DE19628804B4 - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse - Google Patents
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Abstract
Elektromechanisch
betätigbare Scheibenbremse
für Kraftfahrzeuge
mit einem Bremssattel sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit,
mit zwei mit je einer Seitenfläche
einer Bremsscheibe zusammenwirkenden, im Bremssattel begrenzt verschiebbar
angeordneten Reibbelägen,
wobei einer der Reibbeläge
mittels eines Betätigungselementes
durch die Betätigungseinheit
direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel
aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar
ist, wobei die Betätigungseinheit
einen koaxial zum Betätigungselement angeordneten
Elektromotor sowie ein wirkungsmäßig zwischen
ihm und dem Betätigungselement
angeordnetes Untersetzungsgetriebe aufweist, und wobei Mittel vorgesehen sind,
die nach dem Betätigen
des Elektromotors ein Rückdrehen
seines Rotors bei anschließender
Abschaltung des dem Elektromotor zugeführten Stroms verhindern, dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel durch einen Elektromagneten (20 bzw. 21, 22) gebildet
sind, dessen Anker (22) rotatorisch, längsverschiebbar an den Rotor
(10) gekoppelt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremssattel sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit, mit zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkenden, im Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen, wobei einer der Reibbeläge mittels eines Betätigungselementes durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit einen koaxial zum Betätigungselement angeordneten Elektromotor sowie ein wirkungsmäßig zwischen ihm und dem Betätigungselement angeordnetes Untersetzungsgetriebe aufweist, und wobei Mittel vorgesehen sind, die nach dem Betätigen des Elektromotors ein Rückdrehen seines Rotors bei anschließender Abschaltung des dem Elektromotor zugeführten Stroms verhindern.
- Eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse ist z.B. aus der
DE 195 11 287 A1 bekannt. Die Betätigungseinheit der bekannten Scheibenbremse besteht aus einem Elektromotor, dessen Rotor mittels eines Rollengewindetriebs bzw. eines Planetengetriebes eine Gewindemutter antreibt. Die Drehbewegung der Gewindemutter wird auf eine Betätigungshülse übertragen bzw. bewirkt deren Axialverschiebung, durch die der der Betätigungseinheit zugeordnete Reibbelag in Eingriff mit der Bremsscheibe gebracht wird. Der Rollengewindetrieb wird dabei vorzugsweise vom Rotor des Elektromotors radial umgriffen. Als nachteilig werden bei der bekannten elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse insbesondere der verhältnismäßig beträchtliche Verbrauch elektrischer Energie sowie eine starke Erwärmung des Elektromotors empfunden, die insbesondere dann auftreten, wenn hohe Spannkräfte über einen längeren Zeitraum aufgebracht werden müssen. - Aus der
US 4,836,338 ist eine elektromechanisch betätigbare Schwimmsattel-Scheibenbremse bekannt, deren Untersetzungsgetriebe als ein Planetengetriebe ausgebildet ist, das über einen Freilauf von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Verwendung des Freilaufs ist jedoch mit erheblichen Herstellungskosten verbunden. - Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstig herstellbare, elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, die nach dem Aufbringen hoher Spannkräfte diese mit sehr geringen elektrischen Leistungen aufrechterhalten kann. Außerdem soll die Erwärmung des Elektromotors minimiert werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mittel durch einen Elektromagneten gebildet sind, dessen Anker rotatorisch, längsverschiebbar an den Rotor gekoppelt ist. Die Besonderheit eines derartigen Aktuators liegt in der Ausnutzung kleiner Luftspalte mit dem Resultat sehr hoher Anzugskräfte.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes steht der Anker in kraftübertragender Verbindung mit der Gewindemutter. Die Ankoppelung des Ankers an die Gewin demutter kann beispielsweise mittels einer formschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung erfolgen. Die formschlüssige Verbindung wird dabei vorzugsweise durch am Anker angeformte bzw. ausgebildete radiale Vorsprünge gebildet, die von in der Gewindemutter vorgesehenen Nuten aufgenommen wer den. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker und Gewindemutter erfolgt dagegen mittels Biegeblechstreifen, die eine begrenzte Relativverschiebung der beiden Teile zueinander in axialer Richtung ermöglichen. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass bei einem Energieausfall in der Bremsanlage der Elektromagnet – und damit die Haltefunktion der Bremse – immer den sicheren Zustand erreicht, so dass ein Blockieren der Bremse bei einem Energieausfall ausgeschlossen ist.
- Eine Minimierung der dem Elektromagneten zugeführten elektrischen Leistung wird nach einem weiteren vorteilhaften Erfindungsmerkmal dadurch erreicht, dass die Wicklung der Elektromagnetenspule hochohmig ausgeführt ist.
- Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
- In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine Ausführung der neuerungsgemäßen, elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse im Axialschnitt; -
2 . eine erste Ausführung der Verbindung zwischen der Gewindemutter und dem Anker, und -
3 eine zweite Ausführung der Verbindung zwischen der Gewindemutter und dem Anker, -
4 das Flußdiagramm der Funktion der neuerungsgemäßen Scheibenbremse. - Die in der Zeichnung dargestellte, elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach der Erfindung, die im gezeigten Beispiel als eine Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgebildet ist, besteht im wesentlichen aus einem in einem nicht gezeigten feststehenden Halter verschiebbar gelagerten Bremssattel
1 sowie einer Betätigungseinheit2 , deren Gehäuse8 mittels nicht gezeigter Befestigungselemente am Bremssattel1 befestigt ist. Ein Paar von Reibbelägen4 und5 ist im Bremssattel1 derart angeordnet, dass sie der linken und der rechten Seitenfläche einer Bremsscheibe3 zugewandt sind. - Nachstehend wird der in der Zeichnung rechts gezeigte Reibbelag
4 als erster Reibbelag und der andere, mit5 bezeichnete Reibbelag als zweiter Reibbelag bezeichnet. - Während der erste Reibbelag
4 mittels eines Betätigungselements30 durch die Betätigungseinheit2 direkt mit der Bremsscheibe3 in Eingriff bringbar ist, wird der zweite Reibbelag5 durch die Wirkung einer bei der Betätigung der Anordnung vom Bremssattel1 aufgebrachten Reaktionskraft gegen die gegenüberliegende Seitenfläche der Bremsscheibe3 gedrückt. - Die vorhin erwähnte Betätigungseinheit
2 besteht aus einem Elektromotor6 , der im dargestellten Beispiel als ein permanentmagneterregter, elektronisch kommutierbarer (Torque-) Motor ausgebildet ist, essen Stator9 unbeweglich im Gehäuse8 angeordnet ist und dessen als eine Hohlwelle ausgebildeter Rotor10 durch einen rohrförmigen Träger28 gebildet ist, der mehrere Permanentmagnetsegmente29 trägt. Zwischen dem Torque-Motor6 und dem vorhin erwähnten, vorzugsweise koaxial zum Motor6 angeordneten Betätigungselement30 ist wirkungsmäßig ein Untersetzungsgetriebe7 angeordnet, das im gezeigten Beispiel als ein Rollengewindetrieb11 bis14 ausgebildet ist. - Der Rollengewindetrieb besteht dabei aus einer Gewindemutter
11 sowie einer das vorhin erwähnte Betätigungselement bildenden Gewindespindel14 , wobei in der Gewindemutter11 achsparallel Gewinderollen12 ,13 angeordnet sind, die bei einer Rotationsbewegung der Gewindemutter11 sich ohne axiale Verschiebung planetenartig drehen und die Gewindespindel14 in eine axiale Bewegung versetzen. Für eine radiale Führung der Gewinderollen12 ,13 sorgen zwei an deren Enden angeordnete Führungsscheiben40 und nicht gezeigte Zahnkränze. - Die Anordnung ist dabei vorzugsweise derart getroffen, dass der Rotor
10 des Torque-Motors6 drehfest, beispielsweise mittels einer Passfeder39 , mit der Gewindemutter11 verbunden ist, während die Gewindespindel14 unter Zwischenschaltung einer Kraftübertragungsplatte24 den ersten Reibbelag4 betätigt. Zwischen der Kraftübertragungsplatte24 und dem ersten Reibbelag4 ist vorzugsweise eine Verdrehsicherung25 vorgesehen, die durch einen im Reibbelag4 eingepressten Stift gebildet ist, der von einer in der Kraftübertragungsplatte24 ausgebildeten Ausnehmung aufgenommen wird. Der Führung sowohl des Untersetzungsgetriebes7 als auch der Hohlwelle bzw. des Rotors10 dient ein am Bremssattel1 sich abstützendes Radiallager, im gezeigten Beispiel ein Kreuzrollenlager16 , das aus einem mit dem Bremssattel1 zusammenwirkenden, in1 geteilt ausgeführten Lageraußenring18 , einem auf einer kragenförmigen radialen Erweiterung15 der Gewindemutter11 angeordneten Lagerinnenring17 sowie mehreren, zwischen den beiden Lagerringen17 ,18 angeordneten Zylinderrollen19 besteht. Die Lagerringe17 ,18 bilden vier rechtwinklig zueinander angeordnete Laufbahnen, die um 45° zur Lagerebene geneigt sind, bzw. zwei um 90° versetzte Laufbahnpaare, auf denen die Zylinderrollen19 (in X-Anordnung) abwechselnd in einem der beiden Laufbahnpaare abwälzen. Da das verwendete Kreuzrollenlager16 jede beliebige Kombina tion von Axial-, Radial- sowie Kippmomentbelastungen aufnehmen kann, kann auf ein zweites Lager verzichtet werden. Statt eines Kreuzrollenlagers kann auch ein Vierpunktlager Verwendung finden. - Um die Drehbewegung des Rotors
9 jederzeit verhindern sowie Steuersignale für eine Unterbrechung der Stromzufuhr zum Torque-Motor6 gewinnen zu können, sind im Gehäuse8 der Betätigungseinheit2 elektromechanische Mittel20 vorgesehen, die durch einen Elektromagneten gebildet sind. Der Elektromagnet20 besteht seinerseits aus einer im Gehäuse8 unbeweglich angeordneten Wicklung21 sowie einem Anker22 , der rotatorisch an den Rotor9 bzw. die Gewindemutter11 so angekoppelt ist, dass er eine begrenzte Längsverschiebung in axialer Richtung durchführen kann. - Zur sicheren Erkennung einer Berührung zwischen den Reibbelägen
4 ,5 mit der Bremsscheibe3 sind die Reibbeläge4 ,5 mit Kontaktstiften26 versehen. Der Innenraum des Gehäuses8 wird einerseits durch einen im Bereich des Elektromagneten20 am Gehäuse8 angebrachten, die Wicklung21 aufnehmenden Deckel23 und andererseits durch eine elastische, membranartige Dichtung27 vor Verunreinigungen, beispielsweise Spritzwasser, geschützt. Die Dichtung27 ist dabei vorzugsweise zwischen dem Betätigungselement30 bzw. der Gewindespindel14 und einem am Lageraußenring18 axial anliegenden Haltering32 eingespannt. - Um schließlich die im Betrieb des Torque-Motors
6 entstehende Wärme wirksam an die Umgebung weiterleiten zu können, ist das Gehäuse8 mit großflächigen Kühlrippen33 versehen. -
2 zeigt die vorhin erwähnte rotatorische Ankoppelung des Ankers22 an die Gewindemutter11 , die vorzugsweise durch eine formschlüssige Verbindung der beiden Teile erfolgt. Zu diesem Zweck ist der Anker22 mit zwei radial gegenüberliegend ausgebildeten Vorsprüngen31 mit trapezförmigem Querschnitt versehen, die von zwei in der Wandung der zylindrischen Bohrung der Gewindemutter11 entsprechend ausgebildeten Nuten34 aufgenommen werden. - Bei der in
3 gezeigten Ausführung erfolgt die Ankoppelung des Ankers22 an die Gewindemutter11 mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, die im dargestellten Beispiel durch vier am Umfang gleichmäßig verteilte Biegeblechstreifen35 gebildet ist, die über geeignete Befestigungsmittel an den vorhin erwähnten Teilen11 ,22 befestigt sind. Der für die Betätigung des Elektromagneten20 erforderliche axiale Hub des Ankers22 ist dabei durch die Elastizität der Blechstreifen35 begrenzt. - Die Funktionsweise der neuerungsgemäßen Scheibenbremse ist dem in
4 dargestellten Flussdiagramm zu entnehmen. - Die Betätigung der Bremse wird mit dem Schritt
40 "Start" eingeleitet, in dem ein nicht gezeigtes Bremspedal betätigt wird. Ein ebenso nicht gezeigter, den Bremswunsch erfassender Sensor, beispielsweise ein Bremslichtschalter, erzeugt ein Steuersignal, das einer den Elektromotor6 aktivierenden Elektronik zugeführt wird. - Im Schritt
41 erzeugt der durch die Elektronik angesteuerte Elektromotor6 eine Spannkraft gemäß dem Bremswunsch, mit der ein Anlegen bzw. Andrücken der Beläge4 ,5 an die Bremsscheibe3 erfolgt. - Im Schritt
42 "Bremswunschänderung?" wird abgefragt, ob nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit eine Bremswunschänderung stattgefunden hat oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so wird der Elektromagnet 20 im Schritt43 "Motorbremse akti vieren " aktiviert und im Schritt44 "Motorstromzufuhr unterbrechen" anschließend die Stromzufuhr zum Elektromotor6 unterbrochen, so dass die am Anfang der Bremsung eingesteuerte Spannkraft aufrechterhalten wird. - Bei einer Änderung des Bremswunsches, beispielsweise einem Lösen der Bremse oder einer Erhöhung der Bremskraft, erfolgt im Schritt
45 "Motorbremse deaktivieren" ein Abschalten des dem Elektromagneten20 zugeführten Stroms, so dass die Gewindemutter11 freigegeben wird und eine Drehbewegung ausführen kann, die ein Verstellen der Gewindespindel14 im gewünschten Sinne zur Folge hat.
Claims (7)
- Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einem Bremssattel sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit, mit zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkenden, im Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen, wobei einer der Reibbeläge mittels eines Betätigungselementes durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit einen koaxial zum Betätigungselement angeordneten Elektromotor sowie ein wirkungsmäßig zwischen ihm und dem Betätigungselement angeordnetes Untersetzungsgetriebe aufweist, und wobei Mittel vorgesehen sind, die nach dem Betätigen des Elektromotors ein Rückdrehen seines Rotors bei anschließender Abschaltung des dem Elektromotor zugeführten Stroms verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel durch einen Elektromagneten (
20 bzw.21 ,22 ) gebildet sind, dessen Anker (22 ) rotatorisch, längsverschiebbar an den Rotor (10 ) gekoppelt ist. - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 1, wobei der Rotor des Elektromotors ringförmig ausgebildet ist, das Untersetzungsgetriebe radial umgreift und mit einer Gewindemutter zusammenwirkt, die ein axial verstellbares Betätigungselement betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (
22 ) in kraftübertragender Verbindung mit der Gewindemutter (11 ) steht. - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung des Ankers (
22 ) an die Gewindemutter (11 ) mittels einer formschlüssigen Verbindung (31 ,34 ) erfolgt. - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung durch am Anker (
22 ) angeformte bzw. ausgebildete radiale Vorsprünge (31 ) gebildet wird, die von in der Gewindemutter (11 ) vorgesehenen Nuten (34 ) aufgenommen werden. - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung des Ankers (
22 ) an die Gewindemutter (11 ) mittels einer kraftschlüssigen Verbindung (35 ) erfolgt. - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker (
22 ) und Gewindemutter (11 ) mittels Biegeblechstreifen (35 ) erfolgt, die eine begrenzte Relativverschiebung der beiden Teile (22 ,11 ) zueinander in axialer Richtung ermöglichen. - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (
21 ) des Elektromagneten (20 ) hochohmig ausgeführt ist.
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