DE602005003162T2

DE602005003162T2 - Feststellbremse

Info

Publication number: DE602005003162T2
Application number: DE602005003162T
Authority: DE
Inventors: Martin P. Taylor; Mark A. Norman
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2025-05-14
Also published as: US7374026B2; DE602005003162D1; JP2005326014A; GB0410841D0; EP1596089A1; US20050252735A1; ATE377719T1; BRPI0503154A; EP1596089B1; CN1696531A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feststellbremsenbaugruppe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Feststellbremsenbaugruppe für eine druckluftbetätigte Scheibenbremse.
Druckluftbetätigte Scheibenbremsen werden typischerweise bei Schwerfahrzeuganwendungen verwendet, wie zum Beispiel zum Bremsen von Lastkraftwagen oder Bussen. Solche Bremsen arbeiten typischerweise wie folgt:
Hinter einer Membran einer Luftkammer wird Druckluft eingeleitet, die eine Kraft in einer Druckstange erzeugt. Die Druckstange bringt wiederum eine Kraft auf eine drehbar gelagerte Betätigungswelle auf, so dass diese in Drehung versetzt wird. Mit Hilfe einer Exzenterwirkung wird eine verstärkte Kraft auf eine oder mehrere Stößelbaugruppen aufgebracht, die einen Bremsklotz in Richtung einer Bremsscheibe schieben, so dass eine Klemmwirkung an der Bremsscheibe entsteht, wodurch die Drehung der Bremsscheibe infolge der zwischen dem mit dem Stößel in Kontakt stehenden Bremsklotz und einem an der entgegengesetzten Seite der Bremsscheibe angebrachten weiteren Bremsklotz erzeugten Reibung verlangsamt wird.
Um den Sicherheitsbestimmungen gerecht zu werden, müssen beim Parken eines mit druckluftbetätigten Bremsen ausgestatteten Fahrzeugs die Bremsen mechanisch, ohne Zuhilfenahme der Druckluft angelegt werden, um die Gefahr auszuschalten, dass die Bremskraft aufgrund eines zufälligen Entweichens der Luft wegfällt, was ganz offensichtliche Folgen hat.
Herkömmlicherweise wird diese Feststellbremsfunktion bei druckluftbetätigten Bremsen des oben beschriebenen Typs dadurch erreicht, dass auf der Rückseite der Luftkammer zusätzlich eine große Feder vorgesehen ist, um eine Kraft auf die Druckstange zu erzeugen, wenn keine Druckluft vorhanden ist.
Die zusätzliche Bereitstellung dieser Feder, zusammen mit einer zum Lösen der Feststellbremse erforderlichen zusätzlichen Luftkammer, die hinter der Luftkammer zum Anlegen der Betriebsbremsen angebracht ist, macht das Fahrzeugbremssystem voluminöser, schwerer und teurer.
Druckluftbetätigte Bremsen mit einer mechanischen Parksperre sind ebenfalls bekannt, siehe z. B. US 2002/0117892 .
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die Probleme des Standes der Technik überwunden oder zumindest abgeschwächt werden.
Demzufolge stellt eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Feststellbremsenbaugruppe für eine druckluftbetätigte Scheibenbremse bereit, die eine Betätigungswelle zum Verstärken einer durch einen Druckluftaktuator gelieferten Kraft und zum Übertragen der Kraft auf die Bremsklötze umfasst, wobei die Betätigungswelle zwischen einer Ruhestellung, in der keine Bremskraft aufgebracht wird, und einer Betätigungsstellung, in der eine Bremskraft aufgebracht wird, um eine Achse drehbar ist, wobei an der Betätigungswelle ein Gebilde vorgesehen ist, an dem wahlweise durch eine komplementäre Klinke der Baugruppe angegriffen werden kann, um die Betätigungswelle in einer Betätigungsstellung festzuhalten und dadurch die Feststellbremse anzulegen, wobei das Gebilde schraubenförmig und auf der Achse der Betätigungswelle zentriert ist.
Eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Anlegen einer Feststellbremsenbaugruppe einer druckluftbetätigten Scheibenbremse bereit, die eine Betätigungswelle umfasst, die um eine Achse von einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung drehbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: zunächst wird die Betriebsbremse angelegt, um die Betätigungswelle in die Betätigungsstellung zu bewegen; und eine Klinke wird mechanisch mit einem komplementären schraubenförmigen Gebilde in Eingriff gebracht, das auf der Achse der Betätigungswelle der Bremse zentriert ist, um die Betätigungswelle in der Betätigungsstellung festzuhalten, um die Feststellbremse anzulegen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
1 eine Querschnittsansicht durch einen Bremssattel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht längs der Achse 2-2 von 1;
3 eine perspektivische Ansicht der Betätigungswelle von 1 und 2, in der die Verriegelungsanordnung in einer ausgerückten, eingefahrenen Stellung dargestellt ist;
4 und 5 perspektivische Ansichten der Betätigungswelle, wobei sich die Verriegelungsanordnung in einer eingerückten, ausgefahrenen Stellung befindet; und
6 ein Blockdiagramm eines Steuersystems der Feststellbremse.
Gemäß 1 und 2 handelt es sich bei der Bremse 8 um eine Bremse des Typs mit einem Bremssattelgehäuse, das eine Bremsscheibe bzw. einen Rotor (nicht dargestellt) übergreift. Der Bremssattel ist typischerweise auf einer Achse des zu bremsenden Fahrzeugs (nicht dargestellt) angebracht und relativ zu der Achse in Längsrichtung bewegbar. Die Bremsscheibe ist zur Drehung mit einem Rad des Fahrzeugs angebracht. Die Bremse 8 wird durch Einleiten von Druckluft hinter einer Membran (nicht dargestellt) der Luftkammer 15 betätigt. Die Membran ist mit einer Druckstange 11 verbunden, die mit einer Aufnahme 17 am radial äußeren Ende einer Betätigungswelle 14 der Bremse zusammenwirkt. Das innere Ende der Betätigungswelle 14 sitzt mit seinen gebogenen Lagerflächen 42 an den axial entgegengesetzten Enden in Lagersitzen 43, die am unteren Ende eines inneren Gehäuseteils 16 des Bremssattels angeordnet sind, damit sich die Betätigungswelle 14 um eine Achse A-A drehen kann. Das innere Ende der Betätigungswelle 14 ist ferner mit Taschen 45 (4) versehen, die exzentrisch zur Drehachse A-A der Betätigungswelle positioniert sind, so dass bei der Drehung eine Kraft auf die Rollen 20 übertragen wird. Die Rollen 20 übertragen wiederum die aufgebrachte Kraft auf zwei voneinander beabstandete innere Stößelteile 22. Diese inneren Stößelteile 22 sind in Eingriff mit zugehörigen äußeren Stößelteilen 24 verschraubt, die die Eingangskraft von dem Aktuator auf die Rückseite eines inneren Bremsklotzes 25 aufbringen, so dass das Reibmaterial des Bremsklotzes in Reibungseingriff mit der Bremsscheibe gedrückt wird.
Durch diesen Reibungseingriff zwischen der Bremsscheibe und dem inneren Bremsklotz 25 wird eine Reaktionskraft erzeugt, die über die Stößel 22 und 24, die Rollen 20 und die Betätigungswelle 14, die auf dem inneren Gehäuseteil 16 gelagert ist, zurückgeleitet wird. Der innere Gehäuseteil 16 ist an einem äußeren Gehäuseteil (nicht dargestellt) befestigt. Somit wird die durch die Bewegung der Betätigungswelle 14 erzeugte aufgebrachte Kraft schließlich durch Reaktionsmittel auf den äußeren Gehäuseteil übertragen, der wiederum einen äußeren Bremsklotz (nicht dargestellt) in Reibungseingriff mit der Bremsscheibe drückt. Wenn sich die Betätigungswelle 14 bewegt, wird daher die Bremsscheibe zwischen dem inneren Bremsklotz 25 und dem äußeren Bremsklotz eingeklemmt, um eine Bremskraft zum Bremsen des Fahrzeugs unter Steuerung der von der Druckstange 11 ausgehenden aufgebrachten Eingangsbewegung zu erzeugen.
Ein bei 40 allgemein angedeuteter Einstellmechanismus ist vorgesehen, um den Verschleiß des Reibmaterials der Bremsklötze automatisch auszugleichen, indem die äußeren Stößelteile 24 relativ zu den inneren Stößelteilen 22 ausgezogen werden, wie wohlbekannt ist.
Wie in 3 bis 5 am besten zu sehen ist, ist an der Betätigungswelle 14 axial zwischen den Lagerflächen 42 ein auf der Achse A-A zentriertes schraubenförmiges Gebilde vorgesehen. Das Gebilde umfasst im Wesentlichen eine schraubenförmige Anschlagfläche 62, die sich von der Achse A-A radial nach außen erstreckt.
Eine Klinke 52 einer Feststellbremsenbaugruppe 58 kann mit Hilfe eines Elektromotors 60 und einer Untersetzungsgetriebebaugruppe mit einem Ritzel 64 und einem Tellerrad 66 sowie einer Leitspindelanordnung 56 in einer Richtung parallel zur Achse A-A angetrieben werden. Die Klinke 52 ist mit einer Fläche 64 versehen, die abgewinkelt ist, so dass sie zu der Schraubenfläche 62 der Betätigungswelle 14 in jeder linearen Stellung der Fläche 62, mit der die Klinke in Kontakt kommt, komplementär ist. Je weiter sich die Betätigungswelle 14 aus ihrer Ruhestellung gedreht hat, umso größer die Strecke, die die Klinke 52 bewegt werden muss, um mit der Fläche 62 in Kontakt zu kommen. Durch Positionieren der Anschlagfläche 62 zwischen den Lagerflächen 42 kann die Betätigungswelle 14 über einen weiten Bereich von Winkeln arretiert werden. Denn wegen der größeren axialen Länge der Betätigungswelle an dieser Position kann sich das Gebilde über einen weiteren Bereich von Winkeln zur Achse A-A erstrecken, als wenn es zum Beispiel näher beim radial äußeren Ende der Betätigungswelle liegen würde.
Die Klinke 52 hat eine weitere Auflagefläche 68, die verschieblich auf einer komplimentären Fläche 70 des inneren Bremssattelgehäuses 16 gelagert ist. Die Fläche 68 ist vorzugsweise mit einer Ausnehmung 72 versehen, um die Schmierung zwischen den Flächen 68 und 70 zu unterstützen.
Wenn die Klinke 52 mit der Anschlagfläche 62 in Kontakt steht, wird verhindert, dass sich die Betätigungswelle 14 wieder zurück in ihre Ruhestellung dreht.
Bei angelegter Feststellbremse und nicht angelegter Betriebsbremse, wie in 1, 4 und 5 dargestellt, ist zu sehen, dass die inneren Stößelbaugruppen 22 eine Kraft F1 auf die Rollen 20 aufbringen. Dieser Kraft wird durch die Kraft F2 der Lagerfläche 43 und durch die zwischen der Fläche 64 der Klinke 52 und der Anschlagfläche 62 auf der Betätigungswelle wirkende Kraft F3 entgegengewirkt, so dass die Betätigungswelle 14 in der in 1 dargestellten Stellung gehalten wird und die Bremse angelegt bleibt.
Bei dieser Ausführungsform hat die Kraft F3 eine parallel zur Achse A-A der Betätigungswelle 14 wirkende Komponente. Aufgrund der Auswahl der Gewindesteigung und der Gewindeform der Leitspindel 56 bewirkt diese Kraftkomponente, dass die Leitspindel mit der Klinke 52 in der angelegten Stellung "sperrt", wobei es zu keiner Drehung der Leitspindel kommt. Wenn also die Klinke 52 mit der Fläche 62 in Kontakt steht, wird die Betätigungswelle 14 durch die Klinke mechanisch in Position gehalten und ohne, dass eine externe Energiequelle erforderlich ist, um diese Position aufrechtzuerhalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform können Zahnräder 64 und 66 durch eine nicht umkehrbare Schneckenradgetriebeanordnung ersetzt werden, um die Verriegelung sicherzustellen. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Schraubenfläche 62 an der Betätigungswelle gestuft sein, und die Klinke 52 kann eine entsprechende gestufte Form haben, wodurch verhindert wird, dass eine Kraftkomponente parallel zur Achse A-A erzeugt wird und dass die Winkelstellung der Betätigungswelle 14 arretiert wird. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann ein elektromagnetisch betätigtes Blockierteil verwendet werden, um die Klinke in der erforderlichen Stellung zu arretieren.
In 6 ist ein Steuersystem für die Feststellbremsenbaugruppe 58 schematisch dargestellt. Das System umfasst ein Steuergerät 80, das ein Eingangssignal von einem Sensor 82 empfängt, der an einem Feststellbremshebel oder -schalter (nicht dargestellt) befestigt ist, der in der Fahrzeugkabine oder im Fahrgastraum angebracht ist. Das Steuergerät 80 ist wiederum in der Lage, das Öffnen und Schließen eines Betriebsbremsenluftventils 84 zu signalisieren, um das Anlegen der Betriebsbremse des Fahrzeugs zu erlauben, und ist außerdem in der Lage, die Betätigung des Motors 60 der Feststellbremsenbaugruppe 58 zu signalisieren, um die Klinke 52 auszufahren oder einzuziehen. Das Steuergerät 80 ist vorzugsweise ein Mikroprozessor. Die Baugruppe kann auch in Verbindung mit Steuersystemen des in US 2002/0117892 oder EP 0995659 offenbarten Typs verwendet werden.
Die Funktionsweise der Feststellbremsenbaugruppe ist wie folgt:
Ein Fahrzeugnutzer legt die Feststellbremse mit Hilfe des Feststellbremshebels oder eines anderen im Fahrgastraum angebrachten Eingabemittels an, so dass der Sensor 82 ein Signal an das Steuergerät 80 übermittelt. Gemäß einer vorprogrammierten Logik in dem Steuergerät 80 signalisiert das Steuergerät zunächst das Öffnen des Betriebsbremsenluftventils 84, um Luftdruck hinter der Luftkammermembran einzuleiten, wodurch die Druckstange 11 veranlasst wird, die Betätigungswelle 14 zu betätigen, und die Betriebsbremse angelegt wird.
Bei angelegter Betriebsbremse signalisiert das Steuergerät 80 dann das Antreiben des Motors 60, damit sich die Klinke 52 in Eingriff mit der schraubenförmigen Anschlagfläche 62 bewegt. Sobald die Klinke mit der Fläche 62 in Kontakt steht, signalisiert das Steuergerät, dass der Motor 60 nicht mehr antreibt, weil aufgrund der Abschaltung des Motors eine Änderung im Motorstrom erfasst wurde. Bei anderen Ausführungsformen können alternative Mittel zum Erfassen, wann die Klinke mit der Fläche 62 in Kontakt steht, verwendet werden, wie zum Beispiel Motordrehzahlsensoren oder Näherungssensoren. Das Anlegen der Betriebsbremse vor Anlegen der Feststellbremse minimiert die zum Anlegen der Feststellbremse erforderliche Energie und damit die notwendige Größe des Motors 60.
Wenn die Klinke 52 mit der Fläche 62 in Kontakt steht, ist nun die Feststellbremse angelegt und das Steuergerät 80 signalisiert das Schließen des Betriebsbremsenluftventils 84, damit die Betriebsbremse gelöst werden kann. Die Feststellbremsenbaugruppe 58 bleibt jedoch angelegt.
Wenn ein Fahrzeugnutzer die Feststellbremse lösen möchte, wird das Steuergerät 80 in Reaktion auf einen Eingang von dem Sensor 82 zunächst das Anlegen der Betriebsbremse signalisieren, bevor es die Umkehr des Motors 60 signalisiert. Durch das anfängliche Anlegen der Betriebsbremse wird wieder der Betrag der Kraft minimiert, die der Motor liefern muss, um die Reibungskräfte zwischen den Flächen 62 und 64 zu überwinden, so dass wieder ein kleinerer, kostengünstigerer und schwächerer Motor verwendet werden kann. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass bei anderen Ausführungsformen ein stärkerer Motor vorgesehen sein kann, wodurch es überflüssig wird, die Betriebsbremse anzulegen, bevor die Feststellbremse angelegt oder gelöst ist.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung eine kompakte, zuverlässige und kostengünstige Art der Bereitstellung einer Fahrzeugfeststellbremse bietet, die höchst zuverlässig und auch sicher ist. Ferner versteht es sich, dass hierin verwendete Begriffe wie "innerer" und "äußerer" der besseren Erläuterung dienen und nicht als einschränkend ausgelegt werden sollten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können zahlreiche Änderungen vorgenommen werden. Zum Beispiel können ähnliche Prinzipien auf verschiedene Arten druckluftbetätigter oder elektrisch betätigter Scheibenbremsen angewandt werden, wie zum Beispiel Kugel und Rampe (mit einer auf der Drehachse zentrierten Spirale). Bremsen mit verschieblicher Bremsscheibe und alternative Mittel zum Bewegen der Klinke können ebenfalls verwendet werden, wie zum Beispiel eine Zahnstangenanordnung. Zum Antrieb der Klinke können alternative Mittel verwendet werden, wie zum Beispiel ein Druckluftmotor bzw. pneumatischer Motor oder ein Hydraulikmotor.

Claims

Feststellbremsenbaugruppe (58) für eine druckluftbetätigte Scheibenbremse (8) mit einer Betätigungswelle (14) zum Verstärken einer durch einen Druckluftaktuator (15) gelieferten Kraft und zum Übertragen der Kraft auf Bremsklötze (25), wobei die Betätigungswelle zwischen einer Ruhestellung, in der keine Bremskraft aufgebracht wird, und einer Betätigungsstellung, in der eine Bremskraft aufgebracht wird, um eine Achse drehbar ist, wobei an der Betätigungswelle ein Gebilde (62) vorgesehen ist, an dem wahlweise durch eine komplementäre Klinke (52) der Baugruppe angegriffen werden kann, um die Betätigungswelle in einer Betätigungsstellung festzuhalten und dadurch die Feststellbremse anzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde schraubenförmig und auf der Achse der Betätigungswelle zentriert ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Gebilde eine Anschlagfläche (62) der Betätigungswelle umfasst.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gebilde abgestuft ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klinke zwischen einer eingerückten und einer ausgerückten Stellung linear bewegbar ist.
Baugruppe nach Anspruch 4, wobei die lineare Bewegung durch eine Leitspindelanordnung (56) bereitgestellt wird.
Baugruppe nach Anspruch 5, wobei die Leitspindel so ausgeführt ist, dass sie durch den Kontakt zwischen der Klinke und dem Gebilde nicht rückwärts bewegbar ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Elektromotor (60) zum Antrieb der Klinke umfasst.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner einen Druckluftmotor zum Antrieb der Klinke umfasst.
Feststellbremsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klinke auf einem Gehäuse (16) der Bremse verschieblich gelagert ist.
Feststellbremsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gebilde auf der Betätigungswelle zwischen der ersten und der zweiten Lagerfläche (42) der Betätigungswelle vorgesehen ist.
Verfahren zum Anlegen einer Festellbremsenbaugruppe einer druckluftbetätigten Scheibenbremse mit einer Betatigungswelle, die um eine Achse von einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung drehbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: i) zunächst wird die Betriebsbremse anlegt, um die Betätigungswelle in die Betätigungsstellung zu bewegen; und ii) eine Klinke wird mechanisch mit einem komplementären schraubenförmigen Gebilde in Eingriff gebracht, das auf der Achse der Betätigungswelle der Bremse zentriert ist, um die Betätigungswelle in der Betätigungsstellung festzuhalten, um die Feststellbremse anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das schraubenförmige Gebilde eine Anschlagfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei sich das Gebilde zwischen der ersten und der zweiten Lagerfläche der Betätigungswelle befindet.