DE102007053278B4

DE102007053278B4 - Elektromechanische Feststelleinrichtung für einen Bremskolben einer hydraulisch betätigbaren Radbremse

Info

Publication number: DE102007053278B4
Application number: DE102007053278.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Gudehus; Corrado Caruso; Francesco Onorato; Nicola Tristano
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: FR2923567B1; DE102007053278A1; FR2923567A1; US20090120744A1; US8061491B2

Abstract

Elektromechanische Feststelleinrichtung (12) für einen Bremskolben (10) einer hydraulisch betätigbaren Radbremse, insbesondere einer Scheibenbremse, mit einem hohlzylindrischen Bremskolben (10), einer in das Innere des Bremskolbens (10) hineinragenden Antriebsspindel (40), einem die Antriebsspindel (40) zu einer Rotationsbewegung antreibenden Antriebsmotor und einer auf der Antriebsspindel (40) angeordneten und durch die Rotationsbewegung der Antriebsspindel (40) zu einer Translationsbewegung antreibbaren Spindelmutter (26), und einem durch ein drehfest und axial verschieblich im Inneren des Bremskolbens (10) aufgenommenen, die Spindelmutter (26) umschließenden und mittels eines Kupplungselements (60) mit der Spindelmutter (26) wirkverbundenen Füllstück (50), dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (60) ein erstes Ende mit wenigstens zwei Federwindungen (64) aufweist, welche die Spindelmutter (26) umschließen und mit einer radialen Federvorspannung beaufschlagen und dass das Kupplungselement (60) ein fest mit dem Füllstück (50) verbundenes zweites Ende aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektromechanischen Feststelleinrichtung für einen Bremskolben einer hydraulisch betätigbaren Radbremse entsprechend den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1. Eine derartige elektromechanische Feststelleinrichtung ist beispielsweise bekannt aus der DE 102 39 793 A1 . Die in dieser Druckschrift offenbarte Radbremse ist hydraulisch betätigbar. Sie weist einen hohlzylindrischen Bremskolben auf, dessen Innenraum mit hydraulischem Druckmittel befüllt ist. Im Falle einer Bremsbetätigung wird durch den Fahrer eines Fahrzeugs hydraulischer Druck aufgebaut. Die Druckkraft bewirkt eine Verschiebung des Bremskolben relativ zu einem Bremszylinder, in welchem dieser Bremskolben beweglich geführt ist. Der Bremskolben presst einen Bremsbelag gegen einen rotierenden Bremskörper, beispielsweise eine Bremsscheibe, wobei die Höhe einer sich zwischen dem rotierenden Bremskörper und dem Bremsbelag einstellenden Reibungskraft proportional zum Bremsdruck ist. Die Reibungskraft bremst den Bremskörper ab.
Um ein stehendes Fahrzeug bei einer Parksituation an Ort und Stelle fest zu bremsen, weist die bekannte Radbremse zusätzlich eine elektromechanisch betätigbare Feststelleinrichtung auf. Diese Feststelleinrichtung umfasst eine Spindel, die von einem elektrischen Antriebsmotor und einem zwischengeschalteten Getriebe zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist. Die Spindel ragt abschnittsweise in das Innere des Bremskolbens hinein und trägt eine Spindelmutter. Diese Spindelmutter ist drehfest angeordnet, wodurch eine Rotationsbewegung der Spindel eine Translationsbewegung der Spindelmutter auslöst. In einer ihrer Endlagen befindet sich die Spindelmutter in Anlage mit dem Bremskolben und beaufschlagt diesen mit einer Axialkraft. Mit dieser Axialkraft wirkt der Bremskolben auf den Bremsbelag ein, presst diesen gegen den ruhenden Bremskörper und verhindert damit, dass dieser eine Rotationsbewegung aufnehmen kann.
Die Spindel und die Spindelmutter nehmen einen beträchtlichen Anteil des Innenvolumens des hohlzylindrischen Bremskolbens ein. Dennoch ist der verbleibende und mit hydraulischem Druckmittel befüllte Innenraum des Bremskolbens relativ hoch. Dies bringt die Nachteile mit sich, dass zum Aufbau von Bremsdruck verhältnismäßig viel Druckmittel durch den Fahrer verdrängt werden muss und dass deshalb das Ansprechverhalten einer derartigen Radbremse nicht voll zufriedenstellend ist. In Fachkreisen wird ein derartiges Ansprechverhalten einer Radbremse als indirekt bezeichnet.
Weiterhin nachteilig ist, dass sich hydraulisches Druckmittel nicht ideal inkompressibel verhält und dass deshalb mit zunehmendem Druckmittelvolumen im Bremskolben auch die hydraulische Elastizität eines Bremskreises steigt. Diese Elastizität wirkt sich in einer unerwünschten, weichen Betätigung der Betriebsbremse aus.
Ferner wird die drehfest aufgenommene Spindelmutter durch die rotierend angetriebene Spindel in ihren Endlagen derart axial beaufschlagt, dass es zu mechanischen Verspannungen zwischen den einzelnen Bauteilen kommen kann. Diese Verspannungen erschweren oder verhindern ein anschließendes Lösen der Spindelmutter von ihren Endlagen, so dass eine betätigte Feststelleinrichtung eventuell gesperrt bleibt und das Fahrzeug sich nicht von der Stelle bewegen lässt.
Die DE 10 2005 051 082 A1 beschreibt eine hydraulische Fahrzeugbremse, bei der eine Spindel mit einer Mutter zusammenarbeitet. Die DE 102 39 793 A1 betrifft eine elektromechanische Bremsvorrichtung, bei der eine Spindel und eine Mutter sowie ein Füllstück vorgesehen sind, welches mit der Mutter mittels eines Kugelrampenmechanismus lösbar verbunden werden kann. Die US 3 797 611 A offenbart ebenfalls eine hydraulische Bremsvorrichtung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese erläuterten Nachteile zu vermeiden.
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Feststelleinrichtung für einen Bremskolben einer hydraulisch betätigbaren Radbremse gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der mit Druckmittel befüllte Innenraum des hohlzylindrischen Bremskolbens auf ein Minimum reduziert ist und dass damit vom Fahrer weniger Druckmittel zu verdrängen ist, um einen bestimmten Bremsdruck zu erzeugen. Ein Bremskreis mit Radbremsen die eine erfindungsgemäße Feststelleinrichtung aufweisen enthält insgesamt weniger hydraulisches Druckmittel und weist somit eine geringere hydraulische Elastizität auf. In Summe betrachtet lässt sich anhand der Erfindung also das Ansprechverhalten einer Bremsanlage in Richtung ”direkter” verbessern. Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Füllstück ist axial verschieblich im Inneren des hohlzylindrischen Bremskolbens geführt und steht mittels eines Kupplungselements mit der Spindelmutter in mechanischer Wirkverbindung. Das Kupplungselement begrenzt ein von der Spindel auf die Spindelmutter übertragbares Drehmoment und verhindert damit mechanische Verspannungen zwischen den Bauteilen, wenn diese eine ihrer Endlagen einnehmen. Damit ist die Feststelleinrichtung jederzeit ohne weiteres durch den Antriebsmotor umsteuerbar.
Aufgrund des Kupplungselements ist das in den Endlagen der Spindelmutter vom Antriebsmotor übertragbare Drehmoment unterschiedlich hoch. Durch eine Überwachung der dann zum Antriebsmotor fließenden Stromstärke ist eine elektronische Erfassung dieser Endlagen von einem elektronischen Steuergerät detektierbar und kann zur Steuerung der Feststelleinrichtung herangezogen werden. Beispielsweise kann mit dem Erkennen einer erreichten Endlage das Steuergerät eine weitere Stromzufuhr zum Antriebsmotor unterbrechen und kann die Feststellbremseinrichtung damit vor Lebensdauer reduzierenden Überlasten sichern.
Eine Sicherung der Spindelmutter gegen eine Mitrotation auf der Spindel erfolgt erfindungsgemäß mittelbar durch das Füllstück. Als Spindelmutter lässt sich deshalb ein rotationssymmetrisches Bauteil einsetzen, das besonders kostengünstig herstellbar ist.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die 1 zeigt anhand einer dreidimensionalen Darstellung eine erfindungsgemäße Feststelleinrichtung im Längsschnitt. Die Feststelleinrichtung befindet sich in der Sperrstellung.
Demgegenüber zeigt 2, ebenfalls in dreidimensionaler Ansicht und im Längsschnitt, die Feststelleinrichtung in ihrer Lösestellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Konstruktiver Aufbau:
In 1 ist ein Bremskolben 10 mit darin eingebauter Feststelleinrichtung 12 dargestellt. Der Bremskolben 10 ist ein hohlzylindrisches Bauteil, das an einem seiner Enden durch eine Belaganlageplatte 14 druckmitteldicht verschlossen ist. Die Belaganlageplatte 14 und ein Kolbenschaft 16 sind miteinander einteilig ausgebildet, wobei am Umfang des Bremskolbens 10 zwischen der Belaganlageplatte 14 und dem Kolbenschaft 16 eine von außen nach innen einmal rechtwinklig abgestufte Ausnehmung 18 vorgesehen ist. Das Innere des Bremskolbens 10 gliedert sich in zwei Abschnitte 20, 22 unterschiedlich großer Innendurchmesser. Ein erster, am offenen Ende des Bremskolbens 10 liegender Abschnitt 20, weist einen größeren Innendurchmesser auf als ein der Belaganlageplatte 14 zugewandter, mit dem ersten Abschnitt 20 verbundener zweiter Abschnitt 22. Der Übergang vom ersten Abschnitt 20 zum zweiten Abschnitt 22 ist als Kegelsenkung 24 ausgebildet. Diese befindet sich in etwa unterhalb des von der Belaganlageplatte 14 abgewandten Endes der Ausnehmung 18 am Umfang des Bremskolbens 10.
An der Kegelsenkung 24 des Bremskolbens 10 liegt eine Spindelmutter 26 mit ihrem einen, in Form einer Kugelkalotte geformten stirnseitigen Ende 28 an. Die Spindelmutter 26 ist ein rotationssymmetrisches, hülsenartiges Bauteil und gliedert sich in einen im Außendurchmesser verdickten Spindelmutterkopf 30 und einem im Außendurchmesser demgegenüber zurückgenommenen Spindelmutterhals 32. Dieser Spindelmutterhals 32 liegt abgewandt des kugelkalottenförmigen Endes 28 und ist mit einem Innengewinde 34 versehen. Demgegenüber ist der Spindelmutterkopf 30 von einer koaxial zum Innengewinde 34 verlaufenden Bohrung 36 durchdrungen, wobei der Innendurchmesser dieser Bohrung 36 größer ist als der Flankendurchmesser des Innengewindes 34.
Die Spindelmutter 26 wirkt mit ihrem Innengewinde 34 mit einem Außengewinde 42 einer Antriebsspindel 40 zusammen, welche abschnittsweise in das Innere des Bremskolbens 10 hineinragt. Diese Antriebsspindel 40 ist durch einen nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotor zu einer Rotationsbewegung antreibbar. Das Außengewinde 42 erstreckt sich von einem ersten Ende der Antriebsspindel 40 bis zu einem einteilig ausgebildeten, radial abstehenden Anschlagflansch 44. Dieser Anschlagflansch 44 befindet sich außerhalb des Bremskolbens 10. Auf der vom Außengewinde 42 abgewandten Seite des Anschlagflansches 44, setzt sich die Antriebsspindel 40 in einem Antriebszapfen 46 fort. Dieser Antriebszapfen 46 hat eine zylindrische Außenkontur und eine nicht erkennbare Innenkontur, welche einen Formschluss zwischen einer Abtriebswelle des Antriebsmotors und der Antriebsspindel 40 ermöglicht.
Die Spindelmutter 26 ist nahezu über ihre gesamte Länge von einem hülsenförmigen Füllstück 50 umschlossen, welches den bestehenden Raum zwischen der Außenkontur der Spindelmutter 26 und der Innenkontur des Bremskolbens 10 weitgehend ausfüllt. Das Füllstück 50 ist drehfest im Inneren des Bremskolbens 10 aufgenommen und in Richtung seiner Längsachse axialbeweglich geführt. Zur drehfesten Anordnung können beispielsweise radiale Abflachungen oder Vorsprünge (in den Figuren nicht sichtbar) am Umfang des Füllstücks 50 ausgebildet sein, die mit entsprechenden Ausformungen oder Ausnehmungen (ebenfalls nicht erkennbar) an der Innenseite des Bremskolbens 10 zusammenwirken. Das Füllstück 50 ist in seinem hohlen Inneren einmal rechtwinklig abgesetzt, wodurch sich eine umlaufende Anlageschulter 52 ergibt. Mit dieser Anlageschulter 52 liegt das Füllstück 50 an einer Außenflanke 29 der Spindelmutter 26 an. Diese Außenflanke 29 wird gebildet vom Übergang des Spindelmutterkopfs 30 zum Spindelmutterhals 32.
Eine Koppelung der Spindelmutter 26 mit dem Füllstück 50 wird von einem Kupplungselement 60 bewirkt. Bei diesem Kupplungselement 60 handelt es sich um eine Spiralfeder mit mehreren Federwindungen 64. Eine dem Füllstück 50 am nächsten liegende Federwindung ist an ihrem Ende senkrecht zur Wicklungsrichtung abgebogen und bildet einen abstehenden Dorn 62 aus, der sich achsparallel zur Längsachse des Kupplungselements 60 erstreckt. Mit diesem Dorn 62 greift das Kupplungselement 60 in eine dafür vorgesehene Ausnehmung 51 des Füllstücks 50 ein. Die Ausnehmung 51 und der Dorn 62 sind maßlich und/oder in ihrer Ausformung derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen dem Füllstück 50 und dem Kupplungselement 60 eine Klemmverbindung herstellbar ist.
Das Kupplungselement 60 umgreift mit seinen Federwindungen 64 den Spindelmutterkopf 30 der Spiralmutter 26. Dabei wird durch eine Aufweitung der Federwindungen 64 bei der Montage des Kupplungselements 60 eine Federvorspannung erzeugt, welche die Spindelmutter 26 in radialer Raumrichtung belastet.
Durch axiale Streckung der Federwindungen 64 bei der Montage des Kupplungselements 60 kann darüber hinaus vom Kupplungselement 60 eine Axialkraft bereit gestellt werden, welche das Füllstück 50 mit seiner Anschlagschulter 52 gegen die Außenflanke 29 der Spindelmutter 26 presst.
Wirkungsweise:
Wird die Antriebsspindel 40 von einem Antriebsmotor, wie anhand des Richtungspfeils R dargestellt, entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben, so verhindert die Federvorspannung des Kupplungselements 60 ein Mitdrehen der Spindelmutter 26. Das Kupplungselement 60 nimmt demnach seine Sperrstellung ein und bewirkt eine quasi starre Verbindung zwischen der Spindelmutter 26 und dem Füllstück 50. Eine fortgesetzte Rotation der Antriebsspindel 40 entgegen dem Uhrzeigersinn löst damit eine Axialbewegung der Spindelmutter 26 in Richtung des Pfeils A aus. Letztere bewegt sich in 1 nach links, bis ihr kalottenförmiges Ende 28 wie gezeigt, zur Anlage an der Kegelsenkung 24 im Inneren des Bremskolbens 10 kommt. Mit dem Erreichen dieses Formschlusses folgt auch der Bremskolben 10 der Axialbewegung der Spindelmutter 26, bis schließlich ein an der Belaganlageplatte 14 abgestützter Bremsbelag an einem in der Figur nicht dargestellten Bremskörper anliegt. Das vom Antriebsmotor aufgebrachte Drehmoment wird nunmehr durch die Gewindeverbindung zwischen Antriebsspindel 40 und Spindelmutter 26 in eine Axialkraft gewandelt, welche den Bremsbelag belastet und damit eine einsetzende Rotation des Bremskörpers verhindert.
Die 1 zeigt die Feststelleinrichtung 12 in ihrer Sperrstellung. Dabei füllt die Feststelleinrichtung 12 mit ihrer Antriebsspindel 40, der Spindelmutter 26, dem Kupplungselement 60 und dem Füllstück 50 den Innenraum des Bremskolbens 10 nahezu vollständig aus. Die verbliebenen, bei einer hydraulischen Betätigung des Bremskolbens 10 mit unter hohem Druck stehendem hydraulischen Druckmittel befüllten Hohlräume nehmen ein Minimalvolumen ein.
2 zeigt die Feststelleinrichtung 12 des Bremskolbens 10 nach 1 in der Lösestellung. Einander entsprechende Bauteile tragen in beiden Figuren einheitliche Bezugszeichen.
Um die Feststelleinrichtung 12 in die gezeigte Lösestellung zu verbringen ist der elektrische Antriebsmotor im Uhrzeigersinn anzutreiben (Richtungspfeil R'). Der Antriebsmotor treibt die Antriebsspindel 40 entsprechend an. Da die Rotationsrichtung der Spindelmutter 26 entgegen der Wicklungsrichtung der Federwindungen 64 des Kupplungselements 60 gerichtet ist, öffnen sich diese einzelnen Federwindungen 64 mit der Folge, dass die wirksame radiale Vorspannkraft des Kupplungselements 60 auf die Spindelmutter 26 absinkt. Die verbleibende Federvorspannkraft des Kupplungselements 60 reicht dennoch aus um eine Mitrotation der Spindelmutter 26 mit der Antriebsspindel 40 zu verhindern. Die am Mitdrehen gehinderte Spindelmutter 26 führt daraufhin eine Axialbewegung nach rechts (Richtungspfeil A') aus und nimmt dabei aufgrund des bestehenden Formschlusses zwischen dem Spindelkopf 30 und dem Füllstück 50 dieses Füllstück 50 mit.
Eine Endposition ist erreicht, wenn die Spindelmutter 26 mit der Stirnfläche ihres Spindelmutterhalses 32 wie gezeigt gegen den Anschlagflansch 44 der Antriebsspindel 26 anschlägt, so dass eine weitere Axialbewegung der Spindelmutter 26 verhindert wird. Aufgrund der reduzierten Vorspannkraft des Kupplungselements 60 bewirkt eine fortwährende Rotation der Antriebsspindel 26 im Uhrzeigersinn, dass die Spindelmutter 26 ebenfalls eine Rotationsbewegung im Uhrzeigersinn aufnehmen kann und die quasi starre Verbindung zwischen der Spindelmutter 26 und dem Füllstück 50 aufgehoben wird. Das Kupplungselement 60 nimmt demnach eine Lösestellung ein, wodurch die Spindelmutter 26 nahezu ungehindert mit der sich drehenden Antriebsspindel 40 umlaufen kann.
Die Axialkräfte mit der die Spindelmutter 26 im Falle einer Betätigung der Feststelleinrichtung 12 gegen ihre beiden Endanschläge gepresst werden sind wie erläutert unterschiedlich groß. Sie ergeben sich aufgrund der Ausgestaltung der Verzahnung zwischen der Antriebsspindel 40 und der Spindelmutter 26 und aufgrund der Federvorspannung des Kupplungselements 60. Auslegungsbedingt sind die maximal erreichbaren Axialkräfte klein genug um Verspannungen zwischen den einzelnen Bauteilen durch eine bloße Umkehrung der Drehrichtung des Antriebsmotors wieder aufzuheben. Eine erfindungsgemäße Feststelleinrichtung 12 ist deshalb jederzeit wieder aus ihren Endlagen lösbar.
Sobald die Spindelmutter 26 eine ihrer beiden Endlagen eingenommen hat und keine weitere Axialbewegung mehr ausführen kann steigt die Stromaufnahme des Antriebsmotors deutlich an. Dieser Stromanstieg kann mit Hilfe eines elektronischen Steuergeräts erfasst und ausgewertet werden. Auf diese Weise können die Endpositionen der Spindelmutter 26 relativ einfach detektiert und die Feststelleinrichtung 12 entsprechend angesteuert werden.
Selbstverständlich sind Änderungen und/oder vorteilhafte Weiterbildungen an der beschriebenen Erfindung denkbar, ohne vom Schutzumfang abzuweichen.

Claims

Elektromechanische Feststelleinrichtung (12) für einen Bremskolben (10) einer hydraulisch betätigbaren Radbremse, insbesondere einer Scheibenbremse, mit einem hohlzylindrischen Bremskolben (10), einer in das Innere des Bremskolbens (10) hineinragenden Antriebsspindel (40), einem die Antriebsspindel (40) zu einer Rotationsbewegung antreibenden Antriebsmotor und einer auf der Antriebsspindel (40) angeordneten und durch die Rotationsbewegung der Antriebsspindel (40) zu einer Translationsbewegung antreibbaren Spindelmutter (26), und einem durch ein drehfest und axial verschieblich im Inneren des Bremskolbens (10) aufgenommenen, die Spindelmutter (26) umschließenden und mittels eines Kupplungselements (60) mit der Spindelmutter (26) wirkverbundenen Füllstück (50), dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (60) ein erstes Ende mit wenigstens zwei Federwindungen (64) aufweist, welche die Spindelmutter (26) umschließen und mit einer radialen Federvorspannung beaufschlagen und dass das Kupplungselement (60) ein fest mit dem Füllstück (50) verbundenes zweites Ende aufweist.
Elektromechanische Feststelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (60) ein von der Antriebsspindel (40) auf die Spindelmutter (26) übertragbares Drehmoment begrenzt, wenn die Spindelmutter (26) eine ihrer Endlagen eingenommen hat.
Elektromechanische Feststelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Kupplungselement (60) übertragbare Drehmoment in Abhängigkeit der Rotationsrichtung der Antriebsspindel (40) unterschiedlich hoch ist.
Elektromechanische Feststelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (60) die Spindelmutter (26) und das Füllstück (50) mit einer Axialkraft gegeneinander drückt.
Elektromechanische Feststelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (26) mit einer Außenflanke (29) an einer Anschlagschulter (52) des Füllstücks (50) anliegt.
Elektromechanische Feststelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (40) einen Anschlagflansch (44) für die Spindelmutter (26) aufweist.
Elektromechanische Feststelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagflansch (44) einteilig mit der Antriebspindel (40) ist.
Elektromechanische Feststelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (26) ein rotationssymmetrisches, hülsenförmiges Bauteil ist.