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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für eine Feststellbremse, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrischen Motor und mit einem
zu einer Verstellung der Feststellbremse eingerichteten, an die
Feststellbremse ankoppelbaren Betätigungsmittel, welches eine
Führungsmutter
und eine in der Führungsmutter
gelagerte Spindel umfasst und welches an den Motor angebunden ist.
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Ein
derartiger Antrieb wird in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzt,
um deren Feststellbremse elektrisch, elektronisch und insbesondere
automatisiert festzustellen und zu lösen. Dabei ist das Betätigungsmittel
in der Regel mit einem Zugseil der Feststellbremse verbunden.
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Bei
einem Ausfall der elektrischen Versorgung oder einem Versagen der
Steuerelektronik oder des Motors tritt das Problem auf, dass sich
die elektrisch angetriebene Feststellbremse in einem festgestellten
Zustand nicht mehr lösen
lässt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen elektrischen Antrieb für eine Feststellbremse,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, anzugeben, der bei einem Versagen des Motors
oder bei einem Ausfall der Versorgungsspannung ein Verstellen des
Betätigungsmittels
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei ist für einen
elektrischen Antrieb für
eine Feststellbremse, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem
elektrischen Motor und mit einem zu einer Verstellung der Feststellbremse
eingerichteten, an die Feststellbremse ankoppelbaren Betätigungsmittel,
welches eine Führungsmutter
und eine in der Führungsmutter
gelagerte Spindel umfasst und welches an den Motor angebunden ist,
vor gesehen, dass die Führungsmutter
eine Anzahl von Einzelelementen umfasst, wobei wenigstens ein Einzelelement
zur Freigabe der Spindel mechanisch betätigbar ist.
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Im
normalen Betrieb der Feststellbremse ist die Spindel in der Führungsmutter
gelagert, insbesondere derart, dass die Führungsmutter die Spindel entlang
ihres Öffnungsquerschnitts
umschließt
und in einer Führungsposition
hält.
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Dabei
wirken die Führungsmutter
und die Spindel derart zusammen, dass eine rotatorische Bewegung
der Spindel oder der Führungsmutter
in eine translatorische Bewegung der Führungsmutter oder der Spindel
umgewandelt wird.
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Bei
einer elektrischen Betätigung
der Feststellbremse wird somit über
eine motorisch angetriebene Bewegung entweder die Spindel oder die
Führungsmutter
in einer Längsrichtung
verschoben, so dass ein angekoppeltes Zugseil der Feststellbremse entweder
angezogen oder entspannt wird. Dementsprechend wird die über das
Zugseil betätigte
Feststellbremse festgestellt oder gelöst.
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Im
Falle einer Störung,
beispielsweise eines Ausfalls des elektrischen Motors, ist es nicht
mehr möglich,
die Feststellbremse über
den elektrischen Antrieb zu lösen.
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Durch
das Vorsehen einer Führungsmutter, die
eine Anzahl von Einzelelementen umfasst, wobei wenigstens ein Einzelelement
zur Freigabe der Spindel mechanisch betätigbar ist, ist es möglich, das System
aus Spindel und Führungsmutter
mit dem daran gekoppelten Zugseil zu entspannen, so dass die Feststellbremse
mechanisch gelöst
wird.
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Die
Anzahl von Einzelelementen der Führungsmutter
ist insbesondere derart gestaltet und aneinander gefügt, dass
die aneinandergefügten
Einzelelemente einen kongruent zum Außenumfang der Spindel gestalteten Öffnungsquerschnitt
umschließen,
so dass die Spindel in einer Führungsposition gelagert
wird. In die ser Führungsposition
wirken die Spindel und die Führungsmutter
im normalen Betrieb der Feststellbremse zusammen.
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Die
Einzelelemente sind dabei z. B. als eine Anzahl von Scheiben-, Kugel-,
Block- oder Ringsegmenten
gegeben, die zusammengefügt
eine Öffnung bilden,
in die die Spindel eingeführt
wird.
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Die
Freigabe der Spindel geschieht insbesondere über eine Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts.
Durch die Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts
wird die Umschließung
gelockert, so dass die Führungsmutter
die Spindel aus ihrer Führungsposition
in eine Freigabeposition entlässt.
In dieser Freigabeposition können
sich die Führungsmutter
und die Spindel in Längsrichtung
frei gegeneinander verschieben, womit ein an die Spindel bzw. die
Führungsmutter
gekoppeltes Zugseil sich entspannt und die Feststellbremse frei
gibt.
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Eine
derartige Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts
erfolgt insbesondere durch ein mechanisches Anheben oder ein Verstellen
eines Einzelelements der Führungsmutter.
Ein derartiges Anheben oder Verstellen erfolgt z. B. über einen
von einem Fahrzeuginsassen betätigbaren
Hebel oder Seilzug. Ebenso ist es möglich, dass das Volumen eines
Einzelelements der Führungsmutter,
z. B. in Abhängigkeit
von der Luftbefüllung
des Einzelelements, veränderbar
ist. Wird bei einem derartigen Einzelelement, z. B. durch Luftabsaugung,
das Volumen reduziert, wird die Spindel frei gegeben. Alternativ
ist es möglich,
dass die Führungsmutter
einen den Öffnungsquerschnitt
vorgebenden Gummiring umfasst, der im normalen Betrieb der Feststellbremse
mit einer Klammer zusammengepresst wird. In diesem Fall wird durch
ein Lösen
der Klammer der Öffnungsquerschnitt
des Gummirings vergrößert, so
dass die Spindel frei gegeben wird.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Führungsmutter zwei offenbare
Backen. In dieser Ausgestaltung ist die Führungsmutter konstruktiv besonders
einfach zu realisieren, da nur zwei Einzelelemente notwendig sind.
Die Einzelelemente sind als Backen gegeben, die die Spindel lagernd
umfassen. Die Backen sind dabei beispielsweise als zwei quaderförmige oder
gerundete Elemente gege ben, die aufeinander gefügt, einen Öffnungsquerschnitt zur Lagerung
der Spindel umschließen.
Im Falle einer Notentriegelung werden die Backen, die gegebenenfalls über ein
Scharnier verbunden sind, beispielsweise mittels eines Hebels auseinander
gedrückt,
so dass sie auseinander klappen und somit die Spindel frei geben.
Ebenso ist es möglich,
dass die Backen z. B. über
einen Seilzug auseinander gezogen werden oder mittels eines Schraubgewindes
auseinander gepresst werden, so dass der Öffnungsquerschnitt der Spindelmutter
vergrößert wird.
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Vorzugsweise
ist ein Haltemittel zum Halten der Einzelelemente in einer Führungsposition
umfasst, welches zum Verstellen der Einzelelemente der Führungsmutter
zwischen der Führungsposition und
einer Freigabeposition mechanisch betätigbar ist. Das Haltemittel
umfasst beispielsweise eine Klammer, die im angezogenen Zustand
die Einzelelemente der Führungsmutter
umschließt
und unter einer Vorspannung in der Führungsposition zusammenhält. In diesem
Fall werden beim Öffnen
der Klammer die Einzelelemente automatisch in die Freigabeposition
verstellt. Zur Aufbringung der Vorspannung umfasst das Haltemittel
beispielsweise ein elastisches Element, insbesondere eine Feder,
das in der Führungsposition
z. B. mittels der Klammer derart zusammengedrückt wird, dass ein Lösen der Klammer
eine Entspannung des elastischen Elements zur Folge hat, wodurch
die Einzelelemente der Führungsmutter
automatisch in die Freigabeposition geführt werden.
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Bevorzugterweise
ist das Haltemittel aber unter Aufbringung einer Kraft zum Überführen von der
Führungsposition
in die Freigabeposition ausgelegt. Die Überführung von der Führungsposition
in die Freigabeposition erfolgt beispielsweise mittels eines Hebels.
In dieser Ausführung
erfolgt eine automatische Überführung der
Einzelelemente der Führungsmutter,
beispielsweise der Backen, aus der Freigabeposition zurück in die
Führungsposition.
Dadurch wird auf einfache Weise gewährleistet, dass die Führungsmutter,
auch nach einer Notentriegelung der Feststellbremse, die Spindel
in einer definierten, dem Zusammenwirken der Spindel und der Führungsmutter
angepassten, Führungsposition
lagert. Außerdem wird
in dieser Ausführung
ein selbsttätiges Öffnen der Führungsmutter
verhindert, so dass ein sicherer Betrieb des elektrischen Antriebs
für die
Feststellbremse ge währleistet
wird. Das Haltemittel umfasst hierzu beispielsweise ein elastisches
Element, das die Einzelelemente insbesondere unter Zug in der Führungsposition
hält. In
einer einfach zu realisierenden Ausführungsform umfasst das Haltemittel
eine Zugfeder zum Halten der Einzelelement in der Führungsposition.
In einer hierzu konstruktiv einfach und günstig zu realisierenden Ausführungsform
umfasst das Haltemittel einen Seilzug zur Betätigung der Zugfeder.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Spindel drehbar gelagert und besitzt ein Außengewinde,
das mit einem Innengewinde der Führungsmutter
kämmt und
die Führungsmutter
ist drehfest gelagert, wobei die Spindel zur Betätigung einer Drehbewegung mit
dem Motor verbunden ist. In dieser Ausführungsform versetzt der Motor
bei einer Betätigung
der Feststellbremse die Spindel in Drehung. Da sich die drehfest
gelagerte Führungsmutter
nicht mit der Spindel mitdrehen kann, wird durch das Zusammenwirken
des Außengewindes
der Spindel und des Innengewindes der Führungsmutter die drehende Bewegung
der Spindel in eine translatorische Bewegung der Spindel oder der
Führungsmutter
entlang der Längsrichtung
umgesetzt. Im Vergleich zu einer Ausführungsform mit einer motorischen
Betätigung
der Führungsmutter
kann in dieser Ausführungsform
die Führungsmutter
hinsichtlich der Freigabe der Spindel bedarfsoptimiert und ohne
Konstruktionszwänge
ausgestaltet werden.
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Vorzugsweise
ist die Spindel längsverschiebbar
gelagert und die drehfest gelagerte Führungsmutter ist verschiebefest
montiert. In dieser Ausführungsform
wird die von dem Motor angetriebene Drehbewegung der Spindel in
eine translatorische Bewegung der Spindel entlang der Längsrichtung umgesetzt.
Dabei umfasst die Spindel ein Koppelglied zur Befestigung eines
Zugseils der Feststellbremse. Damit ist es auf unkomplizierte Weise
möglich,
das Zugseil an der Spindel zu befestigen. Durch die Verschiebung
der Spindel in Längsrichtung
wird das derart an der Spindel befestigte Zugseil in Abhängigkeit
von der Bewegungsrichtung der Spindel angespannt oder entspannt,
woraus dementsprechend ein Feststellen bzw. ein Lösen der über das Zugseil
betätigten
Feststellbremse erfolgt.
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In
einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die drehfest
gelagerte Führungsmutter
längsverschiebbar
und die Spindel ist verschiebefest montiert. In dieser Ausführungsform
wird die von dem Motor angetriebene Drehbewegung der Spindel in
eine translatorische Bewegung der Führungsmutter entlang der Längsrichtung
umgesetzt. In diesem Fall umfasst die Führungsmutter ein Koppelglied
zur Befestigung des Zugseils der Feststellbremse. Damit ist es einfach
möglich
das Zugseil, welches mittels der Längsverschiebung der Führungsmutter
die Feststellbremse betätigt,
an der Führungsmutter
zu befestigen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Innengewinde und das Außengewinde
jeweils ein Trapezgewinde. Unter einem Trapezgewinde wird allgemein
ein Bewegungsgewinde mit einem trapezförmigen Querschnitt verstanden,
wobei mittels des Trapezgewindes eine Kraft- und Bewegungsübertragung
sowohl in Längsrichtung
als auch entgegen der Längsrichtung
möglich
ist. Aufgrund der geringen Reibung eignet es sich insbesondere zur
längsverschieblichen
Führung
der Führungsmutter
und der Spindel gegeneinander.
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Vorzugsweise
ist eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Motors umfasst, die zu
einer Ermittlung der Stellung einer zur Betätigung der Feststellbremse
bewegbaren Komponente des Betätigungsmittels
nach einem Spannungsverlust ausgelegt ist. Mit anderen Worten wird
mittels der Steuereinheit die Position der Führungsmutter bzw. der Spindel
und damit die Position der Feststellbremse nach einem Spannungsverlust
und einer evtl. damit einhergehenden Notentriegelung der Feststellbremse
festgestellt. Um eine fehlerfreie Ansteuerung der Feststellbremse nach
einer Notentriegelung zu gewährleisten,
erfolgt insbesondere mit Hilfe der festgestellten Position der Feststellbremse
eine Renormierung des elektrischen Antriebs. Zur Feststellung der
Position der Feststellbremse werden beispielsweise mit Hilfe eines
Zählers
beim Bewegen der Führungsmutter
bzw. der Spindel Zählimpulse
eines Stellungsgebers in den Zähler
zum Verringern bzw. Erhöhen
des Zählstandes
entsprechend der vorgegebenen Bewegungsrichtung eingegeben. Eine
Renormierung nach einem Spannungsabfall erfolgt z. B. durch eine
Korrektur des letzten Zählstandes
vor dem Spannungsabfall mittels einer Betätigung der Feststellbremse
in eine definierte Position.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt jeweils
in schematischer Darstellung:
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1:
einen elektrischen Antrieb für
eine Feststellbremse in einer Notentriegelungsstellung,
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2:
eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs.
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In 1 ist
ein elektrischer Antrieb 2 dargestellt, welcher ein Betätigungsmittel 4 und
einen daran gekoppelten elektrischen Motor 6 umfasst. Gemäß 2 ist
der elektrische Antrieb 2 zur Betätigung an eine Feststellbremse 30 gekoppelt.
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Das
Betätigungsmittel 4 umfasst
eine aus zwei Backen 8 bestehende Führungsmutter 10 und eine
zwischen den Backen 8 der Führungsmutter 10 drehbar
gelagerte Spindel 12. Die Führungsmutter 10 ist
im Gegensatz zu der Spindel 12 drehfest gelagert und verschiebefest
montiert.
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Zu
einer Betätigung
der Feststellbremse 30 ist die Spindel 12 mit
dem Motor 6 verbunden. Bei einer Betätigung der Feststellbremse 30 versetzt
der Motor 6 die Spindel 12 in Drehung. Dazu umfasst
der Motor 6 in nicht dargestellter Weise ein Getriebe,
welches die hohe Motordrehzahl untersetzt und die Drehung der Spindel 12 antreibt.
Bei gleichwirkendem Antrieb wird mittel eines Koppelgliedes eine
Translation der Spindel 12 zugelassen.
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Im
normalen Betrieb wird über
das Zusammenwirken der Führungsmutter 10 und
der Spindel 12 eine von dem Motor 6 angetriebene
Drehbewegung der Spindel 12 in eine translatorische Bewegung
der Spindel 12 entlang der Längsrichtung 14 umgesetzt.
Durch die Bewegung der Spindel 12 entlang der Längsrichtung 14 wird
ein Zugseil 16 der Feststellbremse 30, welches über ein
Koppelglied 17 an der Spindel 12 befestigt ist,
entweder angezogen oder entspannt, je nach Bewegungsrichtung der Spindel 12. Über das
Zugseil 16 wird die über
das Zugseil 16 betätigte
Feststellbremse 30 festgestellt oder gelöst.
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Zur
Umsetzung der motorisch angetriebenen Drehbewegung der Spindel 12 in
eine translatorische Bewegung der Spindel 12 weisen die
Spindel 12 und die Führungsmutter 10 ein
Gewinde 18 auf, wobei ein Außengewinde 20 der
Spindel 12 mit einem, in dieser Darstellung nicht sichtbaren,
Innengewinde der Führungsmutter 10 kämmt. Bei
Drehung der Spindel 12 kann sich die drehfest gelagerte
Führungsmutter 10 nicht
mit der Spindel 12 mitdrehen, so dass durch das Zusammenwirken
des Außengewindes 20 der
Spindel 12 und des Innengewindes der Führungsmutter 8 die
drehende Bewegung der Spindel 12 in eine translatorische
Bewegung der Spindel 12 umgesetzt wird. Die Spindel 12 schraubt
sich sozusagen in die verschiebefest montierte Führungsmutter 10 hinein.
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Im
normalen, in der Figur nicht dargestellten, Zustand des elektrischen
Antriebs 2 liegen die Backen 8 der Führungsmutter 10 aufeinander,
so dass sie die Spindel 12 in einer Führungsposition halten. Um die
Backen 8 in der Führungsposition
sicher aufeinander zu halten, um eine sichere Lagerung und Führung der
Spindel 12 zu gewährleisten,
umfasst die Führungsmutter 10 eine
Anzahl von Zugfedern 22, die die Backen 8 mit
einer Zugkraft zusammen ziehen.
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In
der Darstellung befindet sich der elektrische Antrieb 2 in
einer Notentriegelungsstellung. Eine Notentriegelung ist notwendig,
wenn die angezogene Feststellbremse 30 über den elektrischen Antrieb 2 nicht
mehr gelöst
werden kann, beispielsweise bei einer Störung oder einem Ausfall des
elektrischen Motors 6.
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In
der dargestellten Notentriegelungsstellung sind die Backen 8 der
Führungsmutter 10 geöffnet und
befinden sich in einer Freigabeposition. In dieser Freigabeposition
können
sich die Führungsmutter 10 und
die Spindel 12 in Längsrichtung 14 frei
gegeneinander verschieben, womit das an der Spindel 12 befestigte
Zugseil 16 sich entspannt und die Feststellbremse 30 frei
gibt.
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Zum Öffnen der
Backen 8 umfasst die Führungsmutter 10 einen
Seilzug 24, mit dem die Backen 8 unter Überwindung
der Zugkraft der Zugfedern 22 auseinander gezogen werden
können.
Der Seilzug 24 ist in nicht dargestellter Weise von einem
Fahrzeuginsassen, beispielsweise über ein Handrad, betätigbar.
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Für eine Ermittlung
der Position der Spindel 12 nach einem Ausfall des Motors 6 und
insbesondere nach einer Notentriegelung, umfasst der elektrische
Antrieb 2 eine Steuereinheit 26. Die Steuereinheit 26 ist
mit dem Motor 6 verbunden und steuert diesen zu einer Betätigung der
Spindel 12 an. Der Steuereinheit 26 ist beispielsweise
ein Hallsensor oder ein Zähler
zur Positionsermittlung der Spindel 12 zugeordnet. Mit
Hilfe der festgestellten Position der Spindel 12 kann eine
fehlerfreie Ansteuerung der Feststellbremse 30 nach einem
Ausfall des Motors gewährleistet
werden.
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In 2 ist
eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 28 mit einem
elektrischen Antrieb 2 zur Betätigung der Feststellbremse 30 dargestellt.
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Der
elektrische Antrieb 2 ist im Bereich der Hinterachse des
Kraftfahrzeugs 28 befestigt, wobei zwei Seilzüge 24 zur
Betätigung
der Feststellbremsen 30 der beiden Hinterräder dienen.
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- 2
- elektrischer
Antrieb
- 4
- Betätigungsmittel
- 6
- Motor
- 8
- Backen
- 10
- Führungsmutter
- 12
- Spindel
- 14
- Längsrichtung
- 16
- Zugseil
- 17
- Koppelglied
- 18
- Gewinde
- 20
- Außengewinde
- 22
- Zugfeder
- 24
- Seilzug
- 26
- Steuereinheit
- 28
- Kraftfahrzeug
- 30
- Feststellbremse