DE10345485B4

DE10345485B4 - Bremsvorrichtung mit Betriebs- und Feststellbremsfunktion

Info

Publication number: DE10345485B4
Application number: DE10345485.3A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bickschlag Oliver; Dipl.-Ing. Sintram Ulf; Dipl.-Ing. Reichel Jochen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: DE10345485A1

Abstract

Eine Bremsvorrichtung mit Betriebs- und Feststellbremsfunktion umfasst eine hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) zur hydraulischen Zuspannung der Bremsvorrichtung, eine selbsthemmende, vorzugsweise elektrische Krafterzeugungseinrichtung (3) zur zusätzlichen Zuspannung der Bremsvorrichtung, und ein Zuspannelement (15), an dem sowohl die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) und die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) angreifen. Im Fall einer Betätigung der Feststellbremsfunktion wird die zusätzliche Zuspannung nach der hydraulischen Zuspannung wirksam. Das Niveau der Zuspannkraft der zusätzlichen Zuspannung ist größer als das Niveau der Zuspannkraft der hydraulischen Zuspannung. Dies ermöglicht eine Verminderung des Belastungskollektives der Komponenten der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung (3), da ein Teil der Zuspannkraft über die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) aufgebracht wird. Zudem wird die Geräuschentwicklung beim Aktivieren und Deaktivieren der Feststellbremsfunktion vermindert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsvorrichtung mit Betriebs- und Feststellbremsfunktion nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit voneinander unabhängigen Betriebsbremsen und Feststellbremsen ausgerüstet. Letztere werden oftmals auch als ”Handbremse” oder ”Parkbremse” bezeichnet. Im Unterschied zu Betriebsbremsen erfordern Feststellbremsen nach dem Betätigen keine weitere Aktivierung. Vielmehr dienen diese überwiegend dazu, ein abgestelltes Fahrzeug gegen Wegrollen zu sichern. Mitunter ist eine Feststellbremse jedoch so auszulegen, dass mit dieser bei einem Ausfall der Betriebsbremse das Fahrzeug zum Stillstand gebracht werden kann.
Herkömmlicherweise werden an Kraftfahrzeugen eigene Betätigungsorgane für die Feststellbremse vorgesehen, wie beispielsweise Handbremshebel oder Fußhebel, die über Seilzüge mit eigenen Zuspannelementen gekoppelt sind.
Bei neueren Feststellbremssystemen wird die Betätigung durch Muskelkraft zunehmend durch eine automatisierbare, in der Regel elektromechanische Betätigungseinheit ersetzt. Ein Spannen oder Lösen der Feststellbremse kann hierbei z. B. durch eine Schalterbetätigung veranlasst werden. Verbreitung fanden bisher zwei unterschiedliche Betätigungsprinzipien, um die Zuspannkraft darstellen und dauerhaft halten zu können.
Bei Trommel-Scheibenbremsen wird die Feststellbremsfunktion mittels einer Duo-Servo-Trommelbremse dargestellt. Das Spannen der Bremsbeläge erfolgt mittels der bereits bei konventionellen Feststellbremssystemen vorhandenen Seilzügen, die z. B. elektromotorisch gespannt werden. Der Spannantrieb ist dabei in der Regel selbsthemmend ausgeführt, so dass dieser in der statischen Halteposition energielos geschaltet werden kann. Diese sogenannten Seilreckersysteme weisen zumeist einen Zentralaktuator auf, der über eine Seiltrommel wechselseitig die Spannseile zu zwei Radbremsen betätigt.
Darüber hinaus sind Kombi-Bremssattel-Konstruktionen bekannt, bei denen die Energie zum Zuspannen der Bremsbeläge an die Bremsscheibe durch eine direkt an dem Bremssattel vorgesehene bzw. in diesen integrierte Aktuatoreinheit erfolgt. Dadurch können die Seilzüge entfallen. Jedoch wird je Radbremse eine Aktuatoreinheit benötigt.
Die Erfindung setzt bei der Überlegung an, die Feststellbremsfunktion an der Hinterachse eines Kraftfahrzeugs elektrisch darzustellen, um eine elektrische Parkbremse zu realisieren. In diesem Zusammenhang geht die Erfindung von einer allgemein bekannten Bremsvorrichtung der eingangs genannten Art aus, bei der die Zuspannkraft mittels eines selbsthemmenden Spindeltriebs mit einer Spindel und einem Druckstück über einen hydraulischen Bremskolben an die Bremsbeläge weitergeleitet wird. Die elektrische Krafterzeugungseinrichtung umfasst einen 12 Volt-Elektromotor, dessen Ausgangsdrehmoment über eine große Übersetzung (i > 100) an den Spindeltrieb weitergeleitet wird, wo eine Wandlung der Kraft- und Bewegungsrichtung von mechanisch-rotatorisch in mechanisch-translatorisch erfolgt.
Gemäß der für Feststellbremssysteme geltenden gesetzlichen Anforderungen ist zur Gewährleistung der Fahrzeugstandsicherung an einer schiefen Ebene (20% Hang), sowie der geforderten Fahrzeugverzögerung durch eine Feststellbremse, eine fahrzeug- und radbremsenspezifische Mindestzuspannkraft in den Radbremsen der Hinterachse erforderlich. Diese Zuspannkraft muss in allen Betriebszuständen und über die gesamte Fahrzeuglebensdauer durch die Feststellbremse bereitgestellt werden, woraus hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit der Bauteile resultieren.
Darüber hinaus sind im Hinblick auf den Komfort etwaige Betriebsgeräusche bei Spann- und Lösevorgängen möglichst gering zu halten. Diese entstehen insbesondere beim Erzeugen der für die Spann- und Lösevorgänge erforderlichen Kräfte in der zusätzlichen, vorzugsweise elektrischen Krafterzeugungsvorrichtung. Durch die Positionierung der zugehörigen Aktuatoreinheit im hinteren Radhaus und die direkte Verschraubung des Gehäuses auf dem Bremssattel werden die Betriebsgeräusche deutlich an das Fahrzeugumfeld weitergeleitet. Eine Kapselung der Aktuatoreinheit an der Radbremse erfordert erhöhten Aufwand sowie zusätzliche Bauteile. Dies soll hier jedoch vermieden werden.
Aus dem Stand der Technik sind in diesem Kontext bereits eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen bekannt geworden, die jedoch allesamt nicht wirklich überzeugen.
So wird in EP 0 866 236 A1 eine Feststellbremse an einem Bremssattel einer hydraulisch betätigbaren Betriebsbremse offenbart. Die Feststellbremse umfasst eine elektromechanische Krafterzeugungseinrichtung, die auf den Bremskolben der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung, welche als Betriebsbremse dient, einwirkt. Bei einer Betätigung der Feststellbremse werden die Radbremsen allein über die Krafterzeugungseinrichtung zugespannt. Folglich muss der zugehörige Antrieb – in EP 0 866 236 A1 ein Elektromotor – ein hohes Moment aufbringen. Dies ist für die Lebensdauer des Antriebs ungünstig und zudem mit einer deutlich wahrnehmbaren Geräuschemission verbunden.
Um dies zu vermeiden, werden im Stand der Technik unterschiedliche Lösungsansätze offenbart, welche darauf hinauslaufen, bei Betätigung der Feststellbremse die erforderliche Zuspannkraft zunächst mit der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung aufzubauen und die Radbremsen dann mittels einer fremdbetätigten Verriegelungseinrichtung festzusetzen.
Dazu wird in DE 195 02 927 A1 im Zusammenhang mit einem Bremskolben ein Sperrklinkenmechanismus beschrieben, der nach dem Aufbringen der hydraulischen Zuspannkraft einrastet. Da die hydraulische Zuspannkraft bei betätigter Feststellbremse über den Sperrklinkenmechanismus gehalten wird, kann der Druck in der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung abfallen, ohne dass es hierdurch zu einem Lösen der Feststellbremse kommt. Soll die Feststellbremse wieder gelöst werden, so sind allerdings hohe Kräfte erforderlich, um den Sperrklinkenmechanismus aus seiner verriegelten Stellung zu bringen. Nach DE 195 02 927 A1 behilft man sich durch eine erneute Betätigung der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung. Mit dieser wird ein Druckstoß erzeugt, um den Sperrklinkenmechanismus zu entlasten, so dass dieser ohne großen Kraftaufwand entriegelt werden kann. Derartige Druckstöße, die auch zum Spannen der Feststellbremse vorgesehen werden, stellen jedoch eine erhebliche mechanische Belastung dar.
Um solche Druckstöße zu vermeiden, wird in DE 196 20 344 A1 als Verriegelungseinrichtung ein Spindeltrieb mit einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung vorgeschlagen. Wie in DE 195 02 927 A1 , so wird auch hier bei Betätigung der Feststellbremse die Zuspannkraft mittels der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung aufgebracht. Die Verriegelungseinrichtung erzeugt wiederum keine Zuspannkraft, sondern dient lediglich dazu, die hydraulische Zuspannung über einen Abfall des Drucks zu konservieren. Nimmt der Bremskolben seine Zuspannungsstellung ein, so wird die elektromagnetische Antriebseinrichtung betätigt, um den Spindeltrieb auszufahren. Damit die zugehörige Spindelmutter durch die elektromagnetische Kraft der Antriebseinrichtung bewegt werden kann, muss der Antrieb selbsthemmungsfrei ausgebildet sein. Dies erfordert für die Verriegelungsstellung eine zusätzliche Kupplung, die in DE 196 20 344 A1 als konische Reibungskupplung ausgebildet ist, um zu gewährleisten, dass sich die Spindelmutter unter der zu haltenden Zuspannkraft nicht selbsttätig losdreht. Zum Lösen der Feststellbremse wird wiederum kurzzeitig die Druckerzeugungseinrichtung betätigt, um die Kupplung zu entlasten. Eine auf die Mutter einwirkende Rückstellfeder drückt diese dann entlang der Spindel in ihre Ausgangsstellung. Die in DE 196 20 344 A1 offenbarte Bremsvorrichtung erscheint daher verhältnismäßig aufwändig und kompliziert.
Eine noch kompliziertere Lösung wird in DE 199 22 333 A1 vorgeschlagen. Diese nutzt ebenfalls eine Verriegelungseinrichtung, um bei einer Betätigung der Feststellbremse eine hydraulische Zuspannung mechanisch zu konservieren. Auch hier ist wiederum ein Spindeltrieb vorgesehen, der nach der hydraulischen Zuspannung ausgefahren wird. Im Gegensatz zu DE 196 20 344 A1 ist dieser Spindeltrieb selbsthemmend ausgebildet, so dass beim Entspannen der Feststellbremse zum Einfahren des Spindeltriebs eine Antriebseinrichtung, nämlich ein Elektromotor benötigt wird. Gleichzeitig soll dort vermieden werden, die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung beim Lösen der Feststellbremse zu betätigen. Aus diesem Grunde ist zwischen dem Spindeltrieb und der Antriebseinrichtung ein Wälzkörpermechanismus eingegliedert, der in Umfangsrichtung ansteigende Rampen aufweist. Beim Lösen der Feststellbremse ermöglicht dieser Wälzkörpermechanismus mit einem verhältnismäßig geringen Lösemoment eine Entspannung der Zuspannkraft, bevor das Antriebsmoment der Antriebseinrichtung an dem Spindeltrieb wirksam wird. Dadurch können, wie in DE 199 22 333 A1 betont wird, kleine und in ihrer Leistung begrenzte elektromotorische Aggregate zum Antrieb des Spindeltriebs eingesetzt werden. Ob diese dazu in der Lage sind, eine merkliche Bremskraft an den Radbremsen erzeugen, erscheint sehr zweifelhaft.
Eine Bremsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus WO 92/06876 A1 bekannt. Diese nutzt wie DE 199 22 333 A1 eine Verriegelungseinrichtung, um bei einer Betätigung der Feststellbremse eine hydraulische Zuspannung mechanisch zu konservieren. Die Verriegelungseinrichtung umfasst einen Elektromotor, der einen Spindeltrieb nach der hydraulischen Zuspannung ausfährt. Durch eine Überwachung des Elektromotors im Hinblick auf den Anstieg des Motorstroms wird festgestellt, wann der Spindeltrieb den hydraulisch belasteten Kolben der Bremsvorrichtung gegen ein Gehäuse abstützt und sodann der Elektromotor abgeschaltet.
Vor diesem Hintergrund zielt die Erfindung darauf ab, eine Bremsvorrichtung mit Betriebs- und Feststellbremsfunktion weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Im Unterschied zu dem oben erläuterten Stand der Technik wird bei der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung die Zuspannkraft bei Betätigung der Feststellbremsfunktion sowohl durch die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung als auch durch die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung aufgebracht, d. h. die aufzubringende Kraft auf zwei sich ergänzende Systeme verteilt. Letztere muss dabei lediglich das hydraulisch aufgebrachte Kraftniveau auf das für die Feststellbremsfunktion gewünschte, etwas höhere Kraftniveau anheben. Zusätzlich übernimmt die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung aufgrund ihrer Selbsthemmung die Haltefunktion bei einem Abfall des hydraulischen Drucks.
Durch eine Reduzierung des Lastkollektivs für die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung wird die mechanische Lebensdauer erhöht. Insbesondere werden an der zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung hohe Anlaufmomente vermieden. Bei Einsatz eines Elektromotors ist dies gleichbedeutend mit einer Verringerung der maximalen Stromstärke. Dadurch lassen sich wiederum die durch die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung verursachten Geräuschemissionen gering halten und damit die akustischen Eigenschaften des zugehörigen Kraftfahrzeugs verbessern.
Auch für den Lösevorgang kann eine hydraulische Unterstützung sinngemäß angewendet werden. Dies vermeidet eine hohe Belastung der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung und wirkt sich günstig auf deren Lebensdauer aus.
Die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung ist vorzugsweise so konfiguriert, dass diese bei Ausfall der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung eine Notbremsfunktion aufweist und so als zweites, unabhängiges Bremssystem einsetzbar ist. Der Antrieb erfolgt separat vom Hydrauliksystem der Betriebsbremse. Neben einem elektrischen Antrieb kommen auch elektromagnetische oder separate fluidische Antriebe in Frage.
Bei der Auslegung des hydraulischen Druckniveaus für den Spannvorgang ist einerseits darauf zu achten, dass dieser die geforderten Mindestspannkräfte gewährleistet. Da die hydraulische Zuspannkraft nicht die von der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung maximal darstellbaren Zuspannkräfte überschreitet, wird als Nebeneffekt ohne Zusatzaufwand gleichzeitig ein Notlösevorgang der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung bei Wegfall der hydraulischen Unterstützung gewährleistet.
Zudem zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen geringen baulichen Aufwand aus. Insbesondere werden kostenträchtige und für das Bauteilgewicht nachteilige akustische Dämmmaßnahmen vermieden.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
So kann, wie bereits erwähnt, die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung derart ausgestaltet sein, dass diese nach Erreichen der Zuspannkraft der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung selbsttätig drucklos geschaltet wird.
Weiterhin können Mittel vorgesehen sein, die bewirken, dass im Fall der Betätigung der Feststellbremsfunktion ein Druck, der über dem für die hydraulische Zuspannung notwendigen Niveau liegt, in der Druckerzeugungseinrichtung automatisch abgebaut wird.
Prinzipiell ist es möglich, zum Lösen der Feststellbremsfunktion die zusätzliche, insbesondere elektrische Krafterzeugungseinrichtung allein zu betätigen. Zur Verringerung der mechanischen Belastung derselben wird zum Lösen der Feststellbremsfunktion jedoch bevorzugt zunächst die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung und anschließend die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung betätigt.
Weiterhin kann die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung bei Feststellbremsfunktion so angesteuert werden, dass diese frühestens bei Erreichen des maximalen Niveaus der Zuspannkraft der hydraulischen Zuspannung an dem Zuspannelement wirksam wird.
Dadurch lässt sich verhindern, dass die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung zu früh ein hohes Moment aufbringen muss. Die Betätigung der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung kann bereits früher, beispielsweise zusammen mit der Initiierung des Druckaufbaus einsetzen. Dabei wird über den Antrieb gewährleistet, dass die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung dem Zuspannelement anfänglich nur nachläuft.
Das erfindungsgemäße Konzept kann bei allen Typen von Radbremsen eingesetzt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung kommt dieses bei Scheibenbremsen zum Einsatz. Das Zuspannelement kann beispielsweise ein Bremskolben an einem Bremssattel sein.
Eine selbsthemmende zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung lässt sich besonders einfach durch einen mit dem Bremskolben zusammenwirkenden, selbsthemmenden Spindeltrieb realisieren.
Im Hinblick auf eine kompakte Bauweise taucht der Spindeltrieb in vorteilhafter Ausgestaltung in den Bremskolben ein.
Die auf den Bremskolben einwirkende hydraulische Druckerzeugungseinrichtung ist vorzugsweise in herkömmlicher, dem Fachmann bekannter Art und Weise ausgebildet und mit einem Bremspedal gekoppelt. Dabei kann der Druck zur hydraulischen Zuspannung auf unterschiedlichen Wegen erzeugt werden. Beispielhaft seien die folgenden Möglichkeiten genannt, die untereinander auch kombinierbar sind, nämlich: a) die Fußkraft einer Betätigungsperson am Bremspedal, b) ein Pumpenaggregat in der Druckerzeugungseinrichtung (2), c) ein Druckspeicher in der Druckerzeugungseinrichtung (2) und/oder d) ein fremdansteuerbarer Bremskraftverstärker.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Bremsvorrichtung nach der Erfindung,
2 eine schematische Ansicht einer Radbremse der Bremsvorrichtung,
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Zuspannkraft, des hydraulischen Drucks einer Druckerzeugungseinrichtung, sowie der elektrischen Spannung und des elektrischen Stroms einer zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung über der Zeit beim Spannen und beim Lösen der Feststellbremsfunktion, und in
4 ein Vergleichsdiagramm, bei dem die Feststellbremsfunktion allein durch die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung bewirkt wird.
Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt eine Bremsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Diese umfasst eine an sich bekannte, hydraulische Druckerzeugungseinrichtung 2, welche die Betriebsbremsfunktion bereitstellt. Weiterhin umfasst die Bremsvorrichtung 1 eine zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3, die an ausgewählten Radbremsen 4 vorgesehen sind, um in Zusammenwirkung mit der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung 2 eine Feststellbremsfunktion bereitzustellen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einer Bremsvorrichtung 1 mit zwei Bremskreisen ist je Bremskreis eine zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 vorgesehen, wobei sich diese an einer Radbremse 4 eines Hinterrads befindet.
Die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung 2 überträgt die auf ein Bremspedal 5 aufgebrachte Kraft unter Zwischenschaltung eines Bremskraftverstärkers 6 auf einen Hauptbremszylinder 7, von dem der hydraulische Druck über ein Druckleitungssystem 8 an die Radbremsen 4 übertragen wird. Weiterhin umfasst die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung 2 eine angetriebene Pumpe 9, welche im Bedarfsfall einen automatischen Bremseingriff ermöglicht. Hierzu ist eine elektronische Steuereinrichtung 10 vorgesehen, welche in Abhängigkeit von erfassten Fahrzeugparametern und gegebenenfalls vom Fahrer vorgegebenen Parametern einen Bremseneingriff veranlasst oder begrenzt. In der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung 2 vorgesehene Ventile 11 ermöglichen in Zusammenwirkung mit der Steuereinrichtung 10 die Funktionalitäten eines Antiblockiersystems, und/oder einer Antriebschlupfregelung und/oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms.
Der Steuereinrichtung 10 dient darüber hinaus dazu, einen fahrerseitig vorgegebenen Wunsch hinsichtlich des Spannens oder Lösens der Feststellbremsfunktion an die hierfür benötigten Einrichtungen weiterzugeben und deren Aktivierung bzw. Deaktivierung zu kontrollieren. Eine mechanische Kraftübertragung von dem hierfür vorgesehenen Betätigungsorgan 12 zu den Radbremsen 4 ist dabei nicht vorgesehen. Vielmehr wird über das Betätigungsorgan 12 lediglich ein Signal s1 übermittelt, das in der Steuereinrichtung 10 weitere Signale s2, s3, und s4 auslöst, um die Feststellbremsfunktion zu veranlassen bzw. aufzuheben.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Radbremsen 4 als Kombi-Bremssattel-Konstruktionen ausgeführt, wie dies in 2 beispielhaft dargestellt ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf solche Bremsentypen beschränkt. Sie lässt sich vielmehr auf alle Arten von Scheibenbremsen und Trommelbremsen übertragen.
2 zeigt einen Bremssattel 13 mit einem Gehäuse 14, das ein Zuspannelement in Form eines Bremskolbens 15 gleitbewegbar aufnimmt. Die Rückseite des Bremskolbens 15 ist mit dem Druck der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung 2 beaufschlagbar. Bei Betätigung der Betriebsbremsfunktion drückt der Bremskolben 15 in 2 nach links, so dass die Bremsscheibe 16 zwischen den Bremsbelägen 17 und 18 mit Kraft beaufschlagt wird. Fällt der Druck ab, so kann die Bremsscheibe 16 zwischen den Bremsbelägen 17 und 18 frei drehen.
An dem Bremssattel 13 sind weiterhin die Komponenten für die Feststellbremsfunktion vorgesehen, die letztlich ebenfalls an dem Zuspannelement bzw. dem Bremskolben 15 angreifen. Die hierzu dienende zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 arbeitet unabhängig von der Druckerzeugungseinrichtung 2. Sie umfasst 4 eine elektrische Antriebseinrichtung 19 in Form eines Elektromotors. Jedoch sind auch andere, von der Druckerzeugungseinrichtung 2 unabhängige Antriebseinrichtungen möglich, wie beispielsweise elektromagnetische oder fluidische Antriebe.
Das von der elektrischen Antriebseinrichtung 19 erzeugte Moment wird auf einen Spindeltrieb 20 übertragen. Dieser Spindeltrieb 20 umfasst eine mit der Abtriebswelle der elektrischen Antriebseinrichtung 19 drehfest gekoppelte Spindel 21, welche in eine Mutter 22 eingreift. Die Mutter 22 ist über Nuten in dem Bremskolben 15 gegen Verdrehen gesichert, so dass eine Rotation der Spindel 21 in eine Translationsbewegung der Mutter 22 übersetzt wird. Gelangt die Mutter 22, wie in 2 dargestellt, in Anlage gegen einen axialen Anschlag 23 des Bremskolbens 15, so wird auf den Kolben 15 eine zusätzliche Zuspannkraft ausgeübt. Diese bleibt nach ihrer Erzeugung auf Grund der Selbsthemmung des Spindeltriebs 20 erhalten, so dass bei einer Deaktivierung der Antriebseinrichtung 19 eine einmal zugespannte Radbremse 4 in diesem Zustand verharrt, womit die Feststellbremsfunktion eingeschaltet ist. Zum Lösen der Radbremse 4 muss die Mutter 22 in die Gegenrichtung bewegt werden. Dies wird durch eine Umkehr der Drehbewegung der Antriebseinrichtung 19 realisiert.
Dabei ist die Antriebseinrichtung 19 derart ausgelegt, dass über diese eine Notbremsfunktion gewährleistet wird. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug allein über die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 gebremst werden kann, wenn die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung 2 ausfällt. In diesem Fall übernimmt die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 die Betriebsbremsfunktion.
Würde die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 allein die Feststellbremsfunktion bewirken, so führte dies jedoch zu einer hohen Belastung der Antriebseinrichtung 19 bzw. des dort vorhandenen Elektromotors, wie sich dies aus 4 anschaulich ergibt. Dort ist sowohl ein Spannenvorgang für das Zuspannen der Feststellbremsfunktion als auch für das Lösen über der Zeit dargestellt. Erfolgt dies ausschließlich über die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 unter Verwendung eines Elektromotors, so ist nach dessen Aktivierung ein extremer Anstieg des Stroms i zu beobachten, um eine gewünschte Zuspannkraft F zu erzeugen. Neben Einschränkungen im Hinblick auf die Lebensdauer sind hierbei insbesondere die mit der elektrischen Zuspannung verbundenen Geräuschemissionen störend. Auch beim Lösen der Feststellbremsfunktion ergibt sich wiederum ein unerwünscht hoher Ausschlag der Stromstärke i.
Dies wird erfindungsgemäß wie in 3 dargestellt vermieden, indem im Fall einer Betätigung der Feststellbremsfunktion die elektrische Zuspannung erst nach der hydraulischen Zuspannung wirksam wird. Betätigt also der Fahrer das Betätigungsorgan 12 für die Feststellbremsfunktion, so wird über die Steuereinrichtung 10 mittels des Signals s₂ zunächst die Pumpe 9 der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung 2 betätigt. Ein Großteil der für die Feststellbremsfunktion benötigten Zuspannkraft wird somit hydraulisch erzeugt. Die über das Signal s₃ aktivierte zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 läuft dabei ebenfalls an, vorzugsweise mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung, so dass der Spindeltrieb 20 bzw. dessen Mutter 22 der Bewegung des Bremskolbens 15 folgt. Hierbei wird jedoch seitens der Mutter 22 anfänglich keine merkliche Kraft auf den Bremskolben 15 ausgeübt, so dass auf Seiten der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung 3 der Energieaufwand vorerst minimal bleibt.
Nach erfolgter hydraulischer Zuspannung wird zusätzlich eine elektrische Zuspannung aufgebracht. Das Niveau der Zuspannkraft F₂ der elektrischen Zuspannung ist dabei größer als das Niveau der Zuspannkraft F₁ der hydraulischen Zuspannung. Aus der verminderten Gesamtbelastung resultiert eine erhebliche Entlastung der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung 3, die sich in einer höheren Lebensdauer niederschlägt. Zudem werden störende Geräuschemissionen vermieden, da der Strom i am Elektromotor der Antriebseinrichtung 19 deutlich geringer bleibt.
Nach dem hydraulischen und elektrischen Zuspannen der Radbremse 4 wird in einem weiteren Schritt die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 bzw. deren Motor/Getriebeeinheit selbsttätig abgeschaltet. Durch die Selbsthemmung des Spindeltriebs 20 verharrt die Mechanik und damit die gesamte Radbremse 4 in dem zugespannten Zustand.
In einem weiteren Schritt wird die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung 2 drucklos geschaltet, womit eine Übergabe der Feststellbremsfunktion an die mechanische Verriegelung durch die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 erfolgt.
Auch für den Lösevorgang kann eine hydraulische Unterstützung verwendet werden, wie dies in 3 dargestellt ist. Hierzu wird zunächst ein hydraulischer Druck p aufgebaut, der dem niedrigeren hydraulischen Zuspannkraftniveau F₁ entspricht. Die von der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung 3 zusätzlich aufzubringende Kraft zum Lösen der Feststellbremsfunktion entspricht dann der Differenz F₂ – F₁, so dass auch hier gegenüber der in 4 dargestellten Vorgehensweise der Strom i am Motor geringer bleibt. Jedoch kann das Lösen auch allein durch die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung 3 bewirkt werden.
Um zu gewährleisten, dass die hydraulische Zuspannkraft F₁ nicht die von der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung 3 maximal darstellbare Zuspannkraft F₂ überschreitet, kann ein gegebenenfalls von der Steuereinrichtung 10 angesteuerter Druckbegrenzer 24 im Druckleitungssystem 18 vorgesehen werden.
Selbstverständlich können auch andere Systeme vorgesehen werden, die im Fall der Betätigung der Feststellbremsfunktion einen Druck, der über dem für die hydraulische Zuspannung F₁ notwendigen Niveau liegt, in der Druckerzeugungseinrichtung 2 automatisch abbauen. So können beispielsweise die für ein elektronisches Stabilitätsprogramm und/oder Antiblockiersystem vorgesehenen Ventile 11 und Steuereinrichtung hierzu verwendet werden. In diesem Fall kann ein zusätzlicher Druckbegrenzer 24 entfallen.
Auch muss der hydraulische Druck für die hydraulische Zuspannung nicht notwendigerweise allein über eine Pumpe 9 erzeugt werden. Denkbar ist auch, diesen durch die Fußkraft einer Betätigungsperson am Bremspedal 5 zu erzeugen. Möglich ist überdies der Einsatz eines Druckspeichers im Druckerzeugungseinrichtung 2 und/oder eine Fremdansteuerung am Bremskraftverstärker 7.
Die Vorteile der beschriebenen Vorrichtung liegen zum einen in der Reduzierung des Belastungskollektives der Komponenten der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung 3, da ein Teil der Zuspannkraft über die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung 2 aufgebracht wird.
Zudem wird die Geräuschentwicklung beim Aktivieren und Deaktivieren der Feststellbremsfunktion vermindert.
Bezugszeichenliste

1: Bremsvorrichtung
2: hydraulische Druckerzeugungseinrichtung
3: zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung
4: Radbremsen
5: Bremspedal
6: Bremskraftverstärker
7: Hauptbremszylinder
8: Druckleitungssystem
9: Pumpe
10: Steuereinrichtung
11: Ventil
12: Betätigungsorgan
13: Bremssattel
14: Gehäuse
15: Bremskolben
16: Bremsscheibe
17: Bremsbelag
18: Bremsbelag
19: Antriebseinrichtung (Motor/Getriebeeinheit)
20: Spindeltrieb
21: Spindel
22: Mutter
23: Axialanschlag
24: Druckbegrenzer
i: Stromstärke
p: Druck
s_i: Signal
F: Zuspannkraft
F₁: hydraulische Zuspannkraft der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung 2
F₂: Zuspannkraft der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung 3
U: elektrische Spannung

Claims

Bremsvorrichtung mit Betriebs- und Feststellbremsfunktion, umfassend: – eine hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) zur hydraulischen Zuspannung der Bremsvorrichtung, – eine selbsthemmende zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3), und – ein Zuspannelement (15), an dem die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) und die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) angreifen, – wobei im Fall einer Betätigung der Feststellbremsfunktion die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) nach der hydraulischen Zuspannung durch die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) wirksam wird, und dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) eine zusätzliche Zuspannung der Bremsvorrichtung bereitstellt, wobei das Niveau der Zuspannkraft F₂ der zusätzlichen Zuspannung größer ist als das Niveau der Zuspannkraft F₁ der hydraulischen Zuspannung, und ein von einer Steuereinrichtung (10) angesteuerter Druckbegrenzer vorgesehen ist, welcher gewährleistet, dass im Fall der Betätigung der Feststellbremsfunktion das Niveau der Zuspannkraft F₁ der hydraulischen Zuspannung die von der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung (3) maximal darstellbare Zuspannkraft F₂ nicht überschreitet.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) nach Erreichen der Zuspannkraft (F₂) der zusätzlichen Krafterzeugungseinrichtung (3) drucklos geschaltet wird.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) durch einen elektrischen, elektromagnetischen oder fluidischen Antrieb angetrieben ist.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lösen der Feststellbremsfunktion die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) betätigt wird.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lösen der Feststellbremsfunktion zunächst die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) und anschließend die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) betätigt wird.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) frühestens bei Erreichen des maximalen Niveaus der Zuspannkraft der hydraulischen Zuspannung bei Feststellbremsfunktion an dem Zuspannelement (15) wirksam wird.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuspannelement ein Bremskolben (15) an einem Bremssattel (13) ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) einen mit dem Bremskolben (15) zusammenwirkenden, selbsthemmenden Spindeltrieb (20) aufweist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (20) in den Bremskolben (15) eintaucht.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Krafterzeugungseinrichtung (3) derart konfiguriert ist, um der Bremsvorrichtung (1) bei Ausfall der hydraulischen Druckerzeugungseinrichtung (2) eine Notbremsfunktion zu verleihen.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Druckerzeugungseinrichtung (2) mit einem Bremspedal (5) gekoppelt ist und der Druck zur hydraulischen Zuspannung erzeugbar ist durch: a) die Fußkraft einer Betätigungsperson am Bremspedal (5) und/oder b) eine Pumpe (9) in der Druckerzeugungseinrichtung (2) und/oder c) einen Druckspeicher in der Druckerzeugungseinrichtung (2) und/oder d) einen fremdansteuerbaren Bremskraftverstärker.