DE10327458A1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, mit einer in den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges zwischen Geschwindigkeits-Wechselgetriebe und den angetriebenen Rädern eingeschalteten Feststell- und/oder Not-Bremse und einer beim Bremsen einschaltbaren Differenzialsperre an der angetriebenen Achse des Kraftfahrzeuges, wobei zur verbesserten, steuerungstechnischen Anpassung an definierte Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges die Bremse und die Differenzialsperre unabhängig voneinander angeordnet und getrennt ansteuerbar sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Eine derartige Bremsanlage zeigt beispielsweise die
EP 0 383 758 B1 , bei der in einem Differenzialgehäuse als Betriebsbremse zwei auf die Abtriebswellen wirkende Reibungsbremsen bzw. Lamellenkupplungen vorgesehen sind, die hydraulisch betätigbar sind. Die eine Lamellenkupplung ist kombiniert mit einer weiteren Lamellenkupplung, die als Differenzialsperre wirkend das Ausgleichsgehäuse des Differenziales mit der einen Abtriebswelle kuppelt. Daraus resultiert, dass beim Betätigen der Betriebsbremse und beim Betätigen der Feststellbremse stets die Differenzialsperre aktiviert ist. Die Feststellbremse kann nach neueren Vorschlägen auch als Notbremse bei Ausfall der Betriebsbremse des Kraftfahrzeuges ausgelegt sein. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsanlage der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die steuerungstechnisch besser an gegebene Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges anpassbar ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die weiteren Patentansprüche.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Bremse und die Differenzialsperre unabhängig voneinander angeordnet und getrennt ansteuerbar sind. Dies ermöglicht z.B. die Einschaltung der Differenzialsperre ohne gleichzeitige Bremsbetätigung, z.B. beim Anfahren des Kraftfahrzeuges. Des weiteren kann durch die getrennte Steuerung von Bremse und Differenzialsperre weiteren Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges besser entsprochen werden, insbesondere wenn diese als Feststellbremse und als Notbremse eingesetzt ist. Es ist jedoch sicher zu stellen, dass zumindest im Stillstand des Kraftfahrzeuges bei betätigter Feststellbremse auch die Differenzialsperre geschlossen sein muss, um die Feststellbremswirkung zuverlässig auf beide Antriebsräder auszuüben.
- Durch die getrennte Ansteuerung von Bremse und Differenzialsperre kann vorteilhaft die Differenzialsperre eine im Kraftfahrzeug ggf. bereits vorhandene Differenzialsperre sein, die bei einer Bremsbetätigung zumindest zeitweilig aktiviert ist. Die bereits vorhandene Differenzialsperre ist somit lediglich steuerungstechnisch mit der Bremse zu verknüpfen, so dass der bauliche und konstruktive Aufwand zur Verwirklichung der vorgeschlagenen Bremsanlage deutlich vermindert ist.
- Die Differenzialsperre kann vorteilhaft bei definierten Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges bei einer Feststell- oder Not-Bremsbetätigung deaktiviert sein. Insbesondere kann die Differenzialsperre bei definierten Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges und/oder bei definierten Lenkwin keln der gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges bei einer Bremsbetätigung deaktiviert sein. Damit können Verspannungen im Antriebstrang z.B. beim gleichzeitigen Durchfahren von Kurven vermieden und eine verbesserte, schlupffreie Radführung bzw. Radhaftung des Kraftfahrzeuges (besonders wichtig bei einer Notbremsung) erzielt werden.
- Dabei kann die Differenzialsperre bei Geschwindigkeiten < 30 Km/h, insbesondere < 5 Km/h, bei einer Bremsbetätigung ständig aktviert sein, während bei darüber liegenden Geschwindigkeiten die besonderen Betriebsbedingungen anhand von im Kraftfahrzeug vorhandenen Sensoren erfasst werden und eine individuelle Steuerung der Differenzialsperre ermöglichen. So kann bei einem Kraftfahrzeug mit Raddrehzahlsensoren an den angetriebenen Rädern besonders vorteilhaft die Differenzialsperre bei definierten unterschiedlichen Raddrehzahlen bei gleichzeitiger Betätigung der Feststell- bzw. Notbremse aktiviert sein.
- Die Bremse kann eine im Antriebsstrang entsprechend angeordnete Reibungskupplung sein, während die ggf. bereits vorhandene Differenzialsperre z.B. eine Klauenkupplung innerhalb des Differenziales sein kann. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass die Bremse und die Differenzialsperre Lamellenkupplungen sind, die baulich besonders günstig radial übereinander im Gehäuse des Differenziales angeordnet sind. Damit wird ferner eine witterungs-unabhängige Anordnung innerhalb des Differenzialgehäuses geschaffen, die einfach an die entsprechende Steuerung anschließbar ist und die zumindest bei einer unabhängigen Radaufhängung des Kraftfahrzeuges zu den gefederten Massen zählt.
- Des weiteren können die Lamellenkupplungen an das Antriebsrad (z.B. Tellerrad) und Ausgleichsgehäuse des Differenziales angebaut sein, wobei die eine Lamellenkupplung im geschlossenen Zustand das Antriebsrad mit dem Gehäuse und die andere Lamellenkupplung das Antriebsrad mit der einen Abtriebswelle des Differenziales reibschlüssig verbindet. Damit wird die Baulänge des Differenziales nur unwesentlich vergrößert, wobei die vorzugsweise radial außenliegende Lamellenkupplung für die Bremse eine hohe Bremsleistung ermöglicht.
- Neben einer vollständig separaten Betätigung von Bremse und Differenzialsperre kann ggf. zur Erfüllung gesetzlicher Auflagen die Bremse und die Differenzialsperre mittels einer Wiegebalken-Vorrichtung betätigbar sein, bei der das eine Betätigungselement durch etwa mittige Beaufschlagung der Wiegebalken beide Lamellenkupplungen und das andere Betätigungselement durch eine außermittige Beaufschlagung der Wiegebalken nur die Lamellenkupplung für die Differenzialsperre betätigt. Damit kann einerseits die Differenzialsperre individuell nach gegebenen Betriebsbedingungen gesteuert werden, andererseits ist bei einer Betätigung der Bremse zwangsweise die gleichzeitige Betätigung der Differenzialsperre sichergestellt.
- Ferner kann das Betätigungselement für die Lamellenkupplung der Bremse mechanisch und das Betätigungselement für die Lamellenkupplung der Differenzialsperre hydraulisch ansteuerbar sein. Die hydraulische Steuerung der Differenzialsperre ermöglicht eine schnell ansprechende Steuerung der Sperrfunktion abhängig von definierten Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, während die mechanische Steuerung der Bremse beispielsweise über einen Seilzug (oder ein Gestänge) und eine Excentervorrichtung eine zuverlässige Bremswirkung der Feststellbremse auch über einen längeren Zeitraum sicherstellt. Bei einer auch als Notbremse einsetzbaren Bremse kann auch eine elektrische Betätigungseinrichtung vorgesehen sein, deren Bremswirkung bei höheren Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges über Raddrehzahlsensoren und ein entsprechend modifiziertes Antiblockier-Steuergerät (ABS) oder Fahrstabilitäts-Steuergerät (ESP) regelbar ist.
- Alternativ kann die Bremse auch im Kraftfluss vor dem Differenzial am Wechselgetriebe oder an der Kardanwelle des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Bremse eine im Wechselgetriebe angeordnete Lamellenkupplung oder eine an der Kardanwelle angeordnete Scheibenbremse an sich bekannter Bauart sein.
- Schließlich kann bei einer elektrischen oder hydraulischen Betätigung der Bremse ein Federspeicher vorgesehen sein, der bei einem Ausfall der Betätigungseinrichtung (Stromausfall, Druckausfall) die Bremse mit Federkraft beaufschlagt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
- Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in:
-
1 im Längsschnitt ein Differenzial in einem Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge mit einer integrierten Bremse und einer Differenzialsperre, die getrennt oder gleichzeitig ansteuerbar sind; und -
2 ein Blockschaltbild der Bremsanlage mit alternativer Ansteuerung der Bremse und der Differenzialsperre. - Das in der
1 nur schematisch dargestellte Differenzial10 kann ein Hinterachsdifferenzial oder bei einem Frontantrieb des Kraftfahrzeuges ein Vorderachsdifferenzial sein. Anstelle des gezeigten Kegelraddifferenziales kann auch ein Stirnraddifferenzial (bei Quereinbau) verwendet sein. - Das Differenzial
10 an sich bekannter Bauart weist ein Gehäuse12 auf, in dem ein beispielsweise mit einer Kardanwelle (bei Hinterradantrieb) trieblich verbundenes Antriebsritzel14 über eine Welle16 drehbar gelagert ist. Das Antriebsritzel14 treibt ein Antriebszahnrad bzw. Tellerrad18 an, das mit einem Ausgleichsgehäuse20 des Differenziales10 fest verbunden ist. - In dem im Gehäuse
12 drehbar gelagerten Ausgleichsgehäuse20 sind in bekannter Weise Ausgleichskegelräder22 und Achskegelräder24 drehbar angeordnet, wobei die Achskegelräder24 über Achswellen26 ,28 und nicht dargestellte Gelenkwellen mit den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges verbunden sind. Die Achswelle28 erstreckt sich dabei wie ersichtlich durch das Tellerrad18 hindurch. - Benachbart dem Tellerrad
18 sind zwei Lamellenkupplungen30 ,32 radial übereinander angeordnet, die sich jeweils aus mehreren, allgemein mit30a bzw.32a bezeichneten, ringförmigen Lamellen und einer ringförmigen Anpressplatte30b ,32b zusammensetzen und soweit nicht beschrieben herkömmlicher Konstruktion sein können. Die Lamellen32a sind alternierend über entsprechende Längsverzahnungen (ohne Bezugszeichen) mit dem Gehäuse12 des Differenziales10 und einem innen und außen verzahnten Mitnehmerring18a des Tellerrades18 in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden, während die Lamellen30a in gleicher Weise mit dem Mitnehmerring18a und der radial innenliegenden und koaxialen Achswelle28 verbunden sind. - Die radial äußere Lamellenkupplung
32 bildet somit eine Bremse, über die das Antriebzahnrad bzw. Tellerrad18 relativ zum Gehäuse12 festbremsbar ist, wobei sich diese Festbremsung über das Tellerrad18 , das Ausgleichsgehäuse20 , die Ausgleichskegelräder22 und die Achskegelräder24 über die Achswellen26 ,28 zu den nicht dargestellten Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges fortsetzt. - Ferner bildet die radial innere Lamellenkupplung
30 eine Differenzialsperre, bei der im geschlossenem Zustand das Tellerrad18 bzw. das mit dem Tellerrad18 verbundene Ausgleichsgehäuse20 mit der abtreibenden Achswelle28 fest verbunden ist, so dass zwischen den Achswellen26 ,28 ein starrer Durchtrieb ohne Drehzahlausgleich über die Ausgleichskegelräder22 vorliegt. - Die Ansteuerung der besagten Bremse
32 und der Differenzialsperre30 erfolgt mittels einer Wiegebalkenvorrichtung, die sich im wesentlichen aus mehreren umfangsverteilten Wiegebalken34 und mehreren, im Gehäuse12 verschiebbar geführten Betätigungselementen bzw. Druckstößeln36 ,38 zusammensetzt. - Die über Gelenke
40 mit den Druckstößeln36 ,38 verbundenen Wiegebalken34 wirken am radial inneren Ende über eine ringförmige Druckplatte42 und ein Axiallager44 auf die Anpressplatte30b der Differenzialsperre30 . Am radial äußeren Ende wirken die Wiegebalken34 auf die Anpressplatte32b der Feststellbremse32 . - Während die Druckstößel
36 etwa mittig der Wiegebalken34 bzw. zentrisch zu diesen angeordnet sind, wirken die Druckstößel38 radial weiter innen am Ende der Wiegebalken34 unmittelbar auf die Lamellenkupplung bzw. Differenzialsperre30 (vgl. Zeichnung). - Die Druckstößel
36 für die Betätigung der Feststellbremse32 sind in nicht dargestellter Weise mechanisch über einen Seilzug und über entsprechend ausgeführte und drehbar im Gehäuse12 gelagerte Excenter oder Nocken mit dem nicht dargestellten Handbremshebel oder Fußfeststellhebel der Feststellbremsanlage des Kraftfahrzeuges verbunden. - Des weiteren sind die Druckstößel
38 über nicht dargestellte Hydraulik-Stellzylinder und eine hydraulische Betätigungseinrichtung beaufschlagbar, so dass die Druckstößel38 bei entsprechender Druckbeaufschlagung im Gehäuse12 nach innen verschoben werden und die Lamellenkupplung30 schließen bzw. die Differenzialsperre aktivieren. - Das Blockschaltbild
2 verdeutlicht den möglichen Kraftfluss der Bremsanlage. Demnach erfolgt die Bremsung durch Schließen der Bremse32 und damit durch Kopplung von Antriebswelle16 , Antriebsritzel14 , Tellerrad18 , Ausgleichsgehäuse20 oder einer Achswelle26 bzw.28 an das Gehäuse12 als karosseriefestes Bauteil, wobei anstelle des Gehäuses12 auch andere karosseriefeste Bauteile eingesetzt werden können. - Die Differenzialsperrfunktion
30 erfolgt durch die Kopplung von Tellerrad18 oder Ausgleichsgehäuse20 an eine Achswelle26 bzw.28 oder ein Achskegelrad24 . Alternativ kann die Differenzialsperrfunktion auch realisiert werden, indem die Achswellen26 und28 starr miteinander gekoppelt werden oder das Ausgleichsgetriebe blockiert wird. Diese alternative Differenzialsperrenposition ist schematisch mit einer strichpunktierten Linie in2 eingezeichnet. - Eine Parallelschaltung der Lamellenkupplung
32 als Bremse und der Lamellenkupplung30 als Differenzialsperre kann über den Wiegebalken34 als Koppel erfolgen. Der Kraftfluss der in1 dargestellten Variante ist in2 mit durchgezogener Linie gekennzeichnet, wobei ein alternativer Kraftfluss mit strichlierten Linien eingezeichnet ist. - Die Steuerung der Feststellbremse
32 und der Differenzialsperre30 gemäß1 ist wie folgt:
Wird im Stillstand des Kraftfahrzeuges die Feststellbremse, z.B. durch Anziehen eines Handbremshebels aktiviert, so werden die Druckstößel36 auf der Zeichnung nach rechts (vgl. die eingezeichneten Pfeile der1 ) in das Gehäuse12 verschoben und über die Wiegebalken34 beide Lamellenkupplungen30 ,32 geschlossen. Durch den je nach Auslegung der zu übertragenden Kupplungsmomente etwa mittigen Angriff der Druckstößel36 üben die Wiegebalken34 wie ersichtlich einen entsprechend verteilten Anpressdruck auf beide Lamellenkupplungen30 ,32 aus. Dementsprechend sind beide Antriebsräder des Kraftfahrzeuges festgebremst. - Soll beispielsweise im Fahrbetrieb bei definierten Fahrbahnzuständen ein Antriebsrad am Durchdrehen gehindert werden, so wird durch entsprechende, hydraulische Beaufschlagung der Druckstößel
38 und aufgrund deren einseitigen Angriffs an den Wiegebalken34 nur die Lamellenkupplung30 geschlossen und dementsprechend die Differenzialsperre aktiviert, ohne dass eine Bremsung über die Lamellenkupplung32 ausgelöst wird. - Steuerungstechnisch kann beispielsweise über ein separates elektronisches Steuergerät oder durch Erweiterung eines in dem Kraftfahrzeug bereits vorhandenem Steuergerätes (z.B. ABS, ESP, etc.) die Funktion der Lamellenkupplungen
30 ,32 auch so gesteuert werden, dass die Differenzialsperre30 bei definierten Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges und/oder bei definierten Lenkwinkeln der gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges bei einer Feststell-Bremsbetätigung oder einer Not-Bremsbetätigung deaktiviert ist. Ferner kann die Differenzialsperre30 bei Geschwindigkeiten < 30 Km/h, insbesondere < 5 Km/h stets aktviert sein, wenn die Feststellbremse durch Anziehen der Handbremse ausgelöst wird. Als Eingangsparameter für das Steuergerät können des weiteren die Betätigungsstellung des Handbremshebels, der Schaltzustand des Wechselgetriebes, Giermoment und -geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, etc. verwendet sein. - Des weiteren kann bei einem Kraftfahrzeug mit einem Antiblockiersystem der Betriebsbremse und dementsprechend mit Raddrehzahlsenso ren an den angetriebenen Rädern die Differenzialsperre
30 dann aktiviert sein, wenn bei einer Notbremsung über die Feststellbremse bzw. Handbremse definierte, unterschiedliche Raddrehzahlen oder Beschleunigungswerte vorliegen. Andererseits kann über diese Werte auch durch Verminderung der Bremsfunktion ein Blockieren der Räder vermieden werden. - Anstelle der Ansteuerung der beiden Lamellenkupplungen
30 ,32 über die Wiegebalken34 ist dann jedoch eine vollständig separate Ansteuerung über die Druckstößel36 ,38 oder anderweitig erforderlich, mit der stets eine oder beide Lamellenkupplungen30 ,32 schließbar sind. Dazu kann dann auch eine elektrische oder elektromagnetische oder hydraulische Ansteuerung der Lamellenkupplungen30 ,32 vorgesehen sein. - Ferner ist es bei einer Auslegung der beschriebenen Bremsanlage auch als Notbremse (bei Ausfall der Betriebsbremse) zweckmäßig, die Bremsbetätigung über einen Federspeicher zu bewerkstelligen. Das heißt, dass in an sich bekannter Weise das Lösen der Bremse
32 hilfskraftgesteuert ist, z.B. elektrisch oder hydraulisch, dass aber bei Ausfall der Hilfskraft die Bremse32 mittels des Federspeichers betätigt wird. - Die Bremse
32 kann auch am nicht dargestellten Geschwindigkeits-Wechselgetriebe des Kraftfahrzeuges oder an der zum hinteren Differenzial führenden Kardanwelle angeordnet und ggf. auch als Scheibenbremse oder Trommelbremse ausgeführt sein.
Claims (12)
- Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, mit einer in den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges zwischen Geschwindigkeits-Wechsel-getriebe und den angetriebenen Rädern eingeschalteten Feststell- und/oder Not-Bremse und einer beim Bremsen einschaltbaren Differenzialsperre an der angetriebenen Achse des Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (
32 ) und die Differenzialsperre (30 ) unabhängig voneinander angeordnet und getrennt ansteuerbar sind. - Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialsperre (
30 ) eine im Kraftfahrzeug vorhandene, getrennt von der Bremse (32 ) angeordnete Differenzialsperre (30 ) ist, die bei einer Bremsbetätigung zumindest zeitweilig aktiviert ist. - Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialsperre (
30 ) bei definierten Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges bei einer Bremsbetätigung deaktiviert ist. - Bremsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialsperre (
30 ) bei definierten Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges und/oder bei definierten Lenkwinkeln der gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges bei einer Bremsbetätigung deaktiviert ist. - Bremsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialsperre (
30 ) bei Geschwindigkeiten < 30 Km/h, insbesondere < 5 Km/h, bei einer Bremsbetätigung aktviert ist. - Bremsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kraftfahrzeug mit Raddrehzahlsensoren an den angetriebenen Rädern die Differenzialsperre (
30 ) bei definierten unterschiedlichen Raddrehzahlen und bei einer Bremsbetätigung aktiviert ist. - Bremsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse und die Differenzialsperre Lamellenkupplungen (
32 ,30 ) sind, die radial übereinander im Gehäuse (12 ) des Differenziales (10 ) angeordnet sind. - Bremsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplungen (
32 ,30 ) an das Antriebsrad (z.B. Tellerrad18 ) und Ausgleichsgehäuse (20 ) des Differenziales (10 ) angebaut sind, wobei die eine Lamellenkupplung (32 ) im geschlossenen Zustand das Antriebsrad (18 ) mit dem Gehäuse (12 ) und die andere Lamellenkupplung (30 ) das Antriebsrad (18 ) mit der einen Abtriebswelle (28 ) des Differenziales (10 ) reibschlüssig verbindet. - Bremsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (
32 ) und die Differenzialsperre (30 ) mittels einer Wiegebalken-Vorrichtung betätigbar sind, bei der das eine Betätigungselement (36 ) durch im wesentlichen mittige Beaufschlagung der Wiegebalken (34 ) beide Lamellenkupplungen (30 ,32 ) und das andere Betätigungselement (38 ) durch eine außenliegende Beaufschlagung der Wiegebalken (34 ) nur die Lamellenkupplung (30 ) für die Differenzialsperre betätigt. - Bremsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (
36 ) für die Lamellenkupplung (32 ) der Bremse mechanisch und das Betätigungselement (38 ) für die Lamellenkupplung (30 ) der Differenzialsperre hydraulisch ansteuerbar ist. - Bremsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (
32 ) im Kraftfluss vor dem Differenzial (10 ) am Wechselgetriebe oder an der Kardanwelle des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. - Bremsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elektrischen oder hydraulischen Betätigung der Bremse (
32 ) ein Federspeicher vorgesehen ist, der bei einem Ausfall der Betätigungseinrichtung (Stromausfall, Druckausfall) die Bremse (32 ) mit Federkraft beaufschlagt.
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