DE19611911A1

DE19611911A1 - Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE19611911A1
Application number: DE19611911A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Schumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-02
Also published as: US6179097B1; EP0934473A1; WO1997036117A1; JP2000507333A; KR20000004976A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Eine derartige Bremsvorrichtung ist bekannt aus der EP 0 520 525 B1. Die bekannte Bremsvorrichtung weist einen Elektromotor auf, der über ein Zahnradgetriebe eine Reibungsbremse sowohl betätigt als auch wieder löst. Dies hat den Nachteil, daß sich bei Ausfall des Elektromotors oder seiner Stromversorgung die Reibungsbremse nicht, zumindest nicht vollständig löst, d. h. es wirkt mindestens eine erhebliche Restbremskraft an einem Fahrzeugrad. Hieraus resultiert ein Giermoment, also ein am Fahrzeug wirksames Drehmoment um dessen Hochachse, das die Fahrstabilität des Fahrzeugs beeinträchtigt.

Hinzu kommt, daß die Höhe des Giermoments außer von der Restbremskraft auch vom Reibwert zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn abhängig ist und sich folglich mit dem Fahrbahnzustand ändert. Bei niedrigem Reibwert oder bei sprungartiger Änderung des Reibwertes neigt das Fahrzeugrad zum Blockieren. Ist das betroffene Fahrzeugrad ein Vorderrad, dann wird die Lenkbarkeit des Fahrzeugs eingeschränkt. Desweiteren kann ein gebremstes Fahrzeugrad bei Kurvenfahrt zum Schleudern des Fahrzeugs führen, ein blockiertes Fahrzeugrad löst bei Kurvenfahrt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Schleudern des Fahrzeugs aus.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs weist einen zweiten Elektromotor zum Lösen der Reibungsbremse auf. Dies hat, insbesondere wenn beide Elektromotoren an voneinander unabhängige Stromversorgungen angeschlossen sind, den Vorteil, daß sich die Reibungsbremse auch im Fehlerfall, womit ein Ausfall eines der beiden Elektromotoren oder seiner Stromversorgung gemeint ist, vollständig lösen läßt, d. h. es wirkt keine Restbremskraft mehr, ein mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung bremsbares Fahrzeugrad ist frei drehbar. Lenkbarkeit und Fahrstabilität des Fahrzeugs sind auch im Fehlerfall voll gewährleistet.

Weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß im Fehlerfall zumindest eine Teilbremskraft mit dem verbleibenden Elektromotor aufbringbar ist, die Bremsvorrichtung fällt keinesfalls vollständig aus.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung zum Gegenstand.

Die beiden Elektromotoren können in ihrer Leistung und in ihrem Drehmoment so ausgelegt werden, daß nur der erste eine Maximalbremskraft erzeugt, die ausreicht, ein Fahrzeugrad beispielsweise zu blockieren. Der zweite Elektromotor kann schwächer ausgelegt werden, da er nur zum Lösen der Reibungsbremse benötigt wird. Es können auch beide Elektromotoren so ausgelegt werden, daß mit jedem von ihnen die Maximalbremskraft erzeugbar ist (Anspruch 3). Dies hat den Vorteil, daß die Bremsvorrichtung auch bei Ausfall eines Elektromotors voll funktionsfähig bleibt.

Auch können die beiden Elektromotoren so ausgelegt sein, daß jeder nur etwa die halbe, maximale Bremskraft aufbringt (Anspruch 4). Zum Erzeugen der maximalen Bremskraft müssen also beide Elektromotoren eingeschaltet werden. Dadurch lassen sich notwendiger Bauraum und Gewicht der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung verringern. Weiterer Vorteil ist, daß die Reibungsbremse im Fehlerfall immer noch betätigbar ist, wenn auch nicht mit maximaler Bremskraft.

Gemäß Anspruch 5 weist die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung einen Rückstellwegsensor zum Ermitteln des Rückstellwegs von Bremsbelägen beim Lösen der Reibungsbremse und damit des Spalts zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe oder -trommel auf. Damit läßt sich der Rückstellweg unabhängig von der Abnutzung der Bremsbeläge auf einen konstanten Wert, also ein definiertes Lüftspiel zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe oder -trommel einstellen. Dies erbringt einen Dynamikgewinn durch stets gleichbleibend kurzen Betätigungsweg und gleichbleibend kurze Ansprechzeit beim Betätigen der Reibungsbremse bis zum ersten Greifen auch bei zunehmender Abnutzung ihrer Bremsbeläge. Desweiteren greifen alle Radbremsen eines Fahrzeugs gleichzeitig und damit ab Beginn einer Bremsung mit gleichmäßiger Bremskraftverteilung am Fahrzeug, auch wenn die Bremsbeläge verschieden stark abgenutzt sind. Das Fahrzeug wird nicht durch eine früher wirkende Radbremse aus seiner Spur gebracht. Zusätzlicher Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist, daß die definierte Lüftspieleinstellung ohne aufwendige Mechanik bewerkstelligt wird.

Ein Sperrgetriebe gemäß Anspruch 8, also ein Getriebe, das keine Bewegung durch Kraft- oder Momentenbeaufschlagung an seiner Antriebsseite zuläßt, sondern nur von seiner Antriebsseite her antreib- und bewegbar ist, hat den Vorteil, daß die Elektromotoren zum Konstanthalten der Bremskraft nicht bestromt werden müssen. Dies bringt auch den Vorteil mit sich, daß die Bremsvorrichtung als sich nicht selbstlösende Feststellbremse verwendbar ist. Auch ein selbsthemmendes Getriebe bringt die genannten Vorteile eines Sperrgetriebes zumindest in begrenztem Umfang mit sich. Mit selbsthemmendem Getriebe ist ein Getriebe gemeint, das eine Bewegung durch Kraft- oder Momentenaufbringung nur zuläßt, wenn die aufgebrachte Kraft oder das aufgebrachte Moment einen Schwellenwert überschreitet. Selbsthemmende Getriebe sind beispielsweise Zahnrad- oder Planetengetriebe. Diese Getriebe erhöhen ein zum Drehen der unbestromten Elektromotoren notwendiges Drehmoment zu ihrem Abtrieb hin um den Faktor der Getriebeuntersetzung. Hinzu kommt eine innere Reibung des selbsthemmenden Getriebes, zu deren Überwindung auf der Abtriebsseite aufgrund der Getriebeuntersetzung ein höheres Drehmoment als auf der Antriebsseite notwendig ist.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Zeichnung dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete, erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist einen Faust-Bremssattel 12 mit einem Paar Bremsbelägen 14 zum Bremsen einer Bremsscheibe 16 auf, von der in der Zeichnung nur ein Bruchstück dargestellt ist. Zum Andrücken der Bremsbeläge 14 gegen die Bremsscheibe 16 ist in den Bremssattel 12 ein Spindelgetriebe mit einer Gewindespindel 18 und einer Spindelmutter 20 eingebaut. Die Gewindespindel 18 drückt bei Bremsbetätigung gegen einen der beiden Bremsbeläge 14 und eine Reaktionskraft drückt in an sich bekannter Weise über den Bremssattel 12, den anderen Bremsbelag 14 gegen die gegenüberliegende Seite der Bremsscheibe 16.

Die Spindelmutter 20 ist mit zwei Radialkugellagern 22 im Bremssattel 12 und in einem mit dem Bremssattel 12 beispielsweise durch Verschrauben verbundenen Deckel 24 drehbar gelagert. Sie stützt sich beim Andrücken der Bremsbeläge 14 an die Bremsscheibe 16 über ein Axialkugellager 26 gegen den Deckel 24 ab.

Die Spindelmutter 20 weist einen mit ihr einstückigen Zahnkranz 28 auf, mit dem ein erstes Zahnrad 30 zum rotierenden Antrieb der Spindelmutter 20 kämmt. Das erste Zahnrad 30 ist drehfest auf einer Welle 32 eines Elek tro-Rückstellmotors 34 angebracht.

Mit dem ersten Zahnrad 30 kämmt ein zweites Zahnrad 36, das drehfest auf einer Welle 38 eines Elektro-Bremsbetätigungs motors 40 angebracht ist. Beide Elektromotoren 34, 40 sind am Deckel 24 des Bremssattels 12 angeflanscht. Die beiden Zahnräder 30, 36 befinden sich in einem Hohlraum 42 zwischen dem Deckel 24 und dem Bremssattel 12.

Im Ausführungsbeispiel sind die Wellen 32, 38 der Elektromotoren 34, 40 parallel zur Gewindespindel 18 angeordnet und befinden sich in einer Ebene mit dieser, d. h. der Betätigungsmotor 40 befindet sich bezüglich der Gewindespindel 18 radial außerhalb des Rückstellmotors 34. Selbstverständlich kann das zweite Zahnrad 36 des Betätigungsmotors 40 auch an anderer Stelle des Umfangs in das erste Zahnrad 30 des Rückstellmotors 34 eingreifen oder an beliebiger Umfangsstelle mit dem Zahnkranz 28 der Spindelmutter 20 kämmen, so daß sich die beiden Elektromotoren 34, 40 nicht in einer Ebene 40 mit der Gewindespindel 18 befinden und der Betätigungsmotor 40 geringeren Abstand zur Gewindespindel 18 hat. Auch können die beiden Elektromotoren 34, 40 die Spindelmutter 20 über ein nicht dargestelltes Winkelgetriebe antreiben. Diese Maßnahmen dienen einem kompakten und insbesondere einem vorgegebenen Einbauraum angepaßten Aufbau der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 10.

Zur Messung eines Rückstellwegs der Bremsbeläge 14 weist die Bremsvorrichtung 10 eine Drehwinkelmeßeinrichtung 44 an der Welle 32 des Rückstellmotors 34 auf. Mit ihm läßt sich der Gesamtspalt zwischen den beiden Bremsbelägen 14 und der Bremsscheibe 16 bei gelöster Reibungsbremse 14, 16, das sog. Lüftspiel, ermitteln und einstellen. Da die Welle 32 des Rückstellmotors 34 über das erste Zahnrad 30, den Zahnkranz 28 der Spindelmutter 20, die Spindelmutter 20 und die Gewindespindel 18 mit dem von der Gewindespindel 18 betätigten Bremsbelag 14 verbunden ist, ist der Drehwinkel der Welle 32 des Rückstellmotors 34 einem Zustellweg der Bremsbeläge 14 zur Bremsscheibe 16 hin und einem Rückstellweg weg von der Bremsscheibe 16 proportional.

Als Drehwinkelsensoren 44 kommen beispielsweise induktive, kapazitive oder optische Meßvorrichtungen in Betracht, wie sie in einer Vielzahl von Ausführungsformen an sich bekannt sind. Vorteilhaft ist die Verwendung eines elektronisch kommutierten Rückstellmotors 34, dessen elektronische Kommutierung die Möglichkeit bietet, den Rückstellmotor 34 definiert rückdrehen zu lassen.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 10 ist folgende: Zum Betätigen der Bremsvorrichtung 10 wird der Betätigungsmotor 40 eingeschaltet und treibt über das zweite und das erste Zahnrad 36, 30 die Spindelmutter 20 rotierend an. Die Spindelmutter 20 setzt über die Gewindespindel 18 die Rotationsbewegung in eine Verschiebebewegung um, welche den in der Zeichnung rechts dargestellten Bremsbelag 14 gegen die Bremsscheibe 16 drückt. Sobald dieser Bremsbelag 14 an der Bremsscheibe 16 anliegt, drückt der als Schwimmsattel ausgebildete Bremssattel 12 in an sich bekannter Weise den in der Zeichnung links dargestellten Bremsbelag 14 gegen die anderer Seite der Bremsscheibe 16.

Zum Lösen der Reibungsbremse 14, 16 wird der Rückstellmotor 34 eingeschaltet, der über das erste Zahnrad 30 die Spindelmutter 20 in entgegengesetzter Richtung rotierend antreibt und dadurch die Reibungsbremse 14, 16 wieder löst. Mit der Drehwinkelmeßeinrichtung 44 wird der Drehwinkel des Rückstellmotors 34 beim Lösen der Reibungsbremse ermittelt, der dem Rückstellweg der Bremsbeläge 14 proportional ist. Die Drehwinkelmeßeinrichtung 44 bildet also einen Rückstellwegsensor für die Bremsbeläge 14. Der Rückstellmotor 34 wird nach Drehung um einen festgelegten Winkel, der im Regelfall mehr als eine Umdrehung beträgt, abgeschaltet. Dadurch wird ein definiertes Lüftspiel von ca. 0,1 mm-0,2 mm unabhängig von der Abnutzung der Bremsbeläge 14 und dem Verschleiß der Bremsscheibe 16 erzielt. Eine Restbremskraft nach Lösen der Bremsvorrichtung 10 ist Null, so daß bei gelöster Bremsvorrichtung 10 die Bremsbeläge 14 nicht abgenutzt werden, die Bremsvorrichtung 10 sich nicht zusätzlich erwärmt und eine Fahrstabilität eines Fahrzeugs nicht beeinträchtigt wird.

Die beiden Elektromotoren 34, 40 mit den beiden Zahnrädern 30, 36 und das Spindelgetriebe 18, 20 bilden ein Sperrgetriebe. Dies bedeutet, daß sich die Reibungsbremse 14, 16 nicht selbsttätig nach Abschalten des Betätigungsmotors 40 löst, sondern nur durch Rückstellen mit dem Rückstellmotor 34 oder - im Fehlerfall - mit dem Betätigungsmotor 40. Dadurch wird nur Strom zum Betätigen der Reibungsbremse 14, 16, zum Vergrößern und Verringern der Bremskraft sowie zum Lösen der Reibungsbremse 14, 16 benötigt. Beim Bremsen mit gleichbleibender Bremskraft sind die Elektromotoren 34, 40 abgeschaltet oder es wird allenfalls der Betätigungsmotor 40 mit einem geringen Haltestrom beaufschlagt. Der Stromverbrauch und eine Erwärmung der Elektromotoren 34, 40 ist infolgedessen gering.

Weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung ist deren Verwendbarkeit als Feststellbremse: Dazu wird die Bremsvorrichtung 10 mit dem Betätigungsmotor 40 betätigt und anschließend der Strom abgeschaltet. Die Bremsvorrichtung 10 bleibt betätigt. Irgendwelche Feststellmittel werden nicht benötigt. Als Sperrgetriebe anstelle des im Ausführungsbeispiel verwendeten Spindelgetriebes 18, 20 kommt beispielsweise auch ein Schneckengetriebe (nicht dargestellt) in Betracht.

Auch ein selbsthemmendes Getriebe kann anstelle eines Sperrgetriebes in Betracht kommen. Selbsthemmend bedeutet, daß sich das Getriebe an seiner Abtriebswelle nur durch Überwindung eines bestimmten Schwellendrehmoments bewegen läßt. Selbsthemmende Getriebe können beispielsweise Zahnrad- oder Planetengetriebe sein. Diese vergrößern ein zum Drehen des stromlosen Elektromotors notwendiges Drehmoment um ihren Untersetzungsfaktor an der Abtriebswelle. Hinzu kommt noch die innere Reibung des selbsthemmenden Getriebes. Eine bestimmte Bremskraft wird also auch mit einem selbsthemmenden Getriebe bei unbestromten Elektromotoren aufrechterhalten.

Claims

1. Bremsvorrichtung für Fahrzeuge, mit einer eine Betätigungseinrichtung aufweisenden Reibungsbremse, welche von einem ersten Elektromotor betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Elektromotor (34) aufweist, mit dem die Reibungsbremse (14, 16) lösbar ist.

2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektromotoren (34, 40) an zwei voneinander unabhängige Stromversorgungen angeschlossen sind.

3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektromotoren (34, 40) so ausgelegt sind, daß mit jedem von ihnen eine maximale Bremskraft erzeugbar ist.

4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektromotoren (34, 40) so ausgelegt sind, daß zum Aufbringen einer maximalen Bremskraft beide Elektromotoren (34, 40) notwendig sind.

5. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rückstellwegsensor (44) aufweist.

6. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Elektromotoren (34, 40) ein Gleichstrommotor ist mit einer Drehwinkelmeßeinrichtung (44) ist.

7. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Elektromotoren (34, 40) ein elektronisch kommutierter Motor mit einer Drehwinkelmeßeinrichtung ist.

8. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein selbsthemmendes Getriebe oder ein Sperrgetriebe (18, 20, 30, 34, 36, 40) aufweist.

9. Verfahren zum Betrieb einer Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Lösen der Reibungsbremse (14, 16) Bremsbeläge (14) um einen festlegbaren Rückstellweg von einer Bremsscheibe (16), Bremstrommel oder dgl. abgehoben werden.