DE102005050706A1

DE102005050706A1 - Feststellbremse für eine Fahrzeugtür

Info

Publication number: DE102005050706A1
Application number: DE102005050706A
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr. Becker; Karl-Josef Prof. Dr.-Ing. Jakobi; Wilhelm Dr. Senske; Ulrich Dipl.-Ing. Thelen
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-10-22
Filing date: 2005-10-22
Publication date: 2007-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feststellbremse für eine Fahrzeugtür (10) mit einem an einer Fahrzeugkarosserie (20) befestigten ersten Halteelement (22), einem an der Fahrzeugtür (10) befestigten zweiten Halteelement (12), welches über einen Scharnierbolzen (30) mit dem ersten Halteelement (22) relativbewegblich verbunden ist, wobei der Scharnierbolzen (30) drehfest mit dem ersten Halteelement (22) oder dem zweiten Halteelement (12) verbunden ist, einer Bremseinheit (40) mit einem elektrischen Steuerelement (50), welche über einen Reibschluss die Relativbewegung der beiden Halteelemente (12, 22) innerhalb eines zugehörigen Bewegungsbereichs (70) abbremst und/oder in beliebigen Relativstellungen gegeneinander blockiert. Erfindungsgemäß ist die Bremseinheit (40) als Lamellenbremse mit mindestens einer Lamelle als erstes Reibelement (42) und mindestens einer Lamelle als zweites Reibelement (44) oder als Kegelbremse mit einem Außenkegel als erstes Reibelement (42) und einem Innenkegel als zweites Reibelement (44) ausgeführt, wobei die Bremseinheit (40) gesteuert vom elektrischen Steuerelement (50) über ein Kraftelement (60) eine vorgebbare Bremskraft (F) erzeugt, welche den Reibschluss zwischen dem ersten Reibelement (42) und dem zweiten Reibelement (44) herstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststellbremse für eine Fahrzeugtür nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Offenlegungsschrift DE 196 25 556 A1 wird ein Scharnier mit Schwenkbremse für eine Kraftfahrzeugtür beschrieben. Der Verlauf des Bremsmomentes der Schwenkbremse wird mit mechanischen Mitteln an den Verlauf des Drehmomentes der Tür über deren Schwenkwinkel bei einer maximalen Neigung der Scharnierachse zur Senkrechten angepasst. Die Schwenkbremse ist beispielsweise als Lamellenbremse oder als Kegelbremse ausgeführt.

In der Patentschrift DE 101 35 253 B4 wird ein Feststeller zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Baugruppen beschrieben, insbesondere ein Türfeststeller. Der beschriebene Feststeller umfasst einen Zylinder, welcher in Wirkverbindung mit einem ersten Objekt steht, und einen Reibflächenträger, welcher in Wirkverbindung mit einem zweiten Objekt steht. Ein Reibelement stellt durch Energiezufuhr einen Reibschluss zwischen dem Zylinder und dem Reibflächenträger her. Das Reibelement ist mit einer elektrischen Spannungsversorgungseinrichtung verbunden, wobei in Abhängigkeit der angelegten Spannung eine Volumenänderung des Reibelements auftritt, welche eine Stellbewegung des Reibelements bezogen auf eine Reibfläche des Reibflächenträgers darstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Feststellbremse für eine Fahrzeugtür anzugeben, welche reproduzierbare und genaue Bremsvorgänge innerhalb des Bewegungsbereichs der Fahrzeugtür ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Feststellbremse für eine Fahrzeugtür mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß umfasst eine Feststellbremse für eine Fahrzeugtür eine Bremseinheit, welche gesteuert von einem elektrischen Steuerelement über ein Kraftelement eine vorgebbare Bremskraft erzeugt, welche den Reibschluss zwischen einem ersten Reibelement und einem zweiten Reibelement herstellt, wobei die Bremseinheit als Lamellenbremse mit mindestens einer Lamelle als erstes Reibelement und mindestens einer Lamelle als zweites Reibelement oder als Kegelbremse mit einem Außenkegel als erstes Reibelement und einem Innenkegel als zweites Reibelement ausgeführt ist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Bewegung der Fahrzeugtür innerhalb des zugehörigen Bewegungsbereichs über eine Beeinflussung von entsprechenden Halteelementen abzubremsen und/oder in beliebigen Positionen zu blockieren. Durch das elektrische Steuerelement, welches beispielsweise Informationen von einer Sensorik zur Hinderniserkennung auswertet, ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Fahrzeugtür reproduzierbar und genau und damit zuverlässig abzubremsen, wenn beispielsweise ein Hindernis im Bewegungsbereich der Fahrzeugtür erkannt wird, oder die Fahrzeugtür unabhängig von der Fahrzeuglage in beliebigen Öffnungsstellungen innerhalb des Bewegungsbereichs zu blockieren. Ein erstes Halteelement ist beispielsweise an der Fahrzeugkarosserie befestigt und ein zweites Halteelement, welches über einen Scharnierbolzen mit dem ersten Halteelement relativbeweglich verbunden ist, ist an der Fahrzeugtür befestigt, wobei der Scharnierbolzen drehfest mit dem ersten Halteelement oder dem zweiten Halteelement verbunden ist. Die Ausführung der Bremseinheit als Lamellenbremse kann hohe Momente abbremsen und weist den Vorteil einer kompakten Bauform auf.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feststellbremse steht das erste Reibelement beispielsweise mit dem ersten Halteelement in Wirkverbindung und das zweite Reibelement steht mit dem zweiten Halteelement in Wirkverbindung.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feststellbremse umfasst das elektrische Steuerelement mindestens ein Piezoelement, welches in beliebigen Türöffungsstellungen über das Kraftelement die erforderliche Bremskraft und/oder Haltekraft als axiale Anpresskraft erzeugt, welche die Reibelemente aufeinander presst.

Das elektrische Steuerelement ist beispielsweise zwischen den Reibelementen und dem Kraftelement angeordnet. Alternativ kann das Kraftelement zwischen den Reibelementen und dem Steuerelement angeordnet sein.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feststellbremse ist die maximale erzeugbare axiale Anpresskraft über ein Radienverhältnis der Reibfläche der Lamellen oder der Kegel einstellbar, d.h. über das Verhältnis eines Außenradius zu einem Innenradius. Alternativ oder zusätzlich kann die maximal erzeugbare Anpresskraft über die Anzahl der Reibflächen, d.h. über die Anzahl der als Reibelemente verwendeten Lamellen eingestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feststellbremse wird die maximale Anpresskraft in Abhängigkeit von Masse und Hebelarm der Fahrzeugtür und der gewünschten Haltekraft vorgegeben, d.h. in Abhängigkeit von den Abmessungen und dem Gewicht der Fahrzeugtür.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Feststelleinrichtung für eine Fahrzeugtür,
2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Bremseinheit aus 1,
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Bremseinheit aus 1,
4 ein Diagramm zur Darstellung von mehreren Kennlinienverläufen der Anpresskraft der Bremseinheit gemäß 2, und
5 ein Diagramm zur Darstellung von mehreren Kennlinienverläufen der Flächenpressung der Bremseinheit gemäß 2.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine erfindungsgemäße Feststellbremse 1 für eine Fahrzeugtür 10 ein erstes an einer Fahrzeugkarosserie 20 befestigtes Halteelement 22, ein an der Fahrzeugtür 10 befestigtes zweites Halteelement 12, welches über einen Scharnierbolzen 30 mit dem ersten Halteelement 22 relativbeweglich verbunden ist, und eine Bremseinheit 40, welche über einen Reibschluss die Relativbewegung der beiden Halteelemente 12, 22 innerhalb eines zugehörigen Bewegungsbereichs 70 abbremst und/oder in beliebigen Relativstellungen gegeneinander blockiert. Der Scharnierbolzen 30 ist mit dem ersten Halteelement 22 oder dem zweiten Halteelement 12 drehfest verbunden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die Bremseinheit 40 bei einer ersten Ausführungsform als Lamellenbremse ausgeführt und umfasst mindestens eine Lamelle als erstes Reibelement 42, mindestens eine Lamelle als zweites Reibelement 44, ein elektrisches Steuerelement 50 und ein Kraftelement 60. Die Lamellen sind beispielsweise über eine entsprechende Kerbverzahnung 46 mit dem Scharnierbolzen 30 und einem Gehäuse der Bremseinheit 40 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht das erste Reibelement 42 mit dem ersten Halteelement 22 in Wirkverbindung und das zweite Reibelement 44 steht mit dem zweiten Halteelement 12 in Wirkverbindung. Die Bremseinheit 40 erzeugt gesteuert vom elektrischen Steuerelement 50, welche über eine Wirkverbindung 52 das Kraftelement 60 beeinflusst, eine vorgebbare Bremskraft F, welche den Reibschluss zwischen dem ersten Reibelement 42 und dem zweiten Reibelement herstellt 44, so dass die Relativbewegung der beiden Halteelemente 12, 22 innerhalb eines zugehörigen Bewegungsbereichs 70 abgebremst und/oder in beliebigen Relativstellungen gegeneinander blockiert werden können. Das elektrische Steuerelement 50 umfasst mindestens ein Piezoelement, welches bei beliebiger Türstellung die erforderliche Bremskraft als axiale Anpresskraft F erzeugt, welche die Reibelemente 42, 44 aufeinander presst. Die Bremseinheit 40 erzeugt eine erforderliche Maximalkraft F_max, um bei beliebiger Türstellung ein maximales Moment M_t der Fahrzeugtür 10 aufnehmen zu können, welches von Masse und Hebelarm der Fahrzeugtür 10 und der gewünschten Haltekraft abhängig ist, und um die Fahrzeugtür in der beliebigen Türstellung zu halten.
Zur Erzeugung der Kraft F ist das Kraftelement 60 zwischen den Reibelementen 42, 44 und dem Steuerelement 50 angeordnet und wird gegen die Reibelemente 42, 44 gedrückt, so dass zwischen den Reibelementen 42 und 44 ein Flächenpressung p auftritt, über welche die Fahrzeugtür in einer beliebigen Position innerhalb des Bewegungsbereichs 70 gehalten wird. Alternativ kann das elektrische Steuerelement 50 zwischen den Reibelementen 42, 44 und dem Kraftelement 60 angeordnet sein, so dass das Kraftelement 60 über das Steuerelement 50 mit der Kraft F auf die Reibelemente 42, 44 drückt.
Werden das maximale Moment M_t der Fahrzeugtür 20, der Innenradius r_i der wirksamen Reibflächen zwischen den ersten und zweiten Reibelementen 42 und 44, die Anzahl n der wirksamen Reibflächen und der Reibungskoeffizient μ der Lamellenbremse als vorgegeben betrachtet und wird der Außenradius r_a der wirksamen Reibflächen variiert, so kann die Pressung p zwischen den Reibelementen 42 und 44 und die erforderliche Anpresskraft F in Abhängigkeit vom Radienverhältnis r_a/r_i dargestellt werden. Für die Kraft F gilt Gleichung (1):
und für die Pressung p gilt Gleichung (2):
4 zeigt beispielsweise ein Diagramm zur Darstellung von mehreren Kennlinienverläufen der Anpresskraft F für die Bremseinheit 40 gemäß 2 und 5 zeigt beispielsweise ein Diagramm zur Darstellung von mehreren Kennlinienverläufen der Flächenpressung der Bremseinheit 40 gemäß 2. Die zulässigen Bereiche zur Auswahl einer passenden Kennlinie werden in den beiden Diagrammen durch ein minimales Radienverhältnis r_a/r_i > 1 und eine maximale Axialkraft F_max bzw. eine maximale Pressung p_max begrenzt. Wie aus den Gleichungen (1) oder (2) ersichtlich ist, kann die maximal erzeugbare Anpresskraft F_max über das Radienverhältnis r_a/r_i der Reibflächen und/oder über die Anzahl der als Reibelemente 42, 44 verwendeten Lamellen und damit der Reibflächen eingestellt werden. So kann beispielsweise bei leichten Fahrzeugtüren ein Lamellenpaket und bei schweren Fahrzeugtüren mehrere Lamellenpakete bzw. ein Lamellenpaket mit einer größeren Anzahl von Lamellen verwendet werden. Somit ist die Maximalkraft F_max über die Anzahl der Lamellen einstellbar. Werte für die zulässigen Pressungen p und den Reibungskoeffizienten μ können in Abhängigkeit vom verwendeten Material für die Reibelemente 42, 44 aus entsprechenden Tabellen entnommen werden.
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die Bremseinheit 40 bei einer zweiten Ausführungsform als Kegelbremse mit einem Außenkegel als erstes Reibelement 42 und einem Innenkegel als zweites Reibelement 44 ausgeführt, zwischen denen eine Reibfläche angeordnet ist. Die Abkürzungen F₂ und p₂ geben die Kraft F bzw. die Pressung p an, deren Werte aus den Diagrammen gemäß 4 bzw. 5 für eine Lamellenbremse mit n=2 Reibflächen entnommen werden können bzw. gemäß den Gleichungen (1) bzw. (2) berechnet werden können. Für die Kraft F₂ gilt Gleichung (3):
und für die Pressung p₂ gilt Gleichung (4):
Somit berechnet sich die Anpresskraft F der Kegelbremse gemäß Gleichung (5): F = 2F2sin(α) (5)
Und die Pressung p der Kegelbremse berechnet sich gemäß Gleichung (6): p = 2p2sin(α) (6)
Wie aus den Gleichungen (5) und (6) ersichtlich ist, können die Ordinaten der p- bzw. F-Achse in den Diagrammen für eine Lamellenbremse mit n=2 Reibflächen gemäß 4 und 5 mit dem Faktor 2*sin(α) skaliert werden, um die Werte für die Ausführung der Bremseinheit 40 als Kegelbremse zu erhalten.
Eine kegelförmige Feststellbremse wird günstiger als eine Lamellenbremse mit n Reibflächen bei einem Winkel α, der kleiner ist als ein Grenzwinkel a_n ist, d.h. die Kegelbremse weist eine geringere Pressung p und kleinere Anpresskraft F als die Lamellenbremse auf. Da die Reibfläche der Kegelbremse über den Konus ausgeführt wird, weist die Lamellenbremse bei einem Vergleich der Bauhöhe h des Kegels mit der Bauhöhe der Lamellen in der Regel eine kompaktere Bauform als die Kegelbremse auf. Tabelle 1 zeigt eine Gegenüberstellung der in 2 dargestellten Lamellenbremse und der in 3 dargestellten Kegelbremse mit gleichen Innradien r_i und gleichen Außenradien r_a. Tabelle 1:
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, wird der Grenzwinkel α_n, bei welchem die Kegelbremse bei gleicher Bremswirkung günstiger als die Lamellenbremse ist, mit der Erhöhung der Anzahl von Reibflächen der Lamellenbremse immer kleiner. Dies ergibt sich aus der notwendigen Vergrößerung der Kontaktreibfläche. Je mehr Lamellen d.h. Reibflächen zu ersetzen sind, desto ungünstiger ist die konstruktive alternative Ausführungsform mit der Kegelbremse.

Claims

Feststellbremse für eine Fahrzeugtür (10) mit einem an einer Fahrzeugkarosserie (20) befestigten ersten Halteelement (22), einem an der Fahrzeugtür (10) befestigten zweiten Halteelement (12), welches über einen Scharnierbolzen (30) mit dem ersten Halteelement (22) relativbeweglich verbunden ist, wobei der Scharnierbolzen (30) drehfest mit dem ersten Halteelement (22) oder dem zweiten Halteelement (12) verbunden ist, einer Bremseinheit (40) mit einem elektrischen Steuerelement (50), welche über einen Reibschluss die Relativbewegung der beiden Halteelemente (12, 22) innerhalb eines zugehörigen Bewegungsbereichs (70) abbremst und/oder in beliebigen Relativstellungen gegeneinander blockiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (40) als Lamellenbremse mit mindestens einer Lamelle als erstes Reibelement (42) und mindestens einer Lamelle als zweites Reibelement (44) oder als Kegelbremse mit einem Außenkegel als erstes Reibelement (42) und einem Innenkegel als zweites Reibelement (44) ausgeführt ist, wobei die Bremseinheit (40) gesteuert vom elektrischen Steuerelement (50) über ein Kraftelement (60) eine vorgebbare Bremskraft (F) erzeugt, welche den Reibschluss zwischen dem ersten Reibelement (42) und dem zweiten Reibelement herstellt (44).
Feststellbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reibelement (42) mit dem ersten Halteelement (22) in Wirkverbindung steht und das zweite Reibelement (44) mit dem zweiten Halteelement (12) in Wirkverbindung steht.
Feststellbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Steuerelement (50) mindestens ein Piezoelement umfasst, welches in beliebigen Türöffungsstellungen über das Kraftelement (60) die erforderliche Bremskraft und/oder Haltekraft als axiale Anpresskraft (F) erzeugt, welche die Reibelemente (42, 44) aufeinander presst.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Steuerelement (50) zwischen den Reibelementen (42, 44) und dem Kraftelement (60) angeordnet ist.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftelement (60) zwischen den Reibelementen (42, 44) und dem Steuerelement (50) angeordnet ist.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal erzeugbare Anpresskraft (F_max) über ein Radienverhältnis (r_a/r_i) einer Reibfläche der Lamellen oder der Kegel einstellbar ist.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal erzeugbare Anpresskraft (F_max) über die Anzahl der Reibflächen zwischen den als Reibelementen (42, 44) verwendeten Lamellen einstellbar ist.
Feststellbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Anpresskraft (F_max) in Abhängigkeit von Masse und Hebelarm der Fahrzeugtür (10) und der gewünschten Haltekraft vorgebbar ist.