DE102011086152A1

DE102011086152A1 - Bremseinrichtung

Info

Publication number: DE102011086152A1
Application number: DE102011086152A
Authority: DE
Inventors: Adrian Homutescu; Dragos Murgoci
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Aumovio Germany De GmbH
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-11-12
Also published as: DE102011086152B4

Abstract

Bremseinrichtung (2), insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen, mit einer Betätigungsvorrichtung (8), mittels der beim Bremsen ein Bremsbelag (14b) an einen Bremskörper angedrückt wird, wobei die Betätigungsvorrichtung (8) einen Elektromotor (20) und einen Wälzkörperrampenmechanismus (26) umfasst, der von dem Elektromotor (20) über ein Brems-Getrieberad (32) antreibbar ist, wodurch der Wälzkörperrampenmechanismus (26) eine begrenzte Drehbewegung in eine lineare Bewegung des Bremsbelags (14b) umwandelt, wobei eine Nachstellvorrichtung (78) zum Nachstellen eines Lüftspiels zwischen dem Bremsbelag (14b) und dem Bremskörper vorhanden ist, und wobei die Nachstellvorrichtung (78) eine Spindel (80), die von dem Wälzkörperrampenmechanismus (26) teilweise umgeben ist, und eine auf der Spindel (80) drehbare Mutter (86) umfasst, und wobei die Nachstellvorrichtung (78) durch den Elektromotor (20) betätigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung, insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen, mit einer Betätigungsvorrichtung, mittels der beim Bremsen ein Bremsbelag an einen Bremskörper angedrückt wird, wobei die Betätigungsvorrichtung einen Elektromotor und einen Wälzkörperrampenmechanismus umfasst, der von dem Elektromotor über ein Brems-Getrieberad angetrieben wird, wodurch der Wälzkörperrampenmechanismus eine begrenzte Drehbewegung in eine lineare Bewegung des Bremsbelags umwandelt, und wobei eine Nachstellvorrichtung zur Nachstellung des Lüftspiels zwischen dem Bremsbelag und dem Bremskörper vorhanden ist.
Eine Bremse oder Bremseinrichtung wie oben beschrieben gehört zu der Gruppe elektromechanischer Trockenbremsen. Diese Art von Bremsen wird in der Regel durch einen Elektromotor betätigt und verwendet kein Bremsfluid oder hydraulische Komponenten. Diese Bremsen werden oftmals als Scheibenbremsen ausgeführt, wobei ein Bremsbelag (zusammen mit einem zweiten Bremsbelag auf der anderen Seite des Bremskörpers) an einen Bremskörper, d.h. die Bremsscheibe, angedrückt wird, der mit dem entsprechenden Rad verbunden ist. Elektromechanische Bremsen (EMB) gestatten die Erzeugung einer starken Zuspannkraft auf sehr kurzen Zeitskalen. Bei diesen Bremsen wird gemeinhin die Drehung einer Achse des Elektromotors in eine lineare Bewegung umgewandelt, durch die die Bremsbeläge an eine Bremsscheibe angedrückt werden.
Ist sind elektromechanische Bremsen bekannt, bei welchen ein Kugelgewindetrieb als Rotations-Translations-Getriebe verwendet wird, das die Erhöhung der Zuspannkraft durchführt. Z.B. durch Drehen der Gewindespindel wird die zugehörige Mutter linear bewegt, wobei die Mutter mit dem Bremsbelag starr verbunden ist.
Bei einer alternativen Ausführung einer elektromechanischen Bremse, wie zum Beispiel in der EP 0 900 342 B1 beschrieben, betätigt ein Elektromotor einen Wälzkörperrampenmechanismus, wodurch eine begrenzte Drehbewegung in eine lineare Bewegung zum Aufbau von Zuspannkraft umgewandelt wird. Die Bremseinrichtung aus der EP 0 900 342 B1 umfasst einen zweiten Nachstellmotor für die Durchführung eines Verschleißausgleichs bzw. einer Nachstellung des Lüftspiels zwischen dem jeweiligen Bremsbelag und dem Bremskörper oder der Bremsscheibe.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer sehr robusten, kompakten, ausfallsicheren und kosteneffizienten elektromechanischen Bremseinrichtung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Bremseinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Nachstellvorrichtung eine Spindel, die von dem Wälzkörperrampenmechanismus teilweise umgeben ist, und eine auf der Spindel drehbare Mutter umfasst, wobei die Nachstellvorrichtung durch den Elektromotor der Betätigungsvorrichtung betätigt wird.
Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass moderne Anforderungen an elektromechanische Bremsen Robustheit der elektromechanischen Ausführung, Kompaktheit und Ausfallsicherheit umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Das letztere Kriterium ist besonders wichtig, da diese Bremsen in der Regel in Brake-by-Wire-Bremssystemen eingesetzt werden, wo keine direkte Wirkverbindung zwischen dem Bremspedal und den Bremsen hergestellt wird. Bei diesen Brake-by-Wire-Bremssystemen wird der Bremswunsch des Fahrers durch entsprechende Weg- und/oder (Druck-)Kraftsensoren erfasst, aus deren Signale ein gewünschtes Bremsmoment berechnet wird. Dann wird der Elektromotor derart angesteuert, dass die Zuspannkraft, die dem gewünschten Bremsmoment entspricht, angelegt wird.
Eine elektromechanische Bremse sollte in mindestens drei verschiedenen Modi betätigbar sein, nämlich dem Betriebsbremsmodus, dem Feststellbremsmodus und dem Verschleißausgleichsmodus. Für einen ausfallsicheren Betrieb der Bremse sollte die Anzahl der für diese Betriebsmodi benötigten Komponenten so gering wie möglich sein.
Wie nun erkannt wurde, können der Verschleißausgleich und die Bremsbetätigung im Betriebsbremsmodus mit demselben Elektromotor erzielt werden, wenn die entsprechenden Komponenten auf geeignete Weise ausgeführt sind. Dazu wird ein Wälzkörperrampenmechanismus zur Bereitstellung der Zuspannkraft während Betriebsbremsvorgängen verwendet, und die Vorrichtung zum Verschleißausgleich, die eine Spindel, insbesondere eine Gewindespindel, umfasst, ist zumindest teilweise in den Komponenten, die zur Betriebsbremsung verwendet werden, angeordnet. Deshalb ist die Spindel in Axialrichtung der Spindel von dem Wälzkörperrampenmechanismus teilweise umgeben, der im Grunde die Spindel umfasst oder einen Ring um die Spindel bildet. Weiter in Axialrichtung, auch bevorzugt die Spindel zumindest teilweise umgebend, sind die Komponenten angeordnet, welche mit dem Bremsbelag verbunden oder als dieser ausgebildet sind.
Bevorzugt ist die Spindel als Trapezgewindespindel ausgeführt.
Während der Betriebsbremsvorgang durch den Rampenmechanismus durchgeführt wird, wird die Verschleißausgleichsprozedur durch Drehen einer Mutter auf der Gewindespindel, die vorzugsweise benachbart zum Rampenmechanismus auf der dem Bremsbelag gegenüberliegenden Seite angebracht ist, durchgeführt. Durch die Anordnung dieser Komponenten ineinander wird – aufgrund ihrer räumlichen Nähe – eine Konfiguration realisiert, bei der nicht nur die Zuspannkraft durch den Elektromotor über ein Brems-Getrieberad, insbesondere ein Brems-Zahnrad, bewirkt werden kann, sondern derselbe Elektromotor auch die Mutter der Nachstellvorrichtung betätigen kann.
Bevorzugt wird die Mutter zum Verschleißausgleich durch ein Nachstell-Getrieberad, insbesondere Nachstell-Zahnrad, gedreht, wodurch die Mutter über ein Axiallager den Bremsbelag linear zu dem Bremskörper oder der Bremsscheibe hin bewegt. Bei solch einer Ausführungsform ist die Spindel im Grunde, vorzugsweise mit ihrem Kopf, an dem Bremssattelgehäuse befestigt bzw. festgelegt. In Axialrichtung der Gewindespindel, mit Blickrichtung von ihrem Kopf, sind dann die Mutter, das Axiallager, der Rampenmechanismus und der Bremsbelag angeordnet. Wenn das Nachstell-Getrieberad durch den Elektromotor betätigt wird, bewegt sich die gesamte Anordnung aus Mutter, Rampenmechanismus und Bremsbelag zu dem Bremskörper hin.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das Brems-Getrieberad, insbesondere Brems-Zahnrad, zur Betätigung der Betätigungsvorrichtung und das Nachstell-Getrieberad, insbesondere Nachstell-Zahnrad, zur Betätigung der Nachstellvorrichtung parallel zueinander angeordnet, wobei der Elektromotor eine Welle umfasst, die in ihrer Axialrichtung beweglich ist, und wobei die Welle ein Ritzel zum Eingriff mit einem Getrieberad umfasst, wobei das Ritzel in einer ersten Position (Bremsposition) das Brems-Getrieberad in Eingriff nimmt und in einer zweiten Position (Nachstellposition) das Nachstell-Getrieberad in Eingriff nimmt. Dies bedeutet, dass diese beiden Getrieberäder im Grunde wie parallele Scheiben angeordnet sind. Um zwischen der Betätigung des Brems-Getrieberads und des Nachstell-Getrieberads umzuschalten, muss die Welle des Elektromotors in ihrer Axialrichtung bewegt werden. Wenn die beiden Getrieberäder nahe beieinander angebracht sind, dann muss von der Welle nur eine kleine Strecke zurückgelegt werden.
Das Ritzel und die Bewegungsstrecke der Welle sind derart ausgelegt, dass das Ritzel in der ersten oder Brems-Position nur das Brems-Getrieberad in Eingriff nimmt, und in der zweiten oder Nachstell-Position nimmt das Ritzel nur das Nachstell-Getrieberad in Eingriff, so dass beide Getrieberäder unabhängig voneinander betätigt werden können. Diese Ausführung mit einer beweglichen Welle des Elektromotors und den beiden Getrieberädern, die nebeneinander angeordnet sind, gestattet die Betätigung der Betätigungsvorrichtung und der Nachstellvorrichtung mit nur einem Elektromotor. Ein zweiter Elektromotor zum Antreiben oder Betätigen der Betätigungsvorrichtung ist nicht erforderlich. Ein Elektromotor für beide Vorrichtungen reicht auch aus funktionaler Hinsicht aus, da zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine der Vorrichtungen betätigt werden muss. Durch Vorsehen nur eines Elektromotors in der Bremseinrichtung wird eine kompakte und kosteneffiziente Ausführung der Bremseinrichtung oder elektromechanischen Bremse realisiert.
Die beschriebene Anordnung der beiden Getrieberäder, insbesondere Zahnräder, gestattet weiterhin ein Verriegeln der Bremse, wenn die Drehrichtung der Motorwelle zum Drücken des Bremsbelags hin zum Bremskörper während des Bremsens und die Drehrichtung der Motorwelle zum Drücken des Bremsbelags hin zum Bremskörper während der Nachstellung entgegengesetzt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Bremseinrichtung ist die räumliche Ausdehnung des Ritzels in Axialrichtung derart, dass es zur Realisierung der Feststellbremsfunktionalität in einer Sperrposition gleichzeitig sowohl das Brems-Getrieberad als auch das Nachstell-Getrieberad in Eingriff nimmt. Da die Drehrichtungen entgegengesetzt sind, sind die Drehung der Welle und auch die Position des Bremsbelags verriegelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wälzkörperrampenmechanismus mehrere Wälzkörper, die in Kanälen zwischen einer ersten und einer zweiten Kurvenscheibe umlaufen, wobei die Kanäle zwischen diesen beiden Kurvenscheiben mit einer Neigung ausgebildet sind. Aufgrund der Neigung dieser Kanäle bei Drehung der beiden Kurvenscheiben relativ zueinander, vergrößert sich der Abstand zwischen den beiden Kurvenscheiben oder er verringert sich bei Drehung in die entgegengesetzte Richtung. Aufgrund der Zunahme des Abstands zwischen den beiden Kurvenscheiben wird der Bremsbelag zu der Bremsscheibe hin gedrückt.
Vorzugsweise umfasst der jeweilige Kanal des Rampenmechanismus eine Endposition mit einer Vertiefung zur Aufnahme des jeweiligen Wälzkörpers zur Realisierung der Feststellbremsfunktionalität. Diese Endposition entspricht dem Endteil des jeweiligen Kanals, wenn der Abstand zwischen den beiden Kurvenscheiben maximal ist, was bedeutet, dass die maximale Zuspannkraft zugeführt wird. Wenn die Wälzkörper, zum Beispiel harte Kugel oder harte Rollen, in die Vertiefungen bewegt werden, wird eine Verriegelung des Rampenmechanismus während der Zeitspanne bereitgestellt, während der das Fahrzeug geparkt ist. Wenn die Bremse wieder gelöst wird, werden die Wälzkörper daus den Vertiefungen in die entsprechenden Kanäle gedrückt. Vorzugsweise sind zwischen den beiden Kurvenscheiben des Rampenmechanismus drei Kanäle ausgebildet.
Das Brems-Zahnrad ist vorzugsweise starr mit einem Sekundärzahnrad gekoppelt, das mit einem Zahnradelement mit einem Zahnsektor in Eingriff steht, wobei die Zahnradscheibe mit der ersten Kurvenscheibe des Rampenmechanismus starr verbunden ist. Da für elektromechanische Bremsen in der beschriebenen Konfiguration eine Bewegungsstrecke von maximalem Abstand von dem Bremsbelag bis zur Bremsscheibe bei vollständig festgeklemmter Bremse relativ klein ist, muss das Zahnradelement nicht radialsymmetrisch sein, sondern benötigt nur einen Sektor, der das Sekundärzahnrad zur Betätigung der Betätigungsvorrichtung in Eingriff nimmt.
Um zu verhindern, dass sich der Bremsbelag dreht, wenn er zu dem Bremskörper oder der Bremsscheibe hin bewegt wird, ist vorzugsweise eine Verdrehsicherung vorgesehen. Diese Verdrehsicherung hemmt im Grunde die Drehung des Bremsbelags und gestattet nur eine lineare Bewegung zu dem Bremskörper oder der Bremsscheibe oder davon weg.
Die Verdrehsicherung für jeden Bremsbelag ist bevorzugt an einem Bremshalter befestigt, der fahrzeugseitig befestigt ist, und besteht aus zwei Paaren mit zwei im Wesentlichen parallelen, z.B. rechteckigen Kanälen (Bremsbelagschienen), das heißt zwei Kanälen für jeden Bremsbelag. Diese parallelen Kanäle passen mit entsprechenden Ausformungen der Bremsbeläge bzw. der Bremsbelagrückenplatten zusammen.
Die Bremsbeläge sind symmetrisch an der Bremsscheibe angeordnet, und das Reibmoment stützt sich über den Bremshalter ab. Weiterhin wird der Bremssattel durch zwei Führungen entlang des Bremshalters geführt, wobei die Führungen eigentlich zwei zylindrische Bolzen sind. Auf diese Weise unterliegen die Bremsbeläge und der Bremssattel nur einer linearen Bewegung.
Die Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass mit demselben Elektromotor sowohl die Betätigungsvorrichtung als auch die Nachstellvorrichtung betätigt werden kann, wodurch die Anzahl der erforderlichen Komponenten reduziert und ein sehr kompakter Aufbau gestattet wird. Die Bremseinrichtung kann an verschiedene Erfordernisse für verschiedene Fahrzeuge angepasst werden, indem die Steigung des Rampenmechanismus und/oder die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse der eingesetzten Getriebe-/Zahnräder modifiziert werden. Die bereitgestellte Bremseinrichtung ist auch ausfallsicher und es ist kein zusätzlicher Mechanismus zum Öffnen der Bremse bei einem Stromausfall erforderlich (Notlösevorrichtung).
Mit dem Brems-Getrieberad, durch das die Betriebsbremse betätigt wird, und dem Nachstell-Getrieberad, das zum Verschleißausgleich verwendet wird, in nebeneinander oder aneinander angrenzender Anordnung in paralleler Ausrichtung und einer Motorwelle mit einem Ritzel, das in seiner Axialrichtung beweglich ist, können beide Vorrichtungen durch denselben Elektromotor betätigt werden.
Mit einem Rampenmechanismus mit mehreren Kanälen, die an ihren Endpunkten mit größter Neigung Vertiefungen für die Wälzkörper aufweisen, wird eine Verriegelungsstellung zur Bereitstellung eines Feststellbremsfunktionalität realisiert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung an Hand von Figuren.
Es zeigen schematisch
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremseinrichtung mit einer Betätigungsvorrichtung und einer Nachstellvorrichtung,
2 die Bremseinrichtung nach 1 während einer Betriebsbremsbetätigung,
3a ein Ausführungsbeispiel eines Rampenmechanismus für die Bremseinrichtung nach den 1 und 2 mit Kanälen für Kugeln,
3b ein Ausführungsbeispiel eines Rampenmechanismus für die Bremseinrichtung nach den 1 und 2 mit Kanälen für Rollen,
4 die Bremseinrichtung nach den 1 und 2 während der Verschleißausgleichsprozedur,
5 die Bremseinrichtung nach den 1 und 2 in einer Feststellbremsposition,
6 ein Ausführungsbeispiel der Kanäle des Rampenmechanismus und
7 ein Ausführungsbeispiel eines Elektromotors für eine Bremseinrichtung gemäß den vorherigen Figuren.
In sämtlichen Figuren sind die gleichen Teile mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
Die in 1 dargestellte beispielsgemäße Bremseinrichtung 2 umfasst eine Betätigungsvorrichtung 8, die während einer Betriebsbremsbetätigung einen Bremsbelag 14b an einen Bremskörper oder eine Bremsscheibe (nicht dargestellt) andrückt, wobei die Betätigungsvorrichtung 8 durch einen Elektromotor 20 angetrieben oder betätigt wird. Zum Bewegen des Bremskolbens 14a und des Bremsbelags 14b zu dem Bremskörper oder der Bremsscheibe hin (in Zuspannrichtung 24) wird ein Wälzkörper verwendender Rampenmechanismus 26 eingesetzt. Zur Betätigung der Bremseinrichtung 2 für Normal- oder Betriebsbremsung wird eine Welle 38 durch den Elektromotor 20 gedreht (wobei die Welle 38 Teil des Elektromotors 20 ist), wobei die Welle 38 ein Ritzel 44 umfasst, das mit einem Brems-Getrieberad 32 in Eingriff steht. Das Brems-Getrieberad 32 ist als Zahnrad ausgeführt und ist mit einem Sekundärzahnrad 50 starr verbunden, das mit einem Zahnradelement 56 in Eingriff steht, welches wiederum mit einer ersten Kurvenscheibe 62 des Rampenmechanismus 26 starr verbunden ist. Das Zahnradelement 56 ist als eine Scheibe ausgeführt, bei der ein Teil oder Sektor verlängert ist, wobei der verlängerte Teil, der mit dem Sekundärzahnrad 50 in Eingriff steht, Zähne aufweist, die mit entsprechenden Zähnen des Sekundärzahnrads 50 in Eingriff stehen.
Der Rampenmechanismus 26 umfasst Wälzkörper 68, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als harte Kugeln ausgeführt sind, die zum Beispiel aus Stahl hergestellt sind und sich in Kanälen zwischen der ersten Kurvenscheibe 62 und einer zweiten Kurvenscheibe 74 bewegen, wobei diese beiden Kurvenscheiben als axiale Nockenscheiben oder axiale Profilscheiben ausgeführt sind.
Des Weiteren umfasst die Bremseinrichtung 2 eine Nachstellvorrichtung 78 zur Nachstellung des Lüftspiels zwischen dem Bremsbelag 14b und dem Bremskörper, welche aufgrund des Verschleißes der Bremsbelags 14b und eines sich daraus beim Zuspannen der Bremse ergebenden verzögerten Berührungszeitpunkts (Kontaktpunktes) zwischen dem Bremsbelag 14b und dem Bremskörper (zum Beispiel einer Bremsscheibe) erforderlich ist. Die Nachstellvorrichtung 78 umfasst eine Gewindespindel 80, deren Kopf 82 mit dem Bremssattel oder einem Gehäuse der Bremseinrichtung 2 starr verbunden ist oder daran festgelegt ist. Weiterhin umfasst die Nachstellvorrichtung 78 eine Mutter 86, die sich bei Drehung in Axialrichtung entlang der Spindel 80 bewegt. Zwischen dem Zahnradelement 56 und der Mutter 86 ist ein Axiallager 92 angeordnet, dessen eine Axiallagerscheibe an der Mutter 86 festgelegt ist und eine Drehung der Axiallagerscheibe und der Mutter 86 bezüglich des Zahnradelements 56 gestattet. Das Axiallager 92 umfasst z.B. Rollen 94.
Ein Nachstell-Zahnrad 98 ist parallel zu dem Brems-Zahnrad 32 angeordnet. Seine Zähne stehen mit entsprechenden äußeren Zähnen der Mutter 86 in Eingriff. Eine Welle 110 ist mit dem Sekundärzahnrad 50 starr verbunden und ist an dem (nicht dargestellten) Gehäuse drehbar angebracht. Des Weiteren ist eine Welle 116, die mit dem Nachstell-Zahnrad 98 starr verbunden ist, an dem Gehäuse drehbar angebracht.
Im Folgenden werden die (Wirk)Verbindungen bzw. Ankopplungen zwischen den verschiedenen Komponenten genauer beschrieben. Der Elektromotor 20 ist mit dem Gehäuse der Bremseinrichtung 2 starr verbunden. Die Welle 38 dreht sich bezüglich des Motors 20. Zwischen dem Ritzel 44 und dem Brems-Zahnrad 32 befindet sich eine Zahnradstufe. Eine weitere Zahnradstufe ist zwischen dem Sekundärzahnrad 50 und dem Zahnradelement 56 vorgesehen.
Die erste Kurvenscheibe 62 ist mit dem Zahnradelement 56 starr verbunden. Die Gewindespindel 80 gleitet und dreht sich in den Kurvenscheiben 62 und 74. Die Wälzkörper 68 rollen in Kanälen, die zwischen der ersten Kurvenscheibe 62 und der zweiten Kurvenscheibe 74 angeordnet sind. Der Bremskolben 14a ist mit der zweiten Kurvenscheibe 74 starr verbunden, was bedeutet, dass, wenn sich die zweite Kurvenscheibe 74 bezüglich der ersten Kurvenscheibe 62 aufgrund einer Drehung der ersten Kurvenscheibe 62 und der zweiten Kurvenscheibe 74 bewegt, sich der Bremskolben 14a und der Bremsbelag 14b, die mit dem Bremskolben 14a starr verbunden sind, in Zuspannrichtung 24 bewegen. Die Axiallagerscheibe 92 ist mit der Mutter 86 starr verbunden, was bedeutet, dass das Axiallager 92 mit den Rollen 94 eine Drehung der Mutter 86 bezüglich des Zahnradelements 56 gestattet.
Die Gewindespindel 80 weist ein Gewinde 112 auf, das in den 1 und 2 nicht dargestellt ist (Gewinde 112 ist in den 4 und 5 dargestellt), das zu einer relativen Bewegung der Gewindespindel 80 und der Mutter 86 führt, wenn die Mutter 86 um die Gewindespindel 80 gedreht wird. Da die Gewindespindel 80, wie oben erwähnt, z.B. an dem Gehäuse festgelegt ist, führt eine angetriebene Drehung der Mutter 86 zu einer Bewegung des Rampenmechanismus 26, des Bremskolbens 14a und des Bremsbelag 14b in oder entgegengesetzt zur Zuspannrichtung 24. Die zwischen den Kurvenscheiben 62, 74 gebildeten Kanäle weisen eine Neigung auf, was bedeutet, dass der Abstand zwischen den beiden Kurvenscheiben 62, 74 zunimmt oder abnimmt, wenn die beiden Kurvenscheiben 62, 74 relativ zueinander gedreht werden.
In 2 ist die Betätigung der Bremseinrichtung 2 für eine normale Betriebsbremsbetätigung dargestellt. Für diese Betätigung wird die Welle 38 in Zuspanndrehrichtung 130 gedreht. Das Ritzel 44 steht mit dem Brems-Zahnrad 32 in Eingriff, so dass das Brems-Zahnrad 32 gedreht wird. Somit wird das Sekundärzahnrad 50 gedreht, wobei beide Zahnräder 32, 50 in einer Gegendrehrichtung 136 gedreht werden, welche der Zuspanndrehrichtung 130 entgegengesetzt ist.
Das Sekundärzahnrad 50 nimmt das Zahnradelement 56 in Eingriff, das beginnt, sich in Zuspanndrehrichtung 130 zu drehen, wodurch die erste Kurvenscheibe 62 gedreht wird, was – aufgrund der Neigung der zwischen der ersten Kurvenscheibe 62 und der zweiten Kurvenscheibe 74 gebildeten Kanäle – zu einer Bewegung der zweiten Kurvenscheibe 74, die mit dem Bremskolben 14a starr verbunden ist, in Zuspannrichtung 24 führt. Auf diese Weise wird der Bremsbelag 14b (und ein entsprechender Bremsbelag auf der anderen Seite des Bremskörpers, der nicht dargestellt ist) zu dem Bremskörper bewegt, um eine Zuspannkraft anzulegen und z.B. das Fahrzeug zu bremsen. Es ist eine Verdrehsicherung vorgesehen, die die Drehung der zweiten Kurvenscheibe 74 und des Bremsbelags 14b verhindert und die nur eine lineare Bewegung in oder entgegengesetzt zur Zuspannrichtung 24 gestattet. Während dieser Betätigung bewegt sich der Bremsbelag 14b entlang einer Bewegungsstrecke Δx auf den Bremskörper zu.
Ein Ausführungsbeispiel einer Kurvenscheibe 62 des Rampenmechanismus 26 mit Kanälen für Kugeln ist in 3a dagestellt. Die erste Kurvenscheibe 62 umfasst drei Kanäle 142 mit einer Neigung. Die drei Kanäle 142 weisen die gleiche Länge auf. Die Kanäle müssen geneigt sein, damit der Rampenmechanismus 26 funktionieren kann, was bedeutet, dass der Abstand zwischen den beiden Kurvenscheiben 62, 74 zunimmt oder abnimmt, wenn die erste Kurvenscheibe 62 und die zweite Kurvenscheibe 74 relativ zueinander gedreht werden. Die genaue Ausführung ist nicht von Bedeutung, auch kann statt drei Kanälen eine höhere Anzahl von Kanälen eingesetzt werden. 3b zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Kurvenscheibes 62 mit Kanälen für Rollen.
In 4 ist die Bremseinrichtung 2 während einer Verschleißnachstellung gezeigt. Eine Verschleißnachstellung ist notwendig, um den Abstand zwischen dem Bremsbelag 14b und dem Bremskörper im unbetätigten Zustand der Betätigungsvorrichtung 8, welcher sich im Laufe der Zeit aufgrund des Verschleiß des Bremsbelags 14b vergrößert, nachzustellen. Nur wenn die Verschleißnachstellung regelmäßig oder bei Bedarf durchgeführt wird, kann das Verhältnis zwischen dem zurückgelegten Weg des Bremsbelags 14b oder der Anzahl von Umdrehungen des Elektromotors 20 und der angelegten Bremskraft konstant und vorhersagbar gehalten werden.
Für den Verschleißausgleich oder für das Einstellen des Lüftspiels zwischen dem Bremsbelag 14b (und einem entsprechenden zweiten Bremsbelag) und dem Bremskörper wird die gesamte Anordnung aus Rampenmechanismus 26, Bremskolben 14a und Bremsbelag 14b in Zuspannrichtung 24 zu dem Bremskörper hin bewegt. Für diesen Vorgang wird die Nachstellvorrichtung 78 betätigt. Dazu wird die Welle 38 in einem solchen Ausmaß in Richtung 148 bewegt, dass das Ritzel 44 nun mit dem Nachstell-Zahnrad 98 in Eingriff gelangt. Nun wird die Welle 38 in Gegendrehrichtung 136 gedreht. Dies führt zu einer Drehung der Welle 116 und des Nachstell-Zahnrads 98 in Drehrichtung 154 und – aufgrund des Eingriffs des Nachstell-Zahnrads 98 und der Mutter 86 – zu einer Drehung der Mutter 86, was gleichzeitig – aufgrund des Gewindes 112 der Gewindespindel 80 – zu einer Bewegung der Mutter 86, des Axiallagers 92, des Rampenmechanismus 26 und des Bremsbelags 14b in Zuspannrichtung 24 führt, wodurch die gesamte Anordnung dichter an den Bremskörper gebracht wird.
Das Zahnradelement 56 weist Zähne auf, die sich nur über einen Sektor von ca. 90° bis 135° erstrecken, was bei Entstehung von Bremssatteldurchbiegungen, hervorgerufen durch den Aufbau von Zuspannkraft, ausreicht.
Die Größen Δw1 und Δw2 sind der jeweilige Verschleiß oder die jeweilige Abnutzung des entsprechenden Bremsbelags (nur der Bremsbelag 14b ist dargestellt). Die Summe des Bremsbelagverschleißes Δw1 + Δw2 muss durch den Nachstellmechanismus ausgeglichen werden, indem die Mutter 86 mittels des Zahnrades 98 verstellt wird. Auf diese Weise wird das gewünschte Lüftspiel zwischen dem Bremsbelag 14b (und dem zweiten Bremsbelag) und der Bremsscheibe trotz Verschleiß wiederhergestellt, indem der Weg zum Befestigungspunkt (rückseitiger Anschlagspunkt, die am weitesten zurückgezogene Position des Kolbens 14a), danach der Weg zum Kontaktpunkt (die am weitesten vorgerückte Position des Kolbens 14a mit Kontakt zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe) verfahren wird und schließlich der Bremsbelag 14b um einen bestimmten Betrag gleich der Summe der Lüftspiele zurückgestellt wird.
Nicht dargestellt ist in den 1, 2, 4 und 5 eine Feder (als zusätzliches Teil), welche die Mutter 86 mit dem Kolben 14a verbindet. Diese Feder hat eine doppelte Rolle/Funktion. Die Feder hält die Kontakte zwischen den beteiligten Komponenten, welche an der Achse der Spindel 80 angeordnet sind, aufrecht (z.B. die Wälzkörper 68 mit den Kurvenscheiben 62, 74 oder ein Vorspannen eines (nicht dargestellten) Kraftsensors, der zwischen der Axiallagerscheibe 92 und der Mutter 86 angebracht ist), und treibt oder befördert die Anordnung (von Bremskolben 14a bis zur Mutter 86) in der ersten Phase der Verschleißausgleichsprozedur zum rückseitigen Anschlagspunkt (Befestigungspunkt).
Des Weiteren besteht die Funktion der Feder in einer zweiten Phase darin, dem Weg zu dem Kontaktpunkt (wenn der Bremsbelag 14b an den Bremskörper oder die Bremsscheibe herangefahren wird) zu folgen und die gesamte Bremse oder den Bremssattel für den zweite Bremsbelag (nicht gezeigt) zur Berührung der Bremsscheibe neu zu positionieren, und in einer dritten und letzten Phase den Verfahrweg mit der neuen Anzahl von Drehungen der Mutter 86 zu bewerkstelligen, um das gewünschte Lüftspiel zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe wieder herzustellen.
5 zeigt die Bremseinrichtung 2 während eines Feststellbremszustands. Das Ritzel 44 steht in diesem Modus sowohl mit dem Brems-Zahnrad 32 als auch mit dem Nachstell-Zahnrad 98 in Eingriff. Dies bedeutet, dass die Bremseinrichtung 2, die auch als multi-profile cam brake (MCB) bezeichnet wird, selbstsperrend ist. Aufgrund dessen, dass das Ritzel 44 beide Zahnräder 32, 98 in Eingriff nimmt, wird die Drehung des Elektromotors 20 gesperrt. Nach Anlegen der Zuspannkraft für die Feststellbremse und Erreichen der entsprechenden Position des Ritzels 44 (Eingriff mit Zahnräder 32 und 98), kann die Stromversorgung der Bremseinrichtung unterbrochen werden. Das Gewinde 112 oder die Gewinderichtung ist derart ausgeführt, dass sich der Elektromotor 20 in entgegengesetzten Richtungen dreht, um die Bewegung des Bremsbelags 14b zu dem Bremskörper hin im Betriebsmodus bzw. im Nachstellmodus zu vergrößern.
Die Bremseinrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist notlösefähig. Bei einem Versagen der Stromversorgung oder des Elektromotors während einer Bremsbetätigung bricht die Zuspannkraft zusammen. Der (nicht gezeigte) Bremssattel drückt die zweite Kurvenscheibe 74 zur ersten Kurvenscheibe 62 und zwingt sie dadurch, sich zu drehen und den Elektromotor 20 zurückzutreiben. Auf diese Weise wird der Bremssattel gelöst und das Fahrzeug kann manövriert werden. Die Bremseinrichtung 2 ist dazu geeignet, Zuspannkräfte zu erreichen, die zum Bremsen der Hinterachse eines SUV-Fahrzeugs ausreichend sind.
Ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Kurvenscheibe 74 (die erste Kurvenscheibe 62 ist entsprechend ausgeführt) ist in 6 gezeigt. Die Kanäle 142 umfassen in einer Endposition 158 eine Vertiefung 160 zur Aufnahme des entsprechenden Wälzkörpers 68. Wenn der jeweilige Wälzkörper 68 in die Vertiefung 160 bewegt wird (solch eine Konfiguration ist für jeden Kanal vorgesehen), wird ein Sperrmechanismus für die Feststellbremsfunktionalität bereitgestellt. Die Endposition 158 entspricht dem Punkt der größten Neigung der Kanäle 142. Die Steigung des Rampenmechanismus 26 beträgt vorzugsweise 1,82° pro Umdrehung.
In der Phase der Betriebsbremsung muss sich die Mutter 86 in einer festgelegten Position befinden (sie sollte sich unter der Zuspannkraft oder Schwingungen nicht drehen können). Deshalb muss der geringstmögliche Gesamtwirkungsgrad zum Drehen der Mutter 86 vorliegen. Dies bedeutet, dass der Gesamtwirkungsgrad der kinematischen Betätigungskette den geringstmöglichen Wirkungsgrad (das Produkt aus dem Wirkungsgrad jeder Kupplung; Spindel 80 – Mutter 86, Mutter 86 – Zahnrad 98, Lager der Welle 116) haben muss. Die Mutter 86 darf sich nur mit dem Elektromotor 20 drehen.
Der geringste Wirkungsgrad der Kopplung Spindel 80 – Mutter 86 wird erzielt, wenn die Ganghöhe der Spindel 80 sehr fein ist. Des Weiteren ergibt die feine Ganghöhe eine Verringerung der Tangentialkraft für die sich unter der Zuspannkraft drehende Mutter 86 und trägt zu einer größeren Genauigkeit in der Einstellungsphase bei.
Ein Ausführungsbeispiel eines Elektromotors 20 für eine Bremseinrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Elektromotor 20 umfasst ein Gehäuse 166 mit einem eingebetteten Stator 170 (oder einer Spule) und einem Rotor 176. Der Rotor 176 ist mit der Welle 38 starr verbunden. Das Ritzel 44 ist mit der Welle 38 starr verbunden. Das Ritzel 44 kann in drei Positionen bewegt werden: durch Antrieb/Bestromung einer Verschleißausgleichsspule 190 wird das Ritzel 44 in eine Verschleißausgleichsposition 208 bewegt, in der es mit dem Nachstell-Zahnrad 98 in Eingriff gelangt. Dies wird durch Bewegen eines beweglichen Scheibenankers 230 durch Antrieb/Bestromung der Spule 190 erreicht, wobei der bewegliche Scheibenanker 230 mit der Welle 38 starr verbunden ist. Durch Antrieb/Bestromung einer Feststellbremsspule 196 wird das Ritzel 44 in eine Feststellbremsposition 214 bewegt, in der es sowohl mit dem Nachstell-Zahnrad 98 als auch mit dem Brems-Zahnrad 32 in Eingriff gelangt. Wenn eine Betriebsbremsspule 202 angetrieben/bestromt wird, wird das Ritzel 44 in eine Betriebsbremsposition 220 bewegt, in der es mit dem Brems-Zahnrad 32 in Eingriff gelangt. In allen drei Fällen wird der bewegliche Scheibenanker 230 bewegt, was zu einer Bewegung des Ritzels 44 führt.
Die Spulen 190, 196, 202 werden vorzugsweise durch eine Steuerpositionseinheit angetrieben, die – in Abhängigkeit von der gewünschten Position des Ritzels 44 – die jeweilige Spule antreibt/bestromt.
Durch die beschriebene Vorrichtung wird ein tristabiler Solenoid/Elektromagnet mit drei möglichen Positionen (Verschleißausgleichsposition 208, Feststellbremsposition 214 und Betriebsbremsposition 220) realisiert.
Bezugszeichenliste

2: Bremseinrichtung
8: Betätigungsvorrichtung
14a: Bremskolben
14b: Bremsbelag
20: Elektromotor
24: Zuspannrichtung
26: Rampenmechanismus
32: Brems-Getrieberad
38: Welle
44: Ritzel
50: Sekundärzahnrad
56: Zahnradelement
62: erste Kurvenscheibe
68: Wälzkörper
74: zweite Kurvenscheibe
78: Nachstellvorrichtung
80: Gewindespindel
82: Kopf
86: Mutter
92: Axiallager
94: Rollen
98: Nachstell-Getrieberad
110: Welle
116: Welle
122: Gewinde
130: Zuspanndrehrichtung
136: Gegendrehrichtung
142: Kanal
148: Richtung
154: Drehrichtung
158: Endposition
160: Vertiefung
166: Gehäuse
170: Stator
176: Rotor
190: Verschleißausgleichsspule
196: Feststellbremsspule
202: Betriebsbremsspule
208: Verschleißausgleichsposition
214: Feststellbremsposition
220: Betriebsbremsposition
230: beweglicher Scheibenanker
Δx: Bewegungsstrecke
Δw1, Δw2: Verschleiß

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0900342 B1 [0004]

Claims

Bremseinrichtung (2), insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen, mit einer Betätigungsvorrichtung (8), mittels der beim Bremsen ein Bremsbelag (14b) an einen Bremskörper angedrückt wird, wobei die Betätigungsvorrichtung (8) einen Elektromotor (20) und einen Wälzkörperrampenmechanismus (26) umfasst, der von dem Elektromotor (20) über ein Brems-Getrieberad (32) antreibbar ist, wodurch der Wälzkörperrampenmechanismus (26) eine begrenzte Drehbewegung in eine lineare Bewegung des Bremsbelags (14b) umwandelt, wobei eine Nachstellvorrichtung (78) zum Nachstellen eines Lüftspiels zwischen dem Bremsbelag (14b) und dem Bremskörper vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachstellvorrichtung (78) eine Spindel (80), die von dem Wälzkörperrampenmechanismus (26) teilweise umgeben ist, und eine auf der Spindel (80) drehbare Mutter (86) umfasst, und dass die Nachstellvorrichtung (78) durch den Elektromotor (20) betätigbar ist.
Bremseinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (38) des Elektromotors (20) axial beweglich ausgeführt ist und dass die Welle in zumindest eine erste und eine zweite Position (220, 208, 214) bewegbar ist, wobei die Welle in der ersten Position (220) mit dem Brems-Getrieberad (32) in Eingriff steht und in der zweiten Position (208) die Nachstellvorrichtung (78) betätigt, insbesondere mit einem Nachstell-Getrieberad (98) der Nachstellvorrichtung (78) in Eingriff steht.
Bremseinrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (38) des Elektromotors (20) in eine dritte Position (214) bewegbar ist, in welcher die Welle (38) mit dem Brems-Getrieberad (32) und der Nachstellvorrichtung (78), insbesondere dem Nachstell-Getrieberad (98), in Wirkverbindung oder Eingriff steht.
Bremseinrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (38) in der dritten Position (214) an einer Drehung gehindert ist.
Bremseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (86) zum Nachstellen durch ein Nachstell-Getrieberad (98) gedreht wird, wodurch die Mutter (86) den Bremsbelag (14b) über ein Axiallager (92) linear zu dem Bremskörper bewegt.
Bremseinrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Brems-Getrieberad (32) zur Betätigung der Betätigungsvorrichtung (8) und das Nachstell-Getrieberad (98) zur Betätigung der Nachstellvorrichtung (78) parallel zueinander angeordnet sind und dass der Elektromotor (20) eine Welle (38) umfasst, die in ihrer Axialrichtung beweglich ist, wobei die Welle (38) ein Ritzel (44) zum Eingriff mit einem Zahnrad (32, 98) umfasst, wobei das Ritzel (44) in einer ersten Position das Brems-Getrieberad (32) in Eingriff nimmt und in einer zweiten Position das Nachstell-Getrieberad (98) in Eingriff nimmt.
Bremseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Welle (38) zum Drücken des Bremsbelags (14b) zu dem Bremskörper während des Bremsens und die Drehrichtung der Welle (38) zum Drücken des Bremsbelags (14b) zu dem Bremskörper bei dem Nachstellen entgegengesetzt zueinander sind.
Bremseinrichtung (2) nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 7, wenn rückbezogen auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Erstreckung des Ritzels (44) in Axialrichtung derart ist, dass es zur Realisierung der Feststellbremsfunktionalität in einer Sperrposition gleichzeitig sowohl das Brems-Getrieberad (32) als auch das Nachstell-Getrieberad (98) in Eingriff nimmt.
Bremseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperrampenmechanismus (26) mehrere Wälzkörper (68) umfasst, die in Kanälen (142) zwischen einer ersten und einer zweiten Kurvenscheibe (62, 74) umlaufen, wobei die Kanäle (142) zwischen den beiden Kurvenscheiben (62, 74) mit einer Neigung ausgebildet sind.
Bremseinrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kanal (142) eine Endposition (158) mit einer Vertiefung (160) zur Aufnahme des jeweiligen Wälzkörpers (68) zur Realisierung der Feststellbremsfunktionalität umfasst.
Bremseinrichtung (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Brems-Getrieberad (32) starr mit einem Sekundärzahnrad (50) gekoppelt ist, das mit einem Zahnradelement (56) mit einem Zahnsektor in Eingriff steht, wobei das Zahnradelement (56) mit der ersten Kurvenscheibe (62) starr verbunden ist.
Bremseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, die verhindert, dass sich der Bremsbelag (14b) dreht, wenn er zu dem Bremskörper bewegt wird.