DE19751659A1 - Feststellbremsanlage für Automatik-, Servo- und Muskelkraftbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststellbremsanlage mit einer elektromotorisch oder mittels Muskelkraft betätigbaren Vorrich­ tung zum Spannen der Bremsseilzüge, wobei bei der elektromoto­ rischen Betätigung, die mittels eines elektrischen Schalters oder durch das elektrisch abfragbare Bedienen des mittels Mus­ kelkraft verstellbaren Betätigungselements ausgelöst wird, die Bremskraft elektronisch erfaßt und geregelt oder gesteuert wird.

Eine derartige Feststellbremsanlage ist aus der DE 40 27 810 A1 bekannt. Dort wird eine servounterstützte Handbremse beschrie­ ben. Die Spannvorrichtung der Handbremse ist ein Hebelgetriebe, das entweder von einem Elektromotor über ein Spindelgetriebe oder durch manuelles Ziehen des Handbremsengriffes betätigt wird. Das Hebelgetriebe ist über einen manuell verstellbaren Schaltmechanismus entweder mit dem Spindelgetriebe oder dem Handbremsengriff gekuppelt. Im Servobetrieb, bei dem der Hand­ bremsengriff als Schalter bzw. Potentiometersteller benutzt wird, steht der Handbremsengriff mechanisch nicht mit dem He­ belgetriebe in Wirkverbindung. Das hat den Nachteil, daß durch ein Ziehen des Handbremsengriffes bei abgeschalteter Zündung oder bei einem Ausfall der Bordspannung oder der Bordelektronik die Spannvorrichtung bzw. die Feststellbremse nicht gespannt wird. Hierzu muß erst manuell der Schaltmechanismus betätigt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Feststellbremsanlage zu schaffen, die im Normalfahrbetrieb und im Notfahrbetrieb einen maximalen Bedienkomfort ermöglicht und ein sicheres Feststellen des Kraftfahrzeugs erlaubt.

Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die Feststellbremsanlage hat eine Spannvorrichtung, die eine ein Zugseil aufwickelnde Rolle oder Rollensegment umfaßt, wobei die Rolle oder das Rollensegment mindestens eine Verzahnung aufweist, mit der ein Abtriebsrad eines Servoantriebs kämmt und in die eine entgegen der Spannrichtung sperrendes oder rasten­ des, zum Öffnen der Feststellbremse lösbares, Gesperreelement eingreift. Die Rolle oder das Rollensegment ist mit Hilfe eines Bedienelements, dessen Schwenkachse mit der der Rolle oder des Rollensegments identisch ist, über eine zum Öffnen der Fest­ stellbremse lösbares Gesperreelement in Spannrichtung schwenk­ bar. Parallel zu dem Schaltelement, das das Betätigen des Be­ dienelements erkennt, ist ein elektrisch oder elektronisch be­ tätigtes, den Servoantrieb ansteuerndes Schaltelement angeord­ net, das mindestens durch ein von der Hill-Holder-Automatik der ABS-Steuerung in einer Steuereinheit erzeugtes Signal ausgelöst wird.

Bei dieser Feststellbremsanlage kann die Feststellbremse durch Muskelkraft, mit Hilfskraftunterstützung oder vollautomatisch angezogen werden. Im ersten Fall wird sie unabhängig von der Bordspannung oder der Bordelektronik rein mechanisch gespannt und verrastet. Dies geschieht ausschließlich durch ein direktes oder indirektes Betätigen eines Bedienelementes, beispielsweise das Treten eines Fußpedals oder das Ziehen eines Handbremsen­ hebels. Im zweiten Fall führt ein Servoantrieb eine Spannvor­ richtung dem betätigten Bedienelement nach, so daß sich die Feststellbremse nahezu kraftfrei bedienen läßt. Im dritten Fall sorgt die bordeigene Elektronik dafür, daß das Abstellen des Fahrzeugs erkannt wird und ein Betätigen der Feststellbremse auslöst.

Gelöst wird die Feststellbremse generell durch das Betätigen eines Handhebels.

Die Feststellbremsanlage hat den Vorteil, daß eine gezielte Be­ tätigung durch den Fahrer in der Regel nur über ein bestimmtes Bedienelement, z. B. das Fußpedal erfolgt. Hierbei ist es un­ wesentlich, ob die Zündung eingeschaltet oder die elektrische Anlage defekt ist. Der Fahrer bemerkt bei einem Ausfall des Servoantriebs nur das Ausbleiben der Hilfskraftunterstützung. Er muß beispielsweise in einer ungünstigen Fahrsituation, z. B. beim Anhalten oder Anfahren am Berg bei ausgefallener Bordelek­ tronik, nicht mehr ein besonderes, sonst nicht benötigtes Betä­ tigungs- oder Schaltorgan suchen, mit dem er ein mechanisches Feststellen des Fahrzeugs einleiten kann.

Im Automatikbetrieb ergibt der Vorteil, daß die durch die Hill- Holder-Automatik betätigte Betriebsbremse nicht mißbraucht oder überlastet wird. Eine übliche ABS-Bremsanlage mit dieser Auto­ matik hat den Nachteil, daß die Betriebsbremse nach dem Abstel­ len des Fahrzeugs hydraulisch nicht freigegeben wird. Der Fah­ rer kann ohne Betätigung der Feststellbremse das scheinbar si­ cher abgestellte Fahrzeug verlassen. Sinkt jedoch der Hydrau­ likdruck aufgrund von Leckage im Verlauf von Stunden ab, kann das Fahrzeug wegrollen. Dies verhindert die erfindungsgemäße Feststellbremsanlage, hier wird bei oder nach dem Verlassen des Fahrzeugs die Feststellbremsanlage so angezogen, daß sie al­ leine das Feststellen des Fahrzeugs übernehmen kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1 Spannvorrichtung für eine Feststellbremse mit ihren Betätigungsorganen;

Fig. 2 Spannvorrichtung bei nicht betätigter Feststell­ bremse;

Fig. 3 Spannvorrichtung bei betätigter Feststellbremse.

Fig. 1 zeigt schematisch die Baugruppen und Bauteile, die zur automatischen und manuellen Betätigung einer mechanischen Fest­ stellbremse benötigt werden. Eine zentrale Baugruppe ist die Spannvorrichtung (10) mit ihrem Antrieb (40).

Die Spannvorrichtung hat die Aufgabe, ein Zugseil (1) zum An­ ziehen der Fahrzeugfeststellbremsen zu spannen. Das Zugseil (1) ist hierfür mechanisch mit den - hier nicht dargestellten - zu den Feststellbremsen führenden Bremsseilen verbunden.

In der Spannvorrichtung (10) wird das Zugseil in der Regel - also im Servo- und Automatikbetrieb - elektrisch aufgerollt. Dazu dient ein Servoantrieb (40). Er umfaßt einen Elektromotor, der ggf. mit einem Vorgelegegetriebe ausgestattet ist, und eine Kupplung (43). Letztere kann beispielsweise eine mechanische Fliehkraftkupplung oder eine elektromagnetisch schaltbare Kupp­ lung sein. Zwischen der Kupplung (43) und der anzutreibenden Spannvorrichtung (10) ist ein Drehmomentsensor (45) angeordnet. Mit diesem Sensor wird während des Spannvorganges das an der Abtriebswelle anstehende Drehmoment gemessen. Es ist proportio­ nal zu der auf die Feststellbremsbacken wirkenden Klemmkraft.

Der Elektromotor (41) des Servoantriebs (40) ist über die Lastleitungen (64-67) am Pluspol der Bordspannungsversorgung angeschlossen. In den Lastleitungen (64-66) sind drei Schalt­ elemente (20; 46, 47) angeordnet. Das Schaltelement (20) ist ein als Schließer ausgebildeter, mechanischer Tastschalter, dessen Taster beispielsweise am Hebel des Fußpedals (11) so an­ liegt, daß der Schließer bei unbetätigtem Fußpedal (11) geöff­ net ist.

Parallel zu dem Schaltelement (20) ist ein ABS-Schalt­ element (48) angeordnet. Das Schaltelement, das ein Schließer ist, wird von einem Relais (49) betätigt, das u. a. über eine Signalleitung (68) mit einer Steuereinheit (3) verbunden ist. Den beiden Schaltelementen (20, 48) ist ein über ein Re­ lais (47) betätigbares, als Öffner ausgebildetes Abschaltele­ ment (46) vorgeschaltet. Das Relais (47) steht u. a. über eine Steuerleitung (67) mit der Steuereinheit (3) in Verbindung.

Ferner ist an die Steuereinheit (3) der Drehmomentsensor (45) und ein Schalter (60) angeschlossen.

Die Steuereinheit (3) enthält u. a. eine mit einer Hill-Holder- Automatik ausgestattete ABS-Steuerung. Die Hill-Holder-Automa­ tik sorgt dafür, daß bei jedem Bremsvorgang und Fahrzeugstill­ stand die Betriebsbremsen betätigt bleiben, bis die Steuerung einen vom Fahrer eingeleiteten Anfahrvorgang erkennt. Das Steu­ ersignal der Hill-Holder-Automatik zum Halten der Betriebs­ bremse wird auch zum automatischen Anziehen der Feststellbremse benutzt. Beispielsweise löst das Steuersignal einen Kurzzeitge­ ber für Zeitspannen zwischen einer und mehreren Minuten aus. Nach dem Ablauf einer vorgegebenen oder einstellbaren Zeit­ spanne betätigt die Steuereinheit (3) das Relais (49) und star­ tet somit den Servoantrieb (40). Der Servoantrieb (40) spannt das Zugseil (1) an. Wenn am Drehmomentsensor (45) die Torsion erreicht ist, die einer ausreichenden Klemmkraft der Feststell­ bremsen entspricht, veranlaßt die Steuereinheit (3) das Re­ lais (47) das Öffnen des Schaltelementes (46). Der Servoan­ trieb (40) ist abgeschaltet.

Das Signal der Hill-Holder-Automatik kann auch in Kombination mit Signalen verwendet werden, die entstehen, wenn beispiels­ weise der Zündschlüssel abgezogen wird, die Fahrertür geöffnet wird oder die Fahrersitzelektronik das Entlasten des Sitzes er­ kennt. Die Steuerung (3) kann je nach Fahrzeugtyp oder Anwen­ dungsfall darauf programmiert werden aus der Kombination ein­ zelner oder mehrerer derartiger Signale ein reguläres Abstellen des Kraftfahrzeugs zu erkennen, um zur Entlastung der Betriebs­ bremse möglichst frühzeitig die Feststellbremse automatisch zu betätigen.

Mit Hilfe des Schalters (60) kann die Feststellbremse unter Um­ gehung der Hill-Holder-Automatik direkt betätigt werden. Durch ein kurzes Antippen des Schalters (60) wird der Servoan­ trieb (40) aktiviert. Der Servoantrieb (40) wird in der vorbe­ schriebenen Weise abgeschaltet.

Die Feststellbremse kann auch im Servobetrieb angezogen werden. Dazu wird das Fußpedal (11) belastet. Über den sich hierbei schließenden Schalter (20) wird der Servoantrieb (40) gestar­ tet. Letzterer stoppt, sobald das Fußpedal (11) wieder freige­ geben wird oder spätestens sensorgeregelt die maximale Klemm­ kraft an den Feststellbremsen, vgl. Automatiksteuerung, er­ reicht ist. Gegebenenfalls kann der Schalter (20) auch die Funktion des Schalters (60) haben.

In den Fig. 2 und 3 ist die Spannvorrichtung dargestellt. Sie umfaßt ein Rollensegment (30), das entweder mit Hilfe eines muskelkraftbetätigten Fußpedals (11) oder eines Servoan­ triebs (40) verschwenkt oder verdreht werden kann.

Das Rollensegment (30) ist im Ausführungsbeispiel ein scheiben­ förmiges Bauteil, das über einen Schwenkzapfen (13) und einen Lagerbock (12) am Fahrzeugaufbau (5) gelagert ist. Es hat drei Außenkonturen. Die Außenkontur mit dem kleinsten Außendurchmes­ ser ist die Aufwickelkontur (31). Auf ihr liegt das von den Feststellbremsen kommende Zugseil (1) auf. Das Zugseil wird über ein Schutzrohr (2) an die Spannvorrichtung (10) herange­ führt. Die Außenkontur mit dem mittleren Durchmesser ist eine Evolventenverzahnung (32). Diese Kontur kämmt mit der Verzah­ nung des Abtriebsrades (42) des Servoantriebs (40). Die Außen­ kontur mit dem größten Durchmesser ist eine Gesperreverzah­ nung (33). Sie ist hier Teil eines Zahnricht- und eines Rastge­ sperres. Gegebenenfalls kann die Verzahnung (32) auch für die beiden Gesperre verwendet werden.

Auf dem Schwenkzapfen (13) ist auch das Fußpedal (11) gelagert. Es steht mit dem Rollensegment (30) über ein Zahnrichtge­ sperre (17-18; 33) in Wirkverbindung. Das Zahnrichtge­ sperre (17-18; 33) sperrt im Uhrzeigersinn. Es hat eine Sperr­ klinke (18), die auf einem am Fußpedal (11) befestigten Schwenkzapfen (17) gelagert ist. Die hebelartig ausgeführte Sperrklinke (18) wird federbelastet in die Gesperreverzah­ nung (33) gedrängt. An ihrem der Klinkenspitze abgewandten Ende ist sie mit einem Hebelarm ausgestattet, der mit einer Bohrung versehen ist, durch die das vom Handhebel (51) kommende Löse­ seil (52) geführt ist. Auf dem Löseseil (52) sitzt dort ein Sperrklinkenmitnehmer (55).

Das Fußpedal (11) stützt sich über ein um den Schwenkzap­ fen (13) geschlungenes, omegaförmig gebogenes Federelement (15) am Fahrzeugaufbau (5) ab. Das Federelement (15) belastet das Fußpedal entgegen dem Uhrzeigersinn. Es liegt dazu am Fußpe­ dal (11) an einem Bolzen (14) und am Lagerbock (12) an einem Bolzen (16) an. Der Bolzen (16) dient gleichzeitig als Anschlag für das unbelastete Fußpedal (11).

Das Fußpedal (11) kann auch durch einen Hebel ersetzt werden, der durch das Fußpedal (11) ferngesteuert wird, beispielsweise mittels eines Seilzuges. In diesem Fall kann die Spannvorrich­ tung an einer Stelle angeordnet werden, an der genügend Platz ist.

An der Gesperreverzahnung (33) des Rollensegments (30) liegt ferner ein Teilrastgesperre (33; 57-59) an. Das Teilrastge­ sperre beinhaltet eine federbelastete Teilrastklinke (57) die am Fahrzeugaufbau (5) in einer Anlenkstelle (59) schwenkbar ge­ lagert ist. Die Teilrastklinke (57) hat eine Rastspitze (58) deren Kontur ab einem bestimmten Ausrasthub ein automatisches Ausrasten erlaubt. Dazu ist die Rastspitze (58) bei eingeraste­ ter Teilrastklinke (57) unterhalb des Verzahnungsaußendurchmes­ sers abgeschrägt. Die Teilrastklinke (57) hat an ihrem freien Ende eine Bohrung oder eine vergleichbare Ausnehmung, durch die das Löseseil (52) geführt ist. Das Löseseil (52) liegt an der Teilrastklinke (57) mittels eines Rastklinkenmitnehmers (54) an. Es (52) wird hinter dem Teilrastgesperre (33; 57-59) in ein Schutzrohr (53) geleitet, das zum Handhebel (51) führt, vgl. Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 wird zum Halten und Betätigen des Rol­ lensegments (30) ein formschlüssiges Zahngesperre benutzt. Al­ ternativ kann hierfür auch ein kraftschlüssiges Reibgesperre eingesetzt werden. Auch bei Reibgesperren kann die Sperrichtung frei gewählt und die Haltekraft beliebig eingestellt werden.

Bei einem automatischen Ansteuern des Servoantriebs (40) oder einem Drücken des in Fig. 1 dargestellten Tastschalters (60) zur Betätigung der Feststellbremsanlage verschwenkt der Servo­ antrieb (40) das Rollensegment (30) unter dem Aufrollen des Zugseils (1) bis zum sensorgesteuerten Abschalten des Elektro­ motors (41). Hierbei verbleibt das Fußpedal (11) in seiner in Fig. 2 dargestellten Ausgangsstellung. Das Rollensegment (30) dreht sich im Uhrzeigersinn ohne Behinderung durch die anlie­ genden, aber nicht sperrenden Klinken (18) und (57). Nach dem Abschalten des Elektromotors (41) und dem Auskuppeln der Kupp­ lung (43) stützt sich das Rollensegment über das Teilrastge­ sperre (33; 57-59) am Fahrzeugaufbau (5) ab. Eine weitere Ab­ stützung am Fahrzeugaufbau (5) erfolgt über das Zahnrichtge­ sperre (17-18; 33) und das Fußpedal (11) durch den Anlagebol­ zen (14).

Zum Lösen der Feststellbremse wird der in Fig. 1 dargestellte Handhebel (51) betätigt, um das Löseseil (53) in das Schutz­ rohr (53) zu ziehen. Hierdurch öffnet die Sperrklinke (18) auf­ grund der Hebelarmverhältnisse der Klinken (18, 57) zuerst. Das vorzeitige Öffnen der Sperrklinke (18) kann auch durch eine entsprechende Positionierung der Klinkenmitnehmer (54, 55) auf dem Löseseil (52) erzielt werden. In diesem Fall hat - vor der Betätigung des Handhebels (51) - der Rastklinkenmitnehmer (54) ein größeres Spiel gegenüber seiner Klinke (57) als der Sperr­ klinkenmitnehmer (55) gegenüber der Klinke (18). Gegebenenfalls sind die Klinkenmitnehmer (54, 55) verstellbar ausgeführt.

Nach der vollständigen Freigabe der Verzahnung (33) durch die Sperrklinke (18) gelangt der Rastbereich bzw. die Abschrägung der Rastspitze (58) in den Kopfkreis der Gesperreverzah­ nung (33). Das Rollensegment (30) kommt frei und dreht unter dem Zug der Bremsenseilzüge entgegen dem Uhrzeigersinn. Durch die schnelle Schwenkbewegung kann die Teilrastklinke (57) vor dem Stillstand des Rollensegments nicht mehr Einrasten. Folg­ lich reicht ein zeitlich kurzes Betätigen des Handhebels (51) aus, um ein vollständiges Lösen der Feststellbremse zu erzie­ len.

Es ist denkbar, das Zahnrichtgesperre (17-18; 33) ebenfalls als Teilrastgesperre auszuführen. Auch können beide Gesperre (17-18; 33) und (33; 57-59) als reine Rastgesperre gestaltet sein, sofern die Ausrastkraft nur eines Rastgesperres größer ist als die das Zugseil (1) belastende Nutzkraft.

Im Ausführungsbeispiel passiert das Löseseil (52) nahezu zen­ tral den Schwenkzapfen (13). Dadurch tritt beim Betätigen des Fußpedals (11) kaum eine Veränderung des Lüftspiels zwischen den Klinken (18, 57) und deren Klinkenmitnehmer (54, 55) auf.

Die Spannvorrichtung kann beispielsweise bei abgeschalteter oder ausgefallener Bordspannungsversorgung mit Muskelkraft ge­ spannt werden. Dazu wird das Fußpedal (11) vom Fahrer betätigt. Es schwenkt unter der Wirkung der Muskelkraft im Uhrzeigersinn um den Schwenkzapfen (13). Durch die eingerastete Sperr­ klinke (18) steht das Fußpedal (11) mit dem Rollensegment (30) in Wirkverbindung. Das Fußpedal (11) wird soweit durchgetreten, bis der Fahrer den Eindruck hat, daß die Feststellbremse fest genug angezogen ist. Das Rollensegment (30) und das Fußpe­ dal (11) haben die in Fig. 3 dargestellte Stellung erreicht. Die eingerastete Teilrastklinke (57) verhindert nach dem Frei­ geben des Fußpedals (11) ein Zurückdrehen des Rollenseg­ ments (30). Das Fußpedal (11) wird mit Hilfe des Feder­ elements (15) zurückgeschwenkt, bis es am Anlagebolzen (14) zum Stillstand kommt. Das Fußpedal (11) steht dann wieder in der gestrichelt dargestellten Position.

Das Lösen der mittels Fußkraft betätigten Feststellbremse er­ folgt wie im Servo- und Automatikbetrieb durch das mechanische Entriegeln mittels des Handhebels (51), vgl. Fig. 1.

In den Fig. 2 und 3 sind die für die Steuerung oder Regelung ggf. notwendigen elektrischen Schalter oder Sensoren, z. B. Schalter (20) aus Fig. 1, nicht dargestellt.

Claims (7)

1. Feststellbremsanlage mit einer elektromotorisch oder mittels Muskelkraft betätigbaren Vorrichtung zum Spannen der Bremsseil­ züge, wobei bei der elektromotorischen Betätigung, die mittels eines elektrischen Schalters oder durch das elektrisch abfrag­ bare Bedienen des mittels Muskelkraft verstellbaren Betäti­ gungselements ausgelöst wird, die Bremskraft elektronisch er­ faßt und geregelt oder gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Spannvorrichtung (10) eine ein Zugseil (1) auf­ wickelnde Rolle oder Rollensegment (30) umfaßt, wobei die Rolle oder das Rollensegment (30) mindestens eine Verzah­ nung (32, 33) aufweist, mit der ein Abtriebsrad (42) eines Servoantriebs (40) kämmt und in die eine entgegen der Spann­ richtung sperrendes oder rastendes, zum Öffnen der Feststell­ bremse lösbares, Gesperreelement (57) eingreift,
• - daß die Rolle oder das Rollensegment (30) mit Hilfe eines Be­ dienelements (11), dessen Schwenkachse mit der der Rolle oder des Rollensegments (30) identisch ist, über eine zum Öffnen der Feststellbremse lösbares Gesperreelement (18) in Spann­ richtung schwenkbar ist,
• - daß parallel zu dem Schaltelement (20), das das Betätigen des Bedienelements (11) erkennt, ein elektrisch oder elektronisch betätigtes, den Servoantrieb (40) ansteuerndes Schaltele­ ment (48) angeordnet ist, das mindestens durch ein von der Hill-Holder-Automatik der ABS-Steuerung in einer Steuerein­ heit (3) erzeugtes Signal ausgelöst wird.

2. Feststellbremsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Bedienelement (11) ein Fußpedal ist.

3. Feststellbremsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich das Gesperreelement (57) federbelastet am Fahr­ zeugaufbau (5) abstützt.

4. Feststellbremsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich das Gesperreelement (18) federbelastet am Fußpe­ dal (11) abstützt, wobei letzteres in seiner Ausgangslage am Fahrzeugaufbau (5) ansteht.

5. Feststellbremsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gesperreelemente (18) und (57) mit Hilfe eines ge­ meinsamen, an einem manuell betätigbaren Hebel (51) endenden Löseseils (52) aus der Gesperreverzahnung (33) ausrastbar sind.

6. Feststellbremsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Steuereinheit (3) ein Schaltelement (60) ange­ schlossen ist, über das per Tastendruckimpuls das elektromecha­ nische Spannen der Spannvorrichtung (10) ausgelöst wird.

7. Feststellbremsanlage gemäß Anspruch 1 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schalter (60) in dem Hebel (51) integriert ist.