DE60224909T2

DE60224909T2 - Antriebseinheit zur Betätigung einer Parkbremse in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE60224909T2
Application number: DE60224909T
Authority: DE
Inventors: Cornelius Peter
Original assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Current assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: CN1415508A; DE20117795U1; JP3898113B2; EP1308361B1; JP2003184920A; US20030089576A1; DE1308361T1; CN1221423C; DE60224909D1; EP1308361A1; US6837357B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit zur Betätigung einer Parkbremse in einem Fahrzeug, mit einem mit der Bremsanlage gekoppelten Betätigungsglied. Die Antriebseinheit hat einen elektrischen Antriebsmotor und ein drehbares Kraftübertragungselement, an dem das Betätigungsglied angeschlossen ist. Ein Untersetzungsgetriebe ist zwischen dem Antriebsmotor und dem drehbaren Kraftübertragungselement angeordnet.
Eine derartige Antriebseinheit ist aus der DE 198 00 679 A1 bekannt.
Eine solche Antriebseinheit ersetzt in Fahrzeugen der gehobenen Komfort-Klasse die Hand- oder Fußbetätigungseinrichtung für die Parkbremse. Mit ihr kann die Parkbremse durch manuelle Betätigung eines elektrischen Schalters oder auch automatisch, z. B. über ein Tachometersignal oder einen Neigungssensor, aktiviert oder deaktiviert werden.
Durch die Erfindung wird eine kompakte Antriebseinheit zur Betätigung von Parkbremsen geschaffen, die besonders geräuscharm mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und den Betätigungsvorgang in kürzester Zeit ausführt. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit hat ein Untersetzungsgetriebe, das durch einen zweistufigen Riementrieb gebildet ist, in Kombination mit einem Antriebsmotor, der durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor gebildet ist. Der zweistufige Riementrieb besteht vorzugsweise aus zwei wirkungsmäßig in Reihe angeordneten Zahnriementrieben; der Gleichstrommotor hat vorzugsweise einen Außenläufer mit Seltenerd-Magnetring. Der hohe Wirkungsgrad des zweistufigen Riementriebs eröffnet die Möglichkeit, die Betätigungskraft ohne gesonderten Kraftsensor über den Motorstrom zu erfassen und zu regulieren. In Kombination mit dem hohen Drehmoment des verwendeten Gleichstrommotors werden sehr kurze Betätigungszeiten von weniger als 0,5 Sek. erreicht. Diese Betätigungszeit ist ausreichend kurz, um eine ABS-Funktion der Parkbremse für Notsituationen zu realisieren.
Da der zweistufige Riementrieb reversibel ist, d. h. eine Rückdrehung zulässt, ist eine Rastvorrichtung vorzusehen, die den Aktivierungszustand der Parkbremse bei abgeschaltetem Antriebsmotor aufrecht erhält. Bei einer ersten Aus führungsform ist diese Rastvorrichtung dadurch gebildet, dass die erste Stufe des Riementriebs eine Riemenscheibe mit wenigstens einer Rastausnehmung an ihrem Umfang aufweist, mit der eine federbelastete Rastklinke zusammenwirkt, die bei Drehung der Riemenscheibe entgegen der Antriebsrichtung in der Rastausnehmung einrastet. Die Rastklinke ist durch eine mit der Riemenscheibe begrenzt verdrehbar gekoppelte Kurvenscheibe aus der Rastausnehmung lösbar. Da die Rastvorrichtung an der ersten Stufe des Riementriebs angeordnet ist, genügen wenige, z. B. zwei oder drei, über den Umfang der Riemenscheibe verteilte Rastpositionen zur Aufteilung eines Gesamtbremsbetätigungshubes in entsprechend beabstandete Teilhübe.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus den beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Perspektivansicht der wichtigsten Funktionsteile der Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Schnittansicht der Antriebseinheit;
3 eine perspektivische Teilansicht der Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
4 eine Schnittansicht der in 3 gezeigten Ausführungsform.
Die in 1 gezeigten Funktionsteile einer Antriebseinheit für Parkbremsen in Fahrzeugen umfassen einen bürstenlosen Gleichstrommotor 10 mit Außenläufer, ein als zweistufiger Riementrieb ausgebildetes Untersetzungsgetriebe, dessen erste Stufe aus einem an den Außenläufer des Gleichstrommotors angeschlossenen Ritzel 12, einer Riemenscheibe 14 und einem Zahnriemen 16 besteht und dessen zweite Stufe durch eine an der Riemenscheibe 14 angeschlossene Ritzelwelle 18, eine Trommel 20 und zwei parallele Zahnriemen 22, 24 gebildet ist, und eine Rastvorrichtung 26, die an der Riemenscheibe 14 angeordnet ist. Die Trommel hat an ihren axialen Enden und im axialen Abstand voneinander zwei in die Mantelfläche eingeformte Verzahnungsringe 28, auf denen die Zahnriemen 22, 24 laufen. Durch eine gemeinsame einstellbare Spannrolle 30 werden die Zahnriemen 22, 24 um die Trommel 20 und die Ritzelwelle 18 gespannt. Die Achsen des Gleichstrommotors 10, der Riemen scheibe 14 und der mit ihr koaxialen Ritzelwelle 18 sowie der Trommel sind parallel; sie können auch in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Das durch den zweistufigen Riementrieb gebildete Untersetzungsgetriebe hat einen Wirkungsgrad von über 80%. Der bürstenlose Gleichstrommotor 10, dessen als Außenläufer ausgebildeter Rotor mit einem Neodym-Magnetring ausgestattet ist, entwickelt ein hohes Anlaufmoment von z. B. bis zu 2 Nm. Diese Kombination befähigt die Antriebseinheit zu äußerst kurzen Betätigungszeiten im Bereich von weniger als einer halben Sekunde.
Die Rastvorrichtung 26 besteht aus zwei am Umfang der Riemenscheibe 14 einander diametral gegenüberliegend angeordneten Rastklinken 32, von denen in 1 eine gezeigt ist, und entsprechenden, am Außenumfang der Riemenscheibe 14 ausgesparten Rastausnehmungen. Die Rastklinken 32 sind durch geeignete Federn in die Eingriffsposition vorbelastet. Mit der Riemenscheibe 14 ist eine Kurvenscheibe 34 begrenzt verdrehbar gekoppelt. Die Kurvenscheibe 34 hat an ihrem Außenumfang Steuerkurven, auf denen die Klinkenspitzen der Rastklinken 32 gleiten, die gleichzeitig über den mit den Rastausnehmungen versehenen Außenumfang der Riemenscheibe 14 gleiten.
Die Trommel 20 weist in ihrer Mantelfläche zwischen den Verzahnungsringen 28 eine Seilrille 36 auf (siehe 2). Die Seilrille 36 hat eine auf die Achse X-X der Trommel bezogene, über den Umfang variable Tiefe. In der Seilrille 36 ist auf dem größten Radius R1 bezüglich der Achse X-X mittels eines die Trommel 20 axial durchquerenden Bolzens 38 ein Zugseil 40 angeschlossen. Das Zugseil 40 bildet das Betätigungselement der Parkbremse des Fahrzeugs. Die Seitenansicht in 2 zeigt das Zugseil 40 diametral dem Radius R1 gegenüberliegend auf einem kleineren Radius R2 der Seilrille 36.
Der Stator 42 des Gleichstrommotors 10 ist auf einer Leiterplatte 44 aufgebaut, die auch die Elektronikbauteile der Ansteuerschaltung des Gleichstrommotors trägt. Die Leiterplatte 44 ist auf einer Lagerplatte 46 abgestützt, an der die Lager des Gleichstrommotors 10, der Ritzelwelle 18 und der Trommel 20 angeordnet sind. Die beschriebenen Funktionsteile der Antriebseinheit sind in einem Gehäuse 48 aufgenommen, das eine Austrittsöffnung 50 für das Zugseil 40 aufweist und einen Stecksockel 52 für einen Anschlussstecker trägt.
Zur Aktivierung der Parkbremse wird der Gleichstrommotor 10 durch manuelle Betätigung eines dafür vorgesehenen Schalters im Fahrzeug oder durch eine automatisierte Funktion in Betrieb gesetzt, wodurch die Trommel 20 über den zweistufigen Riementrieb in Antriebsrichtung gedreht wird. Durch den größeren Radius R1 der Seilrille wird zu Anfang ein relativ großer Betätigungsweg bei reduzierter Betätigungskraft durchfahren; gegen Ende des Betätigungsweges ist der kleinere Radius < R2 der Seilrille wirksam, so dass die Betätigungskraft entsprechend größer und der Betätigungsweg kleiner ist. Die Rastausnehmungen am Umfang der Zahnriemenscheibe sind so gestaltet, dass sie mit den Rastklinken 32 eine die Drehung nur in Antriebsrichtung zulassende Rücklaufsperre bilden. Die Erfassung des von dem Gleichstrommotor 10 aufgenommenen Stroms liefert ein Kriterium für die über das Untersetzungsgetriebe auf das Zugseil 40 ausgeübte Betätigungskraft. Wenn die erforderliche Betätigungskraft von z. B. 1000 N bis 2500 N nach weniger als 0,5 Sek. erreicht ist, wird der Gleichstrommotor 10 abgeschaltet. Durch die nun im Zugseil 40 vorhandene Zugspannung werden die Trommel 20 und mit ihr über die Zahnriemen 22, 24 und die Ritzelwelle 18 auch die Riemenscheibe 14 entgegen der Antriebsrichtung in Drehung versetzt, bis die Rastklinken 32 in der nächsten Rastausnehmung der Riemenscheibe 14 einrasten. In diesem Zustand bleibt die Parkbremse aktiviert, bis sie durch kurzes Betreiben des Gleichstrommotors 10 entgegen der normalen Antriebsrichtung gelöst wird.
Zum Lösen der Parkbremse wird der Gleichstrommotor 10 kurzzeitig entgegen der normalen Antriebsrichtung aktiviert. Durch die Steuerkurve am Umfang der Kurvenscheibe 34 werden die Rastklinken 32 aus den entsprechenden Rastausnehmungen der Riemenscheibe 14 gehoben, so dass diese nun frei drehbar ist. Durch die anhaltende Zugspannung im Zugseil 40 wird nun die Trommel 20 in ihre Ausgangsposition, die der unbetätigten Parkbremse entspricht, zurückgedreht. Dabei wird der Gleichstrommotor 10 über den zweistufigen Riementrieb mitgeschleppt, wodurch die Rückführung der Parkbremse in den deaktivierten Zustand geräuschmindernd bedampft wird.
Die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform der Antriebseinheit gleicht insgesamt derjenigen aus den 1 und 2 dahingehend, dass sie ebenfalls einen bürstenlosen Gleichstrommotor 10 und einen zweistufigen Riementrieb mit einem Ritzel 12, einer Riemenscheibe 14, einem Zahnriemen 16, einer Ritzel welle 18 und einer Trommel 120 aufweist, wobei letztere für einen einzelnen Zahnriemen 122 mit erhöhter Breite ausgeführt ist. Die Trommel 120 ist auf einer Welle 124 gelagert, auf der koaxial zu der und axial angrenzend an die Trommel 120 auch eine Riemenscheibe 126 gelagert ist. Die Trommel 120 und die Riemenscheibe 126 sind drehfest miteinander verbunden, eine begrenzte Relativdrehung zwischen ihnen ist jedoch möglich. Ebenso wie die Trommel 20 in der vorhergehenden Ausführungsform hat die Riemenscheibe 126 eine Seilrille 136 mit variablem Radius zum Anschluss eines Bremsseils 140 in einer Umfangsposition mit größtem Radius.
Die Riemenscheibe 126 hat einen Außenumfang mit einer Rastverzahnung 142. Eine federbelastete Rastklinke 144 ist in einem Rahmen schwenkbar so gelagert, dass sie mit der Rastverzahnung 142 zusammenwirkt. Angrenzend an die Rastverzahnung 142 hat die Trommel 120 am Umfang eine Kurvenstruktur 146, und die Rastklinke 144 erstreckt sich in axialer Richtung sowohl über die Rastverzahnung 142 als auch über die Kurvenstruktur 146. Die Geometrie der Rastverzahnung 142 ist von der Art, dass sich die Trommel 120 drehen kann, um das Bremsseil 140 aufzuwickeln, wenn sich der Motor 10 in einer normalen Antriebsrichtung dreht, die Drehung der Trommel 120 in einer Gegenrichtung jedoch blockiert wird, wodurch die Parkbremse in einem aktivierten Zustand gehalten wird. Zum Lösen der Parkbremse wird der Motor 10 kurzzeitig in einer der normalen Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung aktiviert, damit die Trommel 120 bezüglich der blockierten Riemenscheibe 126 geringfügig verdreht wird. Die Kurvenstruktur 146 am Umfang beaufschlagt nun die Rastklinke 144 außer Eingriff mit der Rastverzahnung 142, um die Riemenscheibe 126 aus dem Blockierzustand zu lösen. Die Parkbremse kann nun in einen gelösten Zustand zurückkehren.

Claims

Antriebseinheit zur Betätigung einer Parkbremse in einem Fahrzeug, mit einem mit einer Fahrzeugbremsanlage gekoppelten Betätigungsglied (40; 140), einem elektrischen Antriebsmotor (10), einem drehbaren Kraftübertragungselement (20; 120), an dem das Betätigungsglied (40; 140) angeschlossen ist, und einem Untersetzungsgetriebe, das wirkungsmäßig zwischen dem Antriebsmotor (10) und dem drehbaren Kraftübertragungselement (20; 120) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe durch einen zweistufigen Riementrieb und der Antriebsmotor durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor (10) gebildet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweite Stufe (18, 20, 22, 24, 28) des Riementriebs aus einem Zahnriementrieb besteht.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stufe (12, 14, 16; 18, 20, 22, 24, 28) des Riementriebs aus einem Zahnriementrieb besteht.
Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (10) einen Außenläufer mit einem Seltenerd-Magnetring aufweist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (10) einen Stator (42) aufweist, der mit elektronischen Steuerkomponenten auf einer Leiterplatte (44) aufgebaut ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Riementrieb (18, 20, 22, 24, 28) zwei parallel angeordnete Zahnriemen (22, 24) aufweist.
Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Kraftübertragungselement durch eine Trommel (20) gebildet ist, an deren Mantelfläche zwei axial beabstandete Verzahnungsringe (28) eingeformt sind.
Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Kraftübertragungselement aus einer zylindrischen Trommel (20; 120) besteht, in deren Umfang eine Seilrille (36; 136) eingebracht ist, deren auf die Achse der Trommel bezogener Radius variabel ist, und das Betätigungsglied ein Zugseil (40; 140) ist, das in der Seilrille (36; 136) angeschlossen ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugseil (40; 140) am Umfangswinkel der Seilrille (36; 136) mit dem größten Radius (R1) angeschlossen ist.
Antriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe (12, 14, 16) des Riementriebs eine in einem Rahmen drehbar gelagerte Riemenscheibe (14) mit wenigstens einer Rastausnehmung an ihrem Umfang sowie eine verschwenkbar in dem Rahmen gelagerte, federbelastete Rastklinke (32) aufweist, die bei Drehung des Riementriebs entgegen einer Antriebsrichtung in eine in die Ausnehmung eingerastete Raststellung vorbelastet wird.
Antriebseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastklinke (32) durch eine mit der Riemenscheibe (14) begrenzt verdrehbar gekoppelte Kurvenscheibe (34) aus der Rastausnehmung lösbar ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Kraftübertragungselement eine Trommel (120) mit einer gezahnten Mantelfläche ist, eine Riemenscheibe (126) koaxial mit der Trommel (120) drehfest gekoppelt ist, wobei die Riemenscheibe (126) am Umfang eine Seilrille (136) mit einem bezüglich der Achse der Riemenscheibe (126) variablen Radius hat, und ein Zugseil (140) an einem Ende in der Seilrille (136) und am anderen Ende an die Bremsanlage angeschlossen ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugseil (140) in der Seilrille (136) an einem Umfangswinkel mit dem größten Radius angeschlossen ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (126) am Umfang mit einer Rastverzahnung (142) versehen ist, die mit einer in einem auch die Riemenscheibe (126) und die Trommel (120) lagernden festen Rahmen schwenkbar gelagerten Rastklinke (144) zusammenwirkt, wobei die Rastklinke (144) in eine in die Rastverzahnung (142) eingerastete Stellung federbelastet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (120) angrenzend an die Rastverzahnung (142) der Riemenscheibe (126) am Umfang eine Kurvenstruktur (146) aufweist, wobei die Rastklinke (144) sich in axialer Richtung sowohl über die Rastverzahnung (142) als auch über die Kurvenstruktur (146) erstreckt und wobei Trommel (120) und Riemenscheibe (126) begrenzt verdrehbar verbunden sind, so dass die Rastklinke (144) bei Drehung der Trommel (120) in eine einer normalen Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung durch die Kurvenstruktur (146) in eine gelöste Stellung zwangsgeführt wird.