DE19843178C1 - Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Elektromechanischer Radbremsaktor 4 der Bremsanlage hat eine zylindrische Bohrung 19, in der ein Bremskolben 20 geführt wird, der durch Spindeltrieb 34, 36 bei Bremsbetätigung axial verschoben und gegen Bremsbelag 23, 25 gedrückt wird. Zwischen Spindeltrieb und Bremskolben 20 ist eine die Bremskraft verstärkende hydraulische Übersetzungseinrichtung angeordnet, die als vollständig gekapseltes Fluidgetriebe 48 ausgebildet ist. Zwischen Fluidgetriebe 48 und Bremskolben 20 ist ein Übertragerteil 47 mit selbsttätiger Nachstellvorrichtung 52, 56, 57, 58 eingefügt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeug- Bremsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1.

Durch die DE 196 44 441 A1 ist eine elektromotorisch betätig­ te Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung bekannt, wobei der Elektro­ motor über einen linear arbeitenden Gewindetrieb und einen hydraulischen Stempel in einer zylindrischen Bohrung eines Radbremsaktors auf das jeweilige Bremsglied einwirkt; zum Ausgleich eines Bremsbelagverschleisses und des dadurch be­ dingten vergrößerten Verstell-Hubweges ist das Volumen des hydraulischen Stempels aus einem Hydraulik-Reservoir nach­ füllbar. Die Hydraulik-Flüssigkeit fließt in abriebverschmutzter Umgebung über ein gesonder­ tes, nur bei nicht betätigter Bremse zu öffnendes, Ventil durch mehrere Kanäle und steht somit mit diesen als auch dem thermisch hoch belasteten Bremskolben in direktem Kontakt; mehrfach vorgesehene Dichtungen bedin­ gen zudem die Gefahr von Undichtigkeiten, Feuchtigkeits- und Schmutzeintrag.

Durch die DE 196 15 186 C1 ist eine Kraftfahrzeug-Bremsvor­ richtung bekannt, die an jedem Rad einen an dem Bremssattel des Rades montierten elektromechanischen Radbremsaktor auf­ weist, welcher eine in Achsrichtung angetriebene Spindel und einen Elektromotor enthält. Der Läufer des Elektromotors ist als Spindelmutter eines Spindelgetriebes ausgebildet, das die Drehbewegung des Läufers in eine Linearbewegung der Spindel umsetzt. Die Axialkraft der Spindel wird durch eine mechani­ sche Übersetzung vervielfacht und auf einen Kolben eines Rad­ bremszylinders übertragen.

In der DE 196 29 936 A1 ist eine elektromechanische Bremsvor­ richtung beschrieben, bei der eine Nachstellung durch einen selbsttätigen Mechanismus geschieht. Zur Kraftvervielfachung und Kraftübertragung ist ein Hebelmechanismus vorgesehen, auf den eingangsseitig die Axialkraft einer Spindelstange wirkt und der ausgangsseitig auf die Druckplatte eines Übertrager­ teils der Nachstellvorrichtung wirkt. Bedingt durch punktför­ mige Belastungsstellen am Hebel können hohe spezifische Flä­ chenpressungen an den Auf- und Widerlagern der Hebelstangen entstehen, welche den Einsatz hochwertiger Werkstoffe für die Hebelstangen und Lagerstellen erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeug- Bremsvorrichtung zu schaffen, die trotz einfacher Selbstnach­ stellung bei großer Kompaktheit und einfacher Fertigungs- bzw. Montagetechnik eine wesentlich verbesserte Wartungs­ freundlichkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bremsvorrich­ tung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die vollständige Membran-Abkapselung des Fluidmediums ist ein sicherer, dauerhafter Schutz gegen jeden Schmutz- bzw. Feuchtigkeitseintrag gewährleistet; einzelne, gesondert zu montierende und auch bei Reibgleitung für einen dauerhaften Abschluß auszulegende Dichtungselemente entfallen. Bei kom­ paktem Bauraum und geringem Gewicht ist gleichzeitig, anstelle einer unvorteilhaften punktuellen Kraftübertragung und Kraft­ vervielfältigung bei bekannten Hebelmechanismen, vorteilhaft eine flächenförmige Krafteinleitung und Kraftübertragung bei gleichzeitig hohem Verstärkungsgrad erreichbar und eine Ela­ stizität zum nachstellenden Ausgleich eines Bremsbelagver­ schleisses gewährleistet.

Durch die nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Anbindung einer Membran-Einfüllöffnung an einen, vorzugsweise als Verlängerung der Spindel eines bremskraftbetätigten Elek­ tromotors, getrennt anmontierbaren Spindelkolben ist eine Erstbefüllung auf besonders einfache Weise möglich.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispie­ len in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamt-Darstellung einer Kraft­ fahrzeug-Bremsvorrichtung mit elektromechanischen Radbremsaktoren;

Fig. 2 eine der in der Bremsvorrichtung gemäß Fig. 1 verwen­ deten erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtungen in einer axialen Schnittansicht.

Gemäß Fig. 1 enthält eine Bremsvorrichtung 1 für ein Kraft­ fahrzeug vier Bremsen 2, die je eine Bremsscheibe 3 und eine Betätigungsvorrichtung in Gestalt eines Radbremsaktors 4 mit­ umfassen. Die Radbremsaktoren 4 sind in je einen zugehörigen Bremssattel 5 integriert, d. h. mit ihm zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Der Bremssattel 5 ist als Schwimmsattel aus­ gebildet. Über Bremsbeläge 6 wird bei Betätigung des Radbrem­ saktors 4 jeweils ein Bremsmoment auf die Bremsscheibe 3 aus­ geübt.

Jeder Radbremsaktor 4 verfügt über eine Leistungs- und Steu­ erelektronik 8, die von einem zugehörigen Steuergerät 9 mit Steuersignalen, zum Beispiel für das Sollmoment eines noch zu beschreibenden Radbremsaktormotors, versorgt wird und an das Steuergerät 9 Rückmeldegrößen, zum Beispiel über das Istmo­ ment des Radbremsaktormotors, übermittelt.

Die Leistungs- und Steuerelektronik 8 erhält von dem Rad­ bremsaktor 4 ebenfalls Rückmeldegrößen, zum Beispiel über die Motordrehzahl oder den Motordrehwinkel des Radbremsaktormo­ tors oder über die Anpresskraft der Bremsbeläge. Die Sollgrö­ ßen für jeden Radbremsaktor werden von der Steuereinheit 9 aus Meßgrößen ermittelt, die von verschiedenen Sensoren ge­ liefert werden, zum Beispiel einem Kraftsensor 10 und einem Wegsensor 12, mit denen ein Pedalkraftsimulator 13 versehen ist, der durch das Bremspedal 14 des Kraftfahrzeugs betätigt wird. Der Pedalkraftsimulator 13 setzt die Bewegung des Bremspedals 14, d. h. die von dem Fahrer wie gewohnt ausgeübte Kraft und den Pedalweg, in elektrische Signale um, die dem Steuergerät 9 zugeführt werden und Sollwerte für die Bremsen 2, insbesondere für die Fahrzeugverzögerung und das auf die Bremsscheiben aufzubringende Dreh- oder Bremsmoment, darstel­ len. Zum Berechnen der Sollwerte bei einem Eingriff von Anti­ blockier- oder Fahrstabilitätsregelungen werden von dem Steu­ ergerät 9 weitere Sensorsignale, zum Beispiel der Querbe­ schleunigung oder der Gierwinkelgeschwindigkeit und der Rad­ drehzahlen, ausgewertet.

Die Bremsvorrichtung 1 weist zwei Bremskreise 16 und 17 auf, die auf die Vorderachse und die Hinterachse des Kraftfahrzeu­ ges aufgeteilt sind. Eine ebenfalls alternativ mögliche Dia­ gonalbremskreisaufteilung unterscheidet sich hiervon nur durch eine veränderte Zuordnung der Radbremseinheiten zu den Steuergeräten und Energieversorgungen. Jeder Bremskreis 16, 17 verfügt über ein eigenes Steuergerät 9 und eine eigene Energieversorgung in Form je einer Batterie Bat. 1 bzw. Bat. 2. Die Energieversorgungen und die Steuereinheiten können da­ bei jeweils in einem Gehäuse untergebracht werden, müssen dann aber funktionell voneinander getrennt sein.

Versorgungsleitungen sind in der Fig. 1 stark liniert und nicht mit Pfeilen versehen; Steuerleitungen sind schwach li­ niert eingezeichnet und mit Pfeilen entsprechend der Signal­ flußrichtung versehen.

Die beiden unabhängig voneinander arbeitenden Steuergeräte 9 können über eine bidirektionale Signalleitung miteinander kommunizieren und dadurch den Ausfall eines Bremskreises 16 oder 17 in dem jeweils anderen Bremskreis erkennen und ggf. geeignete Notmaßnahmen ergreifen. Die Bremsanlage kann auch um ein drittes - hier nicht dargestelltes - Steuergerät, das als Supervisor die beiden Bremskreissteuergeräte überwacht, ergänzt werden.

Gemäß Fig. 2 ist ein Radbremsaktor direkt an einem Bremssat­ telgehäuse 18 montiert. Dieses weist eine zylindrische Boh­ rung 19 auf, in der ein verschiebbarer Bremskolben 20 geführt wird. Der Bremskolben 20 drückt auf einen ersten plattenför­ migen Bremsbelagträger 21 mit einem inneren Bremsbelag 23 und aufgrund der schwimmenden Lagerung des Bremssattels mit glei­ cher Kraft auf einen zweiten plattenförmigen Bremsbelagträger 22 mit einem äußeren Bremsbelag 24. Die Bremsbeläge werden an eine Bremsscheibe 11 angepreßt und erzeugen in an sich be­ kannter Weise aufgrund der Reibung zwischen den Bremsbelägen 23 und 24 und der Bremsscheibe 11 ein Bremsmoment, welches über einen hier nicht dargestellten Halter auf das Kraftfahr­ zeug übertragen wird und zur Abbremsung führt. Eine balgför­ mige Staubschutzdichtung 25 verhindert das Eindringen von Schmutz, Feuchtigkeit und Belagabrieb in die zylindrische Bohrung 19.

Zur Bremsbetätigung und damit zur Erzeugung einer auf den in­ neren Bremsbelag 23 und den äußeren Bremsbelag 24 einwirken­ den Kraft dient ein über die Steuer- und Leistungselektronik 8 ansteuerbarer Elektromotor 27, beispielsweise in Form eines hier vorgesehenen elektronisch kommutierten Gleichstrommo­ tors. Der Ständer des Elektromotors 27 besteht aus einem Ständerteil 29, in dessen Nuten Wicklungen 30 eingebracht sind. Das Ständerteil 29 ist mit einem Motorgehäuse 32 fest verbunden. Der Läufer des Elektromotors 27 besteht aus einer Spindelmutter 34 eines Rollengewindetriebes, auf die Läufer­ magnete 35 aufgebracht sind. Der Rollengewindetrieb setzt die Drehbewegung der Spindelmutter 34 in eine Längsbewegung einer Spindel 36 um. Dementsprechend wird das Motordrehmoment in eine Axialkraft der Spindel 36 umgewandelt. Aufbau und Funk­ tionsweise von Rollengewindetrieben sind bekannt (siehe z. B. Druckschrift RGT der INA Lineartechnik oHG).

Zur radialen Führung sowie zur Aufnahme der Axialkräfte ist die Spindelmutter 34 auf Lagern gelagert, im Ausführungsbei­ spiel auf einem Schrägkugellager 38 und einem Radial-Zylin­ derrollenlager 39. Die Axialkraft der Spindel 36 wird im Rol­ lengewindetrieb auf die Spindelmutter 34 übertragen und über das Schrägkugellager 38 in einen mit dem Motorgehäuse 32 fest verbundenen, Gehäuseboden 40 eingeleitet.

Die Axialkraft der Spindel 36 wirkt auf einen Spindelkolben 42, der in einer axialen zylindrischen Bohrung 37 des Gehäu­ sebodens 45 des Bremssattelgehäuses 18 geführt ist. Die rech­ te Stirnseite des Spindelkolbens 42, d. h. seine der Spindel 36 abgewandte Seite, wirkt auf ein Fluidvolumen 43, das in einer verformbaren Membran 44 dicht eingeschlossen und somit vollständig von der Umwelt getrennt ist. Die Membran 44 ist beutelartig oder sackartig ausgebildet und auf dem Außenum­ fang des Spindelkolbens 42 druckdicht befestigt.

Das Fluidvolumen 43 stützt sich auf der einen, dem Spindel­ kolben 42 zugewandten, Stirnseite radial außenseitig an einem Gehäuseboden 45 des Bremssattelgehäuses 18 sowie an der ande­ ren, dem Spindelkolben 42 abgewandten, Stirnseite an einer in dem Bremssattelgehäuse 18 fixierten Druckplatte 46 ab, deren Querschnitt wesentlich größer ist als der des von der Mem­ bran-Einfüllöffnung umschlossenen Spindelkolbens 42. Nach dem hydrostatischen Prinzip wird die Axialkraft der Spindel 36 und des Spindelkolbens 42 durch diese Anordnung vervielfacht, wodurch sich die Anforderungen an das Drehmoment des Elektro­ motors 27 reduzieren und die Reibungskräfte in den Lagern 38, 39 vermindert werden.

Das Fluidvolumen 43 bildet zusammen mit den umschließenden und abstützenden Teile 44, 45, 42 und 46 ein Fluidgetriebe 42-46, das mit einem äußerst guten Wirkungsgrad und nahezu verschleißfrei arbeitet. Durch die flächige Krafteinleitung und Kraftweitergabe werden Probleme mit zu hohen Flächenpres­ sungen und mit unsymmetrischen Kraftverteilungen zuverlässig vermieden. Durch die Membran-Kapselung wird eine Alterung des Fluids durch Eindringen insbesondere von Feuchtigkeit und von Schmutz vermieden, wodurch die Eigenschaften des Fluids über die gesamte Lebensdauer des Radbremsaktors weitgehend unver­ ändert bleiben. Als Fluid kann eine gebräuchliche Bremsflüs­ sigkeit oder auch ein gelartiges Fluid verwendet werden.

Um einen Fluidverlust bei arbeitsspielen des Kolbens 42 zu vermeiden, ist dieser mit einer Kolbendichtung 49 versehen der unvermeidbare, wenn auch geringfügige Verlust an Fluid durch die Kolbenbewegung wird durch eine ausreichend große Bemessung des Fluidvolumens 43 berücksichtigt.

Die durch das Fluidgetriebe 42-46 vervielfachte Kraft der Spindel 36 wird auf die Druckplatte 46 übertragen, die ein erstes Konusteil 50 mit einen inneren konisch verlaufenden Rand aufweist. Sie ist in dem Bremssattelgehäuse 18, das mit dem Motorgehäuse 32 fest verbunden ist, verdrehsicher gela­ gert und bewegt sich unter dem Einfluß der von dem Fluidge­ triebe auf sie ausgeübten Kraft in Längsrichtung auf ein Übertragerteil 51 zu. Dabei wird eine erste Feder 52 zusam­ mengedrückt. Liegt die Druckplatte 46 mit ihrem ersten Konus­ teil 50 an einem korrespondierenden zweiten Konusteil 54 des Übertragerteils 51 an, so entsteht eine kraftschlüssige Ver­ bindung zwischen diesen beiden Teilen. Durch die Reibung zwi­ schen den beiden Konusteilen 50 bzw. 54 wird eine Drehbewe­ gung des Übertragerteils 51 verhindert, da - wie erwähnt - die Druckplatte 46 nur in axialer Richtung verschiebbar ist. In die Druckplatte 46 ist ein Kraftsensor 55 zur Messung der Kraft, die auf die Druckplatte 46 wirkt, eingebaut. Das Sen­ sorsignal wird von der Steuer- und Leistungselektronik 8 des Radbremsaktors ausgewertet.

Das Übertragerteil 51 und der Bremskolben 20 sind mit einer Steilgewindepaarung 56 versehen, die nicht selbsthemmend ist. Der Bremskolben 20 wird durch eine geeignete Sicherung an seiner Stirnseite - d. h. seiner dem inneren Bremsbelag 23 zugewandten Seite - an dem ersten Bremsbelagträger 21 gegen Verdrehung gesichert, beispielsweise durch hier nicht darge­ stellte Vertiefungen, in die nicht dargestellte Zapfen des ersten Bremsbelagträgers 21 eingreifen. Der Bremskolben 20 kann sich somit nur in Axialrichtung bewegen. Da der Brems­ kolben 20 und der Übertragerteil 51 verdrehgesichert sind, wird die Kraft von der Druckplatte 46 über die Steilgewinde­ paarung 56 auf den Bremskolben 20 und somit auf dem inneren Bremsbelag 23 übertragen. Ein elastisch verformbarer Kolben­ dichtring 57 haftet auf dem Bremskolben 20, solange dessen Weg in Längsrichtung ein vorgegebenes Maß - beispielsweise 1 mm - nicht überschreitet.

Der Verformungsweg des Kolbendichtrings 57 ist so bemessen, daß bei normalem Lüftspiel durch die Aufweitung des Bremssat­ telgehäuses 18 und die Kompression der Bremsbeläge 23, 24 un­ ter Krafteinfluß die Haftgrenze zwischen dem Kolbendichtring 57 und dem Bremskolben 20 nicht überschritten wird, der Kol­ bendichtring 57 sich also nur elastisch verformt. Ergibt sich jedoch infolge von Belagverschleiß ein längerer Weg des Bremskolbens 20, so gleitet der Kolbendichtring 57 nach Über­ schreiten der Verformungsgrenze ein Stück auf dem Bremskolben 20 und gleicht damit den Belagverschleiß aus. Damit die Spin­ del 36 bei der Rückkehr in ihre vom Belagverschleiß unabhän­ gige Ruhelage den Bremskolben 20 nicht wieder vollständig zu­ rückzieht, ist die Steilgewindepaarung zwischen dem Übertra­ gerteil 51 und dem Bremskolben 20 nicht selbsthemmend ausge­ staltet.

Ist bei einer Entlastung der Bremse nach einer Bremsbetäti­ gung eine Nachstellung zum Ausgleich des Belagverschleisses erfolgt, bewegt sich der Bremskolben 20 in Längsrichtung so­ weit zurück, bis der Kolbendichtring 57 in seine Ruhestellung gelangt ist. Eine Nut in dem Kolbendichtring 57 ist so ge­ staltet, daß eine elastische Verformung des Kolbendichtrings 57 nur bei einer Bewegung des Bremskolbens zum Zugreifen der Bremse möglich ist, nicht jedoch bei einem Rückhub des Brems­ kolbens 20 über die Ruhestellung des Kolbendichtrings 57 hin­ aus. Der Kolbendichtring 57 hält nun den Bremskolben 20 fest, während sich die Spindel 36 mit dem Spindelkolben 42 noch weiter in ihre verschleißunabhängige Ruhestellung zurückbe­ wegt und somit die Druckplatte 46 vollständig entlastet. Da­ bei wird durch die erste Feder 52 die Druckplatte 46 von dem Übertragerteil 51 abgehoben und somit auch die Verdrehsiche­ rung des Übertragerteils 51 aufgehoben.

Der Bremskolben 20 wird durch den Kolbendichtring 57 festge­ halten. Eine zweite Feder 58 drückt nun über ein Axiallager 59 auf das Übertragerteil 51 und versetzt dieses wegen der nicht selbsthemmenden Steilgewindepaarung 56 in Drehung. Das Übertragerteil 51 wandert durch diese Drehbewegung in Längs­ richtung aus dem Bremskolben 20 heraus, bis es wieder über die Konusteile 50, 54 an der Druckplatte 46 zum Anliegen kommt. Damit ist der Verschleiß der Bremsbeläge 23; 24 ausge­ glichen, der Bremskolben 20 ist um den Verschleißweg aus der Zylinderbohrung 19 im Bremssattelgehäuse 18 herausgewandert. Der Kolbendichtring 57 bildet somit zusammen mit der nicht selbsthemmenden Steilgewindepaarung 56 zwischen dem Übertra­ gerteil 51 und dem Bremskolben 20 sowie den ersten und zwei­ ten Federn 52; 58 eine Nachstellvorrichtung zum Ausgleichen des Bremsbelagverschleißes.

Nach einem Austausch der Bremsbeläge 23, 24 muß der Bremskol­ ben 20 wieder in das Bremssattelgehäuse 18 hineingeschoben werden. Dies wird mit einem Werkzeug erreicht, das in Vertie­ fungen auf der Stirnseite des Bremskolbens 20 greift und mit dem der Bremskolben 20 wieder in die Zylinderbohrung 19 hin­ eingedreht und dabei auf das Übertragerteil 51 geschraubt wird.

Claims (7)

1. Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung, wobei

• - eine von einem Bremspedal (14) über elektrische Leitungen gesteuerte Betätigungsvorrichtung, die als ein an einem Bremssättel (5) eines jeden Rades des Kraftfahrzeuges montierter elektromechanischer Radbremsaktor (4) ausge­ bildet ist,
• - eine zylindrische Bohrung (19) als Teil des Radbremsak­ tors (4), in der ein Bremskolben (20) bei einer Bremsbe­ tätigung über einen Spindeltrieb (34, 36) axial geführt verschiebbar und gegen einen Bremsbelag (23; 24) andrück­ bar ist,
• - zwischen dem Spindeltrieb (34, 36) und dem Bremskolben (20) eine die Bremskraft verstärkende hydraulische Über­ setzungseinrichtung in Form eines vollständig gekapselten Fluidgetriebes (42-46) mit einer ein Fluidvolumen (43) ein­ schließenden sackartigen geschlossenen Membran (44) vorgesehen ist.

2. Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei

• 1. die Membran (44) mit einer Einfüllöffnung versehen ist, deren Rand am Außenumfang eines von dem Spindeltrieb (34, 36) axial verschiebbaren Spindelkol­ bens (42) befestigbar ist.

3. Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei

• - der Spindelkolben (42) in einer zylindrischen Bohrung (37) als Teil eines Gehäuse­ bodens (45) eines Bremssattelgehäuses (18) des Radbrems­ aktors (4) verschiebbar ist.

4. Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei

• - ein Übertragerteil (51) mit einer selbsttätigen Nach­ stellvorrichtung (52; 56; 57; 58) zwischen dem Fluidgetriebe (42-46) einerseits und dem Bremskolben (20) andererseits vorgesehen ist.

5. Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei

• - eine Abstützung des Fluidvolumens (43) einerseits spindeltriebseitig an dem Gehäuseboden (45) des Bremssattelgehäuses (18) und der membranseitigen Stirnfläche des Spindelkolbens (42) bzw. andererseits bremsseitig an einer auf das Übertrager­ teil (51) einwirkenden Druckplatte (46) wirkt.

6. Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei

• 1. ein in der Druckplatte (46) angeordneter Kraftsensor vorgesehen ist (55), dessen Ausgangssignale von einer Leistungs- und Steuerelektronik ausgewertet werden.

7. Elektromechanische Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung nach Anspruch 5 und/oder 6, wobei

• 1. eine verdrehfeste, jedoch axial bewegliche Lagerung der Druckplatte (46) in dem Bremssattelgehäuse (18) der Bremsvorrichtung vorgesehen ist.