DE10149695A1

DE10149695A1 - Elektromechanische Schwimmsattelscheibenbremse mit Selbstverstärkung

Info

Publication number: DE10149695A1
Application number: DE2001149695
Authority: DE
Inventors: Antonio Pascucci; Henry Hartmann; Martin Schautt
Original assignee: eStop GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: DE10149695B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Scheibenbremse (10) mit Selbstverstärkung, die einen von einem elektrischen Aktuator direkt betätigbaren Reibbelag (16) auf einer Seite einer Bremsscheibe (12) aufweist, auf den der elektrische Aktuator über eine Selbstverstärkungsanordnung (20) mit einem Keilwinkel alpha direkt wirkt, um den Reibbelag (16) an die Bremsscheibe (12) anzupressen. Die Bremse (10) weist darüber hinaus einen indirekt betötigten Reibbelag (18) auf der entgegengesetzten Seite der Bremsscheibe (12) auf, der mittels einem die Bremsscheibe übergreifenden Schwimmsattel (14) betätigt wird. Damit die beiden Reibbeläge (16) und (18) sich während eines Bremsvorgangs zumindest annähernd genau gegenüberliegen, besteht gemäß einer Lösung zwischen den beiden Reibbelägen (16, 18) im unbetätigten Zustand der Bremse (10) ein Versatz (x), der während eines Abbremsens der sich in Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) abhängig von der Anpresskraft abnimmt. Bei einer zweiten Lösung ist der indirekt betätigte Reibbelag (18) mit seitlichem Spiel gelagert, so dass er der beim Abbremsen der Bremsscheibe (12) auftretenden Verschiebung des direkt betätigten Reibbelages (16) folgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Bei solchen Scheibenbremsen bringt ein elektrischer Aktuator eine Betätigungskraft auf, die die Reibbeläge der Bremse an die sich drehende Bremsscheibe anlegt. Eine Selbstverstärkungseinrichtung in Gestalt einer Keilanordnung nutzt die in der sich drehenden Bremsscheibe enthaltene kinetische Energie zum weiteren Zustellen der Reibbeläge, d. h. die Reibbeläge werden mit einer gegenüber der Aktuatorkraft deutlich erhöhten Kraft, die nicht von dem elektrischen Aktuator aufgebracht wird, gegen die Bremsscheibe gepresst. Das Grundprinzip einer solchen Bremse ist aus dem deutschen Patent 198 19 564 bekannt.

Heutzutage übliche Scheibenbremsen sind als sogenannte Schwimmsattelbremsen ausgeführt. Bei einer Schwimmsattelbremse übergreift ein Schwimmsattel, der an einem fahrzeugfesten Bremsträger parallel zur Drehachse der Bremsscheibe verschieblich gelagert ist, die Bremsscheibe. Ein von einem Aktuator direkt betätigter Reibbelag erzeugt beim Anlegen an die Bremsscheibe eine Reaktionskraft, die den Schwimmsattel verschiebt, so daß ein auf der anderen Seite der Bremsscheibe genau gegenüberliegend angeordneter Reibbelag von Armen des Schwimmsattels ebenfalls gegen die Bremsscheibe gedrückt wird. Da dieser Reibbelag nicht direkt vom Aktuator, sondern indirekt über den Schwimmsattel betätigt wird, spricht man in diesem Zusammenhang auch vom indirekt betätigten Reibbelag.

Die Anwendung des eingangs genannten Selbstverstärkungsprinzips auf eine Schwimmsattelscheibenbremse bedingt zwangsläufig, daß der direkt betätigte Reibbelag von der sich drehenden Bremsscheibe ein Stück weit mitgenommen wird, und zwar in Umfangsrichtung der Bremsscheibe oder tangential nach außen, je nachdem wie der direkt betätigte Reibbelag geführt ist. Das hat zur Folge, daß während des eigentlichen Bremsvorganges die Reibbeläge sich nicht mehr genau gegenüberliegen, sondern einen Versatz zueinander aufweisen, der mit zunehmender Anpresskraft größer wird. Hat beispielsweise der in der Keilanordnung verwendete Keil einen Keilwinkel von 20 Grad, so kann der Weg, den der direkt betätigte Reibbelag durchläuft, in Drehrichtung der Bremsscheibe bis zu 10 mm und mehr betragen. Ein solcher Versatz zwischen dem direkt betätigten und dem indirekt betätigten Reibbelag ist unerwünscht, denn er führt zu einem Moment, das von dem Schwimmsattel abgestützt werden muß. Der Schwimmsattel kann sich dadurch in Bezug auf seine Führungen verspannen, so daß die Gleitbewegung des Schwimmsattels behindert wäre. In gewissem Maße gleicht sich dieses unerwünschte Moment durch eine sich beim Bremsen einstellende, ungleichmäßige Verteilung des auf die Reibbeläge wirkenden Anpressdrucks aus, mit dem die Reibbeläge an die Bremsscheibe gepresst werden, jedoch führt dies zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstverstärkende elektromechanische Schwimmsattelscheibenbremse anzugeben, bei der die zuvor geschilderten Probleme soweit behoben sind, daß sie in der Praxis keine Rolle mehr spielen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer selbstverstärkenden elektromechanischen Schwimmsattelscheibenbremse gelöst, die die im Patentanspruch 1 oder im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale aufweist. Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Lösung sind demnach der direkt betätigte Reibbelag und der indirekt betätigte Reibbelag so angeordnet, daß sie sich im unbetätigten Zustand der Bremse nicht genau gegenüberliegen, sondern einen Versatz zueinander aufweisen, der während eines Abbremsens der sich in Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe abhängig von der Anpresskraft abnimmt, mit der die Reibbeläge an die Bremsscheibe gedrückt werden. Die Erfindung nutzt auf intelligente Weise die Tatsache aus, daß die Bremsscheibe jeder Scheibenbremse üblicherweise eine Vorzugsdrehrichtung hat. Zum anderen fußt die Erfindung auf der Überlegung, daß ein Versatz zwischen den gegenüber angeordneten Reibbelägen einer Scheibenbremse umso kritischer ist, je stärker die die Reibbeläge an die Bremsscheibe drückende Anpresskraft ist. Beispielhaft sei auf den Einsatz einer Scheibenbremse in einem Kraftfahrzeug Bezug genommen: Deutlich mehr als 90% aller Bremsvorgänge eines Kraftfahrzeuges betreffen die Vorwärtsfahrt, d. h. die Vorzugsdrehrichtung einer Kraftfahrzeugscheibenbremse ist die Vorwärtsdrehrichtung. Darüber hinaus betreffen die Bremsvorgänge, bei denen eine hohe Anpresskraft auf die Reibbeläge ausgeübt werden muß, nahezu ausschließlich die Vorwärtsfahrt. Bremsungen, die eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges betreffen, sind zum einen relativ selten und erfolgen zum anderen ganz überwiegend bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, so daß die bei einem Bremsvorgang umgesetzte Energie, im wesentlichen also die in Wärme umgewandelte kinetische Energie der sich drehenden Bremsscheibe, und damit auch der Reibbelagverschleiß gering ist. Darüber hinaus sind die Anpresskräfte in der Regel niedrig. Unter solchen Umständen wirkt sich ein Versatz der gegenüberliegenden Reibbeläge nicht nachteilig aus, weder hinsichtlich des beim Bremsvorgang erzeugten und auf den Schwimmsattel wirkenden Moments, noch hinsichtlich einer ungleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Scheibenbremse so ausgeführt, daß der direkt betätigte Reibbelag während eines Abbremsens der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe seine Position derart verändert, daß der Versatz zwischen den beiden gegenüber angeordneten Reibbelägen abnimmt.

Gemäß einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Scheibenbremse so ausgelegt, daß die beiden Reibbeläge sich dann genau gegenüberliegen, wenn ein Abbremsen der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe mit der höchsten konstruktiv vorgesehenen, auf die Reibbeläge wirkenden Anpresskraft erfolgt. Eine solche Ausführungsform trägt der Überlegung Rechnung, daß das unerwünschte, auf den Schwimmsattel wirkende Moment umso größer ist, je größer der vorherrschende Versatz zwischen den gegenüber angeordneten Reibbelägen ist und je größer die auf die Reibbeläge wirkende Anpresskraft ist. Bei dieser Ausführungsform gibt es bei der konstruktiv vorgesehenen Maximalbelastung der Bremse kein unerwünschtes Moment der beschriebenen Art mehr.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibenbremse ist so ausgelegt, daß die beiden Reibbeläge sich genau gegenüberliegen, wenn ein Abbremsen der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe mit einer mittleren konstruktiv vorgesehenen, auf die Reibbeläge wirkenden Anpresskraft erfolgt. Diese Ausführungsform basiert auf der Überlegung, daß eine Maximalbelastung der Scheibenbremse nur äußerst selten vorkommt und daß die Bremsungen mit einer mittleren Anpresskraft im normalen Fahrbetrieb bei weitem überwiegen. Es ist deshalb zur Erzielung einer gleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge günstig, wenn die Reibbeläge sich im Verlaufe ihrer Lebensdauer möglichst häufig genau gegenüberliegen. Zwar tritt bei dieser Ausführungsform dann ein unerwünschtes, auf den Schwimmsattel wirkendes Moment auf, wenn die Bremse maximal belastet wird, jedoch sind diese Betriebszustände so selten, daß dieser Nachteil in der Praxis bei für normalen Fahrbetrieb gedachten Fahrzeugen nicht ins Gewicht fällt.

Zur Verbesserung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse gemäß der ersten Lösung ist bei bevorzugten Ausführungsformen derselben der direkt betätigte Reibbelag geteilt ausgebildet, derart, daß bei einem Abbremsen der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe der gesamte direkt betätigte Reibbelag an die Bremsscheibe angepresst wird, und daß bei einem Abbremsen der sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe im wesentlichen nur derjenige Teil des direkt betätigten Reibbelages an die Bremsscheibe angepresst wird, der sich mit dem gegenüberliegenden indirekt betätigten Reibbelag in Überdeckung befindet. Der Rest des direkt betätigten Reibbelages kann die Bremsscheibe durchaus ebenfalls berühren, er soll jedoch nicht angepresst werden. Mit einer solchen Ausführungsform wird vermieden, daß es bei Bremsvorgängen mit sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehender Bremsscheibe aufgrund des dann relativ großen Versatzes der gegenüberliegend angeordneten Reibbeläge bei höheren Anpresskräften zu einem unerwünscht hohen, auf den Schwimmsattel wirkenden Moment kommt.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit geteilt ausgebildetem direkt betätigten Reibbelag ist eine Belagträgerplatte, auf der der direkt betätigte Reibbelag befestigt ist, nachgiebig ausgebildet, derart, daß bei einem Abbremsen der sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe der sich mit dem gegenüberliegenden, indirekt betätigten Reibbelag nicht in Überdeckung befindende Teil des direkt betätigten Reibbelages die Bremsscheibe zwar berührt, jedoch praktisch nicht zur Erzeugung des Bremsmomentes beiträgt. Um die Belagträgerplatte in gewünschter Weise nachgiebig zu gestalten, weist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse die Belagträgerplatte des direkt betätigten Reibbelages an der Stelle, an der der Reibbelag geteilt ist, ein Quasigelenk auf. Das Quasigelenk kann beispielsweise durch eine Dickenverminderung der Belagträgerplatte erhalten werden.

Allen vorgenannten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der direkt betätigte und der indirekt betätigte Reibbelag im unbetätigten Zustand der Bremse einen Versatz der genannten Art zueinander aufweisen. Gemäß einer zweiten Lösung liegen der direkt betätigte Reibbelag und der indirekt betätigte Reibbelag der erfindungsgemäßen Scheibenbremse sich im unbetätigten Zustand der Bremse genau gegenüber und der indirekt betätigte Reibbelag ist mit seitlichem Spiel gelagert, derart, daß er der beim Abbremsen der Bremsscheibe auftretenden Verschiebung des direkt betätigten Reibbelages folgen kann, um auch im betätigten Zustand der Bremse dem direkt betätigten Reibbelag immer zumindest im wesentlichen genau gegenüber zu liegen. Mit "im wesentlichen genau gegenüberliegen" ist hier gemeint, daß ein absolut exaktes Gegenüberliegen zwar wünschenswert, jedoch im praktischen Gebrauch nicht unbedingt erforderlich ist. Ein kleiner Versatz zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Reibbelägen führt in der Praxis zu keinem störenden, auf den Schwimmsattel wirkenden Moment und führt auch nicht zu einer merklichen ungleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge. Der Begriff "mit seitlichem Spiel gelagert" ist hier so zu verstehen, daß der indirekt betätigte Reibbelag derjenigen Bewegung folgen kann, die der direkt betätigte Reibbelag bei einer Bremsung ausführt. Zum Beispiel kann bei einer Bremsung der direkt betätigte Reibbelag in Umfangsrichtung der Bremsscheibe mitgenommen werden. Der indirekt betätigte Reibbelag muß dann so gelagert sein, daß er ebenfalls eine Bewegung in Umfangsrichtung der Bremsscheibe ausführen kann. Der direkt betätigte Reibbelag kann jedoch auch so geführt sein, daß er bei einer Bremsung der Bremsscheibe nicht in Umfangsrichtung folgt, sondern unter Veränderung seines Reibpfades auf der Bremsscheibe tangential nach außen verschoben wird. Der indirekt betätigte Reibbelag muß dann eine ebensolche Bewegung ausführen können. Mischformen der beiden zuvor genannten Führungsarten sind ebenfalls möglich, d. h. die beiden Reibbeläge können eine zwischen der streng in Umfangsrichtung und streng tangentialen Verschiebung liegende Bewegung ausführen. Es ist jedoch wünschenswert, daß die beiden sich gegenüberliegenden Reibbeläge dieselbe Bewegung ausführen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibenbremse gemäß der zweiten Lösung ist die Verschiebung des indirekt betätigten Reibbelages durch vom Schwimmsattel gebildete Anschläge begrenzt und durch elastische Elemente gedämpft. Auf diese Weise werden stoßartige Belastungen des Schwimmsattels vermieden. Vorzugsweise sind die elastischen Elemente Federn.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibenbremse gemäß der zweiten Lösung sind der direkt betätigte Reibbelag und der indirekt betätigte Reibbelag auf jeweils einer Belagträgerplatte befestigt, und die beiden Belagträgerplatten sind durch eine die Bremsscheibe übergreifende, unabhängig vom Schwimmsattel bewegbare Brücke miteinander gekoppelt, so daß der indirekt betätigte Reibbelag zwangsweise jeder seitlichen Verschiebung des direkt betätigten Reibbelages genau folgt. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der jederzeit präzisen Nachführung des indirekt betätigten Reibbelages und darüber hinaus in einer Aufteilung der Kräfte: Die auf den indirekt betätigten Reibbelag wirkende Anpresskraft wird vom Schwimmsattel übertragen, während die beim Bremsen auftretende Reibkraft von der unabhängig vom Schwimmsattel bewegbaren Brücke übertragen wird.

Alle vorstehenden Ausführungsformen wurden unter Bezugnahme auf einen direkt betätigten und einen indirekt betätigten Reibbelag beschrieben. Es versteht sich, daß diese Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und daß statt einem direkt und einem indirekt betätigten Reibbelag paarweise mehrere direkt betätigte und indirekt betätigte Reibbeläge vorhanden sein können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Reihe schematischer Figuren zusammen mit weiteren Vorteilen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1a bis 1c ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen selbstverstärkenden elektromechanischen Scheibenbremse im Teilschnitt, wobei Fig. 1a die unbetätigte Bremse, Fig. 1b die Bremse in einer Bremsstellung für Vorwärtsfahrt und Fig. 1c die Bremse in einer Bremsstellung für Rückwärtsfahrt zeigt,
Fig. 2a bis 2c ein gegenüber der Fig. 1 etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel im Teilschnitt, wiederum für die Zustände unbetätigte Bremse, Bremsstellung in Vorwärtsfahrt und Bremsstellung für Rückwärtsfahrt,
Fig. 3a bis 3c ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen selbstverstärkenden elektromechanischen Scheibenbremse im Teilschnitt, wobei Fig. 3a die unbetätigte Bremse, Fig. 3b die Bremse in einer Bremsstellung für Vorwärtsfahrt und Fig. 3c die Bremse in einer Bremsstellung für Rückwärtsfahrt wiedergibt,
Fig. 4a und 4b ein gegenüber Fig. 3 etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 4a die unbetätigte Bremse und Fig. 4b die Bremse in einer Bremsstellung für Vorwärtsfahrt zeigt,
Fig. 5a und 5b eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels im Teilschnitt, wobei Fig. 5a die unbetätigte Bremse und Fig. 5b die Bremse in Bremsstellung zeigt, und
Fig. 6a und 6b zwei Diagramme, die die veränderten Kräfteverhältnisse am Keil für die Ausführungsform gemäß Fig. 5 verdeutlichen.
Die Fig. 1a bis 1c zeigen schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer selbstverstärkenden elektromechanischen Scheibenbremse 10 nach dem Schwimmsattelprinzip. Die Scheibenbremse 10 hat eine drehbare Bremsscheibe 12, die mit einem abzubremsenden Bauteil (nicht dargestellt) fest verbunden ist, beispielsweise mit dem Rad eines Fahrzeuges. Die Bremsscheibe 12 wird von einem Schwimmsattel 14 übergriffen, der hier nur sehr schematisch dargestellt ist und der in üblicher Weise parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 12 gleitend verschiebbar an einem hier nicht dargestellten Bremsträger gelagert ist. Der Bremsträger dient zur Befestigung der Scheibenbremse 10 an einem relativ zur Bremsscheibe 12 stationären Bauteil. Aus Gründen einer vereinfachten zeichnerischen Darstellung ist der die Bremsscheibe 12 überspannende Teil des Schwimmsattels 14 in die Zeichnungsebene geklappt worden; korrekterweise müßte dieser Teil nach oben aus der Zeichnungsebene herausstehen.
Die Scheibenbremse 10 hat des weiteren zwei Reibbeläge 16 und 18, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und die zum Abbremsen der Bremsscheibe 12 auf entgegengesetzte Seiten derselben einwirken können. Ein hier nicht dargestellter elektrischer Aktuator der Scheibenbremse 10 bringt bei einer Betätigung der Bremse eine Betätigungskraft auf den Reibbelag 16 auf, um ihn an die Bremsscheibe 12 anzulegen. Weil der Reibbelag 16 nicht über den Schwimmsattel 14, sondern in direkter Linie vom elektrischen Aktuator betätigt wird, wird der Reibbelag 16 im folgenden als direkt betätigter Reibbelag bezeichnet. Sobald der direkt betätigte Reibbelag 16 die Bremsscheibe 12 berührt, entsteht eine Reaktionskraft, die den Schwimmsattel 14 verschiebt, so daß sich auch der auf der anderen Seite der Bremsscheibe 12 angeordnete Reibbelag 18 an die Bremsscheibe anlegt (Schwimmsattelprinzip). Aufgrund der über den Schwimmsattel 14 erfolgenden Betätigung wird der Reibbelag 18 im folgenden als indirekt betätigter Reibbelag bezeichnet.
Zwischen dem elektrischen Aktuator und dem direkt betätigten Reibbelag 16 befindet sich eine allgemein mit 20 bezeichnete Selbstverstärkungsanordnung. Zu der Selbstverstärkungsanordnung gehören Keilflächen 22, 22', die unter einem Winkel α zur Oberfläche der Bremsscheibe 12 angeordnet und an einer Belagträgerplatte 23 ausgebildet sind, auf der der Reibbelag 16 beispielsweise durch Kleben befestigt ist, und eine komplementär zu den Keilflächen 22, 22' gestaltete Führung oder Abstützung 24, an der sich die Belagträgerplatte 23 abstützt. Die Selbstverstärkungsanordnung 20 ist hier nur sehr vereinfacht dargestellt, da es auf die genaue Ausbildung ihrer einzelnen Bauteile für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht ankommt. Wichtig ist lediglich das Grundprinzip der Selbstverstärkung, welches darin besteht, daß die mit dem Reibbelag 16 verbundene keilförmige Belagträgerplatte 23 bei einer Bremsung von der sich drehenden Bremsscheibe 12 mitgenommen wird, wodurch die Keilfläche 22 auf der zugeordneten komplementären Keilfläche der Abstützung 24 entlang läuft, so daß der direkt betätigte Reibbelag 16 immer stärker gegen die Bremsscheibe 12 gepreßt wird, ohne daß der nicht dargestellte Aktuator seine Betätigungskraft erhöht. Das Wirkungsprinzip einer selbstverstärkenden elektromechanischen Scheibenbremse ist in dem bereits genannten deutschen Patent 198 19 564 und dem parallelen US-Patent (Anmeldenr. 09/140,285) erklärt, auf die hiermit verwiesen wird. Im folgenden werden deshalb nur noch diejenigen Bauteile und ihre Funktion näher beschrieben, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von Interesse sind.
Fig. 1a zeigt den unbetätigten Zustand der Scheibenbremse 10, in dem der direkt betätigte Reibbelag 16 und der indirekt betätigte Reibbelag 18 sich nicht genau gegenüberliegen, sondern einen Versatz x zueinander aufweisen. Der Versatz x ist dabei so gewählt, daß der indirekt betätigte Reibbelag 18 sich bezüglich des direkt betätigten Reibbelages 16 um diesen Versatz x weiter in Vorzugsdrehrichtung der Bremsscheibe 12 befindet. Bei einem Bremsvorgang mit sich in Vorzugsdrehrichtung drehender Bremsscheibe 12 wird dann der direkt betätigte Reibbelag 16 aufgrund des zuvor geschilderten Mitnahmeeffektes in Drehrichtung der Bremsscheibe 12 bewegt, so daß der Versatz x mit zunehmender auf die Reibbeläge 16 und 18 wirkender Anpresskraft kleiner wird und schließlich bei einer bestimmten, zuvor festgelegten Anpresskraft ganz verschwindet. Dieser Zustand ist näherungsweise in Fig. 1b wiedergegeben. Der Versatz x kann beispielsweise so gewählt werden, daß er verschwindet, wenn ein Abbremsen der sich in Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe 12 mit der höchsten konstruktiv vorgesehenen Anpresskraft erfolgt. Eine solche Auslegung wird man wählen, wenn aufgrund der Einsatzbedingungen der Bremse 10 häufig mit einer maximalen Belastung der Bremse gerechnet werden muß. Der Versatz x kann beispielsweise aber auch so gewählt sein, daß er verschwindet, wenn ein Abbremsen der sich in Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe mit einer mittleren konstruktiv vorgesehenen Anpresskraft erfolgt. Anzustreben ist generell, daß die beiden Reibbeläge 16 und 18 sich im normalen Betrieb der Bremse 10 möglichst häufig genau oder zumindest annähernd genau gegenüberliegen, damit es zu keiner ungleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge 16, 18 kommt.
Fig. 1c zeigt, daß bei einem Abbremsen der sich entgegen der Vorzugsrichtung drehenden Bremsscheibe der Versatz x zwischen den beiden Reibbelägen 16 und 18 sich noch vergrößert. Dies ist im allgemeinen unkritisch, da Bremsvorgänge mit sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehender Bremsscheibe 12 nur selten vorkommen und zudem in der Regel nur geringe Anpresskräfte erfordern.
In den Fig. 2a bis 2c ist eine modifizierte Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels der Scheibenbremse 10 dargestellt, die zu gleichmäßigeren Anpressverhältnissen auch bei Bremsvorgängen mit sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehender Bremsscheibe 12 führt. Hierzu ist die Belagträgerplatte 23 des direkt betätigten Reibbelages 16 als Mehrfachkeil ausgeführt, d. h. sie weist wie dargestellt jeweils zwei Rampenflächen 26, 26' für Bremsvorgänge der sich in Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe 12 sowie zwei Rampenflächen 28, 28' für Bremsvorgänge der sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe 12 auf. Diese Rampenflächen 26, 26' und 28, 28' wirken über reibungsvermindernde Rollen 30 mit passend gestalteten, geneigten Flächen der Abstützung 24 der Selbstverstärkungsanordnung 20 zusammen. Der direkt betätigte Reibbelag 16 ist bei diesem Ausführungsbeispiel geteilt ausgebildet, d. h. er besteht aus einem größeren Abschnitt 16a und einem kleineren Abschnitt 16b, die beide an der Belagträgerplatte 23 befestigt sind. Zwischen den Abschnitten 16a und 16b des Reibbelages 16 ist die Belagträgerplatte 23 in ihrer Dicke durch eine Nut 32 stark reduziert, so daß an der noch bestehenden Verbindungsstelle ein Quasigelenk 34 entsteht, das auch als Festkörpergelenk bezeichnet wird.
Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels ist wie folgt: Bei unbetätigter Bremse (siehe Fig. 2a) besteht zwischen dem direkt betätigten Reibbelag 16 und dem indirekt betätigten Reibbelag 18 ein Versatz x. Bei einem Abbremsen der sich in Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe 12 werden die Rampenflächen 26, 26' benutzt und der direkt betätigte Reibbelag 16 wird im wesentlichen gleichmäßig auf seiner gesamten Fläche gegen die Bremsscheibe 12 gepresst, wobei der Versatz x verschwindet bzw. so klein wird, daß er sich nicht störend auswirkt (siehe Fig. 2b). Bei einem Abbremsen der sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe 12 (siehe Fig. 2c) werden die Rampenflächen 28, 28' benutzt und der Versatz x zwischen den Reibbelägen 16 und 18 nimmt zu, wie zuvor in Zusammenhang mit Fig. 1c bereits erläutert. Durch den geteilt ausgebildeten Reibbelag 16 und das in der Belagträgerplatte 23 vorhandene Quasigelenk 34 wird allerdings der Abschnitt 16b des Reibbelages 16 mit keiner hohen Kraft gegen die Bremsscheibe 12 gedrückt. Zwar berührt der Abschnitt 16b des Reibbelages 16 die Bremsscheibe 12, jedoch gibt der Bereich der Belagträgerplatte 23, auf der der Abschnitt 16b des Reibbelages 16 befestigt ist, aufgrund des Quasigelenkes 34 nach, so daß der Abschnitt 16b praktisch nicht zur Erzeugung des Bremsmomentes beiträgt. Damit ist ein auf die Bremsscheibe 12 wirkendes, unerwünschtes Moment weitgehend vermieden.
Die Fig. 3a bis 3c zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektromechanischen Scheibenbremse 10 mit Selbstverstärkung, das sich von den zuvor gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, daß in der unbetätigten Stellung (siehe Fig. 3a) der Scheibenbremse 10 kein Versatz x zwischen dem direkt betätigten Reibbelag 16 und dem indirekt betätigten Reibbelag 18 vorhanden ist. Mit anderen Worten, die beiden Reibbeläge 16 und 18 liegen sich genau gegenüber. Damit es beim Bremsen zu keinem Versatz zwischen den Reibbelägen 16 und 18 kommt, ist der indirekt betätigte Reibbelag 18 wie dargestellt mit seitlichem Spiel gelagert, so daß er der beim Abbremsen der Bremsscheibe 12 auftretenden Verschiebung des direkt betätigten Reibbelages 16 folgen kann. Die seitliche Verschiebung des indirekt betätigten Reibbelages 18 ist in beide Richtungen durch Anschläge 36 und 38 begrenzt. Die Anschläge 36 und 38 werden so positioniert, daß die beiden Reibbeläge 16 und 18 sich bei einer gewünschten, vorab festgelegten Anpresskraft genau gegenüberliegen. Bei einem Abbremsen der sich in Vorzugsrichtung drehenden Bremsscheibe 12 (siehe Fig. 3b) wird der indirekt betätigte Reibbelag 18 gegen den Anschlag 36 verschoben und liegt in dieser Stellung dem direkt betätigten Reibbelag 16 genau gegenüber. Bei einem Abbremsen der sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe 12 (siehe Fig. 3c) wird der indirekt betätigte Reibbelag 18 gegen den Anschlag 38 verschoben und liegt in dieser Stellung wiederum dem direkt betätigten Reibbelag 16 genau gegenüber.
Die seitliche Verschiebung des indirekt betätigten Reibbelages 18 kann tangential zur Bremsscheibe 12 erfolgen, so daß der sogenannte Reibpfad des Reibbelages 18 sich bei seiner seitlichen Verschiebung ändert, sie kann jedoch auch in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 12 erfolgen, so daß bei einer seitlichen Verschiebung des Reibbelages 18 der Reibpfad gleich bleibt. Mischformen der zwei zuvor genannten Verschiebungsarten sind ebenfalls möglich. Grundsätzlich soll die seitliche Verschiebung des indirekt betätigten Reibbelages 18 in einer mit der Verschiebung des direkt betätigten Reibbelages 16 übereinstimmenden Weise erfolgen.
In den Fig. 4a und 4b ist eine Abwandlung des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles wiedergegeben, bei der die seitliche Verschiebung des indirekt betätigten Reibbelages 18 durch hier als Federelemente 40 und 42 ausgeführte elastische Elemente gedämpft ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß der indirekt betätigte Reibbelag 18 bzw. seine Belagträgerplatte 43 mit hoher Geschwindigkeit und großer Kraft gegen die Anschläge 36, 38 stößt. Ein weiterer Vorteil dieser abgewandelten Ausführungsform ist die bessere Übereinstimmung der Stellung der Reibbeläge 16 und 18 auch bei geringeren Anpresskräften, denn die Position des indirekt betätigten Reibbelages 18 ergibt sich aus dem Gleichgewicht der auf ihn wirkenden Federkraft und der Reibkraft F_R. Eine 100%-ige Übereinstimmung der Belagstellung wird allerdings nicht erreicht, da die Position des direkt betätigten Reibbelages 16 von der Anpresskraft, also der Normalkraft F_N abhängt, während die Position des indirekt betätigten Reibbelages 18 wie bereits ausgeführt eine Funktion der Reibkraft F_R ist. Weil F_R = µ × F_N gilt und der Reibkoeffizient µ nicht konstant ist, ergeben sich Abweichungen, die in der Praxis allerdings toleriert werden können.
Die Fig. 5a und 5b zeigen eine weitere Abwandlung einer elektromechanischen Scheibenbremse 10 mit Selbstverstärkung, bei der sich ebenfalls die Reibbeläge 16 und 18 im unbetätigten Zustand der Bremse 10 genau gegenüberliegen (siehe Fig. 5a). Auch bei dieser Ausführungsform ist der indirekt betätigte Reibbelag 18 seitlich verschiebbar gelagert, jedoch wird seine Position nicht mehr durch Anschläge bestimmt. Stattdessen wird der indirekt betätigte Reibbelag 18 über eine die Bremsscheibe 12 übergreifende Brücke 44 der Bewegung des direkt betätigten Reibbelages 16 nachgeführt. Hierzu ist die Brücke 44 zum einen mit der Belagträgerplatte 43 des indirekt betätigten Reibbelages 18 und zum anderen mit der Belagträgerplatte 23 des direkt betätigten Reibbelages 16 gekoppelt. Die Brücke 44 ist unabhängig vom Schwimmsattel 14 bewegbar und stützt die beim Bremsvorgang am indirekt betätigten Reibbelag 18 auftretende Reibkraft ab. Der Schwimmsattel 14 überträgt nur noch die Anpresskraft F_N auf den indirekt betätigten Reibbelag 18.
Eine solche Ausführungsform hat eine Reihe von Vorteilen:

1. Durch die Führung des indirekt betätigten Reibbelages 18 in Drehrichtung der Bremsscheibe 12 ist zu allen Zeitpunkten und für beide Drehrichtungen eine symmetrische, genau gegenüberliegende Stellung beider Reibbeläge 16 und 18 gewährleistet.
2. Die Führung des indirekt betätigten Reibbelages 18 erfährt während einer Bremsung bei gleichbleibender Drehrichtung der Bremsscheibe 12 keinen Kraftrichtungswechsel. Lediglich zu Beginn eines Bremsvorganges wird eventuell vorhandenes Spiel in der Brückenführung durchlaufen, während der Bremsung ist der indirekt betätigte Reibbelag 18 jedoch spielfrei geführt.
3. Auch bei einer Drehrichtungsumkehr der Bremsscheibe 12 kann nur das in der Brückenführung vorhandene Spiel durchlaufen werden, das aber klein ist. Probleme mit einer schlagartigen Belastung von Anschlägen treten daher nicht auf.
4. Durch eine veränderte Kinematik, d. h. durch einen größeren Keilwinkel α, ergeben sich geringere Keilbewegungen in Drehrichtung der Bremsscheibe 12. Somit kann eine schnellere Zustellbewegung der Reibbeläge 16 und 18 realisiert werden, d. h. die Reibbeläge können aus ihrer unbetätigten Stellung heraus schneller an die Bremsscheibe 12 angelegt werden. Alternativ lässt sich die Zuspanngeschwindigkeit und damit die erforderliche Energie- und Leistungsaufnahme beim Zuspannen reduzieren.

Die unter 4. genannten Vorteile beruhen auf etwas veränderten Kräfteverhältnissen an der Keilanordnung der Selbstverstärkungsanordnung 20. Fig. 6a zeigt die wirkenden Kräfteverhältnisse bei einer elektromechanischen Scheibenbremse 10 mit Selbstverstärkung, die keine Brücke 44 aufweist. Es gilt

mit F_N = die an der Bremsscheibe 12 wirkende Normalkraft,
F_A = die in die Keilanordnung eingeleitete Aktuatorkraft,
µ = Reibungskoeffizient, auch Reibwert genannt,
α = Keilwinkel.
Da bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform mit der Brücke 44 auch die vom indirekt betätigten Reibbelag 18 erzeugte Reibkraft auf die Belagträgerplatte 23 zurückgeführt wird, ergibt sich für diese Lösung der Zusammenhang

der in Fig. 6b auch zeichnerisch wiedergegeben ist. Der optimale Keilwinkel für die Selbstverstärkung, bei dem die Aktuatorkraft F_A zu 0 wird, ergibt sich somit aus

tanα* - 2 µ = 0

und damit zu

tanα* = 2 µ.
Aus diesem Zusammenhang folgt

tanα* = 2tanα.
Der optimale Keilwinkel ist somit gegenüber den Ausführungsbeispielen ohne Brücke 44 deutlich größer, d. h. α* = 1,5 bis 2a.

Claims

1. Selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremse (10), mit
einer Bremsscheibe (12), die eine Vorzugsdrehrichtung aufweist,
einem eine Betätigungskraft erzeugenden elektrischen Aktuator,
einem von dem elektrischen Aktuator direkt betätigten Reibbelag (16) auf einer Seite der Bremsscheibe (12), auf den der elektrische Aktuator über eine Selbstverstärkungsanordnung (20) mit einem Keilwinkel α direkt wirkt, um den direkt betätigten Reibbelag (16) an die Bremsscheibe (12) anzupressen, und
einem mittels einem die Bremsscheibe (12) übergreifenden Schwimmsattel (14) indirekt betätigten Reibbelag (18) auf der entgegengesetzten Seite der Bremsscheibe (12),
bei der sich der direkt betätigte Reibbelag (16) und der indirekt betätigte Reibbelag (18) im unbetätigten Zustand der Bremse (10) nicht genau gegenüberliegen, sondern einen Versatz (x) zueinander aufweisen, und bei der der Versatz (x) zwischen den beiden Reibbelägen (16, 18) während eines Abbremsens der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) abhängig von der Anpresskraft abnimmt.

2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt betätigte Reibbelag (16) während eines Abbremsens der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) seine Position derart verändert, daß der Versatz (x) zwischen den beiden Reibbelägen (16, 18) abnimmt.

3. Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reibbeläge (16, 18) sich genau gegenüberliegen, wenn ein Abbremsen der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) mit der höchsten konstruktiv vorgesehenen Anpresskraft erfolgt.

4. Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reibbeläge (16, 18) sich genau gegenüberliegen, wenn ein Abbremsen der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) mit einer mittleren konstruktiv vorgesehenen Anpresskraft erfolgt.

5. Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt betätigte Reibbelag (16) geteilt ausgebildet ist, derart, daß bei einem Abbremsen der sich in der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) der gesamte direkt betätigte Reibbelag (16) an die Bremsscheibe (12) angepresst wird, und daß bei einem Abbremsen der sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) im wesentlichen nur derjenige Teil des direkt betätigten Reibbelages (16) an die Bremsscheibe (12) angepresst wird, der sich mit dem gegenüberliegenden, indirekt betätigten Reibbelag (18) in Überdeckung befindet.

6. Scheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Belagträgerplatte (23), auf der der direkt betätigte Reibbelag (16) befestigt ist, nachgiebig ausgebildet ist, derart, daß bei einem Abbremsen der sich entgegen der Vorzugsdrehrichtung drehenden Bremsscheibe (12) der sich mit dem gegenüberliegenden, indirekt betätigten Reibbelag (18) nicht in Überdeckung befindende Teil des direkt betätigten Reibbelages (16) die Bremsscheibe (12) zwar berührt, jedoch praktisch nicht zur Erzeugung des Bremsmomentes beiträgt.

7. Scheibenbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Belagträgerplatte (23) des direkt betätigten Reibbelages (16) an der Stelle, an der der Reibbelag (16) geteilt ist, ein Quasigelenk (34) aufweist.

8. Selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremse (10), mit
einer drehbaren Bremsscheibe (12),
einem eine Betätigungskraft erzeugenden elektrischen Aktuator,
einem von dem elektrischen Aktuator direkt betätigten Reibbelag (16) auf einer Seite der Bremsscheibe (12), auf den der elektrische Aktuator über eine Selbstverstärkungsanordnung (20) mit einem Keilwinkel α direkt wirkt, um den direkt betätigten Reibbelag (16) an die Bremsscheibe (12) anzulegen, und
einem mittels einem die Bremsscheibe (12) übergreifenden Schwimmsattel (14) indirekt betätigten Reibbelag (18) auf der entgegengesetzten Seite der Bremsscheibe (12),
wobei sich der direkt betätigte Reibbelag (16) und der indirekt betätigte Reibbelag (18) im unbetätigten Zustand der Bremse (10) genau gegenüberliegen und der indirekt betätigte Reibbelag (18) mit seitlichem Spiel gelagert ist, derart, daß er der beim Abbremsen der Bremsscheibe (12) auftretenden Verschiebung des direkt betätigten Reibbelages (16) folgen kann, um auch im betätigten Zustand der Bremse (10) dem direkt betätigten Reibbelag (16) zumindest im wesentlichen genau gegenüberzuliegen.

9. Scheibenbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des indirekt betätigten Reibbelages (18) durch Anschläge (36, 38) begrenzt und durch elastische Elemente gedämpft ist.

10. Scheibenbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente Federelemente (40, 42) sind.

11. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt betätigte Reibbelag (16) und der indirekt betätigte Reibbelag (18) auf jeweils einer Belagträgerplatte (23, 43) befestigt sind, und daß die beiden Belagträgerplatten (23, 43) durch eine die Bremsscheibe (12) übergreifende, unabhängig vom Schwimmsattel (14) bewegbare Brücke (44) miteinander gekoppelt sind, so daß der indirekt betätigte Reibbelag (18) zwangsweise jeder seitlichen Verschiebung des direkt betätigten Reibbelages (16) genau folgt.