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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung und insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
eine Rückrollsperr-
oder -unterdrückungsvorrichtung
und/oder eine Feststellbremsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Ein
Fahrzeug rollt allgemein zurück,
wenn versucht wird, mit einem Fahrzeug von einem Stillstandzustand
auf einer Steigung anzufahren, wobei diese Rückrollbewegung insbesondere
bei Fahrzeugen mit Trockenkupplungsgetrieben auftritt. Zum Verhindern
einer Bewegung des Fahrzeugs in einem Parkzustand sind Bremsvorrichtungen
mit Sperrklinkenmechanismus bekannt, so dass diese für Rollunterdrückungsfunktionen
verwendbar sind. Bei häufig auftretenden
Teillastübergängen, z.
B. beim Anfahren auf einer Steigung, sind derartige Bremsvorrichtungen
mit Sperrklinkenmechanismus jedoch nicht besonders haltbar.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Bremsvorrichtung zum
Vermindern oder Verhindern einer Rückrollbewegung von Fahrzeugen
bereitzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird eine Bremsvorrichtung mit einer Ausgangswelle
und einer um die Welle herum montierten Schlingfeder bereitgestellt,
wobei die Schlingfeder derart angeordnet ist, dass sie von einem
entspannten Zustand in einen aktivierten Zustand bewegbar ist, um
eine Drehbewegung der Welle abzubremsen.
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Die
Bremsvorrichtung ist insbesondere für Rollunterdrückungsanwendungen
für Fahrzeuge
geeignet, weil sie im Gegensatz zur stufenweisen Trennung herkömmlicher
Bremsen mit Sperrklinkenmechanismus eine stufenlose Trennung bereitstellt. Durch die
Bremsvorrichtung wird außerdem,
anders als bei herkömmlichen
Bremsvorrichtungen mit Sperrklinkenmechanismus, eine glatte Freigabe
unter Last ermöglicht.
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Die
Welle ist vorzugsweise Teil der Ausgangswelle eines Fahrzeuggetriebes.
Das Getriebe weist vorzugsweise ein Getriebegehäuse auf, in dem die Bremsvorrichtung
aufgenommen ist.
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Die
Schlingfeder kann derart angeordnet sein, dass sie sich von ihrem
entspannten Zustand für
einen Eingriff auf der Welle zusammenzieht, oder derart, dass sie
sich von ihrem entspannten Zustand für einen Eingriff mit einem
benachbarten Masseelement aufweitet.
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Die
Bremsvorrichtung weist vorzugsweise ein Paar Schlingfedern auf,
die für
eine bidirektionale Abbremsung der Welle angeordnet sind, z. B.
für eine Verwendung
als Feststellbremse zum Verhindern einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung. Die Schlingfedern
können
konzentrisch zueinander oder entlang der Welle axial voneinander
beabstandet angeordnet sein. Die Bremsvorrichtung weist vorzugsweise
ein einzelnes Eingangselement zum Aktivieren beider Schlingfedern
auf, wobei die Vorrichtung in diesem Fall einen Ring aufweisen kann,
der dazu geeignet ist, eine Eingangswirkung von einem Aktuator zu empfangen,
wobei der Ring einen ersten Abschnitt aufweist, der beweglich ist,
um eine erste der Schlingfedern zu aktivieren, und einen zweiten
Abschnitt, der beweglich ist, um eine zweite der Schlingfedern zu
aktivieren. Es kann eine epizyklische Differentialanordnung zum
Bewegen des ersten und des zweiten Ringabschnitts in entgegengesetzte
Richtungen bereitgestellt werden.
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Die
oder jede Schlingfeder ist vorzugsweise in einem entspannten Zustand
für eine
Drehbewegung mit der Welle angeordnet, wobei ein Mechanismus zum
Erzeugen eines Schleppmoments an einem freien Ende der Schlingfeder
vorgesehen ist, um die Schlingfeder für eine Bremswirkung zu aktivieren.
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Der
Schleppmomentmechanismus kann einen Ring aufweisen, der an einem
Ende der Schlingfeder befestigt und um die Welle drehbar ist, und
eine um den Ring ringförmig
angeordnete Schleife oder Wicklung, wobei die Schleife oder Wicklung
unter Spannung gesetzt und mit dem Ring in Kontakt gebracht werden
kann, um einen Widerstand oder eine Schleppkraft auf dem Ring zu
erzeugen und die Schlingfeder dadurch zu aktivieren.
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Die
Bremsvorrichtung kann einen Aktuator zum Aktivieren der Schlingfeder
und einen Sicherheitsmechanismus aufweisen, der dazu geeignet ist, die
Aktivierungsoperation des Aktuators selektiv abzuschalten und/oder
einen Sicherheitsmechanismus, der dazu geeignet ist, eine Bewegung
eines freien Endes der Schlingfeder selektiv zu verhindern. Der Sicherheitsmechanismus
kann eine Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln eines Eingriffs
mit einem freien Ende des Aktuators oder der Schlingfeder oder zum
Blockieren einer Bewegung des Aktuators sein.
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Die
Bremsvorrichtung kann ein Betätigungselement
aufweisen, das beweglich ist, um die Schlingfeder zu aktivieren,
und einen Mechanismus, der dafür
konfiguriert ist, eine Operation des Betätigungselements zu verhindern,
wenn die Welle sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die höher ist
als eine vorgegebene Geschwindigkeit. Dadurch wird ein Nachteil
von Schlingfedern eliminiert, nämlich
ihre Tendenz, bei jeder Geschwindigkeit in Eingriff zu kommen (was
in Fahrzeuganwendungen gefährlich sein
kann). Der Mechanismus weist vorzugsweise ein Blockierelement auf,
das dazu geeignet ist, eine Bewegung des Betätigungselements zu blockieren, wenn
die Welle sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die höher ist
als eine vorgegebene Geschwindigkeit. Außerdem weist der Mechanismus
vorzugsweise gegenüberliegende
Klauen auf, die dafür
konfiguriert sind, nur dann miteinander in Eingriff zu kommen, wenn
die Wellengeschwindigkeit niedriger ist als ein vorgegebener Schwellenwert,
um zu ermöglichen, dass
das Blockierelement sich von einer Blockierposition zu einer nicht
blockierenden Position bewegt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeuggetriebe mit einer
Bremsvorrichtung gemäß dem vorstehenden
Aspekt der Erfindung bereitgestellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeuggetriebe mit einer
Rollunterdrückungsvorrichtung
bereitgestellt, wobei das Fahrzeuggetriebe eine Ausgangswelle aufweist
und die Rollunterdrückungsvorrichtung
eine um die Welle montierte Schlingfeder aufweist, wobei die Schlingfeder
unter Spannung gesetzt werden kann, so dass sie sich auf der Welle
festzieht und eine Drehbewegung der Welle in einer ersten Richtung
verhindert oder abbremst.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
ist die Welle mit mindestens einem Rad eines Fahrzeugs verbunden.
In den meisten bevorzugten Ausführungsformen
ist die Welle Teil der Ausgangswelle eines Fahrzeuggetriebes. Es
ist besonders bevorzugt, wenn das Getriebe ein Gehäuse aufweist
und die Rollunterdrückungsvorrichtung
innerhalb des Gehäuses
aufgenommen ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine Bremsvorrichtung mit einer
Schlingfeder bereitgestellt, die dazu geeignet ist, eine drehbare Welle
abzubremsen, entweder indem sie sich zusammenzieht (d. h. indem
sie sich auf der Welle festzieht) oder indem sie sich aufweitet
(d. h. indem sie sich nach außen
aufweitet und mit einem konzentrischen Ringelement in Eingriff kommt).
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In
bevorzugten Ausführungsformen
weist der Aktuator einen Arretiermechanismus auf, der betätigbar ist,
um die Feder selektiv unter Spannung zu halten.
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Außerdem wird
ein Fahrzeuggetriebe mit einer Bremsvorrichtung gemäß dem vorstehenden
Aspekt der Erfindung bereitgestellt.
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Andere
Aspekte und Merkmale der Erfindung werden anhand der Ansprüche und
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die lediglich
als Beispiel dienen, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich;
es zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer unidirektionalen Bremsvorrichtung
für ein
Fahrzeuggetriebe;
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2 eine
Explosionsansicht der Vorrichtung von 1;
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2A eine
schematische Querschnittansicht eines Beispiels einer an einem externen
Gegenstand verankerten Schlingfeder;
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3 eine
schematische perspektivische Ansicht einer modifizierten Rollunterdrückungsvorrichtung
für ein
Fahrzeuggetriebe;
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4 eine
Explosionsansicht der Vorrichtung von 3;
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5 eine
schematische Ansicht eines Teils einer anderen modifizierten Rollunterdrückungsvorrichtung
für ein
Fahrzeuggetriebe;
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6 eine
vergrößerte Ansicht
einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung zur Verwendung in der
Ausführungsform
von 5;
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7 bis 10 verschiedene
Stufen der Vorrichtung von 5 im Betrieb;
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11 eine
andere Rollunterdrückungsvorrichtung,
die der Vorrichtung von 5 ähnlich ist, aber axial beabstandete,
gegenüberliegende Schlingfedern
für eine
bidirektionalen Bremswirkung aufweist;
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11A eine schematische Ansicht einer epizyklischen
Differentialanordnung für
einen geteilten Mitnehmerring;
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12 eine
schematische Ansicht einer Bremsanordnung, in der konzentrische
Schlingfedern für
eine bidirektionale Bremswirkung verwendet werden;
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13 eine
schematische Ansicht einer weiteren konzentrischen Schlingfederanordnung
mit einer Verriegelungsvorrichtung; und
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14 eine
schematische Ansicht eines Schleppmomentmechanismus zur Verwendung
in der Anordnung von 13.
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Zunächst wird
auf die 1 und 2 Bezug
genommen, in denen eine allgemein durch das Bezugszeichen 100 bezeichnete
Bremsvorrichtung eine Schlingfeder 104 aufweist, die um
einen Erweiterungsabschnitt 103 einer drehbaren Welle 102 herum
montiert ist. Die Schlingfeder 104 hat eine gewendelte
Konfiguration mit einem bekannten Durchmesser im entspannten Zustand,
der größer ist
als der Durchmesser des Erweiterungsabschnitts 103, so dass
die Feder unter normalen Betriebszuständen von der Welle 102 beabstandet
ist.
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Ein
inneres Ende der Schlingfeder 104 ist an einem Ring 105 oder
einem anderen Verankerungspunkt, der von der Welle 102 getrennt
ist, fest verankert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ring 105 auf
einem Teil eines Getriebegehäuses 112 ausgebildet
(vergl. 2A).
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Im
Betrieb kann ein Solenoid 108 elektrisch gesteuert werden,
um das freie Ende 106 der Schlingfeder 104 anzuziehen
und so die Feder 104 um die Welle 102 unter Spannung
zu setzen. Nachdem der als Steuereinrichtung dienende Solenoid 108 aktiviert
wurde, ist die Wirkung der Feder 104 aufgrund der hohen
Verstärkung
zwischen der ausgeübten
Kraft und dem durch die Schlingfeder erzeugten Bremsmoment ausreichend,
um eine Drehbewegung der Welle 102 abzubremsen oder zu
verhindern.
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Eine
Schraubenfeder 114 ist zwischen dem freien Ende 106 der
Feder 104 und den Steuersolenoiden 108 dargestellt.
Diese kann jedoch durch einen integralen Verbinder ersetzt werden,
der als Teil der Feder 104 ausgebildet ist. Zwischen der
Feder und dem Solenoid kann ein Abstandselement oder eine andere
unmagnetische Einrichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein.
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Die
Vorrichtung 100 wirkt unidirektional. Daher kann die Vorrichtung 100 als
Rückrollunterdrückungsvorrichtung
verwendet werden, wobei die Feder derart angeordnet sein kann, dass
z. B. unter der Steuerung einer Fahrzeug-ECU oder einer anderen On-Board-Steuerung
eine Drehbewegung der Welle in eine Rückwärtsrichtung verhindert wird.
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Der
Erweiterungsabschnitt weist eine harte Beschichtung auf, die bezüglich durch
die Feder 104 verursachtem Verschleiß beständig ist. In anderen Ausführungsformen
kann der Erweiterungsabschnitt jedoch weggelassen sein, so dass
die Feder sich direkt auf der Welle 102 festziehen kann.
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Ein
Nachteil der Vorrichtung 100 ist, dass die Wirkung der
Feder 102 ausreichend sein kann, um mit der Welle 102 in
Eingriff zu kommen und ihre Drehbewegung zu verhindern, auch wenn
die Welle 102 sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die
höher ist
als eine vorgegebene Geschwindigkeit. In den 3 und 4 ist
eine durch das Bezugszeichen 200 bezeichnete alternative
Vorrichtung dargestellt, in der zwei Schlingfedern 204A, 204B um
die drehbare Welle 202 herum montiert sind.
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Die
Schlingfeder 204A ist derart angeordnet, dass eine Drehbewegung
der Welle 202 in einer ersten Richtung, z. B. im Uhrzeigersinn,
verhindert wird, während
die zweite Schlingfeder 204B derart angeordnet ist, dass
eine Drehbewegung der Welle 202 in die entgegengesetzte
Richtung verhindert wird. Die Schlingfedern 204A, 204B sind
mit jeweiligen Steuersolenoiden 208A bzw. 208B verbunden.
Daher wird durch die Vorrichtung 200 eine bidirektionale Bremswirkung
bereitgestellt, so dass sie als Feststellbremsmechanismus zum Verhindern
einer Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
eines Fahrzeugs geeignet ist.
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Mindestens
eine der Steuereinrichtungen 208A, 208B weist
eine weitere Hilfsarretier- oder Sicherheitseinrichtung auf, so
dass die Operation der Steuereinrichtung 208A, 208B selektiv
verhindert werden kann. In der dargestellten Ausführungsform hat
die Hilfssteuerungseinrichtung die Form einer Verriegelungseinrichtung 210,
z. B. eines Schrittmotors, der dazu geeignet ist, mit dem Ausgangselement
des Solenoids 208B (z. B. mit einem Loch in der Ausgangswelle
des Solenoids 208A) oder mit dem freien Ende 206B der
Schlingfeder 204B in Eingriff zu kommen, um ihre lineare
Bewegung zu verhindern und damit zu verhindern, dass die Feder 204B um
die Welle 202 unter Spannung gesetzt wird.
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Es
können,
z. B. als Teil einer fahrzeugmontierten ECU, Sensoren zum Erfassen
oder Überwachen
des Solenoidzustands bereitgestellt werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Schlingfeder 204B derart angeordnet, dass eine
Vorwärtsbewegung
des Fahrzeugs verhindert wird. Die Verriegelungseinrichtung 210 dient
zum Verhindern einer zufälligen
oder unerwünschten
Betätigung
der Feder 204, um einen Eingriff mit der Welle 202 zu verhindern,
während
das Fahrzeug sich vorwärts
bewegt. Eine ähnliche
Hilfssteuerungseinrichtung kann für die Feder 204A bereitgestellt
werden.
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Die
in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform
kann als Rollunterdrückungsvorrichtung
und als allgemeine Feststellbremsvorrichtung zum Verhindern einer
Drehbewegung der Welle 202 in beide Richtungen verwendet
werden.
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Die
vorstehend beschriebenen, auf einem Solenoid basierenden Steuereinrichtungen
können durch
andere lineare Aktuatoranordnungen, z. B. auf einer Schiene oder
einem beweglichen Magnetanker basierende Anordnungen, zum Anziehen
des freien Endes der oder jeder Schlingfeder ersetzt werden. Es können auch
andere nichtlineare Betätigungsanordnungen
verwendet werden, um die oder jede Schlingfeder unter Spannung zu
setzen.
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Obwohl
die Federn 204A, 204B in den 2 und 3 axial
voneinander beabstandet auf der Welle 202 dargestellt sind,
können
sie in anderen Ausführungsformen
auch konzentrisch angeordnet sein.
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In
den Ausführungsformen
der 1 bis 4 sind die Schlingfedern an
einer externen Masse verankert, z. B. an einem Abschnitt eines Getriebegehäuses, wie
beispielsweise in den 1 und 2 durch
das Bezugszeichen 112 oder in den 3 und 4 durch
das Bezugszeichen 212 dargestellt ist. Die Stabilität der Federstruktur
ist ausreichend, um einen Zwischenraum zwischen der Feder und der
Welle aufrechtzuerhalten, auch wenn sie freitragend angeordnet ist
(wie beispielsweise in 2A dargestellt ist). Der Zwischenraum
und/oder die Eigenschaften der Feder werden vorzugsweise derart ausgewählt, dass
unter allen Fahrzeugfahrtzuständen
ein selbst-aktivierender Kontakt der Feder mit der Welle verhindert
wird, z. B. ein Eingriff der Feder auf der Welle verhindert wird,
wenn das Fahrzeug sich in einem unwegsamen Gelände befindet, oder im Fall
einer Kollision.
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Die
Federn sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt und weisen noch bevorzugter
eine Antikorrosionsbeschichtung auf. In bevorzugten Ausführungsformen
sind die Schlingfedern in einer nassen Umgebung montiert (z. B.
in einem Ölbad),
wobei die Schmierung einen Mechanismus zum Vermindern von Verschleiß und Entfernen
von Verunreinigungen vom Eingriffsbereich zwischen der Feder (den
Federn) und der Welle bereitstellt, um ein Verhaken oder eine Selbstaktivierung
der Feder(n) um die Welle zu verhindern.
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In
den 5 bis 12 ist eine Berganfahr-/Rollunterdrückungsvorrichtung
allgemein durch das Bezugszeichen 300 dargestellt.
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Nachstehend
wird zunächst
auf 5 Bezug genommen, in der eine Schlingfeder 304 um
die Ausgangswelle 302 eines Fahrzeuggetriebes herum montiert
ist, wobei ein Ende der Feder an einem Teil eines Getriebegehäuses 312 verankert
ist. Die Feder 304 ist derart angeordnet, dass eine Drehbewegung der
Welle 302 in eine erste Richtung selektiv verhindert wird,
um zu verhindern, dass das Fahrzeug in eine vorgegebene Richtung
rollt (z. B. rückwärts auf einer
Steigung).
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Die
Vorrichtung 300 weist einen Betätigungsmechanismus 314 auf,
der dazu geeignet ist, gegen die Kraft einer Feder 318 auf
einen konischen Kolben 316 einzuwirken. Der Kolben 316 weist
eine Ausgangsstange 320 auf, die dazu geeignet ist, mit
einem Mitnehmerring 322 in Eingriff zu kommen, der mit
dem freien Ende 306 der Feder 304 verbunden und
um die Welle 302 frei beweglich montiert ist.
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Im
Betrieb wird die Betätigungsvorrichtung dazu
verwendet, den Kolben 316 in 5 betrachtet nach
unten zu bewegen, bis die Stange 320 mit dem Mitnehmerring 322 in
Eingriff kommt, um zu veranlassen, dass der Mitnehmerring 322 sich
dreht. Die Bewegung des Mitnehmerrings dient dazu, die Feder 304 um
die Achse 302 unter Spannung zu setzen und dadurch eine
Drehbewegung der Welle abzubremsen oder zu verhindern.
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Es
wird ein in 6 deutlich dargestellter Sicherheits-
oder Geschwindigkeitserfassungsmechanismus 330 bereitgestellt,
um eine Betätigung
oder Aktivierung der Feder 304 zu verhindern, wenn die Welle
sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die höher ist als eine vorgegebene
Geschwindigkeit, z. B. höher
als 5 km/h. Die Vorrichtung 330 ist allgemein ringförmig ausgebildet,
obwohl in den 5 und 6 nur eine
Hälfte
der Anordnung dargestellt ist.
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Die
Vorrichtung 330 weist einen äußeren Klauenring (Dog Ring) 332 mit
Zähnen 334 auf.
Der äußere Klauenring 332 ist
Teil einer bezüglich
der Welle 302 konzentrischen ringförmigen Kegelbuchse 336.
Die Kegelbuchse 336 weist eine schräge vordere Fläche 338 und
eine schräge
hintere Fläche 340 auf.
Die vordere Fläche 338 der
Kegelbuchse 336 ist dazu geeignet, mit dem konischen Kolben 316 in
Eingriff zu kommen. Die hintere Fläche 340 ist dazu geeignet
mit der vorderen Fläche 344 einer
Hemmeinrichtung 342 in Eingriff zu kommen, die unter einer Last
beweglich ist, die durch die Kegelbuchse 336 gegen die
Vorspannung einer Feder 346 ausgeübt wird, die an einem anderen
Teil des Getriebegehäuses 354 anliegt.
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Die
Vorrichtung 330 weist ferner einen inneren Klauenring 348 mit
Zähnen 350 auf.
Der innere Klauenring 348 ist sowohl axial als auch für eine Drehbewegung
mit der Welle 302 fixiert.
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Die
Kegelbuchse 336 ist durch eine weitere Feder 352,
die am fixierten inneren Klauenring 346 anliegt, gegen
eine axiale Bewegung vorgespannt.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise der Vorrichtung 300 unter Bezug
auf die 5 bis 10 beschrieben.
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Durch
eine (in 7 durch einen Pfeil A dargestellte)
Betätigungskraft
wird veranlasst, dass der Kolben 316 sich radial nach innen
bewegt (in 7 betrachtet nach unten), bis
er mit dem vorderen Rand 338 der Kegelbuchse 336 der
Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 330 in Eingriff kommt.
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Die
Kegelbuchse 336 bewegt sich gegen die Vorspannung der Feder 352 axial,
bis die hintere Fläche 340 der
Kegelbuchse 336 an der vorderen Fläche 344 der Hemmeinrichtung 342 anliegt.
Dadurch wird veranlasst, dass die Zähne 334, 350 des äußeren und
des inneren Klauenrings 332, 348 miteinander in
Kontakt kommen. Die Geometrie der Zähne 334, 350 ist
jedoch derart spezifisch konfiguriert, dass, wenn die Welle 302 (und
damit der innere Klauenring 348) sich mit einer Geschwindigkeit
dreht, die höher
ist als eine vorgegebene Geschwindigkeit, die Zähne 334, 350 nicht
miteinander in Eingriff kommen können,
weil sie nicht zusammenfallen. Daher wird eine weitere radiale Bewegung
des Kolbens 316 (in 8 betrachtet
nach unten) durch die Betätigungskraft
A blockiert, weil eine weitere axiale Bewegung der Kegelbuchse 336 (in 8 betrachtet
nach rechts) blockiert wird.
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Durch
einen Anfangskontakt mit der Hemmeinrichtung 342 wird ein
Schleppmoment auf den äußeren Klauenring
ausgeübt,
so dass seine Drehbewegung (falls er sich überhaupt dreht) abgebremst wird.
Eine Feder 334 in der Schleppvorrichtung wird durch eine
weitere Bewegung des konischen Kolbens 316 zusammengedrückt.
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Bei
einer vorgegebenen Relativgeschwindigkeit wird durch die geometrische
Konfiguration der Zähne 334, 350 ermöglicht,
dass die Zähne
sich in eine Eingriffsbeziehung bewegen, woraufhin die Buchse 336 sich
unter einer durch den Kolben 316 ausgeübten Last axial bewegen kann,
so dass der Kolben 316 sich frei radial nach innen bewegen
kann, wie in 9 dargestellt ist. Daraufhin
kann die Stange 320 gegen den Mitnehmerring 322 gefahren
werden, so dass die Feder 304 um die Welle 302 angespannt
wird (vergl. 10).
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Der
Betätigungsmechanismus 314 ist
vorzugsweise ein linearer Aktuator und vorzugsweise eine bistabiler
Verriegelungseinrichtung, die dafür konfiguriert ist, den Kolben
in seiner ausgefahrenen Position zu blockieren. Dadurch kann die
Schlingfeder 304 um die Welle 302 unter Spannung
gehalten werden, ohne dass der Vorrichtung 314 Leistung
zugeführt
wird. Eine weitere Leistungszufuhr kann dann genutzt werden, um
den Kolben 316 von seiner verriegelten Position zu lösen, so
dass eine Drehbewegung der Welle 2 ermöglicht wird.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform, die
der Anordnung von 5 ähnlich ist, jedoch gegenüberliegende
Schlingfedern 304A, 304B zum Verhindern einer
Drehbewegung der Welle 302 in beide Richtungen aufweist.
In dieser Ausführungsform
ist beispielsweise die Feder 304A im Gegenuhrzeigersinn
und die Feder 304B im Uhrzeigersinn gewickelt.
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Jede
Feder 304A, 304B kann einen eigenen Aktuator 314 und
einen eigenen Kolben 316 aufweisen. Die dargestellte Ausführungsform
weist jedoch eine modifizierte Mitnehmerringanordnung 360 auf, wobei
die Feder 304B durch den gleichen Aktuator 314 betätigt wird
wie die Feder 304A.
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Die
Funktionsweise dieser Ausführungsform gleicht
im Wesentlichen derjenigen der Ausführungsform von 5,
insbesondere hinsichtlich der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 330.
Die Hauptunterschiede werden nachstehend diskutiert.
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Im
Betrieb ist die Betätigungsstange 320 dafür vorgesehen,
gegen ein freies Ende 362 eines in 11 durch
das Bezugszeichen 364 bezeichneten ersten Abschnitts des
Mitnehmerrings gefahren zu werden, um den Mitnehmerringabschnitt 364 um
die Welle 302 zu drehen. Die Feder 304A ist mit
dem Mitnehmerringabschnitt 364 verbunden. Wenn der Mitnehmerringabschnitt 364 gedreht
wird, so dass das freie Ende 362 sich in 1 betrachtet
nach unten bewegt, wird daher die Feder 304A veranlasst,
sich um die Welle 302 zusammenzieht, um die Drehbewegung
der Welle 302 in eine erste Richtung abzubremsen.
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Gleichzeitig
wird veranlasst, dass ein in 11 durch
das Bezugszeichen 366 bezeichneter zweiter Abschnitt des
Mitnehmerrings sich in die entgegengesetzte Richtung dreht. Ein
Verbindungselement 368 ist für eine Drehbewegung mit dem
zweiten Abschnitt 366 fixiert und koppelt die Feder 304B für eine Drehbewegung
damit. Tatsächlich
kann das Verbindungselement ein integraler Mitnehmer oder ein Teil
der Feder 304B sein. Daher wird durch die Drehbewegung
des zweiten Abschnitts 366 des Mitnehmerrings veranlasst,
dass die Feder 304B sich zusammenzieht, um die Drehbewegung
der Welle 302 in eine Richtung abzubremsen, die derjenigen
entgegengesetzt ist, bezüglich
der die Feder 304A eine Bremswirkung ausübt. Dadurch
wird eine bidirektionale Bremswirkung erzielt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die bidirektionale Bewegung der Mitnehmerringabschnitte 364, 366 unter
Verwendung einer kleinen epizyklischen Differentialanordnung mit
einem Hohlrad, einem Planetenrad, einem Sonnenrad und einem Planetenträger erzielt.
Das Hohlrad ist an einer Masse (z. B. an einem Teil des Getriebegehäuses) verankert,
die Schlingfeder 304A ist am Planetenträger befestigt, und die Schlingfeder 304B ist
am Sonnenrad befestigt. Im Betrieb wirkt die Kolbenstange 320 auf
den Planetenträger,
wodurch das Sonnenrad in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird.
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Ein
Beispiel einer geeigneten epizyklischen Differentialanordnung für einen
geteilten Mitnehmerring ist in 11 durch
Bezugszeichen 500 bezeichnet, wobei ein Hohlrad 502 an
einer Masse 504 (z. B. an einem Abschnitt des Getriebegehäuses) verankert
ist, ein erster Mitnehmerringabschnitt 506 am Planetenträger 508 befestigt
ist, um ein Ende 510 einer ersten Schlingfeder 304B anzutreiben,
und ein zweiter Mitnehmerringabschnitt 512 an einem Sonnenrad 516 befestigt
ist, um ein Ende 514 einer zweiten Schlingfeder in die
entgegengesetzte Richtung anzutreiben.
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Alternativ
kann eine Schwenkhebelanordnung zum Antreiben der Mitnehmerabschnitte
in entgegengesetzte Richtungen verwendet werden.
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In
jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich
sich zusammenziehende Federn beschrieben worden. Diese können jedoch
durch sich nach außen
aufweitende Federn ersetzt werden, die beispielsweise dazu geeignet
sind, sich aufzuweiten und mit einer konzentrischen Wand in Kontakt
zu kommen.
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Ein
Beispiel ist in 12 dargestellt, in der konzentrische
Schlingfedern 404A, 404B um eine drehbare Welle 402 herum
montiert sind, wobei die innere Feder 404A eine sich aufweitende
Feder und die äußere Feder 404B eine
sich zusammenziehende Feder ist.
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Es
sind eine Kolbenanordnung und eine Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 430 vorgesehen,
die allgemein die gleiche Konstruktion haben und gemäß dem gleichen
Betriebsverfahren arbeiten wie die in den 5 und 11 dargestellte
Erfassungseinrichtung. Daher wird eine Bewegung des Kolbens 416 in
eine aktivierte Federposition verhindert, wenn die Welle 402 sich
mit einer Geschwindigkeit dreht, die höher ist als eine vorgegebene
Geschwindigkeit.
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Ein
Paar Reibungsarme 470, 472 erstrecken sich axial
von der Kolbenanordnung, wobei jeder Reibungsarm eine schräge vordere Fläche aufweist,
die für
eine Zusammenwirkung mit einem entsprechenden Aktuatorkegel 474, 476 angeordnet
ist, woraufhin die Kegel 474, 476 sich axial bewegen,
um mit einem zugeordneten Mitnehmerring 422A, 422B einer entsprechenden
Feder 404A bzw. 404B in Eingriff zu kommen.
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Die
Federn 404A, 404B sind durch eine freitragende
Verbindung (wie beispielsweise in 2A dargestellt)
mit einer Hülse 480,
die für
eine Drehbewegung mit der Welle 402 montiert ist, bezüglich der Welle 402 konzentrisch
angeordnet.
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Im
Betrieb dreht sich die Welle 402, wodurch veranlasst wird,
dass die Federn 404A, 404B sich über die
Hülse 480 mit
der Welle drehen. Der Reibungskontakt zwischen den Kegeln 474, 476 und
den Mitnehmerringen 422A, 422B ist dazu geeignet,
ein Schleppmoment zu erzeugen, woraufhin die Federn 404A, 404B sich
entsprechend aufweiten/zusammenziehen. Ein ringförmiges Masseelement 478 (von
dem in 1 nur eine Seite dargestellt ist) ist zwischen
den Federn 404A, 404B bezüglich der Welle 402 konzentrisch
angeordnet, so dass die Federn sich gegen das Masseelement entsprechend
aufweitet/zusammenziehen, um eine Drehbewegung der Welle 402 abzubremsen.
Die Federn 404A, 404B sind in entgegengesetzte
Richtungen gewickelt, um eine bidirektionale Abbremsung der Welle 402 zu
gewährleisten.
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Es
kann ein ringförmiger
Arretiermechanismus zum Selektiven Arretieren von Fingern 423 auf den
Mitnehmerringen 422A, 422B vorgesehen sein, um
die Mitnehmerringe in einem zugspannungs-/druckinduzierenden Zustand zu halten.
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13 zeigt
eine ähnliche
konzentrische Schlingfederanordnung wie 12, wobei
für entsprechende
Komponenten ähnliche Bezugszeichen verwendet
werden, jedoch mit einer vorangestellten Zahl 6-- anstatt 4--.
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In
dieser Ausführungsform
wird ein Schleppmoment über
die Mitnehmerringe 622A, 622B durch eine beispielsweise
in 14 dargestellte verschleifte Verbindung induziert.
Eine Federdrahtschleife 700 ist um den Mitnehmerring ausgebildet.
Ein Ende des Federdrahtes ist bei Bezugszeichen 702 an
einer Masse befestigt, z. B. an einem Abschnitt des Getriebegehäuses, und
das andere Ende ist an einer Spann- oder Zugfeder 708 befestigt.
In einem entspannten Zustand bildet der Federdraht eine Wicklung
(mit einer oder mehreren Windungen) um den Mitnehmerring 622.
Die Wicklung hat die Form eines Kreises mit einem Durchmesser, der
größer ist
als derjenige des Mitnehmerrings, um einen zufälligen Kontakt des Federdrahtes
mit dem Mitnehmerring zu verhindern.
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Ein
bistabiler (z. B. Flipflop) Mechanismus 704 ist auf dem
Gehäuse 702 montiert
und mit der Zugfeder 708 verbunden. Ein Aktuator mit einer
Zugfunktion (z. B. ein Solenoid 706) ist dafür vorgesehen, den
Mechanismus 704 zu betätigen,
um den Federdraht 700 anzuziehen und dadurch die Schleife(n) um
den Mitnehmerring zusammenzuziehen, um ein Schleppmoment zu erzeugen.
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In
der Ausführungsform
von 13 wird unter Verwendung einer (beispielsweise
in 14 dargestellten) separaten Hemmeinrichtung für jeden
Mitnehmerring eine unabhängige
Operation der Mitnehmerringe 622A, 622B erzielt.
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Es
wird eine Verriegelung 710 zum Verhindern einer Operation
der Schleppmomentmechanismen bereitgestellt, wenn die Welle 602 sich
mit einer Geschwindigkeit dreht, die höher ist als eine vorgegebene
Geschwindigkeit. Die Verriegelung wirkt mit der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 630 zusammen,
die in der vorliegenden Ausführungsform einen
Aktuator 614 mit einer Zugfunktion verwendet, um den Kolben 616 gegen
die konische Buchse 636 anzuheben. Nur wenn die Zähne 634, 650 miteinander
kämmen,
kann der Kolben sich frei nach oben bewegen, um die Verriegelung
von einer Blockierposition weg zu bewegen. Daher können, wenn
der Kolben 616 von der in 13 dargestellten
Position nach oben bewegt wird, die Aktuatoren 704 betätigt werden,
um die Federdrähte 700 anzuspannen.
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Zusammenfassung
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Bremsvorrichtung
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Eine
Schlingfeder bewegt sich von einem entspannten Zustand in einen
aktivierten Zustand zum Abbremsen einer Drehbewegung der Ausgangswelle
eines Fahrzeuggetriebes. Die Schlingfeder kann sich zusammenziehen,
um mit der Welle in Eingriff zu kommen, oder Aufweiten, um mit einem benachbarten
Masseelement in Eingriff zu kommen. Durch zwei Schlingfedern, die
konzentrisch angeordnet oder axial beabstandet sind, wird eine bidirektionale
Bremswirkung bereitgestellt. Ein geteilter Ring aktiviert beide
Schlingfedern z. B. unter Verwendung einer epizyklischen Differentialanordnung
zum Bewegen gegenüberliegender
Ringabschnitte in entgegengesetzte Richtungen. Die Schlingfeder
kann in einem entspannten Zustand für eine Drehbewegung mit der
Welle montiert sein, wobei ein Mechanismus zum Induzieren eines
Schleppmoments zum Aktivieren der Feder für eine Bremsoperation vorgesehen ist.
Es wird eine Einrichtung bereitgestellt, die verhindert, dass ein
Aktuator die Schlingfeder aktiviert, wenn die Welle sich beispielsweise
mit einer Geschwindigkeit dreht, die höher ist als eine vorgegebene
Geschwindigkeit.