Krafterzeugungseinrichtung, insbesondere für eine Feststellbremse

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik und des Maschinenbaus und ist mit besonderem Vorteil in der Automobiltechnik einsetzbar. Sie bezieht sich insbesondere auf Anwendungen bei motorisch antreibbaren Feststellbremsen für Kraftfahrzeuge.

Entsprechende Einrichtungen zur Krafterzeugung bzw. Kraftbestimmung können jedoch auch für andere Anwendungen, wie beispielsweise mechanische Pressen und hydraulische Werkzeuge verwendet werden. Die Erfindung ermöglicht es, in kontrollierter Weise eine Kraft zu erzeugen und auf ein Bauteil wirken zu lassen, die gut einstellbar und kontrollierbar ist. Die Erfindung macht eine Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft besonders einfach steuerbar.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung als Aktuator für eine Feststellbremse ersetzt dieser einen Handbremshebel eines Kraftfahrzeugs. Die Einrichtung erlaubt das Aufbringen einer definierten Kraft, beispielsweise auf einen Bremszug oder ein Bremsseil. Dabei kann sichergestellt werden, dass eine definierte Mindestkraft aufgebracht wird, wobei eine ebenfalls definierte Höchstkraft nicht überschritten wird. Dies ist notwendig, um einerseits eine sichere Bremswirkung zu erzielen und andererseits zu verhindern, dass kraftübertragende Bauteile zerstört werden.

Aus der DE 103 61 127 B4 ist ein Aktuator bekannt, bei dem die aufgebrachte Kraft über eine Wegmessung eines in der Kette der Kraftübertragung elastisch deformierten Federelementes vorgenommen wird. Die Wegmessung ihrerseits wird durch die Erfassung der Bewegung eines Magneten mittels eines Hallsensors realisiert. Ist die Kennlinie des Sensor/Magnetsystems bekannt, so kann die Relativposition und damit die Position des Aktuators, die Verformung des Federelementes damit die wirkende Kraft bestimmt werden. Hierzu wird üblicherweise mittels eines Prozessors die Kennlinie des Magnetsensors ausgewertet.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Aus der DE 103 56 096 B4 ist die Kraftmessung indirekt über die Strommessung eines Elektromotorantriebes für eine Krafterzeugungseinrichtung bekannt. Eine solche indirekte Krafterfassung erreicht üblicherweise nur einen geringen Grad der Genauigkeit.

Aus der DE 10 2010 050 132 A1 ist ein Pedalwegmesssystem mit zwei Sensoren bekannt, die redundant ausgeführt sind, so dass Erfassungsfehler leicht erkennbar werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft auf ein Bauteil zu schaffen, die einerseits zuverlässig und andererseits besonders einfach kontrollierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1 , 8, 9, 20 sowie 21. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.

Die Erfindung bezieht sich insofern auch auf Verfahren zum Betrieb einer derartigen Einrichtung, sowie auf ein System mit einer solchen Einrichtung und mit einer Steuereinrichtung.

Die Erfindung betrifft konkret eine Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft auf ein Bauteil, insbesondere auf ein Zugelement, in einer ersten Richtung, mit einem Krafterzeugungselement , das an einer begrenzt federnd nachgiebigen Abstützeinrichtung abgestützt ist, die wenigstens ein, in der Kette der Kraftübertragung angeordnetes, im Zuge der Kraftübertragung spannbares Federelement aufweist, wobei das Federelement durch ein Federmodul gebildet ist, in dem eine Feder durch mechanische Eingriffsmittel mit einer vorbestimmten Abstützkraft vorgespannt ist, derart, dass die Feder erst bei Überschreitung der vorbestimmten Abstützkraft weiter spannbar ist, und wobei ein Wegsensor insbesondere in Form eines Schalters zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung einer Verschiebung des Krafterzeugungselementes vorgesehen ist.

Die Feder ist in der Richtung, in der sie bei der Krafterzeugung belastet wird, vorgespannt, so dass sie sich zunächst bei der Krafterzeugung solange nicht verformt, bis dass die von außen wirkende Abstützkraft die Größe der Vorspannungskraft in dem Federmodul erreicht hat. Von diesem Kraftniveau an wird die Feder verformt. Diese Verformung wird von dem Wegsensor erfasst und gemeldet. Dies kann durch eine kontinuierliche Wegerfassung oder einfacher durch ein Signal erfolgen, das durch einen Positionsschalter erzeugt wird und das eine Verformung der Feder signalisiert und damit die Information abgibt, dass die erzeugte Kraft das Niveau einer vorbestimmten Abstützkraft erreicht hat.

Die Erfindung kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet sein, dass die Feder des Federelementes mit wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 90% der durch das Krafterzeugungselement maximal zu erzeugenden Kraft vorgespannt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Feder des Federelementes mit der durch das Krafterzeugungselement maximal zu erzeugenden Kraft, vermindert um einen Toleranzbetrag, der der in dem System zulässigen Abweichung von der Sollkraft entspricht, vorgespannt ist.

Die Vorspannung der Feder kann näherungsweise auf dem Niveau der durch das Krafterzeugungselement zu erzeugenden Kraft und Abstützkraft liegen oder um einen Toleranzbetrag darunter. Es wird dann das Erreichen der mindestens zu erzeugenden Kraft bei Beginn der Verformung der Feder durch den Wegsensor gemeldet.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Krafterzeugungselement mittels eines elektrischen Antriebsmotors antreibbar ist, der in Abhängigkeit von einem Signal des Wegsensors ansteuerbar ist und der bei Erreichen einer durch den Wegsensor erfassten Sollkraft angehalten wird. Dies wird, wie oben ausgeführt, beispielsweise dadurch erreicht, dass die Feder des Federelementes mit der Sollkraft, vermindert um einen Toleranzbetrag, der der in dem System zulässigen Abweichung von der Sollkraft entspricht, vorgespannt ist. Der Beginn der Bewegung der Feder signalisiert dann über den Wegsensor das Erreichen der Sollkraft und dies kann in ein Signal zum Anhalten des Antriebsmotors umgesetzt werden.

Die Erfindung kann zudem vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass der Toleranzbetrag weniger als 10% der Sollkraft, insbesondere weniger als 5% der Sollkraft beträgt.

Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Feder des Federelementes als Druckfeder ausgebildet ist.

Eine Druckfeder kann besonders einfach und mit geringem Platzbedarf in einem Federelement als Federpaket vorgespannt werden.

Zudem kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, dass die Feder des Federelementes als Schraubenfeder oder als Tellerfeder ausgebildet ist.

Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung kann vorsehen, dass die Feder des Federelementes bei Überschreitung der vorbestimmten Abstützkraft weiter gespannt wird und dass das weitere Spannen des Federelementes (7) durch ein Signal des Wegsensors signalisiert wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft auf ein Bauteil, insbesondere ein Zugelement, in einer ersten Richtung, mit einem Krafterzeugungselement, das an einer begrenzt federnd nachgiebigen Abstützeinrichtung abgestützt ist, die wenigstens zwei, in der Kette der Kraftübertragung in Reihe hintereinander angeordnete, im Zuge der Kraftübertragung spannbare Federelemente aufweist. Dabei ist ein erstes Federelement weniger steif ausgebildet als ein zweites Federelement, wobei das erste Federelement unter der Wirkung einer ersten Abstützkraft auf einem ersten Federweg spannbar ist. Zudem sind ein über den ersten Federweg hinausgehender Federweg und eine über die erste Ab- stützkraft hinausgehende Kraftaufnahme des ersten Federelementes durch erste mechanische Eingriffsmittel verhindert. Des Weiteren ist das zweite Federelement durch ein Federmodul gebildet, in dem eine zweite Feder durch zweite mechanische Eingriffsmittel mit einer zweiten Abstützkraft vorgespannt derart ist, dass die zweite Feder erst bei Überschreitung der zweiten Abstützkraft weiter spannbar ist. Ferner ist ein Wegsensor zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung einer Verschiebung des Krafterzeugungselementes vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung dient beispielsweise zur Erzeugung einer Kraft auf einen Bremszug in einem Kraftfahrzeug, der in diesem Zusammenhang das Zugelement bildet, auf das die Kraft ausgeübt wird. Das Krafterzeugungselement kann typischerweise als eine Konstruktion ausgebildet sein, die eine Spindel und eine Spindelmutter aufweist. Dabei ist die Spindelmutter in Axialrichtung abgestützt und in Umfangsrichtung antreibbar, während die Spindel in deren Axialrichtung durch Drehen der Spindelmutter verschiebbar ist, um einen an ihr befestigten Bremszug zu lösen oder anzuziehen.

Die Spindelmutter ist in Axialrichtung an einer Abstützeinrichtung abgestützt, die unter der Wirkung der erzeugten Kraft teilweise elastisch nachgibt und zwei spannbare Federelemente aufweist. Jedes der Federelemente weist eine Feder auf, so dass insgesamt eine erste Feder des ersten Federelementes und eine zweite Feder des zweiten Federelementes vorgesehen sind. Die erste Feder, die beispielsweise an einem Gehäuse abgestützt ist, ist im Wesentlichen entspannt, wenn keine Zugkraft auf das Zugelement aufgebracht wird.

Diese erste Feder ist die schwächere der beiden Federn und wird zu Beginn der Krafterzeugung beispielsweise im Kraftbereich zwischen 100N und 150N durch den durch die Spindelmutter ausgeübten Druck unter Zurücklegung eines ersten Federweges gespannt, beispielsweise komprimiert. Dieser erste Federweg kann beispielsweise 2mm betragen. Nach Zurücklegen dieses Weges kann gemäß der Erfindung die Krafterzeugungseinrichtung selbst, d.h. beispielhaft die Spindelmutter oder ein mit ihr verbundenes weiteres Element an einem festen Anschlag anschlagen. Die erste Feder ist dann vorgespannt und nimmt einen Teil der Axial- kraft auf, ist jedoch nicht weiter spannbar, so dass darüber hinaus auftretende Kräfte durch den entsprechenden Anschlag, der die ersten mechanischen Eingriffsmittel bildet, aufgenommen werden. Der zurückgelegte erste Federweg, z. B. 2mm, kann beispielsweise durch einen Schalter am Wegsensor detektiert werden. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass nur das Zurücklegen dieses ersten Federweges insgesamt als Tatsache detektiert und signalisiert werden muss. Mit anderen Worten ist keine kontinuierliche Wegerfassung während des ersten Federweges notwendig.

Wächst die durch die Krafterzeugungseinrichtung erzeugte Kraft weiter an, so wird ein verstärkter Zug auf das Zugelement ausgeübt. Jedoch bewegt sich wegen der Festigkeit der in der Abstützeinrichtung vorhandenen Elemente dort zunächst kein Bauteil oder dergleichen, so dass auch die Krafterzeugungseinrichtung selbst gegenüber der Abstützeinrichtung ortsfest verbleibt.

Das zweite Federelement weist eine vorgespannte zweite Feder auf, die durch die erhöhte Abstützkraft der Krafterzeugungseinrichtung zunächst bis zu demjenigen Punkt nicht weiter spannbar ist, an dem die Abstützkraft das Niveau der zweiten Abstützkraft erreicht, das seinerseits der Vorspannkraft des zweiten Federelementes entspricht, also derjenigen Kraft, mit der die zweite Feder in dem zweiten Federelement vorgespannt ist. Bei Überschreiten dieses Kraftniveaus kann die zweite Feder weiter gespannt werden, so dass bei einer weiteren Erhöhung der Kraft, beispielsweise zwischen 1.425 N und 1.575 N ein weiterer Federweg am zweiten Federelement zurückgelegt wird, also die Abstützeinrichtung um diesen weiteren Federweg nachgibt und die Krafterzeugungseinrichtung sich um diesen entsprechenden Federweg weiter bewegt.

Durch den Wegsensor kann dieser zweite Weg der Krafterzeugungseinrichtung detektiert werden. Dabei muss auch in diesem Falle lediglich die Tatsache, dass dieser Weg zurückgelegt worden ist, detektiert und signalisiert werden, so dass auch diese Detektion durch einen einfachen Schalter bewerkstelligt werden kann. Es kann anstelle der Schalter für die Detektion des ersten und zweiten Federwegs auch eine kontinuierliche Wegmessung eingesetzt werden, jedoch stellt die Aus- rüstung des Wegsensors mit zwei einfachen Schaltern die wirtschaftlich günstigste Ausführungsform dar. Die entsprechenden Signale des Wegsensors können beispielsweise dafür genutzt werden, dass bei Überschreiten des zweiten Abstützkraftniveaus der Antrieb der Spindelmutter abgeschaltet wird (da das gewollte Kraftniveau des Bremszuges erreicht ist), und dass beim Lösen der Bremse der Antrieb der Spindelmutter gestoppt werden kann, wenn das Zugkraftniveau auf einem Bereich um 100 N gesunken ist und die erste Feder entspannt wird. Hierdurch ist eine Steuerung des Antriebes der Spindelmutter besonders einfach.

Mit anderen Worten ist die Erfindung demnach darin zu sehen, dass bei einem mittleren Kraftniveau der Krafterzeugungseinrichtung bei einer Feststellbremse in der Abstützeinrichtung zwei vorgespannte Federn vorgesehen sind, von denen jeweils eine bei Erreichen eines unteren oder oberen Kraftschwellwertes einen begrenzten Federweg zurücklegt, der über jeweils einen Schalter oder einen Näherungsschalter detektierbar ist.

Die Schalter können beispielsweise als Hallsensoren ausgebildet sein, die die Relativbewegung eines Magneten detektieren. Es können jedoch auch optische Schalter, beispielsweise in Form von Lichtschranken oder lichtempfindlichen Halbleiterbauelementen vorgesehen sein, die bewegte, verschieden helle oder verschieden transparente Skalenbereiche detektieren.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste und das zweite Federelement als Druckfederelemente ausgeführt sind. Dadurch erzielte Vorteile bestehen insbesondere darin, dass nur mit geringen Setzerscheinungen in der mechanischen Kraftübertragungskette zu rechnen ist, und dass die Federelemente und auch unter widrigen Umwelteinflüssen, wie Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, über eine sehr lange Zeitdauer zuverlässig funktionieren.

Es ist jedoch auch denkbar, dass das erste und das zweite Federelement als Zugfederelemente ausgeführt sind. Dies kann z. B. sinnvoll sein, wenn eine Feststellbremse anstelle eines Zuges mittels eines Druckelementes betätigt wird. Die Funktion der Federelemente ist dann im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Variante mit Druckfederelementen.

Vorteilhaft sind die erste und die zweite Feder jeweils als Schraubenfedern ausgebildet. Es ist jedoch auch die Verwendung von Spiralfedern oder andersartigen Federelementen, wie beispielsweise Blattfedern, Tellerfedern oder auch blockför- migen, elastomeren Federelementen denkbar.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die ersten mechanischen Eingriffsmittel durch einen Anschlag gebildet sind, an dem ein in der Kette der Kraftübertragung zwischen dem Krafterzeugungselement und dem ersten Federelement angeordnetes Element nach Zurücklegen des ersten Federweges anschlägt. Dies hat zur Folge, dass bei Erhöhen der durch das Krafterzeugungselement erzeugten Kraft zunächst die erste Feder gespannt wird und dass nach Zurücklegen des ersten Federweges wegen des Anschlagens des der ersten Feder benachbarten Elementes an den festen Anschlag ein weiteres Spannen der ersten Feder nicht möglich ist. Jede darüber hinausgehende Kraft wird nicht durch die erste Feder, sondern durch den Anschlag aufgenommen, so dass die erste Feder und der Anschlag mechanisch zueinander parallel geschaltet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Federelement eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder aufweist, die zwischen zwei stirnseitigen Halteelementen vorgespannt ist. Dabei sind die beiden stirnseitigen Halteelemente gegeneinander gegen die Kraft der zweiten Feder nach Überschreiten der zweiten Abstützkraft verschiebbar.

Die zweite Feder ist wesentlich stärker und steifer ausgebildet als die erste Feder. Das zweite Federelement wirkt als Federmodul zunächst in der Kette der Kraftübertragung innerhalb der Abstützeinrichtung als fester, unnachgiebiger Block, bis das Kraftniveau der Vorspannkraft - auch als zweite Abstützkraft bezeichnet - erreicht ist. Überschreitet die Abstützkraft dieses Niveau, so wird die zweite Feder weiter gespannt, also bei einer komprimierbaren Feder weiter komprimiert und bei einer vorgespannten Zugfeder weiter expandiert. Ist das zweite Federelement unter Verwendung einer als Druckfeder ausgebildeten Schraubenfeder ausgestaltet, so ist typischerweise die zweite Feder auf einem Federdorn oder in einer Federhülse zwischen zwei Endanschlägen vorgespannt. Dabei sind die Endanschläge bei Überschreiten der zweiten Abstützkraft gegeneinander in Axialrichtung der Schraubenfeder verschiebbar. Beispielsweise kann ein Anschlagring oder eine stirnseitige Anschlagplatte in einer Federhülse oder auf einem Federdorn axial beweglich geführt und einseitig in der Bewegung durch einen festen Anschlag begrenzt sein. Die Federhülse oder der Federdorn der zweiten Feder kann mit einer stirnseitigen Endplatte innerhalb der Abstützeinrichtung direkt und unmittelbar an der ersten Feder abgestützt sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Krafterzeugungseinrichtung eine in ihrer Axialrichtung verschiebbare Spindel und eine drehbar gelagerte Spindelmutter aufweist, wobei die Spindelmutter an der Abstützeinrichtung abgestützt ist. Es sind auch andere Krafterzeugungseinrichtungen denkbar, beispielsweise ein expandierbarer Hydraulikstempel oder eine teleskopartig ausfahrbare Zahnstange, die durch Zahnräder antreibbar ist.

Ist die Krafterzeugung unter Mitwirkung einer Spindelmutter ausgestaltet, so kann diese vorteilhaft mittels eines als Wälzlager ausgebildeten Axiallagers gegenüber der Abstützeinrichtung abgestützt sein. Das Wälzlager kann beispielsweise als Nadellager oder als Kugellager ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Abstützeinrichtung an einem Widerlager angeordnet ist, das insbesondere durch ein die Abstützeinrichtung aufnehmendes Gehäuse gebildet und an dem das erste Federelement und bei Überschreiten der ersten Abstützkraft auch das zweite Federelement abgestützt ist. Ein derartiges Gehäuse kann beispielsweise als Metallgussgehäuse oder als kräftig ausgebildetes Blechgehäuse ausgebildet sein. Es kann zusätzlich zur Krafterzeugungseinrichtung und zur Abstützeinrichtung auch eine Antriebseinrichtung für die Krafterzeugungseinrichtung, beispielsweise mit einem Motor und einem Getriebe, zum Antrieb einer Gewindespindel beherbergen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Wegsensor wenigstens ein Sensorelement und wenigstens ein Geberelement aufweist, die gegeneinander bewegbar sind und von denen eines mittelbar oder unmittelbar mit dem Krafterzeugungselement verbunden ist, während das jeweils andere mit dem Widerlager verbunden ist. Es kann somit mittels des Wegsensors die Relativbewegung zwischen der Krafterzeugungseinrichtung und dem Widerlager detektiert werden, die ein Maß für die Spannung der Abstützeinrichtung und des ersten und zweiten Federelementes und damit für die erzeugte Kraft ist.

Durch das Grundkonzept der Erfindung ist es im Zusammenhang mit einem derartigen Wegsensor möglich, lediglich in einem definierten, einer geringen erzeugten Kraft entsprechenden Bereich das Passieren einer Wegmarke zu detektieren und/oder in einem zweiten Kraftbereich, der einer größeren Kraft - und zwar vorteilhaft dem durch die Krafterzeugungseinrichtung maximal zu erzeugenden Kraftniveau - entspricht. Besonders vorteilhaft sind entweder zwei Geberelemente oder ein Sensorelement oder zwei Sensorelemente und ein Geberelement vorgesehen, so dass sowohl das Erreichen des niedrigen Kraftniveaus (erste Abstützkraft) als auch das Erreichen des zweiten Kraftniveaus (zweite Abstützkraft) jeweils für sich detektierbar ist.

Insofern ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Wegsensor zur Abgabe eines ersten Signals bei Zurücklegen des ersten Federweges durch das Krafterzeugungselement und zur Abgabe eines zweiten Signals bei Zurücklegen eines weiteren Weges durch das Krafterzeugungselement nach Erreichen der zweiten Abstützkraft vorgesehen ist.

Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Einrichtung der oben beschriebenen Art auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Einrichtung, wobei bei Erzeugen einer Kraft zunächst das erste Federelement auf dem ersten Federweg gespannt wird, bis ein über dem ersten Federweg hinausgehender Federweg und eine über die erste Abstützkraft hinausgehende Kraftaufnahme des ersten Federelementes durch erste mechanische Eingriffsmittel verhindert ist, dass daraufhin die zweite Feder bei Überschreitung der zweiten Abstützkraft weiter gespannt wird, und dass die Spannung des ersten Federelementes und die weitere Spannung des zweiten Federelementes durch jeweils ein Signal des Wegsensors signalisiert wird.

Im Bereich zwischen der Überschreitung des Niveaus der ersten Abstützkraft und dem Erreichen der zweiten Abstützkraft sind weitere Bewegungen der Abstützeinrichtung praktisch vernachlässigbar. Die Krafterzeugungseinrichtung bewegt sich demnach in diesem Kraftbereich trotz Erhöhung der erzeugten Kraft vernachlässigbar wenig.

Die Erfindung bezieht sich zudem auf ein System mit einer Einrichtung der oben beschriebenen Art, wobei der Wegsensor mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die zusätzlich zu einem Antrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung ein anderes Aggregat steuert.

Dadurch, dass im Wegsensor nicht kontinuierlich Daten über die Bewegung der Krafterzeugungseinrichtung, beispielsweise anhand verschiedener gemessener Magnetfeldstärken, erfasst und ausgewertet werden müssen, sondern im Minimalfall nur ein erstes Signal bei Erreichen des ersten Abstützkraftniveaus und ein zweites Signal bei Erreichen des zweiten Abstützkraftniveaus ausgegeben wird, ist die Verarbeitung der Wegsignale und damit der Informationen über die erzeugte Kraft derart vereinfacht, dass diese nicht am Wegsensor über einen gesonderten Mikrocontroller oder Mikroprozessor vorgenommen werden muss. Vielmehr können die wenigen anfallenden Daten durch eine lokal von der Einrichtung zur Krafterzeugung getrennten Einheit mit einem eigenen Prozessor oder Mikrocontroller mit übernommen werden. Die Daten können zwischen der Einrichtung zur Krafterzeugung und der Datenverarbeitungseinrichtung über elektrische oder optische Datenleitungen transportiert werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 in einer Seitenansicht eine Einrichtung zu Erzeugung einer Kraft mit einer Spindel, einer Spindelmutter, zwei koaxialen Federelementen und einem Antrieb,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Anordnung gemäß Fig. 1 mit einem Gehäuse, Fig. 3 einen weiteren Längsschnitt einer Anordnung wie in Fig. 1 mit einer gegenüber Fig. 2 gedrehten Lage der Schnittebene,

Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht eines Gehäuses einer Einrichtung zur

Erzeugung einer Kraft gemäß Fig. 2 und 3,

Fig. 5 ein zweites Federelement in einer dreidimensionalen Ansicht,

Fig. 6 das zweite Federelement aus Fig. 5 unter einem geänderten Betrachtungswinkel,

Fig. 7 ein zweites Federelement wie in Fig. 5 und 6 in einem Längsschnitt, Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines zweiten Federelementes mit einer äußeren Federhülse,

Fig. 9 einen schematischen Längsschnitt einer Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft zur Erläuterung der Wirkprinzipien in einem Zustand, in dem praktische keine Kraft erzeug wird,

Fig. 10 eine Darstellung wie aus Fig. 9 in einem Zustand, in dem eine mittlere

Kraft erzeugt wird,

Fig. 11 eine Darstellung ähnlich den Fig. 9 und 10 in einem Zustand, in dem eine große Kraft erzeugt wird,

Fig. 12 eine Einrichtung zu Erzeugung einer Kraft mit einer Spindel, einer Spindelmutter und einer Feder, die in einem Federelement vorgespannt ist, in einem Längsschnitt, sowie

Fig. 13 eine Einrichtung gemäß Fig. 12 in einer Außenansicht

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Spindelmutter 1 , die als Krafterzeugungselement mit einer Spindel 2 zusammenwirkt. Die Spindelmutter 1 ist drehbar gelagert und auf einem Axiallager 3 abgestützt. Die Spindelmutter 1 trägt auf ihrer Außenseite ein schräg verzahntes Zahnrad 4, das mittels eines Antriebszahnrades 5 und eines nicht näher dargestellten Antriebsmotors antreibbar ist. Das Axiallager 3 ist typischerweise als Wälzlager ausgeführt und auf einem zweiten Federelement 7 abgestützt, das seinerseits in dargestelltem Zustand auf einem ersten Federelement 8 in Axialrichtung 11 abgestützt ist. Das erste Federelement 8 ist als Schraubenfeder ausgebildet, die die Spindel 2 bzw. ihren Verschiebungsweg bei Drehung der Spindelmutter 1 koaxial umgibt.

Mit 9 ist eine Hülse bezeichnet, die im Bereich der Federelemente die Spindel 2 umgibt und schützt. An das dem ersten Ende 2a gegenüber liegende, in der Fig. 1 nicht dargestellte Ende 2b der Spindel 2 ist ein Zugelement in Form eines Zugseils angeschlossen, über das mittels einer Zugbewegung bei Verschiebung der Spindel 2 eine nicht dargestellte Feststellbremse eines Fahrzeugs betätigt wird.

Bewegt sich die Spindel 2 in Richtung des Pfeils 10, so wird an dem Zugelement gezogen, bzw. die Zugkraft verstärkt. Auf die Spindel 2 und die Spindelmutter 1 wirkt in diesem Fall eine Kraft in Richtung des Pfeils 11.

Bei einer Bewegung der Spindel 2 in Richtung des Pfeils 1 wird der Zug gelöst und die Zugkraft verringert.

Im Zuge der Krafterzeugung stützt sich die Spindelmutter 1 auf dem ersten Federelement 8 und dem zweiten Federelement 7 ab. Das erste Federelement 8 ist als eine Feder ausgebildet, die gegenüber der Feder des zweiten Federelementes 7 weicher, mit einer geringeren Federkonstanten ausgebildet ist, so dass die erste Feder 8 zuerst und in größerem Maß als die Feder des zweiten Federelementes 7 komprimiert wird. Die erste Feder 8 ist an einem ersten Anschlag 12 abgestützt, der beispielsweise ein Teil eines in der Fig. 1 nicht näher dargestellten Gehäuses bildet.

Bei einer geringen Zugkrafterzeugung und einer entsprechend aufgebrachten Abstützkraft durch die erste Feder 8 wird diese ein Stück weit komprimiert, indem das zweite Federelement in sich unverformt auf die erste Feder 8 zu bewegt wird. Ist der erste Federweg zurückgelegt, so stößt ein erstes stirnseitiges Halteelement 13 des zweiten Federelementes 7 gegen den ortsfesten zweiten Anschlag 15. Bis zu diesem Zeitpunkt bewegt sich auch das zweite stirnseitige Halteelement 14 des zweiten Federelementes 7 in Richtung des Pfeils 11 , ohne dass das zweite Federelement 7 in Axialrichtung der Feder komprimiert oder expandiert wird.

Entsprechend bewegt sich das Axiallager 3 ein Stück weit, typischerweise in der Größenordnung von 2 mm in Richtung des Pfeils 11 , so dass auch die Spindelmutter 1 diese Bewegung mitvollzieht. Die Verzahnung der Zahnräder 4 und 5 lässt eine derartige Relativbewegung in Axialrichtung 11 der beiden Zahnräder gegeneinander zu.

Wird die Zugkraft durch weitere Drehung der Spindelmutter 1 erhöht, so wird die erste Feder 8 nicht weiter komprimiert, da das erste stirnseitige Halteelement 13, das zusammen mit dem zweiten mechanischen Anschlag 15 das erste mechanische Eingriffsmittel bildet, einen festen Anschlag findet. Die erste Feder 8 nimmt über die entsprechende Teilkompression hinaus keine weiteren Kräfte auf.

Eine weitere Bewegung in Axialrichtung ergibt sich bei weiterer Steigerung der Zugkraft bzw. der Abstützkraft erst dann, wenn bei Erreichen des Niveaus der zweiten Abstützkraft das zweite Federelement 7 in Axialrichtung komprimiert wird.

Auf diesen Punkt wird weiter unten noch genauer eingegangen.

In der Fig. 1 ist mit 16 ein Wegsensor bezeichnet, der wenigstens ein gegenüber der Spindelmutter 1 in axialer Richtung ortsfestes Element aufweist. Ein weiteres, nicht im Einzelnen dargestelltes Element des Wegsensors 16 bewegt sich mit der Spindelmutter 1 in Axialrichtung, so dass sich die Axialbewegung der Spindelmutter durch Relativbewegung der beiden Teile des Wegsensors gegeneinander erfassen lässt.

In der Fig. 1 ist der Weg, den das erste stimseitige Halteelement 13 des zweiten Federelementes 7 bis zum Erreichen des zweiten Anschlages 15 zurücklegt, gesondert mit 17 bezeichnet. Dieser Weg bildet den ersten Federweg. Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine Spindel 2 mit einer auf dieser drehbar geführten Spindelmutter 1 , die ihrerseits auf einem Axiallager 3 in Richtung des Pfeils 11 abgestützt ist. Die Spindel 2 ist an ihrem zweiten Ende 2b in nicht näher dargestellter Weise mit einem Zugseil verbunden und übt auf dieses eine Zugkraft in Richtung des Pfeils 10 aus. Durch Drehen der Spindelmutter 1 wird diese Zugkraft verstärkt oder verringert, wobei sich bei Aufbringen einer Zugkraft die Spindelmutter 1 unter Erzeugung einer Abstützkraft über das Axiallager 3 an dem Gehäuse 18, 19 abstützt. Das Axiallager 3 stützt sich dabei zunächst gegen einen Stützring 20 ab, der seinerseits gegenüber dem zweiten stirnseitigen Halteelement 14 des zweiten Federelementes 7 abgestützt ist. Das zweite Federelement 7 stützt sich seinerseits gegen das erste Federelement 8 bzw. nach Erreichen der ersten Abstützkraft gegen den ersten Anschlag 15 des Gehäuses 19 ab. Das erste Federelement 8 seinerseits stützt sich an dem ersten Anschlag 12 des Gehäuses 19 ab.

In der Fig. 2 ist zudem ein Antriebsmotor 21 dargestellt, der als Elektromotor ausgebildet ist und mittels einer Welle 22 das Antriebszahnrad 5 antreibt.

In der Fig. 3 sind die Teile, die im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben wurden, in einer Schnittansicht dargestellt, die gegenüber der Schnittrichtung von Fig. 2 gedreht ist. Gleiche Teile sind dort mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 4 zeigt in dreidimensionaler Ansicht das Gehäuse 18, 9 der Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft, wobei das nicht dargestellte Zugseil üblicherweise aus der Öffnung 23 austritt.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen in verschiedenen Ansichten (in Fig. 7 in einem Längsschnitt) ein zweites Federelement 7 mit einer zweiten Feder 24, die als Schraubenfeder auf einen Federdorn 25 aufgebracht ist. Der Federdorn 25 weist ein erstes stirnseitiges Halteelement 13 sowie ein zweites stirnseitiges Halteelement 14 auf, wobei in dem Ausführungsbeispiel das erste stirnseitige Halteelement 13 als Flansch des Doms 25 fest mit diesem verbunden ist. Auf dem Flansch 13 ist die Feder 24 axial fest abgestützt. Die Feder 24 ist andererseits zwischen dem ersten stirnseitigen Halteelement/Flansch 13 und dem zweiten stirnseitigen Halteelement 14 vorkomprimiert und damit vorgespannt. Das zweite stirnseitige Halteelement 14 ist dabei als ein gegenüber dem ersten stirnseitigen Halteelement 13 in Axialrichtung verschiebbarer Ring ausgestaltet, der mit einem Rohrstutzen 26 fest verbunden ist, welcher eine Stirnfläche 27 aufweist. Die Stirnfläche 27 bildet das Widerlager für das Axiallager 3. Durch Druck des Axiallagers 3 auf die Stirnfläche 27 ist der Rohrstutzen 26 bei Überschreiten der zweiten Abstützkraft unter weiterer Kompression der Feder 7 auf das erste stirnseitige Halteelement 13 zu verschiebbar.

Das zweite Federelement 7 kann derart gestaltet sein, dass das Axiallager 3 bei Abstützung an dem Rohrstutzen 26 nach Verschiebung des Rohrstutzens um einen zweiten Federweg in Richtung zum ersten stirnseitigen Halteelement 13 gegen den Dorn 25 oder dessen stirnseitige Fortsetzung stößt, so dass die weitere Kompression der zweiten Feder 24 auf einen zweiten Federweg begrenzt ist. Dieser zweite Federweg entspricht dem maximal möglichen Hub bei der weiteren Kompression des zweiten Federelementes ist in der Fig. 7 dargestellt und mit 28 bezeichnet.

Die Fig. 8 zeigt in einem Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des zweiten Federelementes, bei der die zweite Feder 24 in einer Hülse 29 zwischen einem Innenflansch 30 der Hülse, der das erste stirnseitige Halteelement bildet, und einem Pressring 31 , der das zweite stirnseitige Halteelement bildet, vorkomprimiert ist, wobei der Pressring 31 mit einem Rohrstutzen 32 verbunden ist, der über die Kontur der Hülse 29 stirnseitig um einen Hub 28' vorsteht und der bei Belastung durch das Axiallager 3 um den Hub 28' in die Hülse 29 zur weiteren Kompression der zweiten Feder 24 eingeschoben werden kann. Der Pressring 31 ist mit dem Rohrstutzen 32 zusammen über einen Verschraubungsring 33 in die Hülse 29 einschraubbar und dort vorspannbar und fixierbar.

In den Fig. 9, 10, 11 ist ein schematisches Bild der Erfindung mit dem ersten und zweiten Federelement 7,8 sowie dem Krafterzeugungselement und dem Wegsensor in drei verschiedenen Stellungen dargestellt. Die durch das Krafterzeugungselement/die Spindelmutter 1 eingebrachte Abstützkraft ist durch den Pfeil 34 dargestellt. Sie wirkt auf ein Axiallager, das in den Fig. 9, 10, 11 nicht eigens dargestellt ist, und das an einer passenden Stelle zwischen dem Eintrag der Abstützkraft 34 und der Abstützung an dem zweiten Federelement 7 angeordnet sein kann. In dem in der Fig. 9 dargestellten Zustand ist der Wegsensor 16 in einer solchen Position dargestellt, dass noch keiner der Geber 16a, 16b an dem Sensorelement 16c vorbei gelaufen ist. Es wird damit signalisiert, dass das Niveau der Abstützkraft praktisch gleich Null ist. Wird nun eine Abstützkraft 34 aufgebracht, so wirkt diese auf das zweite stirnseitige Halteelement 14 des zweiten Federelementes 7 und drückt das gesamte zweite Federelement 7 als unverformtes Federmodul gegen die erste Feder 8. Da die erste Feder 8 wesentlich schwächer ist als die Vorspannung des zweiten Federelementes 7, wird die erste Feder 8 unter Zurücklegung des ersten Federweges 7 komprimiert, bis das zweite Federelement 7 gegen den Anschlag 15 des Gehäuses 19 fährt. Die erste Feder 8 stützt sich dabei am ersten Anschlag 2 des Gehäuses 19 ab. Nach Zurücklegen des ersten Federweges ergibt sich die Position, die in Fig. 10 dargestellt ist. Der erste Geber 16a ist an dem Sensorelement 16c vorbeigefahren, so dass das Zurücklegen des ersten Federweges durch das Sensorelement 16c signalisiert ist. Ein weiterer Weg wird zunächst bei einer weiteren Erhöhung der Abstützkraft 34 nicht zurückgelegt. Elastizität wird gegebenenfalls bei einer weiteren Abstützkrafterhöhung durch die nicht dargestellten Elemente der Kraftübertragung, wie beispielsweise das Zugseil, aufgebracht. Die in der Fig. 10 dargestellte Position ergibt sich in einem Kraftbereich zwischen beispielsweise etwa 00 N, dem Niveau der ersten Abstützkraft, bis etwa 1.500 N. die Größe von 1.500 N entspricht dabei dem Niveau der zweiten Abstützkraft. Wird dieses Niveau durch eine weitere Erhöhung der Abstützkraft überschritten, so ergibt sich durch eine Bewegung des zweiten stirnseitigen Halteelementes 14 des zweiten Federelementes 7 eine weitere Kompression der zweiten Feder 24 und damit das Zurücklegen eines zweiten Federweges 28, wie in der Fig. 10 dargestellt. Der zweite Federweg findet sein Ende durch die Begrenzung der weiteren Kompression der Feder 7a und einen Anschlag am zweiten Federelement 7. Die Begrenzung des zweiten Feder- weges ist insbesondere im Zusammenhang mit den Fig. 5 bis 8 näher erläutert worden.

In der Fig. 11 ist ersichtlich, dass nach Zurücklegen des zweiten Federweges 28 der Wegsensor 16 in einen dritten Zustand fährt, in dem der zweite Geber 16b an dem Sensorelement 16c vorbeigefahren oder an dieses herangefahren ist, so dass das Zurücklegen des zweiten Federweges 28 signalisiert werden kann. Der Sensor 16 kann also gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel so konstruiert sein, dass er lediglich das Zurücklegen des ersten Federweges 17 und des zweiten Federweges 28 durch Passieren der Geber 16a, 16b am Sensorelement 16c signalisiert. Grundsätzlich müssen also nur zwei verschiedene Signale abgegeben und zur weiteren Steuerung identifiziert und ausgewertet werden.

Beim Lösen der Zugkraft und der Abstützkraft wird die Spindel in Richtung des Pfeils 35 bewegt und die Zustände der Fig. 9, 10, 11 werden in der Reihenfolge beginnend mit Fig. 11 , nachfolgend Fig. 10 und zuletzt Fig. 9 durchlaufen. Zuletzt wird das Zurücklegen des ersten Federweges 17 signalisiert, wodurch der Wegsensor das Signal abgibt, dass die erste Feder 8 sich entspannt hat, das Lösen der Zugkraft bzw. das Lösen der Feststellbremse erfolgt ist und der Antrieb abgeschaltet werden kann. Umgekehrt wird beim Anziehen einer Feststellbremse nach Durchlaufen des zweiten Federweges 28 das entsprechende Signal zur Abschaltung eines Antriebsmotors 21 der Spindel 1 gegeben.

Die Fig. 12 zeigt eine Einrichtung zu Erzeugung einer Kraft mit einer Spindel 2, einer Spindelmutter 1 , die sich mittels eines Axiallagers 3 an einem Stützring 20 abstützt. Grundsätzlich sind die Elemente sowie die Funktion identisch der Konstruktion, wie sie in Figuren 2 und 3 dargestellt ist, wobei das Federelement 8 fehlt. Es wird durch einen Sensor nur der Weg des zweiten Federelementes 7 gemessen, der das Erreichen der Sollkraft anzeigt. Der Weg des Federelementes 7 kann beispielsweise durch einen an diesem, oder beispielsweise auch am Stützring 20, befestigten Magneten gemessen werden, der mit einem ortsfesten Sensor wechselwirkt. Ansonsten gelten die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 gemachten Angaben hier ebenso. Die Figur 13 zeigt ebenso wie Fig. 12 eine Konstruktion, die der in Figur 1 dargestellten Konstruktion entspricht mit dem Unterschied, dass gemäß der Ausführungsform aus Figur 13 nur ein einziges Federelement 7 mit einer Feder 24 vorgesehen ist. Das Federelement 7 entspricht der in den Figuren 5, 6, 7 und 8 gezeigten Bauart.

Das Federelement 7 liegt gemäß Figuren 12 und 13 unmittelbar an einem Anschlag 36 an. Die in den Figuren 12 und 13 dargestellte Konstruktion reicht aus, um bei einer KFZ- Bremse bei Erreichen der Sollbremskraft einen Antriebsmotor mittels eines Sensors abzusteuern.

Durch die beschriebene Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen kann allgemein die Steuerung einer Feststellbremse oder einer anderweitig einsetzbaren Einrichtung zur Erzeugung einer Kraft erheblich vereinfacht werden, was sich in einer Kostensenkung bemerkbar macht.

Bezugszeichenliste

1 Spindelmutter 31 Pressring/Halteelement

2 Spindel 32 Rohrstutzen

2a, 2b Spindelende 33 Verschraubungsring

3 Axiallager 34 Abstützkraft

4 Zahnrad 35 Pfeil

5 Antriebszahnrad 36 Anschlag

7 zweites Federelement

8 erstes Federelement

9 Hülse

10 Pfeil

11 Pfeil

12 Erster Anschlag

13 erstes Halteelement

14 zweites Halteelement

15 zweiter Anschlag

16 Wegsensor

16a, 16b Geber

16c Sensorelement

17 erster Federweg

18, 19 Gehäuse

20 Stützring

21 Antriebsmotor

22 Welle

23 Öffnung

24 zweite Feder

25 Federdorn

26 Rohrstutzen

27 Stirnfläche

28 Hub

29 Hülse

30 Flansch/Halteelement