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WO2025021309A1 - Elektromechanische bremsvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Elektromechanische bremsvorrichtung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Publication number
WO2025021309A1
WO2025021309A1 PCT/EP2023/079670 EP2023079670W WO2025021309A1 WO 2025021309 A1 WO2025021309 A1 WO 2025021309A1 EP 2023079670 W EP2023079670 W EP 2023079670W WO 2025021309 A1 WO2025021309 A1 WO 2025021309A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
braking
plug
drive
brake
braking device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2023/079670
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Levente CSENKI
Dénes KOVÁCS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of WO2025021309A1 publication Critical patent/WO2025021309A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes

Definitions

  • Electromechanical braking device for a motor vehicle
  • the invention relates to an electromechanical braking device for a motor vehicle, comprising an actuating device which has at least one electric motor and to which a braking part is operatively connected, which can be adjusted along an adjustment direction and brought into braking engagement with a counter-braking part, wherein the motor can be controlled by an electrical control unit.
  • Such a braking device of a motor vehicle is designed as a friction brake, in which a braking part supported on the chassis and fixed relative to the rotation of the wheel to be braked can be brought into braking engagement by means of an adjusting device with a counter-braking part which rotates with the wheel.
  • an adjusting device with a counter-braking part which rotates with the wheel.
  • a frictional contact is generated between the braking part and the counter-braking part, the so-called braking contact, whereby the braking torque generated by friction is greater the higher the adjusting force exerted by the adjusting device in the adjustment direction.
  • a common design is the known disk brake, in which the counter-braking part is formed by a brake disk rotating with the wheel, which is axially gripped on both sides by a brake caliper.
  • a brake part usually a brake pad, can be adjusted in an axial adjustment direction and thereby brought into frictional contact with an axial side of the brake disk, whereby the brake disk is frictionally clamped in the braking engagement between the adjusted brake part and another brake part axially opposite supported on the brake caliper.
  • An actuator has at least one electric motor that can be controlled by an electric control unit to generate a braking intervention.
  • an electric control unit to control the motors of all braking devices that are assigned to the individual wheels to be braked by a central control unit of the motor vehicle.
  • this enables manual and automated braking processes to be carried out, whereby manual inputs and the current parameters dependent on the operating and driving situation can be taken into account in accordance with predetermined braking algorithms.
  • the windings of the motors of all actuators are supplied with current from the control unit via electrical supply lines that run from the braking devices to the control unit.
  • the relatively long cable lengths required can increase the susceptibility to faults.
  • a relatively high level of additional effort is required, for example as mentioned in the above-mentioned prior art through redundant design, control and monitoring devices or the like.
  • an electromechanical braking device for a motor vehicle, comprising an actuating device which has at least one electric motor and to which a braking part is operatively connected, which can be adjusted along an adjustment direction and brought into braking engagement with a counter-braking part, wherein the motor can be controlled by an electrical control unit, it is provided according to the invention that the actuating device and the control unit are designed to be integrated with the braking device.
  • a braking device has at least one electrical control unit and an electrical brake actuator connected to it with at least one actuating device.
  • This is assigned to a wheel to be braked, which has a co-rotating counter-braking part, for example a brake disk.
  • the friction surfaces of the brake disk can preferably be encompassed in a manner known per se by a brake caliper of the braking device which is fixed relative to the rotation of the wheel, which carries the actuating device and on which the braking part is supported to absorb the reaction force occurring during braking intervention.
  • the braking surfaces on the braking and counter-braking parts preferably extend parallel to a braking surface plane or braking plane for short, which extends normal or perpendicular to the adjustment direction.
  • the control unit can preferably have a power supply for the motor and an electrical control circuit, which can be connected to the electrical control system of the motor vehicle for electrically controlling the brake, preferably via a bidirectional interface with a bus system of the vehicle control.
  • the control unit can have electrical inputs and/or outputs, for example for connecting sensors for detecting the wheel position and/or wheel speed, the position of the braking part, for detecting wear, and/or other parameters such as the operating temperature or the like.
  • the measured values recorded by the sensors can be evaluated in the control unit and transmitted to the motor vehicle control system as measured data via the outputs.
  • control unit it is possible for the control unit to control the actuating unit directly, independently of the central motor vehicle control system, for example to set an optimal width of the air gap, to implement an individual wheel anti-lock control system or the like. This makes it possible to implement advantageous decentralized control of operating functions.
  • the electrical control unit and the electro-mechanical actuating device can be combined to form an integrated unit.
  • the electrical control unit can be connected to a brake calliper, which also carries all electromechanical functional parts. This makes it possible to provide a brake unit as a particularly compact unit.
  • a major advantage is that it can be easily installed in the limited space available in the area of the wheel suspension, so that a conventional hydraulic brake caliper can be replaced by an electromechanical braking device essentially without any design changes.
  • control unit can be installed in close proximity to the motor, allowing short electrical supply and control lines to be implemented, which is advantageous for interference-free operation.
  • decentralized safety functions assigned to each brakeable wheel which can be activated independently of the central vehicle control system. For example, if overheating is detected, which may indicate a malfunction, the assigned control unit can activate local emergency operation for the wheel in question. In this way, an increased level of safety can be achieved, even if there is a disruption in communication with the central vehicle control.
  • control unit is arranged in a control housing.
  • the control housing can be structurally integrated with the braking device, for example it can be fixed to the actuating device or the brake calliper.
  • the control housing can preferably be hermetically sealed, with the actual electrical control circuit being housed in a protected manner inside and the electrical control and supply lines connected to it being sealed and leading to the outside.
  • control unit has a control board.
  • the control board comprises a flat printed circuit board made of an insulating material on which electrical components of the control unit are arranged and electrically connected. This makes it possible to achieve a compact and robust structure.
  • the control board can be easily adapted to the available installation space in terms of shape and dimensions, so that it can be accommodated in a control housing, for example.
  • control board is arranged perpendicular to the adjustment direction.
  • the control board can be designed in a flat plate shape, for example by being built on a preferably flat circuit board. It can extend essentially normally, i.e. perpendicular to the adjustment direction, whereby the surface normal can have an angular deviation of +/- 15° to the adjustment direction.
  • the normal arrangement relative to the adjustment direction implies that the control board is arranged essentially parallel to the braking plane, i.e. parallel to the braking surfaces of the braking element and the counter-braking element, for example parallel to the annular axial braking surfaces of a brake disk.
  • the control unit has an electrical plug device with at least one plug connection.
  • the plug connection serves to electrically connect the braking device to the control system of the motor vehicle. It is designed to be connected to a corresponding electrical plug (connector), which in turn is connected to the supply or control lines.
  • a plug connection has a defined insertion direction in which it can be inserted to generate a electrically conductive contact must be inserted into a corresponding plug connection. The advantage is that the plug connectors allow for easy, installation-friendly connection of the braking device to the vehicle electrical system.
  • the plug device prefferably has a plurality of plug connections.
  • one or more connections can be provided for connection to the power supply and to control lines of the bus system (data line).
  • two of the plug connections each have one or more connections for the voltage supply.
  • one of the plug connections is assigned to the first servomotor and another of the plug connections is assigned to the second servomotor.
  • the two plug connections for the servo motors have geometric distinguishing features from one another so that mixing them up when making contact with the vehicle assembly can be excluded (Poka Yoke).
  • the plug connections have an insertion direction perpendicular to the adjustment direction.
  • the insertion direction refers to the spatial direction in which an electrical plug (connector) must be moved in order to be brought into contact with a corresponding plug connection.
  • the insertion direction is aligned parallel to the braking surface.
  • plug connections it is possible for the plug connections to be aligned at an angle relative to each other with regard to their respective insertion direction. This enables a space-saving and assembly-friendly arrangement.
  • the practical implementation of the above-mentioned design can be achieved, for example, by arranging the plug connections in a Y-shaped, T-shaped, cross-shaped or star-shaped manner with respect to their respective insertion direction.
  • the plug connections directions of adjacent plug connections at an angle of at least 90° to each other. This allows an easily accessible, assembly-friendly arrangement to be realized.
  • the plug device has a one-piece carrier body (plug body).
  • One or more plug connections can be formed on the carrier body, also referred to as the plug body, which are adapted to receive corresponding plugs.
  • the multiple plug connections can preferably be individualized in such a way that there is a clear assignment to the corresponding plugs of the motor vehicle control lines, according to the known "poka-yoke" design principle.
  • the carrier body preferably has an insulating material, or is formed as a whole from such. It can be made from a plastic, for example as an injection-molded part made of a thermoplastic polymer, preferably as a one-piece part.
  • the electrical connection is made via electrical conductor elements that run through the carrier body and can be connected to the control circuit at one end, and can have contact pins or the like at their other end, which are arranged in the area of the plug connection(s) so that they can be connected to an inserted plug.
  • the conductor elements can comprise metallic wires, rails or the like, which can be arranged in the carrier body in a non-detachable and sealed manner, for example by encapsulating them with plastic using the injection molding process.
  • the plug-in direction of the connectors is aligned parallel to a control board. This enables the control unit to have an advantageously low installation height while still allowing good accessibility to the connector.
  • the plug device can be fixed to a control board.
  • a control board For example, it is possible for a carrier body of the plug device to be permanently connected to a circuit board, for example by welding, riveting, gluing or the like. This allows the electrical connections between the plug and the control circuit to be effectively protected against mechanical stress.
  • the braking device comprises an adjusting device and a braking part connected thereto, which can be adjusted by the adjusting device along an axis, ie in an adjustment direction, and can be brought into braking engagement with a counter-braking part, wherein the adjusting device comprises a first actuating drive and a second actuating drive coupled in series therewith.
  • Actuator wherein the first actuator has a first drive wheel that can be driven in rotation, and the second actuator has a second drive wheel that can be driven in rotation and is coaxial with the first drive wheel, wherein a clutch device is arranged between the first drive wheel and the second drive wheel.
  • the clutch device is designed as a friction clutch with a friction element that can be frictionally connected to a counter friction element in the clutch engagement.
  • first and second drive wheels are referred to together as the two drive wheels or simply as the drive wheels.
  • the drive wheels can be designed as a gear wheel, for example as a spur gear, or as a belt or toothed belt wheel or worm wheel, so that generally a gear wheel is provided via which a drive torque from an electric actuator can be coupled into the actuator.
  • a friction clutch can be implemented between the drive wheels.
  • This comprises a friction element which is connected to one of the drive wheels in a torque-locking manner, and a corresponding counter-friction element which is connected to the other drive wheel in a torque-locking manner.
  • the friction element can be brought into frictional coupling engagement with the counter-friction element in any relative angular position.
  • a purely force-locking coupling is implemented, in contrast to the positive locking connection in the prior art.
  • the relative position of the drive wheels to one another can be continuously specified, in contrast to the discrete locking steps in the prior art. Accordingly, a uniform, continuous adjustment of the second actuating drive relative to the first actuating drive is possible, and a continuous adjustment of the air gap can take place.
  • An advantage over a locking coupling described in the prior art is that essentially no axial relative movement is required between the coupling elements in coupling engagement to actuate and release the coupling device, for example between the drive wheels or the locking elements, which must necessarily be movable relative to one another to generate and release the lockable positive connection.
  • the pure frictional connection between the friction and counter-friction elements according to the invention can simply be predetermined by the applied axial actuating force, whereby the friction and counter-friction elements do not have to be moved axially relative to one another. This enables a simpler and more reliable structural design of the clutch device.
  • the friction clutch has a defined, predeterminable clutch torque.
  • the clutch torque indicates the maximum differential torque that can be transmitted force-lockingly between the friction element and the counter-friction element through the frictional engagement in the clutch engagement. If the clutch torque is exceeded, the clutch device slips, so that the two drive wheels are rotated relative to each other.
  • the friction clutch according to the invention slips continuously in a sliding manner, so that an improved, uniform readjustment of the air gap is possible.
  • no axial evasive movements of locking elements, as with the known locking clutch have to be taken into account and absorbed in the design.
  • the friction element and the counter friction element are arranged coaxially.
  • the coaxial arrangement corresponds to the coaxial arrangement of the drive wheels.
  • the friction element and the counter friction element can be arranged in a simple and compact design in the area of the axially opposing front sides of the drive wheels. Due to the generation of the pure frictional connection of the clutch as described above, no moving parts are required, as is the case with the locking clutch in the prior art.
  • the friction element and the counter friction element are conical.
  • the friction element can have a conical section that converges at least in sections in the axial adjustment direction and has a conical friction surface, which can be designed as an outer cone or inner cone, and which has a corresponding conical section on the counter friction element, which is designed in the opposite direction as an inner cone or outer cone and has a conical counter friction surface.
  • the outer cone dips into the inner cone, whereby the conical friction and counter friction surfaces are loaded against each other in a frictionally locked manner by an axial actuating force of the clutch.
  • the cone enables a force transmission of the axially acting actuating force of the clutch into the normal force acting between the conical friction surfaces in the frictional contact. This means that a relatively small axial actuating force can be converted into a larger normal force in the frictional contact by means of a flatter gradient, meaning that a high clutch torque can be achieved even with a relatively small axial actuating force of the clutch.
  • the friction element and the counter friction element are designed to be planar.
  • the friction surfaces corresponding to one another are designed at least in sections as flat axial surfaces, similar to a disk clutch. This enables a space-saving arrangement, in particular if only a relatively small clutch torque is to be achieved.
  • the friction element and the counter friction element are prestressed against each other.
  • the friction element and the counter friction element are preferably prestressed against each other elastically or resiliently.
  • the friction and counter friction surfaces are pressed against each other with a predetermined axial prestressing force in frictional engagement.
  • An elastic prestressing element for example a spring element or the like, can preferably be provided to generate the prestressing force.
  • the clutch torque of the friction clutch is determined by the actuating force acting perpendicular to the frictional contact, i.e. the force applied axially between the friction and counter friction elements, whereby the clutch torque is greater the greater the prestressing force.
  • the prestressing force exerted can simply be specified and adjusted by the spring constant and the compression of the spring.
  • the aforementioned embodiment can be advantageously implemented in that the friction element and/or the counter friction element is axially displaceable and supported against the first drive wheel or the second drive wheel via an axially effective spring element.
  • the friction element or the counter friction element are connected to the one drive wheel in a torque-locking and axially displaceable manner, for example via radially protruding drivers that produce a positive connection effective in the circumferential direction.
  • the spring element axially clamped between the friction element or the counter friction element and the one drive wheel which is preferably designed as an axially effective compression spring, ensures that the friction or counter friction element is axially pre-tensioned against the corresponding counter friction or friction element axially supported on the other drive wheel, i.e.
  • the friction element and/or the counter-friction element are arranged in the first drive wheel or the second drive wheel.
  • the friction element and/or the counter-friction element can be arranged in the first drive wheel or the second drive wheel.
  • the drive wheel of the first actuator can have a conical friction element that axially engages in a counter-friction element designed as an inner cone, which is arranged at least partially within the second drive wheel.
  • a particularly compact design can be achieved - especially in the last-mentioned embodiment - by arranging the drive wheels within the axial extension of the actuators, i.e. not being mounted axially protruding on one side.
  • the friction element and/or the counter friction element have a friction lining.
  • the friction and counter friction elements preferably have a metallic base body, for example made of steel.
  • a coating or lining can preferably be applied to create a friction pairing with a defined friction force, for example made of sintered, metal and/or ceramic friction materials, composite materials or the like. This can ensure a defined, reproducible clutch torque.
  • an actuator has a spindle drive.
  • a threaded spindle engages in a spindle nut in a manner known per se, and a relative rotating drive via a drive wheel connected to the threaded spindle or the spindle nut. It is possible for the spindle nut to form the drive-side drive element of the actuator, and the threaded spindle to form the output-side output element that is linearly adjustable relative to it, or vice versa.
  • an actuator it is possible for an actuator to have a ball ramp arrangement, wedge disk arrangement, or a tilting pin arrangement.
  • a ball ramp arrangement also referred to as a ramp bearing
  • the drive and driven elements preferably have cam disks with raceways or ramps inclined against the axis, between which balls that roll in the circumferential direction are arranged.
  • a relative rotation leads to the output element being axially displaced relative to the drive element due to the ball rolling on the ramps.
  • tilting pin arrangement known per se, tilting pins are arranged between the drive and output elements and are each supported in the circumferential direction in such a way that during a relative rotation they are inclined more or less towards the axis depending on the direction of rotation, whereby the distance between the drive and output elements can also be adjusted.
  • two similarly acting actuators can be combined as first and second actuators, for example two spindle drives. It is also possible to combine two different designs, for example a ball ramp arrangement as the first actuator and a spindle drive as the second actuator for adjusting the air gap.
  • the respective characteristic properties of each design can be optimally utilized. For example, with a ball ramp arrangement, a non-linear adjustment characteristic can be realized with little effort, and/or at least partially self-locking properties, and/or a defined dead center or extended position that enables a defined adjustment path.
  • the realization of the positive properties mentioned can at least partially require a precise specification of the air gap, which is not possible with the locking clutch in the prior art, but can be easily realized using the friction clutch according to the invention.
  • an electromechanical braking device which has an actuating device comprising a first actuating drive and an actuating drive coupled in series therewith, and which acts on a braking part which can be brought into braking engagement with a counter-braking part in the direction of an axis
  • the first actuating drive has a first drive wheel which can be driven in rotation and to which a first drive torque can be applied for actuation
  • the second actuating drive has a second drive wheel which can be driven in rotation and is coaxial with the first drive wheel and to which a second drive torque can be applied for actuation
  • a clutch device is arranged between the first drive wheel and the second drive wheel, it can be provided that the clutch device is designed as a friction clutch and has a predeterminable clutch torque, when exceeded, the first drive wheel slips relative to the second drive wheel, wherein to actuate the first actuating drive, the first drive wheel and the second drive wheel are driven synchronously so that the second actuating drive remains unactuated, and
  • an actuating torque can be coupled into the first drive wheel by means of a first electric actuator motor, and correspondingly the second actuator can be driven by a second electric actuator motor.
  • the first and second drive wheels rotate synchronously. This can be achieved by driving the first and second drive wheels with synchronized drive torques by the first and second actuators.
  • the second drive wheel can also be driven synchronously by the clutch device when the first drive wheel is driven, as long as the transmitted drive torque remains below the clutch torque.
  • the second actuator remains unactuated and rotates freely as a whole together with the braking element.
  • the clutch device can slip continuously and smoothly when the clutch torque is exceeded to adjust the air gap.
  • This can be achieved, for example, by fixing the drive wheel of the first actuator, for example by a brake or a corresponding control of the first drive motor, while the second drive motor applies a second drive torque to the second drive wheel that is greater than the clutch torque.
  • This causes the second drive wheel to rotate relative to the first drive wheel, and by operating the second actuator, the air gap can be adjusted continuously and sensitively, so that continuously advancing wear of the brake element or brake pad can be optimally compensated.
  • first drive wheel and the second drive wheel prefferably be torque-locked by the friction clutch to generate a synchronous drive.
  • the two drive wheels do not need to be driven synchronously by the servomotors. Any torque differences can be compensated within specified tolerances. It can advantageously be provided that a higher clutch torque is specified when the first actuator is actuated than when the second actuator is actuated.
  • the first actuator is actuated by synchronous driving of the first and second drive wheels.
  • the friction element and the counter-friction element are preloaded against each other by the spring force of the spring element, and in addition the adjusting force of the first actuator acts in opposition to the spring force. This results in a relatively high clutch torque.
  • the spring force alone acts, so that a lower clutch torque is set. This makes adjusting the air gap easier.
  • the first actuator can preferably form a braking drive according to the function specified above, and the second actuator can accordingly form an adjusting drive.
  • Figure 1 shows a braking device according to the invention in a schematic perspective view
  • Figure 2 is a side view of the braking device according to Figure 1,
  • Figure 3 shows the adjusting device according to the invention of the braking device according to Figure 1 in a schematic perspective view
  • Figure 4 shows a section Q-Q through the braking device according to Figure 1
  • Figure 5 shows the first actuator of the braking device according to Figure 1 in a schematic perspective view
  • Figure 6 is an enlarged detailed view of the adjusting device from Figure 4
  • Figure 7 is a schematic perspective view of a control unit according to the invention
  • FIG. 8 is another view of the control unit according to Figure 6,
  • FIG. 9 is an isolated, enlarged perspective detail view of the plug device of the control unit according to the invention.
  • Figure 10 is a schematic cut-out view of a conductor arrangement of the plug device according to Figure 9.
  • Figure 1 shows a braking device according to the invention as a whole, which is designed as a disc brake.
  • This comprises a brake disc 2, which forms a counter-brake part in the sense of the invention and is connected to a vehicle wheel (not shown here) that can rotate about a wheel axis R.
  • a brake calliper 3 surrounds the two axial end faces of the brake disc 2.
  • the brake disc 2 is designed here as a non-ventilated brake disc made of solid material. Alternatively, it can also be designed as an internally ventilated brake disc.
  • An electric brake actuator 4 according to the invention is attached to the brake caliper 3, which is shown in Figure 3 in a separate, isolated schematic perspective view and is explained in detail in Figures 4 to 6.
  • the brake actuator 4 comprises an adjusting device 5 which extends axially in the direction of an axis A which is parallel to the wheel axis R and indicates the adjustment direction V of the adjusting device 5.
  • the brake disc 2 is arranged axially between two brake pads 31 and 32.
  • One brake pad 31 is firmly supported on the brake calliper 3 on the side facing away from the brake actuator 4.
  • the other brake pad 32 which forms a braking part in the sense of the invention, is attached to the adjusting device 5 and can be adjusted by the latter in the axial adjustment direction V given by the axis A to produce the braking engagement on the brake disc 2, as indicated by the arrow in Figure 4.
  • the actuating device 5 comprises a first actuating drive 6, which has a ramp bearing, and a second actuating drive 7, which is coupled axially (with respect to the axis A) in series with the first actuating drive and has a spindle drive.
  • the first actuator 6, which in the example shown is designed as a ramp bearing, comprises a drive-side cam disk 61 supported axially and in a rotationally fixed manner on the brake actuator 4 and a driven-side cam disk 62.
  • Balls 63 are arranged between the cam disks 61 and 62.
  • the cam disks 61 and 62 have ramp-like tracks 64 that are axially opposite one another and lie obliquely to the axis A, between which balls 63 can roll.
  • the brake pad 32 can be brought into braking engagement by actuating the first actuator 6, as shown in Figure 4.
  • the cam disk 62 is connected to a coaxial gear 65, which is designed as a spur gear and forms a drive wheel in the sense of the invention.
  • the gear 65 is in gear engagement with a first electric actuator 41. This enables the rotating drive of the cam disk 62 and thus an actuation of the first actuator 6.
  • the threaded spindle 71 is connected via a hub part 74 to a coaxial gear 75, which is axially fixed and rotatably mounted in the brake actuator 4.
  • the threaded spindle is coupled to the gear 75 in a torque-locking but axially displaceable manner via drivers 73, which can have, for example, radially projecting projections or teeth that engage axially displaceably in axial slots of the hub part 74.
  • the gear 75 can be designed as a spur gear like the gear 65 and is arranged coaxially adjacent to it. This gear 75 is in gear engagement with a second electric servomotor 42. This enables the rotating drive of the threaded spindle 71 and thus an actuation of the second actuator 7.
  • the threaded spindle 71 is connected axially to a pressure piece 44 via a thrust bearing 43, for example an axial roller bearing as shown, to which the displaceable brake pad 32 is attached, as can be seen in Figure 4.
  • the pressure piece 44 can also be referred to as a piston.
  • the clutch device according to the invention has a friction element 8, which is directed as a coaxial, conical extension from the cam disk 62 towards the second actuator 7.
  • the conical extension has a conical friction surface 81 arranged on the outside on an outer cone.
  • the friction element 81 can preferably be formed in one piece with the cam disk 62 / spindle nut 72.
  • the friction element 8 is frictionally coupled to a counter friction element 9.
  • the conical projection axially penetrates into a corresponding conical opening of the counter friction element 9, which has a conical friction surface 91 arranged in an inner cone.
  • the friction surface 81 and the counter friction surface 91 rest against each other in a frictionally engaged manner, as can be clearly seen in Figure 6.
  • the counter friction element 9 is coupled to the gear 75 in a torque-locking but axially displaceable manner via drivers 92 which engage in corresponding slots 76 in the hub part 74 or the gear 75 in an axially displaceable manner.
  • a spring element 93 is arranged between the gear wheel 75 or the hub part 74 connected thereto and the counter friction element 9. The axially effective spring force of this spring element elastically braces the counter friction element 9 against the friction element 8. This generates a defined clutch torque of the friction clutch according to the invention formed by the friction element 8 and the counter friction element 9.
  • the second embodiment shown in the same view as in Figure 6 differs in the design and arrangement of the friction surface 81 and the counter friction surface 91, which are both designed as flat axial surfaces, in contrast to the conical surfaces of the first embodiment according to the first embodiment shown in Figures 4 and 6.
  • the functionality is essentially identical, and therefore the same reference numerals are used.
  • the gears 65 and 75 are rotated synchronously so that the first actuator 6 executes a working stroke in the adjustment direction V so that the brake pad 32 passes through the air gap L and comes into braking engagement with the brake disk 2.
  • the synchronous drive of the gears 65 and 75 can be achieved by synchronizing the drive speeds of the actuator motors 41 and 42, or by driving only one of the actuator motors 41 or 42, while the other actuator motor 42 or 41 runs idle.
  • the frictional clutch engagement between the friction element 8 and the counter friction element 9 then ensures a synchronous rotation of the gears 65 and 75.
  • the gear 65 is fixed or blocked, for example by appropriately controlling the first servomotor 41.
  • the second servomotor 42 rotates the gear 75 relative to the gear 65, whereby the friction clutch continuously slips.
  • the second actuator 7 is adjusted evenly accordingly, whereby the width of the air gap L can also be continuously adjusted and adapted, for example to compensate for wear on the brake pad 32.
  • the braking devices shown in Figures 1 to 7 are designed as floating caliper brakes, also referred to as floating caliper brakes.
  • the brake pad 32 is pressed against the brake disc 2 by the pressure piece 44, and the brake pad 31 is pressed against the brake disc 2 by the brake caliper 3, which can be moved relative to the brake disc 2 in the direction of the axis A.
  • the solution according to the invention can also be used with a fixed caliper brake.
  • the first actuator 6 forms a braking drive or working drive in the sense of the method according to the invention
  • the second actuator 7 correspondingly forms an adjusting drive.
  • the brake actuator 4 has an integrated control unit 100. This is arranged in a control housing 101, which is connected to the brake caliper 3.
  • control housing 101 is shown separately, in a perspective view oblique to the axis A.
  • the electrical control circuit of the control unit 100 is constructed on a circuit board 102 which is enclosed in the control housing 101 and is shown separately in Figure 8 in a schematic perspective view.
  • the plate 102 is flat and extends normal to the axis A or to the adjustment direction V. It thus extends parallel to a braking plane which is parallel to the end faces of the brake disc 2.
  • an electrical connector device 103 is mounted on the circuit board 102.
  • This has three plug connections 104.
  • Each plug connection 104 has a defined insertion direction E, in which a corresponding electrical plug (connector) (not shown here) of a control or supply line of the motor vehicle electrical system or bus system must be inserted into a corresponding plug connection in order to create an electrically conductive contact engagement.
  • the insertion direction E is indicated in each case with an arrow.
  • the insertion directions E of all plug connections 104 run parallel to the surface extension of the circuit board 102, and thus perpendicular to the axis A.
  • the plug connections 104 are arranged in a T-shape, as can be clearly seen in Figure 7, with the insertion directions E being at an angle of at least 90° to one another.
  • Two of the plug connections 104 preferably have both conductor elements 107 for supplying voltage to the servomotors 41, 42 and conductor elements 107 for data transmission.
  • the third plug connection preferably only has conductor elements 107 for data transmission.
  • the data transmission can be, for example, a signal for the rotor position of the servomotors 41, 42 or a value determined therefrom by the control unit, such as the position of the actuating device 5.
  • FIG. 9 shows a schematically isolated view of the plug device 103.
  • This has a plug body 105 made of an insulating material, which can have a one-piece plastic part, preferably a plastic injection-molded part, on which all plug connections 104 can be integrated.
  • the plug body 105 can have fixing elements 106, which can have, for example, pins, screw-in openings, locking elements or the like, which enable a connection to the circuit board 102.
  • the fixing elements 106 can also be formed integrally with the plug body 105, for example as thermally pressable rivet pins or the like.
  • the plug device 103 has conductor elements 107 which extend from the plug connections 104 through the plug body 105 and are electrically connected to the control circuit on the side facing the circuit board 102.
  • the conductor elements 107 preferably comprise sheet metal and/or wire molded parts, as shown schematically in Figure 10. These can be arranged in the orientation shown in the plug device 103 according to Figure 9, for example, embedded in a non-detachable manner by overmolding in the plastic injection molding.
  • control circuit constructed on the circuit board 102 is connected to the motors 41 and 42 via supply lines U, which are shown schematically in Figure 8. list of reference symbols

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stellvorrichtung (5), die mindestens einen elektrischen Motor (41, 42) aufweist und mit der ein Bremsteil (32) wirkverbunden ist, welches entlang einer Verstellrichtung (V) verstellbar und mit einem Gegenbremsteil (2) in Bremseingriff bringbar ist, wobei der Motor (41, 42) von einer elektrischen Steuereinheit (100) ansteuerbar ist. Um einen verringerten Aufwand und einen verbesserten Betrieb zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Stellvorrichtung (5) und die Steuereinheit (100) mit der Bremsvorrichtung (1) integriert ausgebildet sind.

Description

Elektromechanische Bremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stellvorrichtung, die mindestens einen elektrischen Motor aufweist und mit der ein Bremsteil wirkverbunden ist, welches entlang einer Verstellrichtung verstellbar und mit einem Gegenbremsteil in Bremseingriff bringbar ist, wobei der Motor von einer elektrischen Steuereinheit ansteuerbar ist.
Eine derartige Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist als Reibungsbremse ausgebildet, bei dem ein am Fahrgestell abgestütztes, relativ zur Drehung des zu bremsenden Rades feststehendes Bremsteil mittels einer Stellvorrichtung in Bremseingriff gebracht werden kann mit einem Gegenbremsteil, welches mit dem Rad rotiert. Im Bremseingriff wird ein Reibkontakt zwischen Bremsteil und Gegenbremsteil erzeugt, der sogenannte Bremskontakt, wobei das durch Reibung erzeugte Bremsmoment umso größer ist, je höher die von der Stellvorrichtung in der Verstellrichtung ausgeübte Verstellkraft ist.
Eine verbreitete Bauform sind die im Prinzip bekannten Scheibenbremsen, bei denen das Gegenbremsteil durch eine mit dem Rad rotierende Bremsscheibe gebildet wird, die von einem Bremssattel beidseitig axial umgriffen wird. Durch mindestens einen an dem Bremssattel axial abgestützten, bevorzugt linearen Stelltrieb kann ein Bremsteil, in der Regel ein Bremsbelag, in einer axialen Verstellrichtung verstellt und dadurch in Reibkontakt mit einer Axialseite der Bremsscheibe gebracht werden, wobei die Bremsscheibe zwischen dem verstellten Bremsteil und einem weiteren, axial gegenüberliegend an dem Bremssattel abgestützten Bremsteil im Bremseingriff reibschlüssig eingespannt wird.
Ein Stelltrieb weist jeweils zumindest einen elektrischen Motor auf, der von einer elektrischen Steuereinheit ansteuerbar ist, um einen Bremseingriff zu erzeugen. Im Stand der Technik ist beispielsweise aus der DE 195 37 464 A1 bekannt, die Motoren sämtlicher Bremsvorrichtungen, die den einzelnen zu bremsenden Rädern zugeordnet sind, durch eine zentrale Steuereinheit des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Dies ermöglicht im Prinzip die Ausführung von manuellen und automatisierten Bremsvorgängen, wobei manuelle Eingaben und von der aktuel- len Betriebs- und Fahrsituation abhängige Parameter gemäß vorgegebenen Bremsalgorithmen berücksichtigt werden können. Zur Erzeugung der auf diese Weise vorgegebenen Bremskräfte werden die Wicklungen der Motoren sämtlicher Stelltrieb von der Steuereinheit über elektrische Versorgungsleitungen bestromt, die von den Bremsvorrichtungen bis zur Steuereinheit verlaufen. Durch die dabei erforderlichen relativ großen Leitungslängen kann jedoch die Störanfälligkeit erhöht werden. Um dennoch das für den Betrieb der Bremse zwingend erforderliche hohe Sicherheitsniveau gewährleisten zu können, ist ein relativ hoher zusätzlicher Aufwand erforderlich, beispielsweise wie in dem genannten Stand der Technik erwähnt durch redundante Auslegung, Kontroll- und Überwachungseinrichtungen oder dergleichen.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer elektromotorischen Bremsvorrichtung einen verringerten Aufwand und einen verbesserten Betrieb zu ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Bremsvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer elektromechanischen Bremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stellvorrichtung, die mindestens einen elektrischen Motor aufweist und mit der ein Bremsteil wirkverbunden ist, welches entlang einer Verstellrichtung verstellbar und mit einem Gegenbremsteil in Bremseingriff bringbar ist, wobei der Motor von einer elektrischen Steuereinheit ansteuerbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stellvorrichtung und die Steuereinheit mit der Bremsvorrichtung integriert ausgebildet sind.
Eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist jeweils mindestens eine elektrische Steuereinheit und einen daran angeschlossenen elektrischen Bremsaktuator mit mindestens einer Stelleinrichtung auf. Dieser ist einem zu bremsenden Rad zugeordnet, welches ein mitrotierendes Gegenbremsteil aufweist, beispielsweise eine Bremsscheibe. Die Reibflächen der Bremsscheibe können bevorzugt in an sich bekannter Weise von einem relativ zur Rotation des Rads feststehenden Bremssattel der Bremsvorrichtung umgriffen werden, welcher die Stellvorrichtung trägt und an welcher das Bremsteil zur Aufnahme der beim Bremseingriff auftretenden Reaktionskraft abgestützt ist. Bevorzugt erstrecken sich die Bremsflächen am Brems- und Gegenbremsteil parallel zu einer Bremsflächenebene oder kurz Bremsebene, die sich normal bzw. senkrecht zur Verstellrichtung erstreckt. Die Steuereinheit kann bevorzugt eine Spannungsversorgung für den Motor und eine elektrische Steuerschaltung aufweisen, die zur elektrischen Ansteuerung der Bremse mit dem elektrischen Steuersystem des Kraftfahrzeugs verbunden sein kann, bevorzugt über eine bidirektionale Schnittstelle mit einem Bussystem der Fahrzeugsteuerung. Die Steuereinheit kann elektrische Eingänge und/oder Ausgänge aufweisen, beispielsweise zum Anschluss von Sensoren zur Erfassung der Radposition und/oder der Radgeschwindigkeit, der Position des Bremsteils, zur Detektierung von Verschleiß, und/oder weiteren Parametern wie der Betriebstemperatur oder dergleichen. Die von den Sensoren erfassten Messwerte können in der Steuereinheit ausgewertet und über die Ausgänge als Messdaten an die Kraftfahrzeug- Steuerung übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Steuereinheit unabhängig von der zentralen Kraftfahrzeug-Steuerung die Stelleinheit direkt ansteuert, beispielsweise zur Einstellung einer optimalen Breite des Luftspalts, zur Realisierung einer Einzelrad-Antiblockiersteuerung oder dergleichen. Dadurch kann eine vorteilhafte dezentrale Steuerung von Betriebsfunktionen realisiert werden.
Gemäß der Erfindung können die elektrische Steuereinheit und die elektro-mechanische Stelleinrichtung zu einer integrierten Baueinheit zusammengefasst sein. Die elektrische Steuereinheit kann erfindungsgemäß mit einem Bremssattel verbunden sein, der auch sämtliche elektromechanischen Funktionsteile trägt. Dadurch kann eine Bremseinheit als besonders kompakte Baueinheit zur Verfügung gestellt werden.
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass diese problemlos in dem geringen zur Verfügung stehenden Bauraum im Bereich der Radaufhängung installiert werden kann, so dass im Wesentlichen ohne konstruktive Änderungen ein konventioneller hydraulischer Bremssattel durch eine elektromechanische Bremsvorrichtung ersetzt werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Steuereinheit in unmittelbarer Nähe zum Motor untergebracht werden kann, wodurch kurze elektrische Versorgungs- und Steuerleitungen realisiert werden können, was vorteilhaft für einem störsicheren Betrieb ist.
Darüber hinaus ist es möglich, jeweils einem bremsbaren Rad zugeordnete dezentrale Sicherheitsfunktionen zu realisieren, die unabhängig von der zentralen Kraftfahrzeug-Steuerung aktivierbar sind. Beispielsweise kann bei der Detektierung einer Überhitzung, die auf eine Fehlfunktion hindeuten kann, für das betreffende Rad durch die zugeordnete Steuereinheit ein lokaler Notfallbetrieb aktiviert werden. Auf diese Weise kann ein erhöhtes Sicherheitsniveau realisiert werden, selbst bei einer Störung der Kommunikation mit der zentralen Kraftfahrzeug-Steuerung.
Es ist vorteilhaft, dass die Steuereinheit in einem Steuergehäuse angeordnet ist. Das Steuergehäuse kann baulich mit der Bremsvorrichtung integriert ausgebildet sein, beispielsweise kann es an der Stelleinrichtung oder dem Bremssattel fixiert sein. Vorzugsweise kann das Steuergehäuse hermetisch geschlossen sein, wobei die eigentliche elektrische Steuerschaltung geschützt im Inneren untergebracht ist und die daran angeschlossenen elektrischen Steuer- und Versorgungsleitungen abgedichtet nach außen durchgeführt sind.
Eine bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass die Steuereinheit eine Steuerplatine aufweist. Die Steuerplatine umfasst eine flächig erstreckte Leiterplatte aus einem Isoliermaterial, auf der elektrische Komponenten der Steuereinheit angeordnet und elektrisch verschaltet sind. Dadurch kann ein kompakter und robuster Aufbau realisiert werden. Die Steuerplatine kann hinsichtlich Form und Abmessungen problemlos an den zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst werden, so dass sie beispielsweise in einem Steuergehäuse untergebracht werden kann.
Es ist vorteilhaft, dass die Steuerplatine senkrecht zur Verstellrichtung angeordnet ist. Die Steuerplatine kann plattenförmig eben ausgebildet sein, beispielsweise durch einen Aufbau auf einer vorzugsweise ebenen Leiterplatte. Sie kann sich im Wesentlichen normal, d.h. senkrecht zur Verstellrichtung erstrecken, wobei die Flächennormale eine Winkelabweichung von +/- 15° zur Verstellrichtung aufweisen kann. Die relativ zur Verstellrichtung normale Anordnung impliziert, dass die Steuerplatine im Wesentlichen parallel zur Bremsebene, d.h. parallel zu den Bremsflächen des Bremselements und des Gegenbremselements angeordnet ist, beispielsweise parallel zu den kreisringförmigen axialen Bremsflächen einer Bremsscheibe. Dadurch ist es in vorteilhafter weise möglich, dass die Bremsvorrichtung axial, d.h. in der Verstellrichtung gemessen, relativ flach aufgebaut sein kann. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die im Bereich der Radaufhängung angebrachte und beim Lenken zusammen mit dem Rad verschwenkte Bremseinheit den Lenkwinkel nicht einschränkt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eine elektrische Steckervorrichtung mit mindestens einem Steckanschluss aufweist. Der Steckanschluss dient zum elektrischen Verbindung der Bremsvorrichtung mit dem Steuersystem des Kraftfahrzeugs. Er ist ausgebildet zur Verbindung mit einem korrespondierenden elektrischen Stecker (Steckverbinder), der seinerseits mit den Versorgungs- oder Steuerleitungen verbunden ist. Ein Steckanschluss weist dabei jeweils eine definierte Einsteckrichtung auf, in der er zur Erzeugung eines elektrisch leitenden Kontakteingriffs in einen korrespondierenden Steckanschluss eingesteckt werden muss. Der Vorteil ist, dass durch die Steckverbinder ein montagefreundlicher, einfacher Anschluss der Bremsvorrichtung an das Kraftfahrzeug-Bordnetz erfolgen kann.
Bei der vorgenannten Ausführung ist es zweckmäßig, dass die Steckervorrichtung eine Mehrzahl von Steckanschlüssen aufweist. Dadurch können beispielsweise jeweils ein oder mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit der Spannungsversorgung und mit Steuerleitungen des Bussystems (Datenleitung) bereitgestellt werden.
Bevorzugt weisen zwei der Steckanschlüsse jeweils ein oder mehrere Anschlüsse zur Spannungsversorgung auf. Bevorzugt ist einer der Steckanschlüsse dem ersten Stellmotor zugeordnet und ein weiterer der Steckanschlüsse dem zweiten Stellmotor zugeordnet.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die beiden Steckanschlüsse für die Stellmotoren voneinander geometrische Unterscheidungsmerkmale aufweisen, so dass ein Vertauschen bei der Kontaktierung mit der Fahrzeugmontage ausgeschlossen werden kann (Poka Yoke).
Es ist vorteilhaft, dass die Steckanschlüsse eine Einsteckrichtung senkrecht zur Verstellrichtung aufweisen. Die Einsteckrichtung bezeichnet die Raumrichtung, in der ein elektrischer Stecker (Steckverbinder) bewegt werden muss, um in Kontakteingriff mit einem korrespondierenden Steckanschluss gebracht zu werden. Bei der normal zur Bremsfläche, d.h. senkrecht zu den Bremsflächen des Bremselements und des Gegenbremselements stehenden Verstellrichtung ist die Einsteckrichtung entsprechend parallel zur Bremsfläche ausgerichtet. Der dadurch realisierbare Vorteil ist, dass eine flache axiale Bauhöhe ermöglicht wird, wobei die elektrischen Anschlussleitungen seitlich aus dem Lenkbereich herausgeführt werden können, in dem das Rad beim Lenken bewegt wird. Dadurch sind die Anschlussleitungen geschützt, und es kann problemlos ein relativ großer Lenkeinschlag ermöglicht werden. Bevorzugt können sämtliche Steckanschlüsse eine Einsteckrichtung senkrecht zur Verstellrichtung aufweisen.
Es ist möglich, dass die Steckanschlüsse bezüglich ihrer jeweiligen Einsteckrichtung winklig relativ zueinander ausgerichtet sind. Dadurch wird eine platzsparende und montagefreundliche Anordnung ermöglicht.
Die praktische Realisierung der vorgenannten Ausführung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Steckanschlüsse bezüglich ihrer jeweiligen Einsteckrichtung Y-förmig, T-för- mig, kreuzförmig oder sternförmig angeordnet sind. Vorzugsweise stehen dabei die Einsteck- richtungen benachbarter Steckanschlüsse jeweils in einem Winkel von mindestens 90° zueinander. Dadurch kann eine leicht zugängliche, montagefreundliche Anordnung realisiert werden.
Eine vorteilhafte Ausführung kann dadurch realisiert sein, dass die Steckervorrichtung einen einteiligen Trägerkörper (Steckerkörper) aufweist. An dem Trägerkörper, gleichbedeutend auch als Steckerkörper bezeichnet, können ein oder mehrere Steckanschlüsse ausgebildet sein, die angepasst sind zur Aufnahme korrespondierender Stecker. Bevorzugt können die mehreren Steckanschlüsse derart individualisiert sein, dass eine eindeutige Zuordnung zu den korrespondierenden Steckern der Kraftfahrzeug-Steuerleitungen gegeben ist, gemäß dem bekannten „poka-yoke“-Designprinzip. Der Trägerkörper weist bevorzugt ein Isoliermaterial auf, oder ist als Ganzes aus einem solchen ausgebildet. Er kann beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein, beispielsweise als Spritzgussteil aus einem thermoplastischen Polymer, vorzugsweise als einstückiges Teil. Die elektrische Verbindung erfolgt über elektrische Leiterelemente, die durch den Trägerkörper verlaufen, und an ihrem einen Ende mit der Steuerschaltung verbindbar sind, und an ihrem anderen Ende Kontaktstifte oder dergleichen aufweisen können, die im Bereich des oder der Steckanschlüsse angeordnet sind, so dass sie mit einem eingesteckten Stecker verbindbar sind. Die Leiterelemente können metallische Drähte, Schienen oder dergleichen umfassen, die unlösbar und abgedichtet in dem Trägerkörper angeordnet sein können, beispielsweise durch Umspritzen mit Kunststoff im Spritzgussverfahren.
Es ist vorteilhaft, dass die Einsteckrichtung der Steckanschlüsse parallel zu einer Steuerplatine ausgerichtet ist. Dadurch wird eine vorteilhaft niedrige Bauhöhe der Steuereinheit ermöglicht, bei einer guten Zugänglichkeit der Steckverbindung.
Vorzugsweise kann die Steckervorrichtung an einer Steuerplatine fixiert sein. Dadurch kann eine kompakte, robuste und montagefreundliche Bauform ausgebildet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Trägerkörper der Steckervorrichtung unlösbar mit einer Leiterplatte verbunden ist, beispielsweise durch Schweißen, Nieten, Kleben oder dergleichen. Dadurch können die elektrischen Verbindungen zwischen dem Stecker und der Steuerschaltung effektiv gegen mechanische Belastungen geschützt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bremsvorrichtung eine Stellvorrichtung und ein damit verbundenes Bremsteil umfasst, das von der Stellvorrichtung entlang einer Achse, d.h. in einer Verstellrichtung verstellbar und mit einem Gegenbremsteil in Bremseingriff bringbar ist, wobei die Stellvorrichtung einen ersten Stelltrieb und einen seriell damit gekoppelten zweiten Stelltrieb aufweist, wobei der erste Stelltrieb ein drehend antreibbares erstes Antriebsrad aufweist, und der zweite Stelltrieb ein drehend antreibbares, zu dem ersten Antriebsrad koaxiales zweites Antriebsrad aufweist, wobei zwischen dem ersten Antriebsrad und dem zweiten Antriebsrad eine Kupplungsvorrichtung angeordnet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsvorrichtung als Reibkupplung ausgebildet ist mit einem Reibelement, dass im Kupplungseingriff reibschlüssig mit einem Gegenreibelement verbindbar ist.
Im Folgenden werden das erste und das zweite Antriebsrad zusammen auch als die beiden Antriebsräder oder kurz als die Antriebsräder bezeichnet.
Die Antriebsräder können als Zahnrad, beispielsweise als Stirnrad, oder aus als Riemen- o- der Zahnriemenrad oder Schneckenrad ausgebildet sein, so dass generell ein Getrieberad zur Verfügung gestellt wird, über das ein Antriebsmoment von einem elektrischen Stellmotor in den Stelltrieb eingekoppelt werden kann.
Zwischen den Antriebsrädern kann eine Reibkupplung realisiert sein. Diese umfasst ein Reibelement, welches mit dem einen der Antriebsräder drehmomentschlüssig verbunden ist, und ein damit korrespondierendes Gegenreibelement, welches mit dem jeweils anderen Antriebsrad drehmomentschlüssig verbunden ist. Das Reibelement kann mit dem Gegenreibelement in jeder beliebigen relativen Winkelstellung in reibschlüssigen Kupplungseingriff gebracht werden. Dabei wird eine rein kraftschlüssige Kupplung realisiert, im Unterschied zu der formschlüssigen Rastverbindung im Stand der Technik. Dadurch kann die relative Stellung der Antriebsräder zueinander kontinuierlich vorgegeben werden, im Gegensatz zu den diskreten Raststufen im Stand der Technik. Entsprechend ist eine gleichmäßige, kontinuierliche Verstellung des zweiten Stelltriebs relativ zum ersten Stelltreib ermöglicht, und es kann eine kontinuierliche Justierung des Luftspalts erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine gleichmäßige Nachführung des optimalen Arbeitspunkts der Bremsvorrichtung an die kontinuierliche Abnutzung des Bremsteils im Betrieb, d.h. dem kontinuierlichen Verschleiß des Bremsbelags. Verglichen mit der im Stand der Technik nur stufenweisen Justiermöglichkeit kann ein durchgehend verbessertes Ansprechverhalten der Bremsvorrichtung realisiert werden, und damit eine erhöhte Betriebssicherheit und ein höherer Bedienkomfort.
Ein Vorteil gegenüber einer im Stand der Technik beschriebenen Rastkupplung ist, dass zum Betätigen und Lösen der Kupplungsvorrichtung im Wesentlichen keine axiale Relativbewegung zwischen den im Kupplungseingriff stehenden Kupplungselementen erforderlich ist, beispielsweise zwischen den Antriebsrädern oder den Rastelementen, die zum Erzeugen und Lösen des rastbaren Formschlusses zwangsläufig zueinander bewegbar sein müssen. Dagegen kann der reine Kraftschluss zwischen dem erfindungsgemäßen Reib- und Gegenreibelement einfach durch die angelegte axiale Betätigungskraft vorgegeben werden, wobei Reib- und Gegenreibelement nicht axial relativ zueinander bewegt werden müssen. Dadurch wird eine einfachere und zuverlässigere konstruktive Gestaltung der Kupplungsvorrichtung ermöglicht.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Reibkupplung ein definiert vorgebbares Kupplungsmoment aufweist. Das Kupplungsmoment gibt das maximale Differenzmoment an, welches durch den Reibschluss im Kupplungseingriff kraftschlüssig zwischen Reibelement und Gegenreibelement übertragen werden kann. Beim Überschreiten des Kupplungsmoments rutscht die Kupplungsvorrichtung durch, so dass die beiden Antriebsräder relativ zueinander verdreht werden. Ein Vorteil dabei ist, dass die erfindungsgemäße Reibkupplung kontinuierlich gleitend durchrutscht, so dass eine verbesserte, gleichmäßige Nachjustierung des Luftspalts ermöglich wird. Darüber hinaus müssen keine axialen Ausweichbewegungen von Rastelementen wie bei der bekannten Rastkupplung konstruktiv berücksichtigt und abgefangen werden.
Es ist vorteilhaft, dass das Reibelement und das Gegenreibelement koaxial angeordnet sind. Dabei korrespondiert die koaxiale Anordnung mit der koaxialen Anordnung der Antriebsräder. Das Reibelement und das Gegenreibelement können konstruktiv einfach und in einer kompakten Bauform im Bereich der axial gegeneinander gerichteten Stirnseiten der Antriebsräder angeordnet sein. Durch die vorangehend beschriebene Erzeugung des reinen Kraftschlusses der Kupplung sind keinerlei bewegliche Teile wie bei der Rastkupplung im Stand der Technik erforderlich.
In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Reibelement und das Gegenreibelement konisch ausgebildet sind. Das Reibelement kann dabei einen zumindest abschnittweise in der axialen Verstellrichtung zusammenlaufenden Kegelabschnitt mit einer konischen Reibfläche aufweisen, der als Außenkonus oder Innenkonus ausgebildet sein kann, und der mit einem korrespondierenden Kegelabschnitt am Gegenreibelement, der entsprechend gegensinnig als Innenkonus oder Außenkonus ausgestaltet ist und eine konische Gegenreibfläche aufweist. Zur Erzeugung des Kupplungseingriffs taucht der Außenkonus in den Innenkonus ein, wobei die konischen Reib- und Gegenreibflächen durch eine axiale Betätigungskraft der Kupplung reibschlüssig gegeneinander belastet werden. Ein Vorteil dabei ist, dass durch den Konus eine Kraftübersetzung der axial einwirkenden Betätigungskraft der Kupplung in die zwischen den konischen Reibflächen im Reibkontakt wirkende Normalkraft erfolgen kann. So kann durch eine flachere Steigung eine relativ kleine axiale Betätigungskraft in eine größere Normalkraft im Reibkontakt umgesetzt werden, wodurch bereits durch eine relativ kleine axiale Betätigungskraft der Kupplung ein hohes Kupplungsmoment realisierbar ist.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorgenannten Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Reibelement und das Gegenreibelement planar ausgebildet sind. Dabei sind die miteinander korrespondierenden Reibflächen zumindest abschnittweise als plane Axialflächen ausgebildet, ähnlich einer Scheibenkupplung. Es wird eine bauraumsparende Anordnung ermöglicht, insbesondere wenn nur ein relativ kleines Kupplungsmoment realisiert werden soll.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Reibelement und das Gegenreibelement gegeneinander vorgespannt sind. Bevorzugt sind das Reibelement und das Gegenreibelement elastisch bzw. federnd gegeneinander vorgespannt. Dabei werden die Reib- und Gegenreibflächen mit einer vorgegebenen axialen Vorspannkraft im Reibschluss gegeneinander angepresst. Zur Erzeugung der Vorspannkraft kann bevorzugt ein elastisches Vorspannelement vorgesehen sein, beispielsweise ein Federelement oder dergleichen. Das Kupplungsmoment der Reibkupplung wird durch die senkrecht zum Reibkontakt wirkende Betätigungskraft bestimmt, also die axial zwischen Reib- und Gegenreibelement aufgebrachte Kraft, wobei das Kupplungsmoment umso größer ist, je größer die Vorspannkraft ist. Dies eröffnet die vorteilhafte Möglichkeit, das Kupplungsmoment einfach durch die durch das Vorspannelement ausgeübte Vorspannkraft vorzugeben. Beispielsweise kann bei einem in axialer Richtung druckelastischen Federelement, wie einer Druckfeder, die ausgeübte Vorspannkraft einfach durch der Federkonstante und die Kompression der Feder vorgegeben und angepasst werden.
Die vorgenannte Ausführungsform kann in vorteilhafter Weise dadurch realisiert sein, dass das Reibelement und/oder das Gegenreibelement axial verlagerbar und über ein axial wirksames Federelement gegen das erste Antriebsrad oder das zweite Antriebsrad abgestützt ist. Das Reibeiement oder das Gegenreibelement sind dabei drehmomentschlüssig, und axial verlagerbar mit dem einen Antriebsrad verbunden, beispielsweise über radial vorstehende, einen in Umfangsrichtung wirksamen Formschluss erzeugende Mitnehmer. Das zwischen dem Reibelement oder dem Gegenreibelement und dem einen Antriebsrad axial eingespannte Federelement, welches bevorzugt als axial wirksame Druckfeder ausgebildet ist, sorgt dafür, dass das Reib- oder Gegenreibelement axial gegen das korrespondierende, an dem anderen Antriebsrad axial abgestützte Gegenreib- oder Reibelement vorgespannt, d.h. axial im Reibkontakt dagegen angepresst wird. Das korrespondierende Gegenreib- oder Reibelement ist drehschlüssig mit dem jeweils anderen Antriebsrad verbunden. Es ist auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich das Gegenreibelement über ein Federelement an einem der Antriebsräder abgestützt ist. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass die erfindungsgemäße Reibkupplung konstruktiv einfach und bauraumsparend zwischen den Antriebsrädern eingegliedert werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es möglich, dass das Reibelement und/oder das Gegenreibelement in dem ersten Antriebsrad oder dem zweiten Antriebsrad angeordnet ist. So ist es beispielsweise möglich, das eine Antriebsrad im Wesentlichen trommelförmig zu gestalten, so dass in einem von dem umlaufenden Zahnrad oder Zahnkranz umschlossenen Innenraum das Reib- oder Gegenreibelement angeordnet sein kann. Dadurch wird eine kompakte, gegen äußere Einflüsse geschützte Bauform ermöglicht. So kann beispielsweise das Antriebsrad des ersten Stelltriebs ein konisches Reibelement aufweisen, welches axial in ein als Innenkonus ausgebildetes Gegenreibelement eingreift, das zumindest teilweise innerhalb des zweiten Antriebsrads angeordnet ist.
Eine besonders kompakte Bauform kann - insbesondere bei der zuletzt genannten Ausführung - dadurch realisiert sein, dass die Antriebsräder innerhalb der axialen Erstreckung der Stelltriebe angeordnet sind, also nicht einseitig axial vorstehend angebracht sind.
Es ist bevorzugt, dass das Reibelement und/oder das Gegenreibelement einen Reibbelag aufweisen. Das Reib- und Gegenreibelement weisen bevorzugt einen metallischen Grundkörper auf, beispielsweise aus Stahl. Zur Vermeidung von Metall-Metall-Kontakt kann bevorzugt eine Beschichtung oder ein Belag zur Erzeugung einer Reibpaarung mit einer definierten Reibkraft aufgebracht sein, beispielsweise aus Sinter-, Metall- und/oder Keramikreibwerkstoffen, Verbundwerkstoffen oder dergleichen. Dadurch kann ein definiertes, reproduzierbares Kupplungsmoment gewährleistet werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Stelltrieb einen Spindeltrieb aufweist. Dabei greift in an sich bekannter Weise eine Gewindespindel in eine Spindelmutter ein, und ein relativer drehender Antrieb über ein mit der Gewindespindel oder der Spindelmutter verbundenes Antriebsrad. Es ist möglich, dass die Spindelmutter das antriebsseitige Antriebselement des Stelltriebs bildet, und die Gewindespindel das relativ dazu linear verstellbare, ausgangsseitige Abtriebselement, oder umgekehrt.
Es ist möglich, dass ein Stelltrieb eine Kugelrampenanordnung, Keilscheibenanordnung, o- der eine Kippstiftanordnung aufweist. Bei einer Kugelrampenanordnung, auch als Rampenlager bezeichnet, weisen das Antriebs- und Abtriebselement bevorzugt Kurvenscheiben mit gegen die Achse geneigten Laufbahnen oder Rampen auf, zwischen denen in Umfangsrichtung abwälzbare Kugeln angeordnet sind. Eine relative Drehung führt durch die dabei auf den Rampen abrollenden Kugel dazu, dass das Abtriebselement relativ zum Antriebselement axial verlagert wird. Bei einer an sich bekannten Kippstiftanordnung sind Kippstifte derart zwischen Antriebs- und Abtriebselement angeordnet und jeweils in Umfangsrichtung abgestützt, dass sie bei einer relative Drehung je nach Drehrichtung stärker oder schwächer gegen die Achse geneigt sind, wodurch der Abstand zwischen Antriebs- und Abtriebselement ebenfalls verstellbar ist.
In der Stellvorrichtung können zwei gleichartig wirkende Stelltriebe als erste und zweite Stelltriebe miteinander kombiniert sein, beispielsweise zwei Spindeltriebe. Es ist auch möglich, zwei unterschiedliche Bauarten miteinander zu kombinieren, beispielsweise eine Kugelrampenanordnung als ersten Stelltrieb, und einen Spindeltrieb als zweiten Stelltrieb zur Justierung des Luftspalts. Dabei können die jeweiligen charakteristischen Eigenschaften jeder Bauform optimal ausgenutzt werden. Beispielsweise kann mit einer Kugelrampenanordnung mit geringem Aufwand eine nichtlineare Verstellcharakteristik realisiert werden, und/oder zumindest abschnittweise selbsthemmende Eigenschaften, und/oder eine definierte Totpunktoder Strecklage, die einen definierten Verstellweg ermöglicht. Die Realisierung der genannten positiven Eigenschaften kann zumindest teilweise eine präzise Vorgabe des Luftspalts erfordern, was mit der Rastkupplung im Stand der Technik nicht möglich ist, mittels der erfindungsgemäßen Reibkupplung jedoch problemlos realisiert werden kann.
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Bremsvorrichtung, die eine Stellvorrichtung umfassend einen ersten Stelltrieb und einen seriell damit gekoppelten Stelltrieb aufweist, und welche auf ein Bremsteil wirkt, das in Richtung einer Achse mit einem Gegenbremsteil in Bremseingriff bringbar ist, wobei der erste Stelltrieb ein drehend antreibbares erstes Antriebsrad aufweist, auf das zur Betätigung ein erstes Antriebsmoment aufgebacht werden kann, und der zweite Stelltrieb ein drehend antreibbares, zu dem ersten Antriebsrad koaxiales zweites Antriebsrad aufweist, auf das zur Betätigung ein zweites Antriebsmoment aufgebracht werden kann, wobei zwischen dem ersten Antriebsrad und dem zweiten Antriebsrad eine Kupplungsvorrichtung angeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsvorrichtung als Reibkupplung ausgebildet ist und ein vorgebbares Kupplungsmoment aufweist, bei dessen Überschreiten das erste Antriebsrad relativ zum zweiten Antriebsrad gleitend durchrutscht, wobei zur Betätigung des ersten Stelltriebs das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad synchron angetrieben werden, so dass der zweite Stelltrieb unbetätigt bleibt, und zur Betätigung des zweiten Stelltriebs das zweite Antriebsrad angetrieben wird, und das erste Antriebsrad relativ dazu stillgesetzt wird, so dass die Reibkupplung durchrutscht und er erste Stelltrieb unbetätigt bleibt.
Die vorangehend im Zusammenhang mit der Bremsvorrichtung genannten Merkmale können einzeln und in Kombinationen zur Umsetzung des Verfahrens genutzt werden.
Zur Verstellung des ersten Stelltriebs kann mittels eines ersten elektrischen Stellmotors ein Stellmoment in das erste Antriebsrad eingekoppelt werden, und entsprechend kann der zweite Stelltrieb durch einen zweiten elektrischen Stellmotor angetrieben werden.
Im normalen Bremsbetrieb werden das erste und das zweite Antriebsrad synchron rotiert. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass das erste und zweite Antriebsrad von den ersten und zweiten Stellmotoren mit synchronisierten Antriebsmomenten angetrieben werden. Zum anderen kann das zweite Antriebsrad beim Antrieb des ersten Antriebsrads durch die Kupplungsvorrichtung synchron mitgenommen werden, solange das übertragene Antriebsmoment unterhalb des Kupplungsmoments bleibt. In diesem Betriebsmodus bleibt der zweite Stelltrieb unbetätigt, und dreht als Ganzes zusammen mit dem Bremselement leer mit.
Die Kupplungsvorrichtung kann beim Überschreiten des Kupplungsmoments zur Justierung des Luftspalts im Gegensatz zum Stand der Technik kontinuierlich und gleichmäßig gleitend durchrutschen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Antriebsrad des ersten Stelltriebs festgesetzt wird, beispielsweise durch eine Bremse oder eine entsprechende Ansteuerung des ersten Antriebsmotors, während durch den zweiten Antriebsmotor ein zweites Antriebsmoment auf das zweite Antriebsrad aufgebracht wird, welches größer ist als das Kupplungsmoment. Dadurch wird das zweite Antriebsrad relativ zum ersten Antriebsrad verdreht, und durch Betätigung des zweiten Stelltriebs kann der Luftspalt kontinuierlich und feinfühlig justiert werden, so dass eine kontinuierlich fortschreitende Abnutzung des Bremselements bzw. des Bremsbelags optimal ausgeglichen werden kann.
Es ist möglich, dass das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad zur Erzeugung eines synchronen Antriebs durch die Reibkupplung drehmomentschlüssig gekuppelt werden.
Dabei ist im kein synchroner Antrieb der beiden Antriebsräder durch die Stellmotoren erforderlich. Eventuelle Drehmomentdifferenzen können innerhalb vorgegebener Toleranzen ausgeglichen werden. Es kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass bei der Betätigung des ersten Stelltriebs ein höheres Kupplungsmoment vorgegeben wird, als bei der Betätigung des zweiten Stelltriebs. Der erste Stelltrieb wird durch synchronen Antrieb des ersten und des zweiten Antriebsrads betätigt. Das Reibelement und das Gegenreibelement werden durch die Federkraft des Federelements gegeneinander vorgespannt, und zusätzlich wirkt entgegengesetzt zur Federkraft die Verstellkraft des ersten Stelltriebs. Dadurch wird ein relativ hohes Kupplungsmoment realisiert. Wird hingegen zur Justierung des Luftspalts nur das zweite Antriebsrad gedreht, so wirkt allein die Federkraft, so dass ein niedrigeres Kupplungsmoment eingestellt wird. Dadurch wird die Justierung des Luftspalts erleichtert.
In den in den vorangehend beschriebenen Ausführungen kann bevorzugt der erste Stelltrieb einen Bremstrieb gemäß der oben angegebenen Funktion bildet, und der zweite Stelltrieb entsprechend einen Justiertrieb bildet.
Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
Figur 2 eine seitliche Ansicht der Bremsvorrichtung gemäß Figur 1 ,
Figur 3 die erfindungsgemäße Stellvorrichtung der Bremsvorrichtung gemäß Figur 1 freigestellt in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
Figur 4 einen Schnitt Q-Q durch die Bremsvorrichtung gemäß Figur 1 ,
Figur 5 den ersten Stelltrieb der Bremsvorrichtung gemäß Figur 1 freigestellt in einer schematischen perspektivischen Darstellung,
Figur 6 eine vergrößerte Detailansicht der Stellvorrichtung aus Figur 4, Figur 7 eine freigestellte schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Steuereinheit,
Figur 8 eine weitere Ansicht der Steuereinheit gemäß Figur 6,
Figur 9 eine freigestellte, vergrößerte perspektivische Detailansicht der Steckervorrichtung der erfindungsgemäßen Steuereinheit,
Figur 10 eine schematische freigestellte Ansicht einer Leiteranordnung der Steckervorrichtung gemäß Figur 9.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung als Ganzes, die als Scheibenbremse ausgebildet ist. Diese umfasst eine Bremsscheibe 2, die ein Gegenbremsteil im Sinne der Erfindung bildet und mit einem hier nicht dargestellten, um eine Radachse R rotierbaren Fahrzeugrad verbunden ist. Ein Bremssattel 3 umgreift die beiden axialen Stirnflächen der Bremsscheibe 2.
Die Bremsscheibe 2 ist hier als unbelüftete Bremscheibe aus Vollmaterial ausgebildet. Alternativ kann diese auch als innenbelüftete Bremsscheibe ausgebildet sein.
An dem Bremssattel 3 ist ein erfindungsgemäßer elektrischer Bremsaktuator 4 angebracht, die in Figur 3 in einer separaten, freigestellten schematischen perspektivischen Ansicht gezeigt ist, und in den Figuren 4 bis 6 im Detail erläutert wird.
Der Bremsaktuator 4 umfasst eine Stellvorrichtung 5 die sich axial in Richtung einer Achse A erstreckt, welche parallel zur Radachse R liegt und die Verstellrichtung V der Stellvorrichtung 5 angibt.
Wie in der Schnittdarstellung von Figur 4 längs der Achse A erkennbar ist, ist die Bremsscheibe 2 axial zwischen zwei Bremsbelägen 31 und 32 angeordnet. Der eine Bremsbelag 31 ist auf der dem Bremsaktuator 4 abgewandten Seite fest an dem Bremssattel 3 abgestützt. Der andere Bremsbelag 32, der ein Bremsteil im Sinne der Erfindung bildet, ist an der Stellvorrichtung 5 angebracht und von dieser in der durch die Achse A gegebenen, axialen Verstellrichtung V zur Erzeugung des Bremseingriffs auf die Bremsscheibe 2 zu verstellbar, wie in Figur 4 mit dem Pfeil angedeutet ist.
Im unbetätigten Zustand der Bremsvorrichtung 1 befindet sich zwischen der Bremsscheibe 2 und dem verstellbaren Bremsbelag 32 ein axialer Luftspalt L, der in Figur 4 schematisch übertrieben breit eingezeichnet ist.
Der Aufbau der Stellvorrichtung 5 ist in Figur 4 und in dem vergrößerten Ausschnitt daraus in Figur 6 dargestellt.
Die Stellvorrichtung 5 umfasst einen ersten Stelltrieb 6, der ein Rampenlager aufweist, und einen damit axial (bezüglich der Achse A) seriell gekoppelten zweiten Stelltrieb 7, der einen Spindeltrieb aufweist.
Der erste Stelltrieb 6, der im gezeigten Beispiel als Rampenlager ausgebildet ist, umfasst eine axial und drehfest an dem Bremsaktuator 4 abgestützte, antriebseitige Kurvenscheibe 61 und eine abtriebsseitige Kurvenscheibe 62. Zwischen den Kurvenscheiben 61 und 62 sind Kugeln 63 angeordnet. Wie in der schematisch freigestellten Ansicht von Figur 5 erkennbar ist, weisen die Kurvenscheiben 61 und 62 einander axial gegenüberliegende rampenartige, schräg zur Achse A liegende Laufbahnen 64 auf, zwischen denen Kugeln 63 abwälzbar sind. Eine Drehung der abtriebsseitigen Kurvenscheibe 62, in Figur 5 oben, relativ zu der feststehenden antriebsseitigen Kurvenscheibe 61 - wie schematisch mit den gebogenen Pfeilen angedeutet - führt zu einer linearen Verstellung der abtriebsseitigen Kurvenscheibe 62 in der Verstellrichtung V parallel zur Achse A. Dadurch kann der Bremsbelag 32 wie in Figur 4 eingezeichnet durch Betätigung des ersten Stelltriebs 6 in Bremseingriff gebracht werden.
Die Kurvenscheibe 62 ist mit einem koaxialen Zahnrad 65 verbunden, welches als Stirnrad ausgebildet ist und ein Antriebsrad im Sinne der Erfindung bildet.
Das Zahnrad 65 steht im Getriebeeingriff mit einem ersten elektrischen Stellmotor 41. Dieser ermöglicht den drehenden Antrieb der Kurvenscheibe 62 und damit eine Betätigung des ersten Stelltriebs 6. Der zweite Stelltrieb 7, der im gezeigten Beispiel als Spindeltrieb ausgebildet ist, weist abtriebsseitig eine Gewindespindel 71 auf, die in das Innengewinde einer antriebsseitigen Spindelmutter 72 eingreift. Dieses Innengewinde ist in der abtriebsseitigen Kurvenscheibe 62 des ersten Stelltriebs 6 ausgebildet, so dass das die Funktionen der abtriebsseitigen Kurvenscheibe 62 und der antriebsseitigen Spindelmutter 72 in einem Bauelement vereinigt sind.
Die Gewindespindel 71 ist über ein Nabenteil 74 mit einem koaxialen Zahnrad 75 verbunden, welches axial fixiert in dem Bremsaktuator 4 drehbar gelagert ist. Über Mitnehmer 73, die beispielsweise radial vorstehende Vorsprünge oder Zähne aufweisen können, die in axiale Schlitze des Nabenteils 74 axial verschieblich eingreifen, ist die Gewindespindel drehmomentschlüssig, aber axial verlagerbar mit dem Zahnrad 75 gekuppelt.
Das Zahnrad 75 kann wie das Zahnrad 65 als Stirnrad ausgeführt sein und ist zu diesem benachbart koaxial angeordnet. Dieses Zahnrad 75 steht im Getriebeeingriff mit einem zweiten elektrischen Stellmotor 42. Dieser ermöglicht den drehenden Antrieb der Gewindespindel 71 und damit eine Betätigung des zweiten Stelltriebs 7.
Die Gewindespindel 71 ist über ein Drucklager 43, beispielsweise wie dargestellt ein Axialwälzlager, axial mit einem Druckstück 44 verbunden, an dem der verlagerbare Bremsbelag 32 angebracht ist, wie in Figur 4 erkennbar ist. Das Druckstück 44 kann auch als Kolben bezeichnet werden.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung weist ein Reibelement 8 auf, welches als koaxialer, konischer Ansatz von der Kurvenscheibe 62 auf den zweiten Stelltrieb 7 zu gerichtet ist. Der konische Ansatz weist eine außen auf einem Außenkonus angeordnete konische Reibfläche 81 auf. Das Reibelement 81 kann bevorzugt einstückig mit der Kurvenscheibe 62 / Spindelmutter 72 ausgebildet sein.
Das Reibelement 8 ist im Kupplungseingriff reibschlüssig mit einem Gegenreibelement 9 gekuppelt. Dabei taucht der konische Ansatz axial in eine korrespondierende konische Öffnung des Gegenreibelements 9 ein, welche eine in einem Innenkonus angeordnete konische Reibfläche 91 aufweist. Im Kupplungseingriff liegen die Reibfläche 81 und die Gegenreibfläche 91 reibschlüssig gegeneinander an, wie in Figur 6 deutlich erkennbar ist.
Das Gegenreibelement 9 ist über Mitnehmer 92, die in korrespondierende Schlitze 76 in dem Nabenteil 74 oder dem Zahnrad 75 axial verschiebbar eingreifen, drehmomentschlüssig, aber axial verlagerbar mit dem Zahnrad 75 gekuppelt. Zwischen dem Zahnrad 75 oder dem damit verbundenen Nabenteil 74 und dem Gegenreibelement 9 ist ein Federelement 93 angeordnet. Durch dessen axial wirksame Federkraft wird das Gegenreibelement 9 gegen das Reibelement 8 elastisch verspannt. Dadurch wird ein definiertes Kupplungsmoment der durch das Reibelement 8 und das Gegenreibelement 9 gebildeten erfindungsgemäßen Reibkupplung erzeugt.
Die in derselben Ansicht wie in Figur 6 gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich durch die Ausbildung und Anordnung der Reibfläche 81 und der Gegenreibfläche 91 , die beide als plane Axialflächen ausgebildet sind, im Unterschied zu den konischen Flächen der ersten Ausführung gemäß der in den Figuren 4 und 6 gezeigten ersten Ausführungsform. Die Funktionsweise ist im Prinzip identisch, und daher werden auch dieselben Bezugszeichen verwendet.
Zur Betätigung der Bremsvorrichtung 1 werden die Zahnräder 65 und 75 synchron rotiert, so dass der erste Stelltrieb 6 einen Arbeitshub in Verstellrichtung V ausführt, so dass der Bremsbelag 32 den Luftspalt L passiert und in Bremseingriff mit der Bremsscheibe 2 kommt. Der synchrone Antrieb der Zahnräder 65 und 75 kann durch eine Synchronisierung der Antriebsgeschwindigkeiten der Stellmotoren 41 und 42 bewerkstelligt werden, oder durch den Antrieb durch nur einen der Stellmotoren 41 oder 42, während der jeweils andere Stellmotor 42 oder 41 leer mitläuft. Dann sorgt der reibschlüssige Kupplungseingriff zwischen dem Reibelement 8 und dem Gegenreibelement 9 für eine synchrone Drehung der Zahnräder 65 und 75.
Zur Justierung der Breite des Luftspalts L wird das Zahnrad 65 festgesetzt oder blockiert, beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung des ersten Stellmotors 41. Durch den zweiten Stellmotor 42 wird das Zahnrad 75 relativ zum Zahnrad 65 verdreht, wobei die Reibkupplung kontinuierlich gleitend durchrutscht. Entsprechend wird der zweite Stelltrieb 7 gleichmäßig verstellt, wodurch die Breite des Luftspalts L ebenfalls kontinuierlich eingestellt und angepasst werden kann, um beispielsweise Abnutzung des Bremsbelags 32 zu kompensieren.
Dadurch, dass das Reibelement 8 und das Gegenreibelement 9 ganz oder zumindest teilweise innerhalb der Zahnräder 65 und 75 angeordnet sind, kann eine besonders kompakte Bauweise realisiert werden. Die in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Bremsvorrichtungen sind als Schwimmsattelbremse, auch als Faustsattelbremse bezeichnet, ausgebildet. Dabei wird der Bremsbelag 32 durch das Druckstück 44, und der Bremsbelag 31 durch den gegenüber der Bremsscheibe 2 in Richtung der Achse A verschiebbaren Bremssattel 3 an die Bremsscheibe 2 gedrückt. Alternativ kann die erfindungsgemäße Lösung auch bei einer Festsattelbremse zum Einsatz kommen.
In den Ausführungen gemäß den Figuren 1 bis 6 bildet der erste Stelltrieb 6 einen Bremstrieb oder Arbeitstrieb im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens, und der zweite Stelltrieb 7 bildet entsprechend einen Justiertrieb.
Die Bremsaktuator 4 weist erfindungsgemäß eine integrierte Steuereinheit 100 auf. Diese ist in einem Steuergehäuse 101 angeordnet, welches mit dem Bremssattel 3 verbunden ist.
In Figur 7 ist das Steuergehäuse 101 separat freigestellt gezeigt, in einer perspektivischen Ansicht schräg zur Achse A.
Die elektrische Steuerschaltung der Steuereinheit 100 ist auf einer Platine 102 aufgebaut, die in dem Steuergehäuse 101 eingeschlossen ist und in Figur 8 in einer schematischen perspektivischen Ansicht separat freigestellt gezeigt ist.
Die Platine 102 ist eben ausgebildet und erstreckt sich normal zu der Achse A bzw. zur Verstellrichtung V. Damit erstreckt sie sich parallel zu einer Bremsebene, die parallel zu den Stirnflächen der Bremsscheibe 2 liegt.
Das Steuergehäuse 101 umschließt die Platine 102 und erstreckt sich parallel zu dieser, also ebenfalls normal zur Achse A. Dabei ist es axial, also in Richtung der Achse A (= Verstellrichtung V), relativ flach ausgebildet, wie auch in den Figuren 1 und 2 gut erkennbar ist.
Auf der von dem Bremssattel 3 abgewandten Außenseite ist auf der Platine 102 eine elektrische Steckervorrichtung 103 angebracht. Diese weist in dem drei Steckanschlüsse 104 auf. Dabei weist jeder Steckanschluss 104 eine definierte Einsteckrichtung E auf, in der jeweils ein hier nicht dargestellter, korrespondierender elektrischer Stecker (Steckverbinder) einer Steuer- oder Versorgungsleitung des Kraftfahrzeug-Bordnetzes oder -Bussystems zur Erzeugung eines elektrisch leitenden Kontakteingriffs in einen korrespondierenden Steckanschluss eingesteckt werden muss. Die Einsteckrichtung E ist jeweils mit einem Pfeil angedeutet. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Einsteckrichtungen E sämtlicher Steckanschlüsse 104 parallel zur Flächenerstreckung der Platine 102, und damit senkrecht zur Achse A. Dabei sind die Steckanschlüsse 104 im gezeigten Beispiel T-förmig angeordnet, wie gut in Figur 7 erkennbar ist, wobei die Einsteckrichtungen E winklig in einem Winkel von jeweils mindestens 90° zueinander stehen. Zwei der Steckanschlüsse 104 weisen dabei bevorzugt sowohl Leiterelemente 107 zur Spannungsversorgung der Stellmotoren 41 , 42 und Leiterelemente 107 zur Datenübermittlung auf. Der dritte Steckanschluss weist dabei bevorzugt nur Leiterelemente 107 zur Datenübermittlung auf. Die Datenübermittlung kann dabei beispielsweise ein Signal zur Rotorposition der Stellmotoren 41 , 42 oder einem daraus mittels des Steuergeräts ermittelter Wert wie die Position der Stellvorrichtung 5.
Figur 9 zeigt eine schematisch freigestellte Ansicht der Steckervorrichtung 103. Diese weist einen Steckerkörper 105 aus einem Isoliermaterial auf, der ein einstückiges Kunststoffteil aufweisen kann, bevorzugt ein Kunststoff-Spritzgussteil, an dem sämtliche Steckanschlüsse 104 integriert ausgebildet sein können.
Der Steckerkörper 105 kann Fixierelemente 106 aufweisen, die beispielsweise Zapfen, Einschrauböffnungen, Rastelemente oder dergleichen aufweisen können, die eine Verbindung mit der Platine 102 ermöglichen. Bevorzugt können die Fixierelemente 106 ebenfalls einstückig mit dem Steckerkörper 105 ausgebildet sein, beispielsweise als thermisch verpressbare Nietzapfen oder dergleichen.
Zur elektrischen Verbindung weist die Steckervorrichtung 103 Leiterelemente 107 auf, die von den Steckanschlüssen 104 durch den Steckerkörper 105 hindurch verlaufen, und auf der Seite, die der Platine 102 zugewandt ist, elektrisch mit der Steuerschaltung verbunden ist.
Die Leiterelemente 107 weisen bevorzugt Blech- und/oder Drahtformteile auf, wie sie schematisch freigestellt in Figur 10 gezeigt sind. Diese können in der dargestellten Orientierung in der Steckervorrichtung 103 gemäß Figur 9 angeordnet sein, beispielsweise durch Umspritzen im Kunststoff-Spritzguss unlösbar eingebettet sein.
Die auf der Platine 102 aufgebaute Steuerschaltung ist über Versorgungsleitungen U, die in Figur 8 schematisch eingezeichnet sind, an die Motoren 41 und 42 angeschlossen. Bezugszeichenliste
1 Bremsvorrichtung
100 Steuereinheit
101 Steuergehäuse
102 Platine
103 Steckervorrichtung
104 Steckanschluss
105 Steckerkörper
106 Fixierelement
107 Leiterelement
2 Bremsscheibe
3 Bremssattel
31, 32 Bremsbelag
4 Bremsaktuator
41 , 42 Stellmotor
43 Drucklager
44 Druckstück
5 Stellvorrichtung
6 erster Stelltrieb (Bremstrieb)
61 Kurvenscheibe
62 Kurvenscheibe (integriert mit Spindelmutter 72)
63 Kugel
64 Laufbahn
65 Zahnrad
7 zweiter Stelltrieb (Justiertrieb)
71 Gewindespindel
72 Spindelmutter (integriert mit Kurvenscheibe 62)
73 Mitnehmer
74 Nabenteil
75 Zahnrad
76 Schlitz
8 Reibelement
81 Reibfläche
9 Gegenreibelement
91 Gegenreibfläche
92 Mitnehmer
93 Federelement A Achse
R Radachse
V Verstellrichtung
L Luftspalt E Einsteckrichtung
U Versorgungsleitung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektromechanische Bremsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stellvorrichtung (5), die mindestens einen elektrischen Motor (41, 42) aufweist und mit der ein Bremsteil (32) wirkverbunden ist, welches entlang einer Verstellrichtung (V) verstellbar und mit einem Gegenbremsteil (2) in Bremseingriff bringbar ist, wobei der Motor (41 , 42) von einer elektrischen Steuereinheit (100) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (5) und die Steuereinheit (100) mit der Bremsvorrichtung (1) integriert ausgebildet sind.
2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (100) in einem Steuergehäuse (101) angeordnet ist.
3. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (100) eine Steuerplatine (102) aufweist.
4. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (102) senkrecht zur Verstellrichtung (V) angeordnet ist.
5. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (100) eine elektrische Steckervorrichtung (103) mit mindestens einem Steckanschluss (104) aufweist.
6. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckervorrichtung (103) eine Mehrzahl von Steckanschlüssen (104) aufweist.
7. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckanschlüsse (104) eine Einsteckrichtung (E) senkrecht zur Verstellrichtung (V) aufweisen.
8. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckanschlüsse (104) bezüglich ihrer jeweiligen Einsteckrichtung (E) winklig relativ zueinander ausgerichtet sind.
9. Bremsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckanschlüsse (104) bezüglich ihrer jeweiligen Einsteckrichtung (E) T-förmig, kreuzförmig oder sternförmig angeordnet sind.
10. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckervorrichtung (103) einen Trägerkörper (105) aufweist.
11. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsteckrichtung ( E) der Steckanschlüsse (104) parallel zu einer Steuerplatine (102) ausgerichtet ist.
12. Bremsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steckervorrichtung (103) an einer Steuerplatine (102) fixiert ist.
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