der Feststellbremsfunktion hydraulisch durch Zuführen von Hydraulikfluid in die Fluidkammer auf die Bremsscheibe zugestellt und auf diese angedrückt. Sodann wird die Blockiereinrichtung hydraulisch aktiviert, beispielsweise dadurch, dass die Ventilanordnung aus ihrer Sperrstellung in eine geöffnete Stellung geschaltet wird, so dass Hydraulikfluid aus dem Hydraulikfluidkreis auf die Blockiereinrichtung einwirken kann. Dadurch lässt sich beispielsweise der Steuerkolben hydraulisch verlagern, so dass dieser den Riegel axial verschiebt und die Gegenstirnverzahnung mit der Stirnverzahnung in Eingriff bringt. Der in dem Gehäuse drehfest aufgenommene Riegel blockiert somit eine Drehbewegung des Blockierelements. Über die Gewindepaarung zwischen Blockierelement und Bremskolben, welche im Falle von einwirkenden Axialkräften selbstlösende Wirkung zeigt, wird so der Bremskolben über das drehblockierte Blockierelement in seiner Axialposition gehalten und stützt sich axial an dem Blockierelement ab. Sodann kann Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt werden, wobei der Bremskolben weiterhin in seiner auf die Bremsscheibe drückenden Axialposition gehalten wird. Aufgrund der selbsthemmenden Gestaltung von Stirnverzahnung und Gegen-Stirnverzahnung kann auch der auf den Steuerkolben wirkende Hydraulikdruck reduziert werden, indem aus der Steuerkolbenkammer das Hydraulikfluid abgeführt wird. Der Steuerkolben verharrt aufgrund der Hinterschneidungen der Stirnverzahnung und Gegen-Stirnverzahnung in seiner Axialposition und blockiert weiterhin das Blockierelement. Die Feststellbremsfunktion ist damit aktiviert, wobei der Hydraulikfluidkreis der Fahrzeugbremse entlastet ist.

Zum Lösen der Feststellbremsfunktion wird wiederum in die Fluidkammer Hydraulikfluid eingeführt, so dass der darin herrschende Hydraulikdruck ansteigt. Bei Erreichen eines hinreichend hohen Hydraulikdrucks in der Fluidkammer wird der Bremskolben stärker in Richtung auf die Bremsscheibe gedrückt. Nun lässt sich das Blockierelement wieder verlagern, da sich der federvorgespannte Riegel bedingt durch die Federvorspannung unter Überwindung der Selbsthemmungswirkung der Stirnverzahnung und Gegen-Stirnverzahnung in seine Ausgangsstellung zurück verlagert, so dass das Blockierelement wieder relativ zu dem Gehäuse und zu dem Kolben um die Kolbenlängsachse drehbar ist. Schließlich kann Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt werden, und der Kolben verlagert sich in seine Ausgangsposition zurück.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betätigen der hydraulisch betätigbaren Fahrzeugbremse. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben dadurch innerhalb des Gehäuses verlagert wird, dass Hydraulikfluid der Fluidkammer zugeführt oder aus dieser abgeführt wird, und dass in einer Feststellbremssituation zunächst der Bremskolben durch Beschicken der Fluidkammer mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses verlagert wird, sodann die Blockiereinrichtung hydraulisch betätigt wird und der Bremskolben innerhalb des Gehäuses blockiert wird und für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird. Zur weiteren hydraulischen Entlastung sieht eine Weiterbildung des Verfahrens vor, dass nach Druckabbau in der Fluidkammer die Blockiereinrichtung ebenfalls hydraulisch entlastet wird. Schließlich sieht das Verfahren ferner vor, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement den Bremskolben freigibt und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Fahrzeugbremse;
2 einen Teilschnitt entlang Schnittlinie II aus 1, welcher zusammenwirkende Verzahnungen zeigt;
3 eine vergrößerte Detailansicht zweier ineinander greifender Zähne der zusammenwirkenden Verzahnungen und
4 eine schematische Darstellung des Druckverlaufs und des Klemmkraftverlaufs bei der Fahrzeugbremse gemäß 1.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine erfindungsgemäße Fahrzeugbremse allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst ein Gehäuse 12, in welchem ein Bremskolben 14 in Richtung einer Kolbenlängsachse A verlagerbar geführt ist. Der Bremskolben 14 schließt mit dem Gehäuse 12 eine Fluidkammer 16 ein, die über eine Hydraulikfluidleitung 18 eines Hydraulikfluidkreises 20 mit Hydraulikfluid beschickbar ist bzw. entleerbar ist. Der in dem Gehäuse 12 geführte Bremskolben ist über einen Faltenbalg 22 an seinem in 1 rechten Kolben stirnseitigen Ende mit dem Gehäuse 12 verbunden, so dass das Gehäuseinnere gegen ein Eindringen von Schmutz abgeschirmt ist. An dem Stirnende 24 des Bremskolbens 14 ist ein Bremsbelag 26 angeordnet, der in dem Gehäuse 12 verschiebbar ist. Dem Bremsbelag 26 gegenüberliegend ist ein zweiter Bremsbelag 28 angeordnet, der ebenfalls in dem Gehäuse 12 verlagerbar ist. Die Bremsbeläge 26 und 28 sind gemäß einer herkömmlichen Schwimmsattelanordnung in dem Gehäuse 12 gelagert, so dass sich dann, wenn der Bremsbelag 26 über den Bremskolben 14 verlagert wird, der Bremsbelag 28 gleichermaßen, jedoch in entgegengesetzter Richtung verlagert. Dadurch ist es möglich eine nicht gezeigte zwischen den Bremsbelä gen 26 und 28 angeordnete rotierende Bremsscheibe zwischen den Bremsbelägen 26 und 28 einzuklemmen und somit abzubremsen.
An dem Bremskolben 14 ist in seinem radial inneren Bereich ein Gewindebolzen 30 angeordnet. Der Gewindebolzen ist mit seinem Außengewinde in einer Aufnahmegewindebohrung 32 eines Schaftabschnitts eines Blockierelements 34 aufgenommen. Das Innengewinde der Aufnahmegewindebohrung 32 in dem Blockierelement 34 bildet zusammen mit dem Außengewinde des Gewindebolzens 30 eine selbstlösende Gewindepaarung. Dies bedeutet, dass dann, wenn auf eine der Komponenten Bremskolben 14 oder Blockierelement 34 eine Axialkraft einwirkt, diese Axialkraft zu einem Versperren der Gewindepaarung führt und keine Verlagerung der jeweils anderen Komponente induziert.
Das Blockierelement 34 weist ferner einen Flansch 36 auf, der sich radial nach außen erstreckt. Über den Flansch 36 stützt sich das Blockierelement 34 über ein Axiallager 38 an einer Schulter 40 des Gehäuses 12 in axialer Richtung in 1 nach links ab. Auf der dem Axiallager 38 abgewandten Seite des Flanschs 36 ist in dem Gehäuse 12 über einen in dem Gehäuse 12 festgelegten Sicherungsring 42 ein tellerförmiges Federblech 44 angebracht. Zwischen dem Federblech 44 und dem Flansch 32 ist ein weiteres Axiallager 46 angeordnet, welches radial innerhalb des Bereichs liegt, mit welchem sich das Federblech 44 an dem Gehäuse 12 über den Sicherungsring 42 abstützt.
An seiner von dem Bremskolben 14 abgewandten Seite weist das Blockierelement 34 eine Stirnverzahnung 48 auf. Dem Blockierelement 34 benachbart ist in dem Gehäuse 12 ein Riegel 50 angeordnet, welcher eine der Stirnverzahnung 48 gegenüberliegende Gegen-Stirnverzahnung 52 aufweist. Die Stirnverzahnung 48 und die Gegenstirnverzahnung 52 sind in 2 vergrößert dargestellt. Sie sind sägezahnartig ausgebildet und komplementär zueinander angeordnet, so dass sie in gegenseitigen Eingriff gebracht werden können. 3 zeigt vergrößert zusammenwirkend jeweils einen Zahn der Stirnverzahnung 48 und der Gegen-Stirnverzahnung 52. Es ist zu erkennen, dass die Zähne jeweils hinterschnitten sind, so dass sie dann, wenn sie in gegenseitiger Anlage stehen, eine Drehbewegung der Blockiereinrichtung 34 entsprechend Pfeil P₁ blockieren und zu einem gewissen Grad auch eine Axialbewegung des Riegels 50 entsprechend Pfeil P₂ hemmen.
Der Riegel 50 ist in dem Gehäuse 12 in Richtung der Kolbenlängsachse A verschiebbar aufgenommen, wird jedoch über radial vorspringende Zapfen 54 in dem Gehäuse verdrehgesichert. Die Zapfen 54 bewegen sich in korrespondierenden Längsnuten 56 innerhalb des Gehäuses 12. Der Riegel 50 ist über eine vorgespannte Druckfeder 58, welche sich an dem Gehäuse 12 über einen Sicherungsring 60 abstützt, in seine in 1 gezeigte Position vorgespannt. In dieser Position liegt er mit einem Ansatz 62 an einer Ringwand 64 an. Durch die Ringwand 64, welche mit einem Durchbruch ausgebildet ist, erstreckt sich ein Stößel 66, der mit einer Dichtung 68 fluiddicht in dem Durchbruch der Ringwand 64 geführt ist. Der Stößel 66 ist an dem Riegel 50 angeformt. Der Stößel 66 wirkt mit seiner in 1 linken Stirnseite mit einem Steuerkolben 70 zusammen, der in einer Zylinderöffnung 72 im Gehäuse 12 durch Dichtmittel 74 fluiddicht geführt ist. Die Zylinderöffnung 72 ist über einen Verschlussstopfen 76 an ihrer in 1 liegenden Seite fluiddicht verschlossen. Das Gehäuse 12, der Verschlußstopfen 76 und der Steuerkolben 70 schließen eine Fluidkammer 78 ein, welche über eine Hydraulikfluidleitung 80 des Hydraulikfluidkreises 20 mit Hydraulikfluid beschickbar ist. Der Steuerkolben 70 ist über eine Druckfeder 82 in 1 nach links vorgespannt. Die Druckfeder 82 ist in einem Federraum 84 aufgenommen, welcher sich in die Umgebungsatmosphäre öffnet.
In der Hydraulikfluidleitung 80 ist ein federvorgespannter Expansionsraum 86 vorgesehen, der als Druckspeicher wirkt und der mit Hydraulikfluid beschickbar ist. Ferner weist die Hydraulikfluidleitung 80 ein Zweiwegeventil 88 auf, welches in 1 in seiner seiner Normalstellung gezeigt ist, in welcher es eine fluidiche Verbindung von dem Hydraulikfluidkreis 20 zu der Hydraulikfluidleitung 80 versperrt. Das Zweiwegeventil 88 ist über eine nicht gezeigte elektronische Steuereinrichtung derart ansteuerbar, dass es in seine zweite Schaltstellung übergeführt werden kann, in welcher es den Hydraulikfluidkreis 20 mit der Hydraulikfluidleitung 80 verbindet.
Im Folgenden soll der Betrieb der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse 10 näher erläutert werden.
In einer Betriebsbremssituation, in welcher eine zwischen den Bremsbelägen 26 und 28 angeordnete nicht gezeigte rotierende Bremsscheibe abgebremst werden soll, wird die Fluidkammer 16 über die Hydraulikfluidleitung 18 von dem Hydraulikfluidkreis 20 mit Hydraulikfluid beschickt, so dass sich der Bremskolben 14 in 1 entlang der Kolbenlängsachse A verlagert. Dabei werden die Bremsbeläge 26 und 28 beidseitig auf die nicht gezeigte Bremsscheibe gedrückt und diese entsprechend gebremst. Zum Aufheben der Bremswirkung wird über die Fluidleitung 18 Hydraulikfluid aus der Fluidkammer 16 abgeführt.
Zur Erläuterung einer Feststellbremssituation, in welcher die zwischen den Bremsbelägen 26 und 28 angeordnete nicht gezeigte Bremsscheibe stillsteht und gegen eine unbeabsichtigte Drehung gesichert werden soll, wird zusätzlich auf 4 Bezug genommen.
In der Feststellbremssituatio wird zum Zeitpunkt t₀ die Fluidkammer 16 über die Fluidleitung 18 von dem Hydraulikfluidkreis 20 mit Hydraulikfluid beschickt. Dadurch wird der Bremskolben 14 in 1 nach rechts verlagert und verschiebt die Bremsbeläge 26 und 28 in herkömmlicher Weise aufeinander zu, so dass diese auf die Bremsscheibe drücken. Der Hydraulikdruck in der Fluidkammer 16 wird ausgehend von dem Wert p₀ (0 bar) auf den Wert p₁ erhöht (beispielsweise 160 bar). Dadurch wird der Bremskolben 14 derart stark in 1 nach rechts gedrückt, dass an der Bremsscheibe eine Klemmkraft F₁ entsteht. Der Hydraulikdruck in der Fluidkammer 16 wird weiter auf dem Wert p₁ gehalten.
Zum Zeitpunkt t₂ wird das Zweiwegeventil 88 von der in 1 gezeigten Sperrstellung umgeschaltet, so dass die Hydraulikfluidleitung 80 mit dem Hydraulikfluidkreis 20 fluidisch verbunden wird. Dadurch wird die Fluidkammer 78 mit Hydraulikfluid beschickt. Dies bewirkt, dass der Steuerkolben 70 entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 82 in 1 nach rechts gedrückt wird. Diese Bewegung des Steuerkolbens 70 wird über den Stößel 66 auf den Riegel 50 übertragen, der sich ebenfalls entgegen der Federwirkung der Rückstellfeder 58 in 1 nach rechts verlagert. Dies führt dazu, dass die Gegen-Stirnverzahnung 52 in die Stirnverzahnung 48 eingreift. Ist dieser Zustand erreicht, so wird das Zweiwegeventil 88 wieder in seine in 1 gezeigte Sperrstellung geschaltet. Dadurch wird der Riegel 50 in einer Axialposition bezüglich des Gehäuses 12 und des Blockierelements 34 gehalten, in welcher die Gegenstirn-Verzahnung 40 weiterhin in die Stirnverzahnung 48 eingreift. Die beiden Stirnverzahnungen 48 und 52 stehen in diesem Zustand jedoch noch nicht in selbsthemmendem Eingriff miteinander.
Nach Rückstellen des Zweiwegeventils 88 in seine in 1 gezeigte Stellung wird aus der Fluidkammer 16 zum Zeitpunkt t₃ Hydraulikfluid abgeführt, so dass der in der Fluidkammer 16 herrschende Druck vom Wert p₁ auf den Wert p₀ abfällt, welchen er zum Zeitpunkt t₅ erreicht. Aufgrund der Reduzierung des in der Fluidkammer 16 herrschenden Hydraulikdrucks bewegt sich der Bremskolben 14 geringfügig in 1 nach links in Richtung zu seiner Ausgangsstellung. Dabei wird die auf die Bremsscheibe wirkende Klemmkraft reduziert, d.h. sie fällt von dem Wert F₁ auf den Wert F₂ ab. Dies ist mit auftretenden mechanischen Setzvorgängen zu erklären. Insbeson dere ist dies damit zu erklären, dass sich aufgrund der geringen Axialbewegung des Bremskolbens 14 in 1 nach links das Blockierelement 34 angetrieben über die Gewindepaarung des Gewindebolzens 30 und des Blockierelements 34 geringfügig verdrehen kann, bis die Gegen-Stirnverzahnung 52 mit der Stirnverzahnung 48 in selbsthemmenden Eingriff gelangt, wie dies in 3 gezeigt ist. Ist dieser Zustand erreicht, so wird eine weitere Drehung des Blockierelements 34 um die Kolbenlängsachse A durch den gegenseitigen Eingriff von Stirnverzahnung 48 und Gegen-Stirnverzahnung 52 blockiert. Dieser Zustand ist zum Zeitpunkt t₄ erreicht. Der Bremskolben 14 ist in diesem Zustand in seiner Axialstellung innerhalb des Gehäuses 12 arretiert.
Aufgrund der Selbsthemmungswirkung der Stirnverzahnung 48 und Gegenstirnverzahnung 52 wird der Riegel 50 in seiner aktuellen Axialposition gehalten. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Federhärte der Rückstellfeder 58 derart gewählt ist, dass sie zwar den Riegel 50, wenn dieser freigegeben ist, in seine in 1 gezeigte Ausgangsstellung drängt. Sie ist jedoch nicht stark genug ausgebildet, um die Selbsthemmungswirkung der Stirnverzahnung 48 und der Gegen-Stirnverzahnung 52 zu überwinden. Dies bedeutet, dass der Riegel 50 auch dann in seiner aktuellen Axialpostion bezüglich des Blockierelements 34 gehalten wird, in welcher die Stirnverzahnung 48 und die Gegen-Stirnverzahnung 52 miteinander in selbsthemmendem Eingriff stehen, wenn er nicht mehr von dem Steuerkolben 70 auf das Blockierelement 34 zu gedrängt wird und wenn die Rückstellfeder 58 diesen in seine Ausgangsstellung zurück drängt. Daher kann dann, wenn der selbsthemmende Eingriff von Stirnverzahnung 48 und Gegenstirnverzahnung 52 hergestellt ist, Hydraulikfluid aus der Fluidkammer 78 abgeführt werden, so dass der Steuerkolben 70 sich in seine in 1 gezeigte Ausgangsstellung zurückverlagert. Dies wird dadurch erreicht, dass das Zweiwegeventil 88 wieder geöffnet wird und über die Fluidleitung 80 Hydraulikfluid zu dem Hydraulikfluidkreis 20 abgeführt wird. Demnach wird der gesamte Hydraulikfluidkreis 20 hydraulisch entlastet und zwar sowohl der über Hydraulikfluidleitung 18 zugeordnete Pfad als auch der über die Hydraulikfluidleitung 80 zugeordnete Pfad.
In diesem Zustand ist das Blockierelement 34 gegen eine Drehung in die Kolbenlängsachse A blockiert. Die Bremsbeläge 26 und 28 drücken mit der Klemmkraft F₂ auf die Bremsscheibe. Die Feststellbremsfunktion ist aktiviert.
Zum Lösen der Feststellbremsfunktion wird zu einem Zeitpunkt t₆ über die Hydraulikfluidleitung 80 der Fluidkammer 16 Hydraulikfluid zugeführt und der Hydraulik druck in der Fluidkammer 16 von dem Wert p₀ auf den Wert p₁ angehoben. Dabei steigt die Klemmkraft ausgehend von dem Wert F₂ auf den Klemmkraftwert F₃ an. Der Bremskolben 14 wird mechanisch von der Blockiereinrichtung 34 entkoppelt. Dadurch verdreht sich die Blockiereinrichtung 34 geringfügig, was dazu führt, dass die Stirnverzahnung 48 und die Gegenstirnverzahnung 52 aus ihrem selbsthemmenden Eingriff austreten können. Gedrängt durch die Rückstellfeder 58 wird sodann der Riegel 50 in seine in 1 gezeigte Ausgangsstellung zurückgedrängt. Dadurch wird das Blockierelement 34 durch den Riegel 50 nicht weiter blockiert und lässt sich innerhalb des Gehäuses 12 drehen. In der Folge kann aus der Fluidkammer 16 zum Zeitpunkt t₁₀ Hydraulikfluid abgeführt werden, bis der darin herrschende Hydraulikdruck von dem Wert p₁ auf den Wert p₀ abfällt. Parallel fällt die über die Bremsbeläge 26 und 28 übertragene Klemmkraft auf den Wert F₀ ab, so dass die Fahrzeugbremse 10 wieder ihren in 1 gezeigten bremswirkungslosen Ausgangszustand einnimmt.
Die Erfindung sieht eine Fahrzeugbremse vor, bei welcher eine Betriebsbremsfunktion in herkömmlicher Art und Weise hydraulisch realisiert werden kann und bei welcher eine Feststellbremsfunktion unter Ausnützung des ohnehin vorhandenen Hydraulikfluidkreises unter geringem Aufwand ebenfalls hydraulisch aktivierbar bzw. deaktivierbar ist.

Claims

Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) mit – einem Gehäuse (12), – einem in dem Gehäuse (12) drehfest aufgenommenen Bremskolben (14), an dem ein Bremsbelag (26) angebracht ist, und – einer Blockiereinrichtung, wobei der Bremskolben (14) mit dem Gehäuse (12) eine Fluidkammer (16) begrenzt, welche über einen Hydraulikfluidkreis (20) mit Hydraulikfluid beschickbar ist, so dass der Bremskolben (14) zur Betätigung der Fahrzeugbremse (10) hydraulisch innerhalb des Gehäuses (12) entlang einer Kolbenlängsachse (A) verlagerbar ist, wobei der Bremskolben (14) vermittels der Blockiereinrichtung bezüglich des Gehäuses (12) arretierbar ist, wobei die Blockiereinrichtung hydraulisch derart betätigbar ist, dass sie in einer Arretierstellung eine Verlagerung des Bremskolbens (14) innerhalb des Gehäuses (12) blockiert und in einer Freigabestellung den Bremskolben (14) freigibt, und wobei der Bremskolben (14) über einen Gewindetrieb (30, 32) mit einem Blockierelement (34) der Blockiereinrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung einen in dem Gehäuse (12) drehfest aufgenommenen, jedoch in diesem axial verlagerbaren Riegel (50) aufweist, der das Blockierelement (34) in der Freigabestellung der Blockiereinrichtung für eine Drehung relativ zu dem Gehäuse (12) freigibt und in der Arretierstellung der Blockiereinrichtung gegen eine Drehung in dem Gehäuse (12) sperrt.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung über den mit der Fluidkammer (16) gekoppelten Hydraulikfluidkreis (20) ansteuerbar ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockiereinrichtung eine elektrisch ansteuerbare Ventilanordnung (88) zugeordnet ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockiereinrichtung ein federvorgespannter hydraulischer Expansionsraum (86) zugeordnet ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bremskolben (14) ein Gewindebolzen (30) fest angebracht ist, welcher mit einem an dem Blockierelement (34) ausgebildeten Aufnahmegewinde (32) in gewindemäßigem Eingriff steht.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (34) über eine Axiallageranordnung (38, 46) in dem Gehäuse (12) drehbar gelagert ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallageranordnung ein erstes Axiallager (38) aufweist, mit welchem sich das Blockierelement (34) in einer ersten axialen Kraftübertragungsrichtung an dem Gehäuse (12) abstützt.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallageranordnung ein zweites Axiallager (46) aufweist, mit welchem sich das Blockierelement (34) in einer zur ersten axialen Kraftübertragungsrichtung entgegengesetzten zweiten axialen Kraftübertragungsrichtung an dem Gehäuse (12) abstützt.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Axiallager (38) unmittelbar am Gehäuse (12) anliegt und dass das zweite Axiallager (46) an einer mit dem Gehäuse (12) gekoppelten Federscheibe (44) anliegt, wobei die Federscheibe (44) in der dem zweiten Axiallager (46) zugeordneten Kraftübertragungsrichtung federnd nachgibt.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (34) an seiner von dem Bremskolben (14) abgewandten Seite eine Stirnverzahnung (48) aufweist und dass der Riegel (50) an einer dem Blockierelement (34) zugewandten Seite eine Gegen-Stirnverzahnung (52) aufweist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (48) und die Gegen-Stirnverzahnung (52) selbsthemmend sind.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (50) durch eine Rückstellfeder (58) in eine das Blockierelement (34) freigebende Stellung vorgespannt ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (50) hydraulisch zwischen der das Blockierelement (34) freigebenden Stellung und der das Blockierelement (34) sperrenden Stellung verlagerbar ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (50) mit einem Steuerkolben (70) zusammenwirkt, der in einer in dem Gehäuse (12) ausgebildeten Steuerkolbenkammer (78) hydraulisch verlagerbar ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (70) über eine weitere Rückstellfeder (82) in eine der Freigabestellung der Blockiereinrichtung zugeordnete Nullposition vorgespannt ist.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben (14) durch Beschicken und Entleeren der Fluidkammer (16) mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses (12) verlagerbar ist und dass in einer Parkbremssituation zunächst der Bremskolben (14) durch Beschicken der Fluidkammer (16) mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses (12) verlagert wird, sodann die Blockiereinrichtung hydraulisch betätigt wird und der Bremskolben (14) innerhalb des Gehäuses (12) blockiert wird und für einen Druckabbau in der Fluidkammer (16) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (16) abgeführt wird.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 11 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach Druckabbau in der Fluidkammer (16) die Belockiereinrichtung ebenfalls hydraulisch entlastet wird.
Hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer (16) mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement (34) den Bremskolben (14) freigibt und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer (16) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (16) abgeführt wird.
Verfahren zum Betätigen einer hydraulisch betätigbaren Fahrzeugbremse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben (14) dadurch innerhalb des Gehäuses (12) verlagert wird, dass Hydraulikfluid der Fluidkammer (16) zugeführt oder aus dieser abgeführt wird, und dass in einer Feststellbremssituation zunächst der Bremskolben (14) durch Beschicken der Fluidkammer (16) mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses (12) verlagert wird, sodann die Blockiereinrichtung hydraulisch betätigt wird und der Bremskolben (14) innerhalb des Gehäuses (12) blockiert wird und für einen Druckabbau in der Fluidkammer (16) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (16) abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach Druckabbau in der Fluidkammer (16) die Blockiereinrichtung ebenfalls hydraulisch entlastet wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer (16) mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement (34) den Bremskolben (14) freigibt und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer (16) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (16) abgeführt wird.