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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Feststellbremse für ein Fahrzeug,
welche insbesondere in Fahrzeugen mit automatisierten Feststellbremsen verwendet
wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Betätigung
einer Feststellbremse eines Fahrzeugs.
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Feststellbremsen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Neben den bekannten Seilzug-Handbremsen werden in jüngster Zeit
verstärkt
automatisierte Feststellbremsen eingesetzt, bei welchen ein Feststellbremswunsch
des Fahrers beispielsweise über
einen Schalter oder Knopf eingegeben wird und die Feststellbremse
dann automatisch aktiviert bzw. deaktiviert wird. Hierbei ist es
bekannt, den Feststellbremswunsch des Fahrers beispielsweise über unmittelbar an
den Rädern
angeordnete kleine elektrische Antriebe auszuführen. Derartige automatisierte
Feststellbremsen weisen jedoch einen relativ aufwendigen und kostenintensiven
Aufbau auf. Ferner sind automatisierte Feststellbremsen bekannt,
bei denen eine Feststellung des Fahrzeugs mittels Hydraulikdruck erfolgt.
Auch derartige Feststellbremsen weisen jedoch einen aufwendigen
und komplizierten Aufbau auf.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Feststellbremse
für ein
Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie einen einfachen und kostengünstigen
Aufbau bei einer minimierten Anzahl von Bauteilen aufweist. Dadurch
kann auch ein Gewicht des Fahrzeugs reduziert werden. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass eine Aktivierungseinheit zum Aktivieren einer Bremseinheit
mittels eines Aktuators aktiviert wird, welcher bereits im Fahrzeug
vorhanden ist. Mit anderen Worten wird ein Aktuator verwendet, welcher
bereits im Fahrzeug eine andere Funktion aufweist und noch zusätzlich die
Funktion der Betätigung
der Aktivierungseinheit für
die Feststellbremse übernimmt.
Dadurch kann auf einen zusätzlichen Elektromotor
als Antrieb für
die Aktivierungseinheit oder eine aufwendige Hydraulik als Antrieb
für die Aktivierungseinheit
verzichtet werden.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
bereits im Fahrzeug vorhandene Aktuator ist vorzugsweise der Anlasser
des Motors. Dadurch kann die erfindungsgemäße Feststellbremse besonders
kostengünstig
bereitgestellt werden. Der Anlasser hat insbesondere den Vorteil,
dass er ein Elektromotor mit hoher Leistungsdichte ist. Der Anlasser
wird normalerweise nur für
den Start des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verwendet. Dadurch
steht er ohne eine Komforteinschränkung für andere Funktionen im Fahrzeug
zur Verfügung.
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Weiter
bevorzugt ist eine Steuerung für
die Feststellbremse in einer bereits im Fahrzeug vorhandenen Steuerung
integriert. Die Steuerung kann beispielsweise in eine vorhandene
Betriebsbremssteuerung, für
im Fahrzeug vorhandene Bremssysteme wir ABS, ESP, TCS usw., integriert
werden. Dies kann dabei einfach realisiert werden, da für die Feststellbremse
nur Steuer- bzw. Kontrollfunktionen notwendig sind, welche keine
großen
Schaltströme
erfordern.
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Um
eine einfache Trennung bzw. Entkopplung des Aktuators von der Aktivierungseinheit
der Feststellbremse zu ermöglichen,
ist zwischen dem Aktuator und der Aktivierungseinheit vorzugsweise eine
Kupplung angeordnet. Die Kupplung ermöglicht eine Verbindung bzw.
Unterbrechung zwischen dem Aktuator und der Aktivierungseinheit
der Feststellbremse.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Aktivierungseinheit
einen Federspeicher, welcher die Feststellbremse betätigt. Der
Federspeicher wird dabei mittels des bereits im Fahrzeug integrierten
Aktuators vorgespannt. Die Verwendung des Federspeichers hat weiterhin
den Vorteil, dass automatisch eine Temperaturkompensation möglich ist.
Ferner kann hierbei ein einfacher und sehr robuster Aufbau sichergestellt werden.
Der Federspeicher kann dabei vom Aktuator unabhängig von einem Zeitpunkt des
Feststellbremsbedarfs vorgespannt werden. Hierbei ist vorzugsweise
ein Sensor vorgesehen, um der Steuerung eine noch vorhandene Vorspannungskraft
des Federspeichers anzuzeigen, so dass die Steuerung gegebenenfalls
durch Betreiben des Aktuators den Federspeicher wieder auflädt.
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Bevorzugt
umfasst der Federspeicher ein erstes Federelement, und die Aktivierungseinheit
ferner einen Kolben, eine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung
einer Feststellposition und ein Betätigungselement zur Betätigung der
Bremseinheit. Das Betätigungselement
ist dabei vorzugsweise ein Seil.
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Vorzugsweise
umfasst die Verriegelungseinrichtung eine Haltescheibe, eine Magnetspule,
ein zweites Federelement und eine Platte. Das zweite Federelement
spannt dabei die Platte gegen die Haltescheibe vor.
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Die
Haltescheibe ist vorzugsweise mit einer Hülse verbunden, wobei die Hülse zum
Kolben relativ drehbar angeordnet ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse eine
Kulisse auf, mit welcher eine mittels eines dritten Federelements
vorgespannte Eingriffsvorrichtung im Eingriff steht. Die Eingriffsvorrichtung
ist dabei am Kolben angeordnet. Dadurch sind die Hülse und
der Kolben miteinander verbunden, wobei die Drehbarkeit der Hülse relativ zum
Kolben sichergestellt wird.
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Die
Kulisse in der Hülse
ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sie eine vorgegebene Steigung
aufweist. Die Steigung kann dabei gleich bleibend sein oder sich
entlang des Umfangs der Hülse ändern. Vorzugsweise
ist die Steigung jedoch gleich bleibend, um eine konstante Bewegungsgeschwindigkeit
beim Aktivieren der Feststellbremse sicherzustellen.
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Um
eine Rückstellung
der Aktivierungseinheit der Feststellbremse für ein Freigeben der Feststellbremse
sicherzustellen, ist weiterhin ein drittes Federelement angeordnet,
welches mit der Haltescheibe verbunden ist und die Haltescheibe
in ihre Ausgangslage zurückstellt.
Somit wird bei einer Betätigung
der Feststellbremse das dritte Federelement vorgespannt und beim
Lösen der
Feststellbremse für das
Rückstellen
verwendet.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Kolben einen mittig angeordneten Zylinderteil,
an welcher die Eingriffsvorrichtung zum Eingreifen in die Kulisse
angeordnet ist.
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Am
mittleren Zylinderteil des Kolbens ist vorzugsweise zusätzlich noch
eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung des Kolbens mit dem Betätigungselement
der Bremseinheit angeordnet. Die Verbindungseinrichtung zwischen
dem Kolben und dem Betätigungselement
umfasst vorzugsweise zwei oder mehrere Kugeln, welche durch die
Relativverdrehung der Hülse
zum Kolben mit dem Betätigungselement
in Eingriff und außer
Eingriff bringbar sind.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Betätigung einer
Feststellbremse eines Fahrzeugs, wobei ein Aktivieren der Feststellbremse
mittels Federspeicher erfolgt. Wenigstens ein Federspeicher wird
mittels eines im Fahrzeug vorhandenen Aktuators, insbesondere einem
Anlasser, vorgespannt. Dadurch kann das Verfahren besonders einfach
und kostengünstig
durchgeführt
werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Feststellbremse mit im
Fahrzeug integriertem Aktuator,
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2 eine
schematische Schnittansicht einer Aktivierungseinheit für eine Feststellbremse
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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3 eine
Seitenansicht einer Hülse
gemäß dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
und
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4 eine
Draufsicht einer Haltescheibe gemäß dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt
den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Feststellbremse. Die Feststellbremse
umfasst eine Bremseinheit 28, z.B. eine Trommelbremse,
eine Aktivierungseinheit 1, eine Kupplung 25 und
einen Aktuator 5, welcher in diesem Ausführungsbeispiel
ein Anlasser des Fahrzeugs ist. Die Kupplung 25 ist dabei
zwischen dem Aktuator 5 und der Aktivierungseinheit 1 angeordnet
und stellt eine Verbindung zwischen dem Aktuator 5 und
der Aktivierungseinheit 1 bereit und unterbricht diese. Die
hierzu notwendigen Signale werden von einer Steuerung 27 an
die Kupplung 25 gegeben. Die Steuerung 27 steuert
auch den Anlasser und die Aktivierungeinheit 1 (vgl. 1).
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2 zeigt
eine Schnittansicht der Aktivierungseinheit 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Über
eine Betätigungseinrichtung 17 ist
die Aktivierungseinheit 1 mit der Bremseinheit 28 zum
Feststellen eines Fahrzeugrades verbunden.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst die Aktivierungseinheit 1 einen
Kolben 3, welcher in einem Gehäuse 6 angeordnet ist.
Der Kolben 3 umfasst einen Kolbenboden 3a und
einen mittig angeordneten Zylinderteil 3b. Zwischen dem
Kolben 3 und einem Gehäuseboden
ist ein erstes Federelement 4 angeordnet. Das erste Federelement 4 ist
als Zylinderfeder ausgebildet. Der Kolbenboden 3a ist über eine
Spindeleinrichtung 26 und die Kupplung 25 mit
dem Aktuator 5 verbunden. Wenn sich die Kupplung 25 im
eingekoppelten Zustand befindet, kann der Aktuator 5 die
Spindeleinrichtung 26 betreiben, so dass sich der Kolben 3 in
Richtung des Pfeils Z bewegt, um die Aktivierungseinheit 1 vorzuspannen.
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Die
Aktivierungseinheit 1 umfasst ferner eine Hülse 2,
welche im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und um den
Zylinderteil 3b des Kolbens 3 angeordnet ist.
Die Hülse 2 ist
im Detail in 3 dargestellt und umfasst eine
erste Kulisse 2a, eine zweite Kulisse 2b sowie
eine an der zweiten Kulisse 2b vorgesehene Auflaufschräge 2c (vgl. 2). Ferner
umfasst die Hülse 2 eine
kreisförmige
Ausnehmung 2d mit einer daran angrenzenden, im Innenumfang
der Hülse
senkrecht nach unten ausgerichteten Nut 2e. Ein nach außen vorstehender
Bund 2f ist weiterhin vorgesehen, um eine drehbare Lagerung
der Hülse 2 an
einem Lager 20 zu ermöglichen. Am
oberen Endbereich der Hülse 2 ist
ferner eine Außenverzahnung 2g gebildet.
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Weiterhin
umfasst die Aktivierungseinheit 1 eine Verriegelungseinrichtung.
Die Verriegelungseinrichtung weist eine Halteplatte 7,
ein zweites Federelement 8, eine Magnetspule 9 und
eine Zwischenplatte 10 auf. Die Halteplatte 7 ist
eine ringförmige
Platte, an deren gegenüberliegenden
Seiten jeweils ringförmige
Reibbeläge 7a angeordnet
sind. Die Halteplatte 7 ist in einer Draufsicht in 4 dargestellt.
Die Halteplatte 7 weist an einer inneren Ausnehmung ebenfalls
eine Verzahnung 7b auf. Die Verzahnung 7b greift
in die Verzahnung 2g der Hülse 2 ein, so dass die
Halteplatte 7 und die Hülse 2 formschlüssig miteinander
verbunden sind. Dadurch sind die Hülse 2 und die Halteplatte 7 drehfest
miteinander verbunden, jedoch in Axialrichtung X-X relativ zueinander bewegbar.
Am äußeren Umfang
der Halteplatte 7 ist weiterhin ein nach außen vorstehender
Anschlag 7c vorgesehen. Das zweite Federelement 8 ist
an der Magnetspule 9 angeordnet und mit der Zwischenplatte 10 verbunden.
Das zweite Federelement 8 drückt dabei die Zwischenplatte 10 nach
unten, um sie von der Magnetspule 9 fort vorzuspannen.
Mit anderen Worten drückt
das zweite Federelement 8 die Zwischenplatte 10 gegen
die Halteplatte 7, so dass eine Verriegelung der Hülse 2 möglich ist.
Hierbei kann sich die Halteplatte 7 in Axialrichtung X-X
der Aktivierungseinheit 1 relativ zur Hülse 2 über die
Verzahnungen 2e und 7b bewegen.
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Die
Hülse 2 ist über eine
Eingriffsvorrichtung 12 mit dem Kolben 3 verbunden,
wie aus 2 ersichtlich ist. Die Eingriffsvorrichtung 12 umfasst
dabei ein drittes Federelement 13 sowie einen ersten Nippel 14 und
einen zweiten Nippel 15. Die Eingriffsvorrichtung 12 ist
in einer Querbohrung 3e im Zylinderteil 3b des
Kolbens angeordnet. Die Querbohrung 3e ist dabei als Durchgangsbohrung
ausgebildet, wobei ein Ende der Querbohrung als Anschlag 3f für den ersten Nippel 14 ausgebildet
ist. Das andere Ende der Querbohrung 3e wird mittels eines
Montagerings 16 geschlossen, welcher ebenfalls einen Anschlag
für den zweiten
Nippel 15 ausbildet. Die Eingriffsvorrichtung 12 greift
dabei in die Kulissen 2a bzw. 2b in der Hülse 2 ein.
Die Kulissen 2a und 2b sind im Detail in den 2 und 3 dargestellt.
Ein erster Teil der Kulisse 2a ist dabei schräg zu einer
Längsrichtung
X-X der Hülse 2 ausgebildet,
so dass sich bei einer Bewegung der Eingriffsvorrichtung 12 eine
Relativverdrehung zwischen dem Kolben 3 und der Hülse 2 ergibt. Die
Größe der Relativbewegung
wird dabei durch die Steigung des ersten Teils der Kulisse 2a bestimmt. Der
zweite Teil der Kulisse 2a ist parallel zur Längsrichtung
gebildet. Die zweite Kulisse 2b ist im Wesentlichen rechteckig
mit einer Auflaufschräge 2c gebildet.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Betätigungseinrichtung 17 zur
Betätigung
der nicht gezeigten Feststellbremse ein Seil 18 mit einem
Endstück 19.
Das Seil 18 mitsamt dem Endstück 19 ist in einer
Bohrung 3c des Kolbens 3 angeordnet. Das Endstück 19 ist
als im Wesentlichen zylindrisches Teil gebildet und weist eine ringförmige Nut 19a auf.
Im nicht betätigten
Zustand ist die ringförmige
Nut 19a dabei auf Höhe
einer Durchgangsbohrung 3d im Zylinderteil 3b des
Kolbens 3 angeordnet. Ferner ist eine Verbindungseinrichtung
vorgesehen, um den Kolben 3 mit der Betätigungseinrichtung 17 zu
verbinden. Die Verbindungseinrichtung umfasst eine erste und zweite
Kugel 22, 23. In der Durchgangsbohrung 3d sind
die erste und die zweite Kugel 22, 23 angeordnet.
Die Kugeln 22, 23 sind für einen Eingriff mit der Nut 19a des
Endstücks 19 ausgebildet
und können
eine Verbindung zwischen dem Kolben 3 und der Betätigungseinrichtung 17 herstellen,
wenn sie in Richtung des Endstücks 19 nach
innen bewegt werden.
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Ein
viertes Federelement 21 bestehend aus zwei Spiralfedern
ist ferner an der Halteplatte 7 befestigt, um eine automatische
Rückstellung
der Halteplatte 7 in ihre Ausgangsposition (wie in 4 gezeigt)
zu ermöglichen.
In der Ausgangsposition liegen die Anschläge 7c an Elementen 24 an.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Aktivierungseinheit 1 beschrieben.
Wenn ein Fahrer die Feststellbremse (Parkbremse) des Fahrzeugs aktivieren
möchte,
wird ein Schalter oder Knopf betätigt.
Hierdurch wird der Steuerung 27 ein Signal übermittelt,
und die Magnetspule 9 wird mit Strom beaufschlagt. Dadurch
zieht die Magnetspule 9 gegen die Federkraft des zweiten Federelements 8 die
Zwischenplatte 10 in Richtung auf die Magnetspule 9 hin
an. Dadurch wird die Halteplatte 7, welche bei nicht betätigter Magnetspule durch
die Federkraft des zweiten Federelements 8 verriegelt war,
freigegeben. Dadurch kann sich die Halteplatte 7 drehen.
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Da
die Halteplatte 7 formschlüssig mit der Hülse 2 verbunden
ist, ist nun auch die Hülse 2 freigegeben
und das erste Federelement 4 kann den Kolben 3 in
Richtung des Pfeils Y bewegen. Da der Kolben 3 über die
Eingriffsvorrichtung 12 mit der Hülse 2 verbunden ist,
dreht sich aufgrund der Steigung der ersten Kulisse 2a die
Hülse 2 mitsamt
der Halteplatte 7 relativ zum Kolben 3. Die Bewegung
der Eingriffsvorrichtung 12 ist in 3 genauer
durch die Buchstabenfolge A, B, C, D, E gekennzeichnet. In einem
ersten Schritt läuft
die Eingriffsvorrichtung 12 entlang der ersten Kulisse 2a vom
Ausgangspunkt A, zum Punkt B und anschließend senkrecht in Längsrichtung
der Hülse 2 weiter.
Ab dem Punkt B dreht sich die Hülse 2 nicht
mehr relativ zum Kolben 3. Über eine nicht gezeigte Rampe
läuft die
Eingriffsvorrichtung 12, genauer die ersten und zweiten
Nippel 14, 15, in die zweite Kulisse 2b bis
zur Position C, wobei die Nippel 14, 15 entgegen
der Federkraft des dritten Federelements 13 nach innen
gedrückt
werden. Durch die Relativdrehung der Hülse 2 zum Kolben 3 wird
auch die Halteplatte 7 entgegen der Federkraft des vierten
Federelements 21 verdreht was in 4 durch
die Pfeile R angedeutet ist.
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich ist, wird ferner
durch die Relativdrehung der Hülse 2 zum Kolben 3 die
Betätigungseinrichtung 17 durch
nicht gezeigte Auflaufschrägen
derart betätigt,
dass die beiden Kugeln 22, 23 nach innen in die
Nut 19a des Endstücks 19 der
Betätigungseinrichtung 17 bewegt werden.
Dadurch wird der Kolben 3 mit dem Seil 18, welches
mit der Bremseinheit 28 verbunden ist, verbunden. Somit
wird bei einer Bewegung des Kolbens 3 in Richtung des Pfeils
Y gleichzeitig auch das Seil 18 in Richtung des Pfeils
Y gezogen, wodurch die Feststellbremse aktiviert wird. Die Verbindung
zwischen dem Seil 18 und dem Kolben 3 wird dabei
sofort bei einer Relativdrehung der Hülse 2 zum Kolben 3 realisiert.
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Nachdem
die Feststellbremse aktiviert ist, wird nun der Strom der Magnetspule 9 wieder
abgestellt, so dass das zweite Federelement 8 die Zwischenplatte 10 auf
die Halteplatte 7 drückt
und die Aktivierungseinheit 1 verriegelt. Dadurch ist die
Feststellbremse in der Feststellposition verriegelt.
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Die
Aktivierung der Feststellbremse erfolgt somit nur durch die Federkraft
aus dem durch das erste Federelement 4 gebildeten Federspeicher.
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Für das Lösen der
Feststellbremse betätigt der
Fahrer wieder einen Knopf oder Schalter, so dass eine Steuerung 27 wieder
die Magnetspule 9 mit Strom versorgt. Dadurch wird die
Verriegelung der Halteplatte 7 aufgehoben, da die Magnetspule 9 die Zwischenplatte 10 gegen
die Federkraft des zweiten Federelements 8 anzieht. Die
während
der Aktivierung der Feststellbremse vorgespannten vierten Federelemente 21 an
der Halteplatte 7 können
sich dadurch wieder entspannen und sorgen für eine erneute Relativdrehung
der Halteplatte 17 mitsamt der Hülse 2 relativ zum
Kolben 3. Dadurch wird die Eingriffseinrichtung 12 vom
Punkt C zum Punkt D in der zweiten Kulisse 2d bewegt (vgl. 3).
Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, liegen die
Punkte A und D auf einer Linie parallel zur Längsachse X-X der Hülse 2,
so dass an diesem Punkt die Kugeln 22, 23 wieder
außer
Eingriff von dem Endstück 19 gebracht
sind. Dadurch können
die Kugeln 22, 23 in die Durchgangsbohrung 3d zurück gebracht
werden, so dass die Betätigungseinrichtung 17 wieder
frei ist und somit die Feststellbremse gelöst ist. Anschließend wird
die Bestromung der Magnetspule 9 wieder beendet, so dass
die Halteplatte 7 und die Hülse 2 wieder verriegelt
sind.
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Damit
ein weiterer Feststellvorgang möglich ist,
muss der Federspeicher der Aktivierungseinheit 1, d.h.
das erste Federelement 4, wieder vorgespannt werden. Hierzu
wird die Kupplung 25 in ihren Eingriffszustand gebracht
und der als Aktuator 5 vorgesehene Anlasser betätigt, so
dass über
die Kupplung 25 und die Spindeleinrichtung 26 der
Kolben 3 in Richtung des Pfeils Z bewegt wird. Der Kolben 3 wird somit
entgegen der Federkraft des ersten Federelements 4 in Richtung
zur Magnetspule 9 bewegt. Die Nippel 14, 15 der
Eingriffsvorrichtung 12 bewegen sich dabei zuerst vom Punkt
D zum Punkt E. Am Punkt E werden die Nippel 14, 15 durch
die Auflaufschräge 2c in
der Hülse 2 nach
innen gedrückt
und somit parallel zur Längsachse
der Hülse 2 vom
Punkt E zum Punkt A zurückbewegt.
Dabei wird das dritte Federelement 13 fast vollständig zusammengedrückt, so
dass die Nippel 14, 15 vollständig in der Bohrung 3e aufgenommen
sind. Dadurch ist wieder die Ausgangsposition A erreicht und die
Feststellbremse ist für
einen weiteren Einsatz wieder vorgespannt.
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Somit
kann erfindungsgemäß mittels
eines bereits im Fahrzeug vorhandenen Aktuators 5 ein Verriegeln
und Lösen
der Feststellbremse des Fahrzeugs ermöglicht werden. Erfindungsgemäß ist dabei weiterhin
auch kein Nachspannen bei Temperaturänderungen notwendig, da die
Federelemente aufgrund ihrer Elastizität für einen Temperaturausgleich
sorgen. Bei einer Verwendung des Anlassers zum Vorspannen des Federelements 4 kann
somit eine besonders kostengünstige
Feststellbremse realisiert werden. Hierbei kann insbesondere auch
die Gesamtzahl der Bauteile der Feststellbremse klein gehalten werden.
Ein Ladevorgang des Federspeichers kann dabei unabhängig von
einem Feststellvorgang zu einem beliebigen Zeitpunkt vorgenommen
werden.