EP1585908A1 - Feststellbremseinrichtung und mit feststellbremseinrichtung ausgeführte fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Feststellbremseinrichtung und mit feststellbremseinrichtung ausgeführte fahrzeugbremsanlage

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Publication number
EP1585908A1
EP1585908A1 EP04704236A EP04704236A EP1585908A1 EP 1585908 A1 EP1585908 A1 EP 1585908A1 EP 04704236 A EP04704236 A EP 04704236A EP 04704236 A EP04704236 A EP 04704236A EP 1585908 A1 EP1585908 A1 EP 1585908A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
parking brake
brake device
spring
brake
spring element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04704236A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Leiter
Ralf Erben
Gregor Poertzgen
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ZF Active Safety GmbH
Original Assignee
Lucas Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Lucas Automotive GmbH filed Critical Lucas Automotive GmbH
Publication of EP1585908A1 publication Critical patent/EP1585908A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T11/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator without power assistance or drive or where such assistance or drive is irrelevant
    • B60T11/04—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator without power assistance or drive or where such assistance or drive is irrelevant transmitting mechanically
    • B60T11/046—Using cables
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/02—Fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/14—Mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2123/00—Multiple operation forces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2125/00—Components of actuators
    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/58—Mechanical mechanisms transmitting linear movement
    • F16D2125/582—Flexible element, e.g. spring, other than the main force generating element

Definitions

  • the present invention relates to a parking brake device with a spring element and an actuating element acting on the spring element, the parking brake device being displaceable between an inoperative release position and a braking-effective locking position by applying an actuating force to the actuating member.
  • Parking brake devices of this type are known from the prior art. They are provided in a vehicle brake system in order to provide a parking brake effect in addition to providing a braking effect of the brake system triggered by actuation of the brake pedal when the vehicle is in operation, for example initiated by actuating a hand brake lever.
  • Such a parking brake device is known for example from DE 197 11 382 C2.
  • the parking brake device is provided on a brake caliper of a vehicle brake system. It comprises an actuator which can be driven rotatably by means of an electric motor and a worm gear.
  • the actuator is drivingly coupled to a threaded sleeve, which can interact via a spring element with a brake piston of the vehicle brake system to achieve a parking brake effect.
  • the threaded sleeve By rotating the actuating member, the threaded sleeve can be moved back and forth between the release position and the locking position. In the release position there is no interaction between the threaded sleeve and the brake piston.
  • the threaded sleeve moves towards the spring element, comes into contact with it and presses it onto the brake piston of the vehicle brake system, which then presses a brake lining onto a brake disc in order to achieve a parking brake effect.
  • the spring element is compressed. If the brake pads and brake disc shrink due to cooling, the spring element can then expand again and, despite the shrinkage of the brake pads and brake disc, provide a sufficiently good parking brake effect.
  • the parking brake device has the disadvantage that a relatively long feed path of the threaded sleeve is required in order to to achieve a transition from the release position to the locking position. This is due to the fact that no interaction between the threaded sleeve and the brake piston is desired in the release position and the threaded sleeve must therefore be moved correspondingly far away from the spring element.
  • Another reason for the long feed path is that the threaded sleeve acts on the completely relaxed spring element during the transition from the release position into the locking position and has to compress it over a relatively large distance in order to exert a sufficiently large force on the brake piston to achieve the desired parking brake effect even after the brake pads and brake disc have shrunk due to cooling.
  • the actuating force to be applied increases permanently, so that the electric motor has to be dimensioned powerfully in order to be able to guarantee a sufficiently long feed path.
  • a parking brake device with a spring element and an actuating element acting on the spring element, the parking brake device being displaceable between a release position which has no braking action and a locking position which is effective when braking, by applying an actuating force to the actuating member, the spring element also in the position shown in FIG.
  • Release position is biased and the spring element noticeably yields on transition from the release position to the locking position only when an actuation force threshold value determined by the preload has been reached.
  • the invention provides that the spring element is already under tension in the release position. If the actuating element then acts on the prestressed spring element during the transition from the release position into the actuating position, this initially behaves similarly to a rigid element, ie there is no or only slight yielding. The infeed movement is thus transmitted directly to the brake piston and from there to the brake pads. Only when the actuation force threshold value predetermined, for example, by the degree of the preload is reached, does the spring element yield and is subsequently compressed. That’s what happens to a kink in the force-displacement characteristic of the entire arrangement. The actuating force required for a further infeed movement no longer increases to the same extent as previously in the case of rigid or approximately rigid behavior of the spring element.
  • the actuating force threshold value is expediently chosen such that immediately before it is reached a force that is sufficient for a desired parking brake effect is exerted on the brake piston and by this on the brake lining. If the actuating force threshold value is then reached, essentially only the spring element is compressed, which, however, is due to the force-displacement characteristic of the spring element with less effort per infeed path than immediately before the actuating force threshold value is reached. This compression of the spring element can then later e.g. in the event of cooling-related shrinkage of various components of the vehicle brake system, such as brake pads and brake disc, can be used to compensate for the shrinkage by the spring element expanding again.
  • the invention makes it possible to use an electric motor which is less powerful and therefore less expensive than, for example, the prior art described at the outset.
  • the spring element is enclosed in a spring chamber under prestress, a pressure plate being arranged in one end of the spring element Spring chamber is displaceable under deformation of the spring element.
  • the actuator presses on the pressure plate.
  • the spring chamber is formed in a hollow cylinder.
  • the hollow cylinder can be open on one side, the spring element and the pressure plate then being able to be introduced through the opening.
  • the movement of the pressure plate and / or the Actuator is limited on one side within the spring chamber. Such a limitation can be realized according to the invention by means of a locking ring fixed in the hollow cylinder.
  • the spring element can be designed according to the invention as a compression spring or as a tension spring.
  • the spring element can be formed by a spiral spring or alternatively can comprise an elastomer body. Equally, however, it is also conceivable to use a plate spring package or a spring arrangement made up of several spring components, such as springs connected in parallel or in series.
  • the pressure plate interacts with the actuator. This presupposes that the pressure plate and the actuator are formed separately from one another.
  • the pressure plate and the actuating member are integrally formed.
  • the pressure plate can be formed as an end flange on the actuating element which is arranged in the spring chamber.
  • the parking brake device according to the invention can be provided directly on a brake caliper of a hydraulic vehicle brake system.
  • the hollow cylinder is formed by a brake piston of the vehicle brake system or a spring bushing received in the brake piston.
  • the actuating force is transmitted directly to the brake piston of the brake system and from there via the brake lining to the brake disc of a wheel to be locked.
  • the actuating element may comprise a cable pull engaging the pressure plate and for another cable pull to be provided on the hollow cylinder.
  • One of the cables is then connected to the actuating member of the parking brake device, for example the hand brake lever.
  • the other cable interacts with the brake piston of the brake system.
  • the invention further relates to a vehicle brake system, in particular a hydraulic vehicle brake system, with a brake provided on a brake caliper. piston, which is displaceably guided in a pressure chamber for displacement of a brake lining in the direction of a brake disc, the vehicle brake system being designed with a parking brake device of the type described above.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a first exemplary embodiment of the area near the brake caliper of a vehicle brake system according to the invention
  • FIG. 2 shows a view corresponding to FIG. 1 of a second exemplary embodiment according to the invention
  • FIG. 3 shows a sectional view of part of a vehicle brake system according to the invention, which is designed with a cable pull, and
  • Fig. 4 shows a force-displacement characteristic of the parking brake device according to the invention.
  • 1 shows a partial sectional view of the area near the brake caliper of a vehicle brake system according to the invention with a locking device in its release position.
  • 1 shows a housing 10 with an opening 12 and an opening 14.
  • a brake disk 16 which is only partially shown, projects into the opening 12 and is coupled to a wheel of the vehicle to be braked or locked.
  • a brake lining 20 and 22 is arranged on the left and right of a radial end region 18 of the brake disk 16.
  • the brake pad 20 is attached to the inside 26 of the housing 10 via a stabilizing back plate 24.
  • the brake pad 22 is attached via a further stabilizing back plate 28 to the end face 30 of a brake piston 32 which is displaceably guided in the housing 10 along an axis A.
  • the housing 10 is floating relative to the brake disc 16. This makes it possible for the housing 10 to move to the right in FIG. 1 when the brake pad 22 moves against the brake disc 16 and when the brake pad 22 engages the brake disc 16, so that the brake pad 20 also comes into contact with the brake disc 16 arrives. This causes the Brake disc 16 is clamped between the brake pads 20 and 22 to act as a brake.
  • the brake piston 32 is hollow-cylindrical and is open on one side. It has a circumferential groove 34 on its outer circumferential surface, into which a sealing ring 36 is inserted.
  • the sealing ring 36 lies against an inner circumferential surface 38 of the housing 10 in a fluid-tight manner.
  • the brake piston 32 is thus guided in a fluid-tight manner in the housing 10 and encloses a hydraulic fluid pressure chamber 40 with the latter.
  • the brake pads 20 and 22 can press on the brake disc 18 and brake it, as described above. By subsequently draining hydraulic fluid out of the hydraulic fluid pressure chamber 40, this braking effect can be canceled again.
  • the hollow-cylindrical brake piston 32 has a compression spring 42. This abuts the end face 30 of the brake piston 32 at one end. With its other end, the compression spring 42 bears against a pressure plate 44 which, together with the brake piston 32, delimits a spring chamber 45. The pressure plate 44 is received in the axial direction in the interior of the brake piston 32. The displacement movement along the axis A is, however, limited by a locking ring 46, which is attached in a circumferential groove 48 in an inner circumferential surface 50 of the brake piston 32.
  • An actuating element 52 projects into the hydraulic fluid pressure chamber 40 in the axial direction and can be moved into the interior of the brake piston 32 via a not shown actuating element.
  • the actuating member 52 is dimensioned such that it can be passed through the locking ring 46 and can engage with its end face 54 on the pressure plate 44.
  • the compression spring 42 is held in a partially compressed state via the pressure plate 44 and the locking ring 46, which differs significantly from a completely relaxed state of the spring.
  • the parking brake device is activated, for example for parking the vehicle, by actuating the parking actuating element (not shown), the actuating member 52 is displaced in the axial direction onto the pressure plate 44 by applying an actuating force F generated, for example, by an electric motor.
  • the point at which the infeed movement begins is designated by Pi.
  • the brake piston 32 moves in the housing 10 and brings the brake pads 20 and 22 into contact with the brake disc 18.
  • Actuating force F is not large enough to further compress the compression spring 42.
  • the compression spring 42 behaves rather like a rigid element in this operating phase.
  • a permanent increase in the actuating force F is required. 4 increases until it reaches point P 2 .
  • the actuating force reaches the threshold value F s , at which the compression spring 42 no longer behaves essentially rigidly, but can be compressed further beyond its prestressed state.
  • the amount of the actuating force threshold value F s is selected such that when it is reached, the brake pads 20, 22 press so hard on the brake disc 18 that a reliable parking brake effect is ensured. If the actuating force F is then increased further, essentially only the compression spring 42 is compressed, ie the force-displacement characteristic curve according to FIG. 4 is essentially determined by the behavior of the compression spring 42.
  • the actuation force threshold value F s lies in Range between 10 and 15 kN, preferably at 13 kN.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention. To avoid repetition and in favor of a simple description, only the differences from the embodiment according to FIG. 1 will be described. The same reference numerals are used for this as in the description of FIG. 1, but preceded by the number “.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 essentially in that the spring chamber is not formed directly in the interior of the brake piston 132. Rather, a spring bushing 156 is inserted into the interior of the brake piston 132 and bears against the end face 130 thereof.
  • the spring bushing 156 is hollow and is open on one side.
  • the actuator 152 is inserted into its opening 158.
  • the actuator 152 has at its left end in FIG. 2 a flange 160 which acts like the pressure plate 44 from FIG. 1 and is in contact with the pressure spring 142.
  • the spring bushing 156 has a collar 162 at its opening 158, which limits the movement of the actuating member 152.
  • the embodiment according to FIG. 2 functions as explained above with reference to the embodiment according to FIG. 1 and with reference to FIG. 4. This means that the compression spring 142 initially behaves like a rigid element and only yields when an actuating force threshold value F s is reached .
  • the embodiment according to FIG. 2 has the advantage of a simplified structural design compared to that according to FIG. 1, in particular because of the integral design of the actuator 152 and flange 160 acting as a pressure plate. It is thus possible to prefabricate the spring bushing 156 and the actuator 152 to form an assembly and to insert them into the interior of the brake piston 132 during assembly without having to take any further measures, such as, for example, attaching a locking ring.
  • 3 shows part of a further embodiment of a parking brake device according to the invention. This embodiment is used in the case of a parking brake device which can be operated with a cable pull. For the description of this embodiment, the reference numerals used above are again used, but preceded by the number “2”.
  • a spring assembly 266 is provided, which is arranged between two cables 268 and 270.
  • the cable 268 is fastened at one end to a spring bushing 256 and coupled at its end (not shown in FIG. 3) to the actuating member of the parking brake device.
  • the cable pull 270 is fastened at one end to the pressure plate 244 and coupled at its end (not shown in FIG. 3) to the brake piston of the vehicle brake system.
  • the spring bushing similar to that shown in FIG. 2, comprises a compression spring 242, which is prestressed via a pressure plate 246 and a locking ring 246.
  • the compression spring 242 When the actuating member of the parking brake device is actuated, the compression spring 242 initially acts like a rigid element due to its pretension and transmits the actuating force F introduced via the cable 268 to the cable 270 without deformation. However, as soon as the actuating force reaches and exceeds the actuating force threshold F s , the compression spring 242 yields and is compressed without the cable 270 being moved accordingly. The compression spring 242 thus stores part of the actuating force F, so that it can later be released for a further infeed movement when required, for example due to a shrinkage of brake pads and brake disc, with the compression being reduced.
  • the invention shows a possibility of how a parking brake device can be realized with structurally simple means, which can be operated with a relatively low actuating force and yet ensures a reliable parking braking effect. This applies in particular if the brake pads and brake disc of the vehicle brake system contract when the vehicle is parked after a journey due to cooling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feststellbremseinrichtung mit einem Federelement (42) und einem auf das Federelement (42) einwirkenden Betätigungsglied (52), wobei die Feststellbremseinrichtung durch Anlegen einer Betätigungskraft (F) auf das Betätigungsglied (52) zwischen einer bremswirkungslosen Freigabestellung und einer bremswirksamen Feststellstellung verlagerbar ist. Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement (42) in der Freigabestellung vorgespannt ist und dass das Federelement (42) bei Übergang von der Freigabestellung in die Feststellstellung erst bei Erreichen eines durch die Vorspannung bestimmten Betätigungskraft-Schwellenwertes nachgibt.

Description

Feststellbremseinrichtung und mit Feststellbremseinrichtung ausgeführte Fahrzeugbremsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feststellbremseinrichtung mit einem Federelement und einem auf das Federelement einwirkenden Betätigungsglied, wobei die Feststellbremseinrichtung durch Anlegen einer Betätigungskraft auf das Betätigungsglied zwischen einer bremswirkungslosen Freigabestellung und einer bremswirksamen Feststellstellung verlagerbar ist.
Feststellbremseinrichtungen dieser Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie sind in einer Fahrzeugbremsanlage vorgesehen, um neben der Bereitstellung einer durch Betätigung des Bremspedals ausgelösten Bremswirkung der Bremsanlage bei Betrieb des Fahrzeugs auch eine Feststellbremswirkung bereitzustellen, beispielswei- se initiiert durch Betätigung eines Handbremshebels.
Eine derartige Feststellbremseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 197 11 382 C2 bekannt. Die Feststellbremseinrichtung ist an einem Bremssattel einer Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. Sie umfasst ein mittels eines Elektromotors und eines Schneckengetriebes drehbar antreibbares Betätigungsglied. Das Betätigungsglied ist mit einer Gewindehülse antriebsmäßig gekoppelt, welche über ein Federelement mit einem Bremskolben der Fahrzeugbremsanlage zur Erzielung einer Feststellbremswirkung in Wechselwirkung treten kann. Durch eine Drehung des Betätigungsglieds kann die Gewindehülse zwischen der Freigabestellung und der Feststellstellung hin und her bewegt werden. In der Freigabestellung liegt keine Wechselwirkung zwischen der Gewindehülse und dem Bremskolben vor. Bei Übergang von der Freigabestellung in die Betätigungsstellung bewegt sich die Gewindehülse auf das Federelement zu, tritt mit diesem in Kontakt und drückt dieses auf den Bremskolben der Fahrzeugbremsanlage, welcher dann zur Erzielung einer Feststellbremswirkung einen Bremsbelag auf eine Bremsscheibe drückt. Dabei wird das Federelement komprimiert. Bei einer abkühlungsbedingten Schrumpfung von Bremsbelägen und Bremsscheibe kann dann das Federelement wieder expandieren und trotz Schrumpfung von Bremsbelägen und Bremsscheibe für eine hinreichend gute Feststellbremswirkung sorgen.
Die Feststellbremseinrichtung gemäß der DE 197 11 382 C2 hat jedoch den Nachteil, dass ein verhältnismäßig langer Zustellweg der Gewindehülse erforderlich ist, um einen Übergang von der Freigabestellung in die Feststellstellung zu erreichen. Dies liegt daran, dass in der Freigabestellung keine Wechselwirkung zwischen Gewindehülse und Bremskolben erwünscht ist und somit die Gewindehülse entsprechend weit von dem Federelement wegbewegt werden muss. Ein weiterer Grund für den langen Zustellweg liegt darin, dass die Gewindehülse bei Übergang aus der Freigabestellung in die Feststellstellung an dem vollständig relaxierten Federelement angreift und dieses über eine verhältnismäßig große Strecke komprimieren muss, um eine hinreichend große Kraft auf den Bremskolben zur Erzielung der gewünschten Feststellbremswirkung auch nach abkühlungsbedingter Schrumpfung von Bremsbelä- gen und Bremsscheibe auszuüben. Ferner steigt mit zunehmender Kompression des Federelements entsprechend seiner Kraft-Weg-Kennlinie die aufzubringende Betätigungskraft permanent an, so dass der Elektromotor leistungsstark dimensioniert werden muss, um einen hinreichend großen Zustellweg gewährleisten zu können.
Es ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feststellbremseinrichtung der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, welche bei reduzierter Betätigungskraft und kleinerem Zustellweg insbesondere auch nach abkühlungsbedingter Schrumpfung von Bremsbelägen und Bremsscheibe eine zuverlässige Feststellbremswirkung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Feststellbremseinrichtung mit einem Federelement und einem auf das Federelement einwirkenden Betätigungsglied gelöst, wobei die Feststellbremseinrichtung durch Anlegen einer Betätigungskraft auf das Betätigungsglied zwischen einer bremswirkungslosen Freigabestellung und einer bremswirksa- men Feststellstellung verlagerbar ist, wobei weiter das Federelement in der
Freigabestellung vorgespannt ist und wobei das Federelement bei Übergang von der Freigabestellung in die Feststellstellung erst bei Erreichen eines durch die Vorspannung bestimmten Betätigungskraft-Schwellenwertes merklich nachgibt.
Die Erfindung sieht vor, dass das Federelement bereits in der Freigabestellung unter Vorspannung steht. Greift dann bei Übergang von der Freigabestellung in die Betätigungsstellung das Betätigungsglied an dem vorgespannten Federelement an, so verhält sich dieses zunächst ähnlich einem starrem Element, d.h. es gibt nicht oder nur geringfügig nach. Die Zustellbewegung wird also unmittelbar auf den Bremskolben und von diesem auf die Bremsbeläge übertragen. Erst dann, wenn der z.B. durch den Grad der Vorspannung vorbestimmte Betätigungskraft-Schwellenwert erreicht wird, gibt das Federelement nach und wird in der Folge komprimiert. Dadurch kommt es zu einem Knick in der Kraft-Weg-Kennlinie der gesamten Anordnung. Die für eine weitere Zustellbewegung erforderliche Betätigungskraft steigt nicht mehr in dem Maße an, wie vorher bei starrem oder annähernd starrem Verhalten des Federelements.
Der Betätigungskraft-Schwellenwert ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass unmittelbar vor dessen Erreichen eine für eine gewünschte Feststellbremswirkung hinreichend große Kraft auf den Bremskolben und von diesem auf den Bremsbelag ausgeübt wird. Wird dann der Betätigungskraft-Schwellenwert erreicht, so wird im Wesentlichen nur noch das Federelement komprimiert, was jedoch bedingt durch die Kraft-Weg-Kennlinie des Federelements unter geringerem Kraftaufwand pro Zustellstrecke erfolgt als unmittelbar vor Erreichen des Betätigungskraft-Schwellenwerts. Diese Kompression des Federelements kann dann später z.B. bei einer abkühlungsbedingten Schrumpfung von verschiedenen Komponenten der Fahrzeugbremsanlage, wie Bremsbelägen und Bremsscheibe, für einen Ausgleich der Schrumpfung ausge- nutzt werden, indem das Federelement wieder expandiert.
Wird die Betätigungskraft durch einen Elektromotor aufgebracht, beispielsweise bei einer elektromotorischen Parkbremse, so ist es durch die Erfindung möglich, einen leistungsschwächeren und damit kostengünstigeren Elektromotor zu verwenden, als es beispielsweise bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik der Fall ist.
Um das vorstehend angesprochene Verhalten des Federelements mit einfachen konstruktiven Maßnahmen erreichen zu können, ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Federelement in einer Federkammer unter Vorspannung ein- geschlossen ist, wobei an einem Ende des Federelements eine Druckplatte angeordnet ist, welche in der Federkammer unter Deformation des Federelements verlagerbar ist. Dabei drückt das Betätigungsglied auf die Druckplatte. Diese gibt jedoch unter Kompression des Federelements erst dann deutlich nach, wenn der Betätigungskraft-Schwellenwert erreicht wird, d.h. der Wert der Betätigungskraft, bei welchem sich das Federelement ausgehend von seinem aktuellen Vorspannzustand gerade weiter komprimieren lässt.
In diesem Zusammenhang kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die Federkammer in einem Hohizylinder ausgebildet ist. Der Hohizylinder kann bei dieser Erfindungsvariante einseitig offen sein, wobei dann über die Öffnung das Federelement und die Druckplatte eingeführt werden können. Ferner kann für diese Erfindungsvariante vorgesehen sein, dass die Bewegung der Druckplatte oder/und des Betätigungsgliedes innerhalb der Federkammer einseitig begrenzt ist. Eine derartige Begrenzung kann erfindungsgemäß vermittels eines in dem Hohizylinder festgelegten Sicherungsrings realisiert werden.
Grundsätzlich gibt es bei der Wahl des Federelements eine Vielzahl von Möglichkeiten, welche jeweils unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen bedingen. So kann das Federelement erfindungsgemäß als Druckfeder oder aber auch als Zugfeder ausgebildet sein. Femer kann das Federelement von einer Spiralfeder gebildet sein oder alternativ einen Elastomerkörper umfassen. Gleichermaßen ist jedoch auch der Ein- satz eines Tellerfeder-Pakets oder eine Federanordnung aus mehreren Federkomponenten denkbar, wie beispielsweise parallel oder seriell geschaltete Federn.
Vorstehend wurde erläutert, dass bei Aktivierung der Feststellbremseinrichtung die Druckplatte mit dem Betätigungsglied zusammenwirkt. Dies setzt voraus, dass Druckplatte und Betätigungsglied separat voneinander ausgebildet sind. Zur weiteren Vereinfachung der erfindungsgemäßen Anordnung ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Druckplatte und das Betätigungsglied integral ausgebildet sind. So kann die Druckplatte beispielsweise als endseitiger Flansch an dem Betätigungselement ausgeprägt sein, der in der Federkammer angeordnet ist.
Die Feststellbremseinrichtung gemäß der Erfindung kann in einer Ausführungsform unmittelbar an einem Bremssattel einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage vorgesehen sein. Im Rahmen dieser Ausführungsform ist es erfindungsgemäß weiter möglich, dass der Hohizylinder von einem Bremskolben der Fahrzeugbremsanlage oder einer in dem Bremskolben aufgenommenen Federbuchse gebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine direkte Übertragung der Betätigungskraft auf den Bremskolben der Bremsanlage und von diesem über den Bremsbelag auf die Bremsscheibe eines festzustellenden Rades.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Betätigungsglied einen an der Druckplatte angreifenden Seilzug umfasst und dass an dem Hohizylinder ein weiterer Seilzug vorgesehen ist. Einer der Seilzüge ist dann mit dem Betätigungsorgan der Feststellbremseinrichtung verbunden, beispielsweise dem Handbremshebel. Der andere Seilzug wirkt mit dem Bremskolben der Bremsanlage zusammen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugbremsanlage, insbesondere eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit einem an einem Bremssattel vorgesehenen Brems- kolben, welcher zur Verlagerung eines Bremsbelages in Richtung auf eine Bremsscheibe zu verschiebbar in einer Druckkammer geführt ist, wobei die Fahrzeugbremsanlage mit einer Feststellbremseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgeführt ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des bremssattelnahen Bereichs einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsanlage;
Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Figur 1 eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teils einer mit Seilzug ausgeführten erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsanlage und
Fig. 4 eine Kraft-Weg-Kennlinie der erfindungsgemäßen Feststellbremseinrichtung.
In Fig. 1 ist eine Teilschnittdarstellung des bremssattelnahen Bereichs einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsanlage mit Feststelleinrichtung in ihrer Freigabestellung gezeigt. Im Einzelnen zeigt Fig. 1 ein Gehäuse 10 mit einer Öffnung 12 und einer Öffnung 14. In die Öffnung 12 ragt eine nur teilweise dargestellte Bremsscheibe 16, die mit einem abzubremsenden bzw. festzustellenden Rad des Fahrzeugs ge- koppelt ist. Links und rechts eines radialen Endbereichs 18 der Bremsscheibe 16 ist jeweils ein Bremsbelag 20 und 22 angeordnet. Der Bremsbelag 20 ist über eine stabilisierende Rückenplatte 24 an der Innenseite 26 des Gehäuses 10 angebracht. Der Bremsbelag 22 ist über eine weitere stabilisierende Rückenplatte 28 an der Stirnseite 30 eines in dem Gehäuse 10 entlang einer Achse A verschiebbar geführten Bremskolbens 32 angebracht.
Das Gehäuse 10 ist relativ zu der Bremsscheibe 16 schwimmend gelagert. Dadurch ist es möglich, dass sich bei einer Zustellbewegung des Bremsbelags 22 auf die Bremsscheibe 16 und bei einem reibwirksamen Angreifen des Bremsbelags 22 an der Bremsscheibe 16 das Gehäuse 10 in Figur 1 nach rechts verschiebt, so dass auch der Bremsbelag 20 in Anlage mit der Bremsscheibe 16 gelangt. Dies führt dazu, dass die Bremsscheibe 16 zwischen den Bremsbelägen 20 und 22 bremswirksam eingeklemmt wird.
Der Bremskolben 32 ist hohlzylindrisch und einseitig geöffnet ausgebildet. Er weist an seiner Außenumfangsfläche eine Umfangsnut 34 auf, in die ein Dichtring 36 eingesetzt ist. Der Dichtring 36 liegt fluiddicht an einer Innenumfangsfläche 38 des Gehäuses 10 an. Der Bremskolben 32 ist somit fluiddicht verschiebbar in dem Gehäuse 10 geführt und schließt mit diesem eine Hydraulikfluid-Druckkammer 40 ein. Durch Einpressen von Hydraulikfluid in die Druckkammer 40 lässt sich in bekannter Weise der Bremskolben 32 in dem Gehäuse 10 in axialer Richtung bewegen. Dabei können die Bremsbeläge 20 und 22 reibwirksam auf die Bremsscheibe 18 drücken und diese abbremsen, wie vorstehend beschrieben. Durch anschließendes Abführen von Hydraulikfluid aus der Hydraulikfluid-Druckkammer 40 heraus kann diese Bremswirkung wieder aufgehoben werden.
In seinem Innenraum weist der hohlzylindrisch ausgebildete Bremskolben 32 eine Druckfeder 42 auf. Diese stößt einenends an die Stirnseite 30 des Bremskolbens 32. Mit ihrem anderen Ende liegt die Druckfeder 42 an einer Druckplatte 44 an, welche zusammen mit dem Bremskolben 32 eine Federkammer 45 begrenzt. Die Druckplatte 44 ist in axialer Richtung verschiebbar im Innenraum des Bremskolbens 32 aufgenommen. Die Verschiebebewegung entlang der Achse A ist allerdings durch einen Sicherungsring 46 beschränkt, welcher in einer Umfangsnut 48 in einer Innenumfangsfläche 50 des Bremskolbens 32 angebracht ist.
In die Hydraulikfluid-Druckkammer 40 ragt in axialer Richtung ein Betätigungsglied 52 hinein, welches über ein nicht gezeigtes Feststell-Betätigungsorgan in den Innenraum des Bremskolbens 32 hinein bewegt werden kann. Das Betätigungsglied 52 ist derart dimensioniert, dass es durch den Sicherungsring 46 hindurch geführt werden und mit seiner Stirnfläche 54 an der Druckplatte 44 angreifen kann.
Die Druckfeder 42 ist über die Druckplatte 44 und den Sicherungsring 46 in einem teilweise komprimierten Zustand gehalten, der von einem vollständig relaxierten Zustand der Feder deutlich abweicht. Man spricht auch von einer „gefesselten Feder". In diesem teilweise komprimierten Zustand lässt sich die Druckfeder 42 in der Feder- kammer 45 solange nicht komprimieren, bis die auf sie wirkende Kompressionskraft einen Betrag erreicht, der dem augenblicklichen Punkt in der Kraft-Weg-Kennlinie der Druckfeder 42 entspricht. Erst wenn dieser Kraftschwellenwert erreicht wird, gibt die Druckfeder 42 nach und lässt sich komprimieren.
Im Folgenden soll mit Bezug auf Figuren 1 und 4 die Funktionsweise der erfindungs- gemäßen Bremsanlage erläutert werden. Wenn die Feststellbremseinrichtung beispielsweise zum Parken des Fahrzeug aktiviert wird, indem das nicht gezeigte Feststell-Betätigungsorgan betätigt wird, wird das Betätigungsglied 52 durch Anlegen einer beispielsweise elektromotorisch erzeugten Betätigungskraft F in axialer Richtung auf die Druckplatte 44 zu verschoben. In Fig. 4 ist der Punkt, bei welchem die Zustellbewegung beginnt, mit Pi bezeichnet. Sobald die Stirnfläche 54 des Betätigungsglieds 52 an der Druckplatte 44 mit hinreichend großer Betätigungskraft F angreift, verschiebt sich der Bremskolben 32 in dem Gehäuse 10 und bringt die Bremsbeläge 20 und 22 in Anlage mit der Bremsscheibe 18. Zu Beginn dieser Verschiebebewegung des Bremskolbens 32 ist die Betätigungskraft F nicht groß genug, um die Druckfeder 42 weiter zu komprimieren. Die Druckfeder 42 verhält sich in dieser Betriebsphase vielmehr wie ein starres Element. Um die Bremsbeläge 20 und 22 in bremswirksame Anlage mit der Bremsscheibe 18 zu bringen und um diese hinreichend stark aneinander zu drücken ist eine permanente Erhöhung der Betätigungskraft F erforderlich. Die Kraft-Weg-Kennlinie gemäß Fig. 4 steigt an bis sie Punkt P2 erreicht. Bei Punkt P2 erreicht die Betätigungskraft den Schwellenwert Fs, bei welchem sich die Druckfeder 42 nicht mehr im wesentlichen starr verhält, sondern über ihren vorgespannten Zustand hinaus weiter komprimiert werden kann. Der Betrag des Betätigungskraft-Schwellenwerts Fs ist so gewählt, dass bei dessen Erreichen die Bremsbeläge 20, 22 so stark auf die Bremsscheibe 18 drücken, dass eine sichere Feststellbremswirkung gewährleistet ist. Wird nun die Betätigungskraft F weiter erhöht, so wird im wesentlichen nur noch die Druckfeder 42 komprimiert, d.h. die Kraft-Weg-Kennlinie gemäß Fig. 4 bestimmt sich im wesentlichen durch das Verhalten der Druckfeder 42. Beispielsweise liegt der Betätigungskraft-Schwellenwerts Fs im Bereich zwischen 10 und 15 kN, vorzugsweise bei 13 kN.
Zur Erzielung eines bestimmten Zustellwegs ds ausgehend von Punkt P2 bis zu einem fiktiven Punkt P ist nur noch eine verhältnismäßig geringe Erhöhung ΔF der Betätigungskraft F erforderlich. Die korrespondierende Zustellbewegung wird im wesentlichen dazu genutzt, die Druckfeder 42 so weit zu komprimieren, dass diese den Bremskolben 32 nachdrücken und eine hinreichend starke Feststellbremswirkung gewährleisten kann, wenn sich die während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs erhitzten Bremsbeläge 20 und 22 sowie die Bremsscheibe 18 nach Abstellen und im Park- zustand des Fahrzeugs abkühlen und in der Folge schrumpfen. Die abkühlungsbedingte Schrumpfung der Bremsbeläge 20 und 22 sowie der Bremsscheibe 18 kann dann durch Expansion der Druckfeder 42 ausgeglichen werden, wobei die Kraft, mit welcher die Bremsbeläge 20 und 22 auf die Bremsscheibe 18 drücken, mindestens so groß ist wie der Kraft-Schwellenwert Fs.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zur Vermeidung von Wiederholungen und zu Gunsten einer einfachen Beschreibung sollen lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben werden. Hierfür werden dieselben Bezugszeichen wie bei der Beschreibung der Fig. 1 verwendet werden, jedoch mit der Ziffer „ vorangestellt.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 im wesentlichen darin, dass die Federkammer nicht unmittelbar in dem Innen- räum des Bremskolbens 132 ausgebildet ist. Vielmehr ist eine Federbuchse 156 in den Innenraum des Bremskolbens 132 eingesetzt und liegt an dessen Stirnseite 130 an. Die Federbuchse 156 ist hohl und einseitig offen ausgebildet. In ihre Öffnung 158 ist das Betätigungsglied 152 eingeführt. Das Betätigungsglied 152 weist an seinem in Fig. 2 linken Ende einen Flansch 160 auf, der wie die Druckplatte 44 aus Fig. 1 wirkt und mit der Druckfeder 142 in Anlage steht. Die Federbuchse 156 weist an ihrer Öffnung 158 einen Kragen 162 auf, welcher die Bewegung des Betätigungsgliedes 152 beschränkt.
Im Betrieb funktioniert die Ausführungsform nach Fig. 2 so wie mit Bezug auf die Ausführungsform nach Fig. 1 und mit Bezug auf Fig. 4 vorstehend erläutert. Dies bedeutet, dass sich die Druckfeder 142 zunächst wie ein starres Element verhält und erst bei Erreichen eines Betätigungskraft-Schwellenwertes Fs nachgibt.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat gegenüber der nach Fig. 1, insbesondere we- gen der integralen Ausbildung von Betätigungsglied 152 und als Druckplatte wirkender Flansch 160, den Vorteil einer vereinfachten konstruktiven Ausgestaltung. Es ist somit möglich, die Federbuchse 156 und das Betätigungsglied 152 zu einer Baugruppe vorzufertigen und bei der Montage in den Innenraum des Bremskolbens 132 einzusetzen, ohne weitere Maßnahmen vornehmen zu müssen, wie beispielsweise das Anbringen eines Sicherungsrings. Fig. 3 zeigt einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Feststellbremseinrichtung. Diese Ausführungsform findet bei mit Seilzug betätigbarer Feststellbremseinrichtung Anwendung. Zur Beschreibung dieser Ausführungsform wird wiederum auf die vorstehend verwendeten Bezugszeichen zurückgegriffen, je- doch mit der Ziffer „2" vorangestellt.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Federbaugruppe 266 vorgesehen, welche zwischen zwei Seilzügen 268 und 270 angeordnet ist. Der Seilzug 268 ist einenends an einer Federbuchse 256 befestigt und an seinem in Fig. 3 nicht gezeigten Ende mit dem Betätigungsorgan der Feststellbremseinrichtung gekoppelt. Der Seilzug 270 ist einenends an der Druckplatte 244 befestigt und an seinem in Fig. 3 nicht gezeigten Ende mit dem Bremskolben der Fahrzeugbremsanlage gekoppelt. Die Federbuchse umfasst, ähnlich wie in Fig. 2 gezeigt, eine Druckfeder 242, die über eine Druckplatte 246 und einen Sicherungsring 246 vorgespannt ist.
Bei Betätigung des Betätigungsorgans der Feststellbremseinrichtung wirkt zunächst die Druckfeder 242 aufgrund Ihrer Vorspannung wie ein starres Element und überträgt die über den Seilzug 268 eingeleitete Betätigungskraft F ohne Deformation auf den Seilzug 270 weiter. Sobald die Betätigungskraft jedoch den Betätigungskraft- Schwellenwert Fs erreicht und übersteigt, gibt die Druckfeder 242 nach und wird komprimiert, ohne dass der Seilzug 270 entsprechend mit bewegt wird. Die Druckfeder 242 speichert somit einen Teil der Betätigungskraft F, so dass diese später bei Bedarf für eine weitere Zustellbewegung - beispielsweise bedingt durch eine Schrumpfung von Bremsbelägen und Bremsscheibe - unter Abbau der Kompression freigegeben werden kann.
Es ist darauf hinzuweisen, dass auch eine Mehrzahl von Federbaugruppen 266 entsprechend Fig. 3 hintereinander geschaltet werden können, um eine hinreichende Federwirkung zu erzielen.
Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit, wie mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Feststellbremseinrichtung realisiert werden kann, die sich mit einer verhältnismäßig geringen Betätigungskraft bedienen lässt und dennoch eine zuverlässige Feststell- Bremswirkung gewährleistet. Dies gilt vor allem dann, wenn sich beim Parken des Fahrzeugs nach einer Fahrt abkühlungsbedingt Bremsbeläge und Bremsscheibe der Fahrzeugbremsanlage zusammenziehen.

Claims

Ansprüche
1. Feststellbremseinrichtung mit einem Federelement (42; 142; 242) und einem auf das Federelement (42; 142; 242) einwirkenden Betätigungsglied
(52; 152; 270), wobei die Feststellbremseinrichtung durch Anlegen einer Betätigungskraft (F) an das Betätigungsglied (52; 152; 270) zwischen einer bremswirkungslosen Freigabestellung und einer bremswirksamen Feststellstellung verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (42; 142; 242) in der Freigabestellung vorgespannt ist und dass das Federelement (42; 142; 242) bei Übergang von der Freigabestellung in die Feststellstellung erst bei Erreichen eines durch die Vorspannung bestimmten Betätigungskraft-Schwellenwertes (Fs) merklich nachgibt.
2. Feststellbremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (42; 142; 242) in einer Federkammer (45; 145; 245) unter Vorspannung eingeschlossen ist, wobei an einem Ende des Federelements eine Druckplatte (44; 160; 244) angeordnet ist, welche in der Federkammer (45; 145; 245) unter Deformation des Federelements (42; 142; 242) verlagerbar ist.
3. Feststellbremseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkammer (45; 145; 245) in einem Hohizylinder ausgebildet ist.
4. Feststellbremseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Druckplatte (44; 160; 244) o- der/und des Betätigungsgliedes (52; 152; 270) innerhalb der Federkammer (45; 145; 245) einseitig begrenzt ist.
5. Feststellbremseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung mittels eines in dem Hohizylinder festgelegten Sicherungsrings (46; 246) vorgesehen ist.
6. Feststellbremseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (42; 142; 242) eine Druckfeder, eine Zugfeder, eine Spiralfeder und/oder einen Elastomerkörper umfasst.
7. Feststellbremseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (160) und das Betätigungsglied (152) integral ausgebildet sind.
8. Feststellbremseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellbremseinrichtung an einem Bremssattel einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage vorgesehen ist.
9. Feststellbremseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohizylinder von einem Bremskolben (32) der
Fahrzeugbremsanlage oder einer in dem Bremskolben (132) aufgenommenen Federbuchse (156) gebildet ist.
10. Feststellbremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (270) ein an der Druckplatte
(244) angreifender Seilzug (270) ist und dass an dem Hohizylinder (256) ein weiterer Seilzug (268) vorgesehen ist.
11. Fahrzeugbremsanlage, insbesondere hydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit einem an einem Bremssattel vorgesehenen Bremskolben (32; 132), welcher zur Verlagerung eines Bremsbelages (22; 122) auf eine Bremsscheibe (16; 116) zu verschiebbar in einer Druckkammer (40; 140) geführt ist, gekennzeichnet durch eine Feststellbremseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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