DE4243942C2 - Steuervorrichtung für eine Feststellbremse und Verfahren zum Herstellen einer Kupplungstrommel für eine derartige Steuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art und ein Verfahren zum Herstellen einer Kupplungstrommel für eine derartige Steuervorrichtung.

Solche Steuervorrichtungen sind beispielsweise aus US-PS 3 236 121 und US-PS 4 850 242 bekannt. Sie werden dazu eingesetzt, die Feststellbremse eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, in Bremseingriffszustand zu halten. Eine Löseeinrichtung (etwa ein manuell betätigter Lösehebel oder ein fluiddruckbetätigter Motor) ist vorgesehen, um die Federspeicherkupplung auseinanderzuziehen und damit einen Bremshebel zu lösen, der unter Dauerbelastung steht. Feder­ speicherkupplungs-Steuervorrichtungen, wie die von diesen Pa­ tentschriften angegeben werden, bieten einen wesentlichen Vor­ teil gegenüber anderen bekannten Feststellbremsen-Steuervor­ richtungen mit Klinkengesperre, weil sie eine stufenlose Ar­ retiermöglichkeit bieten und außerdem ein "Herausspringen" der Sperrklinke vermeiden.

Es ist in anderem Zusammenhang, namlich bei selbstschmierenden Lagern, bekannt, Sintermetallteile mit Schmieröl zu impräg­ nieren bzw. zu tränken. Das Tränken wird erreicht, indem die Teile in erwärmtes Öl getaucht werden, oder mittels eines Va­ kuumverfahrens. Da das getränkte Teil einer thermischen Wechselbeanspruchung unterliegt, erwärmt die Reibung die Sin­ termetalloberfläche, bewirkt eine Ausdehnung und preßt das Tränköl zur Lageroberfläche. Beim Abkühlen kehrt das Öl durch Kapillarwirkung in die Sintermetallporen zurück. Das Tränken von Sintermetallteilen erfolgt hier zu dem Zweck, ein Selbst- Schmieren vorzusehen sowie Teile gegen Verschleiß und vor Korrosion zu schützen. Da Sintermetallteile porös sind, wird das Tränken mit Öl häufig angewandt, um den Einschluß von Feuchtigkeit im Inneren, der eine rasche Korrosion des Teils von innen nach außen bewirken würde, zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrich­ tung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß ein kontinuierliches kontrolliertes weiches Lösen der Steuervorrichtung erzielt wird, um so sowohl die Funktion als auch Lebensdauer der Steuervorrichtung zu verbessern. Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen einer Kupplungstrommel für diese Steuervorrichtung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die Patentansprüche 1 und 9 gelöst.

Durch die Verwendung des besonderen Sintermetalles in Verbin­ dung mit dem speziellen Dämpfungsöl - wie im Anspruch 1 beansprucht - wird eine beständige, über lange Zeit weich lö­ sende Steuerung durch viskose Dämpfung erzielt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die Windungen der Schraubenfeder jeweils Viereckquerschnitt, um einen maximalen Angriff an der Molekülschicht des Dämpfungs­ öls, die zwischen dem Trommelkörper und der Federspeicher-Kup­ plung liegt, zu ermöglichen. Die viskose Schicht des Däm­ pfungsöls hemmt eine Bewegung, während die Oberflächen aufein­ ander reiben und sich relativ zueinander drehen. Reibungswärme aus der Bewegung zwischen den beiden Teilen beeinträchtigt ein weiches Lösen der Steuervorrichtung nicht, weil mehr Däm­ pfungsöl aus den inneren Poren der Kupplungstrommel zu deren Oberfläche gepreßt wird.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Kupplungstrommel der erfin­ dungsgemäßen Steuervorrichtung zeichnet sich durch die Merk­ male des Anspruchs 9 aus.

Durch die Verfahrensschritte (1) bis (8) dieses Anspruchs wird eine hochporöse Kupplungstrommel erzeugt. Die größere Porosi­ tät bietet ein größeres Volumen zum Eintritt des Dämpfungsöls während des Tränkvorgangs gemäß Verfahrensschritten (8) bis (11).

Die spezielle Wärmebehandlung nach den Verfahrensschritten (4) und (5) verleiht der Kupplungstrommel höhere mechanische Fes­ tigkeit und überlegene Verschleißeigenschaften.

Das verwendete Dämpfungsöl ist speziell so gemischt, daß ein weiches Lösen der Steuervorrichtung insbesondere im Betriebs­ temperaturbereich, d. h. bei Temperaturen im Bereich von -40°C bis +83°C ermöglicht ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Vorderansicht bzw. eine Ansicht von der lin­ ken Seite des Feststellbremssystems nach der Er­ findung;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1, wobei der Deutlichkeit halber einige Teile wegge­ lassen sind;

Fig. 4 eine Detaildarstellung des Federauslöse-Betäti­ gungsmechanismus; und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 4.

Es soll zuerst besonders auf die Fig. 1-3 Bezug genommen werden. Die weich lösende Steuervorrichtung hat einen metal­ lischen Tragarm 2, der zur Verbindung mit der Spritz­ wand eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Ein fußbetätigbarer Feststellbremshebel 4 ist zwischen seinen Enden schwenkbar mit dem Tragarm 2 über einen Drehzapfen 6 verbunden, dessen Enden in entsprechenden Bohrungen im Tragarm 2 bzw. in einem Abdeckelement 8 gehaltert sind. Am einen Ende weist der He­ bel 4 ein fußbetätigtes Pedal 10 auf, und an seinem anderen Ende hat der Hebel einen konvexen Bereich 4a, auf dessen Außenfläche der freie Endbereich 12a des inneren Strangs 12 der Feststellbremsseilanordnung gehaltert ist. Die Fest­ stellbremsseilanordnung umfaßt eine äußere Durchführung 14, die mit ihrem freien Ende über eine Verbindereinrichtung 16 mit dem Wandbereich 2a des Tragarms verbunden ist. Wenn also der Feststellbremshebel 4 gedrückt wird, wenn ein Fuß des Fahrers des Fahrzeugs an dem Pedal 10 angreift, wird der Hebel 4 im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt, um den inneren Seilstrang 12 zu spannen und dadurch die Feststellbremse (nicht gezeigt) des Fahrzeugs zu betätigen. Eine Bewegung des Hebels 4 im Uhrzeigersinn ist durch ein elastisches Anschlagelement 18 begrenzt, das über einen Bolzen 20 zwi­ schen Abdeckelement 8 und Tragarm 2 angeordnet ist.

Mit dem Endbereich 4a des Hebels 4 ist ein Zahnsegment 22 starr verbunden, das mit einem entsprechenden Ritzel 24 in Eingriff ist, das an einem Ende einer Kupplungstrommel 26 befestigt ist, die zwischen dem Tragarm 2 und dem Abdeck­ element 8 über einen Drehzapfen 28 drehbar gehaltert ist. Auf der Kupplungstrommel 26 ist konzentrisch eine als Schraubenfeder ausgebildete Kupplungsfeder 30 angebracht, deren eines Ende 30a über eine Befestigungsplatte 32 und ein Befestigungselement 33 starr mit dem Tragarm 2 verbunden ist. Das andere Ende 30b der Feder ragt tangential nach außen zum Zusammenwirken mit einem orthogonal angeordneten Laschenbereich 34a eines Lösehebels 34, der zwischen seinen Enden auf dem Drehzapfen 28 schwenkbar angebracht ist. Die als Schraubenfeder ausgelegte Kupplungsfeder 30 wird norma­ lerweise in Reibungseingriff mit der Außenumfangsfläche der Kupplungstrommel 26 nach radial innen federnd zusammenge­ drückt, um dadurch eine Drehung der Trommel 26 relativ zu der Feder 30 und dem Tragarm 2 zu hemmen. Wie bekannt ist, kann in Abhängigkeit von der Wicklungsrichtung der Windungen der Schraubenfeder 30 auf der Trommel 26 die Trommel in eine Richtung relativ zu der Feder gedreht werden, aber ein Dre­ hen der Trommel in die entgegengesetzte Richtung relativ zu der Feder wird aufgrund des Reibungseingriffs zwischen der nach radial innen zusammengezogenen Feder 30 und der Außen­ umfangsfläche der Trommel 26 verhindert. Um den Lösehebel 34 im Uhrzeigersinn zu schwenken, um den Endbereich 34a in An­ griff an dem Federende 30b zu bringen und dadurch die Kupp­ lungsfeder 30 expandieren zu lassen, ist eine Lösestange 38 vorgesehen, die in einer rohrförmigen Durchführung 40 längs­ verlagerbar geführt und in einer entsprechenden Öffnung an gebracht ist, die in einem orthogonal angeordneten Vorsprung 8a an dem Abdeckelement 8 enthalten ist. An ihrem einen Ende ist die Lösestange 38 über einen Drehpunkt 42 mit dem ent­ sprechenden Ende des Lösehebels 34 verbunden, und das andere Ende der Lösestange 38 ist mit einem handbetätigbaren Löse­ knauf 44 versehen. Eine Schraubenfeder 46 ist konzentrisch um die Lösestange 38 zwischen der Lasche 8a am Abdeckelement 8 und einer Beilagscheibe 47, die auf der Lösestange 38 an­ grenzend an den Drehpunkt 42 angebracht ist, angeordnet. So­ mit beaufschlagt die Feder 46 die Lösestange 38 normalerwei­ se nach rechts, um dadurch den Lösehebel 34 im Gegenuhrzei­ gersinn um den Drehzapfen 28 zu schwenken. Wenn die Löse­ stange 38 von Hand am Löseknauf 44 nach links zurückgezogen wird, wird der Lösehebel 34 im Uhrzeigersinn geschwenkt und veranlaßt den orthogonal angeordneten Laschenbereich 34a, an dem freien Federende 30b anzugreifen und dadurch die Kupp­ lungsfeder nach radial außen zu dehnen, um die Trommel 26 freizugeben. Aufgrund der Zugspannung des inneren Seil­ strangs 12 wird der Hebel 4 im Uhrzeigersinn in die Bremsen­ löseposition von Fig. 1 in Anlage an dem Anschlagelement 18 geschwenkt, wie die Figuren zeigen.

Entsprechend dem hervorstechenden Merkmal der Vorrichtung ist die Trommel 26 aus einem Sintermetall hergestellt, das mit Dämpfungsöl getränkt ist, und die Windungen der Kupp­ lungsfeder 30 haben jeweils Viereckquerschnitt, um dadurch einen maximalen Flächenangriff an dem Außenumfang der Kupp­ lungstrommel 26 zu bewirken. Das Sintermetall, aus dem die Trommel hergestellt ist, ist ein Nickel-Eisen-Pulvergemisch, dessen Materialbezeichnung FN-0205 ist. Die chemische Zusam­ mensetzung dieses Materials ist 91,9-98,7% Eisen, 1,0-3,0% Nickel, 0,3-0,6% Kohlenstoff und 0-2,5% Kupfer. Die poröse Sintermetalltrommel ist mit einem geeigneten Dämpfungsöl wie etwa Poly(α-olefin) getränkt. Ein Beispiel für ein geeigne­ tes Dämpfungsöl ist Blend 310-B von William F. Nye Company, New Bedford, Mass. Die Sintermetalltrommel hat eine Dichte von ca. 6,6 g/cm³ und eine Rockwell-Härte von mindestens C 39. Ein geeignetes Beispiel für den Federstahl, aus dem die Kupplungsfeder 30 hergestellt ist, ist MB-Stahl SAE 1065.

Ein Verfahren zum Herstellen der Sintermetalltrommeln weist die folgenden Schritte auf:

• (1) Formen der Trommeln durch Verdichten des FN-0205-Sin­ termetalls in einer Presse;
• (2) Sintern der Teile in einem Ofen bei 1148,9°C (2100°F) für 3,5 h; die Teile werden auf einem Band in zwei Lagen mit einem sie trennenden Gitter dazwi­ schen gestapelt; das Band ist so eingestellt, daß es sich in 2,5 min um 0,3 m fortbewegt; an den Teilen vorgesehene Flansche dürfen einander nicht berühren; alle drei Stunden werden die Abmessungen an zwei Tei­ len zur statistischen Prozeßführung überprüft;
• (3) die Teile werden dann in Luft abgekühlt und der Wärme­ behandlungseinrichtung zugeführt;
• (4) die Sintermetallteile werden für 45 min bei 843,3°C (1550°F) in einen Ofen mit kontrollierter Atmosphäre verbracht, um den Stahl zu austenitisieren; die Teile werden "aufgekohlt" unter Einsatz eines endothermen Gases, um das Kohlenstoffgemisch bei 0,5% zu halten, während sich die Teile im Ofen befinden;
• (5) die Teile werden für 20 min bei 82,2°C (180°F) in Öl abgeschreckt, um die martensitische Mikrostruktur in dem Stahlmaterial zu bilden;
• (6) die Teile werden ausgetragen und in einer Wasserlösung bei 65,5-82,2°C (150-180°F) gewaschen, um an der Oberfläche vorhandenes Abschrecköl zu entfernen;
• (7) die Teile werden ihn einen weiteren Ofen bei 148,9°C (300°F) für 80 min eingebracht, um sie zu "ziehen"; dadurch werden sie angelassen, um sie weniger spröde zu machen;
• (8) die Teile werden dann für das Tränken mit Öl luftge­ kühlt;
• (9) die Teile werden in einen Trog eingebracht und in ein spezielles Dämpfungsöl (#310-B von Nye) getaucht, das eine Temperatur von 60-71,1°C (140-160°F) hat; der gesamte Trog wird für 7 min in eine auf einem Druck von 1,9 bar (28 psi) befindliche Kammer verbracht;
• (10) die Kammer wird dann für 7 min zur Umgebung geöffnet,
• (11) es wird ein Unterdruck von 749,3 Torr (29,5 in.Hg.) hergestellt und für 7 min aufrechterhalten, um die Zwischenräume vollständig mit Öl auszufüllen;
• (12) die Teile werden aus dem Trog entnommen und zentrifu­ giert, um Überschußöl von den Oberflächen zu entfer­ nen; sie werden dann zum Zusammenbau mit den Fest­ stellbremshebeln versandt.

Das Ritzel wird mit dem zugehörigen Ende der Sintermetall­ trommel klebebondiert, obwohl es auch möglich ist, das Zahn­ rad integral mit der Trommel zu formen.

Im Betrieb sorgt die getränkte Trommel für eine geregelte weich lösende Steuerung von Drehvorrichtungen mit hohem Drehmoment wie beispielsweise von Feststellbremssystemen. Die viskose Schicht des Dämpfungsöls hemmt eine Bewegung beim Aneinanderreiben und relativen Drehen der Oberflächen der Feder und der Trommel. Reibungswärme, die durch die Bewegung zwischen den beiden Teilen erzeugt wird, sorgt für eine Aufrechterhaltung der Weich-Löse-Eigenschaften der Vor­ richtung, indem aus inneren Poren des Teils mehr Dämpfungsöl zur Oberfläche der Zahntrommel gepreßt wird.

Claims (9)

1. Steuervorrichtung einer Feststellbremse, mit

• (a) einem Tragarm (2);
• (b) einer zylindrischen Kupplungstrommel (26), die mit dem Tragarm (2) drehbar verbunden ist;
• (c) einer als Schraubenfeder ausgebildeten Feder (30), die konzentrisch auf der Kupplungstrommel (26) an­ geordnet ist und an entgegengesetzten Enden ein Paar von Endbereichen (30a, 30b) hat, von denen der eine (30a) mit dem Tragarm (2) verbunden ist, wobei die Kupplungsfeder Windungen hat, deren Durchmesser re­ lativ zu dem Durchmesser der Kupplungstrommel (26) so bemessen ist, daß die Feder (30) normalerweise nach radial innen in funktionsmäßigen Angriff an dem Außenumfang der Kupplungstrommel (26) federnd zusam­ mengedrückt ist, um so ein Drehen der Trommel in eine erste Richtung relativ zu dem Tragarm (2) ent­ sprechend der Windungsrichtung der Schraubenwindun­ gen der Feder zuzulassen und in Gegenrichtung zu verhindern; und
• (d) eine Löseeinrichtung (34, 38) zum Betätigen des an­ deren Endes (30b) der Feder (30), um die Feder rela­ tiv zu der Kupplungstrommel (26) auszudehnen,
  dadurch gekennzeichnet, daß die Kup­ plungstrommel (26) aus einem Sintereisen, enthaltend Nickel besteht und mit einem Dämpfungsöl aus einem Poly(α)olefin getränkt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungstrommel (26) aus einem Gemisch enthal­ tend 91,9-98,7% elementares Eisenpulver und 1,0-3,0% ele­ mentares Nickelpulver gesintert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch außerdem Graphitpulver enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch außerdem Kupferpulver enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sintermetall-Werkstoff eine Dichte von ca. 6,6 g/cm³ hat.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (30) aus wärmebehandeltem, ölgehärtetem Stahl besteht und ihre Windungen jeweils Viereck­ querschnittsform haben.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung mit einem Feststellbremshebel (4), der mit dem Tragarm (2) schwenkbar verbunden ist, um die Kupplungstrommel (26) in die erste Richtung relativ zu dem Tragarm (2) zu drehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein Zahngetriebe (22, 24) aufweist, das den Feststellbremshebel (4) mit der Kup­ plungstrommel (26) verbindet.

9. Verfahren zum Herstellen einer Kupplungstrommel für eine Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

• (1) Verdichten des Sintereisens zum Formen der Kup­ plungstrommel;
• (2) Sintern für ca. 3,5 h bei ca. 1148°C;
• (3) Luftkühlen;
• (4) Aufheizen in einem Ofen für ca. 45 min bei einer Temperatur von ca. 843°C, um dadurch die Kup­ plungstrommel zu austenitisieren, wobei die Kup­ plungstrommel in dem Ofen unter Einsatz eines endothermen Gases aufgekohlt wird, um den Kohlen­ stoffgehalt auf 0,5% zu halten;
• (5) Abschrecken in einem Ölbad für ca. 20 min. bei ca. 82°C, um dadurch in der Kupplungstrommel eine mar­ tensitische Mikrostruktur zu bilden;
• (6) Waschen in einer Wasserlösung bei ca. 65-82°C, um an der Oberfläche vorhandenes Abschrecköl von der Kup­ plungstrommel zu entfernen;
• (7) Anlassen in einem Ofen bei ca. 148°C für ca. 80 min;
• (8) Luftkühlen auf Raumtemperatur;
• (9) Tauchen in einen Trog mit Dämpfungsöl bei ca. 60-71°C und Einbringen des Trogs in eine auf einem Druck von ca. 1,9 bar befindliche Kammer für ca. 7 min;
• (10) Öffnen der Kammer zur Umgebungsluft für ca. 7 min;
• (11) Beaufschlagen der Kammer mit einem Vakuum von ca. 749 Torr für ca. 7 min, um dadurch die Poren der Kupplungstrommel mit dem Dämpfungsöl auszufüllen;
• (12) Zentrifugieren der Kupplungstrommel, um überschüs­ siges Dämpfungsöl davon zu entfernen.