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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Fahrzeugbremsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Fahrzeugbremsanlagen dieser Art sind
aus dem Stand der Technik bekannt, um neben der Bereitstellung einer
durch Betätigung
des Bremspedals ausgelösten
Bremswirkung der Bremsanlage bei Betrieb des Fahrzeugs auch eine
Feststellbremswirkung bereitzustellen, beispielsweise initiiert
durch Betätigung
eines Handbremshebels.
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Eine derartige Fahrzeugbremsanlage
ist aus der gattungsbildenden
DE 197 11 382 C2 bekannt. 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.
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Die Fahrzeugbremsanlage 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 Bremsbelägen
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.
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Aus der
US 5,339,930 ist eine handbetätigte Feststellbremseinrichtung
für ein
Schienenfahrzeug bekannt. Bei dieser Feststellbremseinrichtung ist
in die Bremskette, mit welcher das manuell betätigbare Handhabungsrad mit
dem Bremsmechanismus verbunden ist, ein Spannungselement integriert.
Das Spannungselement umfasst vorgespannte Federmittel, die bei einer
Betätigung
der Feststellbremse weiter zugespannt werden, so dass sie eine gegebenenfalls
aufgrund einer Abkühlung
verschiedener Komponenten des Feststellbremsmechanismus auftretenden
Schrumpfung ausgleichen können
und somit die Feststellbremswirkung aufrecht erhalten können.
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Ferner ist aus der
DE 199 419 36 A1 ein elektrischer
Bremsaktuator bekannt, bei dem eine vorgespannte Feder zur Aktivierung
der Feststellbremse genutzt wird.
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Schließlich zeigt die
DE 199 06 228 A1 eine elektromechanische
Zuspannvorrichtung für
Fahrzeugbremsen, bei welcher mittels eines Federspeichers und eines
elektrisch ansteuerbaren Motors eine Feststellbremswirkung erzielt
werden kann. Zum Ausgleichen von Schrumpfungseffekten bei Abkühlung einzelner
Komponenten der Fahrzeugbremse müssen
der Elektromotor und eine diesem zugeordnete Haltevorrichtung mehrfach
angesteuert werden, um unter Ausnutzung der Federvorspannung derartige
Schrumpfungseffekte zu kompensieren.
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Es ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Fahrzeugbremsanlage der eingangs bezeichneten Art
bereitzustellen, welche einen einfachen und kompakten Aufbau aufweist
und welche bei reduzierter Betätigungskraft
und kleinerem Zustellweg insbesondere auch nach abkühlungsbedingter
Schrumpfung von Bremsbelägen
und Bremsscheibe eine zuverlässige
Feststellbremswirkung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugbremsanlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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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.
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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 ausgenutzt werden, indem das Federelement
wieder expandiert.
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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.
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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 eingeschlossen 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 Betätigungs kraft-Schwellenwert
erreicht wird, d.h. der Wert der Betätigungskraft, bei welchem sich
das Federelement ausgehend von seinem aktuellen Vorspannzustand
gerade weiter komprimieren lässt.
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In diesem Zusammenhang kann erfindungsgemäß ferner
vorgesehen sein, dass die Federkammer in einem Hohlzylinder ausgebildet
ist. Der Hohlzylinder 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 Hohlzylinder festgelegten Sicherungsrings realisiert
werden.
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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. Ferner kann das Federelement
von einer Spiralfeder gebildet sein oder alternativ einen Elastomerkörper umfassen.
Gleichermaßen ist
jedoch auch der Einsatz eines Tellerfeder-Pakets oder eine Federanordnung
aus mehreren Federkomponenten denkbar, wie beispielsweise parallel
oder seriell geschaltete Federn.
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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.
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Die Feststellbremseinrichtung gemäß der Erfindung
ist unmittelbar an einem Bremssattel einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage
vorgesehen. Dabei ist es erfindungsgemäß weiter möglich, dass der Hohlzylinder
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.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
der beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert. Es stellen dar:
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1 eine
Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
des bremssattelnahen Bereichs einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsanlage;
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2 eine
Ansicht entsprechend 1 eines
zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
und
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3 eine
Kraft-Weg-Kennlinie der erfindungsgemäßen Feststellbremseinrichtung.
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In 1 ist
eine Teilschnittdarstellung des bremssattelnahen Bereichs einer
erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsanlage
mit Feststelleinrichtung in ihrer Freigabestellung gezeigt. Im Einzelnen
zeigt 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. festrustellenden Rad des Fahrzeugs gekoppelt
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.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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 Federkammer 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.
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Im Folgenden soll mit Bezug auf 1 und 3 die Funktionsweise der erfindungsgemäßen 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 3 ist der Punkt, bei welchem
die Zustellbewegung beginnt, mit P1 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 Brems beläge 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 3 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 3 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.
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Zur Erzielung eines bestimmten Zustellwegs ds
ausgehend von Punkt P2 bis zu einem fiktiven Punkt
P3 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 nachdrucken 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 Parkzustand 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.
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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 1 beschrieben werden. Hierfür werden
dieselben Bezugszeichen wie bei der Beschreibung der 1 verwendet werden, jedoch
mit der Ziffer „1" vorangestellt.
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Die Ausführungsform nach 2 unterscheidet sich von
der Ausführungsform
nach 1 im wesentlichen
darin, dass die Federkammer nicht unmittelbar in dem Innenraum 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 2 linken
Ende einen Flansch 160 auf, der wie die Druckplatte 44 aus 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.
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Im Betrieb funktioniert die Ausführungsform nach 2 so wie mit Bezug auf die
Ausführungsform
nach 1 und mit Bezug
auf 3 vorstehend erläutert. Dies
bedeutet, dass sich die Druckfeder 142 zunächst wie
ein starres Element verhält
und erst bei Erreichen eines Betätigungskraft-Schwellenwertes
FS nachgibt.
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Die Ausführungsform nach 2 hat gegenüber der
nach 1, insbesondere
wegen 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.
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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.