DE112022001178T5

DE112022001178T5 - Feststellbremsaktuator

Info

Publication number: DE112022001178T5
Application number: DE112022001178.5T
Authority: DE
Inventors: David Child; Keith Homan; Benjamin Chetwood Struve´
Original assignee: Raicam Driveline SRL
Current assignee: Raicam Driveline SRL
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2024-01-04
Also published as: CN117320932A; WO2022175513A1; IT202100004052A1; US20240141991A1

Abstract

Ein Feststellbremssystem für Fahrzeuge, insbesondere Schwerlastfahrzeuge, umfasst einen Feststellbremsaktuator (9), der eine Betätigungsstange (14) beinhaltet, die in einem Hydraulikzylinder (10) verschiebbar aufgenommen und dazu ausgelegt ist, auf einen Lösemechanismus (15) einer Fahrzeugbremse zum Entriegeln der Bremse zu wirken, und eine Hydraulikpumpe (18), die durch einen Elektromotor (20) betrieben wird, der dazu ausgelegt ist, einen Fluidstrom in den Hydraulikzylinder (10) abzugeben, um die Betätigungsstange (14) zu bewegen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Bremsen; insbesondere betrifft die Erfindung einen Feststellbremsaktuator für ein Fahrzeug (z. B. ein Schwerlastfahrzeug) und ein Feststellbremssystem, das einen solchen Feststellbremsaktuator umfasst, insbesondere für Traktoren.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Traktoren für die Landwirtschaft verwenden häufig eine Getriebebremse zum Verriegeln des Fahrzeugs im geparkten Zustand.
Die Bremse ist üblicherweise nass und ist innerhalb des Getriebegehäuses vor dem Differential integriert.
Dies bietet einige Vorteile, die für diese Art von Fahrzeug relevant sind, z. B. ist sie eingekapselt und sicher eingeschlossen gegenüber Schlamm, Schmutz und Wasser, und ihre Einkapselung stellt sicher, dass Korrosion kein Problem ist, wenn das Fahrzeug über lange Zeiträume geparkt wird.
Das Design der Bremse ist herkömmlicherweise ähnlich wie das in 1 dargestellte, wobei eine Mehrscheibenbremse gezeigt ist, die hydraulisch betätigt und durch ein Fehlen von Druck aktiviert wird.
Eine Tellerfeder übt eine Kraft auf einen Kolben aus, der auf die feststehenden und beweglichen Scheiben der Bremse presst und die Welle blockiert.
Wenn die Bremse entriegelt werden muss, wird ein Strom eines unter Druck stehenden Fluids in einen Kanal eingeführt, der mit dem Kolben in Verbindung steht, um einen Schub auf Letzteren gegen die Tellerfeder auszuüben, bis sich die Bremsscheiben gegenseitig gelöst haben.
Ein derartiges System bietet den Vorteil, dass es ausfallsicher ist; wenn das Fahrzeug tatsächlich nicht in Betrieb ist oder der Hydraulikkreislauf ausfällt, blockiert die Bremse und das Fahrzeug steht still.
Der Nachteil bei einer hydraulisch gelösten Bremse ist jedoch, dass sie nur bei größeren Traktoren zum Einsatz kommen kann, die Hochdruck- und Zentralhydrauliksysteme aufweisen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend genannte Einschränkung zu überwinden.
Um dem Benutzer die Vorteile eines elektrisch betriebenen Feststellbremsenlösesystems für alle Schwerlastfahrzeuge (insbesondere Traktoren) bereitzustellen, wird ein Linearaktuator vorgeschlagen, der zum Betrieb einer federbetätigten, hebelgelösten Feststellbremse ausgelegt ist.
Insbesondere umfasst ein Feststellbremsaktuator für Fahrzeuge (wie Schwerlastfahrzeuge oder Traktoren) erfindungsgemäß einen Aktuatorzylinder, einen in diesem verschiebbar aufgenommener Kolben und eine mit einem derartigen Kolben einstückig verbundene Betätigungsstange 14 mit einem nach außerhalb des Aktuatorzylinders vorstehenden Ende, das dazu ausgelegt ist, auf einen Lösemechanismus einer Fahrzeugbremse (z. B. einer Mehrscheibenbremse für einen Traktor) zu wirken um diese zu entriegeln.
Die vorstehend genannten und andere Aufgaben und Vorteile werden gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung durch einen Feststellbremsaktuator mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun werden die funktionalen und strukturellen Merkmale einiger bevorzugter Ausführungsformen eines Feststellbremsaktuators und -systems gemäß der Erfindung beschrieben. Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei:

- 1 eine schematische Seitenansicht eines Lösemechanismus für eine Mehrscheibenbremse für einen Traktor gemäß dem Stand der Technik ist;
- 2 ein schematisches Diagramm eines Lösemechanismus für eine Mehrscheibenbremse, die durch einen Feststellbremsaktuator betätigt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
- 3 ein Hydraulikschema eines Feststellbremssystems, in das der Feststellbremsaktuator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung integriert ist, ist;
- 4 bis 6 eine Perspektiv-, Seiten- und eine Explosionsansicht eines Feststellbremssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind;
- 7A eine schematische Schnittansicht eines Kolbens des mit einem Überdruckventil ausgestatteten Feststellbremssystems ist;
- 7B eine schematische transparente Perspektivansicht eines Körpers des Feststellbremssystems in den 4 bis 6 ist;
- 8 und 9 schematische Diagramme einer in dem Feststellbremssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthaltenen Hydraulikpumpe sind;
- 10 und 11 schematische Diagramme eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in dem Feststellbremssystem enthaltenen Magnetventils sind;
- 12 und 13 schematische Diagramme eines gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung in dem Feststellbremssystem enthaltenen Magnetventils sind;
- 14 bis 17 Hydraulikschemata, die das Feststellbremssystem veranschaulichen, wie es gemäß einem Betriebsmodus der Erfindung auf einen Lösemechanismus einer Mehrscheibenbremse wirkt, sind; und
- 18 bis 20 Hydraulikschemata, die das Feststellbremssystem veranschaulichen, wie es gemäß einem alternativen Betriebsmodus der Erfindung auf einen Lösemechanismus einer Mehrscheibenbremse wirkt, sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Vor dem ausführlichen Beschreiben einer Vielzahl von Ausführungsformen der Erfindung sollte geklärt werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Konfiguration der in der folgenden Beschreibung dargestellten oder in den Zeichnungen veranschaulichten Komponenten beschränkt ist. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen annehmen und in der Praxis auf unterschiedliche Weise implementiert oder konstruiert sein. Es versteht sich auch, dass die Ausdrucksweise und Terminologie dem Beschreiben dienen und nicht als einschränkend angesehen werden sollten.
Unter beispielhafter Bezugnahme auf 2 umfasst ein Feststellbremssystem für Fahrzeuge, insbesondere Schwerlastfahrzeuge und noch spezifischer Traktoren, einen Feststellbremsaktuator 9, der einen Aktuatorzylinder 10 und einen Kolben 12 umfasst, der innerhalb des Aktuatorzylinders 10 verschiebbar aufgenommen ist und das Innenvolumen des Aktuatorzylinders 10 in eine obere Kammer 11a, die mit der Außenseite des Aktuatorzylinders 10 in Fluidverbindung steht, und eine untere Kammer 11b unterteilt.
Der Kolben 12 ist als Reaktion auf einen Fluidstrom, der in die obere Kammer 11a eintritt, innerhalb des Aktuatorzylinders 10 axial verschiebbar.
Der Feststellbremsaktuator 9 umfasst ferner eine Betätigungsstange 14, die in der unteren Kammer 11b des Aktuatorzylinders 10 verschiebbar aufgenommen ist. Die Betätigungsstange 14 ist einstückig mit dem Kolben 12 verbunden und mit diesem fest verbunden bewegbar, und weist ein Ende auf, das nach außerhalb des Aktuatorzylinders 10 vorsteht, wobei das Ende der Betätigungsstange 14 dazu ausgelegt ist, auf einen Lösemechanismus 15 einer Fahrzeugbremse (insbesondere einer Mehrscheibenbremse für Traktoren) zu wirken, um diese zu entriegeln.
Das Feststellbremssystem umfasst ferner eine Hydraulikpumpe 18, die von einem Elektromotor 20 betrieben wird, wobei die Hydraulikpumpe 18 dazu ausgelegt ist, einen Fluidstrom zum Bewegen des Kolbens 12 innerhalb des Aktuatorzylinders 10 in die obere Kammer 11 a abzugeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind ein Hydraulikbehälter 22, der dazu ausgelegt ist, ein in den Aktuatorzylinder 10 abzugebendes Arbeitsfluid aufzunehmen, und ein Förderkanal 22a, der den Hydraulikbehälter 22 mit der oberen Kammer 11a des Aktuatorzylinders 10 in Fluidverbindung bringt, bereitgestellt, wobei der Auslassabschnitt der Hydraulikpumpe 18 stromabwärts des Hydraulikbehälters 22 mit einem derartigen Förderkanal 22a hydraulisch verbunden ist. Das Feststellbremssystem umfasst ferner ein Einwege-Einlassventil 24 und ein Einwege-Auslassventil 25, die an dem Förderkanal 22a stromaufwärts bzw. stromabwärts des Auslassabschnitts der Pumpe 18 platziert sind und dazu angeordnet sind, zu ermöglichen, dass ein Fluid nur von dem Hydraulikbehälter 22 zu der oberen Kammer 11a des Aktuatorzylinders 10 strömt, wenn die Hydraulikpumpe 18 betätigt wird. Insbesondere ist das Einlassventil 24 dazu konfiguriert, einen Durchgang für das Fluid aus dem Behälter 22 zu der Hydraulikpumpe 18 nur als Reaktion darauf zu öffnen, dass Letztere einen Unterdruck stromabwärts dieses Einlassventils 24 erzeugt, und das Auslassventil 25 ist dazu konfiguriert, nur als Reaktion darauf, dass die Pumpe 18 das Fluid in Richtung des Aktuatorzylinders 10 abgibt, was zu einer Druckerhöhung stromaufwärts eines derartigen Auslassventils 25 führt, einen Durchgang für das Fluid der Hydraulikpumpe 18 zu der oberen Kammer 11a des Aktuatorzylinders 10 zu öffnen.
Die Hydraulikpumpe 18 kann von jedem geeigneten Typ sein, der einer Person mit durchschnittlichen Fachkenntnissen bekannt ist, z. B. kann sie eine herkömmliche Gerotor- oder Zahnradpumpe sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung (schematisch in den 8 und 9 gezeigt) umfasst die Hydraulikpumpe 18 einen Pumpenkolben 26, der in einem Volumen verschiebbar aufgenommen ist, das quer zum Förderkanal 22a angeordnet ist, und an einer Position zwischen den Einwegeventilen 24, 25 in Fluidverbindung mit diesem steht.
Der Pumpenkolben 26 ist von einer eingefahrenen Position distal von dem Förderkanal 22a in eine ausgefahrene Position proximal zu dem Förderkanal 22a bewegbar, wobei das Einwege-Einlass- 24 und das -Auslassventil 25 dazu konfiguriert sind als Reaktion darauf, dass der Pumpenkolben 26 in Richtung der eingefahrenen Position bewegt wird, offen bzw. geschlossen zu sein und dazu konfiguriert sind als Reaktion darauf, dass der Pumpenkolben 26 in Richtung der ausgefahrenen Position bewegt wird, geschlossen bzw. offen zu sein.
Zweckmäßigerweise kann die Hydraulikpumpe 18 einen Exzenternocken 28 umfassen, der mittels des Elektromotors 20 drehbar ist und den Pumpenkolben 26 derart kontaktiert, dass sich dieser zwischen der eingefahrenen und der ausgefahrenen Position dem Nockenprofil des Exzenternockens 28 folgend bewegt, wobei der Pumpenkolben 26 mittels einer Pumpenrückstellfeder 30 mit dem Exzenternocken 28 in Kontakt gehalten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Feststellbremsaktuator 9 eine Vorspannfeder 16, die innerhalb der oberen Kammer 11a des Aktuatorzylinders 10 aufgenommen und dazu konfiguriert ist, auf den Kolben 12 einen Schub auszuüben, der dazu ausgelegt ist, ein freies Spiel zwischen dem Ende der Betätigungsstange 14 (die aus dem Aktuatorzylinder 10 herausragt) und dem Lösemechanismus 15 der Fahrzeugbremse aufzunehmen. Dementsprechend wird eine Zeitverzögerung zwischen dem Drücken der Betätigungsstange 14 nach außerhalb des Aktuatorzylinders 10 und dem Betätigen des Lösemechanismus 15 reduziert oder vermieden.
Das Feststellbremssystem kann ferner einen Rückführkanal 22b umfassen, der die obere Kammer 11a des Aktuatorzylinders 10 mit dem Hydraulikbehälter 22 hydraulisch verbindet. Zweckmäßigerweise zweigt der Rückführkanal 22b stromabwärts des Auslassventils 25 von dem Förderkanal 22a ab, um das Auslassventil 25 zu umgehen.
Das Feststellbremssystem kann ferner ein Magnetventil 32 umfassen, das auf einen derartigen Rückführkanal 22b wirkt, zweckmäßigerweise ein herkömmliches, im Stand der Technik bekanntes Zweiwege-Magnetventil. Das Magnetventil 32 ist von einer offenen Position, in der das Fluid von der oberen Kammer 11a des Aktuatorzylinders 10 durch den Rückführkanal 22b zu dem Hydraulikbehälter 22 gelangen kann, in eine geschlossene Position umschaltbar, wodurch verhindert wird, dass das Fluid von einer derartigen oberen Kammer 11a durch den Rückführkanal 22b zu dem Hydraulikbehälter 22 gelangt.
Gemäß einer Ausführungsform (schematisch in den 10 und 11 gezeigt) umfasst das Magnetventil 32 einen Körper, der einen Hohlraum 33 und zwei Durchgänge definiert, die den Hohlraum 33 stromaufwärts bzw. stromabwärts des Magnetventils 32 hydraulisch mit dem Rückführkanal 22b verbinden. Das Magnetventil 32 umfasst ferner einen Stößel 34, der innerhalb des Hohlraums 33 verschiebbar aufgenommen ist und eine abgerundete Spitze aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Durchgang stromaufwärts des Magnetventils 32 zu verschließen, wobei dieser Stößel 34 aus einer passiven Konfiguration, in der dessen abgerundete Spitze es vermeidet, dass der Durchgang stromaufwärts des Magnetventils 32 geschlossen wird, sodass dieser Durchgang über den Hohlraum 33 mit dem Durchgang stromabwärts des Magnetventils 32 in Fluidverbindung steht, in eine aktive Konfiguration bewegbar ist, in der die abgerundete Spitze des Stößels 34 den Durchgang stromaufwärts des Magnetventils 32 verschließt, sodass eine Fluidverbindung zwischen den Durchgängen stromaufwärts und stromabwärts des Magnetventils 32 über den Hohlraum 33 verhindert wird. Der Stößel 34 ist in Richtung der aktiven Konfiguration als Reaktion auf die Erregung einer Magnetspule 35 und in Richtung der passiven Konfiguration mittels einer Rückstellfeder 36 bewegbar.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform (schematisch in den 12 und 13 gezeigt) umfasst das Magnetventil 32 einen Körper, der einen Hohlraum 33 und zwei Durchgänge definiert, die den Hohlraum 33 stromaufwärts bzw. stromabwärts des Magnetventils 32 hydraulisch mit dem Rückführkanal 22b verbinden. Das Magnetventil 32 umfasst ferner einen Stößel 34, der innerhalb des Hohlraums 33 verschiebbar aufgenommen ist und einen Abschnitt 37 zwischen zwei Hydraulikdichtungen 38 aufweist, die dazu ausgelegt sind, den Stößel 34 gegen den Hohlraum 33 abzudichten, wobei der Stößel 34 aus einer passiven Konfiguration, in der der Abschnitt 37 zwischen zwei Hydraulikdichtungen 38 nicht auf den Durchgang stromabwärts des Magnetventils 32 ausgerichtet ist, sodass dieser Durchgang mit dem Durchgang stromaufwärts des Magnetventils 32 über den Hohlraum 33 in Fluidverbindung steht, in eine aktive Konfiguration, in der der Abschnitt 37 zwischen zwei Hydraulikdichtungen 38 auf den Durchgang stromabwärts des Magnetventils 32 ausgerichtet ist und diesen verschließt, sodass eine Fluidverbindung zwischen dem Durchgang stromabwärts des Magnetventils 32 und dem Durchgang stromaufwärts des Magnetventils 32 über den Hohlraum 33 vermieden wird, bewegbar ist. Der Stößel 34 ist in Richtung der aktiven Konfiguration als Reaktion auf die Erregung einer Magnetspule 35 und in Richtung der passiven Konfiguration mittels einer Rückstellfeder 36 bewegbar.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Feststellbremssystem ein Nadelventil 40 eines bekannten Typs, das zum Schließen des Rückführkanals 22b manuell betätigbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Feststellbremssystem einen Rezirkulationskanal 22c, der die untere Kammer 11b mit dem Hydraulikbehälter 22 hydraulisch verbindet. Der Rezirkulationskanal 22c ist besonders nützlich, um Leckagen von Arbeitsfluid während langer Stillstände des Fahrzeugs, aufgrund des hohen Drucks, unter dem das Fluid gehalten wird, zu vermeiden. Insbesondere kann ein derartiger Rezirkulationskanal 22c dazu vorgesehen sein, ein Fluid, das aus (oder innerhalb) des Aktuatorzylinders 10 (z. B. von der oberen Kammer 11a zu der unteren Kammer 11b) austritt, zu dem Behälter 22 zu befördern.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Feststellbremssystem ein Überdruckventil 42 eines bekannten Typs, das dazu ausgelegt ist, den Hydraulikdruck in dem Förderkanal 22a und/oder dem Rückführkanal 22b und/oder dem Rezirkulationskanal 22c zu begrenzen. Vorzugsweise ist das Überdruckventil 42 an einem Zweig montiert, der den Förderkanal 22a, den Rückführkanal 22b und den Rezirkulationskanal 22c hydraulisch miteinander verbindet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Feststellbremssystem ein Überdruckventil 42, das in den Kolben 12 integriert ist, wobei das Überdruckventil 42 dazu ausgelegt ist, den Hydraulikdruck innerhalb der oberen Kammer 11a derart einzustellen, dass das Fluid aus der oberen Kammer 11a zu der unteren Kammer 11b gelangen kann, nachdem ein vorgegebener Druck innerhalb der oberen Kammer 11a erreicht ist.
7A zeigt eine Ausführungsform eines Überdruckventils 42, das in den Kolben 12 integriert ist, wobei der Kolben 12 einen Innenkanal 43 aufweist, der die obere Kammer 11a mit der unteren Kammer 11b hydraulisch verbindet, wobei ein derartiges Überdruckventil 42 einen Verschluss 44 umfasst, der innerhalb des Innenkanals 43 verschiebbar aufgenommen ist. Der Verschluss 44 ist so angeordnet, dass er gegen die Kraft eines elastischen Mittels 45 als Reaktion auf einen Hydraulikdruck, der durch das in der oberen Kammer 11a enthaltene Fluid auf den Verschluss 44 ausgeübt wird, bewegbar ist, nachdem ein derartiger Hydraulikdruck einen vorgegebenen Wert erreicht (abhängig von der durch das elastische Mittel 45 ausgeübten Vorspannkraft). Der Verschluss 44 kann aus einer Schließposition, in der er den Durchgangsabschnitt des Innenkanals 43 schließt und eine Fluidverbindung zwischen der oberen Kammer 11a zu der unteren Kammer 11b verhindert wird, in eine Öffnungsposition bewegt werden, in der der Durchgangsabschnitt des Innenkanals 43 mindestens teilweise offen ist und zwischen der oberen Kammer 11a zu der unteren Kammer 11b eine Fluidverbindung möglich ist.
Vorzugsweise umfasst das Feststellbremssystem einen Hauptkörper 46, in dem der Aktuatorzylinder 10 und/oder der Förderkanal 22a und/oder der Rückführkanal 22b und/oder der Rezirkulationskanal 22c aufgenommen sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Feststellbremssystem einen Positionssensor 48, der dazu ausgelegt ist, die Position des Kolbens 12 innerhalb des Aktuatorzylinders 10 zu erfassen.
Der Positionssensor 48 kann ein Magnetsensor sein, der an dem Hauptkörper 46 montiert ist. Zweckmäßigerweise ist der Positionssensor 48 in einer Ausnehmung am Hauptkörper 46 neben dem Aktuatorzylinder 10 aufgenommen. Das Feststellbremssystem kann ferner einen Magneten 49 umfassen, der innerhalb des Aktuatorzylinders 10 aufgenommenund fest mit dem Kolben 12 verbunden bewegbar ist, wobei der Positionssensor 48 dazu ausgelegt ist, die axiale Position des Magneten 49 innerhalb des Aktuatorzylinders 10 zu erfassen. Zweckmäßigerweise ist zumindest der zwischen dem Positionssensor 48 und dem Magneten 49 angeordnete Anteil des Hauptkörpers 46 aus einem magnetisch transparenten Material, z. B. Aluminium, hergestellt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst eine Feststellbremse ein Feststellbremssystem gemäß einer der vorstehend offenbarten Ausführungsformen und eine Mehrscheibenbremse 50, die mindestens eine feste Scheibe, eine bewegliche Scheibe, eine Welle 51 und eine Verriegelungsplatte 52 umfasst, die dazu ausgelegt ist, derart auf die festen und beweglichen Scheiben mittels einer Feder 54 (z. B. einer herkömmlichen Tellerfeder) zu drücken, dass die Welle 51 blockiert wird. Die Feststellbremse umfasst ferner ein Hebelsystem 56, das mit der Verriegelungsplatte 52 und der Betätigungsstange 14 funktional verbunden ist, wobei das Hebelsystem 54 derart konfiguriert ist, dass als Reaktion auf die aus dem Aktuatorzylinder 10 austretende Betätigungsstange 14 eine Kraft gegen die von der Feder 54 ausgeübte Kraft an die Verriegelungsplatte 52 angelegt wird, bis die festen und beweglichen Scheiben der Mehrscheibenbremse 50 gelöst sind und die Welle 51 nicht mehr blockiert ist. Der Lösemechanismus 15 umfasst die Verriegelungsplatte 52, die Feder 54 und das Hebelsystem 56.
Vorzugsweise umfasst das Hebelsystem 56 einen Hebel, der ein Ende aufweist, das dazu ausgelegt ist, mit der Betätigungsstange 14 in Eingriff gebracht zu werden, und das gegenüberliegende Ende, das dazu ausgelegt ist, in die Verriegelungsplatte 52 einzugreifen, wobei der Hebel an einem zwischen seinen zwei Enden liegenden Punkt an einem in Bezug auf die Verriegelungsplatte 52 feststehendem Träger (nicht gezeigt) angelenkt ist. Dementsprechend wird, wenn sich die Betätigungsstange 14 aus dem Aktuatorzylinder 10 bewegt, der Hebel 56 um seinen Anlenkpunkt geschwenkt, wodurch die Verriegelungsplatte 52 in Eingriff gebracht wird und diese gegen die Wirkung der Feder 54 gedrückt wird.
Ein möglicher Modus zum Lösen einer Feststellbremse wird nachstehend erörtert. Es wird auf die 14 bis 17 Bezug genommen, die eine Abfolge von Betriebsschritten eines Feststellbremssystems zeigen, der auf einen Lösemechanismus wirkt, der einer Mehrscheibenbremse zugeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Insbesondere zeigt 14 das im Ruhezustand befindliche System. In dieser Konfiguration ist das Magnetventil 32 offen und es gibt keinen Druck im Hydrauliksystem. Die Vorspannfeder 16 drückt den Lösehebel 56 mittels der Betätigungsstange 14 mit einer relativ kleinen Kraft, die das gesamte freie Spiel in dem Lösemechanismus 15 aufnimmt, und die Feststellbremse wird angezogen.
Sobald die Bremse gelöst werden soll, wird die Magnetspule 35 erregt und das Magnetventil 32 schaltet in die geschlossene Konfiguration um (siehe 15). Der Motor 20 wird bestromt und betätigt die Hydraulikpumpe 18. Das Hydrauliksystem wird druckbeaufschlagt und die Betätigungsstange 14 fährt aus und betätigt den Lösehebel 56, der wiederum in die Verriegelungsplatte 52 eingreift. Das Fluid wird aus der unteren Kammer 11b des Hydraulikzylinders 10 (Niederdruckseite) gedrückt und über den Rezirkulationskanal 22c und den Förderkanal 22a in das System zurückgeführt. Durch die Einlass- und Auslassventile 24, 25 kann das Fluid durch den Förderkanal 22a in die obere Kammer des Hydraulikzylinders 10 (Hochdruckseite) gelangen. Die Feststellbremse löst sich.
Sobald die Bremse die vollständig gelöste Position erreicht hat, erfasst der Wegsensor 48, dass die Betätigungsstange 14 den gewünschten Lösehub erreicht hat. Der Motor 20 schaltet aus und die Hydraulikpumpe 18 kommt zum Stillstand. Die Magnetspule 35 bleibt bestromt, wobei sie das Magnetventil 32 geschlossen hält. Der Druck im Lösesystem wird aufrechterhalten, so dass sich die Betätigungsstange 14 nicht bewegen kann, und die Feststellbremse wird in der gelösten Position gehalten (siehe 16).
Sobald das System nicht mehr gelöst sein soll und die Bremse in die Eingriffsposition zurückkehren soll, oder ein Systemausfall auftritt und die Stromversorgung ausfällt, wird die Magnetspule 35 deaktiviert, und die Rückstellfeder 36 innerhalb des Magnetventils 32 öffnet den Anschluss, wodurch das Fluid den Rückführkanal 22b passieren kann. Das Hydrauliksystem kann keinen Druck mehr aufrechterhalten, da das System über das 2-Wege-Magnetventil 32 mit dem Atmosphärendruck im Behälter 22 verbunden ist. Die Feder 54 innerhalb des Lösemechanismus 15 drückt über den Hebel 56 gegen die Betätigungsstange 14, und das Fluid strömt auf der Hochdruckseite aus der oberen Kammer 11a des Hydraulikzylinders heraus. Das Fluid wird in die Niederdruckseite des Hydraulikzylinders zurückgeführt. Die Feststellbremse zieht an und das Fahrzeug kann sich nicht bewegen.
Ein weiterer möglicher Modus zum Lösen einer Feststellbremse wird nachstehend erörtert. Es wird auf die 18 bis 20 Bezug genommen, die eine Abfolge von Betriebsschritten eines Feststellbremssystems zeigen, die auf einen Lösemechanismus wirkt, der einer Mehrscheibenbremse zugeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Insbesondere zeigt 18 einen Zustand des Systems, bei dem kein Strom zum Betreiben der Hydraulikpumpe 18 verfügbar ist, z. B. im Falle eines Strom-/Softwareausfalls, und der Kunde das Öffnen der Bremse verlangt. Das Nadelventil 40 wird manuell mit einem Servicewerkzeug geschlossen, um die Auslassseite der Pumpe 18 von dem Behälter 22 zu trennen. Dann wird der Motor 20 unter Verwendung eines Servicewerkzeugs extern angetrieben. Das Hydrauliksystem wird mit Druck beaufschlagt und die Betätigungsstange 14 fährt aus und betätigt den Lösehebel 56, der wiederum in die Verriegelungsplatte 52 eingreift. Das Fluid wird aus der unteren Kammer 11b des Hydraulikzylinders 10 (Niederdruckseite) gedrückt und über den Rezirkulationskanal 22c und den Förderkanal 22a in das System zurückgeführt. Die Feststellbremse löst sich (siehe 19).
Wenn das Servicewerkzeug verwendet wird, um die Pumpe 18 nach dem Öffnen der Bremse am Drehen zu halten, wird der Druckaufbau fortgesetzt und es kann eine Überlastung auftreten. In diesem Fall verhindert das Überdruckventil 42 einen übermäßigen Systemdruck durch Entlüften des Hochdruckfluids bei einem definierten Überlastdruck, wodurch das Fluid die Förder- und Rückführkanäle 22a, 22b umgehen und in den Rezirkulationskanal 22c strömen kann.
Ein Beispiel für eine Kraft-/Wegkennlinie für den Hebel 56 ist in 21 gezeigt.
Der vorstehend beschriebene Feststellbremsaktuator und das Feststellbremssystem bietet, insbesondere durch die Verwendung einer Kombination aus einer elektrisch angetriebenen Pumpe, einem Hydraulikzylinder und einem magnetspulenbetriebenen Ventil, einige Vorteile, insbesondere gegenüber einem Positionsaktuator (bei dem eine feste mechanische Verbindung zwischen einem Elektromotor und einer linear verschiebbaren Komponente vorliegt).
Tatsächlich ermöglicht das Vorhandensein des hydraulischen Aktuatorzylinders die Betätigung über einen langen Hub (z. B. 50 mm) in einem kompakten Paket.
Darüber hinaus ist die Hydraulikpumpe eine einfache und effiziente Möglichkeit zur Umwandlung einer Drehbewegung am Motor in eine lineare Bewegung am Zylinder. Die Hydraulikpumpe ermöglicht auch ein sehr hohes effektives Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor und dem Zylinder. Aufgrund der langen Zeit (z. B. <2,5 s), die zum Lösen der Bremse zur Verfügung steht; ermöglicht dies eine sehr geringe Motorleistung und ein niedriges Drehmoment. Dieses hohe Verhältnis ist unter Verwendung eines mechanischen Mechanismus schwierig zu erreichen.
Darüber hinaus kann der Hydraulikkreislauf so angeordnet sein, dass der Motor nach dem Lösen der Bremse abschalten kann, was die elektrische Effizienz erhöht. Auch kann der Hydraulikkreislauf so angeordnet sein, dass die Bremse automatisch anzieht, wenn die Stromversorgung zum Aktuator ausfällt.
Mit einem erfindungsgemäßen System wird keine Positionssteuerung des Aktuators, die eine komplexe Motorsteuerung erfordert, benötigt. Das Lösen/Anziehen der Bremse kann durch eine einfache Abfolge des Ein- und Ausschaltens des Motors und der Magnetspule erreicht werden. Ein solches Fehlen eines Steuerungsbedarfs und die geringe Energie ermöglichen die Verwendung eines kostengünstigen Bürstengleichstrommotors.
Es wurden verschiedene Aspekte und Ausführungsformen eines Feststellbremsaktuators und -systems gemäß der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jede Ausführungsform mit einer beliebigen anderen Ausführungsform kombiniert werden kann. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzumfangs variiert werden.

Claims

Feststellbremssystem für Fahrzeuge, insbesondere Schwerlastfahrzeuge, umfassend: - einen Feststellbremsaktuator (9), beinhaltend: - einen Aktuatorzylinder (10); - einen Kolben (12), der innerhalb des Aktuatorzylinders (10) verschiebbar aufgenommen ist und das Innenvolumen des Aktuatorzylinders (10) in eine obere Kammer (11a), die mit der Außenseite des Aktuatorzylinders (10) in Fluidverbindung steht, und eine untere Kammer (11b) unterteilt, wobei der Kolben (12) innerhalb des Aktuatorzylinders (10) als Reaktion auf einen Fluidstrom, der in die obere Kammer (11a) eintritt, axial verschiebbar ist; und - eine Betätigungsstange (14), die in der unteren Kammer (11b) des Aktuatorzylinders (10) verschiebbar aufgenommen ist, wobei die Betätigungsstange (14) einstückig mit dem Kolben (12) verbunden ist und ein Ende aufweist, das außerhalb des Aktuatorzylinders (10) vorsteht, wobei das Ende der Betätigungsstange (14) dazu ausgelegt ist, auf einen Lösemechanismus (15) einer Fahrzeugbremse zum Entriegeln der Bremse zu wirken; wobei das Feststellbremssystem ferner eine Hydraulikpumpe (18) umfasst, die von einem Elektromotor (20) betrieben wird, wobei die Hydraulikpumpe (18) dazu ausgelegt ist, einen Fluidstrom zum Bewegen des Kolbens (12) innerhalb des Aktuatorzylinders (10) in die obere Kammer (11a) abzugeben.
Feststellbremssystem nach Anspruch 1, umfassend einen Hydraulikbehälter (22), der dazu ausgelegt ist, ein in den Aktuatorzylinder (10) abzugebendes Arbeitsfluid aufzunehmen, und einen Förderkanal (22a), der den Hydraulikbehälter (22) mit der oberen Kammer (11a) des Aktuatorzylinders (10) in Fluidverbindung bringt, wobei der Auslassabschnitt der Hydraulikpumpe (18) mit dem Förderkanal (22a) stromabwärts des Hydraulikbehälters (22) hydraulisch verbunden ist, wobei das Feststellbremssystem ferner ein Einwege-Einlassventil (24) und ein Einwege-Auslassventil (25) umfasst, die an dem Förderkanal (22a) stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts des Auslassabschnitts der Pumpe (18) platziert sind und dazu angeordnet sind, ein Fluid nur aus dem Hydraulikbehälter (22) zu der oberen Kammer (11a) des Aktuatorzylinders (10) strömen zu lassen, wenn die Hydraulikpumpe (18) betrieben wird.
Feststellbremssystem nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Rückführkanal (22b), der die obere Kammer (11a) des Aktuatorzylinders (10) mit dem Hydraulikbehälter (22) hydraulisch verbindet, wobei das Feststellbremssystem ferner ein Magnetventil (32) umfasst, das auf den Rückführkanal (22b) wirkt, wobei das Magnetventil (32) von einer offenen Position, in der das Fluid von der oberen Kammer (11a) des Aktuatorzylinders (10) zu dem Hydraulikbehälter (22) durch den Rückführkanal (22b) gelangen kann, in eine geschlossene Position umschaltbar ist, wodurch verhindert wird, dass das Fluid von der oberen Kammer (11a) des Aktuatorzylinders (10) durch den Rückführkanal (22b) zu dem Hydraulikbehälter (22) gelangt.
Feststellbremssystem nach Anspruch 3, wobei das Magnetventil (32) einen Körper umfasst, der einen Hohlraum (33) und zwei Durchgänge definiert, die den Hohlraum (33) stromaufwärts bzw. stromabwärts des Magnetventils (32) hydraulisch mit dem Rückführkanal (22b) verbinden, wobei das Magnetventil (32) ferner einen Stößel (34) umfasst, der innerhalb des Hohlraums (33) verschiebbar aufgenommen ist, und eine abgerundete Spitze aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Durchgang stromaufwärts des Magnetventils (32) zu verschließen, wobei der Stößel (34) aus einer passiven Konfiguration, in der dessen abgerundete Spitze es vermeidet, dass der Durchgang stromaufwärts des Magnetventils (32), der mit dem Durchgang stromabwärts des Magnetventils (32) über den Hohlraum (33) in Fluidkommunikation steht, geschlossen wird, in eine aktive Konfiguration bewegbar ist, in der die abgerundete Spitze des Stößels (34) den Durchgang stromaufwärts des Magnetventils (32) verschließt, wobei der Stößel (34) in Richtung der aktiven Konfiguration als Reaktion auf die Erregung einer Magnetspule (35) und mittels einer Rückstellfeder (36) in Richtung der passiven Konfiguration bewegbar ist.
Feststellbremssystem nach Anspruch 3, wobei das Magnetventil (32) einen Körper umfasst, der einen Hohlraum (33) und zwei Durchgänge definiert, die den Hohlraum (33) stromaufwärts bzw. stromabwärts des Magnetventils (32) hydraulisch mit dem Rückführkanal (22b) verbinden, wobei das Magnetventil (32) ferner einen Stößel (34) umfasst, der innerhalb des Hohlraums (33) verschiebbar aufgenommen ist und einen Abschnitt (37) zwischen zwei Hydraulikdichtungen (38) aufweist, die dazu ausgelegt sind, den Stößel (34) gegen den Hohlraum (33) abzudichten, wobei der Stößel (34) aus einer passiven Konfiguration, in der der Abschnitt (37) zwischen zwei Hydraulikdichtungen (38) nicht auf den Durchgang stromabwärts des Magnetventils (32) ausgerichtet ist, der über den Hohlraum (33) mit dem Durchgang stromaufwärts des Magnetventils (32) in Fluidverbindung steht, in eine aktive Konfiguration, in der der Abschnitt (37) zwischen zwei Hydraulikdichtungen (38) auf den Durchgang stromabwärts des Magnetventils (32) ausgerichtet ist und diesen verschließt, sodass eine Fluidverbindung zwischen dem Durchgang stromabwärts des Magnetventils (32) und dem Durchgang stromaufwärts des Magnetventils (32) über den Hohlraum (33) vermieden wird, bewegbar ist, wobei der Stößel (34) als Reaktion auf die Erregung einer Magnetspule (35) in Richtung der aktiven Konfiguration und mittels einer Rückstellfeder (36) in Richtung der passiven Konfiguration bewegbar ist.
Feststellbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Rezirkulationskanal (22c), der die untere Kammer (11b) mit dem Hydraulikbehälter (22) hydraulisch verbindet.
Feststellbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Nadelventil (40) umfasst, das zum Schließen des Rückführkanals (22b) manuell betätigbar ist.
Feststellbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Überdruckventil (42), das dazu ausgelegt ist, den Hydraulikdruck in dem Förderkanal (22a) und/oder dem Rückführkanal (22b) und/oder dem Rezirkulationskanal (22c) zu begrenzen.
Feststellbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Überdruckventil (42), das in den Kolben (12) integriert ist, wobei das Überdruckventil (42) dazu ausgelegt ist, den Hydraulikdruck innerhalb der oberen Kammer (11a) so einzustellen, dass das Fluid aus der oberen Kammer (11a) zu der unteren Kammer (11b) gelangen kann, nachdem ein vorgegebener Druck innerhalb der oberen Kammer (11a) erreicht ist.
Feststellbremssystem nach Anspruch 9, wobei der Kolben (12) einen Innenkanal (43) aufweist, der die obere Kammer (11a) mit der unteren Kammer (11b) hydraulisch verbindet, und wobei das Überdruckventil (42) einen Verschluss (44) umfasst, der innerhalb des Innenkanals (43) verschiebbar aufgenommen ist, wobei der Verschluss (44) so angeordnet ist, dass er gegen die Kraft eines elastischen Mittels (45) bewegbar ist, als Reaktion darauf, dass ein Hydraulikdruck durch das in der oberen Kammer (11a) enthaltene Fluid auf den Verschluss (44) ausgeübt wird, wobei, nachdem ein derartiger Hydraulikdruck einen vorgegebenen Wert erreicht hat, der Verschluss (44) aus einer Schließposition, in der er den Durchgangsabschnitt des Innenkanals (43) schließt und eine Fluidverbindung zwischen der oberen Kammer (11a) und der unteren Kammer (11b) verhindert wird, in eine Öffnungsposition bewegbar ist, in der der Durchgangsabschnitt des Innenkanals (43) mindestens teilweise offen ist und eine Fluidverbindung zwischen der oberen Kammer (11a) zu der unteren Kammer (11b) ermöglicht wird.
Feststellbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Hauptkörper (46), in dem der Aktuatorzylinder (10) und/oder der Förderkanal (22a) und/oder der Rückführkanal (22b) und/oder der Rezirkulationskanal (22c) aufgenommen sind.
Feststellbremse, umfassend: - ein Feststellbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche; - eine Mehrscheibenbremse (50), die mindestens eine feste Scheibe, eine bewegliche Scheibe, eine Welle (51) und eine Verriegelungsplatte (52) umfasst, die dazu ausgelegt ist, mittels einer Feder (54) auf die festen und beweglichen Scheiben zu pressen, um die Welle (51) zu blockieren; und - ein Hebelsystem (56), das mit der Verriegelungsplatte (52) und der Betätigungsstange (14) funktional verbunden ist, wobei das Hebelsystem (54) derart konfiguriert ist, dass als Reaktion auf die aus dem Aktuatorzylinder (10) austretende Betätigungsstange (14) eine Kraft gegen die Feder (54) an die Verriegelungsplatte (52) angelegt wird bis die festen und beweglichen Scheiben der Mehrscheibenbremse (50) gelöst sind und die Welle (51) nicht mehr blockiert ist.
Feststellbremse nach Anspruch 12, wobei das Hebelsystem (56) einen Hebel umfasst, der ein Ende aufweist, das dazu ausgelegt ist, mit der Betätigungsstange (14) in Eingriff gebracht zu werden, und das gegenüberliegende Ende, das dazu ausgelegt ist, in die Verriegelungsplatte (52) einzugreifen, wobei der Hebel an einem zwischen seinen zwei Enden liegenden Punkt an einem in Bezug auf die Verriegelungsplatte (52) feststehenden Träger angelenkt ist.