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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrohydraulische oder elektropneumatische
Bremse, die insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Verwendung in Fahrzeugen
geeignet ist.
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Bei
elektrischen Bremsen wird die von dem Fahrer eines Fahrzeugs ausgeübte Pedalkraft
als elektrisches Signal an ein Steuergerät übertragen. Von diesem kann
dann, insbesondere nach Auswertung von Sensorenwerten, die Bremskraft
eingestellt werden. Es erfolgt somit direkt am Bremspedal keine hydraulische Übertragung
der Betätigungskraft.
Vielmehr dienen der Pedalweggeber und der vom Pedal erzeugte Kraft
als Signale für
die Steuerung der Bremse. Um dem Fahrer das von der hydraulischen Bremse
gewohnte Gefühl
zu erhalten, kann eine Gegenkraft am Bremspedal erzeugt werden.
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Die
für eine
elektrische Fahrzeugbremse benötigte
elektrische Energie übersteigt
bei weitem die durch das Bordnetz zur Verfügung gestellte. Dies ist insbesondere
angesichts der Tatsache bedeutsam, dass ein 42-V-Netz wohl in absehbarer
Zeit nicht eingeführt
wird. Daher wird nach Mechanismen gesucht, welche bei einer elektrischen
Bremse ein Teil der für die
Bremse benötigten
Energie auf nicht-elektrischem Weg zur Verfügung stellen.
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Ein
Beispiel hierfür
ist die rein elektromechanische Kraftfahrzeugbremse mit Selbstverstärkung, da
diese Art elektromechanischer Bremsen nur einen relativ kleinen
elektrischen Aktuator benötigt
und sich den Großteil
der erforderlichen Bremsbetätigungskraft
aus der kinetischen Energie des sich bewegenden, abzubremsenden
Gliedes der Bremse holt, beispielsweise aus einer sich im Fahrzeugbetrieb
drehenden Bremsscheibe.
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Es
besteht jedoch der Wunsch nach einer elektrischen Bremse, die zur
Erzielung hoher Bremsbetätigungskräfte sowohl
während
einer Bewegung z. B. eines Fahrzeuges als auch im Stillstand, d.
h. unabhängig
davon, ob das abzubremsende Glied der Bremse sich in Bewegung befindet
oder nicht, sowie darüber
hinaus unabhängig
von der Drehrichtung dieses Gliedes, einen nur kleinen elektrischen
Aktuator benötigt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente elektrische
Bremse aufzuzeigen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Bremse,
welche sich für
ein Kraftfahrzeug eignet, jedoch nicht auf diese Verwendungsweise
beschränkt
ist, umfasst ein abzubremsendes Glied und wenigstens einen Reibbelag zum
reibschlüssigen
Eingriff mit dem abzubremsenden Glied. Ferner ist ein elektrischer
Aktuator und ein Kraftspeicher vorgesehen. Eine Kraftübersetzungseinrichtung
wirkt derart mit dem Aktuator zusammen, dass sie die von dem Aktuator
abgegebene Kraft in ein erstes Betätigungsmoment umsetzt. Weiterhin wirkt
sie derart mit dem Kraftspeicher zusammen, dass sie die im Kraftspeicher
gespeicherte Kraft in ein zweites Betätigungsmoment umsetzt. Hierbei setzt
sich das Gesamtbetätigungsmoment
aus dem ersten und dem zweiten Betätigungsmoment zusammen. Schließlich ist
eine hydraulische oder pneumatische Übertragungsvorrichtung vorhanden
zum Übertragen
der von dem Gesamtbetätigungsmoment hervorgerufenen
Kraft von der Kraftübersetzungseinrichtung
unmittelbar oder mittelbar auf den Reibbelag.
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Das
Gesamtbetätigungsmoment,
welches an der Kraftübersetzungseinrichtung
vorhanden ist bzw. von der Kraftübersetzungseinrichtung
umgesetzt wird, besteht aus der Komponente des von dem Aktuator
hervorgerufenen Betätigungsmoments
und der Komponente des von dem Kraftspeicher hervorgerufenen Be tätigungsmoments.
Hierbei ist es möglich,
dass zumindest bei manchen Bremsvorgängen die erste oder die zweite
Komponente Null ist, die Bremsung in diesen Fällen somit nur von dem Aktuator
oder nur von dem Kraftspeicher bewirkt wird.
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Das
Gesamtbetätigungsmoment
bzw. die von dem Gesamtbetätigungsmoment
hervorgerufene Kraft wird zu dem wenigstens einen Reibbelag übertragen,
wobei diese Übertragung
zumindest teilweise auf hydraulischem oder pneumatischem Weg erfolgt. Dementsprechend
liegt eine elektro-hydraulische oder elektropneumatische Bremse
vor.
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Das
Gesamtbetätigungsmoment
kann hinsichtlich seiner Richtung und seines Betrages in etwa dem
zweiten Betätigungsmoment
entsprechen. Die Bremse ermöglicht
es somit, die benötigte
Bremsbetätigungskraft
bzw. das benötigte
Bremsbetätigungsmoment
im Wesentlichen mit der in dem Kraftspeicher gespeicherten Kraft
abzudecken und den elektrischen Aktuator nur einen verglichen mit
der benötigten
Bremsbetätigungskraft
bzw. dem benötigten Bremsbetätigungsmoment
geringen Anteil zusteuern zu lassen.
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Vorzugsweise
ist der Kraftspeicher betriebsmäßig mit
dem elektrischen Aktuator gekoppelt, wobei in diesem Zusammenhang
ein "betriebsmäßig mit dem
elektrischen Aktuator gekoppelter Kraftspeicher" so zu verstehen ist, dass bei einer
Betätigung des
elektrischen Aktuators automatisch auch der Kraftspeicher eine Kraft
an die Kraftübersetzungseinrichtung
abgibt. Diese Kraftabgabe kann entsprechend dem Ausmaß der Betätigung des
Aktuators sein, d. h. mit zunehmender Aktuatorbetätigung nimmt
auch die Kraftabgabe oder Drehmomentabgabe des Kraftspeichers zu.
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In
Weiterbildung der Erfindung weist die Kraftübersetzungseinrichtung ein
Kraftübersetzungselement
auf mit einer mechanischen Kopplung zu dem Kraftspeicher, einer
mechanischen Kopplung zu dem Aktuator, und einer mechanischen Kopplung
zu der Übertragungsvorrichtung.
Bei dem Kraftübersetzungselement handelt
es sich um einen energetischen Sternpunkt, denn an dem Kraftübersetzungselement
greifen sowohl die Kräfte
des Aktuators, als auch die Kräfte
des Kraftspeichers, als auch die Kräfte der Übertragungsvorrichtung an.
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Einer
Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist das
Kraftübersetzungselement
drehbar gelagert.
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Das
Kraftübersetzungselement
kann z. B. eine Scheibe umfassen, wobei exzentrisch an der Scheibe
ein Zapfen angeordnet ist, und der Kraftspeicher zur Abgabe seiner
gespeicherten Kraft eine Kraft auf den Zapfen ausübt. Dies
ermöglicht
es auf effiziente Weise, ein im Verlauf der Kraftabgabe variierendes,
insbesondere ansteigendes, zweites Betätigungsmoment zu realisieren.
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Das
Kraftübersetzungselement
kann z. B. eine Scheibe umfassen, wobei die mechanische Kopplung
zu dem Kraftspeicher über
ein exzentrisch an der Scheibe befestigtes Zug- oder Druckelement erfolgt.
Durch das Zug- oder Druckelement kann eine geeignete räumliche
Trennung zwischen der Kraftübersetzungseinrichtung
und dem Kraftspeicher realisiert werden. Die Scheibe kann insbesondere
eine Führung
für das
Zug- oder Druckelement aufweisen. Durch die Form und/oder Orientierung
der Führung auf
der Scheibenoberfläche
kann die Richtung des zweiten Betätigungsmomentes beeinflusst
werden. Auch diese Weiterbildung ermöglicht es auf effiziente Weise,
ein im Verlauf der Kraftabgabe variierendes, insbesondere ansteigendes,
zweites Betätigungsmoment
zu realisieren.
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Die
Scheibe kann einen exzentrisch an der Scheibe angeordneten Zapfen
aufweisen, welcher die von dem Gesamtbetätigungsmoment hervorgerufene
Kraft an die hydraulische oder pneumatische Übertragungsvorrichtung abgibt.
Dieser Zapfen kann sich von dem gegebenenfalls für die Kraftabgabe durch den
Kraftspeicher vorgesehenen Zapfen unterscheiden; es kann sich jedoch
auch um den gleichen Zapfen handeln. Die Abgabe der von dem Gesamtbetätigungsmoment
hervorgerufenen Kraft kann z. B. erfolgen, indem der Zapfen einen
Kolben in einen Zylinder drückt.
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Einer
Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist der
Kraftspeicher dann, wenn der elektrische Aktuator seine maximale
Betätigung
erreicht hat, vollständig
oder nahezu vollständig
entleert. Zwar wäre
ein Betreiben des Kraftspeichers auf Niveaus zwischen 100% und beispielsweise
50% der in ihm gespeicherten Kraft ebenfalls möglich, jedoch ist unter energetischen
Gesichtspunkten eine vollständige
oder nahezu vollständige
Entleerung des Aktuators bei maximaler Bremsbetätigung günstiger. Ein solcher, energetisch
günstiger
Betrieb sollte kombiniert werden mit einer relativ hohen Kraftübersetzung
durch die Kraftübersetzungseinrichtung
im Bereich des maximalen Betätigungsweges
des Aktuators, um das dann erforderliche hohe Bremsbetätigungsmoment erzielen
zu können.
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In
Weiterbildung der Erfindung wirkt die Kraftübersetzungseinrichtung derart
mit dem Kraftspeicher zusammen, dass die im Kraftspeicher gespeicherte
Kraft im Laufe der Abgabe der gespeicherten Kraft in ein ansteigendes
zweites Betätigungsmoment
umgesetzt wird. Das zweite Betätigungsmoment
kann auf vorgegebene Weise ansteigen, wobei das "auf vorgegebene Weise ansteigende Betätigungsmoment" meint, dass man
durch eine entsprechende Auslegung der Kraftübersetzungseinrichtung einen
bestimmten, gewünschten
Verlauf des zweiten Betätigungsmomentes
vorgeben kann. Ein solcher Verlauf kann linear ansteigend sein,
er kann aber auch progressiv oder degressiv sein.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Kraftübersetzungseinrichtung derart
mit dem Kraftspeicher zusammen, dass die Abgabe der von dem Kraftspeicher
gespeicherten Kraft durch eine Betätigung des Aktuators ausgelöst wird.
In diesem Fall ist die Bedingung für eine Kraftabgabe durch den
Kraftspeicher, dass der Aktuator zumindest zeitweise betätigt wird.
Zusätzlich
ist es möglich,
dass die Bedingung für
eine Kraft abgabe durch den Kraftspeicher ist, dass der Aktuator
während
der gesamten Zeit der Kraftabgabe betätigt wird.
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Vorzugsweise
wirkt die Kraftübersetzungseinrichtung
derart mit dem Kraftspeicher zusammen, dass bei einem Lösen der
Bremse eine über
den Reibbelag auf die Kraftübersetzungseinrichtung
zurückwirkende,
bremseninhärente
Rückstellkraft
den Kraftspeicher wieder auflädt.
Mit "bremseninhärenter Rückstellkraft" ist gemeint, dass
jede Bremse bei ihrer Betätigung
eine der Betätigungskraft
entgegengerichtete Kraft aufbaut. Diese kann dazu benutzt werden,
den Kraftspeicher beim Lösen
der Bremse wieder aufzuladen, damit in dem Kraftspeicher Kraft für einen
neuen Bremsvorgang zur Verfügung
steht.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Bremse
resultiert die bremseninhärente
Rückstellkraft
aus einer elastischen Verformung von im Rahmen einer Bremsung beteiligten Bremsenbauteilen
und steigt mit dem Bremsenbetätigungsweg
an. Die elastische Verformung kann z. B. eine Komprimierung des
Reibbelages umfassen, eine Aufweitung eines Bremssattels im Falle
einer elektromechanischen Bremse in Sattelbauweise, etc. Die Bremse
selbst verhält
sich demnach wie eine Feder, die bei einer Betätigung gespannt und bei einem Lösen der
Bremse wieder entspannt wird, wobei der Entspannungsvorgang dazu
verwendet werden kann, den Kraftspeicher wieder aufzuladen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird die mit dem Bremsenbetätigungsweg
ansteigende bremseninhärente
Rückstellkraft
zumindest ungefähr
durch das zweite Betätigungsmoment
kompensiert. Das bedeutet für
den elektrischen Aktuator, dass dieser über seinen gesamten Betätigungsweg
nur dazu in der Lage sein muss, eine Betätigungskraft liefern zu können, die
verglichen mit der insgesamt benötigten Bremsbetätigungskraft
bzw. dem insgesamt benötigten
Bremsbetätigungsmoment
klein ist. Der elektrische Aktuator kann demzufolge leicht und mit
geringer Baugröße ausgeführt sein.
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Es
ist möglich,
dass die mit dem Bremsenbetätigungsweg
ansteigende bremseninhärente
Rückstellkraft
durch das zweite Betätigungsmoment
unterkompensiert wird. Dies bedeutet, dass der elektrische Aktuator
einen bestimmten Kraftanteil in Betätigungsrichtung zusteuern muss,
um die gewünschte Bremswirkung
zu erzielen. Fällt
bei einer solchermaßen
ausgelegten elektromechanischen Bremse der elektrische Aktuator
aus, fällt
die Bremse vorzugsweise in ihren unbetätigten, offenen Zustand zurück.
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Alternativ
ist es möglich,
dass die mit dem Bremsenbetätigungsweg
ansteigende bremseninhärente
Rückstellkraft
durch das zweite Betätigungsmoment überkompensiert
wird. Dies bedeutet im normalen Bremsbetrieb, dass der elektrische
Aktuator einen gewissen Kraftanteil entgegen der Bremsbetätigungsrichtung
zusteuern muss, damit in Summe (nur) die gewünschte Bremswirkung erzielt
wird. Fällt bei
einem solchen Ausführungsbeispiel
der elektrische Aktuator aus, nimmt die elektromechanische Bremse
selbsttätig
einen geschlossenen, d. h. bremsenden Zustand ein. Eine solche Auslegung
ist für bestimmte
Anwendungsfälle
gesetzlich vorgeschrieben, z. B. für Lastwagenbremsen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Kraftübersetzungseinrichtung ein
Getriebe, z. B. mit variablem Hebelarm, d. h. mit einem Hebelarm,
der mit steigendem Betätigungsweg
des Aktuators größer wird.
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Das
abzubremsende Glied der Bremse kann ein drehbares Glied sein, z.
B. eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel, es kann aber auch ein
lineares Glied sein, zwischen dem und der Bremse eine Relativbewegung
stattfindet.
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Als
Kraftspeicher der Bremse eignen sich besonders komprimierbare Federn,
die einzeln oder als Federpaket eingesetzt werden können. Es
existieren auch Federn, die eine geeignete Kraftübersetzungseinrichtung sozusagen
bereits eingebaut haben, beispielsweise Teller- bzw. Membranfedern,
wie sie heut zutage in Kraftfahrzeugkupplungen Verwendung finden.
Solche Federn zeigen bereits aus sich heraus (bedingt beispielsweise
durch ihre spezielle Geometrie) das Verhalten eines mit zunehmendem
Betätigungsweg
ansteigenden Betätigungsmomentes.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist die erfindungsgemäße Bremse
eine Scheibenbremse, z. B. eine Schwimmsattel-Scheibenbremse oder
eine Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
erstes Schema einer elektrohydraulischen Bremse,
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2 ein
Moment-Betätigungswinkel-Diagramm,
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3 ein
zweites Schema einer elektrohydraulischen Bremse,
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4A, 4B, 4C einen
Ausschnitt der Bremse der 3.
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In 1 ist
schematisch der konstruktive Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer elektro-hydraulischen
Bremse 10 dargestellt, die hier als Schwimmsattel-Scheibenbremse
für ein
Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.
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Die
Bremse 10 verfügt über an sich
bekannte Bestandteile einer konventionellen hydraulischen oder pneumatischen
Bremse:
- • Die
Bremse 10 weist eine drehbare Bremsscheibe 12 auf,
die im normalen Betriebszustand der Bremse 10 fest mit
dem Rad eines hier nicht gezeigten Fahrzeuges verbunden ist. Ein
Pfeil D gibt die Hauptdrehrichtung der Bremsscheibe 12 im Betrieb
an, d. h. die Drehrichtung bei Vorwärtsfahrt.
- • Die
Bremsscheibe 12 wird überspannt
von einem Schwimmsattel 14, der parallel zur nicht gezeigten
Drehachse der Bremsscheibe 12 verschieblich an einem nicht
dargestellten Bremsträger
befestigt ist, welcher im Einbauzustand der Bremse 10 mit
einem fahrzeugfesten Bauteil verbunden ist, üblicherweise mit einem Teil
einer Radaufhängung.
- • In
dem Bremsträger
ist ein erster Reibbelag 18 mittels einer ersten Belagträgerplatte 20,
mit welcher der Reibbelag 18 fest verbunden ist, derart geführt, dass
er zur Bremsscheibe 12 hin und von dieser weg bewegt werden
kann. Gegenüber
dem ersten Reibbelag 18 ist auf der anderen Seite der Bremsscheibe 12 ein
zweiter Reibbelag 22 angeordnet, der mittels einer zugehörigen Belagträgerplatte 24 am
Schwimmsattel 14 befestigt ist.
- • Der
Flüssigkeitsspeicher 7 enthält Flüssigkeit zur
hydraulischen Kraftübertragung; über den
Betätigungskolben 6 erfolgt
eine Kraftübertragung über die
Flüssigkeit
in der Hydraulik-Leitung 15, wodurch der Bremskolben 4 die
Belagträgerplatte 20 und
somit den Reibbelag 18 in Richtung der Bremsscheibe 12 drücken kann.
Anstelle des Hydraulik-Mechanismus kann auch ein Pneumatik-Mechanismus
zum Einsatz kommen.
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Zum
Aufbau des Bremsdruckes in der Hydraulik-Leitung 15 und
somit zum Betätigen
der Bremse 10 dient ein elektrischer Aktuator 26,
beispielsweise ein Elektromotor, der über ein Antriebszahnrad 28 eine
im Bremsträger
drehbar gelagerte, außen
verzahnte Scheibe 30 zu drehen vermag. Auf der Scheibe 30 ist
exzentrisch ein erster Zapfen 32 befestigt, auf dem eine
erste Hülse 34 drehbar
gelagert ist. Ferner ist auf der Scheibe 30 exzentrisch
ein zweiter Zapfen 36 befestigt, auf dem eine zweite Hülse 38 drehbar
gelagert ist. Gemäß einer
Ausführungsform
ist der Abstand M zwischen dem Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 und
der Drehachse der Scheibe 30 größer als der Abstand N zwischen
dem Mittelpunkt des zweiten Zapfens 36 und der Drehachse
der Scheibe 30.
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Der
zweite Zapfen 36 steht über
seine Hülse 38 in
Kontakt mit dem in dem Betätigungszylinder 5 beweglichen
Betätigungskolben 6.
Der erste Zapfen 32 steht über seine Hülse 34 in Kontakt
mit der einen Seite eines verschieblich geführten Kolbens 40,
auf dessen andere Seite eine Druckfeder 42 wirkt, welche
als reversibler Kraftspeicher dient. An der Scheibe 30,
welche ein Kraftübersetzungselement
darstellt, greift somit der Aktuator 26 an, sowie der Betätigungszylinder 5 und
die Druckfeder 42 über
den Kolben 40. Anstelle der beiden Zapfen 32 und 36 ist auch
die Verwendung eines einzigen Zapfens möglich, an welchem sowohl der
Betätigungskolben 6 als auch
der Kolben 40 angreift.
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Im
Folgenden wird die Funktion der Bremse 10 näher erläutert. Um
einen Bremsvorgang auszuführen,
müssen
die beiden Reibbeläge 18, 22 in
Kontakt mit der Bremsscheibe 12 bewegt werden. Hierzu verdreht
der elektrische Aktuator 26 sein Antriebsritzel 28 im
Gegenuhrzeigersinn und bringt dabei ein erstes Betätigungsmoment
auf die Scheibe 30 auf, die sich daraufhin beginnt, im
Uhrzeigersinn zu drehen. Dieses erste Betätigungsmoment wirkt über den zweiten
Zapfen 36 bzw. die auf ihm drehbar gelagerte Hülse 38 auf
den Betätigungskolben 6.
Bevor die Scheibe 30 sich dreht, befindet sich der Mittelpunkt des
ersten Zapfens 32 auf der die Drehachse der Scheibe 30 schneidenden
Kraftwirkungslinie der Kraft, welche die Feder 42 über den
Kolben 40 auf den ersten Zapfen 32 ausübt. In diesem
Ausgangszustand übt
die Feder 42 kein Betätigungsmoment auf
die Scheibe 30 und somit auf den Betätigungskolben 6 aus,
da der Hebelarm der Federkraft bezüglich des Betätigungskolbens 6 in
diesem Ausgangszustand Null ist.
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Aufgrund
der von dem ersten Betätigungsmoment
eingeleiteten Verdrehung der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn
bewegt sich der Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 von der
Kraftwirkungslinie der Feder 42 weg (in 1 im
Uhrzeigersinn nach unten), so dass nunmehr ein zweites Betätigungsmoment
entsteht, dessen Größe sich
aus der auf den Kolben 40 wirkenden Federkraft und der
Größe des durch
die Verdrehung erzeugten Hebelarmes zwischen der Kraftwirkungslinie
der Feder 42 und dem Zentrum des ersten Zapfens 32 ergibt.
Ebenso wie das vom elektrischen Aktuator 26 erzeugte erste
Betätigungsmoment
wirkt auch das zweite Betätigungsmoment über den
zweiten Zapfen 36, genauer über dessen Hülse 38,
auf den Betätigungskolben 6.
Auf den Betätigungskolben 6 wirkt
somit eine dem Gesamtbetätigungsmoment
entsprechende Gesamtbetätigungskraft,
wobei sich das Gesamtbetätigungsmoment
aus der Addition des ersten Betätigungsmoments
und des zweiten Betätigungsmoments
ergibt. Das Gesamtbetätigungsmoment
verlagert, ausgelöst
durch die mit ihm einhergehende Verdrehung der Scheibe 30,
den Betätigungskolben 6 in 1 nach
links, wodurch der erste Reibbelag 18 gegen die Bremsscheibe 12 gepresst
wird. Durch die dabei entstehenden, Fachleuten auf diesem Gebiet
bekannten Reaktionskräfte
verschiebt der Schwimmsattel 14 sich parallel zur Drehachse
der Bremsscheibe 12 und sorgt auf diese Weise dafür, dass
auch der zweite Reibbelag 22 gegen die Bremsscheibe 12 gepresst
wird.
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Die
Steuerung der Bremskraft kann über
die Kontrolle der Winkelstellung der Scheibe 30 erfolgen, und/oder über eine
Messung des hydraulischen Drucks.
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Mit
steigendem Gesamtbetätigungsmoment verhalten
sich bestimmte Bauteile der Bremse 10, insbesondere die
beiden Reibbeläge 18 und 22 sowie
der Schwimmsattel 14, wie eine Feder, die zunehmend gespannt
wird, denn das Material der Reibbeläge 18, 22 wird
durch die wirkenden Kräfte
komprimiert und der Schwimmsattel 14 weitet sich elastisch
auf. Es entsteht also eine bremseninhärente Rückstellkraft, die der Bremsbetätigungskraft
bzw. dem Bremsbetätigungsmoment
entgegenwirkt und die überwunden
werden muss, um einen Bremsvorgang zu erzeugen bzw. aufrecht zu
erhalten. Ersichtlich wird diese bremseninhärente Rückstellkraft immer größer, je
größer der
Betätigungsweg
der Bremse ist, was nichts anderes heißt, als dass zur Erzielung
einer zunehmenden Bremskraft ein ebenfalls zunehmendes Gesamtbetätigungsmoment
bereitgestellt werden muss.
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Zur
Verdeutlichung der Verläufe
des Betätigungsmoments
wird auf 2 verwiesen, die ein Diagramm
zeigt, in der die einzelnen Momente über den Betätigungswinkel der Scheibe 30 aufgetragen sind.
Die Kurve A zeigt dabei den Verlauf der sich während einer Bremsbetätigung mit
zunehmendem Betätigungsweg
aufbauenden bremseninhärenten Rückstellkraft
bzw. das aus dieser Kraft resultierende Rückstellmoment. Da dieses Rückstellmoment
dem Betätigungsmoment
entgegengerichtet ist, weist es ein negatives Vorzeichen auf. Die
Kurve B zeigt den Verlauf des mittels der Kraft der Feder 42 und
der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung
bewirkten Betätigungsmoments,
obenstehend als zweites Betätigungsmoment
bezeichnet. Dieses zweite Betätigungsmoment
ist über
seinen gesamten Verlauf betragsmäßig kleiner
als das Rückstellmoment der
Kurve A. Die Kurve C veranschaulicht den Verlauf des vom elektrischen
Aktuator 26 über
den Betätigungswinkel
bereitgestellten Betätigungsmoments, obenstehend
als erstes Betätigungsmoment
bezeichnet. Bei gegebenem Betätigungswinkel
ergibt die Summe aus erstem und zweitem Betätigungsmoment betragsmäßig einen
Wert, der dem zugehörigen
Wert des Rückstellmoments
entspricht. Man erkennt, dass das vom elektrischen Aktuator 26 bereitgestellte
Betätigungsmoment
klein ist gegenüber dem
Betätigungsmoment,
welches mittels der Kraft der Feder 42 erzeugt wird. Der
elektrische Aktuator 26 kann deshalb klein und leicht ausgeführt werden.
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Der
in 2 gezeigte Kraftverlauf ist lediglich exemplarisch
und kann durch eine andere Auslegung des Kraftspeichers und/oder
der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung
so modifiziert werden, wie es für
einen gegebenen Anwendungsfall am vorteilhaftesten ist. Vorstehend
ist ein Ausführungsbeispiel
beschrieben, bei dem der elektrische Aktuator 26 einen
geringen Anteil des Gesamtbetätigungsmoments
zusteuert, wobei das von dem Kraftspeicher 42 und dem Aktuator 26 bereitgestellte
Betätigungsmoment
das gleiche Vorzeichen aufweisen.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann vorgesehen sein, dass das aus dem Kraftspeicher 42 und
der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung
resultierende Betätigungsmoment
das aus der bremseninhärenten
Rückstellkraft
resultierende Rückstellmoment überkompensiert,
so dass der elektrische Aktuator 26 zum Steuern des Bremsvorganges
ein Moment aufbringen muss, welches dem Betätigungsmoment, das mittels
Kraftspeicher und nachgeschalteter Kraftübersetzungseinrichtung ausgeübt wird,
entgegengerichtet ist.
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Ebenso
versteht es sich, dass anstelle der dargestellten und beschriebenen
Kraftübersetzungseinrichtung
eine andere Kraftübersetzungseinrichtung
zum Einsatz kommen kann, die eine gewünschte, über den Betätigungsweg variable Kraftübersetzung
bereitstellt. Auch ist die hydraulische oder pneumatische Betätigungsmomentübertragung
nicht auf die gezeigte Lösung
beschränkt,
sondern es können stattdessen
andere Konstruktionen zum Einsatz kommen.
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Beim
Lösen der
Bremse 10 führt
die beschriebene, bremseninhärente
Rückstellkraft
bzw. das aus dieser Kraft resultierende Rückstellmoment dazu, dass die
oben beschriebenen, bei einer Betätigung der Bremse auftretenden
Vorgänge
sich umkehren, d. h. der Betätigungskolben 6 verschiebt
sich parallel zur Bremsscheibe 12 in 1 nach
rechts, die Scheibe 30 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn zurück, und
die Feder 42 wird gleichzeitig wieder komprimiert bzw. "aufgeladen", um für einen
erneuten Bremsvorgang Kraft zur Verfügung stellen zu können. Das
Spannen und Entspannen der Feder 42 ist somit reversibel,
elektrische Energie wird nur für den
relativ kleinen Teil des Gesamtbetätigungsmoments verbraucht,
welches der elektrische Aktuator 26 entweder in Betätigungsrichtung
oder entgegen der Betätigungsrichtung
aufbringen muss.
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3 zeigt
ein weiteres Schema einer Bremse. Gleiche Bestandteile der Bremsen
der 1 und 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die 1 und 3 unterscheiden
sich in der Weise, wie die Kraftübertragung
von der Feder 42 auf die Scheibe 30 erfolgt. Hierzu
ist gemäß 3 auf der
Scheibe 30 ein Profil bzw. eine Führung 17, z. B. eine
Einkerbung, vorgesehen, welche ein Seil 16 führt. Bei
dem Seil 16 kann es sich z. B. um ein Stahl- oder Faserseil
handeln, auch eine flexible Kette kann zum Einsatz kommen. Das Seil 16 ist
am Punkt 19 an der Scheibe 30 befestigt.
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Das
durch die Feder 42 bewirkte Drehmoment hängt von
der Stellung des Profils 17 bzw. von der Lage des Punktes 19 ab.
Ist das Profil – wie
in 3 und 4B dargestellt – so orientiert,
dass es entlang der Zugrichtung des Seils 16 verläuft, so übt die Feder 42 kein
Drehmoment auf die Scheibe 30 aus. Dementsprechend bewirkt
die Feder 42 in diesem Zustand kein Betätigungsmoment auf den Betätigungskolben 6.
Wird die Scheibe beginnend von der in 4B dargestellten
Orientierung durch den Aktuator 26 ein wenig im Uhrzeigersinn
nach rechts verdreht, entspannt sich die Feder und zieht hierdurch an
dem Seil 16. Hierdurch entsteht ein Drehmoment, welches
eine weitere Verdrehung der Scheibe 30 nach rechts bewirkt. 4A zeigt
den Fall, dass die Feder 42 maximal zusammengedrückt und
somit „aufgeladen" ist. Auch in diesem
Fall bewirkt das Profil 17, dass die Feder 42 ein
Drehmoment auf die Scheibe 30 ausübt, welches eine Drehung im
Uhrzeigersinn herbeiführt.
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Die
in den 1 und 3 dargestellte Bremse kann für jedes
Rad eines Fahrzeugs vorgesehen sein. Alternativ hierzu ist es möglich, dass
eine einzige Einheit mit Feder 42, Kolben 40,
Aktuator 26, Scheibe 30 und Betätigungskolben 6 für mehrere Einheiten
mit Hydraulik-Leitung 15, Bremskolben 4, Belagträgerplatten 20 und 24,
Bremsbelägen 22 und 24,
sowie Schwimmsattel 14 zuständig ist. Letzteres eignet
sich insbesondere für
Nutzfahrzeuge wie Lkws.
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Ein
Vorteil der beschriebenen Bremse ist, dass aufgrund des Energiespeichers
eine rein elektrische Steuerung der Bremse möglich ist, ohne dass ein großes Maß an elektrischer
Energie aufgewendet werden muss. Dies erlaubt es, kleine Elektromoto ren als
Aktuator einzusetzen. Die elektrische Betätigung erlaubt eine sehr fein
granulare Ansteuerung der Bremse, welche bei herkömmlichen
hydraulischen Bremsen aufgrund der Ventile beschränkt ist.
Auch die Geräuschentwicklung
der Bremse ist gegenüber der
herkömmlichen
hydraulischen Bremse reduziert.
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Weiterhin
erlaubt es die beschriebene Bremse, die in ihrer technischen Entwicklung
weit fortgeschrittenen Bestandeile von hydraulischen oder pneumatischen
Bremsen zu verwenden. Somit besteht nicht die Notwendigkeit, auf
neuere, weniger weit erforschte Technologien wie die selbstverstärkende Bremse
zuzugreifen.
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Die
Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind,
ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.