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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse für ein Kraftfahrzeug. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches eine solche elektromechanische Bremse aufweist.
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Stand der Technik
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Üblicherweise ist die Betriebsbremse eine Bremse, mit welcher über Bremsflüssigkeit ein Bremskolben zusammen mit einem Bremsbelag, zum Bremsen des Fahrzeugs, auf eine Bremsscheibe gepresst wird. Die Feststellbremse ist dahingegen als eine elektromechanische Bremse ausgebildet. Im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung von Aggregaten im Kraftfahrzeug soll auch die Betriebsbremse, als eine elektromechanische Bremse ausgebildet werden, so dass auf eine Bremsflüssigkeit und den dazugehörigen aufwändigen Ventil- und Leitungsaufbau verzichtet werden kann. Ebenso könnte durch eine solche elektromechanische Bremse der Wartungsaufwand wesentlich reduziert werden.
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Die
WO 01/36837 A1 beschreibt eine elektromechanische Bremse. Die Bremse umfasst einen am Bremssattel angebrachten elektrischen Motor, welcher einen Druckkolben antreibt, über welchen eine Bremsflüssigkeit bedruckbar ist. Der Druck wird über Bremsleitungen im Bremssattel an vier Bremskolben weitergeleitet, welche beidseitig zu der Bremsscheibe angeordnet sind. Darüber können die Bremsbeläge an die Bremsscheibe angelegt werden. Zusätzlich ist in dem Bremssattel ein Reservoir vorgesehen zur Versorgung mit Bremsflüssigkeit.
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In der
EP 1 195 538 A1 ist eine elektrisch ansteuerbare Bremse beschrieben. Die Bremse umfasst eine Magnetspule mit einem beweglichen Anker, der mit einem Kolben verbunden ist. Dieser Kolben mündet in einen Druckraum. An einem gegenüberliegenden Ende des Druckraums ist ein größerer Bremskolben angeordnet, an welchem ein Bremsbelag angebracht ist. Durch Aktivieren der Magnetspule wird über den mit den Kolben verbundenen Anker ein Bremsdruck auf den Bremskolben aufgebracht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin, eine elektromechanische Bremse für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche einfacher und wirtschaftlicher fertigbar ist, und mit welcher eine höhere Sicherheit erzielbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektromechanische Bremse mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung gibt eine elektromechanische Bremse für ein Kraftfahrzeug an. Die elektromechanische Bremse umfasst ein Bremssattelgehäuse, in welchem ein Verdrängerkolben angeordnet ist, der über einen elektrischen Antrieb bewegbar ist und über den eine hydraulische Bremsflüssigkeit in einem Druckraum verdrängbar ist, so dass wenigstens ein Bremskolben zum Bremsen axial beweglich ist. Der Druckraum, in dem der Verdrängerkolben bewegbar ist, ist durch den wenigstens einen Bremskolben teilweise begrenzt und der Verdrängerkolben ist über ein Federelement derart mit dem Bremskolben verbunden, so dass über das Federelement zumindest eine Druckkraft auf den Bremskolben übertragbar ist.
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Unter einem Verdrängerkolben wird ein Kolben verstanden, welcher durch Verdrängung der hydraulischen Bremsflüssigkeit den Druck in dem Druckraum erhöht. Der erhöhte Druck wirkt dabei auf den Bremskolben und bewegt diesen in Richtung einer zu bremsenden Bremsscheibe. Als Federelement wird ein Element verstanden, welches durch eine Bewegung des Verdrängerkolbens oder des Bremskolbens seine Länge und Federkraft ändert. Während eines Bremsmanövers bringt das Federelement zusätzlich zu der hydraulischen Bremsflüssigkeit eine Kraft auf den Bremskolben auf. Das Federelement ist zwischen Verdrängerkolben und Bremskolben angeordnet und hat dabei den Vorteil, dass bei eingelegter Feststellbremse und einer Leckage der hydraulischen Bremsflüssigkeit der Bremskolben über das Federelement in einer gebremsten Stellung gehalten wird. Dadurch ist die Sicherheit der elektromechanischen Bremse verbessert.
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Die Anordnung, bei welcher die Bremskraft über die hydraulische Bremsflüssigkeit auf den Bremskolben übertragen wird, hat den Vorteil, dass keine durch den Bremsbelag verursachten Querkräfte und Biegemomente auf den elektrisch angetriebenen Verdrängerkolben wirken. Der Verdrängerkolben, welcher vorzugsweise als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist, kann dadurch kleiner ausgebildet sein. Darüber hinaus kann auch eine Lagerung für den Verdrängerkolben kleiner und einfacher dimensioniert sein, da diese keine Querkräfte oder Biegemomente aufnehmen muss. Der Verdrängerkolben kann entsprechend einfacher und wirtschaftlicher ausgebildet sein.
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Durch die Übertragung der Bremskraft über die hydraulische Bremsflüssigkeit sind zudem die Geräusche und Vibrationen der elektromechanischen Bremse verbessert.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Federelement derart zwischen Verdrängerkolben und Bremskolben angeordnet, dass zusätzlich eine Zugkraft auf den Bremskolben übertragbar ist. Vorteilhafterweise ist das Federelement sowohl fest mit dem Bremskolben als auch fest mit dem Verdrängerkolben verbunden. Dadurch ist es möglich den Bremskolben bei einer Bewegung des Verdrängerkolbens in einer Bremslöserichtung aktiv über das Federelement zurückzuziehen. Ein Schleifen des Bremsbelags an der Bremsscheibe wird dadurch minimiert. Darüber hinaus ist es ebenso möglich, ein Lüftspiel zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag aktiv einzustellen. Beispielsweise kann dadurch in vordefinierten Situationen das Lüftspiel zum Durchführen einer schnelleren Bremsung verringert sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist wenigstens ein weiterer Bremskolben vorgesehen, welcher hydraulisch mit dem Druckraum verbunden ist, und dem mit dem Verdrängerkolben verbundenen Bremskolben axial gegenüberliegt. Der weitere Bremskolben liegt somit auf einer anderen Seite des Bremssattelgehäuses. Dadurch kann eine andere Seite der Bremsscheibe über den weiteren Bremskolben gebremst werden. Auf einen aufwändigen und teuren Schwimmsattel kann dadurch verzichtet werden.
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Vorzugsweise weist der Druckraum einen Anschluss für eine hydraulische Leitung eines Rückfall-Bremsdruckerzeugungssystems auf. Das Rückfall-Bremsdruckerzeugungssystem kann dabei ein separates Bremssystem sein oder auch ein durch den Fahrer über ein Bremspedal generierter Bremsdruck. Durch einen solchen Anschluss ist somit, auch bei einem Ausfall des beispielsweise elektrischen Antriebs, ein Bremsdruck zum Bremsen erzeugbar. Die Ausfallsicherheit der elektromechanischen Bremse wird dadurch verbessert.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Verdrängerkolben eine kleinere Fläche als der Bremskolben auf. Durch eine entsprechende Wahl einer Fläche des Bremskolbens und einer Fläche des Verdrängerkolbens ist auf einfache Weise ein Kraft Übersetzungsverhältnis realisierbar. Auf ein aufwändiges Getriebe zwischen elektrischen Antrieb und dem Verdrängerkolben für eine Übersetzung kann dadurch verzichtet werden.
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Vorteilhafterweise weist eine Verdrängerkolbenmittelachse einen Winkel oder Achsversatz zu einer Bremskolbenmittelachse auf. Bei Vorliegen eines Winkels zwischen der Verdrängerkolbenmittelachse und der Bremskolbenmittelachse sind beide Achsen weder koaxial noch parallel zueinander. Beide Achsen weisen vielmehr einen Winkel zueinander auf. Durch die Übertragung der Bremskraft über die hydraulische Bremsflüssigkeit kann auf eine koaxiale Ausrichtung verzichtet werden. Dadurch kann der elektrische Antrieb entsprechend dem zur Verfügung stehenden Platz angeordnet sein. Eine Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraum ist dadurch verbessert. Auch durch einen Achsversatz der Verdrängerkolbenmittelachse und der Bremskolbenmittelachse ist die Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraum verbessert. Bei einem Achsversatz verlaufen die Achsen parallel, jedoch ist ein Abstand zwischen den Achsen vorhanden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die elektromechanische Bremse mit einem Festsattel oder einem Schwimmsattel ausgebildet. Eine Verwendung eines Festsattels gegenüber einem Schwimmsattel hat den Vorteil, dass dieser wesentlich wirtschaftlicher herstellbar ist. Eine Verwendung eines Schwimmsattels hat dahingegen den Vorteil, dass auf einen weiteren Bremskolben verzichtet werden kann. Trotz alledem ermöglicht die Erfindung den Einsatz sowohl eines Schwimmsattels als auch eines Festsattels. Je nach Kundenwunsch ist somit die Erfindung vielseitig einsetzbar.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist das Federelement als Drahtfeder oder als elastischer Vollkörper ausgebildet. Der elastische Vollkörper ist dabei Körper, welcher aus einem elastischen Material ausgebildet ist. Über ein solches Material kann zusätzlich zu einer Federwirkung auch eine Dämpfung realisiert werden. Durch eine entsprechende Auswahl des elastischen Materials ist es möglich, sowohl eine degressive als auch eine progressive Steifigkeitskennlinie zu erzielen. Ein solcher elastische Vollkörper kann somit sehr gut auf die benötigten Anforderungen ausgelegt werden. Vorteilhafterweise ist der elastische Vollkörper derart zwischen Verdrängerkolben und Bremskolben angeordnet, dass dieser während eines Bremsmanövers auf Druck belastet ist.
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Die Drahtfeder hat den Vorteil, dass für diese eine hohe Anzahl an verschiedenen Steifigkeiten verfügbar ist. Zusätzlich kann diese Feder zwischen Verdrängerkolben und Bremskolben sowohl als druckbelastete als auch als zugbelastete Feder angeordnet werden. Mit anderen Worten wird die Feder während eines Bremsmanövers entweder auf Zug oder auf Druck belastet.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Federelement als Faltenbalgfeder ausgebildet. Eine Faltenbalgfeder hat den Vorteil, dass diese eine hohe Steifigkeit bei kleinem Bauraum aufweist. Die Faltenbalgfeder kann dabei sowohl als zugbelastete Faltenbalgfeder als auch als druckbelastete Faltenbalgfeder verwendet werden. Bei einer zugbelasteten Faltenbalgfeder ist die Feder derart zwischen Verdrängerkolben und Bremskolben angeordnet, dass diese während eines Bremsvorgangs auf Zug belastet wird. In gleicher Weise wird eine auf Druck belastete Faltenbalgfeder während eines Bremsmanövers zusammengedrückt.
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Vorteilhafterweise ist im Bereich des Druckraums ein Drucksensor angeordnet. Der Drucksensor ist dabei derart angeordnet, dass ein Druck des Druckraums messbar ist. Über den Druck im Druckraum ist auf einfache Weise eine Bremskraftmessung möglich. Diese Information kann beispielsweise einer Bremsregelanlage zur Verfügung gestellt werden, sodass die Bremskraft besser regelbar ist.
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Die Erfindung gibt zusätzlich ein Kraftfahrzeug an, welches eine solche elektromechanische Bremse aufweist. Ein solches Kraftfahrzeug weist die zuvor beschriebenen Vorteile und Eigenschaften auf.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung einer elektromechanischen Bremse nach einem ersten Ausführungsbeispiele der Erfindung,
- 2 Schnittdarstellung der elektromechanischen Bremse nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3a Zweites Ausführungsbeispiel des Federelements nach der Erfindung,
- 3b Drittes Ausführungsbeispiel des Federelements nach der Erfindung,
- 3c Viertes Ausführungsbeispiel des Federelements nach der Erfindung,
- 4a Fünftes Ausführungsbeispiel des Federelements nach der Erfindung, und
- 4b Sechstes Ausführungsbeispiel des Federelements nach der Erfindung.
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In 1 ist eine Schnittdarstellung einer elektromechanischen Bremse 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die elektromechanische Bremse 10 umfasst ein Bremssattelgehäuse 14, welches eine hier nicht gezeigte Bremsscheibe beidseitig umgreift. An dem Bremssattelgehäuse 14 ist ein elektrischer Antrieb 18 angeordnet, über welchen ein Verdrängerkolben 22 axial bewegbar ist. Der Verdrängerkolben 22 erstreckt sich in einen Druckraum 26 des Bremssattelgehäuses 14, in welchem eine hydraulische Bremsflüssigkeit vorgesehen ist. An einem Ende des Druckraums 26 ist ein Bremskolben 30 axial beweglich angeordnet. Der Bremskolben 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel koaxial zu dem Verdrängerkolben 22 vorgesehen. Eine axiale Fläche 32 des Verdrängerkolbens 22 ist dabei kleiner als eine axiale Fläche 33 des Bremskolbens 30.
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Zwischen dem Verdrängerkolben 22 und dem Bremskolben 30 ist ein Federelement 34 angeordnet. Das Federelement 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Drahtfeder ausgebildet. Über das Federelement 34 ist, zusätzlich zu der hydraulischen Bremsflüssigkeit, eine Druckkraft FD auf den Bremskolben 30 übertragbar. An dem Druckraum 26 ist ein Anschluss 38 für eine hydraulische Leitung 42 eines Rückfall-Bremsdruckerzeugungssystems 46 angeschlossen. Bei Ausfall des beispielsweise elektrischen Antriebs 18 ist über das Rückfall-Bremsdruckerzeugungssystems 46 weiterhin ein Bremsdruck erzeugbar. Das Rückfall-Bremsdruckerzeugungssystems 46 kann dabei durch einen zusätzlichen elektrischen Bremsdruckerzeuger oder durch das Bremspedal dargestellt sein. Dadurch wird die Ausfallsicherheit der elektromechanischen Bremse 10 erhöht.
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Obwohl durch den Verdrängerkolben 22 ein ausreichender Bremsdruck über die hydraulische Bremsflüssigkeit für den Bremskolben 30 übertragbar ist, kann es, insbesondere während des Stands, dazu kommen, dass durch eine Leckage des Druckraums 26 der Bremsdruck abnimmt, sodass die Feststellbremse gelöst wird. Mit Hilfe des Federelements 34 kann trotz der Leckage eine ausreichende Druckkraft FD auf den Bremskolben 30 übertragen werden, sodass das Fahrzeug im Stand gebremst bleibt. Dadurch wird die Sicherheit der elektromechanischen Bremse 10 erhöht.
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Die in 1 dargestellte elektromechanische Bremse 10 ist als Festsattel Bremse ausgebildet. Entsprechend ist auf einer dem Bremskolben 30 gegenüberliegenden Seite des Bremssattelgehäuses 14 ein weiterer Bremskolben 50 angeordnet, welcher entgegengesetzt zu dem Bremskolben 30 wirkt. Der weitere Bremskolben 50 begrenzt einen weiteren Druckraum 54, welcher über einen im Bremssattelgehäuse 14 ausgebildeten hydraulischen Kanal 58 mit dem Druckraum 26 hydraulisch verbunden ist.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der elektromechanischen Bremse 10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass eine Verdrängerkolbenmittelachse 62 einen Winkel β zu einer Bremskolbenmittelachse 66 aufweist. Der Verdrängerkolben 22 muss dementsprechend nicht koaxial zu dem Bremskolben 30 angeordnet sein. Der elektrische Antrieb 18 und der Verdrängerkolben 22 können somit entsprechend dem vorhandenen Platz positioniert werden. Ebenso ist es möglich, dass die Verdrängerkolbenmittelachse 62 einen Achsversatz zu der Bremskolbenmittelachse 66 aufweist. Die 2 unterscheidet sich zusätzlich dadurch, dass im Bereich des Druckraums 26 ein Drucksensor 70 an dem Bremssattelgehäuse 14 angeordnet ist. Über diesen Drucksensor 70 ist eine einfache Bremskraftmessung möglich.
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3a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Federelements 34 nach der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das als Drahtfeder ausgeführte Federelement 34 über eine Befestigung 72, sowohl fest mit dem Bremskolben 30 als auch fest mit dem Verdrängerkolben 22 verbunden. Dadurch ist es nicht nur möglich über das Federelement 34 eine Druckkraft FD, sondern auch beim Zurückziehen des Verdrängerkolbens 22 eine Zugkraft FZ auf den Bremskolben 30 aufzubringen. Der Bremskolben 30 und damit ein Bremsbelag, kann dadurch nach einem Bremsvorgang aktiv von der Bremsscheibe gelöst werden.
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3b zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Federelements 34 nach der Erfindung. In diesem Ausgangsbeispiel ist das Federelement 34 als elastischer Vollkörper ausgebildet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der elastische Vollkörper 34, sowohl fest mit dem Verdrängerkolben 22 als auch fest mit dem Bremskolben 30 verbunden. Das Federelement 34 besteht entsprechend aus einem elastischen Material. Zwischen dem Bremskolben 30 und dem elastischen Vollkörper 34 ist dabei ein Luftraum 74 ausgebildet. Durch eine solche Anordnung ist eine nichtlineare Steifigkeitskennlinie ausbildbar. Diese kann dabei degressiv oder auch progressive ausgebildet sein. Durch den elastischen Vollkörper 34 und den Luftraum 74 wird zusätzlich eine Dämpfung zwischen Verdrängerkolben 22 und Bremskolben 30 realisiert.
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Ein viertes Ausführungsbeispiel des Federelements 34 ist in 3c dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Federelement 34 als zugbelastete Faltenbalgfeder ausgebildet. Diese ist dabei ebenso fest mit dem Bremskolben 30 und dem Verdrängerkolben 22 verbunden. Obwohl in dieser Figur eine koaxiale Ausrichtung zwischen Verdrängerkolben 22 und Bremskolben 30 dargestellt ist, ist ebenso ein Winkel β oder Achsversatz zwischen den Mittelachsen 62, 66 möglich. Eine solche Faltenbalgfeder 34 hat den Vorteil, dass diese zusätzlich zu einer hohen Steifigkeit einen kleinen Bauraum benötigt.
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4a zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Federelements 34 nach der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Federelement 34 als druckbelastete Biegefeder ausgebildet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Biegefeder 34 sowohl fest mit dem Bremskolben 30, als auch fest mit dem Verdrängerkolben 22 verbunden. Durch die Biegefeder 34 ist eine hohe Steifigkeit bei kleinem Bauraum möglich. In 4b ist ein weiteres Beispiel einer Faltenbalgfeder 34 gezeigt. Im Gegensatz zu 3c ist diese Faltenbalgfeder 34 eine druckbelastete Faltenbalgfeder 34. Durch diese Faltenbalgfeder 34 werden, die bereits zu 3c beschriebenen Vorteile und Eigenschaften erzielt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 01/36837 A1 [0003]
- EP 1 195 538 A1 [0004]