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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Feststellbremse, umfassend einen Elektromotor und einen Gewindetrieb umfassend eine über den Elektromotor drehbare Gewindespindel mit einer auf ihr axial laufenden Mutter, die mit einem mit einer einem Bremsbelag zusammenwirkenden Bremselement gekoppelt ist.
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Eine solche elektromechanische Feststellbremse kommt üblicherweise bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz und dient als zusätzliche Bremseinrichtung zur üblicherweise vorgesehenen, hydraulischen Bremsanlage, die ebenfalls auf die entsprechende Bremsscheibe wirkt. Die elektromechanische Feststellbremse dient beispielsweise zum temporären Bremsen des Fahrzeugs, beispielsweise bei einem Ampelstopp oder dergleichen, sie kann aber auch als Parkbremse agieren, wenn das Fahrzeug abgestellt wird.
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Die elektromechanische Feststellbremse, wie sie beispielsweise aus
EP 2 715 181 B1 bekannt ist, umfasst einen Elektromotor mit nachgeschaltetem Getriebe, über welches der Elektromotor mit einem Gewindetrieb gekoppelt ist. Über den Elektromotor in Verbindung mit dem Getriebe wird eine Gewindespindel des Gewindetriebs, die axial und radial in einem entsprechenden Gehäuse drehgelagert ist, gedreht. Auf der Gewindespindel ist, üblicherweise über Wälzkörper wie beispielsweise Kugeln geführt, eine Mutter angeordnet, die, da die Spindel positionsfest ist, axial je nach Drehrichtung der Gewindespindel auf der Spindel in die eine oder andere Richtung läuft. Mit der Mutter ist ein mit dem zugeordneten Bremsbeleg zusammenwirkendes Bremselement gekoppelt, das über die axiale Verstellung der Mutter gegen den Bremsbelag bewegt und diesen gegen die Bremsscheibe drückt, respektive vom Bremsbelag gelöst wird bzw. ihn entlastet.
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Eine solche Feststellbremse muss für eine maximale Klemmkraft ausgelegt werden, welche sich aus der eigenen maximalen Stellkraft, mit der also das Bremselement gegen den Bremsbelag gedrückt werden kann, und der maximalen Klemmkraft der weiteren hydraulischen Betriebsbremse des Fahrzeugs zusammensetzt. Denn bei einer Betätigung der hydraulischen Betriebsbremse des Fahrzeugs und der gleichzeitigen Betätigung der elektromechanischen Feststellbremse, die beide auf die Bremsscheibe wirken, kommt es zu einer Kraftaddition an der Bremsanlage. Wird nun die hydraulische Betriebsbremse deaktiviert, beispielsweise weil das Fahrzeug geparkt wird, kann sich die Kraft an der Bremsanlage respektive der elektromechanischen Feststellbremse nicht abbauen, da die Feststellbremse entweder über ein selbsthemmendes Getriebe oder eine entsprechende Getriebearretierung verfügt, die eine kraftbedingte Rückstellung verhindern. Somit muss die elektromechanische Feststellbremse die vorhandene, gesamte Klemmkraft abstützen, bis sie gelöst wird. Die Klemmkraft der hydraulischen Fahrzeugbremse ist üblicherweise größer als die Klemmkraft der elektromechanischen Feststellbremse.
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Um eine solche Feststellbremse vor einer Überlast zu schützen, ist es aus
DE 10 2006 038 034 B3 bekannt, eine Getriebeeinheit, die über den Elektromotor angetrieben wird, mit einem Überlastschutz zu versehen. Hierfür sind zwei koaxial fluchtend angeordnete, über eine Axialverzahnung gekoppelte Getrieberäder vorgesehen, wobei das erste Getrieberad, das sogenannte Rutschrad, axial beweglich angeordnet ist. Es wird mit Hilfe eines Federelements axial gegen das zweite Getrieberad, das sogenannte Festrad, gedrückt. Dadurch wird die Axialverzahnung zwischen den beiden Getrieberädern mit definierter Kraft gegen von der Axialverzahnung ausgeübte Ausrückkräfte in Eingriff gehalten. Weiterhin weist zumindest das erste Getrieberad eine schräg verzahnte Radialverzahnung auf, über die es mit einem weiteren Getriebeelement in Antriebsverbindung steht. Ferner weist die Axialverzahnung eine asymmetrische Verzahnung auf, was es ermöglicht, je nach Belastungsrichtung unterschiedlich große Ausrückkräfte in Axialrichtung zu erzeugen. Durch die unterschiedlichen Ausrückkräfte werden die sich aus der schräg verzahnten Radialverzahnungen ergebenden Radialkräfte, welche sich je nach Belastungsrichtung der Zahnräder addieren oder subtrahieren, derart ausgeglichen, dass sich in beiden Belastungsrichtungen ein betragsmäßig zumindest nahezu gleich großes Rutschmoment einstellt. Infolge der Asymmetrie der Axialverzahnung kann daher für beide Drehrichtungen nahezu das gleiche Durchrutschmoment gewährleistet werden. Dieser Überlastschutz ist im Getriebe integriert, also in einer dem eigentlichen Krafteinleitungsort, nämlich dem Bereich des Gewindetriebs nebst gekoppeltem Bremselement, nachgeschalteten und insbesondere in Bezug auf die axiale Kraftrichtung der aufzunehmenden, abzustützenden Klemmkraft versetzten Baueinheit vorgesehen.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte elektromechanische Feststellbremse anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer elektromechanischen Feststellbremse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Bremselement axial gegen die Rückstellkraft eines die Mutter und das Bremselement axial vorspannenden Federelements relativ zur Mutter bewegbar ist.
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Die erfindungsgemäße Feststellbremse zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen axial wirkenden Überlastschutz aufweist, der schwerpunktmäßig mittels eines Federelements, bevorzugt einer Schraubenfeder, in Verbindung mit einer relativ zur Mutter gegebenen axialen Beweglichkeit des Bremselements realisiert wird. Zum Festbremsen der Bremsschreibe wird über den Elektromotor die Mutter axial verstellt, die Verstellbewegung wird über das die Mutter und das Bremselement axial vorspannende Federelement auf das Bremselement übertragen, das gegen die Bremsscheibe angedrückt wird. Das Federelement ist mit seiner Federsteifigkeit respektive Vorspannkraft natürlich entsprechend auszulegen, so dass eine hinreichende Stellkraft erzeugt werden kann. Kommt es nun in Betrieb bei festgestellter Bremsscheibe und gleichzeitig betätigter hydraulischer Bremseinrichtung zu einem Lösen der hydraulischen Bremseinrichtung und wirkt demzufolge die gesamte Brems- oder Klemmkraft der kompletten Bremsanlage auf die noch betätigte Feststellbremse, so führt dieser Kraftanstieg dazu, dass das Bremselement gegen die Rückstellkraft des Federelements geringfügig axial in Richtung der Mutter bewegt wird, worüber der Kraftabbau der überschüssigen Klemmkraft beim Lösen der Hydraulikbremse erfolgt. Dieser Überlastschutz respektive Kraftabbau erfolgt in Richtung der einwirkenden Kraft, also axial in Bezug auf den Gewindetrieb, was besonders vorteilhaft ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Feststellbremse hat eine Reihe von Vorteilen. Zum einen ist wie beschrieben ein axialer Überlastschutz vorgesehen, das heißt, dass der Klemmkraftabbau im eigentlichen Stellmittel in Richtung der einwirkenden Klemmkraft erfolgt. Des Weiteren ist, resultierend aus dem integrierten Überlastschutz, keine Überdimensionierung des Gewindetriebs mehr erforderlich, wie bisher üblich. Auch kann das Getriebe oder der Gewindetrieb selbsthemmend ausgeführt werden oder seitens des Getriebes eine Arretierung vorgesehen sein, nachdem der Klemmkraftabbau an einer vorgelagerten Stelle erwirkt wird.
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Wie beschrieben wird die Stellkraft, die über den Elektromotor und das Getriebe eingeleitet wird, von der axial bewegten Mutter über das Federelement an das Bremselement übertragen. In diesem Zusammenhang sollte das Federelement derart ausgelegt sein, dass es eine Vorspannkraft erzeugt, die der maximalen Stellkraft der Feststellbremse entspricht. Erst bei der Überschreitung der ausgeübten, maximalen Stellkraft wird das Federelement zum Kraftabbau komprimiert, wodurch die Klemmkraft an der gesamten Bremsanlage auf die maximale Stellkraft der Feststellbremse durch die geringe axiale Rückstellbewegung des Bremselements reduziert wird. Der Rückstellweg in diesem Weg ist sehr gering, er liegt bei ca. 0,1-0,3 mm, was ausreichend ist, um den Kraftüberschuss abzubauen.
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Das Bremselement selbst kann ein axial bewegbarer Kolben sein, oder einen solchen umfassen, das heißt, dass an dem axial bewegbaren Kolben ein entsprechender Bremsbelag angebracht oder damit gekoppelt ist. Dieser Kolben ist unmittelbar oder mittelbar mit dem Federelement gekoppelt, das seinerseits wiederum unmittelbar oder mittelbar mit der Mutter gekoppelt ist. Wie beschrieben ist das Federelement bevorzugt eine Schraubenfeder, wobei in diesem Fall die Schraubenfeder einerseits direkt oder indirekt an der Mutter oder andererseits direkt oder indirekt an dem Boden des hohlen Kolbens abgestützt ist. Das heisst, dass die Schraubenfeder quasi im Inneren des Kolbens angeordnet ist und sich einerseits zum Kolbenboden hin, andererseits zur Mutter hin abstützt. Bevorzugt liegt die Schraubenfeder mit ihren endseitigen Windungen direkt an der Mutter respektive dem Kolbenboden an, alternativ können dort auch entsprechende Koppelelemente, wie beispielsweise Abstützscheiben oder ähnliches zwischengeschaltet sein.
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Wie beschrieben ist das Bremselement axial relativ zur Mutter bewegbar. Dabei ist es zweckmäßig, wenn am Kolben am der Mutter zugewandten Ende radiale Nuten oder Aussparungen vorgesehen sind, in die an der Mutter ausgebildete radiale Vorsprünge eingreifen. Dieser Nuteingriff ermöglicht zum einen eine entsprechende Axialführung des Kolbens, zum anderen bilden die Nut- oder Aussparungsenden einen axialen Anschlag für die entsprechend mutterseitigen Vorsprünge, so dass die maximale Kolbenbewegung hierüber begrenzt wird. Es ist denkbar, dass die Nuten in Längsrichtung eine größere Ausdehnung als die radialen Vorsprünge der Mutter aufweisen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben an einer mit der Mutter verbundenen Führungshülse axial geführt ist. Diese Führungshülse, die sich in den hohlen Kolben erstreckt, dient der Radialführung des Kolbens, der seinerseits natürlich in einem Gehäuse, aus dem er oder das Bremselement mit seinem am Bremsbelag angreifenden Ende heraus geführt ist, aufgenommen ist. Während der üblichen Stellbewegung erfolgt keine Relativbewegung zwischen dem Kolben und der Führungshülse und damit auch der Mutter, erst wenn eine Überlast abzubauen ist, kommt es zu einem geringfügigen Axialversatz.
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Die Führungshülse erstreckt sich zweckmäßigerweise bis nahe dem Boden des Kolbens. Die Schraubenfeder ihrerseits ist im Inneren der Führungshülse aufgenommen, die damit also nicht nur der Kolbenführung, sondern auch der Radialführung oder Radialabstützung der Schraubenfeder dient.
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Zweckmäßig ist es ferner, wenn der Kolben über eine Verdrehsicherung gesichert in dem Gehäuse geführt ist, wobei diese Verdrehsicherung beispielsweise durch eine axiale Längsnut in der Gehäusewand und einen Radialvorsprung am Kolben, welcher Vorsprung in die Längsnut eingreift, realisiert sein kann.
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Schließlich ist es zweckmäßig, wenn das Bremselement oder der Kolben über ein Dichtelement zum Gehäuse hin abgedichtet ist, um das Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit in den eigentlichen Stellbereich zu verhindern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße elektromechanische Feststellbremse 1, umfassend einen Elektromotor 2 mit einem nachgeschalteten Getriebe 3, das zwei separate Getriebestufen aufweist. Der Elektromotor 2 treibt über ein Ritzel 4 ein Zahnrad 5 an, das seinerseits mit einem weiteren Zahnrad 7 mit einer gemeinsamen Getriebewelle 8 drehfest aufsitzt. Das Zahnrad 7 steht in Eingriff mit einem weiteren Zahnrad 9, das wiederum drehfest mit einer Gewindespindel 10 eines Gewindespindeltriebs 11 verbunden ist. Die Gewindespindel 10 ist einem Gehäuse 12, hier exemplarisch bestehend aus einem ersten Gehäuseteil 12a und einem zweiten Gehäuseteil 12b, über zwei Lager, vorzugsweise Wälzlager, 13 und 14 radial (Lager 13) und axial (Lager 14) gelagert.
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Die Gewindespindel 10 weist einen oder mehrere Gewindezüge 15 auf, in denen im gezeigten Beispiel Wälzkörper in Form von Kugeln 16 laufen, die wiederum eine Mutter 17 führen, die bei einer Rotation der Gewindespindel 10 axial entlang der Gewindespindel 10 respektive des Abschnitts mit dem oder den Gewindezügen 15 läuft. Der entsprechende Abschnitt mit dem oder den Gewindezügen 15 sowie die Mutter 17 sind, wie die Figur zeigt, in den zweiten Gehäuseteil 12b aufgenommen.
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Die Mutter 17 ist in ihrer Axialbewegung über einen entsprechenden Anschlagring 18 in der einen Richtung begrenzt, in der anderen Richtung kann sie axial wandern.
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Vorgesehen ist des Weiteren ein Bremselement 19 in Form eines Kolbens 20, der ebenfalls in dem zweiten Gehäuseteil 12b aufgenommen ist und sich mit einem an einem Bremsbelag 21 angreifende unteren Ende mit einem entsprechenden Boden 22 aus dem Gehäuseteil 12b erstreckt. Der Kolben ist in dem Gehäuseteil 12b radial geführt und über eine nicht näher gezeigte Verdrehsicherung, beispielsweise einen Nut-Feder-Eingriff, verdrehgesichert geführt. Er ist relativ zur Mutter 17 etwas axial beweglich, das heisst, dass er nicht fest und unmittelbar mit der Mutter 17 verbunden ist. Vielmehr ist zur Kopplung von Mutter 17 und Kolben 20 ein Federelement 23, hier in Form einer Schraubenfeder, vorgesehen, die sich einerseits an der Unterseite der Mutter 17 und andererseits an der Oberseits des Bodens 22 des Kolbens 20 abstützt. Die Länge des Federelements 23 ist so bemessen, dass sich ein geringer axialer Verstellabstand ΔS ergibt, über welchen der Kolben 20 relativ zur Mutter 17 axial verstellt werden kann, bevor er an der Mutter 17 anschlägt.
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Zur Führung des Kolbens 20 relativ zur Mutter 17 sowie zur Bildung eines entsprechenden Anschlages sind an der Mutter ein oder mehrere radiale Vorsprünge 24 vorgesehen, die in entsprechende, sich axial erstreckende Ausnehmungen oder Nuten 25, die am Kolben ausgebildet sind, eingreifen, wobei der Grund der jeweiligen Ausnehmung oder Nut 25 den Anschlag für den Vorsprung 24 bildet.
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Des Weiteren ist eine Führungshülse 26 vorgesehen, die an der Unterseite der Mutter 17 befestigt ist und die sich, wie auch die Schraubenfeder 23, in den Kolben 20 erstreckt. Sie dient der Radialführung des Kolbens 20, wozu im gezeigten Beispiel an der Führungshülse 26 endseitig ein umlaufender Führungsbund 27 ausgebildet ist, an dem der Kolben 20 mit einem entsprechenden Führungsbund 28 abgestützt ist, aber auch bei einer Verstellung maximal um den Stellweg ΔS entlang gleiten kann.
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Im Betrieb, wenn die Feststellbremse den Bremsbelag 21 gegen eine nicht näher gezeigte Bremsscheibe drücken soll, wird über den Elektromotor 2 und das Getriebe 3 der Gewindetrieb 11 betätigt, indem die Gewindespindel 10 gedreht wird. Es kommt dabei zu einer Axialbewegung der Mutter 17, die über das Federelement 23, also die Schraubenfeder unmittelbar auf den Kolben 23 übertragen wird, der diese Bewegung seinerseits auf den Bremsbelag 21 überträgt und diesen gegen die Bremsscheibe drückt. Die Federsteifigkeit des Federelements 23 respektive die erzeugte Vorspannkraft ist so ausgelegt, dass sie der maximalen Stellkraft der Feststellbremse 1 entspricht, das heißt, dass es zu keiner Einfederung seitens des Federelements 23 kommt, so lange nicht die maximale Stellkraft, mit der der Kolben 20 gegen den Bremsbelag 21 gedrückt werden soll, überschritten wird.
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Kommt es nun jedoch im Betrieb zu einer Situation, in der sowohl die Feststellbremse 1 betätigt ist als auch die hydraulische Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs, in dem die Feststellbremse 1 verbaut ist, wobei diese hydraulische Bremseinrichtung ebenfalls auf die Bremsscheibe wirkt, so kommt es, wenn die hydraulische Bremseinrichtung gelöst wird, dazu, dass die gesamte Klemmkraft, die sich aus der Klemm- bzw. Stellkraft der Feststellbremse und der Klemm- bzw. Stellkraft der hydraulischen Bremseinrichtung ergibt, komplett auf die Feststellbremse 1 wirkt, da diese nach wie vor geschlossen ist respektive festbremst.
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Diese Überlast kann nun aufgrund der erfindungsgemäßen Integration des axialen Überlastschutzes resultierend aus der Integration des Federelements 23 und der dagegen möglichen axialen Verstellbewegung des Kolbens 20 um den Verstellweg ΔS abgebaut werden. Es kommt bei Anliegen der Überlast dazu, dass der Kolben 20 geringfügig, beispielsweise um ca. 0,1-0,3 mm gegen die Mutter 17 bewegt, wobei das Federelement 23 entsprechend einfedert, da seine Federkraft respektive Stellkraft auf die maximal erforderliche Stellkraft der Feststellbremse 1 ausgelegt ist, demzufolge also deutlich geringer ist als die anliegende Gesamtkraft F. Durch das Einfedern und Rückstellen des Kolbens 20 in Richtung der Mutter 17 kommt es zu dem Überlastabbau. Dieser erfolgt also durch eine reine Axialbewegung in Richtung der einwirkenden Gesamtkraft F und innerhalb des eigentlichen Stellbereichs.
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Resultierend aus dem erfindungsgemäßen axialen Überlastschutz ist es vorteilhaft möglich, den Gewindespindeltrieb 11 im Hinblick auf die geforderte Stellkraft auszulegen, eine Überdimensionierung wie bisher im Hinblick auf eine entsprechende Abstützung aufgrund einer selbsthemmenden Auslegung des Gewindespindeltriebs zur Abstützung der Gesamtkraft ist nicht mehr erforderlich. Auch kann das Getriebe 3 ohne weiteres selbsthemmend ausgeführt werden oder mit einer Arretierung 29, wie hier exemplarisch vorgesehen, versehen sein. Denn weder auf den Gewindespindeltrieb 11 noch auf das Getriebe 3 wirkt aufgrund der erfindungsgemäßen vorgeschalteten Überlastsicherung die Überlast.
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Vorgesehen ist schließlich noch ein Dichtelement 30 in Form eines Faltenbalges. Dieser dichtet den Übergang des Kolbens 20 respektive des Bodens 22 zum Gehäuseteil 12b, ab, so dass das Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit in den eigentlichen Stellbereich verhindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feststellbremse
- 2
- Elektromotor
- 3
- Getriebe
- 4
- Ritzel
- 5
- Zahnrad
- 7
- Zahnrad
- 8
- Getriebewelle
- 9
- Zahnrad
- 10
- Gewindespindel
- 11
- Gewindespindel
- 12
- Gehäuse
- 12a
- Gehäuse
- 12b
- Gehäuse
- 13
- Wälzlager
- 14
- Wälzlager
- 15
- Gewindezüge
- 16
- Kugeln
- 17
- Mutter
- 18
- Anschlagring
- 19
- Bremselement
- 20
- Kolben
- 21
- Bremsbelag
- 22
- Boden
- 23
- Federelement
- 24
- Vorsprünge
- 25
- Nut
- 26
- Führungshülse
- 27
- Führungsbund
- 28
- Führungsbund
- 29
- Arretierung
- 30
- Dichtelement
- ΔS
- Verstellweg
- F
- Gesamtkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2715181 B1 [0003]
- DE 102006038034 B3 [0005]
