DE19961398C2 - Vorrichtung zur Arretierung einer elektromechanisch betätigbaren Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Arretierung einer elektromechanisch betätigten Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Feststellbremsen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Sie wirken rein mechanisch, benötigen aber einen Mechanismus mit einem hohem Reibungsaufwand und einem hohen Gewicht, um diese Funktion zu erfüllen. Bei solchen reibschlüssigen Lösungen hängt die Haltekraft von der Betätigungskraft ab.

Aus der DE 196 21 533 A1 ist eine elektromotorische Betriebsbremse mit einem aufwendigen Mechanismus bekannt. Um die Betätigungskraft zu minimieren, weist diese Betriebsbremse eine nicht näher beschriebene, elektromotorische Feststellbremsvorrichtung auf, bei welcher die aufgebrachte Bremskraft auch ohne Bestromung des Betriebsmotors aufrechterhalten werden kann. Zu diesem Zweck ist die elektromagnetisch betätigbare Bremse sowohl im gelösten als auch im ungelösten Zustand selbsthaltend ausgebildet. Durch den Einfluß eines Magnetfeldes wird diese Bremse zwischen beiden Stellungen umgeschaltet.

Aus der DE 198 07 328 A1 ist eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse mit einem Bremsbelag bekannt, auf den ein elektrisch betätigbarer Aktuator wirkt, welcher einen Elektromotor und eine Spindel/Mutter-Getriebeanordnung aufweist. Eine Parkfunktion wird dadurch realisiert, dass eine Sperrklinke in einen mit der Spindel drehfest verbundenen Zahnkranz eingreift, wobei die Sperrklinke mit Hilfe eines bistabilen elektromagnetischen Umschalters betätigt wird.

Elektromechanische Betriebsbremsen werden durch die Bordspannung des Kraftfahrzeuges versorgt. Nachteilig ist dabei, daß beim Anlassen des PKW dem Akkumulator des Fahrzeuges eine große Energie entnommen wird. Hierbei sinkt die Versorgungsspannung im Fahrzeugnetz ab und es besteht die Gefahr, daß die Spannung nicht ausreicht, um eine elektromechanisch oder elektrohydraulisch betätigte Betriebsbremse weiter geschlossen zu halten. Ein Wegrollen des Fahrzeuges kann dabei nicht ausgeschlossen werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche kostengünstig und kompakt realisierbar ist und trotzdem zuverlässig wirkt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf Grund des Einsatzes eines Elektromagneten eine einfache Vorrichtung mit nur wenigen bewegten Teilen möglich ist. Durch die Vorspannung des Elektromagneten gegen das Ende des Federelementes wird die von dem Elektromagnet aufzubringende Kraft zum Umschalten des Federelementes minimiert. Infolge dessen kann der Elektromagnet auch besonders klein dimensioniert werden.

Trotz einer Verriegelung mit rein mechanischen Mitteln werden zwei stabile Zustände des Blattfederelementes ohne zusätzlichen Einsatz von Energie zum Halten des Feststellelementes erreicht. Dadurch wird die Wirkungsweise der Feststellbremse auch bei Abfall der Versorgungsspannung im Kraftfahrzeug nicht beeinträchtigt.

Durch den Kraftangriff der Betätigungskraft senkrecht zur Feder sind die Krafteinleitung und die Wirkrichtung des Verriegelungsbolzens entkoppelt, wodurch nur geringe Betätigungskräfte erforderlich sind und die Festellbremse mit einem geringen Gewicht realisierbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine kompakte und einfache Bauweise, bei welcher auf Grund der geringen Relativbewegung des Feststellelementes nur eine geringe Reibung auftritt.

Vorteilhafterweise ist zur Erreichung einer Vorbiegung des Federelementes die Längsausdehnung des Federelementes im ungespannten Zustand größer als der Abstand der beiden gelagerten Enden des Federelementes. Durch diese Gestaltung der Vorbiegung läßt sich der Arbeitshub des Mechanismus einfach einstellen. Mit Hilfe der Vorbiegung wird das Federelement und somit auch das Feststellelement stabil in der einmal eingenommenen Stellung gehalten.

In einer Ausgestaltung weist das Federelement, vorzugsweise mittig, entlang seiner Längserstreckung eine Ausnehmung auf, welche in eine Nut des sich annähernd senkrecht zur Längserstreckung des Federelementes ausdehnenden Feststellelementes eingreift, wodurch das Feststellelement beim Umspringen von einer stabilen Stellung in die andere stabile Stellung bewegt wird. Dabei sind die Ausnehmung und die Nut im Feststellelement annähernd formschlüssig verbindbar.

In einer Weiterbildung verbiegt sich das Federelement partiell geführt von mindestens einem in Verformungsrichtung angeordneten, als Führung ausgebildeten Anschlag in einem ungeführten Bereich in eine vorgegebene Richtung tangential zur Längserstreckung. Mit Hilfe der als Druckscheibe ausgebildeten magnetischen Anordnung erfolgt dabei die Einleitung der Kraft des Elektromagneten in das Federelement.

Die magnetische Anordnung kann dabei vorteilhafterweise aus ferromagnetischem oder permanentmagnetischem Material bestehen.

In einer Ausführungsform greift das Feststellelement formschlüssig in die Bremseinrichtung ein. Die Bremseinrichtung weist dazu entlang ihrer Bewegungsrichtung eine periodische Verzahnung auf, wobei der in die Verzahnung eingreifende Teil des Feststellelementes komplementär zu einem Zahnfreiraum der beweglichen Einrichtung ausgebildet ist. Die Verzahnung ermöglicht das positionsunabhängige Einrasten des Feststellelementes, wobei das Feststellelement selbstpositionierend ausgebildet ist.

Mit Hilfe dieses Formschlusses ist die Haltekraft zum Sperren der Bremseinrichtung fast ideal von der Betätigungskraft des Mechanismus entkoppelt, wodurch die Betätigungskraft minimiert wird.

In einer Ausgestaltung ist die Bremseinrichtung drehbar gelagert, wobei zur Verhinderung der Drehbewegung der Bremseinrichtung in eine vorgegebene Richtung das Feststellelement mit seiner längsten Ausdehnung gegen eine parallel verlaufende Fläche des Zahnfreiraumes der Verzahnung drückt und die Bewegungsrichtung der Bremseinrichtung blockiert.

Durch das gegensinnige Drehen des Aktuators kann das Feststellelement aus der Sägezahnverzahnung ausgeschoben werden.

Vorteilhafterweise ist die Bremseinrichtung ein Zahnrad des Aktuators, wobei der Aktuator eine Radbremse eines Fahrzeuges betätigt. Durch den Angriff am Aktuator ist es möglich, das zur Verriegelung des Aktors erforderliche Drehmoment zu verringern.

Vorteilhafterweise ist die umlaufende Verzahnung an der Seitenfläche des Zahnrades angeordnet.

Mittels einer mechanischen Hilfseinrichtung kann das Federelement von der ersten in die zweite stabile Stellung umgeschaltet werden. Diese mechanische Hilfseinrichtung ermöglicht es, den Feststellbremsmechanismus auch bei Ausfall der Versorgungsspannung zu betätigen. Dabei kann die mechanische Hilfseinrichtung in jedem beliebigen Winkel, vorzugsweise aber senkrecht zur größten Verformung des Federelementes angreifen.

Vorteilhafterweise ist das Federelement in einem Feststellbremsgehäuse angeordnet, dessen sich entlang der Längserstreckung des Federelementes erstreckende Bereiche des Gehäuseinnenraumes zur Führung der Verformung des Federelementes unterschiedlich konkav ausgebildet ist.

Zur Führung der Verformung des Federelementes ist der erste Bereich des Gehäuseinnenraumes unter Bildung zweier Anschläge schwach konkav und zur Unterstützung des Umschnappens des Federelementes der zweite Bereich des Gehäuseinnenraumes zur Bildung zweier weiterer Anschläge stark konkav ausgebildet ist.

Zur einfachen Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an andere Aktuatoren ist das, das Federelement einschließende Feststellbremsgehäuse modulartig ausgebildet und außen an dem Aktuator befestigt, wobei das Feststellelement aus dem Feststellbremsgehäuse durch eine Öffnung in den Aktuator geführt ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in den Figuren dargestellten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Feststellbremse

Fig. 2 Sperrverzahnung

Fig. 3 Eingriff des Sperrbolzens

Fig. 4 Bewegungsablauf der Blattfeder

Fig. 5 Prinzipdarstellung der Anordnung des Sperrbolzens an der Blattfeder

Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist die Feststellbremse 1 als modulare Bau­ einheit an einem als Motorgetriebeeinheit ausgebildeten Aktuator 2 einer Radbremse 30 eines Kraftfahrzeuges, z. B. einer elektromagnetisch betätigten Teilbelagscheibenbremse, angeordnet.

Die Feststellbremse 1 besteht dabei aus einem Feststellbremsgehäuse 3, in welchem eine als Schnappfeder ausgebildete Blattfeder 4 angeordnet ist. Die beiden Enden 5, 6 der Blattfeder 4 greifen in jeweils eine, an einer Druckscheibe 7 ausgebildeten Nut 8 und eine an der Gehäuseinnenwand ausgebildeten Nut 9 ein, wodurch die Blattfeder 4 im Gehäuse 3 arretiert wird. Die Nut 8 der Druckscheibe 7 und die an der Gehäuseinnenwand ausgebildete Nut 9 sind annähernd gegenüberliegend angeordnet. Der Abstand von Nut 8 und Nut 9 ist dabei geringer als die Länge der Blattfeder 4 im ungespannten Zustand.

Die Druckscheibe 7 ist stempelähnlich ausgebildet und liegt dabei auf dem Teil 10 der Gehäuseinnenwandung auf, welcher dem die Nut 9 tragenden Teil 11 der Gehäuseinnenwandung der Feststellbremse 1 gegenüberliegt. Ein Fuß 12 der Druckscheibe 7 ist in einer Aussparung 13 des Teiles 10 der Gehäuseinnenwandung abgestützt.

Zwischen dem Teil 10 der Gehäuseinnenwandung der Feststellbremse 1 und der Druckscheibe 7 ist zur Erzielung einer Vorspannung der Blattfeder 4 eine Vorspannfeder 14 um den Fuß 12 der Druckscheibe 7 herum angeordnet, welche sich an dem Teil 10 der Gehäuseinnenwandung abstützt.

Über der aus ferromagnetischem Material ausgebildeten Druckscheibe 7 ist parallel zu dieser ein Elektromagnet 15 angeordnet, wobei zwischen Druckscheibe 7 und unbestromtem Elektromagnet 15 ein Abstand 16 besteht.

Zwischen den durch die Nuten 8 und 9 gebildeten Fixierungen ist die Blattfeder 4 innerhalb des Gehäuses 3 beweglich ausgebildet. Der Gehäuseinnenraum 17 ist annähernd mittig durch einen Sperrbolzen 18 in zwei Bereiche 19, 20 unterteilt. Der Bereich 19 zwischen Druckscheibe 7 und dem Sperrbolzen 18 ist zur Realisierung zweier Anschläge 21, 22 zur Führung der Blattfeder 4 beidseitig zu dieser schwach konkav ausgebildet. Der Bereich 20 zwischen dem Sperrbolzen 18 und dem die Nut 9 tragenden Teil 11 der Gehäuseinnenwandung ist stark konkav ausgebildet. Durch diese Ausbildung der Gehäuseinnenwandung sind zwei weitere Anschläge 31, 32 realisiert, welche ein sicheres Umschnappen der Blattfeder 4 gewährleisten.

Der Sperrbolzen 18 greift dabei durch eine ovale Öffnung 23 der Blattfeder 4 hindurch in eine an einem Zahnrad 24 des Aktuators 2 angeordnete Sperrverzahnung 25 ein. (Fig. 2).

Um das Ausbauchen der Blattfeder 4 nicht zu behindern, weist die Öffnung 23 der Blattfeder 4 die Form eines Langloches auf (Fig. 5). Der Sperrbolzen 18 ist mit einer Nut 26 versehen, in welcher der Rand der Öffnung 23 der Blattfeder 4 befestigt ist, wodurch die Führung des Sperrbolzens 18 durch die Blattfeder 4 ermöglicht wird.

Wie in Fig. 3 dargestellt, greift der Sperrbolzen 18 formschlüssig in eine an der Seitenfläche des Zahnrades 24 angeordneten Verzahnung 25 ein, wobei das eingreifende Ende 27 des Sperrbolzens 18 komplementär zu den Zahnfreiräumen 28 der Verzahnung 25 ausgebildet ist. Im gelösten Zustand der Feststellbremse 1 greift der Sperrbolzen 18 nicht in die Verzahnung 25 ein. Im arretierten Zustand der Bremse greift das eingreifende Ende 27 des Sperrbolzens 18 in einen Zahnfreiraum 28 ein und verhindert somit eine Bewegung des Zahnrades 24 im Aktuator 2. Die Bewegungsrichtung des Zahnrades 24 ist in Fig. 3 durch einen Pfeil gekennzeichnet.

Da das Zahnrad 24 des Aktuators 2 zum Spannen der Radbremse 30 in eine Drehrichtung gedreht wird, muß die Verzahnung 25 des Zahnrades 24 nur diese eine Drehrichtung sperren. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, kann die Verzahnung 25 dazu genutzt werden, den Sperrbolzen 18 durch Drehen des Zahnrades 24 in die andere Drehrichtung zu lösen. Der Sperrbolzen 18 wird dann also aktiv aus der Sperrstellung gelöst, wenn der Betriebsbremsaktor die Radbremse 30 weiter spannt.

Im unbestromten Zustand des Elektromagneten 15 wirkt die Vorspannfeder 14 tangential zur Federfläche der Blattfeder 4. Die Blattfeder 4 liegt im ersten Bereich 19 am Anschlag 21 an, während sie im zweiten Bereich 20 des Gehäuseinnenraumes nur in der Nut 9 selbst fixiert ist. In diesem Zustand kann die Blattfeder 4 in dem nicht durch den Anschlag 21 behinderten Bereich 20 auf der Hälfte ihrer Länge ausbauchen.

Die Blattfeder 4 ist so dimensioniert, daß die auf den Sperrbolzen 18 wirkenden Normalkräfte nicht zum Umschnappen der Feder 4 führen können.

Fließt ein Strom durch den Elektromagneten 15, so bildet sich ein Magnetfeld um ihn aus, durch welches die ferromagnetische Druckscheibe 7 zum Elektromagneten 15 hin gezogen wird. Dadurch wird die Blattfeder 4 weiter zusammengedrückt. Auf Grund der Vorspannung durch die Vorspannfeder 14 wird die durch den Elektromagnet 15 aufzubringende Kraft minimiert.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, baucht der im zweiten Bereich 20 des Gehäuseinnenraumes 17 ungeführte Teil der Blattfeder 4 solange aus, bis sie von der einen stabilen Stellung in die zweite stabile Stellung umspringt. Im Bild A der Fig. 4 ist die Feststellbremse 1 verriegelt. Der Sperrbolzen 18 wird mit Hilfe der Blattfeder 4, welche ihre erste stabile Stellung einnimmt, indem sie am Anschlag 21 anliegt, in Richtung des Aktuators 2 gehalten. Wird nun der Elektromagnet 15 bestromt, verbiegt sich der ungeführte Teil der Blattfeder 4 (Bild B). Ist eine kritische Verbiegung erreicht, springt die Blattfeder 4 um und bewegt dabei den Sperrbolzen 18 in Richtung des Innenraumes 17 der Festellbremse 1. (Bild C). In diesem Zustand ist die Bremse gelöst. Während des Umschnappens der Blattfeder 4 wird die Stromversorgung durch die Bordnetzspannung des Elektromagneten 15 unterbrochen, um zu verhindern, daß die Blattfeder 4 nicht anschließend wieder in die ursprüngliche Lage zurückkehrt.

Bei erneuter Bestromung des Elektromagneten 15 läuft der eben beschriebene Vorgang in entgegengesetzter Richtung ab, die Blattfeder 4 bewegt während des Umspringens den Sperrbolzen 18 in Richtung Aktuator 2 aus dem Gehäuseinnenraum 17 der Feststellbremse 1 hinaus und verriegelt die Bremse (Bild D).

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Arretierung einer elektromechanisch betätigbaren Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug in einer durch einen Aktuator eingestellten Position, welche in Abhängigkeit von einer elektromagnetischen Kraft zwischen zwei Stellungen umgeschaltet wird und in jeder Stellung stabil verharrt, wobei die Bremseinrichtung mittels eines Feststellelementes arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Bremseinrichtung (2) eingreifende Feststellelement (18) von einem blattförmigen Federelement (4) geführt ist, welches an seinen beiden Enden (5, 6) gelagert ist, wobei das Federelement (4) mit seinem einen Ende (5) an einer beweglichen, magnetischen Anordnung (7, 12) gelagert ist, welche beabstandet zu einem Elektromagneten (15) angeordnet ist und bei Aktivierung des Elektromagneten (15) angezogen wird und die magnetische Anordnung (7) gegen das Ende (5) des Federelementes (4) vorgespannt ist, welches sich in Abhängigkeit von der entlang der Längserstreckung des Federelementes (4) angreifenden Kraft in einer Richtung senkrecht zu der Längserstreckung verformt, wobei bei Erreichen einer durch eine Führung (21, 22; 31, 32) vorgegebenen Verformung des Federelementes (4) diese Verformung von der ersten Richtung in eine zweite entgegengesetzte Richtung umspringt, wodurch das Feststellelement (18) von der ersten stabilen Stellung, in welcher das Feststellelement (18) in die Bremseinrichtung (2) eingreift und diese arretiert, in die zweite stabile Stellung wechselt, wobei die Bremseinrichtung (2) freigegeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung einer Vorbiegung des Federelementes (4) die Längsausdehnung des Federelementes (4) größer als der Abstand der beiden gelagerten Enden (5, 6) des Federelementes (4) im ungespannten Zustand ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) vorzugsweise mittig entlang seiner Längserstreckung eine Ausnehmung (23) aufweist, welche in eine Nut (26) des sich annähernd senkrecht zur Längserstreckung des Federelementes (4) ausdehnenden Feststellelementes (18) eingreift, wodurch das Feststellelement (18) beim Umspringen des Federelementes (4) von einer stabilen Stellung in die andere stabile Stellung bewegt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) partiell geführt von mindestens einem als Führung ausgebildeten seitlichen Anschlag (21, 22) sich in einem ungeführten Bereich in eine vorgegebene Richtung tangential zur Längserstreckung verbiegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anordnung (7) aus ferromagnetischem Material besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anordnung (7) aus permanentmagnetischem Material besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststellelement (18) formschlüssig in die Bremseinrichtung (2) eingreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (2) entlang ihrer Bewegungsrichtung eine periodische Verzahnung (25) aufweist, wobei der in die Verzahnung (25) eingreifende Teil (27) des Feststellelementes (18) komplementär zu einem Zahnfreiraum (28) der Verzahnung (25) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (2) drehbar gelagert ist, wobei zur Verhinderung einer Drehbewegung der Bremseinrichtung (2) in eine vorgegebene Richtung das Feststellelement (18) mit seiner längsten Ausdehnung gegen eine parallel verlaufende Fläche des Zahnfreiraums (28) der Verzahnung (25) drückt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung ein Zahnrad (24) des Aktuators (2) ist, wobei der Aktuator (2) eine Radbremse (30) eines Fahrzeuges betätigt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seitenfläche des Zahnrades (24) die umlaufende Verzahnung (25) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer mechanischen Hilfseinrichtung das Federelement (4) von der ersten in die zweite Stellung umgeschaltet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Hilfseinrichtung in einem beliebigen Winkel, vorzugsweise aber senkrecht zur größten Verformung des Federelementes (4) angreift.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) in einem Feststellbremsgehäuse (3) angeordnet ist, dessen sich entlang der Längserstreckung des Federelementes (4) erstreckende Bereiche (19, 20) des Gehäuseinnenraumes zur Führung der Verformung des Federelementes (4) unterschiedlich konkav ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung der Verformung des Federelementes (4) der erste Bereich (19) des Gehäuseinnenraumes unter Bildung zweier Anschläge (21, 22) schwach konkav und zur Unterstützung des Umschnappens des Federelementes (4) der zweite Bereich (20) des Gehäuseinnenraumes zur Bildung zweier Anschläge (31, 32) stark konkav ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das das Federelement (4) einschließende Gehäuse (3) modulartig ausgebildet ist und außen an dem Aktuator (2) befestigt ist, wobei das Feststellelement (18) aus dem Gehäuse (3) durch eine Öffnung in den Aktuator (2) geführt ist.