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Aus der
EP 0988 203 B1 ist eine Feststellbremsanlage für Fahrzeuge bekannt, die eine in ein Stellglied integrierte Kraftmessvorrichtung aufweist. Um einen einwandfreien Betrieb der Feststellbremsanlage gewährleisten zu können, ist es erforderlich, die über den Seilzug zu übertragene Kraft genau zu dosieren, wofür eine präzise Bestimmung der Kraftübertragung mittels der Kraftmessvorrichtung erforderlich ist. Die Feststellbremsanlage weist eine Antriebsvorrichtung mit einem motorischen Antrieb auf, die über ein Getriebe und eine Gewindespindel das Stellglied beispielsweise translatorisch verschiebt, um so den mit dem Stellglied verbundenen Seilzug entsprechend zu betätigen. Die Kraftmessung erfolgt an der Schnittstelle zwischen Seilzug und dem Stellglied mittels der Kraftmessvorrichtung, und zwar über ein als Feder ausgeführtes Kraftmesselement. Eine Verschiebung des Stellglieds über den motorischen Antrieb bewirkt eine Belastung des Seilzuges und eine entsprechende Verkürzung der Feder. Der Federweg wird elektronisch mittels eines Wegsensors erfasst. Über die Federkennlinie der Feder ist eine Bestimmung der vom Seilzug übertragenen Kraft möglich.
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Aus der
US 6,609,595 B2 ist ebenfalls eine Kraftmessvorrichtung bekannt, die Teil einer Feststellbremse, einer so genannten „parking brake assembly“ ist. Auch hier ist die Kraftmessvorrichtung in ein mit dem Seilzug verbundenen Stellglied integriert. Die Kraftmessvorrichtung ist dabei in einer Bohrung des Stellglieds verbaut. Das Kraftmesselement ist als Feder ausgeführt, bei der über einen Stößel und einen Hallsensor der Federweg bestimmt wird. Unter Auswertung des Federwegs ergibt sich die Belastung des Seilzugs.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Messung zumindest einer von einer Antriebsvorrichtung auf einen ersten und zweiten Betätigungszug übertragenen Stellkraft bereitzustellen, welche eine zuverlässige und präzise Messung der Stellkraft ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß weist die Anordnung zur Messung einer von einer Antriebsvorrichtung auf einen ersten und zweiten Betätigungszug übertragenen Stellkraft zur Betätigung einer Feststellbremsanlage in einem Fahrzeug zumindest ein erstes und zweites Spindelmutterelement auf, die über zumindest eine Gewindewelle der Antriebsvorrichtung um deren Längsachsen drehbar sind und entlang einer Antriebsachse axial verschiebbar sind. Ferner sind zumindest ein erstes mit dem ersten Spindelmutterelement zusammenwirkendes Spindelelement und zumindest ein zweites mit dem zweiten Spindelmutterelement zusammenwirkenden Spindelelement vorgesehen, wobei das erste Spindelelement mit dem ersten Betätigungszug und das zweite Spindelelement mit dem zweiten Betätigungszug verbunden sind. Die Messung der über die Spindelmutterelemente übertragenen Stellkraft erfolgt über eine zweiteilig ausgebildete Kraftmessvorrichtung, wobei ein erster Teil der Kraftmessvorrichtung mit dem ersten Spindelmutterelement und ein zweiter Teil der Kraftmessvorrichtung mit dem zweiten Spindelmutterelement verbunden ist, welche parallel zu den Längsachsen des ersten und zweiten Spindelmutterelementes verschiebbar sind. Vorteilhaft wird hierdurch eine zuverlässige und präzise Messung der auf die beiden Betätigungszüge einer Parkbremse einwirkenden Stellkraft ermöglicht, welches zu einer verbesserten Steuerung und Regelung eines elektromechanischen Parkbremsensystems beiträgt.
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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel anhand einer vereinfacht dargestellten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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In der Figur ist beispielhaft in einer vereinfachter Darstellung eine schematische Seitenansicht einer Anordnung 1 zur Messung einer von einer Antriebsvorrichtung 2 auf einen ersten und zweiten Betätigungszug 3, 3' übertragenen Stellkraft SF bzw. mehrerer Stellkräfte SF* zur Betätigung einer Feststellbremsanlage (in der Figur nicht dargestellt) eines Fahrzeuges dargestellt, welche eine Kraftmessvorrichtung 4 aufweist.
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Die Anordnung 1 ist beispielsweise Teil einer Feststellbremsanlage, die in der Fachwelt unter dem Begriff elektronische Parkbremse bekannt ist und die für Fahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen, vorgesehen ist. Bei einer derartigen elektronischen Parkbremse ist der gewohnte Handbremshebel durch ein elektronisches Schaltmittel und einer zugeordneten Steuereinheit ersetzt, über welche die Feststellbremse angesteuert wird.
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Ein zusätzlich im Fahrzeug vorgesehener Neigungssensor erkennt beispielsweise die Fahrzeugneigung und den sich hierdurch erforderliche erhöhte Bremskraft und zieht die Parkbremse automatisch nach. Sobald der Fahrer wieder Gas gibt, wird die Bremse ohne Zeitverzögerung gelöst. Auch mit dem Abstellen des Motors wird die Bremse aktiviert.
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Die in der Figur dargestellte Anordnung 1 ist zur Erzeugung der für die Betätigung einer derartigen elektromechanischen Parkbremse bzw. einer Feststellbremsanlage erforderlichen Stellkraft SF vorgesehen und hierzu beispielsweise in ein Gehäuse (nicht in 1 dargestellt) integriert, wobei die von der Antriebsvorrichtung 2 erzeugte Stellkraft SF, beispielsweise geteilt in zwei gleichstarke Stellkräfte SF* über den ersten und zweiten Betätigungszug 3, 3' an jeweils eine Aktuatoreinheit der Feststellbremsanlage übertragen wird. Der erste und zweite Betätigungszug 3, 3' können hierzu beispielsweise als Seilzug ausgebildet sein. Zum Dosieren der auf die Feststellbremse der Feststellbremsanlage übertragenen Bremskraft ist es notwendig, die auf den ersten und zweiten Betätigungszug 3, 3' übertragene Stellkraft SF bzw. Stellkräfte SF* mittels der Kraftmessvorrichtung 4 präzise zu ermitteln.
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Die Antriebsvorrichtung 2 weist eine vorzugsweise gerade verzahnte Welle 2.1 auf, welche beispielsweise direkt oder indirekt über ein Getriebe mit einem motorischen Antrieb (nicht in der Figur dargestellt) verbunden ist und zur Erzeugung einer Drehbewegung um eine Antriebsachse A vorgesehen ist. Der motorische Antrieb wird über eine im Fahrzeug vorgesehen Steuereinheit bzw. ein Steuergerät gesteuert.
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Die gerade verzahnte Welle 2.1 weist auf Ihrer Mantelfläche zum Antrieb eines ersten und zweiten Spindelmuttermoduls 5, 6 zumindest einen ersten und zweiten Verzahnungsabschnitt 2.2, 2.3 auf. Hierzu greift das erste Spindelmuttermodul 5 in den ersten Verzahnungsabschnitt 2.2 und das zweite Spindelmuttermodul 6 in den zweiten Verzahnungsabschnitt 2.3 ein, und zwar jeweils über einen weiteren Verzahnungsabschnitt 5', 6', welcher vorzugsweise an dessen freien Enden vorgesehen ist.
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Das erste und zweite Spindelmuttermodul 5, 6 sind mittels einem ersten bzw. zweiten Lagermodul 9, 10 sowohl axial als auch rotatorisch beweglich zueinander angeordnet, d.h. zueinander entlang der Antriebsachse A axial verschiebbar und um Ihre Längsachse L, L' drehbar gelagert. Über die verzahnte Welle 2.1 kann somit ein Kraftausgleich zwischen den an den ersten und zweiten Betätigungszug 3, 3' anliegenden Kräften erfolgen.
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Das erste und zweite Spindelmuttermodul 5, 6 weisen eine konzentrisch zur Längsachse L, L' angeordnete Führungsausnehmung 5", 6" mit einem Innengewinde 5"', 6"' auf. Mittels des Innengewindes 5"', 6'" der Führungsausnehmung 5", 6" des ersten und zweiten Spindelmuttermoduls 5, 6 wird ein erstes bzw. zweites Spindelelement 7, 8 entlang der Längsachsen L, L' geführt. Hierzu weist das erste bzw. zweite Spindelelement 7, 8 ein auf dessen Mantelfläche angeordnetes Außengewinde 7', 8' auf, welches mit dem Innengewindes 5"', 6'" der Führungsausnehmung 5", 6" zusammenwirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und zweite in der jeweiligen Führungsausnehmung 5", 6" des Spindelmuttermoduls 5, 6 vorgesehene Spindelelement 7, 8 gegen Verdrehung gesichert.
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Ferner sind die Längsachsen L, L' des ersten und zweiten Spindelelementes 5, 6 auf einer parallel zur Antriebsachse A verlaufenden Achse G angeordnet, d.h. eine erste Stirnseite 7", 8" des ersten bzw. zweiten Spindelelementes 7, 8 liegen sich gegenüber und eine zweite Stirnseite 7"', 8'" des ersten bzw. zweiten Spindelelementes 7, 8 weisen voneinander weg.
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Das erste Spindelelement 7 ist mit dem ersten Betätigungszug 3 und das zweite Spindelelement 8 mit dem zweiten Betätigungszug 3' fest verbunden, und zwar derart, dass diese um 180° versetzt zueinander verlaufen, d.h. jeweils parallel zur Achse G bzw. zu den Längsachsen L, L' des ersten und zweiten Spindelelementes 7, 8 verlaufend und senkrecht von der zweiten Stirnseite 7"', 8'" des ersten bzw. zweiten Spindelelementes 7, 8 wegstehend. Der erste und zweite Betätigungszug 3, 3' verlaufen somit entlang einer Linie ohne Querversatz.
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Über den ersten und zweiten Verzahnungsabschnitt 2.2, 2.3 der Welle 2.1 ist ein Kraftausgleich zwischen dem ersten und zweiten Betätigungszug 3, 3' und dem ersten und zweiten Spindelmuttermodul 5, 6 gewährleistet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und zweite Spindelelement 7, 8 zylinderförmig ausgebildet und sind in den Führungsausnehmungen 5"', 6'" axial beweglich angeordnet, jedoch gegen Rotation bzw. Verdrehung gesichert.
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Die Kraftmessvorrichtung 4 ist als Verbindungsglied zwischen dem ersten und zweiten Spindelmuttermodul 5, 6 vorgesehen und zweiteilig ausgebildet. Diese ist zur Ermittlung der auf den ersten und zweiten Betätigungszug 3, 3' übertragenen Stellkraft SF bzw. Stellkräfte SF* zwischen diesen angeordnet.
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Die Kraftmessvorrichtung 4 weist ein erstes Aufnahmeelement 4.1 und ein zweites Aufnahmeelement 4.2 auf, welche zur Aufnahme eines Messelementes 11 ausgebildet sind. Das erste Aufnahmeelement 4.1 ist mit dem ersten Spindelmuttermodul 5 verbunden, und zwar über ein erstes Lagerelement 12. Analog hierzu ist das zweite Aufnahmeelement 4.2 mit dem zweiten Spindelmuttermodul 6 verbunden, und zwar beispielsweise über ein zweites Lagerelement 13.
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Das erste und zweite Lagerelement 12, 13 sind zur Entkopplung einer Drehbewegung des ersten und zweiten Spindelmuttermoduls 5, 6 von der Kraftmessvorrichtung 4 vorgesehen, welche bevorzugt verdrehungssicher im Gehäuse der Anordnung 1 angeordnet ist. Zur Realisierung der Verdrehungssicherheit weist das zweite Aufnahmeelement 4.2 ein nach außen wegstehendes beispielsweise keilförmiges Führungselement 14 auf, welches in einer Führung 15, beispielsweise einer im Gehäuse vorgesehenen Nut geführt wird, und zwar vorzugsweise entlang parallel zur Antriebsachse A. Das erste und zweite Lagerelement 12, 13 sind beispielsweise als Axialkugellager- oder Rillenkugellagerelement ausgebildet.
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Das erste Aufnahmeelement 4.1 weist beispielsweise einen ersten Anschlag 4.11 und das zweite Aufnahmeelement 4.2 einen zweiten gegenüberliegenden Anschlag 4.22 auf, welche jeweils senkrecht zur Antriebsachse A an den freien Enden des jeweiligen Aufnahmeelementes 4.1, 4.2 angeordnet sind. Der erste Anschlag 4.11 ist an dem zum zweiten Spindelmuttermodul 6 gewandten freien Ende des ersten Aufnahmeelementes 4.1 angeordnet und schließt einen rechten Winkel mit dem ersten Aufnahmeelement 4.1 ein, wobei das freie Ende des ersten Anschlags 4.11 zur Längsseite des zweiten Aufnahmeelementes 4.2 zeigt.
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Analog hierzu zeigt das freie Ende des zweiten Anschlags 4.22 zur Längsseite des ersten Aufnahmeelementes 4.2, wobei der zweite Anschlag 4.22 an dem zum ersten Spindelmuttermodul 5 gewandten freien Ende des zweiten Aufnahmeelementes 4.1 angeordnet ist und einen rechten Winkel mit dem ersten Aufnahmeelement 4.1 einschließt.
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Das erste und zweite Aufnahmeelement 4.1, 4.2 zusammen mit deren ersten und zweiten Anschlag 4.11, 4.22 bilden somit einen zumindest teilweise offenen Aufnahmeraum zur Aufnahme des Kraftmesselementes 11 aus, welches sich mit seinen freien Enden 11', 11" am ersten bzw. zweiten Anschlag 4.11, 4.22 des ersten bzw. zweiten Aufnahmeelementes 4.1, 4.2 abstützt.
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Das Kraftmesselement 11 wird beispielsweise von einer Feder gebildet, die entsprechend der Belastung des ersten und zweiten Betätigungszuges 3', 3" gedehnt oder gestaucht wird, wobei der hierdurch entstehende Federweg der Feder von einer Federwegmessvorrichtung bestimmt wird und abhängig davon die Stellkraft ermittelt wird. Die Feder ist vorzugsweise als Druck- oder Zugfeder ausgebildet.
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Aufgrund der über das erste und zweite Spindelmuttermodul 5, 6 auf die Kraftmessvorrichtung 2 erfolgten Kraftübertragung wird das als Feder ausgebildete Messelement 11 zusammengedrückt bzw. auseinander gezogen und somit deren Federweg verändert. Mittels einer geeigneten an sich bekannten in der Kraftmessvorrichtung 4 vorgesehen Vorrichtung zur Federwegbestimmung (nicht in der Figur dargestellt) wird diese Änderung des Federweges und somit die Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmeelement 4.1, 4.2 erfasst. Die Vorrichtung kann beispielsweise einen Magnetfeldgeber aufweisen, der entsprechend auf einen Wegsensor einwirkt. Insbesondere kann beispielsweise als Magnetfeldgeber ein mit dem ersten Aufnahmeelement 4.1 verbundener Magnet vorgesehen werden, dem gegenüber ein mit dem zweiten Aufnahmeelement 4.2 verbundener Hall-Sensor zur Erfassung der Änderung bzw. Verschiebung des Magnetfeldes angeordnet ist. Über die Federkernlinie wird auf die übertragene Stellkraft SF geschlossen.
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Das Kraftmesselement 11 kann alternativ mittels eines mit einem Dehnmessstreifen versehenen Biegebalkens realisiert sein. Derartige Dehnmessstreifen weisen verformungsabhängige elektrische Widerstände auf und können in Dünnschicht oder Dickschichttechnologie auf dem Biegebalken aufgebracht sein.
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Möglich ist auch, zusätzlich oder anstelle der Dehnmessstreifen, einen Piezo-Kraftsensor zu verbauen, der eine entsprechende Verformung in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt. Bei dem Piezo-Effekt setzt eine marginale Verformung eines Kristalls eine entsprechende elektrische Ladung frei. Selbstverständlich sind auch andere bekannte Ausführungen zur Kraftmessung am Kraftmesselement 11 einsetzbar.
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Die über unterschiedliche Vorrichtung zur Kraftermittlung erzeugten Ausgangssignale werden einer Steuereinheit bzw. einem Steuergerät im Fahrzeug zugeführt. Durch Vergleich von Kraftsollwerten mit Kraftistwerten kann dann in bekannter Weise eine Steuerung bzw. Regelung der Festestellbremse durchgeführt werden.
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Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Antriebsvorrichtung
- 2.1
- gerade verzahnte Welle
- 2.2
- erster Verzahnungsabschnitt
- 2.3
- zweiter Verzahnungsabschnitt
- 3
- erster Betätigungszug
- 3'
- zweiter Betätigungszug
- 4
- Kraftmessvorrichtung
- 5
- erstes Spindelmuttermodul
- 6
- zweites Spindelmuttermodul
- 5', 6'
- weiterer Verzahnungsabschnitt
- 5", 6"
- Führungsausnehmung
- 5"', 6'"
- Innengewinde
- 7
- erstes Spindelelement
- 8
- zweites Spindelelement
- 7', 8'
- Außengewinde
- 7", 8"
- erste Stirnseite
- 7"', 8'"
- zweite Stirnseite
- 9
- erstes Lagermodul
- 10
- zweites Lagermodul
- 11
- Messelement
- 11, 11'
- freie Enden
- 12
- erste Lagerelement
- 13
- zweite Lagerelement
- 14
- Führungselement
- 15
- Führung
- SF
- Stellkraft
- A
- Antriebsachse
- G
- Achse
- L, L'
- Längsachse