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Die Erfindung betrifft eine Radbremse für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern einer Radbremse mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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Eine Radbremse hat bekanntlich die Aufgabe, eine Spannkraft in ein Bremsmoment am Rad umzusetzen. In ungebremsten Fall hingegen sollen die Restschleifmomente möglichst niedrig sein. Zu diesem Zweck wird der Radbremse u.a. ein bestimmtes Lüftspiel aufgeprägt. Diese hat jedoch den Nachteil, dass die Ansprechzeit im Fall eines Bremswunsches erhöht ist. Bei hydraulischen Radbremsen ist dadurch zudem eine erhöhte Volumenaufnahme an Hydraulikflüssigkeit notwendig.
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Des Weiteren können eine Bremsscheibe und Bremsbeläge, die von einem Bremssattel eingespannt sind, aufgrund von Temperatur- oder anderen Umwelteinflüssen in ihrem axialen Maß schwanken. Dies führt zu einer Änderung der Spannkraft der Radbremse im statischen Spannzustand. Bei Entfall der Spannkraft baut sich das gewünschte Lüftspiel nur langsam wieder auf, da dafür der die Spannung aufbauende Bremskolben in seiner Führung verschoben werden muss.
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Durch auftretende Bremsmomente werden die Bremsbeläge zudem unsymmetrisch belastet und dadurch schräg verschlissen. Durch auf das Kraftfahrzeug wirkende Querkräfte, wie sie beispielsweise bei Kurvenfahrten auftreten, kommt es zu einer Verkippung der Radlager und damit auch zu einer Verkippung der Bremsscheibe bei Einsatz von Scheibenbremsen. Über den Ausschlag der Bremsscheibe werden die Bremskolben in ihrer Führung zurückgedrückt, was zu einer ungewollten Vergrößerung des Lüftspiels führt.
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Aus der
EP 1 141 573 B1 ist ein Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Radbremsaktors in einem Kraftfahrzeug bekannt. Konkret weist der Radbremsaktor einen von einem Elektromotor über eine selbsthemmende Gewindepaarung in Richtung auf eine Bremsscheibe angetriebenen, rohrförmigen Bremskolben auf. In dem Bremskolben ist ein piezoelektrisches Element untergebracht. Durch den Bremskolben werden Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe gedrückt oder von dieser gelöst. Der Bremskolben wird durch den Elektromotor mit einer unter einem vorgegebenen Wert liegenden Zuspannkraft bewegt. Nach Erreichen des vorgegebenen Wertes wird der Bremskolben durch das piezoelektrische Element mit einer über dem vorgegebenen Wert liegenden Zuspannkraft gegen die Bremsbeläge gedrückt. Zur Realisierung einer Feststellbremsfunktion wird das Piezoelement mit einer solchen elektrischen Spannung beaufschlagt, deren Polarität der Polarität zum Aufbau normaler Zuspannkräfte bei Betriebsbremsungen entgegengesetzt ist. Das dabei verkürzte Piezoelement wird danach durch den Elektromotor und eine Magnetkupplung an die Bremsbeläge gedrückt. Danach wird die Spannung an dem Piezoelement abgeschaltet, worauf sich das Piezoelement wieder auf seine ursprüngliche Länge auszudehnen versucht und dabei eine hohe Zuspannung erzeugt.
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In der
EP 1 319 859 B1 wird eine Bremsvorrichtung mit einem Faustsattel beschrieben, bei der ein Bremsbelag durch eine Antriebswelle quer zur Bewegungsrichtung einer Bremsscheibe bewegbar ist. Eine Umsetzvorrichtung dient zur Wandlung einer von einer Antriebswelle vorhandenen Drehbewegung in eine auf den Bremsbelag wirkende Kraft. Ferner ist ein die Antriebswelle umgebender Antriebsring vorhanden, der durch mehrere Piezoaktoren in eine umlaufende Verschiebebewegung versetzbar ist. Durch Reibschluss mit dem Antriebsring ist die Antriebswelle in eine Drehbewegung versetzbar.
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Die gattungsbildende
US 5 090 518 A beschreibt eine Radbremse mit einem Paar von Bremsbetätigungs- und Lösekrafteinheiten. Die Lösekrafteinheiten verfügen über Elektromotoren mit nicht rücktreibbaren mechanischen Abtriebselementen, um die erforderliche Bremsbetätigungskraft bis zur Grenze der Leistungsfähigkeit der Elektromotoren zu liefern. Des Weiteren sind piezoelektrische Elemente, die hohe Kräfte mit geringer Ausdehnung bei schnellen Änderungen der angelegten Spannung erzeugen, in Reihe mit den Motorabtriebselementen zur Übertragung der Bremsbetätigungskraft angeordnet. Diese Elemente werden abwechselnd mit Spannung erregt und wieder stromlos gemacht, und zwar in entgegengesetzter Phasenlage. Die piezoelektrische Ausdehnungswirkung jedes erregten Elements wird bei jedem Erregungszyklus von der Motoreinheit mit dem stromlosen Element mechanisch erfasst, so dass die Kräfte, die tatsächlich zur Betätigung der Bremse aufgebracht werden, weit über die maximale Leistung der Elektromotoren hinaus erhöht werden. Dies wird durch die abwechselnde Erregung der piezoelektrischen Elemente und die abwechselnden Folgeaktionen der Motoren erreicht. Die nicht rücktreibbaren Anordnungen dienen zur Speicherung der so erreichten mechanischen Krafterhöhungen.
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Aus der
DE 198 58 764 A1 ist ein Bremsanlage bekannt, die eine von einem Bremspedal über elektrische Leitungen gesteuerte Betätigungsvorrichtung aufweist. Die Betätigungsvorrichtung ist als ein an einem Bremssattel eines jeden Rades montierter elektromechanischer Radbremsaktor ausgebildet ist. Der Radbremsaktor enthält einen von einem Elektromotor in Richtung auf eine Bremsscheibe angetriebenen Bremskolben, durch den zwei Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe gedrückt oder von dieser gelöst werden. Ein piezoelektrisches Element ist mit dem Bremskolben verbunden. Dieser wird durch den Elektromotor mit einer unter einem vorgegebenen Wert liegenden Zuspannkraft bewegt. Durch das piezoelektrische Element wird er nach Erreichen des vorgegebenen Wertes mit einer über diesem Wert liegenden Zuspannkraft gegen die Bremsbeläge gedrückt.
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In der
DE 10 2011 013 153 A1 wird ein Antiblockiersystem mit einem Bremssattel beschrieben. Dabei wird ein Bremskolben durch hydraulischen Druck eines Hauptbremszylinders angetrieben. Des Weiteren ist eine Bremsscheibe vorhanden, die mit Bremsbelägen in Reibkontakt gebracht werden kann. Auf der Rückseite der Bremsbeläge ist jeweils ein aus Piezoelementen bestehender Piezoaktor angeordnet. Der Piezoaktor ist auf der einen Seite zwischen dem Bremsbelag und dem Bremskolben und auf der anderen Seite zwischen dem Bremsbelag und einem Arm des Bremssattels angeordnet.
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Schließlich ist der
EP 1 386 092 B1 eine Scheibenbremse mit elektromotorisch angetriebenem Verschleißnachstellsystem zu entnehmen. Konkret weist die Scheibenbremse einen eine Bremsscheibe übergreifenden Bremssattel mit einer im Bremssattel angeordneten Zuspanneinrichtung zum Zuspannen eines Bremsbelages auf. Ferner ist ein im Bremssattel angeordnetes Nachstellsystem zum Ausgleich von Bremsbelag- und/oder Scheibenverschleiß durch Verstellen des Abstandes zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe vorhanden. Das Nachstellsystem weist eine Nachsteller-Dreheinrichtung auf, auf welche ein elektromotorischer Antrieb einwirkt. In Ergänzung des elektromotorischen Antriebs weist das Nachstellsystem eine das Lösen der Nachsteller-Dreheinrichtung unterstützende, elektromechanische Löseeinrichtung auf, die als Piezosystem ausgelegt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Radbremse für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welche bei einem Bremsvorgang eine schnelle Überbrückung eines Lüftspiels ermöglicht, wobei gleichzeitig die Voraussetzung für einen gleichmäßigen Verschleiß des Bremsbelags gegeben ist. Dabei sollen insbesondere Kräfte von eingesetzten Piezoelementen genau auf den vorliegenden Lastfall angepasst werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Radbremse mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweils abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung geht aus von einer Radbremse für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Bremskörper, der eine Reibfläche besitzt, die gegenüber einem Bremsbelag bewegbar ist. Der Bremsbelag ist über einen Aktor in eine Zustellbewegung in Richtung auf die Reibfläche versetzbar, wobei der Aktor wenigstens einen Bremskolben aufweist, der zum Zweck der Zustellbewegung in eine translatorische Bewegung versetzbar ist. Im Bremskolben ist zusätzlich wenigstens ein Piezoelement angeordnet, welches durch Beaufschlagung mit einer Spannung in Richtung der Zustellbewegung vergrößert werden kann.
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Es wird auch vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Piezoelemente vorhanden und derart angeordnet sind, dass diese bei einer Spannungsbeaufschlagung eine Kraft auf eine Haltevorrichtung für den Bremsbelag an wenigstens zwei unterschiedlichen Stellen ausüben können.
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Mit Hilfe der Piezoelemente kann also die Zustellbewegung des Bremsbelags in Richtung der Reibfläche unterstützt und beschleunigt werden. Dies ermöglicht bei Erfassung eines Bremsvorgangs eine sehr schnelle Überbrückung von vorhandenem Lüftspiel. Dadurch, dass durch die Piezoelemente an wenigstens zwei Stellen ein Druck auf eine Halteeinrichtung für den Bremsbelag ausgeübt werden kann, wird zudem eine Vergleichmäßigung der auf den Bremsbelag ausgeübten Kraft ermöglicht. Mit anderen Worten wird durch die Anordnung der Piezoelemente an zwei unterschiedlichen Stellen die Grundvoraussetzung für eine Regelung der Kräfte an unterschiedlichen Stellen des Bremsbelags geschaffen.
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Darüber hinaus führen Verkippungen des Bremskörpers, insbesondere einer Bremsscheibe während des Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs, wie sie vor allem bei Kurvenfahrten auftreten, oder auch Verformungen des Bremssattels durch auftretende Bremsmomente zur unsymmetrischen Belastung der Bremsbeläge. Dies führt normalerweise zu einem unerwünschten Schrägverschleiß der Bremsbeläge. Die erfindungsgemäße Einsetzung der Piezoelemente hingegen ermöglicht einen gleichmäßig verteilten, symmetrischen Druckaufbau an den Bremsbelägen und wirkt somit einem Schrägverschleiß entgegen. Durch entsprechende Ansteuerung der Piezoelemente können die auf den Bremsbelag wirkenden Kräfte vergleichmäßigt werden.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass wenigstens drei Piezoelemente vorhanden und derart angeordnet sind, dass diese an drei unterschiedlichen Stellen eine Kraft auf die Haltevorrichtung für den Bremsbelag ausüben können. Dies trägt dazu bei, dass die Kräfte der Piezoelemente noch genauer auf den jeweils vorliegenden Lastfall angepasst werden können.
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So ist in einer ersten Ausbildung der Erfindung denkbar, dass die Radbremse eine Scheibenbremse ist und die drei unterschiedlichen Stellen dreieckförmig verteilt sind. Somit kann durch entsprechende Aufteilung der Piezoelemente eine genaue Steuerung der auftretenden Kräfte auf den Bremsbelag erfolgen.
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Durch die besagte Anordnung der Piezoelemente kann nach Erfassung der Spannungen an den Piezoelementen durch eine geeignete Mess-, Auswerte- und Steuereinrichtung die Höhe der Spannungsverteilung und der auftretenden Unterschiede ausgewertet werden. In Abhängigkeit davon können dann durch geeignete Spannungsbeaufschlagung der Piezoelemente die Spannungsunterschiede ausgeglichen werden. Beispielsweise ist denkbar, an ein radial innen liegendes Piezoelement mehr Spannung anzulegen als an ein radial außenliegendes Piezoelement. Beim Bremsen führt die Verformung, insbesondere Aufweitung des Bremssattels dazu, dass der Bremsbelag im radial äußeren Bereich fester an der Bremsscheibe anliegt als im radial inneren Bereich. Durch die erhöhte Spannungsbeaufschlagung des radial innenliegenden Piezoelementes kann somit der Schrägbelastung des Bremsbelags entgegengewirkt werden.
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Nach einer anderen Weiterbildung sind die Piezoelemente fest mit dem Bremskolben und fest mit der Haltevorrichtung für den Bremsbelag verbunden. Auf diese Weise können die Piezoelemente dazu dienen, nach einem Bremsvorgang ein Lüftspiel schnell wieder herzustellen. Dazu wird eine vorher angelegte Spannung wieder aufgehoben oder sogar eine entgegengesetzte Spannung an die Piezoelemente gelegt. Die Piezoelemente verkleinern sich somit entgegen einer vorherigen Zustellbewegung, wodurch die Piezoelemente die Haltevorrichtung für den Bremsbelag und damit den Bremsbelag wieder aktiv zurückziehen.
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Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens schlägt vor, dass mehrere Piezoelemente derart übereinander angeordnet sind, dass ein Reihenstapel aus Piezoelementen gebildet ist, wobei wenigstens zwei Reihenstapel wiederum nebeneinander angeordnet sind, so dass ein Reihenparallelstapel gebildet ist. Mit anderen Worten sind bei einem Reihenstapel mehrere Piezoelemente in Reihe geschaltet. Bei einem Reihenparallelstapel sind wenigstens zwei Reihenstapel parallelgeschaltet.
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Auf diese Weise kann die gewünschte Wirkung von Piezoelementen vervielfacht werden. Zum einen können durch die Reihenschaltung der Piezoelemente die überbrückbaren Wege vergrößert und zum andern durch die Parallelschaltung die erzeugbaren Kräfte vergrößert werden.
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Wie anfangs erwähnt soll durch die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern einer Radbremse vorgeschlagen werden.
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Dabei wird von einem Verfahren zum Steuern einer Radbremse in einem Kraftfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 ausgegangen. Nach Erfassung eines vorliegenden oder zu erwartenden Bremsvorgangs wird wenigstens ein Piezoelement mit einer Spannung beaufschlagt. Dies erfolgt derart, dass sich das Piezoelement vergrößert und gegen eine Haltevorrichtung für einen Bremsbelag drückt. Auf diese Weise kann ein vorhandenes Lüftspiel zwischen dem Bremsbelag und einer Reibfläche eines Bremskörpers schnell überbrückt werden.
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Ein vorliegender Bremsvorgang kann insbesondere durch eine sensorisch detektierte Betätigung des Bremspedals erfasst werden. Ein zu erwartender Bremsvorgang kann insbesondere durch Signale von Fahrerassistenzsystemen erfasst werden. Denkbar sind zum Beispiel Signale eines ACC-, eines ESC-Systems oder auch prädiktiven Systems in Gefahrensituationen.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird nach Anlage des Bremsbelags an die Reibfläche eine Spannung erfasst, die das Piezoelement abgibt, wobei die Spannung als Grundlage für eine weitere Ansteuerung des Piezoelementes genommen wird.
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Durch eine derartige Verfahrensweise wird die Grundvoraussetzung für geeignete Regelstrategien beim Betrieb der Radbremse geschaffen.
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Nach einer Weiterbildung wird daher die Spannung von wenigstens zwei an unterschiedlichen Stellen angeordneten Piezoelementen erfasst. In Abhängigkeit davon werden die Piezoelemente angesteuert und mit Spannung beaufschlagt.
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Beispielsweise ist denkbar, dass die Kräfte in jedem Reihenstapel der Piezoelemente gemessen werden, wodurch eine gesamte Spannkraft ermittelbar ist. Daraus kann ein Kraftschwerpunkt bezüglich einer Flächenerstreckung des Bremsbelags ermittelt werden. Wenn der ermittelte Ist-Kraftschwerpunkt von einem Soll-Kraftschwerpunkt abweicht, kann durch entsprechende Regelung der Spannungsbeaufschlagung der Reihenstapel der Piezoelemente der Ist-Kraftschwerpunkt wieder auf den Soll-Schwerpunkt eingeregelt und so eine gewünschte, symmetrische Kraftbeaufschlagung eines Bremsbelags erzielt werden.
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Des Weiteren kann eine ungewollte Verringerung des Lüftspiels, welche zum Beispiel bei Kurvenfahrten auftritt, durch Messung der durch die Piezoelemente erzeugten Spannung erfasst und durch entsprechende Regelstrategien kompensiert werden, so dass beispielsweise bei Geradeausfahrt wieder eine schnelle Wiederherstellung des Lüftspiels erfolgen kann.
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Eine weitere höchst zweckmäßige Ausbildung der Erfindung schlägt vor, dass die Spannung von wenigstens drei an unterschiedlichen Stellen angeordneten Piezoelementen erfasst wird und in Abhängigkeit davon die Piezoelemente angesteuert werden.
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Dies ermöglicht einerseits eine sehr genaue Auswertung der auf einen Bremsbelag einer Scheibenbremse wirkenden Kräfte, andrerseits ist so eine sehr flexible Einstellung eines sich auf den Bremsbelag ausbildenden Kraftschwerpunktes möglich. Insbesondere kann durch die dreieckartige Anordnung der Piezoelemente eine Kraftbeaufschlagung des Bremsbelags um zwei senkrecht zueinanderstehende, parallel zur Ebene des Bremsbelags verlaufende Achsen erfolgen. Dies ermöglicht eine sehr gute Gegenregelung von Verkippungen der Bremsbeläge, wie sie aufgrund von Kurvenfahrten auftreten können.
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Nach einer anderen Weiterbildung wird die abgegebene Spannung von wenigstens zwei an unterschiedlichen Stellen angeordneten Piezoelementen erfasst, wobei die erfassten Spannungen miteinander verglichen werden. Bei Vorliegen unterschiedlicher Spannungen der Piezoelemente wird zumindest eines der Piezoelemente derart angesteuert, dass die abgegebenen Spannungen der Piezoelemente wieder gleich sind. Mit anderen Worten kann auf diese Weise ein Vergleichmäßigung der auf einen Bremsbelag wirkenden Drücke herbeigeführt werden, was einem Schrägverschleiß des Bremsbelags vorbeugt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dadurch werden auch noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung deutlich. Gleiche Bezugszeichen, auch in unterschiedlichen Figuren, beziehen sich auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile. Dabei werden entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht, auch wenn eine wiederholte Beschreibung oder Bezugnahme darauf nicht erfolgt. Die Figuren sind nicht oder zumindest nicht immer maßstabsgetreu. In manchen Figuren können Proportionen oder Abstände übertrieben dargestellt sein, um Merkmale eines Ausführungsbeispiels deutlicher hervorheben zu können.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 ein Kraftfahrzeug mit erfindungsgemäßen Radbremsen,
- 2a eine Radbremse gemäß Schnittansicht II aus 1, um 90° verdreht, in einer ersten Ausführungsform sowie gemäß Schnittverlauf Ila aus 3,
- 2b eine Radbremse gemäß Schnittansicht II aus 1, um 90° verdreht, in einer zweiten Ausführungsform,
- 3 eine Seitenansicht auf die Radbremse gemäß Ansicht III aus 2a, wobei die Sicht auf die Piezoelemente freigegeben ist,
- 4 eine Ansicht auf eine nicht von der Erfindung umfassten Radbremse,
- 5 eine Ansicht gemäß Ansicht V aus 4,
- 6 eine Schnittansicht auf eine Anwendung eines Reihenparallelstapels von Piezoelementen in einem Bremsregelsystem mit Bremskraftverstärker,
- 7a bis 7c die Anordnung von Piezoelementen zur Erzeugung von Reihenstapeln und Reihenparallelstapeln und
- 8 einen Signalflussplan zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Radbremse.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug K dargestellt, welches mit erfindungsgemäßen Radbremsen RB1 ausgestattet ist. Die Radbremsen RB1 sind insbesondere als Scheibenbremsen mit einem scheibenförmigen Bremskörper 1a und einem diesen übergreifenden Bremssattel 2a ausgebildet.
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Aus der 2a ist erkennbar, dass der Bremssattel 2a jeder Scheibenbremse RB1 als Schwimmsattelbremse (auch: Faustsattelbremse) ausgebildet ist. Dabei wird bei einem Bremsvorgang ein auf einer plattenartigen Bremsbelaghalterung 4 angebrachter Bremsbelag 3 gegen eine Reibfläche 1b des Bremskörpers 1a gepresst. Bedingt durch die auftretende Reaktionskraft bewegt sich der schwimmend gelagerte Bremssattel 2a in der Figur nach rechts, wodurch auch der auf der gegenüberliegenden Seite befindliche Bremsbelag 3 gegen die Reibfläche 1b des Bremskörpers 1a gepresst wird. In ungebremstem Zustand stellt sich zwischen den Bremsbelägen 3 und den Reibflächen 1b ein lichter Abstand ein, der als Lüftspiel LÜ bezeichnet wird.
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Es ist anhand der 2a und 3 erkennbar, dass die auf der in der 2a rechtsseitig des Bremskörpers 1 angeordnete Bremsbelaghalterung 4 mit drei Reihenparallelstapeln 5RPa, 5RPb und 5RPc von Piezoelementen 5 (vgl. 7c) verbunden ist. Die Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc sind insbesondere dreieckförmig zur Bremsbelaghalterung 4 verteilt, innerhalb eines Bremskolbens 6 angeordnet und mit diesem verbunden. Mit anderen Worten bilden die Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc einen Kraftangriff an drei Stellen S1, S2 und S3 mit der Bremsbelaghalterung 4 und dem Bremskolben 6 aus, wobei die drei Stellen S1, S2 und S3 dreieckförmig auf der Bremsbelaghalterung 4 und auch dem Bremskolben 6 verteilt angeordnet sind. Bei gleicher Kraft der Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc auf die Bremsbelaghalterung 4 stellt sich ein resultierender, auf die Bremsbelaghalterung 4 wirkender Kraftschwerpunkt KS ein, der in etwa dem Flächenschwerpunkt der Bremsbelaghalterung 4 entspricht.
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Durch die dreieckförmige Anordnung der Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc können die Bremsbelaghalterung 4 und damit der Bremsbelag 3 um zwei in etwa parallel zum Bremskörper 1a und senkrecht zueinanderstehende Achsen a, b verbogen werden.
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Werden beispielsweise der Reihenparallelstapel 5RPa auf der einen Seite und die Reihenparallelstapel 5RPb, 5RPc auf der anderen Seite angesteuert, so dass diese eine Größenänderung vollführen, kann eine Verbiegung der Bremsbelaghalterung 4 um die Achse b erfolgen. Bei Ansteuerung der Reihenparallelstapel 5RPb und 5RPc kann eine Verbiegung der Bremsbelaghalterung 4 um die Achse a bewerkstelligt werden.
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In der 2b ist eine alternative Ausbildung einer Radbremse RB2 dargestellt. Auch die Radbremse RB2 weist dreieickförmig angeordnete Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc auf. Im Gegensatz zur 2a handelt es sich in diesem Fall um eine Festsattelbremse, bei der ein Bremssattel 2b feststehend ausgebildet ist. Dafür ist aber auch der in der Figur linksseitig des Bremskörpers 1a befindliche Bremsbelag 3 über an der Bremsbelaghalterung 4 angreifende Reihenparallelstapel 5RPa'. 5RPb' (nicht sichtbar) und 5RPc' in Richtung auf den Bremskörper 1a zustellbar.
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Die Erfindung ist nicht nur bei Scheibenbremsen einsetzbar. In 4 ist eine als Trommelbremse ausgebildete Radbremse RB3 ersichtlich. Die Radbremse RB3 weist zwei Bremsbeläge 12a auf, welche jeweils mit einer Bremsbelaghalterung 12b verbunden sind.
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Die Bremsbelaghalterungen 12b können über Bremskolben 14, welche mit Druckplatten 15 wirkverbunden sind, auseinandergedrückt und gegen die Reibfläche 13b eines trommelartigen Bremskörpers 13a bewegt werden. Dabei werden die Bremsbelaghalterungen 12b entgegen einer Federkraft von Federelementen 18 auseinandergedrückt.
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In einem in der Figur unteren Teil der Radbremse RB3 stützen sich die Bremsbelaghalterungen 12b gegen einen Reaktionsblock 16 ab. Auch hier werden die Bremsbelaghalterungen 12b über ein Federelement 19 zusammengehalten.
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Des Weiteren ist erkennbar, dass Reihenparallelstapel 5RPe von Piezoelementen 5 in den Bremskolben 14 angeordnet sowie mit diesem und mit den Druckplatten 15 verbunden sind.
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Des Weiteren sind Reihenparallelstapel 5RPf von Piezoelementen 5 im Reaktionsblock 16 angeordnet, derart, dass die Reihenparallelstapel 5RPf die Bremsbelaghalterungen 12b auseinanderdrücken können. Durch gleichzeitige Betätigung der oberen Reihenparallelstapel 5RPe und der unteren Reihenparallelstapel 5RPf kann eine schnelle Überbrückung eines vorhandenen Lüftspiels LÜ erfolgen. Darüber hinaus kann auf dies Weise eine gleichmäßige Anlage der Bremsbeläge 12a an die Reibfläche 13b erfolgen.
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Aus der 5 ist erkennbar, dass in jedem Bremskolben 14 zwei Reihenparallelstapel 5RPe nebeneinander angeordnet sind. Somit ergeben sich zwei Kraftangriffspunkte an zwei nebeneinander angeordneten Stellen S1, S2. Idealerweise ergibt sich daraus ein resultierender Kraftschwerpunkt KS, der zwischen den Stellen S1, S2 liegt. Somit kann einer Verkippung der Bremsbeläge 12a entgegengewirkt werden. Analog gilt dies für die unteren Reihenparallelstapel 5RPf.
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Anhand von 6 wird eine Anwendung eines Reihenparallelstapels 5RPd von Piezoelementen 5 in einem Bremsregelsystem mit Bremskraftverstärker gezeigt. Es ist ein Kolben 9 erkennbar, der über eine Koppelstange 10 bewegbar ist und dadurch Bremsflüssigkeit in einer Bremsleitung 8a komprimieren kann. Die Bremsleitung 8a führt zu nicht näher dargestellten Bremskolben an Radbremsen.
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Ferner ist eine Vorratskammer 7 ersichtlich, in der sich ein Reservoir an Bremsflüssigkeit befindet. In der Vorratskammer 7 ist ein Reihenparallelstapel 5RPd an Piezoelementen 5 angeordnet, der gegen eine Druckplatte 8 drücken kann. Bei einer Spannungsbeaufschlagung des Reihenparallelstapels 5RPd wird die Druckplatte 8 in Richtung der Bremsleitung 8a verschoben, so dass sich das Volumen an Bremsflüssigkeit innerhalb der Vorratskammer 7 verringert. Dadurch kann bei Bedarf sehr schnell zusätzliche Bremsflüssigkeit in die Bremsleitung 8a gebracht und dadurch beispielsweise vorhandenes Lüftspiel an Radbremsen beseitigt werden.
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Wird ein mit der Koppelstange 10 verbundenes Bremspedal 11 betätigt, so wird dies über einen Bremspedalsensor 11a erfasst. Gleichzeitig wird der Reihenparallelstapel 5RPd angesteuert und in oben beschriebener Weise die Druckplatte 8 bewegt.
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Anhand der 7a bis 7c ist dargestellt, dass ein Reihenstapel 5R (7b) aus mehreren hintereinander angeordneten Piezoelementen 5 (7a) besteht. Dadurch kann eine überbrückbare Wegänderung vervielfacht werden. Werden nun wenigstens zwei Reihenstapel 5R nebeneinander angeordnet, so ergibt sich ein Reihenparallelstapel 5RP (vgl. 7c). Dies ermöglicht eine Vergrößerung der erzeugbaren Kraft.
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Schließlich soll anhand der 8 eine mögliche Verfahrensweise zum Betrieb der Radbremsen RB1 aufgezeigt werden. So ist der Bremspedalsensor 11a über einen Datenbus C, der beispielsweise als CAN-Bus ausgebildet sein kann, mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung 20 verbunden. Desgleichen sind die Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc einer jeden Radbremse RB1 über den Datenbus C mit der Auswerte- und Steuereinrichtung 20 verbunden.
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Wird nun das Bremspedal 11 vom Fahrzeugführer betätigt, so wird dies über den Bremspedalsensor 11a erfasst und ein entsprechendes Signal an die Auswerte- und Steuereinrichtung 20 weitergeleitet. Durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 20 werden die Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc mit entsprechenden Spannungssignalen versorgt, so dass diese sich ausdehnen und vorhandenes Lüftspiel LÜ (vgl. 2a) überbrücken.
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Umgekehrt werden durch den Druck, der jeweils auf die Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc wird, Spannungssignale erzeugt und an die Auswerte- und Steuereinrichtung 20 übermittelt. Wenn die Spannungssignale zu sehr voneinander abweichen, deutet dies auf eine ungleichmäßige Belastung der Bremsbeläge 3 hin. Daher werden durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 20 Signale an die Reihenparallelstapel 5RPa, 5RPb und 5RPc gesendet, die auf eine Vergleichmäßigung der Belastung der Bremsbeläge 3 hinwirken. Bevorzugt soll sich ein resultierender Kraftschwerpunkt KS im Flächenschwerpunkt der Bremsbelaghalterung 4 einstellen (vgl. 3).
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- Bremskörper
- 1b
- Reibflächen
- 2a
- Bremssattel, Schwimmsattel
- 2b
- Bremssattel, Festsattel
- 3
- Bremsbelag
- 4
- Bremsbelaghalterung
- 5
- Piezoelement
- 5R
- Piezoelemente in Reihe, Reihenstapel
- 5RP
- Piezoelemente in Reihe und parallel, Reihenparallelstapel
- 5RPa
- Reihenparallelstapel
- 5RPb
- Reihenparallelstapel
- 5RPc
- Reihenparallelstapel
- 5RPd
- Reihenparallelstapel
- 5RPe
- Reihenparallelstapel
- 5RPf
- Reihenparallelstapel
- 6
- Bremskolben
- 7
- Vorratskammer
- 8
- Druckplatte
- 8a
- Bremsleitung
- 9
- Kolben
- 10
- Koppelstange
- 11
- Bremspedal
- 11a
- Bremspedalsensor
- 12a
- Bremsbeläge
- 12b
- Bremsbelaghalterung
- 13a
- Bremskörper, Trommel
- 13b
- Reibfläche
- 14
- Bremskolben
- 15
- Druckplatten
- 16
- Reaktionsblock
- 17
- Bremstrommel
- 18
- Federelemente
- 19
- Federelement
- 20
- Auswerte- und Steuereinrichtung
- a, b
- Achsen
- C
- Datenbus
- K
- Kraftfahrzeug
- KS
- resultierender Kraftschwerpunkt
- LÜ
- Lüftspiel
- RB1
- Radbremse, Scheibenbremse
- RB2
- Radbremse, Scheibenbremse
- RB3
- Radbremse, Trommelbremse
- S1, S2, S3
- Kraftangriffsstellen
- Z
- Zustellbewegung