DE10161500B4

DE10161500B4 - Zuspanneinrichtung für Radbremsen, insbesondere Scheibenbremsen

Info

Publication number: DE10161500B4
Application number: DE2001161500
Authority: DE
Inventors: Henning Förster; Detlef Gradert; Thomas Groetzinger
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2021-12-15
Also published as: DE10161500A1

Abstract

Zuspanneinrichtung für Radbremsen, für Scheibenbremsen mit einer Hebeleinrichtung zum Einwirken auf ein Kraftaufnahmesystem einer Bremsanlage und einem energiespeichernden Krafterzeuger mit einem Energiespeicher, dessen Arbeitshub auf die Hebeleinrichtung und damit auf das Kraftaufnahmesystem einwirkt und in der Lage ist, beim Entspannen des Kraftaufnahmesystems einen Teil der bei der Kraftabgabe (Arbeitshub) aufgebrachten Energie wieder aufzunehmen, wobei zusätzlich und parallel zum energiespeichernden Krafterzeuger (6) eine auf die Hebeleinrichtung (30) einwirkende elektromotorische Zuspannvorrichtung (42, 44) vorgesehen ist und der Krafterzeuger direkt mit der Hebeleinrichtung (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (30) einen Bremshebel (36) aufweist, welcher über ein Drehlager (32) drehbar mit dem Krafterzeuger (6) verbunden ist, welcher schwenkbar angeordnet ist, wobei der Bremshebel (36) in der Fahrtstellung unter der Krafteinwirkung des Krafterzeugers (6) an einen Anschlag (100) gelegt ist, derart, dass in dieser Fahrtstellung die Bremshebelposition fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zuspanneinrichtung für Radbremsen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 0 644 358 A1 ist eine Zuspanneinrichtung bekannt, die eine Kraftpatrone verwendet, die ein schwenkbares zylindrisches Gehäuse aufweist, in dem ein in axialer Richtung verschiebbarer Kolben von einer als Energiespeicher dienenden Feder nach außen gedrückt wird. Am äußeren Ende des Kolbens ist eine Rolle vorgesehen, die an einer Kontur eines Hebelarms anliegt und bei Verschwenken des Kraftpatronengehäuses an der Kontur abrollt. Die Schwenkbewegung wird hierbei durch eine zwischen dem Gehäuse der Zuspanneinrichtung und dem Kraftpatronengehäuse vorgesehene Verstelleinrichtung bewirkt. Der Hebelarm drückt hierbei eine Stange gegen einen der Bremsbelege der schwimmend aufgehängten Scheibenbremse. Nachteilig bei einer derartigen Zuspanneinrichtung ist, daß sie einen großen Bauraum erfordert. Die Kraftpatrone mit Kraftpatronengehäuse und Energiespeicher muß innerhalb des Schwenkwinkelbereiches verschwenkt werden, wobei neben dem Bauraum für den gesamten Schwenkwinkelbereich auch zusätzlicher Bauraum für die neben der Kraftpatrone angeordnete Verstelleinrichtung erforderlich ist. Da für die Verschwenkung der relativ großen Masse der gesamten Kraftpatrone hohe dynamische Kräfte erforderlich sind, muß der neben der Kraftpatrone angeordnete Schwenkmotor ebenfalls groß dimensioniert werden. Im Radbereich ist der zur Verfügung stehende Bauraum jedoch begrenzt. Da für die Verschwenkung ein relativ hoher Energieaufwand erforderlich ist, ist weiterhin der Wirkungsgrad trotz der Verwendung eines Energiespeichers begrenzt. Des weiteren sind mit der verschwenkbaren Kraftpatrone und der daneben angeordneten Verstelleinrichtung relativ viele bewegliche Teile erforderlich, wodurch die Herstellungskosten und die Störanfälligkeit erhöht sind.
Aus der EP 0 666 431 A1 ist eine elektromechanische Zuspannvorrichtung für Reibungsbremsen bekannt, die einen mittels eines axial verschiebbaren Betätigungsstößels Zuspannkräfte für die Reibungsbremse ausübenden Federspeicher aufweist, der durch einen Elektromotor über ein Drehbewegungen in Axialbewegungen und umgekehrt umsetzendes, drehkeilartiges Getriebe spannbar ist. Zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe ist eine Axialverschiebungen erlaubende und einseitig eine begrenzte Freilaufwirkung aufweisende, axiale Klauenkupplung vorgesehen. Das Getriebe weist einen auf dem Betätigungsstößel bzw. einem mit diesem verbundenen Teil drehbar gelagerten und zumindest in Spannrichtung des Federspeichers axial abgestützten Drehkeil auf, der die Axialverschiebungen ermöglichend mit dem Freilauf gekoppelt ist und an dessen zumindest einer Keilfläche eine am Gehäuse des Federspeichers drehbar gelagerte Rolle abrollbar anliegt. Die durch Abheben der Klauen voneinander realisierte Freilaufwirkung ermöglicht beim Erreichen einer Vollbetätigungsstellung beim plötzlichen Anhalten des federspeicherseitigen Teils der Klauenkupplung dem Elektromotor einen Drehauslauf, wodurch er vor hohen Drehzahlverzögerungen geschützt wird.
Aus der DE 196 27 646 A1 ist ein Aktuator für Fahrzeugbremsen bekannt. Als Aktuator dient ein Linearmotor, der in Form einer piezoelektrischen Stelleinheit ausgebildet ist und einen Stößel betätigt. Zur Umsetzung der Betätigung des Stößels auf die Betätigung eines Bremskolbens dient ein als Kniehebelgetriebe ausgebildetes Kraftübertragungsglied, das ein Gelenkstück aufweist und im Bremszylinder angeordnet ist. Eine Feder, die der Betätigung des Gelenkstückes entgegenwirkt, stellt bei unbetätigtem Aktuator das Kniehebelgetriebe in seine Grundstellung zurück, so daß auf die Bremsscheibe der Fahrzeugbremse keine Reibungskräfte ausgeübt werden.
Durch die WO 01/44677 A1 sind verschiedene Zuspanneinrichtungen für Radbremsen bekannt, bei denen während einer Bremsung Energie von einem Krafterzeuger über eine Dosiereinrichtung in die Zuspannung eingespeist wird, welche die Zuspannung elastisch verformt, und bei der nach Rücknahme der Bremsung eine zumindest teilweise Rückspeisung der in der Zuspannung enthaltenen elastischen Verformungsenergie an den Krafterzeuger stattfindet. Die Dosiereinrichtung (1–7) ist als Hebel mit ortsfestem Hebeldrehpunkt ausgebildet, auf den der als Federspeicher ausgebildete Krafterzeuger an einem variablen Gelenkpunkt, dessen Abstand zum Hebeldrehpunkt den die Größe der Brems-Betätigungskraft bestimmenden Verstellhub darstellt, kraftschlüssig einwirkt. Die Einstellung des Verstellhubes erfolgt durch eine Verstelleinrichtung, die in beliebiger Weise ausgestaltet sein kann. Der Kraftabgriff zum Kraftaufnahmesystem findet kraftschlüssig an einem Gelenkpunkt an einer hebelfesten Stelle des Dosier-Hebels statt. Der Verstellhub legt durch das Hebelverhältnis das Übersetzungsverhältnis zwischen Krafteinleitung und Kraftabgriff fest. Jedem Verstellhub entspricht eine bestimmte Brems-Betätigungskraft und zwei bestimmte Energien im Krafterzeuger und Kraftaufnahmesystem. Die bekannte Zuspanneinrichtung verwendet eine relativ große Anzahl von Bauteilen. Der Raumbedarf ist durch die mechanische, teilweise außerhalb des Gehäuses der Zuspanneinrichtung angeordnete Verstelleinrichtung groß.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zuspanneinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie einfach, kompakt und kostengünstig herstellbar ist, wenig Bauraum benötigt und eine direkte und schnelle Zuspannung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung schafft eine Zuspanneinrichtung, bei der auf die teure Konturierung des Bremshebels und auf die reibungsbehaftete, variable Übersetzung durch Änderung des Angriffspunktes des Krafterzeugers an der Hebelkontur verzichtet wird. Stattdessen ist eine direkte, drehbewegliche Verbindung zwischen dem Krafterzeuger und dem Hebel vorgesehen, wodurch eine direkte und schnelle Zuspannung erreicht wird. Durch die zusätzliche elektromotorische Zuspannung, die parallel zum Krafterzeuger auf den Hebel wirkt, kann eine schwächere Feder beim Krafterzeuger Verwendung finden. Der Krafterzeuger weist eine als Energiespeicher dienende Feder auf, die direkt über einen Federteller den Hebel beaufschlagt, welcher schwenkbar mit dem Federteller verbunden ist. Die Erfindung ermöglicht eine einfache, kompakte und kostengünstige Herstellung der Zuspanneinrichtung, die sich durch einen geringen Raumbedarf auszeichnet.
Der Hebel weist zweckmäßigerweise die Form eines Kreissegmentes auf oder weist einen Ansatz in Form eines Kreissegmentes oder Kreisbogens auf, wobei das Kreissegment oder der Ansatz eine kreisbogenförmige Verzahnung aufweist, die mit einem Antriebsritzel eines Elektromotors in Eingriff steht. Das Antriebsritzel kann beliebig angeordnet werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Krafterzeuger ein mit einer Verzahnung versehenes Bauteil aufweisen, das mit der Verzahnung des Hebels in Eingriff steht. Durch diese Ausbildung ist eine bessere Anpassung an die Einbausituation möglich.
Der Elektromotor wird in Abhängigkeit vom Winkel der Krafteinwirkung der Feder und/oder vom Auslenkungswinkel des Hebels und/oder vom Federweg der Feder prinzipiell so gesteuert, daß er aus der Fahrtstellung des Hebels bzw. der Feder heraus in einem ersten Zuspannbereich eine der Federkraft entgegenwirkende Kraft und in einem sich daran anschließenden zweiten Zuspannbereich eine die Federkraft unterstützende Kraft erzeugt. Im ersten Zuspannbereich ist also das resultierende Motordrehmoment negativ und im zweiten Zuspannbereich ist das resultierende Motordrehmoment positiv. Am Punkt des Übergangs vom ersten zum zweiten Zuspannbereich ist das resultierende Motordrehmoment Null; an dieser Stelle kann der Motor abgeschaltet werden und die Bremse bleibt selbständig zugespannt, so daß diese Position zur Realisierung einer Feststellbremsfunktion benutzt werden kann. An dieser Position ist am Bremshebel ein Gleichgewicht zwischen dem von der Feder erzeugten und dem vom Kraftaufnahmesystem aufgenommenen Drehmoment eingehalten, ohne daß ein Motordrehmoment wirksam ist.
Bei der beschriebenen Auslegung ist im ersten Zuspannbereich eine selbstschließende Funktion und im zweiten Zuspannbereich eine selbstlösende Funktion realisiert, und zwar derart, daß sich in beiden Bereichen derselbe Gleichgewichtzustand an der erläuterten Position zwischen beiden Zuspannbereichen einstellt. Ergänzend sei erwähnt, daß sich zum Beispiel für Bremsanwendungen im Eisenbahnbereich der erste Zuspannbereich auch über den gesamten Bremsbereich ausdehnen läßt; in diesem Falle ist eine selbstschließende Bremse realisiert, bei der über die Feder die volle Zuspannkraft eingeleitet wird und im Teilbremsbereich diese Zuspannkraft durch ein vom Motor aufgebrachtes negatives Drehmoment entsprechend reduziert wird.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.
Es zeigt
1 schematisch eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zuspanneinrichtung für Radbremsen,
2 schematisch eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zuspanneinrichtung,
3 schematisch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zuspanneinrichtung,
4 schematisch die Drehmomentenerzeugung für einen Bremshebel der Radbremse durch einen Krafterzeuger der Zuspanneinrichtung in unterschiedlichen Stellungen,
5 eine Darstellung zur Berechnung des auf den Bremshebel übertragenen Drehmomentes bei den Ausführungsformen nach den 1 und 2,
6 ein Diagramm der am Bremshebel wirkenden Eingangsdrehmomente M als Funktion des Bremshebel-Schwenkwinkels Ω und
7 eine Darstellung zur Berechnung des auf den Bremshebel übertragenen Drehmomentes bei der Ausführungsform nach 3.
Gleiche oder sich entsprechende Bauteile sind in den Figuren der Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Zeichnung zeigt in den 1 und 2 eine Zuspanneinrichtung 2, welche ein an einem in üblicher Weise mit dem Kraftfahrzeug verbundenen Bremssattel eines Rades anbringbares Gehäuse 4 aufweist. Im Gehäuse 4 ist ein energiespeichernder Krafterzeuger 6 angeordnet, der eine als Energiespeicher dienende Feder 8 aufweist. Die Feder 8 beaufschlagt mit einem Ende einen ersten Federteller 10 und stützt sich mit dem anderen Ende an einem zweiten Federteller 12 ab, welcher schwenkbar an einem Boden 14 einer fest mit dem Gehäuse 4 verbundenen Kappe 16 angeordnet ist. Die Feder 8 ist knicksicher ausgebildet.
Bei den Ausführungsformen nach den 1 und 2 ist der zweite Federteller 12 um eine Schwenkachse 18 schwenkbar, die im Kappenboden 14 gelagert ist.
Bei der Ausführungsform nach 2 weist der zweite Federteller 12 einen mittigen Ansatz 19 auf, welcher mit seitlichem Spiel durch eine Öffnung 22 des Kappenbodens 14 hindurchragt und eine untere Anschlagfläche 23 aufweist. Im Federteller 12 und dessen Ansatz 19 ist eine Durchgangsbohrung 21 ausgebildet, die von einer Schraube 20 durchsetzt ist, die in einen Ansatz 24 des ersten Federtellers 10 eingeschraubt ist. Die Öffnung 22 ist von einer faltenbalgähnlichen Abdeckung 26 verschlossen, die ein die Öffnung durchragendes Kopfende 28 der Schraube 20 aufnimmt. Die Schraube 20 stellt eine Notlöseeinrichtung dar. Sie muß im normalen Betriebsbremsfall soweit aus dem Ansatz 24 des Federtellers 10 herausgedreht sein, daß sie nicht während der Bremsbetätigung, wobei die Vollbremsstellung hier entscheidend ist, mit der Anschlagfläche 23 des Ansatzes 19 des unteren Federtellers in Berührung kommt.
Am ersten Federteller 10 ist eine Hebeleinrichtung 30 in einem Schwenklager 32 schwenkbar gelagert. Die Hebeleinrichtung 30 besteht aus einem um eine Bremswelle 34 schwenkbaren Hebel 36, insbesondere Bremshebel, der einen kreissegmentförmigen Ansatz 38 aufweist. Dieser kreissegmentförmige Ansatz 38 ist am Kreissegmentbogen mit einer Verzahnung 40 versehen, die mit einem Antriebsritzel 42 eines Elektromotors 44 in Eingriff steht, welcher somit parallel zum Krafterzeuger 6 bzw. zu der Feder 8 auf den Hebel 36 wirkt.
Die Zuspanneinrichtungen 2 und der Bremshebel 36 nach den 1 und 2 sind in der Totpunktlage entsprechend 4b gezeigt.
Bei der Ausführungsform nach 3 weist der Krafterzeuger 6 eine im Gehäuse 4 um eine Schwenkachse 49 schwenkbar gelagerte teleskopartig ausgebildete die Hebeleinrichtung 30 beaufschlagende Druckstange 50 auf, welche von einer Feder 52 umgeben ist, die sich mit einem Ende an einem ersten Federteller 51 abstützt, der am schwenkachsenseitigen Teil 53 der Druckstange 50 angeordnet ist, und sich mit dem anderen Ende an einem zweiten Federteller 56 abstützt, der an dem anderen verschiebbar im Teil 53 angeordneten Teil 57 der Druckstange 50 angebracht ist. Die Hebeleinrichtung 30 besteht aus dem an der Welle 34 (Bremswelle) angebrachten Hebel 36 (Bremshebel), an dessen der Welle abgewandten Ende hier ein kreisbogenförmiger Querbalken 58 angeordnet ist, der mit einer kreisbogenförmigen Verzahnung 40 versehen ist, mit der ein am freien Ende der Druckstange 50 bzw. des verschiebbaren Teils 57 der Drehstange des Krafterzeugers 6 ausgebildetes Zahnrad 62, welches drehfest mit dem der Hebeleinrichtung 30 zugewandten Teil 57 der teleskopartigen Druckstange 50 verbunden ist, sowie das Ritzel 42 des Elektromotors 44 in Eingriff stehen. Die Zuspanneinrichtung 2 und der Bremshebel 36 sind im Bremsbetrieb entsprechend 4c dargestellt; hierbei stellt der Elektromotor 44 eine definierte Auslenkung des Bremshebels 36 ein.
Wie in 3 zu erkennen ist, ist der tatsächliche Verschwenkwinkel Ω des Bremshebels 36 größer als der Zahnradberührungswinkel Ω1. Dieser Unterschied entsteht durch das Abwälzen der Verzahnung 40 mit dem Radius R1 auf dem Zahnrad 62 mit dem Radius R2. Durch das Verhältnis R2/R1 wird also ein zusätzlicher Freiheitsgrad geschaffen, um die Krafterzeugerkennlinie M_AF an die Bremsenkennlinie M_A anzupassen. Bei verschiedenen vorgegebenen Einbauräumen, wie sie zum Beispiel bei Fahrzeugen mit Blatt- oder Luftfeder auftreten, ist dadurch eine bessere Anpassung bei der Auslegung des Radbremsensystems möglich. Bei ungünstigen geometrischen Bedingungen müssen das Zahnrad 62 und die bogenförmige Verzahnung 40 an den Drehpunkten 101 und 106 verbunden werden, um ein Auseinanderrutschen der Verzahnungen zu vermeiden. Die Motorkraft F_E kann auch direkt an einer weiteren Verzahnung angreifen.
Bei der erfindungsgemäßen Zuspanneinrichtung 2 wird die auf den Bremshebel 36 wirkende Zuspannkraft durch zwei Quellen erzeugt. Die eine Quelle ist die Feder 8 (1 und 2) bzw. 52 (3) des Krafterzeugers 6 und die zweite Quelle ist der parallel zur Feder geschaltete Motor 44. Der Motor 44 hat noch eine weitere Aufgabe. Zur Einleitung einer Bremsung schwenkt der Elektromotor 44 die Hebeleinrichtung 30 aus der in der 4a gezeigten ungebremsten Fahrtstellung heraus.
Mit Hilfe des Motors 44 wird der Hebel 36 und damit die Bremswelle 34 gezielt aus der Fahrtstellung (Totpunkt) verschwenkt, wodurch ein Hebelarm erzeugt wird und sich ein Krafteinwirkungswinkel α (vgl. 3, 4c, 5 und 7) ergibt, unter dem die Feder 8 oder 52 auf den Hebel 36 einwirkt, so daß die Feder Energie- und Kraftanteile auf die Bremswelle übertragen kann.
Die Anordnung Feder/Bremshebel stellt ein zwangsläufiges Koppelgetriebe dar, wodurch von der Feder 8 oder 52 eingeleitete Kraftanteile genau definiert sind.
Die Charakteristik des Systems ist grob wie folgt: Bei geringer Zuspannung wird ein Überschuß an Energie durch die Feder in die Bremse eingeleitet, das heißt die Energie, die aus der Feder kommt, ist größer als die, die von der Bremse benötigt wird, so daß die Bremse ohne motorische Unterstützung normalerweise zufallen würde. In diesem Bereich geringer Zuspannung wirkt der Motor 44 daher der Kraft der Feder entgegen, wobei der Motor im Bremsbetrieb arbeitet.
Bei weiterer zunehmender Zuspannung wird die Gegenkraft aus der Bremse immer größer, so daß in Abhängigkeit von der Geometrie der Anordnung und der Kraft der Feder ab einem bestimmten Punkt, in dem ein Energiegleichgewicht zwischen der Feder und der Bremse besteht, die Feder nicht mehr in der Lage ist, die für die Bremsung notwendige Kraft in die Bremse einzuleiten, so daß sich die Bremse von allein lösen würde. In diesem Bereich höherer Zuspannung werden über den Motor 44 zusätzlich Kraftanteile zur Zuspannung eingeleitet, wobei mit zunehmender Zuspannung der vom Motor eingeleitete Kraftanteil überproportional größer wird.
Im Verlauf der Zuspannung erzeugt der Motor aus der Fahrtstellung des Hebels 36 heraus in einem ersten Zuspannungsbereich eine der Federkraft entgegenwirkende Kraft und in einem sich daran anschließenden zweiten Zuspannungsbereich eine die Federkraft unterstützende Kraft. Der Motor bremst also die Bewegung der Feder im ersten Zuspannungsbereich und unterstützt die Bewegung der Feder im zweiten Zuspannungsbereich. In Abhängigkeit von der Geometrie der Anordnung Feder/Hebel und der Federkraft steigt die der Federkraft entgegenwirkende Motorkraft mit steigendem Bremshebel-Schwenkwinkel im ersten Zuspannungsbereich von der Stelle 0 nach 6 von Null bis zu einem negativen Maximalwert und erreicht an der Stelle Ü nach 6 das Ende des ersten Zuspannungsbereiches und wird dort zu Null; im zweiten Zuspannungsbereich wird die Motorkraft zunehmend größer.
In den 4a, b und c ist die Drehmomentenerzeugung für den Bremshebel 36 in unterschiedlichen Stellungen des Krafterzeugers bzw. Bremshebels dargestellt. Motorantriebselemente zur Stellungsveränderung des Bremshebels sind nicht dargestellt.
In der 6 sind die am Bremshebel 36 wirkenden Drehmomente M als Funktion des Schwenkwinkels Ω des Bremshebels dargestellt. M_A stellt die Bremsenkennlinie, M_AF die Kennlinie des Drehmomentenanteils des Krafterzeugers 6 bzw. der Feder 8 oder 52, M_AM die Kennlinie des Drehmomentenanteils des Motors 44 dar. Die Bremsenkennlinie kann sich durch Verschleiß oder Erwärmung ändern. W'_A stellt die Bremsenkennlinie (gestrichelt dargestellt) bei einer stark erwärmten Bremse dar.
In den 4a, b und c ist das Kraftaufnahmesystem der Bremse stark vereinfacht als Federeinheit 104 dargestellt, welche die Elastizitäten der Bremse repräsentieren soll. Bei der Bremsenzuspannung wird durch die Drehung des Bremshebels 36 um die Achse 34 eine Zuspannkraft erzeugt, was in der 4 in stark vereinfachter Form dadurch gezeigt ist, daß ein mit dem Bremshebel 36 einstückig verbundener Nocken 103 verschwenkt wird und mit dem Kraftaufnahmesystem 104 in Wirkverbindung tritt.
4a zeigt eine mögliche Fahrtstellung (Punkt F in der 6). In dieser Fahrtstellung ist der Bremshebel 36, der ohne den kreissegmentförmigen Ansatz 38 dargestellt ist, unter der Krafteinwirkung des Krafterzeugers 6 an einen Anschlag 100 gelegt, so daß eine Fixierung dieser Hebelposition sichergestellt ist. Zwischen dem Nocken 103 und dem Kraftaufnahmesystem 104 ist ein Lüftspiel 105 vorhanden; in der Fahrtstellung ist also die Bremse sicher gelöst.
Die 4b zeigt die Totpunktstellung (Ω = 0° entsprechender Punkt 0 in der 6), in der der Bremshebel 36 vom Anschlag 100 weggeschwenkt ist; bei dieser Schwenkwinkelstellung (Ω = 0°, vgl. auch 4c, 3 und 7) geht der vom Krafterzeuger 6 erzeugte Kraftvektor direkt durch die Achse 34. Um den Bremshebel 36 bei Einleitung einer Bremsung aus der Fahrtstellung gemäß 4a (Punkt F in der 6) in die Totpunktstellung nach der 4b (Punkt 0 in der 6) zu verschwenken, übt der Motor 44 ein positives, abnehmendes Motordrehmoment auf den Bremshebel aus, vgl. Motordrehmomentkennlinie M_AM zwischen den Punkten F und 0 des Diagramms nach 6). Bei der Darstellung von 4b ist angenommen, daß gerade bei dieser Position das Lüftspiel zu Null geworden ist, d. h. daß der Nocken ”kraftlos” am Kraftaufnahmesystem 104 anliegt. Es sei darauf hingewiesen, daß sich bei einem kleineren Lüftspiel die in 6 dargestellten Kurven der Drehmomentenanteile des Motors M_AM und des Krafterzeugers bzw. der Feder M_AF in Bezug zur Bremsenkennlinie M_A verändern und sich im wesentlichen nach rechts verschieben. Bei einem größeren Lüftspiel verschieben sich die Kurven der Drehmomentenanteile in Bezug zur Bremsenkennlinie M_A dagegen im wesentlichen nach links.
Die 4c zeigt die Stellung im Bremsbetrieb (Ω > 0°). In dieser Stellung erzeugt der vom Krafterzeuger 6 abgegebene Kraftvektor am Bremshebel 36 ein Eingangsdrehmoment, indem entsprechend der vereinfachten Prinzipdarstellung mit einer Linksdrehung des Nockens 103 um die Achse 34 eine Kraft in Zuspannrichtung auf das Kraftaufnahmesystem 104 ausgeübt wird. Im Bremsbetrieb gibt es die nachstehend erläuterten ersten und zweiten Zuspannbereiche. Der Elektromotor wird in Abhängigkeit vom Winkel α der Krafteinwirkung der Feder des Krafterzeugers 6 und/oder vom Auslenkungswinkel Ω des Bremshebels 36 und/oder vom Federweg der Feder des Krafterzeugers so gesteuert, daß er aus der Fahrtstellung des Bremshebels bzw. der Feder heraus in einem ersten Zuspannbereich (Bereich 0-Ü in 6) eine der Federkraft entgegenwirkende Kraft und einem sich daran anschließenden zweiten Zuspannbereich (Bereich > Ü in 6) eine die Federkraft unterstützende Kraft erzeugt. Im ersten Zuspannbereich ist also das resultierende Motordrehmoment M_AM negativ und im zweiten Zuspannbereich ist das resultierende Motordrehmoment M_AM positiv. Am Punkt des Überganges (siehe Punkt Ü in 6) vom ersten zum zweiten Zuspannbereich ist, wie bereits vorstehend erläutert, das resultierende Motordrehmoment M_AM Null; an dieser Stelle kann der Motor abgeschaltet werden und die Bremse bleibt selbständig zugespannt, so daß diese Position zur Realisierung einer Feststellbremsfunktion benutzt werden kann. An dieser Position (Punkt Ü in 6) ist, wie vorstehend erläutert, das von der Feder erzeugte Moment gleich dem vom Kraftaufnahmesystem aufgenommenen Moment (M_AF = M_A). Bei der beschriebenen Auslegung ist im ersten Zuspannbereich eine selbstschließende Funktion und im zweiten Zuspannbereich eine selbstlösende Funktion realisiert, und zwar derart, daß sich in beiden Bereichen derselbe Gleichgewichtszustand an der erläuterten Position zwischen beiden Zuspannbereichen einstellt.
Die 5 zeigt das Wirkprinzip für die Drehmomenterzeugung im Bremsbetrieb nach 4c bzw. 3. Im Bremsbetrieb ist der Bremshebel 36 um einen Schwenkwinkel Ω aus der Totpunktstellung herausgelenkt, bzw. stellt sich ein Krafteinwirkungswinkel α (Winkel zwischen der Richtung der Kraft der Feder des Krafterzeugers in der Totpunktstellung und der Richtung der Kraft der Feder des Krafterzeugers in der Bremsstellung) ein.
Die 5 zeigt die Hebeleinrichtung 30 in vereinfachter Form derart, daß an dem Bremshebel 36 sowohl die Federkraft FF des Krafterzeugers 6 als auch die Motorkraft F_E des Motors 44 angreifen. Die Federkraft F_F wirkt auf den Bremshebel an der Achse 106 des Lagers 32 ein; der Abstand dieses Angriffspunktes (Achse 106) zur Achse 34 ist die feste Bremshebel-Länge L_F, die damit unabhängig vom Krafteinwirkungswinkel α ist.
Daneben wirkt auf den Bremshebel 36 eine vom Motor, über entsprechende Getriebestufen erzeugte Kraft F_E, letztlich in senkrechter Wirkung auf den Bremshebel 36 am Punkt 107 ein. Der Abstand des Punktes 107 zur Achse 34 stellt die Hebellänge L_E des durch den Abwälzradius des kreissegmentförmigen Ansatzes 38 gebildeten Hebels dar.
Wie aus der 5 zu erkennen ist, stellt sich bei der dargestellten Hebelposition ein virtueller Hebelarm mit der Länge L ein. Den virtuellen Hebelarm stellt man sich senkrecht zu der Einwirkrichtung des von dem Krafterzeuger 6 auf den Bremshebel 36 abgegebenen Kraft F_F vor, d. h. die Länge L des virtuellen Hebelarms stellt die wirksame Hebellänge für die Bestimmung des von der Kraft F_F beigesteuerten Drehmoments um die Drehachse 101 dar. Zwischen dem Bremshebel 36 und dem virtuellen Hebelarm bildet sich dabei ein Winkel von 90°-α-Ω. Die Länge L des virtuellen Hebelarms berechnet sich wie folgt: L = L_F·sin(α + Ω) [1]
Für eine Steuerung des Verschwenkens des Bremshebels 36 greift an einem Kraftangriffspunkt 107 die Eingangskraft F_E des Motors 44 an. Das von dem Bremshebel 36 insgesamt erzeugte, nutzbare Ausgangsdrehmoment (M_A) setzt sich damit aus dem von der Motorkraft F_E und dem Hebelarm L_E erzeugten Drehmoment und dem von dem Kraftanteil F_F des Krafterzeugers 6 und dem virtuellen Hebelarm L erzeugten Drehmoment zusammen und kann wie folgt berechnet werden: M_A = F_F·L_Fsin(α + Ω) + F_E·L_E [2]
Bei der Ausführungsform nach 3 wird die Federkraft F_F auf das Zahnrad 62 mit dem Radius R2 übertragen, welches drehfest mit dem der Hebeleinrichtung 30 zugewandten Teil 57 der teleskopartigen Druckstange 50 verbunden ist. Das Zahnrad befindet sich dabei im Eingriff mit der kreisbogenförmigen Verzahnung 40 mit dem Radius R1 der Hebeleinrichtung 30. Beim Verschwenken des Bremshebels 36 stellt sich der zu der Federkraft F_F gehörende virtuelle Hebelarm L wie in 5 dargestellt ein, wodurch am Bremshebel 36 ein Drehmoment M_A erzeugt wird. Die Berechnung von M_A erfolgt deshalb auch nach Gleichung [2], wobei statt Ω der Winkel Ω1 einzusetzen ist. Die Berechnung von Ω1 wird nachfolgend anhand der 7 beschrieben, die eine Darstellung zur Berechnung des auf den Bremshebel 36 übertragenen Drehmomentes M_A bei der Ausführungsform nach 3 zeigt.
Beim Verschwenken der Hebeleinrichtung 30 aus der Totpunktlage mit dem Berührungspunkt P1 um den Winkel Ω berühren sich das Zahnrad 62 und die bogenförmige Verzahnung 40 im Punkt P2. Der vorherige Berührungspunkt findet sich an der bogenförmigen, Verzahnung 40 mit dem Radius R1 als P1' und am Zahnrad 62 mit dem Radius R2 als P1'' wieder. Der Winkel zwischen P1 und P2 an der Hebeleinrichtung 30 beträgt Ω1. Die Hebeleinrichtung 30 wird jedoch um den Winkel zwischen P2 und P1' weitergedreht. Da das Bogenmaß zwischen P2, P1' und P2, P1'' gleich ist, berechnet sich die Differenz zwischen Ω und Ω1 aus der Übersetzung zwischen der bogenförmigen Verzahnung und dem Zahnrad wie folgt: Ω – Ω1 = R2/R1(α + Ω1) [3]
Ω1 ergibt sich daraus zu
M_A berechnet sich dann zu

Claims

Zuspanneinrichtung für Radbremsen, für Scheibenbremsen mit einer Hebeleinrichtung zum Einwirken auf ein Kraftaufnahmesystem einer Bremsanlage und einem energiespeichernden Krafterzeuger mit einem Energiespeicher, dessen Arbeitshub auf die Hebeleinrichtung und damit auf das Kraftaufnahmesystem einwirkt und in der Lage ist, beim Entspannen des Kraftaufnahmesystems einen Teil der bei der Kraftabgabe (Arbeitshub) aufgebrachten Energie wieder aufzunehmen, wobei zusätzlich und parallel zum energiespeichernden Krafterzeuger (6) eine auf die Hebeleinrichtung (30) einwirkende elektromotorische Zuspannvorrichtung (42, 44) vorgesehen ist und der Krafterzeuger direkt mit der Hebeleinrichtung (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (30) einen Bremshebel (36) aufweist, welcher über ein Drehlager (32) drehbar mit dem Krafterzeuger (6) verbunden ist, welcher schwenkbar angeordnet ist, wobei der Bremshebel (36) in der Fahrtstellung unter der Krafteinwirkung des Krafterzeugers (6) an einen Anschlag (100) gelegt ist, derart, dass in dieser Fahrtstellung die Bremshebelposition fixiert ist.
Zuspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremshebel (36) die Form eines Kreissegmentes hat oder einen Ansatz in Form eines Kreissegmentes (38) oder einen kreisbogenförmigen Ansatz (58) aufweist, wobei das Kreissegment oder der Ansatz eine kreisbogenförmige Verzahnung (40) aufweist, die mit einem Antriebsritzel (42) eines Elektromotors (44) der elektromotorischen Zuspannvorrichtung in Eingriff steht.
Zuspanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krafterzeuger (6) ein mit einer Verzahnung (62) versehenes Bauteil (50) aufweist, die mit der Verzahnung (40) des Bremshebels (36) in Eingriff steht.
Zuspanneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (44) ortsfest angeordnet ist.
Zuspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (44) in Abhängigkeit vom Winkel (α) der Krafteinwirkung des Krafterzeugers (6) und/oder vom Auslenkungswinkel (Ω) des Bremshebels (36) und/oder vom Federweg einer Feder (8, 52) des Krafterzeugers so gesteuert wird, dass er aus der Fahrtstellung des Bremshebels (36) bzw. des Krafterzeugers bzw. der Feder (8, 52) heraus in einem ersten Zuspannbereich eine dem Krafterzeuger (6) bzw. der Federkraft entgegenwirkende Kraft und in einem sich daran anschließenden zweiten Zuspannbereich eine den Krafterzeuger bzw. die Federkraft unterstützende Kraft erzeugt.
Zuspanneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Geometrie der Anordnung Feder/Bremshebel und/oder der Federkraft mit steigender Zuspannung die der Federkraft entgegenwirkende Motorkraft im ersten Zuspannbereich von Null aus einen Maximalwert erreicht und dann wieder zu Null wird und dass die die Federkraft unterstützende Motorkraft im zweiten Zuspannbereich, ausgehend von Null, zunehmend größer wird.
Zuspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fahrtstellung des Bremshebels (36) zur sicheren Lösung der Bremse ein Lüftspiel der Bremse realisiert ist.
Zuspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang (Ü) zwischen dem ersten und zweiten Zuspannbereich das auf den Bremshebel (36) übertragene Motordrehmoment (M) Null ist und ein Gleichgewicht zwischen dem vom Krafterzeuger (6) erzeugten Moment und dem vom Kraftaufnahmesystem (104) der Bremse aufgenommenen Moment besteht.
Zuspanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feststellbremsfunktion realisiert ist, in der zur Feststellung der Bremshebel (36) die Position des Übergangs (Ü) zwischen dem ersten und dem zweiten Zuspannbereich einnimmt.