DE19748318C1 - Bremsanordnung für ein Landfahrzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanordnung für ein Landfahrzeug, in dem die Bremsenanordnung elektrisch betätigbar ist. Bei derartigen Bremsenanordnungen, die auch "Brake-by-Wire"-Anordnungen ge­ nannt werden, besteht das Problem, mit hoher Dynamik Auf- oder Zustellbewegungen der Reibelemente relativ zu der Bremsscheibe oder der Bremstrommel auszuführen. Dies gilt insbesondere wäh­ rend des Fahrbetriebes des Landfahrzeuges. Dabei sind außerdem hohe Zustellkräfte auszuüben um eine substantielle Verzögerung des Landfahrzeuges sicherzustellen.

Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit, während des Still­ standes des Landfahrzeuges eine Parkbremsfunktion bereitzustel­ len, mit der verhindert wird, daß sich das Fahrzeug am Hang selbsttätig in Bewegung setzt.

Zwischen der Betriebsbremsfunktion und der Parkbremsfunkti­ on besteht die widersprüchliche Anforderung, daß eine Parkbrem­ se selbsthemmend sein muß, während eine Betriebsbremse nicht selbsthemmend sein darf. Aus diesem Grunde wurde bisher bei Brake-by-Wire-Anordnungen die Parkbremsfunktion von der Be­ triebsbremsfunktion getrennt realisiert. Dies ist unter ande­ rem Bauraum- und Kosten-intensiv.

Aus der DE 196 01 983 C1 ist eine elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt, in die eine elektrische Feststell­ bremse integriert ist. Die Radbremsen der Bremsanlage werden mit Hilfe von Zuspannvorrichtungen mit einer Bremskraft beauf­ schlagt. Durch die elektrische Feststellbremse einer Radbremse kann die innere Reibung gezielt erhöht werden, so daß eine Selbsthemmung der Zuspannvorrichtung bei einer erhöhten Zu­ spannkraft eintritt.

Aus der DE 42 29 042 A1 ist eine Bremsbetätigungs-Vorrichtung bekannt, mit einem an einem Bremselement angebrachten Mo­ tor, einem Antriebskolben, welcher mit einer Umsetzeinrichtung zum Umsetzen einer Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung verbunden ist, und einer Flüssigkeitskammer, welche zwischen dem Antriebskolben und einem Bremsbelag- Andrückkolben zum Andrücken der Bremsbeläge gegen eine Brems­ scheibe angeordnet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsenanordnung bereitzustellen, bei der die Parkbremsenfunk­ tion und die Betriebsbremsenfunktion in ein Stellaggregat für die Reibelemente integriert sind, wobei gleichzeitig gewährlei­ stet ist, daß die Betriebsbremse keinesfalls in den Zustand der Selbsthemmung gelangen kann.

Die nachfolgend beschriebene Fahrzeugbremse löst diese Aufgabe.

In der einzigen Figur ist ein Stellaggregat einer Fahrzeugbremsanlage gezeigt, welches auf die Bremsscheibe 10 eines Rades 12 (nicht maßstäblich) wirkt, das über eine Welle 14 mit der Bremsscheibe drehfest verbunden ist. Die Bremsscheibe ist zwischen zwei Reibbelägen 16a, 16b aufgenommen.

Die Auf- bzw. Zustellbewegung der Reibbeläge 16a, 16b relativ zu der Bremsscheibe 10 wird über eine Spindel(18)-Muttern(20)- Anordnung bewirkt. Die Spindel 18 wird über eine nachstehend im Detail beschriebene Getriebeanordnung 22 durch einen Elektromo­ tor 24 je nach Drehrichtung dieses Elektromotors 24 in eine zu­ stellende oder eine aufstellende Rotation versetzt. Die An­ steuerung des Elektromotors erfolgt in einer nicht näher erläu­ terten Weise in Abhängigkeit von einem elektrischen Ansteuersi­ gnal welches von der Pedalstellung des Bremspedals des Land­ fahrzeuges bzw. von einer Betätigung eines Parkbremshebels ab­ hängt.

Dabei hat in bevorzugter Weise die als Untersetzungsgetriebe ausgestaltete Getriebeanordnung 22 eine Gesamtuntersetzung von 200 : 1 und ist zweistufig ausgeführt. Dadurch ergibt sich ein kompakt bauendes Stellaggregat, wobei vor allem der Elektromo­ tor 24 klein gewählt werden kann und dennoch eine ausreichend große Zuspannkraft aufgebracht werden kann. Dazu treibt der Elektromotor 24 über eine als Zahnriemengetriebe 35 ausgestal­ tete erste Untersetzungsstufe von 4 : 1 ein Taumelscheibengetrie­ be 36 an, das eine zweite Untersetzungsstufe von 50 : 1 bereit­ stellt. Das Taumelscheibengetriebe 36 weist einen Taumelkranz 37 auf, der in einem äußeren Stützkranz 38 unverdrehbar aufge­ nommen ist und an einem abgeschrägten Ende der Antriebswelle 39 anliegt, so daß eine Drehbewegung der Antriebswelle 39 den Tau­ melkranz 37 in eine Taumelbewegung versetzt. Der Taumelkranz 37 weist eine Stirnverzahnung 39 auf, die mit der Stirnverzahnung 40 eines Abtriebskranzes 41 in Eingriff steht, wobei der Ab­ triebskranz 41 mit der als Abtriebswelle wirkenden Spindel 18 kraftschlüssig verbunden ist. Bei stillstehendem äußerem Stütz­ kranz 38 bewirkt die Taumelbewegung des Taumelkranzes 37, daß laufend andere Zähne der Stirnverzahnung 39 des Taumelkranzes 37 mit der Stirnverzahnung 40 des Abtriebskranzes 41 in Ein­ griff kommen. Weil die Zähnezahl 21 der Stirnverzahnung des Ab­ triebskranzes 41 kleiner gewählt ist als die Zähnezahl Z2 des Taumelkranzes 37 ergibt sich dabei eine relative Drehbewegung des Abtriebskranzes 41 gegenüber dem stillstehenden Stützkranz 38 und zwar in entgegengesetzter Drehrichtung zur Antriebswelle 39. Es entsteht also eine Verdrehung des Abtriebskranzes 41 um die Differenz der Zähnezahlen der Stirnverzahnung des Taumel­ kranzes 37 und des Abtriebskranzes 41. Weist beispielsweise der Abtriebskranz 41 die Zähnezahl Z1 = 98 und der des Taumelkran­ zes 37 die Zähnezahl Z2 = 100 auf, so ergibt sich gemäß der Formel i = Z2/(Z1-Z2) die daraus resultierende Untersetzung i von 50 : 1.

Für die zweite Untersetzungsstufe kann anstelle des Taumel­ scheibengetriebes gleichfalls ein unter dem Begriff "Harmonic- Drive-System" bekanntes Getriebe eingesetzt werden, das unter anderem durch die DE 296 14 738 U1 bekannt ist. Auch dieser Ge­ triebetyp weist einen stillstehenden Stützkranz auf, ebenso sind die An- und Abtriebsdrehrichtungen gegensinnig, wobei sich die Untersetzung aus der Differenz der Zähnezahl bzw. Umfangs­ länge eines unverdrehbaren gegenüber einem verdrehbaren Kranz bestimmt.

Sowohl ein Taumelscheibengetriebe als auch ein Harmonic-Drive- Getriebe ermöglichen Untersetzungen bis zu 320 : 1. Dadurch kann die erste Untersetzungsstufe eingespart werden, um eine Unter­ setzung von 200 : 1 zu erreichen. Beispielsweise wäre dann an­ stelle der parallelen Anordnung von Elektromotor und Getriebe eine serielle Anordnung von Elektromotor und Getriebe zu bevor­ zugen, wobei der Elektromotor unmittelbar die Antriebswelle des Getriebes antreibt.

Wesentlich für ein Taumelscheibengetriebe und das aus der DE 296 14 738 U1 bekannte Getriebe ist, daß das Getriebe in Rück­ wärtsdrehrichtung selbsthemmend ist, was bedeutet, daß keine noch so große dem Antrieb entgegenwirkende Kraft in der Lage ist, die Antriebswelle rückwärts zu drehen. Das bedeutet aber auch, daß die Antriebswelle in der einen oder anderen Richtung verän­ dert werden kann.

Da die Spindel-Mutter-Anordnung 18/20 selbsthemmend ausgeführt ist, bleibt die beim Feststellen erreichte Stellung der Spin­ del-Mutter-Anordnung 18/20 auch nach Abschalten des Elektromo­ tors 24 erhalten.

Der Stützkranz 38 ist wie vorstehend beschrieben in der Ruhe­ stellung der Anordnung unverdrehbar. Mittels der nachstehend beschriebenen Ausgestaltung ist es möglich, auch bei an sich stillstehendem Taumelscheibengetriebe eine Rückwärtsdrehung und damit Aufstellbewegung der Reibbeläge 16a, 16b (über die Spin­ del-Muttern-Anordnung 18, 20) zu erreichen.

An einem Lagerzapfen 50 ist ein Ritzel drehbar und in Richtung des Pfeils P auch axial verschiebbar angeordnet, das mit einer Außenverzahnung des Stützkranzes 38 kämmt. Dieses Ritzel 52 ist mit einer Zugstange 54 starr verbunden. Dabei ist das Ritzel 52 mittels einer um die Zugstange 54 gewickelten Schraubenfeder 56 entgegen der Richtung des Pfeils P gegen eine Wand 58 vorge­ spannt. Darüber hinaus ist um die Zugstange 54 eine Spiralfeder 60 geschlungen, welche als Drehfederspeicher wirkt.

Am Fuß des Lagerzapfens 50 ist eine Säge-Verzahnung angeformt, so daß bei einer axialen Bewegung der Zugstange 54 in Richtung des Pfeils P der aufgeladene Federspeicher 60 das Ritzel 52 in Drehrichtung D in Rotation versetzen kann. Die Sägeverzahnung 62 bewirkt in eingerücktem Zustand des Ritzels 52 (durch die Schraubenfeder 56 belastet), daß sich das Ritzel 52 nicht dre­ hen kann. Damit ist der Stützkranz 38 im Normalfall unverdreh­ bar.

Die Bremsenanordnung funktioniert wie folgt:

Bei einer Bestromung des Elektromotors 24 wird über die Getrie­ beanordnung die Spindel-Mutter-Anordnung 18, 20 in Rotation versetzt, so daß die Reibbeläge 16a, 16b eine Zustellbewegung in Richtung auf die Bremsscheibe 10 ausführen.

Bei entgegengesetzter Bestromung des Elektromotors 24 wird über die Getriebeanordnung die Spindel-Muttern-Anordnung 18, 20 in entgegengesetzte Rotation versetzt, so daß die Reibbeläge 16a, 16b eine Aufstellbewegung in Richtung von der Bremsscheibe 10 weg ausführen.

Wird die Zugstange 54 in Richtung des Pfeils P betätigt, kommt das Ritzel 52 von der Sägeverzahnung am Fuß des Lagerzapfens 50 frei, so daß sich die Zugstange 54 vermittels des aufgeladenen Federspeichers 60 in Rotation versetzt. Dies hat zur Folge, daß das starr mit der Zugstange 54 verbundene Ritzel 52 den Stütz­ kranz 38 in Rotation versetzt. Dadurch wird eine Drehbewegung der Spindel 18 bewirkt, so daß die Mutter 20 die Reibbeläge 16a, 16b von der Bremsscheibe 10 wegbewegt. Der zuletzt be­ schriebene Vorgang findet im Fall eines Lösens der Feststell­ bremse oder bei einer Notbetätigung statt. Damit ist die Fest­ stellbremsenfunktion auch ohne elektrische Betätigung lösbar.

Zum Aufladen des Federspeichers 60 wird (z. B. elektromagnetisch betätigt) die Zugstange 54 in Richtung des Pfeils P bewegt und gleichzeitig der Elektromotor 24 betätigt. Auf diese Weise wird kein Drehmoment auf die Spindel 18 übertragen. Vielmehr fängt der Stützkranz 38 an sich zu drehen und nimmt dabei das Ritzel 52 in entgegengesetzter Drehrichtung mit. Dies hat zur Folge, daß der Federspeicher 60 im Sinne einer Energieaufladung ge­ spannt wird.

Claims (4)

1. Bremsanordnung für ein Landfahrzeug mit folgenden Merk­ malen:

• 1. einem Elektromotor (24), dem ein Untersetzungsgetriebe (22) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang (41) mit dem Eingang (18) einer Auf-/Zuspannvorrichtung (18, 20) verbunden ist, die auf Reibbeläge (16a; 16b) einer Bremsenanordnung wirkt, wobei das Untersetzungsgetriebe (22) selbsthemmend ausgestaltet ist, und
• 2. einem Betätigungsmechanismus (38, 52, 54, 60), mit dem die Selbsthemmung des Untersetzungsgetriebes (22) aufgehoben oder hergestellt sowie eine Öffnungsbewegung der Auf- /Zuspannvorrichtung (18, 20) im Sinne einer Freistellung der Reibbeläge (16a; 16b) von einer Bremsscheibe (10) ausgeführt werden kann.

2. Bremsanordnung für ein Landfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem im Stillstand des Fahrzeuges und bei unbestromtem Elektro­ motor (24) der Betätigungsmechanismus (38, 52, 54, 60) in Selbsthemmungsstellung ist.

3. Bremsanordnung für ein Landfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei betätigtem Betätigungsmechanismus (38, 52, 54, 60) die Selbsthem­ mung aufgehoben ist, und für die Öffnungsbewegung eine aus einem vorzugsweise als Feder­ speicher (60) ausgeführten Energiespeicher eine Antriebskraft be­ reitgestellt wird, die vorzugsweise rotatorisch, aber auch translatorisch auf das Untersetzungsgetriebe (22) wirken kann.

4. Bremsanordnung für ein Landfahrzeug nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, bei der die Aufladung des Energiespei­ chers durch eine Betätigung des Elektromotors (24) im Normalbetrieb erfolgt.