DE102011002565A1 - Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse - Google Patents
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Abstract
Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die an einem Bremssattel (50) angeordnet ist, in dem zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe (6) zusammenwirkende Bremsbelägen (4, 5) begrenzt verschiebbar angeordnet sind, wobei einer der Bremsbeläge (4) mittels eines Betätigungselementes (7) durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Bremsbelag (5) durch die Wirkung einer vom Bremssattel (50) aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe (6) in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit einen Elektromotor (1) sowie ein wirkungsmäßig zwischen dem Elektromotor (1) und dem Betätigungselement (7) angeordnetes Untersetzungsgetriebe (2) mit einer mittels des Elektromotors (1) antreibbaren Gewindespindel (17) umfasst, welche sich axial an dem Bremssattel (50) abstützt, wobei im Kraftfluss zwischen der Gewindespindel (17) und dem Bremssattel (50) ein Wälzlager (33, 42, 63) und eine Kraftmesseinrichtung (30, 40, 60) mit einem Verformungskörper (35, 43, 65), welcher sich unter Einwirkung der zu bestimmenden Kraft verformt, angeordnet sind, wobei sich die Gewindespindel (17) über das Wälzlager (33, 42, 63) an dem Verformungskörper der Kraftmesseinrichtung (30, 40, 60) abstützt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
- Aus der
DE 196 52 230 A1 ist eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse bekannt, die aus einem Schwimmsattel sowie einer am Sattel angeordneten Betätigungseinheit mit einem Elektromotor und einem Rollengewindetrieb besteht. Im Kraftfluss zwischen dem Sattel und der Betätigungseinheit ist eine Kraftmesseinrichtung angeordnet, mittels welcher die Spannkraft der Bremse bestimmt werden kann, wobei die Kraftmesseinrichtung in einer Bohrung der Gewindespindel angeordnet ist. - Die
WO 2004/083670 A1 - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse der eingangs genannten Gattung bereitzustellen, welche eine hohe Genauigkeit der Spannkraftermittlung besitzt und dabei fertigungstechnisch möglichst einfach und kostengünstig ausgeführt ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass im Kraftfluss zwischen der Gewindespindel und dem Bremssattel ein Wälzlager und eine Kraftmesseinrichtung mit zumindest einem Verformungskörper, welcher sich unter Einwirkung der zu bestimmenden Kraft verformt, angeordnet sind, wobei sich die Gewindespindel über das Wälzlager an dem Verformungskörper der Kraftmesseinrichtung abstützt. Hierdurch wird ein einfacher und kompakter Aufbau erzielt.
- Bevorzugt ist das Wälzlager als ein Nadellager ausgebildet. Hierdurch wird bei einem Ausfall der elektromechanisch betätigbaren Bremse die erreichbare Restspannkraft deutlich verringert.
- Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wälzlager als ein Kegelrollenlager oder ein Kugellager ausgebildet. Dadurch, dass Kegelrollenlager bzw. Kugellager einen geringeren Reibwert besitzen, kann die erreichbare Restspannkraft weiter verringert werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil des Verformungskörpers der Kraftmesseinrichtung als zumindest ein Teil des Wälzlagers ausgebildet. Durch diese „Doppelnutzung” des Verformungskörpers kann eine geringere Baulänge erzielt werden. Weiterhin führt die dadurch erzielte Verringerung von Bauteilen zu einer Kostenoptimierung. Durch die verringerte Bauteilezahl treten etwaig auftretende Konturabweichungen an den Grenzflächen weniger häufig auf bzw. haben einen geringeren Einfluss, wodurch die Genauigkeit der Kraftmessung erhöht wird. Besonders bevorzugt sind ein Teil des Verformungskörpers der Kraftmesseinrichtung und ein Teil des Wälzlagers einstückig ausgebildet.
- Bei einem Wälzlager mit einem ersten und einem zweiten Lagerelement, zwischen welchen Wälzkörper angeordnet sind, ist bevorzugt ein Teil des Verformungskörpers der Kraftmesseinrichtung als eines der Lagerelemente des Wälzlagers ausgebildet. Hierdurch entfällt eine Kontaktfläche zwischen Lagerelement und Verformungskörper der Kraftmesseinrichtung.
- Entsprechend ist im Falle eines Nadellagers mit Lagerscheiben bevorzugt ein Teil des Verformungskörpers der Kraftmesseinrichtung als eine Lagerscheibe des Nadellagers ausgebildet.
- Im Falle eines Kegelrollenlagers oder Kugellagers als Wälzlager ist bevorzugt ein Teil des Verformungskörpers der Kraftmesseinrichtung als ein Kugellagerring des Kugellagers oder ein Kegelrollenlagerring des Kegelrollenlagers ausgebildet.
- Zur Messung der Verformung des Verformungskörpers, welche ein Maß für die Zuspannkraft der Bremse darstellt, sind auf dem Verformungskörper vorteilhafterweise Verformungsaufnehmer, z. B. in Form von Dehnmessstreifen, angeordnet.
- Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass eine erhöhte Genauigkeit der Spannkraftermittlung erreicht wird. Dabei wird auch eine fertigungstechnische Vereinfachung und/oder eine Produktionskostenreduzierung erzielt.
- Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch eine Kombination von Kraftmesseinrichtung und Lager eine geringere Baulänge erzielt wird. Durch die geringere Anzahl von Bauteilen reduzieren sich auch die Fertigungskosten für die Betätigungseinheit. Weiterhin wird der Einfluss von Fertigungsungenauigkeiten reduziert. Durch letzteres erhöht sich die Genauigkeit der Kraftmesseinrichtung und damit der Spannkraftbestimmung.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Untersetzungsgetriebe als ein Wälzkörpergewindetrieb, insbesondere Kugelgewindetrieb, mit einer mittels des Elektromotors antreibbaren Gewindespindel ausgebildet.
- Ebenso ist es bevorzugt, dass die Betätigungseinheit ein zwischen dem Elektromotor und einem Teil des Untersetzungsgetriebes angeordnetes zweites Untersetzungsgetriebe, z. B. Rotations-Rotations-Getriebe, umfasst.
- Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
- Es zeigen schematisch:
-
1 eine an sich bekannte elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse, -
2 eine Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse, -
3 eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse, und -
4 eine Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse. -
1 zeigt eine aus derWO 2004/083670 A1 4 und5 ist im Bremssattel derart angeordnet, dass sie der linken und der rechten Seitenfläche einer Bremsscheibe6 zugewandt sind. Während der erste Reibbelag4 mittels eines Betätigungselements7 durch eine Betätigungseinheit direkt mit der Bremsscheibe6 in Eingriff bringbar ist, wird der zweite Reibbelag5 durch die Wirkung einer bei der Betätigung der Anordnung vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft gegen die gegenüberliegende Seitenfläche der Bremsscheibe6 gedrückt. - Die Betätigungseinheit, die mittels nicht gezeigter Befestigungsmittel am Bremssattel angebracht ist, weist einen modularen Aufbau auf und besteht im Wesentlichen aus vier selbstständigen Baugruppen bzw. Modulen, und zwar aus einer Antriebseinheit
1 , einem den ersten Reibbelag4 betätigenden ersten Untersetzungsgetriebe2 , das gleichzeitig eine Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt, einem zwischen der Antriebseinheit1 und dem ersten Untersetzungsgetriebe2 wirkungsmäßig geschalteten zweiten Untersetzungsgetriebe3 sowie einer elektronischen Steuereinheit8 . - Die Antriebseinheit besteht aus einem Elektromotor
1 , dessen Stator9 unbeweglich in einem Motorgehäuse12 angeordnet ist und dessen Rotor10 mit einer Welle13 verbunden ist, die mit dem zweiten Untersetzungsgetriebe3 wirkungsmäßig verbunden ist. Das erste Untersetzungsgetriebe2 ist als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet, das in einem Getriebegehäuse14 angeordnet ist. Der Kugelgewindetrieb besteht dabei aus einer Gewindemutter16 sowie einer Gewindespindel17 , wobei zwischen der Gewindemutter16 und der Gewindespindel17 mehrere, nicht näher bezeichnete Kugeln angeordnet sind, die bei einer Rotationsbewegung der Gewindespindel17 umlaufen und die Gewindemutter16 in eine axiale bzw. translatorische Bewegung versetzen. Die Gewindemutter16 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem ersten Teil18 , das das vorhin erwähnte Betätigungselement7 bildet, sowie einem zweiten Teil19 , in dem ein Rücklaufbereich für die Kugeln ausgebildet ist, in dem die Kugeln ohne Belastung an den Anfang der tragenden Laufbahn zurücklaufen können. Das zweite Untersetzungsgetriebe3 ist beispielsgemäß als ein Planetengetriebe ausgebildet. - Die Anordnung ist derart getroffen, dass der Rotor
10 bzw. die Welle13 des Elektromotors unter Zwischenschaltung des zweiten Untersetzungsgetriebes3 die Gewindespindel17 antreibt, während das erste Teil18 der Gewindemutter16 sich am ersten Reibbelag4 abstützt. Die Ankopplung des ersten Untersetzungsgetriebes2 an das zweite Untersetzungsgetriebe3 erfolgt mittels einer querkraftfreien Steckverbindung, die das Bezugszeichen20 trägt und die beispielsweise als eine Kerbverzahnung ausgeführt werden kann. Der Lagerung des Rotors10 dienen zwei Radiallager21 ,22 , die im Motorgehäuse12 angeordnet sind. -
2 zeigt schematisch eine Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse. Hierin ist der Bereich des Untersetzungsgetriebes2 , welches eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umsetzt, und dessen Abstützung am Bremssattel50 vergrößert dargestellt. Die durch Elektromotor1 (nicht dargestellt) angetriebene Gewindespindel17 stützt sich über ein Nadellager33 und eine Kraftmesseinrichtung30 an Bremssattel50 ab. Nadellager33 ist zwischen Gewindespindel17 und Kraftmesseinrichtung30 angeordnet und dient unter anderem der Kraftübertragung zwischen Spindel17 und einem Verformungskörper35 der Kraftmesseinrichtung30 . Nadellager33 umfasst Lagerscheiben31 und32 . Kraftmesseinrichtung30 stützt sich am Bremssattelgehäuse50 ab, gemäß dem Ausführungsbeispiel in2 über ein weiteres Bauelement34 , und ist insbesondere fest, insbesondere drehfest, am Bremssattel (gehäuse)50 angeordnet. Lagerscheibe32 und der Verformkörper35 der Kraftmesseinrichtung30 sind gehärtet. Ein Nadellager33 ist aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums vorteilhaft. -
3 zeigt schematisch eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse. Hierbei ist das zwischen Gewindespindel17 und Kraftmesseinrichtung40 angeordnete Wälzlager als ein Kugellager42 ausgeführt. Alternativ kann das Wälzlager als ein Kegelrollenlager ausgeführt sein (nicht dargestellt). - Die Anordnung eines Kugellagers
42 oder eines Kegelrollenlagers anstelle eines Nadellagers33 ist besonders vorteilhaft, da Kugel- bzw. Kegelrollenlager42 bauartbedingt einen geringeren Reibwert ermöglichen. Bauartbedingt haben Nadellager33 einen höheren Reibwert, insbesondere bei Belastung mit Axialkräften. Durch die Verwendung eines Kugel- bzw. Kegelrollenlagers42 kann somit der Vorteil erzielt werden, dass bei einem Ausfall der elektromechanisch betätigbaren (Betriebs) Bremse, die einzustellende Restspannkraft auf ein Minimum reduziert werden kann. Dabei bietet vor allem ein Kugellager42 den weiteren Vorteil, in der Herstellung sehr kostengünstig zu sein. - Kugel- oder Kegelrollenlager
42 besitzen bauartbedingt einen höheren Bauraumbedarf als Nadellager33 . Um den Bauraum zu verringern, ist die Kraftmesseinrichtung vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass ein Teil des Kugel- oder Kegelrollenlagers bzw. das Kugel- oder Kegelrollenlager selbst den Verformungskörper43 der Kraftmesseinrichtung40 bildet. - Bei dem in
3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist Kugellager42 zwischen Gewindespindel17 und Kraftmesseinrichtung40 angeordnet, wobei Kugellager42 der Kraftübertragung zwischen Gewindespindel17 und Kraftmesseinrichtung40 dient. Kraftmesseinrichtung40 stützt sich am Bremssattelgehäuse50 ab, gemäß dem Ausführungsbeispiel über ein weiteres Bauelement44 . Kugellager42 umfasst einen ersten Lagerring41 und einen zweiten Lagerring43 , zwischen welchen Wälzkugeln45 angeordnet sind. Kraftmesseinrichtung40 ist derart ausgeführt, dass zumindest ein Teil seines Verformungskörpers43 einen Teil des Kugellagers42 bildet, nämlich den äußeren Kugellagerring43 des Kugellagers42 . - Bei einer Betätigungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (
2 ) stehen Lagerscheibe32 und Kraftmesseinrichtung30 , zumindest bei geringen Zuspannkräften, nur über eine ringförmige Kante in Kontakt (Linienkontakt der Kraftmesseinrichtung30 ). Durch die Fertigungstechnik der Lager, Lagerscheiben31 ,32 und des Verformungskörpers35 sind geringe Konturabweichungen (bezüglich Parallelität, Ebenheit) im Bereich weniger um möglich, welche dazu führen, dass die Verformung des Verformungskörpers35 der Kraftmesseinrichtung30 nicht homogen erfolgt, und somit das Ausgangssignal Abweichungen von der idealen Kennlinie aufweist. Dies kann unter Umständen zu einer leicht verringerten Genauigkeit der Spannkraftmessung führen. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel entfallen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die äußere Lagerscheibe und der Linienkontakt zur Kraftmesseinrichtung, so dass etwaige Konturungenauigkeiten der Lagerscheibe und des Linienkontakts somit keinen oder weniger Einfluss auf das Signal der Kraftmesseinrichtung40 nehmen können. Entsprechend ist die Messgenauigkeit bei der Kraftmesseinrichtung40 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erhöht. - Durch die Verwendung eines herkömmlichen Kugellagers
42 und die Ausführung des Verformungskörpers43 der Kraftmesseinrichtung40 als Teil des Kugellagers42 (Kugellagerring43 ) kann die Restspannkraft bei einem Ausfall der elektromechanisch betätigbaren Bremse verringert werden, wobei die Baulänge gleich bleibt oder sogar verringert wird im Vergleich zur Verwendung eines Nadellagers. Weiterhin wird der Einfluss von Konturinhomogenitäten durch die verringerte Bauteilezahl (durch zumindest teilweise „Integration” oder „Kombination” von Lager42 und Kraftmesseinrichtung40 ) verringert, wodurch die Genauigkeit der Kraftmesseinrichtung erhöht wird. -
4 zeigt schematisch eine Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse. Hierbei ist das zwischen Gewindespindel17 und Kraftmesseinrichtung60 angeordnete Wälzlager als ein Nadellager63 ausgeführt. Nadellager63 umfasst eine erste Lagerscheibe61 . Verformkörper65 der Kraftmesseinrichtung60 ist derart ausgeformt, dass er als zweite Lagerscheibe65 für Nadellager63 dient. Ein Nadellager63 ist aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums vorteilhaft. Durch die Ausführung des Verformungskörpers65 der Kraftmesseinrichtung60 als Teil des Nadellagers (Lagerscheibe) wird die Bauteilezahl verringert, wodurch der Einfluss von Konturinhomogenitäten verringert wird. So kann die Genauigkeit der Kraftmesseinrichtung60 erhöht werden. - Kraftmesseinrichtung
30 ,40 ,60 umfasst beispielsgemäß einen Verformungskörper, z. B. einen Verformring oder eine Verfomscheibe aus Stahl, auf welchem/welcher Dehnmessstreifen, z. B. aus Silizium, zur Verformungserfassung angeordnet sind. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Elektromotor
- 2
- erstes Untersetzungsgetriebe
- 3
- zweites Untersetzungsgetriebe
- 4
- erster Reibbelag
- 5
- zweiter Reibbelag
- 6
- Bremsscheibe
- 7
- Betätigungselement
- 8
- elektronische Steuereinheit
- 9
- Stator
- 10
- Rotor
- 12
- Motorgehäuse
- 13
- Welle
- 14
- Getriebegehäuse
- 16
- Gewindemutter
- 17
- Gewindespindel
- 18
- erstes Teil der Gewindemutter
- 19
- zweites Teil der Gewindemutter
- 20
- Steckverbindung
- 21
- Radiallager
- 22
- Radiallager
- 30
- Kraftmesseinrichtung
- 31
- Lagerscheibe
- 32
- Lagerscheibe
- 33
- Nadellager
- 34
- Abstützelement
- 35
- Teil des Verformungskörpers
- 40
- Kraftmesseinrichtung
- 41
- innerer Kugellagerring (Lagerscheibe)
- 42
- Kugellager
- 43
- äußerer Kugellagerring, Teil der Kraftmesseinrichtung
- 44
- Abstützelement
- 45
- Wälzkugel
- 50
- Bremssattelgehäuse
- 60
- Kraftmesseinrichtung
- 61
- Lagerscheibe
- 63
- Nadellager
- 65
- Lagerscheibe, Teil des Verformungskörpers der Kraftmesseinrichtung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19652230 A1 [0002]
- WO 2004/083670 A1 [0003, 0024]
Claims (9)
- Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die an einem Bremssattel (
50 ) angeordnet ist, in dem zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe (6 ) zusammenwirkende Bremsbelägen (4 ,5 ) begrenzt verschiebbar angeordnet sind, wobei einer der Bremsbeläge (4 ) mittels eines Betätigungselementes (7 ) durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Bremsbelag (5 ) durch die Wirkung einer vom Bremssattel (50 ) aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe (6 ) in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit einen Elektromotor (1 ) sowie ein wirkungsmäßig zwischen dem Elektromotor (1 ) und dem Betätigungselement (7 ) angeordnetes Untersetzungsgetriebe (2 ) mit einer mittels des Elektromotors (1 ) antreibbaren Gewindespindel (17 ) umfasst, welche sich axial an dem Bremssattel (50 ) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen der Gewindespindel (17 ) und dem Bremssattel (50 ) ein Wälzlager (33 ,42 ,63 ) und eine Kraftmesseinrichtung (30 ,40 ,60 ) mit einem Verformungskörper (35 ,43 ,65 ), welcher sich unter Einwirkung der zu bestimmenden Kraft verformt, angeordnet sind, wobei sich die Gewindespindel (17 ) über das Wälzlager (33 ,42 ,63 ) an dem Verformungskörper der Kraftmesseinrichtung (30 ,40 ,60 ) abstützt. - Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Verformungskörpers (
43 ,65 ) der Kraftmesseinrichtung (40 ,60 ) als zumindest ein Teil des Wälzlagers (42 ,63 ) ausgebildet ist, insbesondere dass ein Teil des Verformungskörpers der Kraftmesseinrichtung und ein Teil des Wälzlagers einstückig (43 ,65 ) ausgebildet sind. - Betätigungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (
42 ,63 ) ein erstes Lagerelement (41 ,61 ) und ein zweites Lagerelement (43 ,65 ) umfasst, zwischen welchen Wälzkörper (45 ,63 ) angeordnet sind, und dass ein Teil des Verformungskörpers (43 ,65 ) der Kraftmesseinrichtung (40 ,60 ) eines der Lagerelemente des Wälzlagers bildet. - Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als ein Nadellager (
33 ,63 ) ausgebildet ist. - Betätigungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Verformungskörpers (
65 ) der Kraftmesseinrichtung (60 ) eine Lagerscheibe des Nadellagers (63 ) bildet. - Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als ein Kegelrollenlager oder ein Kugellager (
42 ) ausgebildet ist. - Betätigungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Verformungskörpers (
43 ) der Kraftmesseinrichtung (40 ) einen Kugellagerring des Kugellagers (42 ) oder einen Kegelrollenlagerring des Kegelrollenlagers bildet. - Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Verformungskörper (
35 ,43 ,65 ) Verformungsaufnehmer, insbesondere Dehnmessstreifen, angeordnet sind. - Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (
2 ) als ein Kugelgewindetrieb ausgeführt ist.
Priority Applications (6)
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