WO2007088105A1 - Vorrichtung zur betätigung einer bremse - Google Patents

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WO2007088105A1
WO2007088105A1 PCT/EP2007/050423 EP2007050423W WO2007088105A1 WO 2007088105 A1 WO2007088105 A1 WO 2007088105A1 EP 2007050423 W EP2007050423 W EP 2007050423W WO 2007088105 A1 WO2007088105 A1 WO 2007088105A1
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WO
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force
actuator
brake
switching element
switching
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PCT/EP2007/050423
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Meyer
Jürgen Stürzer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/746—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive and mechanical transmission of the braking action
    • 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
    • B60T7/00—Brake-action initiating means
    • B60T7/02—Brake-action initiating means for personal initiation
    • B60T7/08—Brake-action initiating means for personal initiation hand actuated
    • B60T7/085—Brake-action initiating means for personal initiation hand actuated by electrical means, e.g. travel, force sensors

Definitions

  • the invention relates to a device for safe operation of a mechanical brake, particularly of a parking brake on motor vehicles ⁇ .
  • the parking brake is actuated by the driver via type-dependent operating elements. These may include hand operated lever mechanisms with direct force action or switching elements for actuating respective actuators. In most cases, the force is introduced into the Bremssys ⁇ tem by the tightening of brake cables, so-called brake cables. In the interest of technical reliability and road safety, it is useful to protect against over-braking systems ⁇ load. Especially with parking brakes, therefore, there are various devices that serve to determine the tensile force on the brake cables.
  • Friction, wear or damage thus lead to the force sensor not being able to determine with certainty the force with which the brake is actuated, but instead determining the value of the total force that is introduced into the overall system when the brake is actuated. In this way, it can not be determined what proportion of this total force will ultimately be used as a brake, which may mean a safety problem.
  • the object of the invention is therefore to provide an inexpensive possibility ⁇ , while avoiding the disadvantages of the prior art, a secure operation in particular fixed be able to realize parking brakes on motor vehicles, without exposing them to the risk of overuse.
  • the invention assumes that in the force flow of ei ⁇ nem actuator to be actuated brake on Heidelbergele- is management integrated that has the property-defined at a de ⁇ shift force F indicate a sudden change to experience its overall length.
  • the detection of this change in length i- identifies the concern of a force equal to the switching force F suit on the switching element.
  • exceeding the shifting force has a disorder of the increase in force result. This disturbance of the force increase can be measured.
  • the invention is embodied in an apparatus for operating a mechanical brake, comprising at least egg ⁇ NEN actuator and at least one connecting element, which transmits a mechanical displacement of the actuator for the mechanical brake, wherein a switching element is integrated in the flow of force from the actuator to the brake, at The concern of a de ⁇ fined switching force F suit its length changes abruptly.
  • the switching element is designed so that its force-displacement behavior shows a significant hysteresis.
  • the at least one connecting element can almost any me chanical ⁇ connection between the actuator and the mechanical see brake include. It only has to provide for a clear linkage of a deflection of the actuator with an actuation of the mechanical brake.
  • at least one brake cable is included.
  • the actuator comprises an electric motor driven spindle assembly, which linearly deflects the connecting element or a receptacle for the connec ⁇ tion element, preferably a cable.
  • a great advantage of the invention is that by using the switching element according to the invention a re ⁇ ference force is available, which makes it unnecessary to directly measure the force transmitted to the connecting element.
  • a brake cable it is not necessary to measure the cable force directly or indirectly with the aid of a force sensor.
  • the cable force at Ver ⁇ be calculated use of an electrically operated actuator of mathematical models which are based on an analysis of current consumption of the actuator, for example, the current consumption of the motor of a spindle drive.
  • a derarti ⁇ ges calculation model have several parameters describing the mechanical behavior of the actuator, advertising play as temperature and wear-related characteristics of the electric motor or the spindle assembly involved in so ⁇ that.
  • this type of force determination normally results in a relatively large force tolerance.
  • the calculated force can be adjusted with the set step response which significantly reduces system tolerances.
  • the already mentioned disturbance of the force increase is easily detectable in an evaluation of the current consumption of the actuator as a disturbance of the current increase.
  • a great advantage of the switching element according to the invention be ⁇ is that no contact of the switching element is required to determine its switching state.
  • a conventional force sensor and the require for its contact sary components between the force sensor and circuit board can be saved, which means a considerable saving ge ⁇ genüber conventional systems.
  • the elimination of the force sensor reduces the space required for the actuator. Its complexity and susceptibility decreases and other installation locations on motor vehicles are opened up. Due to the elimination of the contact, the switching element according to the invention can be installed regardless of the position of possibly be accommodated evaluation. In particular, installation positions in the vicinity of the mechanical brake are sawn Sonders advantageous because ⁇ tolerances systemic tole in this manner such as rope rubbing or friction losses are largely eliminated in the actuator. In an installation of the Heidelbergele ⁇ Mentes immediately before the mechanical brake to be actuated, only the actually contributing to the actuation of the brake-bearing force leads to the triggering of the switching effect.
  • an inventive switching element is at least defined with an actuator combinatorial ⁇ that has a conventional force sensor and the associated evaluation unit.
  • the actuator in the overall system power registered continu ously ⁇ .
  • the detection of the switching operation of a switching element installed near the brake enables the calibration of the system and a separation of the portion of the force that actually contributes to the actuation of the mechanical brake. In this way, a high Cellsi ⁇ reliability of the braking device can be implemented in conjunction with effective protection against overloading.
  • Switching element is obtained when the switching element ent summarizes two long ⁇ the pull direction against each other displaceable parts, which are supported against each other via a spring, preferably via a Tellerfe ⁇ .
  • a particularly simple, even subsequent, installability of such a switching element is obtained when each of the mutually displaceable parts is detachably connected to a respective receptacle for a connecting element, for example, the end of a traction cable.
  • the force F an to g can be set. This can for example be done by replacing the plate spring, which can be easily implemented if the plate spring is supported against a surface which is located on a releasably connected to one of the two mutually displaceable parts part.
  • the invention is tert erläu ⁇ tert.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a switching element according to the invention
  • Figure 3 is a force-displacement diagram of a diaphragm spring used in a switching element according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a parking brake according to the invention.
  • An actuator 1 is connected to a connecting element 2, usually a brake cable, which leads to a mechanical brake 3.
  • the connecting element 2 is connected to the actuator 1 and the mechanical brake 3 in such a way that a deflection of the actuator 1 causes an actuation of the mechanical brake 3.
  • the actuator 1 comprises a spindle arrangement 5 which is driven by an electric motor 4.
  • the control of the electric motor 4 is effected by an electronic control module 6, which, inter alia, processes the driver's request for actuation or detection of the brake.
  • the actuator 1 is optionally (illustrated by a dashed representation) equipped with a force sensor 7, which measures the force entered by the actuator 1 in the overall system.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a switching element according to the invention ⁇ .
  • the switching element comprises two rotationally symmetrical parts 9, 10 which can be displaced relative to one another along the pulling direction. On the opposite side, both parts 9, 10 each have a central pin 11, 12 provided with an external thread.
  • the bolts 11, 12 terminate in a respective plate 13, 14, which have a flat surface on the side facing each other. These surfaces are in the relaxed state of the switching element in contact.
  • the plate 13 of the one part 9 has a larger diameter than the plate 14 of the other part 10.
  • the plate 13 has a circumferential thickening
  • the Verdi ⁇ ckung 15 in the edge region of plate 13 has threaded holes
  • a cap 18 which has a central opening whose diameter is smaller than the diameter of the plate 14 of part 10.
  • the cap 18 acts as a stop for the displacement of the two parts 9, 10 against each other along the pulling direction.
  • the cap 18 also has within its central opening a peripheral edge 19 which serves as a support for the outer edge of a plate spring 20. The inner edge of the plate spring 20 is supported against the back of the plate 14 of part 10, whereby the part 10 is pressed lightly against the part 9 and the two parts 9, 10 be ⁇ area .
  • the cable ends belong to a broken for receiving the switching element 8 brake cable 27 and represent connecting elements in the sense of the claims. If a tensile force introduced into the brake cable 27, the amount of which is less than the magnitude of the spring force with which the Tel ⁇ lerfeder 20, the two parts 9, 10 pressed against one another so there is an operation which belongs to the brake cable 27 mechanical brake 3, without the position of the two parts 9, 10 changing relative to each other. The entire switching element 8 is moved with the brake cable 27, without changing the total length of the switching element 8.
  • the released path length is either limited by the fact that the plate spring 20 is further deformed until its characteristic is again in a range of positive force increase and a sufficiently high restoring force built ⁇ who can, or the displacement of the two parts 9, 10 against each other continues until it is limited by the geometric stop. In both cases, there is a sudden change in the overall length of the switching element 8.
  • the ⁇ se change in length leads to a brief drop in the Pulling force, which can be detected by a reduced current consumption of the Elekt ⁇ romotors 4 of the spindle drive 5 or when using a near-actuator force sensor 7 by a fast Signaltechnike ⁇ tion.
  • Figure 3 shows a characteristic of a diaphragm spring used in a switching element according to the invention in the form of a force-displacement diagram.
  • the dependence of the restoring force exerted by a disc spring on the one hand is not linear and on the other hand is characterized by an initial positive increase by two local extrema 25, 26, from which it follows that the characteristic curve has a middle region with a negative force increase.
  • the existence of this region with ne ⁇ gativem force increase allows the use of a plate spring in a switching element according to the invention.
  • a switching element 8 according to the invention can be removed from a brake cable 27 without problems, maintained and optionally replaced.
  • the functionality even without an additional force sensor represents a significant potential for cost savings.
  • the switching element 8 requires no signal connection to STEU ⁇ erbauxx 6, it can easily in the vicinity of the mechanical brake 3, possibly also exposed under the vehicle floor, installed become. The elimination of system-related tolerances thus results in a higher accuracy in determining the relevant forces for the actual braking effect. Otherwise, the Wegele- can ment 8 are almost riert anywhere in the force flow integ ⁇ , allowing use adjub housings.
  • the spatial separation of switching element 8 and the actuator 1 allows for dispensing with a built in the actuator 1 the force sensor 7, a significant reduction of the design of the actuator 1.
  • the use of the Invention ⁇ proper screwed over the litter 18, the Tellerfe based ⁇ 20 against a surface 19, which is detachably connected to one of the ⁇ mutually displaceable parts 9, 10. With disassembled cap 18, the plate spring 20 can be easily removed and replaced with a plate spring with other parameters. This comes an adjustability of the force F suit , in which the desired switching effect shows when tightening the mechanical brake, the same, which is particularly advantageous in a parking brake.
  • the entire hysteresis behavior of the switching element 8 according to the invention can be easily changed by replacing the plate spring 20 and adapted to the requirements of the respective vehicle in which the switching element 8 is to be used.
  • the switching element 8 by the robust design with few moving parts and without electrical Kontak- t istsstoff extremely durable and low maintenance.
  • the stop for the displacement protects the spring element (disc spring) against mechanical overload. This avoids deformation in the plastic area, so that a long service life and a repeat accuracy is given.
  • variation or coordination of the free path of the disc spring to reach the stop on the part 18 and the course of the current / speed changes over time as an evaluation size can be adapted quickly and individually to the vehicles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung einer mechanischen Bremse (3), umfassend mindestens einen Aktuator (1) und mindestens ein Verbindungselement (2), das eine mechanische Auslenkung des Aktuators (1) zur mechanischen Bremse (3) überträgt, wobei in den Kraftfluss vom Aktuator (1) zur mechanischen Bremse (3) ein Schaltelement (8) integriert ist, das bei Anliegen einer definierten Schaltkraft seine Baulänge sprunghaft ändert.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Betätigung einer Bremse
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur sicheren Betätigung einer mechanischen Bremse, insbesondere einer Feststell¬ bremse an Kraftfahrzeugen.
Zulassungsbedingt müssen heutige Kraftfahrzeuge in der Regel über mindestens zwei Bremssysteme verfügen. Eins davon dient in erster Linie der erforderlichen Verzögerung des Fahrzeuges während des Fahrbetriebes, während das andere der Fixierung des Fahrzeuges an einem bestimmten Ort, beispielsweise der Sicherung des Fahrzeuges während des Parkens, dient. Letzte- res System wird häufig als Hand- bzw. Feststellbremse be¬ zeichnet .
Die Betätigung der Feststellbremse erfolgt durch den Fahrer über typabhängige Bedienelemente. Diese können handbetriebe- ne Hebelmechanismen mit direkter Kraftwirkung oder Schaltelemente zur Betätigung entsprechender Aktuatoren umfassen. In den meisten Fällen erfolgt der Krafteintrag in das Bremssys¬ tem durch das Anziehen von Bremsseilen, sogenannten Bremszügen. Im Interesse der technischen Zuverlässigkeit und Ver- kehrsicherheit ist es sinnvoll, Bremssysteme gegen eine Über¬ belastung zu schützen. Insbesondere bei Feststellbremsen finden sich daher verschiedene Vorrichtungen, die einer Ermittlung der Zugkraft an den Bremsseilen dienen.
Es ist aus WO 98/56633 Al und DE 101 02 685 B4 bekannt, einen elektromotorisch betriebenen Aktuator zum Aufbau des erforderlichen Seilzuges zu verwenden, der mit einem Kraftsensor verbunden ist, der ein Auslösen des aktuellen Seilzuges ermöglicht. Auf diese Weise kann in Kenntnis des jeweiligen Seilzuges die Motorsteuerung des Aktuators so betrieben werden, dass der Aufbau des Seilzuges nur bis zu einem vorgege¬ benen Maximalwert erfolgt. Derartige Vorrichtungen sind rela¬ tiv komplex und dadurch teuer. Eine weiterer Nachteil besteht darin, dass, bedingt durch die notwendige elektrische Kontak- tierung des Kraftsensors, der Einbauort des Kraftsensors be¬ ziehungsweise des gesamten Betätigungsmechanismus in der Re¬ gel an einem geschützten Ort relativ weit von der zu betätigenden Bremsbaugruppe entfernt liegt. Reibung, Verschleiß o- der Beschädigungen führen somit dazu, dass der Kraftsensor nicht sicher die Kraft bestimmt, mit der die Bremse betätigt wird, sondern den Wert der gesamten Kraft bestimmt, die bei Betätigung der Bremse in das Gesamtsystem eingebracht wird. Welcher Anteil dieser Gesamtkraft letztlich in Bremswirkung umgesetzt wird, kann auf diese Weise nicht ermittelt werden, was unter Umständen ein Sicherheitsproblem bedeutet.
Es ist weiterhin bekannt, aus bei der Betätigung von Feststellbremsen aus US 6 609 595 B2 auftretendenden Längenände- rungen und einer Kalibrierung der elastischen Eigenschaften des Systems, gegebenenfalls unter Einbeziehung von speziellen Federelementen, Rückschlüsse auf bei der Betätigung auftretende Kräfte zu ziehen und die so ermittelten Informationen in die Steuerung eines entsprechenden Aktuators einfließen zu lassen. Eine präzise Separation des zur Erzielung der gewünschten Bremswirkung beitragenden Anteils der auf diese Weise ermittelten Gesamtkraft ist jedoch auch in derartigen Systemen nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine preiswerte Möglich¬ keit anzugeben, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine sichere Betätigung insbesondere von Fest- stellbremsen an Kraftfahrzeugen realisieren zu können, ohne diese der Gefahr einer Überbeanspruchung auszusetzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merk- malen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 angegeben.
Die Erfindung geht davon aus, dass in den Kraftfluss von ei¬ nem Aktuator zu einer zu betätigenden Bremse ein Schaltele- ment integriert wird, das die Eigenschaft hat, bei einer de¬ finierten Schaltkraft Fanzug eine sprunghafte Änderung seiner Baulänge zu erfahren. Die Detektion dieser Längenänderung i- dentifiziert das Anliegen einer Kraft in Höhe der Schaltkraft Fanzug am Schaltelement. In Systemen mit an sich kontinuierli- ehern Kraftanstieg, also beispielsweise in elektrisch betätig¬ ten Feststellbremsen mit Zugseilen, hat das Überschreiten der Schaltkraft eine Störung des Kraftanstieges zur Folge. Diese Störung des Kraftanstieges kann gemessen werden.
Die Erfindung wird verkörpert durch eine Vorrichtung zur Betätigung einer mechanischen Bremse, umfassend mindestens ei¬ nen Aktuator und mindestens ein Verbindungselement, das eine mechanische Auslenkung des Aktuators zur mechanischen Bremse überträgt, wobei in den Kraftfluss vom Aktuator zur Bremse ein Schaltelement integriert ist, das bei Anliegen einer de¬ finierten Schaltkraft Fanzug seine Baulänge sprunghaft ändert.
Um einen instabilen Zustand des Systems zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Schaltelement so ausgeführt ist, dass sein Kraft-Weg-Verhalten eine deutliche Hysterese zeigt .
Das mindestens eine Verbindungselement kann nahezu jede me¬ chanische Verbindung zwischen dem Aktuator und der mechani- sehen Bremse umfassen. Es muss lediglich für eine eindeutige Verknüpfung einer Auslenkung des Aktuators mit einer Betätigung der mechanischen Bremse sorgen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Bremszug umfasst.
Als Aktuator kommen Vorrichtungen in Betracht, die in der Lage sind, bei einer gezielten Ansteuerung für eine definierte Auslenkung zumindest eines Befestigungsteiles zu sorgen, das mit dem Verbindungselement verbunden werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Aktuator eine elektromotorisch angetriebene Spindelanordnung, die das Verbindungselement beziehungsweise eine Aufnahme für das Verbin¬ dungselement, vorzugsweise einen Seilzug, linear auslenkt.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltelementes eine Re¬ ferenzkraft zur Verfügung steht, die es entbehrlich macht, die auf das Verbindungselement übertragene Kraft direkt zu messen. Bei Verwendung eines Bremszuges ist es nicht erfor- derlich, die Seilkraft direkt oder indirekt mit Hilfe eines Kraftsensors zu messen. Vielmehr kann die Seilkraft bei Ver¬ wendung eines elektrisch betriebenen Aktuators aus mathematischen Modellen berechnet werden, die auf einer Auswertung der Stromaufnahme des Aktuators, beispielsweise der Stromaufnahme des Motors eines Spindelantriebes, basieren. In ein derarti¬ ges Berechnungsmodell müssen zahlreiche Parameter, die das mechanische Verhalten des Aktuators beschreiben, also bei¬ spielsweise temperatur- und verschleißabhängige Eigenschaften des Elektromotors oder der Spindelanordnung, einbezogen wer- den. Dadurch hat diese Art der Kraftbestimmung normalerweise eine relativ große Krafttoleranz zur Folge. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltelementes kann der berechnete Kraftaufwand mit der eingestellten Sprungantwort abglichen werden, wodurch sich die Systemtoleranzen erheblich verringern. Die bereits angesprochen Störung des Kraftanstieges ist bei einer Auswertung der Stromaufnahme des Aktuators ganz leicht als Störung des Stromanstieges nachweisbar.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltelementes be¬ steht darin, dass zur Ermittlung seines Schaltzustandes keine Kontaktierung des Schaltelementes erforderlich ist. Ein herkömmlicher Kraftsensor und die für seine Kontaktierung erfor- derlichen Bauteile zwischen Kraftsensor und Leiterplatine können eingespart werden, was eine erhebliche Einsparung ge¬ genüber üblichen Systemen bedeutet. Durch den Wegfall des Kraftsensors verringert sich der erforderliche Bauraum für den Aktuator. Seine Komplexität und Störanfälligkeit sinkt und weitere Einbauorte an Kraftfahrzeugen werden erschlossen. Durch den Fortfall der Kontaktierung kann das erfindungsgemäße Schaltelement unabhängig von der Position eventuell unterzubringender Auswerteeinheiten eingebaut werden. Insbesondere Einbaupositionen in der Nähe der mechanischen Bremse sind be- sonders vorteilhaft, da auf diese Weise systembedingte Tole¬ ranzen wie Seilreibung oder Reibungsverluste im Aktuator weitgehend eliminiert werden. Bei einem Einbau des Schaltele¬ mentes unmittelbar vor der zu betätigenden mechanischen Bremse führt nur die tatsächlich zur Betätigung der Bremse bei- tragende Kraft zur Auslösung des Schalteffektes.
Es ist vorteilhaft, in jeden einzelnen Bremszug ein derarti¬ ges Schaltelement zu integrieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist mindestens ein erfindungsgemäßes Schaltelement mit einem Aktuator kombi¬ niert, der über einen herkömmlichen Kraftsensor und die dazugehörige Auswerteeinheit verfügt. Auf diese Weise kann die vom Aktuator in des Gesamtsystem eingetragene Kraft kontinu¬ ierlich gemessen werden. Die Detektion des Schaltvorganges eines bremsennah installierten Schaltelementes ermöglicht die Kalibrierung des Systems und eine Separation des Anteils der Kraft, die tatsächlich zur Betätigung der mechanischen Bremse beiträgt. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Betriebssi¬ cherheit in Verbindung mit einem wirksamen Schutz vor einer Überlastung der Bremsvorrichtung realisieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Schaltelementes ergibt sich, wenn das Schaltelement zwei ent¬ lang der Zugrichtung gegeneinander verschiebbare Teile um- fasst, die über eine Feder, vorzugsweise über eine Tellerfe¬ der gegeneinander abgestützt sind.
Eine besonders einfache, auch nachträgliche, Installierbar- keit eines derartigen Schaltelementes ergibt sich, wenn jedes der gegeneinander verschiebbaren Teile lösbar mit je einer Aufnahme für ein Verbindungselement, beispielsweise das Ende eines Zugseiles, verbunden ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kraft Fanzug, bei der sich der angestrebte Schalteffekt zeigt, einstellen lässt. Das kann beispielsweise durch einen Austausch der Tellerfeder erfolgen, was sich problemlos realisieren lässt, wenn sich die Tellerfeder gegen eine Fläche abstützt, die sich an einem lösbar mit einem der beiden gegeneinander verschiebbaren Teile verbundenen Teil befindet.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläu¬ tert .
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Feststellbremse,
Figur 2 ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Schaltelemen- tes,
Figur 3 ein Kraft-Weg-Diagramm einer in einem erfindungsgemäßen Schaltelement verwendeten Tellerfeder.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungs- gemäßen Feststellbremse. Ein Aktuator 1, ist mit einem Verbindungselement 2, in der Regel ein Bremszug, verbunden, das zu einer mechanischen Bremse 3 führt . Das Verbindungselement 2 ist so mit dem Aktuator 1 und der mechanischen Bremse 3 verbunden, dass eine Auslenkung des Aktuators 1 eine Betäti- gung der mechanischen Bremse 3 bewirkt. Der Aktuator 1 um- fasst eine von einem Elektromotor 4 angetriebene Spindelanordnung 5. Die Ansteuerung des Elektromotors 4 erfolgt durch eine elektronische Steuerbaugruppe 6, die unter anderem den Fahrerwunsch nach einer Betätigung oder Feststellung der Bremse verarbeitet. Der Aktuator 1 ist wahlweise (durch eine gestrichelte Darstellung verdeutlicht) mit einem Kraftsensor 7 ausgestattet, der die vom Aktuator 1 in des Gesamtsystem eingetragene Kraft misst. Dieser Kraftsensor 7 liefert ein Signal, welches der Steuerbaugruppe 6 zugeleitet wird und bei der Ansteuerung des Elektromotors 4 Berücksichtigung findet. In das Verbindungselement 2, also in den Kraftfluss vom Aktu¬ ator 1 zur Bremse 3, ist ein Schaltelement 8 integriert, das bei Anliegen einer definierten Schaltkraft Fanzug seine Baulänge sprunghaft ändert. Dieses Schaltelement 8 benötigt vor- liegend keine Signalverbindung zur Steuerbaugruppe 6 und kann daher problemlos in der Nähe der mechanischen Bremse 3 installiert werden. Figur 2 zeigt ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Schalt¬ elementes. Das Schaltelement umfasst zwei entlang der Zug¬ richtung gegeneinander verschiebbare rotationssymmetrische Teile 9, 10. Auf der einander abgewandten Seite weisen beide Teile 9, 10 jeweils einen mit einem Außengewinde versehenen zentralen Bolzen 11, 12 auf. Die Bolzen 11, 12 enden in jeweils einer Platte 13, 14, die auf der einander zugewandten Seite eine ebene Fläche aufweisen. Diese Flächen befinden sich im entspannten Zustand des Schaltelementes miteinander in Kontakt. Die Platte 13 des einen Teiles 9 weist einen größeren Durchmesser auf als die Platte 14 des anderen Teiles 10. Außerdem weist die Platte 13 eine umlaufende Verdickung
15 im Randbereich auf, wodurch eine Becherform entsteht, in der die Platte 14 spielarm bewegt werden kann. Dadurch ergibt sich eine in Grenzen geführte Bewegung, wenn die beiden Teile 9, 10 gegeneinander verschoben werden, was der Stabilität des erfindungsgemäßen Schaltelementes zuträglich ist. Die Verdi¬ ckung 15 im Randbereich von Platte 13 weist Gewindebohrungen
16 auf, die für eine Aufnahme von Schrauben 17 vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein Überwurf 18 fixiert werden kann, der eine zentrale Öffnung aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Platte 14 von Teil 10 ist. Auf diese Weise wirkt der Überwurf 18 als Anschlag für die Verschiebung der beiden Teile 9, 10 gegeneinander entlang der Zugrichtung. Der Überwurf 18 weist außerdem innerhalb seiner zentralen Öffnung einen umlaufenden Rand 19 auf, der als Auflage für den äußeren Rand einer Tellerfeder 20 dient. Der innere Rand der Tellerfeder 20 stützt sich gegen die Rückseite der Platte 14 von Teil 10 ab, wodurch das Teil 10 leicht gegen das Teil 9 gepresst wird und sich die beiden Teile 9, 10 flächig be¬ rühren. Durch das bereits erwähnte Außengewinde sind die bei¬ den zentralen Bolzen 11, 12 mit je einer Aufnahme 21, 22 mit einem entsprechenden Innengewinde für je ein Zugseilende 23, 24 verbindbar, wobei die Seilenden zu einem für die Aufnahme des Schaltelementes 8 unterbrochenen Bremszug 27 gehören und Verbindungselemente in Sinne der Ansprüche darstellen. Wird eine Zugkraft in den Bremszug 27 eingetragen, deren Betrag kleiner als der Betrag der Federkraft ist, mit der die Tel¬ lerfeder 20 die beiden Teile 9, 10 gegeneinander presst, so kommt es zu einer Betätigung der zum Bremszug 27 gehörenden mechanischen Bremse 3, ohne dass sich die Position der beiden Teile 9, 10 relativ zueinander verändert. Das gesamte Schalt- element 8 wird mit dem Bremszug 27 bewegt, ohne dass sich die Gesamtlänge des Schaltelementes 8 verändert.
Wird die in den Bremszug 27 eingetragene Zugkraft erhöht, so werden die beiden Teile 9, 10 entlang der Zugrichtung und entgegen der Rückstellkraft der Tellerfeder 20 gegeneinander verschoben, wobei sich zunächst auch die Rückstellkraft der Tellerfeder 20 erhöht. Speziell dafür ausgelegte Tellerfedern weisen jedoch ein Kraft-Weg-Verhalten auf, das sich durch einen Bereich negativen Kraftanstiegs auszeichnet. Wird die in den Bremszug eingetragene Zugkraft bis in den Bereich erhöht, in dem das durch dieses Verhalten bedingte lokale Maximum der Rückstellkraft der verwendeten Tellerfeder 20 liegt, so wird die Tellerfeder 20 wegen des sich anschließenden negativen Kraftanstiegs schlagartig eine kleine Weglänge freigeben. Die freigegebene Weglänge wird entweder dadurch begrenzt, dass die Tellerfeder 20 weiter deformiert wird, bis sich ihre Kennlinie erneut in einem Bereich positiven Kraftanstieges befindet und eine genügend hohe Rückstellkraft aufgebaut wer¬ den kann, oder die Verschiebung der beiden Teile 9, 10 gegen- einander wird fortgesetzt, bis sie durch den geometrischen Anschlag begrenzt wird. In beiden Fällen ergibt sich eine sprunghafte Änderung der Baulänge des Schaltelementes 8. Die¬ se Längenänderung führt zu einem kurzzeitigem Absinken der Zugkraft, was durch eine verringerte Stromaufnahme des Elekt¬ romotors 4 des Spindelantriebes 5 oder bei Verwendung eines aktuatornahen Kraftsensors 7 durch eine schnelle Signalände¬ rung nachweisbar ist.
Figur 3 zeigt eine Kennlinie einer in einem erfindungsgemäßen Schaltelement verwendeten Tellerfeder in Form eines Kraft- Weg-Diagramms . Die Abhängigkeit der durch eine Tellerfeder ausgeübten Rückstellkraft ist einerseits nicht linear und zeichnet sich andererseits neben einem anfänglichen positiven Anstieg durch zwei lokale Extrema 25, 26 aus, woraus folgt, dass die Kennlinie einen mittleren Bereich mit negativem Kraftanstieg aufweist. Die Existenz dieses Bereiches mit ne¬ gativem Kraftanstieg ermöglicht die Verwendung einer Teller- feder in einem erfindungsgemäßen Schaltelement.
Gleichzeitig führt diese Kennlinie zu einem Hystereseverhal¬ ten, das sich auf vorteilhafte Weise bei der Betätigung eines Bremszuges nutzen lässt. Beim Anziehen der Bremse kommt es zunächst zu einem Kraftanstieg, bis das lokale Maximum 25 er¬ reicht ist. Der zugehörige Wert der Zugkraft wird im Zusam¬ menhang mit der Erfindung als FanZug bezeichnet. Wird durch geeignete Dimensionierung der Tellerfeder 20 Fanzug so ge¬ wählt, dass sich bei dieser Zugkraft eine Bremswirkung ein- stellt, die knapp oberhalb der Blockiergrenze der Räder eines Fahrzeuges liegt, so muss nach Detektion von Fanzug der Brems¬ zug lediglich betätigt werden, bis sich dieser Wert erneut einstellt, und die Betätigung der mechanischen Bremse 3 erfolgt einerseits mit maximaler Wirksamkeit und andererseits mit einer hohen Sicherheit gegenüber einer Überlastung. Beim Lösen der mechanischen Bremse 3 erfolgt zunächst ein Abfall der Rückstellkraft, bis das lokale Minimum 26 der Kennlinie erreicht ist. Der zugehörige Wert der Zugkraft wird im Zusam- menhang mit der Erfindung als Fiose bezeichnet. Wird durch geeignete Dimensionierung der Tellerfeder 20 Fiose so gewählt, dass sich bei dieser Zugkraft bereits eine vollständig gelös¬ te mechanische Bremse 3 ergibt, so muss nach Detektion von Fiose der Bremszug 27 lediglich weiter freigegeben werden, bis sich dieser Wert erneut einstellt, und das Lösen der mecha¬ nischen Bremse 3 erfolgt so, dass sich mit Sicherheit kein dauerhaftes Schleifen der mechanischen Bremse 3 während der Bewegung des Fahrzeuges ergibt.
Bei Verwendung des beschriebenen Schaltelementes 8 ergeben sich verschiedene Vorteile. Durch die Ausführung mit verschraubbaren Aufnahmen 21, 22 lässt sich ein erfindungsgemäßes Schaltelement 8 problemlos aus einem Bremszug 27 ent- fernen, warten und gegebenenfalls austauschen. Insbesondere die Funktionsfähigkeit auch ohne einen zusätzlichen Kraftsensor stellt ein erhebliches Potenzial für Kosteneinsparungen dar. Da das Schaltelement 8 keine Signalverbindung zur Steu¬ erbaugruppe 6 benötigt, kann es problemlos in der Nähe der mechanischen Bremse 3, unter Umständen auch frei liegend unter dem Fahrzeugboden, installiert werden. Durch die Eliminierung systembedingter Toleranzen ergibt sich somit eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der für die eigentliche Bremswirkung relevanten Kräfte. Ansonsten kann das Schaltele- ment 8 nahezu an beliebigen Stellen in den Kraftfluss integ¬ riert werden, was eine Nutzung verschiedenster Einbauräume ermöglicht. Die räumliche Trennung von Schaltelement 8 und Aktuator 1 ermöglicht bei Verzicht auf einen in den Aktuator 1 integrierten Kraftsensor 7 eine deutliche Verkleinerung der Bauform des Aktuators 1. Durch die Verwendung des erfindungs¬ gemäßen verschraubten Überwurfes 18 stützt sich die Tellerfe¬ der 20 gegen eine Fläche 19 ab, die lösbar mit einem der bei¬ den gegeneinander verschiebbaren Teile 9, 10 verbunden ist. Bei demontiertem Überwurf 18 lässt sich die Tellerfeder 20 einfach entnehmen und gegen eine Tellerfeder mit anderen Parametern ersetzen. Das kommt einer Einstellbarkeit der Kraft Fanzug, bei der sich beim Anziehen der mechanischen Bremse 3 der angestrebte Schalteffekt zeigt, gleich, was insbesondere bei einer Feststellbremse von Vorteil ist. Ebenso lässt sich das gesamte Hystereseverhalten des erfindungsgemäßen Schaltelementes 8 durch Austausch der Tellerfeder 20 problemlos verändern und an die Anforderungen des jeweiligen Fahrzeuges, in dem das Schaltelement 8 Verwendung finden soll, anpassen. Im Übrigen ist das Schaltelement 8 durch die robuste Bauform mit wenigen beweglichen Teilen und ohne elektrische Kontak- tierungsmittel außerordentlich langlebig und wartungsarm.
Durch den zusätzlichen Einbau von einer Axialdichtung zwischen Teil 18 und 9 (13) und einer Radialdichtung zu Teil 18 und 10 können die Tellerfeder und die Funktionsflächen gegen Feuchte und Schmutz geschützt werden.
Der Anschlag für die Verschiebung schützt das Federelement (Tellerfeder) vor mechanischer Überlastung. Damit wird eine Verformung im plastischen Bereich vermieden, so dass eine hohe Lebensdauer und eine Wiederholgenauigkeit gegeben ist. Durch Variation bzw. Abstimmung des freien Weges der Teller- feder bis zum Erreichen des Anschlages am Teil 18 kann auch der Verlauf des Stromes / Drehzahländerungen über die Zeit als Auswertegröße schnell und individuell auf die Fahrzeuge angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Betätigung einer mechanischen Bremse
(3), mit mindestens einen Aktuator (1) und mindestens ein Verbindungselement (2), das eine mechanische Aus¬ lenkung des Aktuators (1) zur mechanischen Bremse (3) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kraft- fluss vom Aktuator (1) zur mechanischen Bremse (3) ein Schaltelement (8) integriert ist, das bei Anlie- gen einer definierten Schaltkraft seine Baulänge sprunghaft ändert .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) als Bremszug (27) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bremse (3) eine Fest¬ stellbremse eines Kraftfahrzeuges ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) eine elektromo- torisch angetriebene Spindelanordnung (5) aufweist, die das Verbindungselement (2) linear auslenkt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6) vorgesehen sind, die aus dem Strom, der für die Betätigung des Aktuators (1) erforderlich ist, die Kraft zu ermitteln, die vom Aktuator (1) ausgeübt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (8) so ausge¬ führt ist, dass sein Kraft-Weg-Verhalten eine Hyste- rese zeigt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kraftsensor (7) vorgesehen ist, der die vom Aktuator (1) erzeugte Kraft misst .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (8) zwei ent- lang der Zugrichtung gegeneinander verschiebbare Teile (9, 10) aufweist, die über eine Tellerfeder (20) gegeneinander abgestützt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der gegeneinander verschiebbaren Teile (9, 10) lösbar mit je einer Aufnahme (21, 22) für ein
Verbindungselement (2, 23, 24) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kraft (Fanzug) , bei der sich beim Betätigen der mechanischen Bremse (3) das Schaltelement schaltet, einstellen lässt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tellerfeder (20) gegen eine Fläche ab¬ stützt, die sich an einem lösbar mit einem der beiden gegeneinander verschiebbaren Teile (9, 10) verbunde- nen Teil (18) befindet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (20) so dimensioniert ist, dass sich beim Anziehen des Bremszuges (27) bei einer Kraft (Fanzug) ein Schalteffekt zeigt, bei der sich eine Bremswirkung oberhalb der Blockiergrenze der Räder des Fahrzeuges ergibt, und dass sich beim Lösen des Bremszuges (27) bei einer Kraft (Fiose) ein Schalteffekt zeigt, bei der die mechanische Bremse (3) bereits vollständig gelöst ist.
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