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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Bremsaktor für eine Reibungsbremse, eine Reibungsbremse mit einem solchen Bremsaktor und ein Fahrzeug mit zumindest einer solchen Reibungsbremse.
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Stand der Technik
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Ein Bremsaktor einer Reibungsbremse kann eine erforderliche Anpresskraft zum Erzeugen von Reibung zwischen Bremsbelägen und einem Rotor der Reibungsbremse erzeugen. Der Bremsaktor kann beispielsweise elektromechanisch sein. Dabei erzeugt ein Elektromotor eine Drehbewegung, die über ein rotatorisch-translatorisches Getriebe in eine Linearbewegung gewandelt wird. Die Linearbewegung wird dann auf zumindest einen Bremsbelag übertragen.
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Da Halterungen des Bremsbelags etwas Spiel benötigen, um die Linearbewegung des Bremsbelags zuzulassen, wird der Bremsbelag beim Bremsen in einer Drehrichtung des Rotors mitbewegt, bis er von den Halterungen gehalten wird. Diese Bewegung erfolgt quer zur Linearbewegung und wird auch auf das rotatorisch-translatorische Getriebe übertragen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Bremsaktor für eine Reibungsbremse, eine Reibungsbremse mit einem solchen Bremsaktor und ein Fahrzeug mit zumindest einer solchen Reibungsbremse gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird ein rotatorisch-translatorisches Getriebe eines Bremsaktors, also beispielsweise ein Kugelgewindetrieb oder ein Gewindetrieb, durch ein zusätzliches Entkopplungselement vor Auswirkungen von Seitenkräften entkoppelt.
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Hier wird eine Winkelbeweglichkeit zwischen dem Getriebe und einem auf einen Bremsbelag wirkenden Kolben durch ein Winkelausgleichselement sichergestellt. Dadurch kann der Kolben bei Seitenkräften seitlich geringfügig verkippen, ohne dass diese Kippbewegung auf das Getriebe übertragen wird. In einer Axialrichtung des Getriebes ist aber weiterhin eine unmittelbare Kopplung gegeben.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann das Getriebe nur für eine axiale Belastung dimensioniert werden, da aufgrund des Winkelausgleichselements keine seitlichen Belastungen in das Getriebe eingeleitet werden. Das Getriebe kann so kostengünstig hergestellt werden, da keine Überdimensionierung erforderlich ist.
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Es wird ein Bremsaktor für eine Reibungsbremse vorgestellt, wobei der Bremsaktor einen Kolben und ein rotatorisch-translatorisches Getriebe zum Umwandeln einer Drehbewegung eines Antriebs in eine Linearbewegung des Kolbens aufweist, wobei zwischen einer translatorischen Komponente des Getriebes und dem Kolben ein Winkelausgleichselement zum Entkoppeln der translatorischen Komponente von Querkräften am Kolben angeordnet ist.
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Weiterhin wird eine Reibungsbremse für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Reibungsbremse einen Rotor, eine Bremszange und einen Bremsaktor gemäß dem hier vorgestellten Ansatz aufweist, wobei zwischen dem Bremsaktor und einer Seite des Rotors ein beweglicher Bremsbelag der Reibungsbremse angeordnet ist und zwischen der Bremszange und einer entgegengesetzten Seite des Rotors ein fester Bremsbelag der Reibungsbremse angeordnet ist, wobei das zwischen der translatorischen Komponente des Getriebes und dem Kolben angeordnete Winkelausgleichselement dazu konfiguriert ist, die translatorische Komponente von Querkräften am Kolben zu entkoppeln.
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Ferner wird ein Fahrzeug mit zumindest einer Reibungsbremse gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Ein Bremsaktor kann ein elektromechanischer Bremsaktor sein und als EMB abgekürzt werden. Der Bremsaktor kann an einem Bremssattel beziehungsweise einer Bremszange einer Scheibenbremse angeordnet sein. Der Bremsaktor weist einen elektrischen Antriebsmotor, ein rotatorisch-translatorisches Getriebe und einen im Bremssattel gelagerten Kolben auf. Der Kolben drückt analog zu einer Hydraulikbremse auf eine Rückseite eines Bremsbelags der Scheibenbremse. Der Bremsbelag ist durch eine Führung beweglich im Bremssattel gelagert. Eine Gegenkraft zu einer Anpresskraft des Kolbens wird über das rotatorisch-translatorische Getriebe am Bremssattel abgestützt und auf einen gegenüberliegenden Bremsbelag der Scheibenbremse übertragen. Dadurch wird die Bremsscheibe zwischen den Bremsbelägen eingeklemmt und die Bremsbeläge werden zum Erzeugen von Reibung mit näherungsweise der gleichen Kraft gegen die gegenüberliegenden Reibflächen der Bremsscheibe gepresst.
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Wenn die Reibung eine Bremskraft erzeugt, wird eine Gegenkraft zur Bremskraft über die Führung der Bremsbeläge abgestützt. Bis die Gegenkraft vollständig abgestützt wird, bewegen sich die Bremsbeläge quer zu der Anpresskraft. Dadurch wirkt beim Bremsen eine Seitenkraft auf den Kolben.
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Die Seitenkraft bewirkt eine geringfügige Verkippung des Kolbens im Bremssattel. Bei dem hier vorgestellten Ansatz entkoppelt das Winkelausgleichselement das rotatorisch translatorische Getriebe von dieser Verkippung.
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Das Winkelausgleichselement kann als eine Art Kugelgelenk ausgebildet sein. An einem Teil des Winkelausgleichselements kann zumindest ein Teilbereich einer Kugelschale ausgebildet sein. Ein anderer Teil des Winkelausgleichselements kann in der Kugelschale winkelbeweglich abgestützt sein. Alternativ oder ergänzend kann an einem Teil des Winkelausgleichselements zumindest ein Teilbereich einer Kugeloberfläche ausgebildet sein. Die Kugeloberfläche kann an einem anderen Teil des Winkelausgleichselements winkelbeweglich abgestützt sein. Eine Kugelschale kann konkav sein. Eine Kugeloberfläche kann konvex sein. Eine Kugelschale und/oder Kugeloberfläche ist besonders gut geeignet hohe Druckkräfte unter variablen Winkeln zu übertragen. Wenn die Kugelschale und die Kugeloberfläche zueinander passen ergibt sich eine geringe Flächenpressung trotz hoher Anpresskraft. Zwischen Kugelschale und Kugeloberfläche können Wälzelemente angeordnet sein, die an der Kugelschale beziehungsweise Kugeloberfläche anliegen. Die Wälzelemente können beispielsweise Kugeln oder Rollen sein. Kugeln können einen Punktkontakt zu der Kugelschale beziehungsweise Kugeloberfläche aufweisen. Rollen können einen Linienkontakt zu der Kugelschale beziehungsweise Kugeloberfläche aufweisen. Dann kann das Winkelausgleichselement als Wälzlager mit geringer Reibung ausgeführt sein.
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Der Teil des Winkelausgleichselements mit der Kugeloberfläche kann mit der translatorischen Komponente des Getriebes verbunden sein. An der translatorischen Komponente kann eine Kugeloberfläche besonders einfach, beispielsweise durch Drehen ausgebildet werden. Die Kugeloberfläche kann über einen Stiel einstückig mit der translatorischen Komponente verbunden sein.
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Die Kugeloberfläche kann zumindest eine Halbkugel sein. Die Kugeloberfläche kann auch beispielsweise eine Dreiviertelkugel sein. Die Kugeloberfläche kann seitlich an dem anderen Teil des Winkelausgleichselements anliegen und am anderen Teil seitlich geführt sein. Die Kugeloberfläche kann zumindest einen Linienkontakt zum anderen Teil aufweisen. Alternativ kann die Kugeloberfläche eine umlaufende Nut aufweisen. In der Nut kann ein Federring angeordnet sein, der durch das andere Teil auf Spannung gehalten wird. Durch den Federring kann die Kugeloberfläche im anderen Teil eingerastet sein.
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Der Teil mit der Kugeloberfläche kann in das andere Teil eingepresst sein. Durch ein Einpressen der Kugeloberfläche in eine Aussparung mit Untermaß, also eine Presspassung kann das Winkelausgleichselement Zugkräfte übertragen und den Kolben aktiv zurückziehen.
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Das Winkelausgleichselement kann ferner dazu ausgebildet ist, seitliche Positionsfehler auszugleichen. Beispielsweise kann ein Federring in einer tiefen umlaufenden Nut angeordnet sein. Der Federring kann in der Nut ein seitliches Spiel aufweisen. Durch eine Relativbewegung des Federrings zur Kugeloberfläche können Positionsfehler zusätzlich zu den Winkelfehlern ausgeglichen werden.
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Das Winkelausgleichselement kann ein Gleitstück aufweisen. Das Gleitstück kann an einer radialen Gleitfläche des Kolbens abgestützt sein. Das Gleitstück kann insbesondere die Kugelschale ausbilden. Das Gleitstück kann zum Ausgleichen der Positionsfehler auf der Gleitfläche seitlich gleiten.
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Zwischen dem Kolben und einer Zylinderwand des Bremsaktors kann zumindest ein Gleitring angeordnet sein. Da der Bremsaktor ohne Hydraulikfluid funktioniert, kann auf Kolbendichtungen verzichtet werden. Die Kolbendichtungen dienen bei einer hydraulischen Bremse neben dem Abdichten des Kolbens auch der axialen Führung des Kolbens. Ein Gleitring kann aus einem abriebfesteren Material als eine Dichtung hergestellt sein und geringere Kosten verursachen. Der Gleitring kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Der Gleitring kann beispielsweise auf Höhe eines Endes der rotatorischen Komponente angeordnet sein. Dann kann der Kolben im Gleitring verkippen und so seitliche Belastungen von der translatorischen Komponente abgehalten werden.
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Zwischen dem Kolben und dem Bremsbelag der Reibungsbremse kann ein Lageausgleichselement zum Entkoppeln des Kolbens von Querkräften am Bremsbelag angeordnet sein. Ein Lageausgleichselement kann innerhalb eines vordefinierten Verschiebebereichs seitliche Verschiebungen zwischen dem Bremsbelag und dem Kolben ermöglichen. Das Lageausgleichselement kann in einer einfachen Ausführung ein Gleitlager sein. Das Lageausgleichselement kann eine Übertragung der seitlichen Verschiebung des Bremsbelags beim Bremsen auf den Kolben zumindest im Wesentlichen verhindern. Durch die seitliche Bewegungsfreiheit des Bremsbelags wird das Verkippen des Kolbens reduziert. Der Kolben kann dann im Wesentlichen nur noch durch einseitigen Verschleiß des Bremsbelags und/oder ein Verkippen des Bremsbelags verkippt werden.
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Das Lageausgleichselement kann als Axiallager mit Lateraltoleranz ausgebildet sein. Das Lageausgleichselement kann im Wesentlichen dazu ausgebildet sein, axiale Kräfte zu übertragen. Seitliche Kräfte und/oder Axiale Drehmomente können insbesondere nicht übertragen werden.
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Das Lageausgleichselement kann als Wälzlager ausgebildet sein. Das Lageausgleichselement kann Wälzkörper aufweisen, die zwischen zwei Laufflächen angeordnet sind. Die Wälzkörper können einen Punktkontakt oder Linienkontakt zu zumindest einer der Laufflächen aufweisen. Das Wälzlager kann ein Lager für eine Drehbewegung sein und kreisförmig angeordnete Wälzkörper aufweisen. Alternativ kann das Wälzlager auch ein Linearlager sein und reihenförmig angeordnete Wälzkörper aufweisen. Die Reihen können an einer erwarteten Bewegungsrichtung des Bremsbelags ausgerichtet sein.
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Das Wälzlager kann als Nadellager oder Rollenlager ausgebildet sein. Nadeln oder Rollen können über einen Linienkontakt eine vergrößerte Kontaktfläche zu den Laufflächen aufweisen. Durch die große Kontaktfläche kann eine geringe Flächenpressung der Laufflächen und Wälzkörper erreicht werden. Durch die große Kontaktfläche kann das Wälzlager eine Verkippung, also eine asymmetrische Belastung tolerieren, ohne dass die Nadeln oder Rollen beschädigt werden. Dabei können die Wälzkörper auf einer Seite des Wälzlagers stärker belastet werden als die Wälzkörper auf einer gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers.
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Das Wälzlager kann als Pendellager ausgebildet sein. Das Wälzlager kann zumindest bereichsweise kugelschalenförmige oder Bogenförmige Laufflächen aufweisen. Als Pendellager kann das Wälzlager Winkeltoleranzen ausgleichen, während Wälzkörper des Wälzlagers gleichmäßig belastet werden.
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Das Wälzlager kann eine zweiteilige Hülle aufweisen. Zugkräfte können über die Hülle übertragen werden. Eine Hülle kann aus verschachtelten Dichtschalen bestehen. Die Dichtschalen können eine Labyrinthdichtung ausbilden. Durch die Verschachtelung können beim Zurückziehen des Bremsbelags resultierende Zugkräfte vom Kolben auf den Bremsbelag übertragen werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Detailschnittdarstellung eines Bremsaktors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Detailschnittdarstellung eines Bremsaktors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Bremsaktor 100 ist in eine Bremszange 102 einer Scheibenbremse integriert. Der Bremsaktor 100 weist einen Antrieb, ein rotatorisch-translatorisches Getriebe 104 und einen Kolben 106 auf. Der Kolben wirkt auf einen Bremsbelag 108 der Scheibenbremse. Beispielsweise drückt der Kolben 106 auf eine Rückenplatte 110 des Bremsbelags 108, wobei zwischen der Rückenplatte 110 und dem Kolben 106 eine Zwischenplatte 112 angeordnet ist.
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Hier ist zwischen einer translatorischen Komponente 114 des Getriebes 104 und dem Kolben 106 ein Winkelausgleichselement 116 angeordnet. Das Winkelausgleichselement 116 ermöglicht eine Winkelbeweglichkeit zwischen dem Kolben 106 und der translatorischen Komponente 114. Dadurch wird eine Verkippung des Kolbens 106 aus einer Rotationsachse 118 einer rotatorischen Komponente 120 des Getriebes 104 nicht auf die translatorische Komponente 114 übertragen, wenn beim Bremsen Querkräfte auf den Kolben 106 wirken.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Winkelausgleichselement 116 als eine Art Kugelgelenk ausgeführt. Dabei weist zumindest eine Seite des Winkelausgleichselements 116 zumindest bereichsweise eine positive oder negative Kugelform auf. Hier ist an der translatorischen Komponente 114 eine Kugel 122 ausgebildet, die in einer Aufnahme 124 des Kolbens 106 angeordnet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Kugel 122 in die Aufnahme 124 eingepresst. Die Aufnahme 124 weist also ein Untermaß gegenüber der Kugel 122 auf. Dadurch springt die Kugel 122 auch bei der Übertragung von geringen Zugkräften, wie beim Zurückziehen des Bremsbelags 108 von der Bremsscheibe 126 nicht aus der Aufnahme 120.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Aufnahme 124 an einem Teilbereich ebenso eine Kugelform auf. Die Kugelform ist insbesondere im Bereich eines Durchstoßpunkts der Rotationsachse 118 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen der Kugel 122 und der Aufnahme 124. Die vergrößerte Anlagefläche resultiert beim Bremsen in einer verringerten Flächenpressung an der Kugel 122 und der Aufnahme 124.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Kugel 122 einen umlaufenden Linienkontakt zu der Aufnahme 124 auf. Durch den Linienkontakt ist die Kugel 122 in alle Richtungen senkrecht zur Rotationsachse 118 seitlich geführt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Kolben 106 und einem Grundkörper 128 der Bremszange 102 zumindest ein Gleitring 130 angeordnet. Der Gleitring 130 ist in einer Nut in einer Zylinderfläche einer Kolbenbohrung des Grundkörpers 128 angeordnet und steht geringfügig über die Zylinderfläche vor. Dadurch besteht zwischen der Zylinderfläche und einer Mantelfläche des Kolbens 106 ein kleiner Spalt und der Kolben 106 berührt den Grundkörper 128 nicht.
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Der Gleitring 130 ist in einem Ausführungsbeispiel im Bereich des Winkelausgleichselements 116 angeordnet. Dadurch kann der Kolben 106 im Gleitring 130 verkippen, ohne dabei die translatorische Komponente 114 seitlich auszulenken.
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Der Gleitring 130 ist in einem Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoffmaterial. Dadurch weist der Gleitring 130 gute Gleiteigenschaften auf der Mantelfläche auf. Das Kunststoffmaterial ist dabei insbesondere härter als ein Dichtungsmaterial von Dichtungsringen, wie sie beispielsweise bei hydraulischen Bremsen verwendet werden.
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Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen der Erfindung nochmals zusammengefasst bzw. mit einer geringfügig anderen Wortwahl dargestellt.
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Es wird ein Mechanismus zur Erzeugung von Axialkraft für elektromechanische Bremsen vorgestellt.
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Bei einer elektrohydraulischen Bremse kann die Drehung eines Motors in eine Translationsbewegung eines Kolbens übertragen werden, um mit Hilfe eines Planetengetriebes und eines Kugelgewindetriebs einen hydraulischen Druck zu erzeugen. Der Kolben kann in einer Kolbenführung eines Ventilgehäuses geführt werden. Zusätzlich können Dichtungen den Kolben im Ventilgehäuse führen und zentrieren helfen. Der Kugelgewindetrieb kann starr mit dem Kolben gekoppelt sein, der ohne Winkelfreiheit im Ventilgehäuse geführt wird. Das bedeutet, dass die Genauigkeit der Kugelumlaufspindel in der linearen Bewegung so gut sein muss, dass der Kolben innerhalb seiner Führung im Ventilgehäuse über die Lebensdauer nicht zu viel Verschleiß aufweist. Dies kann eine teure Beschichtung des Ventilgehäuses (partielles Eloxieren) erfordern.
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In einer elektromechanischen Bremse (EMB) wirkt über die Bremsbeläge eine große Seitenkraft auf den Kolben, und der hydraulische Druck, der hilft, den Kolben in seiner Führung zu zentrieren, ist nicht vorhanden. Daher wird hier ein robuster Rotations-Translations-Mechanismus für eine EMB vorgestellt. Der Kolben ist über eine radial flexible Verbindung in Kugelform mit der Kugelumlaufspindel verbunden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit des Kugelgewindetriebs für die lineare Bewegung im Vergleich zur heutigen Konstruktion gesenkt werden. Dies führt zu einer kostengünstigen Kugelgewindekonstruktion mit geringen Bauteilkosten. Das Schleifen von Teilen kann vermieden werden.
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Die Führung des Kolbens erfolgt zusätzlich über einen Kunststoffring, der im Kolbengehäuse montiert ist. Eine aufwendige Beschichtung des Kolbengehäuses (z.B. Eloxieren) zur Vermeidung von übermäßigem Verschleiß über die Lebensdauer kann vermieden werden.
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Die flexible Verbindung wird durch die kugelförmige Ausführung des inneren Teils der Kugelumlaufspindel erreicht, die mit einem Presssitz am Kolben befestigt ist, der einen radialen Winkelausgleich zwischen der Bewegung des Kolbens und der Bewegung der Kugelumlaufspindel ermöglicht. Bei dieser Konstruktion besteht kein Spiel in Richtung der Kolbenachse für die lineare Bewegung des Kolbens, sondern es kann eine Abweichung von der axialen Bewegung der Kugelumlaufspindel und ihrer Fixierung im Kolbengehäuse ausgeglichen werden, die nicht der Kolbenbewegung in ihrer Führung über den Kunststoffring im Kolbengehäuse folgt.
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Auf diese Weise kann die Presspassung zusammen mit der Kugelkonstruktion Achsversätze zwischen der Bewegung des Kolbens und der Bewegung der Kugelumlaufspindel ausgleichen. Die axiale Verbindung der Kugelumlaufspindel mit dem Kolben, insbesondere bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens, wird jedoch durch die detaillierte Konstruktion der Presspassung mit dem Linienkontakt der Kugel zur Einpressgeometrie des Kolbens sichergestellt.
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Zusammenfassung Axialkraftfluss: Der Kolben drückt über die Zwischenscheibe auf der Rückenplatte mit dem Bremsbelag auf die Bremsscheibe.
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Die vorgeschlagene Konstruktion bietet eine robuste und kosteneffiziente Lösung, da das partielle Eloxieren des Kolbengehäuses durch den Kunststoffring und die Verwendung der kostengünstigen (nicht geschliffenen) Komponenten des Kugelgewindetriebs vermieden wird.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.