DE10218112A1

DE10218112A1 - Fahrzeugbremse

Info

Publication number: DE10218112A1
Application number: DE2002118112
Authority: DE
Inventors: Ulrich Danne
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: DE10218112B4

Abstract

Eine Fahrzeugbremse weist einen Bremskolben (26) auf, der auf wenigstens einen Reibbelag (22, 22') wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben (26) den Reibbelag (22, 22') gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied (16) der Fahrzeugbremse presst. Der Bremskolben weist einen ersten, dem Reibbelag (22) zugewandten Abschnitt (28) und einen zweiten, von dem Reibbelag (22) abgewandten Abschnitt (30) auf, wobei der erste Abschnitt (28) relativ zu dem zweiten Abschnitt (30) bewegbar ist.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben, der auf wenigstens einen Reibbelag wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben den Reibbelag gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied der Fahrzeugbremse presst.

Stand der Technik

Aus der WO 99/05011 ist eine derartige Fahrzeugbremse bekannt, bei der ein Reibbelag mittels eines Bremskolbens durch Hydraulikdruck gegen eine Bremsscheibe gepreßt werden kann, um deren Drehung abzubremsen. Hierzu wird in üblicher Weise Hydraulikfluid unter Druck in eine Hydraulikkammer eingeleitet. Der Druck in der Hydraulikkammer führt dann zur Verschiebung des Bremskolbens und damit des Reibbelags in Richtung auf die Bremsscheibe. Damit diese bekannte Fahrzeugbremse nicht nur als Betriebsbremse, sondern auch als Feststellbremse - auch Parkbremse genannt - verwendet werden kann, weist sie eine von einem Elektromotor angetriebene Spindel/Mutter-Anordnung zum mechanischen Feststellen des Bremskolbens in einem Zustand auf, in dem sich der Reibbelag in Eingriff mit der Bremsscheibe befindet.

Bei einer derartigen Bremsanordnung besteht das Problem, dass bei einer Betätigung der Bremse die beim Zusammenwirken der Bremsscheibe mit den Reibbelägen entstehenden Kräfte auf den Bremskolben und die mit ihm verbundenen Bauteile übertragen werden. Dies führt zu Vibrationen und einer hohen Materialbeanspruchung und damit zu einem starken Verschleiß der Komponenten der Bremsanordnung.

Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanordnung bereitzustellen, bei der die vorstehend erläuterte Materialbeanspruchung und der Verschleiß der Komponenten der Bremsanordnung verringert sind.

Erfindungsgemäße Lösung

Zur Lösung dieses Problems ist eine Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben, der auf wenigstens einen Reibbelag wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben den Reibbelag gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied der Fahrzeugbremse presst, erfindungsgemäß derart weitergebildet, dass der Bremskolben einen ersten, dem Reibbelag zugewandten Abschnitt und einen zweiten, von dem Reibbelag abgewandten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt relativ zu dem zweiten Abschnitt bewegbar ist. Durch die Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Bremskolbenabschnitt wird die Übertragung der bei einer Bremsbetätigung auftretenden Kräfte und Vibrationen von dem ersten auf den zweiten Kolbenabschnitt vermieden oder zumindest verringert. Dies führt zu einer deutlich geringeren Beanspruchung und somit zu einem geringeren Verschleiß der Bauteile des Bremskolbens sowie der mit dem Kolben in Verbindung stehenden Komponenten der Bremsanordnung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse ist zumindest ein Teil des ersten Abschnitts des Bremskolbens relativ zu dem zweiten Abschnitt des Bremskolbens in einer Richtung im wesentlichen quer zu einer Achse des Bremskolbens bewegbar. Eine derartige Relativbewegung zwischen zumindest einem Teil des ersten Bremskolbenabschnitts und dem zweiten Bremskolbenabschnitt verhindert bzw. vermindert eine Übertragung der beim Zusammenwirken des Reibbelags mit der Bremsscheibe entstehenden Querkräfte auf den zweiten Kolbenabschnitt. Dadurch kann beispielsweise die Beanspruchung und der Verschleiß einer äußeren Kolbenwand und einer Führung des Kolbens deutlich verringert werden. Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse besteht des weiteren der große Vorteil, dass der Wirkungsgrad der Bremse erhöht wird, weil beim Zusammenwirken der Reibbeläge mit der Bremsscheibe entstehende Querkräfte nicht über den Bremskolben übertragen werden. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn es sich um eine elektromechanische Bremse (EMB) handelt, bei der die Rotationsbewegung eines Elektromotors mittels eines Mutter/Spindel-Getriebes in die Translationsbewegung des Bremskolbens umgesetzt wird. Da die Querkräfte eliminiert bzw. kompensiert werden, wird außerdem das Risiko eines Verklemmens des Mutter/Spindel-Getriebes zuverlässig gemindert, so dass die für eine Fahrzeugbremse sicherheitstechnisch wesentliche Eigenschaft der Selbstlösung im unbetätigten Zustand gewährleistet bleibt.

Der erste Abschnitt kann dazu eingerichtet sein, relativ zu dem zweiten Abschnitt eine Nickbewegung um die Kolbenachse auszuführen. Vorzugsweise erfolgt die Nickbewegung in einer vorbestimmten Richtung in Bezug auf die Kolbenachse. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse kann die Einleitung von Kräften und Vibrationen, die auftreten, wenn die bei einer Bremsbetätigung zusammenwirkenden Flächen der Bremsscheibe und des Reibbelags nicht exakt parallel zueinander ausgerichtet sind, in den zweiten Kolbenabschnitt verhindert oder zumindest verringert werden. Eine derartige Abweichung von der parallelen Ausrichtung kann z. B. aus einer ungleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge oder aus einer leichten Schrägstellung der Bremsscheibe relativ zu Achse des Bremskolbens resultieren.

Vorzugsweise ist in dem ersten Abschnitt des Bremskolbens ein Wälzlager angeordnet. Dadurch kann ein mit dem Reibbelag verbundenes Teil des ersten Kolbenabschnitts, das beispielsweise ein Teil eines Wälzlagergehäuses aber auch eine unmittelbar mit dem Reibbelag verbundene Trägerplatte sein kann, derart gelagert werden, dass es relativ zu dem zweiten Kolbenabschnitt in einer Richtung quer zur Kolbenachse bewegbar ist. Die bewegliche Lagerung über das Wälzlager ist insbesondere aufgrund der geringen Anlauf- und Lagerreibung vorteilhaft.

Das in dem ersten Abschnitt des Bremskolbens angeordnete Wälzlager ist vorzugsweise ein Nadellager. Das Nadellager zeichnet sich durch seine Unempfindlichkeit gegen stoßartige Belastungen sowie die aus dem geringen Durchmesser der Wälzkörper resultierende geringe Baugröße aus. Alternativ dazu kann das Wälzlager auch ein Tonnenlager oder ein Kugellager sein.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse umfasst das Wälzlager ein zweiteiliges Lagergehäuse. Ein dem Reibbelag zugewandtes und z. B. mit einer Trägerplatte für den Reibbelag verbundenes Gehäuseteil ist dann relativ zu dem zweiten Bremskolbenabschnitt im wesentlichen quer zur Kolbenachse bewegbar.

Ein von dem Reibbelag abgewandtes Gehäuseteil des Wälzlagergehäuses ist vorzugsweise als Gelenkkopf eines Gelenklagers ausgebildet. Der Gelenkkopf kann beispielsweise die Form einer Kugelkalotte aufweisen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse ist ein dem ersten Bremskolbenabschnitt benachbarter Endabschnitt des zweiten Bremskolbenabschnitts in Form einer Gelenkpfanne ausgebildet, in der der Gelenkkopf gleitend gelagert ist. Durch diese Anordnung wird auf einfache Art und Weise ermöglicht, dass der erste Bremskolbenabschnitt relativ zu dem zweiten Bremskolbenabschnitt Nickbewegungen um die Kolbenachse ausführen kann. Der Gelenkkopf und die Gelenkpfanne können beispielsweise aus Stahl bestehen. Die Gelenkpfanne und/oder der Gelenkkopf kann/können jedoch auch eine aus einem geeigneten Kunststoff bestehende Gleitfläche aufweisen. Der Endabschnitt des zweiten Bremskolbenabschnitts kann entweder einstückig mit dem verbleibenden Teil des zweiten Bremskolbenabschnitts ausgebildet sein oder damit z. B. über eine Presspassung oder dergleichen fest verbunden sein.

Vorzugsweise ist mindestens ein Verbindungselement zur beweglichen Verbindung des ersten Bremskolbenabschnitts mit dem zweiten Bremskolbenabschnitt vorhanden. Durch ein derartiges Verbindungselement können die maximalen Relativbewegungen der beiden Kolbenabschnitte in der gewünschten Weise festgelegt werden. Ein zu diesem Zweck geeignetes Verbindungselement weist beispielsweise einen U- förmigen Querschnitt auf, dessen Schenkel in Nuten gelagert sind, die an einem Außenumfang des ersten und des zweiten Kolbenabschnitts ausgebildet sind. Alternativ dazu können sich die Schenkel auch an dem ersten und dem zweiten Kolbenabschnitt ausgebildeten Vorsprüngen abstützen. Das Verbindungselement kann sich über zumindest einen Teil des Umfangs des ersten und des zweiten Bremskolbenabschnitts erstrecken. Es können jedoch auch mehrere Verbindungselemente um dem Umfang verteilt angeordnet sein.

Der erste Bremskolbenabschnitt und der Endabschnitt des zweiten Bremskolbenabschnitts können als separat handhabbare Unterbaugruppe ausgeführt sein. Die Unterbaugruppe kann dann vormontiert und anschließend, beispielsweise über eine Presspassung, mit dem verbleibenden Teil des zweiten Bremskolbenabschnitts verbunden werden.

Vorteilhafterweise bietet es sich an, die zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt auftretende Relativbewegung messtechnisch zu erfassen. Dies kann beispielsweise mittels eines Kraft- und/oder Wegsensors erfolgen.

Insbesondere dann, wenn die in Drehrichtung des Drehglieds auftretende Komponente der Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt erfasst wird, besteht der Vorteil, dass die Bremsumfangskraft und damit das an dem Drehglied erzeugte Bremsmoment bestimmt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse wird im folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichung

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse im Längsschnitt.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Die in Fig. 1 gezeigte und allgemein mit 10 bezeichnete Fahrzeugbremse ist in bekannter Weise als Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgebildet, die ein Gehäuse 12 mit einem im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Bremssattel 14 aufweist. Der Schwimmsattel 14 übergreift eine Bremsscheibe 16, die drehfest mit einem lediglich teilweise gezeigten Achsstummel 18 verbunden ist. Zwei jeweils auf einer Trägerplatte 20, 20' in (nicht weiter veranschaulichten) Führungen aufgenommene Reibbeläge 22, 22' sind auf beiden Seiten der durch den Bremssattel 14 übergriffenen Bremsscheibe 16 angeordnet und wirken bei einer Betätigung der Bremse mit jeweils einer Seitenfläche 16', 16" der Bremsscheibe 16 zusammen.
In dem Gehäuse 12 befindet sich eine Hydraulikkammer 24, in der ein Bremskolben 26 abdichtend und entlang seiner Mittellängsachse A verschieblich aufgenommen ist. Die Hydraulikkammer 24 steht zur Versorgung mit Hydraulikfluid mit einer hier nicht dargestellten Bremsdruckgebereinheit, beispielsweise einer über ein Bremspedal betätigbaren Bremskraftverstärker/Hauptzylindereinheit, in Verbindung. Bei einer Betätigung der Bremsdruckgebereinheit wird das Hydraulikfluid in der Hydraulikkammer 24 unter Druck gesetzt, so dass sich der Bremskoben 26 entlang der Achse A nach links verschiebt, um die Reibbeläge 22, 22' mit den Seitenfläche 16', 16" der Bremsscheibe 16 in Eingriff zu bringen. Da es sich bei der gezeigten Ausführungsform um eine Schwimmsattelanordnung handelt, wird der Reibbelag 22 direkt durch die Verschiebung des Bremskolbens 26 und der andere Reibbelag 22' durch die Wirkung einer vom Bremssattel 14 aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe 16 in Reibungseingriff gebracht. Wird die Betätigung der Bremsdruckgebereinheit beendet, kann Hydraulikfluid aus der Hydraulikkammer 24 wieder zurück in Richtung der Bremsdruckgebereinheit strömen, so dass sich der Bremskolben 26entlang der Achse A zurückverschiebt, um die Reibbeläge 22, 22' außer Eingriff mit der Bremsscheibe 16 zu bringen.
Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform der Fahrzeugbremse wird der Bremskolben nicht hydraulisch sondern mittels eines Elektromotors betätigt. Der Elektromotor weist einen fest angeordneten Stator und einen darin umlaufenden Rotor auf. Im Innern des Rotors ist eine Innenverzahnung angeordnet, die eine Drehung des Rotors auf einen Kranz mit einer Außenverzahnung übertragen kann, der drehfest auf dem Bremskolben angeordnet ist. Dadurch kann die Drehbewegung des Elektromotors in eine Längsbewegung des Bremskolbens umgesetzt werden.
Bei einer dritten, ebenfalls nicht veranschaulichten Ausführungsform der Fahrzeugbremse ist der Bremskolben, wie oben beschrieben, hydraulisch betätigbar. Zusätzlich ist in dem als Hohlkolben ausgeführten Bremskolben eine von einem Elektromotor angetriebene Spindel/Mutter-Anordnung angeordnet, die eine koaxial zu Kolbenachse angeordnete Spindel mit einem Außengewinde und eine im wesentlichen hülsenförmige Mutter aufweist, welche mit einem zu dem Außengewinde passenden Innengewinde versehen ist. Die Spindel/Mutteranordnung dient dazu, eine Drehbewegung der Spindel in eine Translationsbewegung der Mutter umzusetzen. Eine Drehung der Spindel bewirkt durch das Herausschrauben der Mutter eine Verlängerung der Spindel/Mutteranordnung, so dass die Mutter in Anlage an einen Boden des Bremskolben gelangt und den Bremskolben verschiebt. Dadurch werden die Reibbeläge gegen die Seitenflächen der Bremsscheibe gepreßt. Ist dieser Zustand erreicht, kann der Elektromotor abgestellt werden, da die Gewindepaarung der Spindel/Mutteranordnung selbsthemmend ist und die erreichte Stellung der Spindel/Mutteranordnung auch nach dem Abschalten des Elektromotors erhalten bleibt. Somit weist diese Ausführungsform der Fahrzeugbremse neben der hydraulischen Betriebsbremsfunktion auch eine Feststellbremsfunktion auf.
Der Bremskolben 26 weist einen dem Reibbelag 22 zugewandten, ersten Abschnitt 28 und einen von dem Reibbelag 22 abgewandten, zweiten Abschnitt 30 auf. Der erste Abschnitt 28 umfasst eine mit der Trägerplatte 20 des Reibbelags 22 fest verbundene Abdeckung 32, die über ein Nadellager 34 auf einem von dem Reibbelag 22 abgewandten Gehäuseteil 36 gelagert ist. Die Abdeckung 32 und das von dem Reibbelag 22 abgewandte Gehäuseteil 36 bilden somit ein zweiteiliges Lagerhäuse des Nadellagers 34. Durch diese Anordnung ist die Abdeckung 32 relativ zu dem zweiten Bremskolbenabschnitt 30 in einer Richtung im wesentlichen quer zur Kolbenachse A bewegbar. Dadurch wird die Übertragung von Querkräften, die auftreten, wenn die Reibbeläge 22, 22' gegen die Bremsscheibe 16 gepresst werden, auf den zweiten Bremskolbenabschnitt 30 verhindert oder zumindest verringert.
Das Gehäuseteil 36 weist die Form einer Kugelkalotte auf und ist gleitend auf einem Endabschnitt 38 des zweiten Bremskolbenabschnitts 30 gelagert, wobei der Endabschnitt 38 über eine Presspassung fest mit einem verbleibenden Teil 39 des Kolbens 26 verbunden ist. Das Gehäuseteil 36 und der Endabschnitt 38 bilden somit ein aus einem Gelenkkopf und einer Gelenkpfanne bestehendes Gelenklager, so dass der erste Kolbenabschnitt 28 relativ zu dem zweiten Kolbenabschnitt 30 eine Nickbewegung um die Kolbenachse A ausführen kann. Dadurch wird die Einleitung von Kräften und Vibrationen, die auftreten, wenn die bei einer Bremsbetätigung zusammenwirkenden Flächen 16', 16" der Bremsscheibe 16 und die Reibbeläge 20, 20' nicht exakt parallel zueinander ausgerichtet sind, in den zweiten Kolbenabschnitt 30 verhindert oder zumindest verringert.
Der erste Bremskolbenabschnitt 28 und der zweite Bremskolbenabschnitt 30 sind mittels eines Verbindungselements 40 miteinander verbunden, wobei das Verbindungselement 40 einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist. Ein Schenkel des Verbindungselements 40 ist in einer am Außenumfang der Abdeckung 32 ausgebildeten Nut 42 gelagert, während sich der andere Schenkel an einem an dem Endabschnitt 38 ausgebildeten Vorsprung 44 abstützt. Zur Abdichtung der Anordnung und zum Schutz vor Verschmutzung ist ein Dichtelement 46 vorhanden. Das Dichtelement 46 ist ebenfalls in der Nut 42 sowie in einer an einem Innenumfang des Gehäuses 12 ausgebildeten zweiten Nut 48 befestigt.

Claims

1. Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben (26), der auf wenigstens einen Reibbelag (22, 22') wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben (26) den Reibbelag (22, 22') gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied (16) der Fahrzeugbremse presst, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskolben einen ersten, dem Reibbelag (22) zugewandten Abschnitt (28) und einen zweiten, von dem Reibbelag (22) abgewandten Abschnitt (30) aufweist, wobei der erste Abschnitt (28) relativ zu dem zweiten Abschnitt (30) bewegbar ist.

2. Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (32) des ersten Abschnitts (28)des Bremskolbens (26) relativ zu dem zweiten Abschnitt (30) des Bremskolbens (26) in einer Richtung im wesentlichen quer zu einer Achse (A) des Bremskolbens (26) bewegbar ist.

3. Fahrzeugbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (28) dazu eingerichtet ist, relativ zu dem zweiten Abschnitt (30) eine Nickbewegung um die Kolbenachse (A) auszuführen.

4. Fahrzeugbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickbewegung in einer vorbestimmten Richtung in Bezug auf die Kolbenachse (A) erfolgt.

5. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Abschnitt (28) des Bremskolbens (26) ein Wälzlager angeordnet ist.

6. Fahrzeugbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Nadellager (34) oder ein Tonnenlager oder ein Kugellager ist.

7. Fahrzeugbremse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein zweiteiliges Lagergehäuse (32, 36) umfasst.

8. Fahrzeugbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Reibbelag (22, 22') abgewandtes Gehäuseteil (36) des Wälzlagergehäuses als Gelenkkopf eines Gelenklagers ausgebildet ist.

9. Fahrzeugbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkopf in Form einer Kugelkalotte ausgebildet ist.

10. Fahrzeugbremse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem ersten Bremskolbenabschnitt (28) benachbarter Endabschnitt (38) des zweiten Bremskolbenabschnitts (30) in Form einer Gelenkpfanne ausgebildet ist, in der der Gelenkkopf gleitend gelagert ist.

11. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (40) zur beweglichen Verbindung des ersten Bremskolbenabschnitts (28) mit dem zweiten Bremskolbenabschnitt (30) vorhanden ist.

12. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (28, 30) auftretende Relativbewegung messtechnisch erfasst wird.

13. Fahrzeugbremse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die in Drehrichtung des Drehglieds (16) auftretende Komponente der Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (28, 30) erfasst wird.

14. Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bremskolbenabschnitt (28) und der Endabschnitt (38) des zweiten Bremskolbenabschnitts (30) als separat handhabbare Unterbaugruppe ausgeführt sind.