WO2004001254A1 - Elektrische kraftfahrzeug-scheibenbremse - Google Patents

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WO2004001254A1
WO2004001254A1 PCT/EP2003/006486 EP0306486W WO2004001254A1 WO 2004001254 A1 WO2004001254 A1 WO 2004001254A1 EP 0306486 W EP0306486 W EP 0306486W WO 2004001254 A1 WO2004001254 A1 WO 2004001254A1
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rotor
disc brake
motor vehicle
energy
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PCT/EP2003/006486
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French (fr)
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Andreas GRÜNDL
Bernhard Hoffmann
Friedrich MÖRTL
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Compact Dynamics Gmbh
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Publication date
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    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/02—Release mechanisms

Definitions

  • the invention relates to an electric motor vehicle disc brake.
  • the invention relates to a disc brake which enables the construction of a so-called dry brake system, i.e. without hydraulic or brake fluid, which is pressed into a cylinder / piston arrangement by a master brake cylinder when the driver actuates the brake pedal via a brake fluid line system.
  • a sensor pedal operated by the driver is used to generate control signals for an electric drive which brings the friction linings with the brake disc into and out of frictional engagement.
  • a brake arrangement for a land vehicle with an electric motor is known, which is followed by a reduction gear, the output of which is connected to the input of a clamping / application device which acts on the friction linings of a brake arrangement.
  • the reduction gear is designed to be self-locking. With an actuating mechanism, the self-locking of the reduction gear can be canceled or produced, and an opening movement of the clamping / tightening device can be carried out in the sense of releasing the friction linings from a brake disc.
  • a spiral spring is wound around a tie rod, which acts as a torsion spring. When the pull rod moves axially, the charged spring-loaded mechanism can set a pinion in rotation.
  • Drawbar moves axially and at the same time the electric motor is actuated. No torque is transmitted to the spindle of the reduction gear. Rather, the spring accumulator is tensioned in the sense of an energy charge.
  • a parking brake device on a brake caliper of a hydraulically actuated service brake in which the parking brake device comprises an electric drive, which on at least one piston Service brake works.
  • a mechanical spring accumulator which can be loaded when the parking brake is actuated and has an integrated spring element.
  • the spring element is designed as a torsion spring element, is arranged in the piston and prestresses the piston in the direction of the brake disc.
  • DE 100 50 352 Cl shows an example of such an electric motor vehicle disc brake, with a brake caliper and an actuating unit arranged on the brake caliper, which acts on two friction linings which interact with one side surface of a brake disc and are arranged displaceably in the brake caliper.
  • the actuating unit has an electric motor and a gear unit, which is operatively arranged between the electric motor and the friction linings, for converting the rotational movement of the electric motor into a translational movement for the friction linings.
  • the invention is therefore based on the problem of providing an electrically actuable motor vehicle disc brake which in particular the limited, in modern the space available for passenger motor vehicles for wheel brakes is used efficiently and a comparable fail-safe behavior and the high level of reliability of conventional hydraulic brakes are achieved
  • This arrangement makes it possible to use a self-locking gear arrangement which can have a considerably higher reduction ratio than non-self-locking gear arrangements. This also reduces the torque required on the input side. Either the electric motor can be made more compact, or the torque and consequently the braking force can be increased accordingly with the same installation space.
  • the invention is based on the consideration that the energy store merely has the energy required for overcoming the friction in the transmission, the (de-energized) electric motor and in the other components (for example bearing of the brake pads, etc.) for a release movement of the Must provide friction linings away from the brake disc.
  • the - if necessary preloaded - energy store which is at least partially charged when the friction linings move towards the brake disc, in the event of a subsequent failure of the electric motor (i.e. when the friction linings are delivered) provides the energy for overcoming the holding moments and for the return movement by the amount of the brake clearance.
  • the arrangement according to the invention has the advantage that a release process of the friction linings caused by the electric motor away from the brake disc is supported by the release of energy from the energy store. In any case, the required installation space is reduced on the one hand by the arrangement according to the invention and at the same time the failure safety of the brake is guaranteed.
  • the energy store is designed in such a way that a rotational movement of the rotor in a first direction - preferably in the sense of a feed movement of the friction linings - supplies energy to the energy store by a predetermined first angular amount, and that the energy store extends as far as the first predetermined angular amount is exceeded unloads that another rotational movement in the first direction is enabled. This ensures that the energy store only absorbs a defined maximum energy, even if the rest position of the link of the drive unit acting on the friction linings gradually shifts - for example because of the wear of the friction linings.
  • the gear unit is designed as a spindle / nut arrangement or as a spindle / ball bushing arrangement, in which the rotor of the electric motor is connected in a rotationally fixed manner to the nut or the ball bearing bushing as the input side of the gear unit, and the spindle is connected to one Friction lining works.
  • the energy store is designed in such a way that when the rotor rotates in a second direction - preferably in In the sense of a restoring movement of the friction linings - the energy store is decoupled from the rotor and, when the rotor rotates in the first direction, the energy store is coupled to the rotor again.
  • This configuration allows the spindle of the gear unit to be completely returned to the starting position without the energy store interfering with this return movement.
  • the energy store is recharged as soon as the energy store is coupled to the rotor again.
  • the energy store is designed as a spiral spring arrangement, which is detachably coupled - directly or indirectly - to the rotor of the electric motor in the region of its first end and which is detachably coupled - directly or indirectly - to the stator in the region of its second end ,
  • the spiral spring has in the region of its second end a locking element which is oriented essentially radially outwards and which can be brought into or out of engagement with at least one locking device which is stationary relative to the stator.
  • this latching element can be the radially outwardly bent end of the spiral spring.
  • an end piece designed to match the geometric shape of the fixed latching can also be fastened in the region of the second end of the spiral spring.
  • the fixed latching can in particular have the shape of a recess.
  • the design of the second (outer) end of the spiral which in cooperation with the latching / recess ensures that an energy supply to the coil spring by turning its inner (first) end beyond a predetermined amount of energy causes a substantially radial, inward tensile force on the second end of the coil spring, so that the holding force of the outer end at the latching is exceeded and the outer end of the coil spring is pulled radially inward from the latching.
  • the result of this is that the coil spring relaxes again, expands radially and engages with its outer end in a further - or after a 360 ° movement of its outer end in the same - latching.
  • Excessive charging of the energy store that is, in the embodiment described above, an "overturning" of the spiral spring, is therefore effectively ruled out due to a correspondingly large number of rotations exerted on the inner end of the spiral spring.
  • the releasable coupling of the inner end of the spiral spring to the rotor or the nut or ball bushing of the gear unit driven directly or indirectly by the rotor is accomplished according to the invention in one embodiment in that the nut or ball bushing has at least one recess on the outer circumference , which can engage the inner end of the coil spring.
  • the recess is arranged along an imaginary chord through the circular (ring-shaped) cross section of the nut.
  • the chord encloses an essentially acute angle with an imaginary tangent at the point of intersection of the chord with the circumference.
  • the chord and the tangent form an imaginary arrow pointing in the direction of the first direction of rotation (infeed movement).
  • the electric motor with the spring accumulator is an invention which can be used independently of the above-described application of the electric motor vehicle disc brake.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electric motor vehicle disc brake according to the invention in longitudinal section.
  • FIG. 2a, 2b show schematic top views of a segment of a stator with two stator windings in different embodiments.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the rotor in the direction of arrows III in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows an electrically actuable motor vehicle disc brake which has a brake caliper 10 which is essentially U-shaped in cross section and an electromechanical actuating unit 12 arranged on the brake caliper 10.
  • a brake caliper 10 which is essentially U-shaped in cross section and an electromechanical actuating unit 12 arranged on the brake caliper 10.
  • the two friction linings 14, 14 ′ are on both sides of a brake disk overlapped by the brake caliper 10 16 arranged and each interact with a side surface 16 ', 16 "of the brake disc 16 which is rotatably connected to an axle stub 18 only partially shown.
  • the friction linings 14, 14 ' are arranged in the brake caliper 10 towards the brake disc 16 or away from it.
  • this is a floating caliper arrangement in which one of the friction linings 14 can be brought into frictional engagement with the brake disk 16 by the actuating unit 12 directly and the other friction lining 14 'by the action of a reaction force applied by the brake caliper 10.
  • the actuating unit 12 is attached to the side of the brake caliper 10 and has an electric motor 20 and a gear in the form of a nut / spindle arrangement 22 arranged between the electric motor 20 and a friction lining 14.
  • This gear 22 serves to convert the rotary movement of the electric motor 20 into a longitudinal movement for the friction linings 14, 14 '.
  • the electric motor 20 has a stator 24 with two annular stator windings 26, 26 '. On the two end faces of each stator winding 26, 26 'there is a ring of pole shoes 28a, 28b; 28a '28b' arranged (see also FIG. 2a), which partially overlap the outer lateral surface of the respective stator winding 26, 26 'with their free ends 30a, 30b, 30a', 30b '.
  • the radially inner ends of the pole shoes 32a, 32b; 32a ', 32b' of a ring are connected to one another by a magnetically conductive, integrally molded ring (not designated further).
  • stator winding 26, 26 ' engage along the circumference of the respective stator winding 26, 26 'alternately into one another and each protrude laterally.
  • the two adjoining rings of pole shoes 28b, 28a ', which are arranged between the two stator windings 26, 26' are designed as uniform components which have an essentially T-shaped configuration (see FIG. 1 below).
  • Each stator winding 26, 26 ' is arranged on a ring 34, 34' made of sheet iron, which serves as a magnetic yoke.
  • the pole pieces are made of sintered iron powder, the grains of which are electrically and magnetically insulated from one another by a plastic coating.
  • the electric motor 20 also has a rotor 40 in the form of an annular cylinder 40a, on the side facing away from the brake caliper 10, an end wall 40b is formed.
  • the rotor 40 with its ring cylinder 40a engages around the stator windings 26, 26 'in the radial and in the axial direction.
  • the end wall 40b of the rotor 40 is coupled to the input side of the gear unit 22 in such a way that the end wall 40b is connected to the nut 22a of the nut / spindle 22 in a rotationally fixed (welded or form-fitting) manner.
  • the magnets which are aligned with the pole shoes surrounding a stator winding and which are arranged on the rotor in the circumferential direction adjacent to one another have an alternating magnetic orientation.
  • the nut 22a of the nut / spindle arrangement 22 is rotatably mounted in a flange 48 formed on the leg 10 'of the brake caliper 10, but is not displaceable in the axial direction.
  • the nut 22a is coupled to the spindle 22c via balls 22b, the spindle 22c moving in the longitudinal direction when the nut 22a rotates and thereby pushing the brake pad 14 toward the brake disk 16 or away from it via a pressure plate 52.
  • an energy store in the form of a spiral spring 50 is provided on the end face. wall 40b of the rotor 40 arranged.
  • the spiral spring 50 is detachably coupled to the rotor 40 of the electric motor 20. Since the rotor 40 is non-rotatably seated on the nut 22a, the coil spring 50 is mounted surrounding the nut 22a.
  • the nut 22a has a recess 60 into which the inner, angled end 52 of the spiral spring 50 can engage. The recess runs along an imaginary chord s through the circular cross section of the nut 22a or the recirculating ball bushing.
  • the chord includes an essentially acute angle W with an imaginary tangent T at the intersection of the chord s with the circumference of the nut 22a.
  • the chord s and the tangent T thus form an imaginary arrow which is oriented in the direction of the first direction of rotation R1. (see Fig. 3).
  • the spiral spring 50 is detachably coupled to the stator 24.
  • the spiral spring 50 is angled in the region of its second end 54 to form an essentially radially outward-oriented latching element 56 in order to come into or out of engagement with a latching 58 which has a sawtooth-shaped shape, with a shape in the first direction R1 tooth flank growing radially outwards. It can be seen that a large number of such catches 58 are arranged one behind the other along the inner circumference of an annular web 62.
  • a cover 64 for the spiral spring 50 (not shown in FIG. 1) is arranged on the ring web 62.

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Abstract

Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse, mit einem Bremssattel (10) sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit (12), und mit zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkenden und im Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen (14), die durch die Betätigungseinheit (12) mit der Bremsscheibe (16) in Reibungseingriff bringbar sind, wobei die Betätigungseinheit einen Elektromotor (20) mit wenigstens einem Stator (24) und wenigstens einem Rotor (40) sowie eine wirkungsmässig zwischen dem Elektromotor und einem Reibbelag angeordnete Getriebeeinheit (22) zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung für die Reibbeläge aufweist, und wobei die Betätigungseinheit einen Energiespeicher (50) aufweist, der bei einer Zustellbewegung der Reibbeläge Energie aufnimmt und eine Öffnungsbewegung der Reibbläge durch Energieabgabe befördert.

Description

Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse
Beschreibung
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse. Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung um eine Scheibenbremse, die den Aufbau eines sog. trockenen Bremssystems ermöglicht, also ohne Hydraulik- oder Bremsflüssigkeit, welche durch einen Hauptbremszylinder bei einer Bremspedalbetätigung durch den Fahrer über ein Bremsflüssigkeitsleitungssystem in eine Zylinder/Kolbenanordnung gepreßt wird. Vielmehr dient bei der Erfindung ein vom Fahrer betätigtes Sensorpedal dazu, Ansteuersignale für einen elektrischen Antrieb zu erzeugen, der die Reibbeläge mit der Bremsscheibe in/ausser Reibungseingriff bringt.
Stand der Technik
Aus der gattungsbildenden DE 197 48 318 Cl ist eine Bremsenanordnung für ein Landfahrzeug mit einem Elektromotor bekannt, dem ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Auf-/Zuspannvorrichtung verbunden ist, die auf Reibbeläge einer Bremsenanordnung wirkt. Hierbei ist das Untersetzungsgetriebe selbsthemmend ausgestaltet. Mit einem Betätigungsmechanismus kann die Selbsthemmung des Untersetzungsgetriebes aufgehoben oder hergestellt werden sowie eine Öffnungsbewegung der Auf-/Zuspannvorrichtung im Sinne einer Freistellung der Reibbeläge von einer Bremsscheibe ausgeführt werden. Dabei ist um eine Zugstange eine Spiralfeder geschlungen, welche als Drehfederspei- eher wirkt. Bei einer axialen Bewegung der Zugstange kann der aufgeladene Federspeicher ein Ritzel in Rotation versetzen. Dies bewirkt eine Drehbewegung einer Spindel durch die die Reibbeläge von der Bremsscheibe wegbewegt werden. Dieser Vorgang findet im Fall eines Lösens der Feststellbremse oder bei einer Notbetätigung statt. Damit ist die Feststellbremsenfunktion auch ohne elektrische Betätigung lösbar. Zum Aufladen des Federspeichers wird (z.B. elektromagnetisch betätigt) die
Zugstange axial bewegt und gleichzeitig der Elektromotor betätigt. Dabei wird kein Drehmoment auf die Spindel des Untersetzungsgetriebes übertragen. Vielmehr wird der Federspeicher im Sinne einer Energieaufladung gespannt.
Aus der DE 197 11 382 AI ist eine Feststellbremsvorrichtung an einem Bremssattel einer hydraulisch betätigbaren Betriebsbremse bekannt, bei der die Feststellbremsvorrichtung einen elektrischen Antrieb umfaßt, der auf mindestens einen Kolben der Betriebsbremse wirkt. Zwischen dem Motor des elektrischen Antriebs und dem Kolben ist ein bei Betätigung der Feststellbremse ladbarer mechanischer Federspeicher mit einem integrierten Federelement angeordnet. Das Federelement ist als Torsionsfederelement ausgestaltet, ist im Kolben angeordnet und spannt den Kolben in Rich- tung auf die Bremsscheibe vor.
Die DE 100 50 352 Cl zeigt ein Beispiel für eine derartige elektrische Kraftfahrzeug- Scheibenbremse, mit einem Bremssattel sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit, die auf zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusam- menwirkenden und im Bremssattel verschiebbar angeordneten Reibbelägen wirkt. Die Betätigungseinheit hat einen Elektromotor sowie eine wirkungsmäßig zwischen dem Elektromotor und den Reibbelägen angeordnete Getriebeeinheit zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung für die Reibbeläge.
Ein wesentlicher Aspekt für die Durchsetzung und Akzeptanz dieser Art von Bremssystemen ist die Ausfallsicherheit bzw. deren fail-safe-Verhalten. Dies bedeutet für diese Art von Bremssystemen, dass auch, wenn bei betätigter Bremsanordnung die elektrische Stromversorgung ausfällt, die Reibbeläge von der Bremsscheibe wieder so weit frei kommen müssen, dass das entsprechende Rad nicht blockiert. Damit darf das Drehmoment-umsetzende Getriebe nicht selbsthemmend sein. Üblicherweise wird hier ein Getriebe mit einer Spindel/Mutter-Anordnung oder dergl. eingesetzt, das eine rotatorische Bewegung (eines Elektromotors) in eine translatorische Bewegung (der Reibbeläge) umsetzt. Da diese Getriebe nicht selbsthemmend sein sollen, sind dem Untersetzungsverhältnis (welches sich aus der Gewinde-Steigung der Spindel ergibt) Grenzen gesetzt. Allerdings bedeutet dies auch, dass der Antriebsmotor ein relativ hohes Drehmoment bei entsprechender Dynamik bereitstellen muss; dies erfordert relativ großbauende Anordnungen des Elektromotors.
Aus dem Stand der Technik sind keine Anordnungen bekannt, die geeignet wären, die erforderlichen Kräfte bei entsprechendem geringem Bauraum mit der geforderten Dynamik und Ausfallsicherheit zu den für ein Massenprodukt erforderlichen niedrigen Kosten darzustellen.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine elektrisch betätigbare Kraftfahrzeug-Scheibenbremse bereitzustellen, die insbesondere den begrenzten, in mo- dernen Personen-Kraftfahrzeugen zur Verfügung stehenden Einbauraum für Radbremsen effizient nutzt und ein vergleichbares fail-safe-Verhalten sowie die hohe Ausfallsicherheit von herkömmlichen Hydraulikbremsen erreicht
Erfindungsgemäße Lösung
Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß die eingangs beschriebene elektrisch betätigbare Kraftfahrzeug-Scheibenbremse durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 weitergebildet.
Vorteile und weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung
Durch diese Anordnung wird ermöglicht, eine an sich selbsthemmende Getriebeanordnung einzusetzen, die ein erheblich höheres Untersetzungsverhältnis haben kann, als nicht seibsthemmende Getriebeanordnungen. Damit wird auch das auf der Eingangsseite erforderliche Drehmoment geringer. So kann entweder der Elektromotor kompakter bauen oder bei gleichem Bauraum wird das abgegebene Drehmoment und folglich die Bremskraft entsprechend erhöht. Dazu liegt der Erfindung die Überlegung zugrunde, dass der Energiespeicher lediglich die für ein Überwinden der Reibung in dem Getriebe, dem (unbestromten) Elektromotor und in den übrigen Komponenten (zum Beispiel Lagerung der Bremsbeläge, etc.) erforderliche Energie für eine Freistell-Bewegung der Reibbeläge weg von der Bremsscheibe bereitstellen muss. Mit anderen Worten liefert der - ggf. vorgeladene - Energiespeicher, der bei einer Zustellbewegung der Reibbeläge hin zu der Bremsscheibe zumindest teilweise aufgeladen wird, bei einem daran anschließenden Ausfall des Elektromotors (also bei zugestellten Reibbelägen) die Energie zur Überwindung der Halte-Momente und für die Rückstellbewegung um den Betrag des Bremslüftspiels. Aber auch bei funktionierendem Elektromotor hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, dass ein durch den Elektromotor bewirkter Freistellvorgang der Reibbeläge weg von der Bremsscheibe durch die Abgabe von Energie aus dem Energiespeicher unterstützt wird. In jedem Fall wird durch die erfindungsgemäße Anordnung einerseits der er- forderliche Bauraum verringert und gleichzeitig die Ausfallsicherheit der Bremse gewährleistet.
Dabei ist der Energiespeicher so ausgestaltet, dass eine Drehbewegung des Rotors in einer ersten Richtung - vorzugsweise im Sinne einer Zustellbewegung der Reib- beläge - um einen vorbestimmten ersten Winkelbetrag dem Energiespeicher Energie zuführt, und dass bei einem Überschreiten des ersten vorbestimmten Winkelbetrages der Energiespeicher sich soweit entlädt, dass eine weitere Drehbewegung in der ersten Richtung ermöglicht ist. Damit ist sichergestellt, dass der Energiespeicher nur eine festgelegte maximale Energie aufnimmt, auch wenn die Ruhestellung des auf die Reibbeläge wirkenden Gliedes der Antriebseinheit sich - zum Beispiel wegen der Abnutzung der Reibbeläge - allmählich immer weiter verschiebt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Getriebeeinheit als Spin- del-/Mutteranordnung oder als Spindel-/Kugelumlaufbüchsenanordnung ausgestaltet, bei der der Rotor des Elektromotors mit der Mutter bzw. der Kugelumlaufbüchse als Eingangsseite der Getriebeeinheit drehfest verbunden ist, und die Spindel auf einen Reibbelag wirkt.
Um sicherzustellen, dass nach einem Auswechseln verschlissener Reibbeläge die Getriebeeinheit bzw. deren Spindel auf einfache Weise wieder in die Ausgangsposition für unverbrauchte Reibbeläge gebracht werden kann, ist der Energiespeicher so aus- gestaltet, dass bei einer Drehbewegung des Rotors in einer zweiten Richtung - vorzugsweise im Sinne einer Rückstellbewegung der Reibbeläge - der Energiespeicher von dem Rotor abkoppelt und bei einer Drehbewegung des Rotors in der ersten Richtung der Energiespeicher wieder an den Rotor ankoppelt. Diese Ausgestaltung erlaubt es, die Spindel der Getriebeeinheit vollständig in die Ausgangsstellung zurück- zustellen, ohne dass dabei der Energiespeicher diese Rückstellbewegung beeinträchtigt. Gleichermassen wird dabei, sobald die Spindel sich wieder im Sinne einer Zustellbewegung der Reibbeläge dreht, der Energiespeicher wieder aufgeladen, sobald der Energiespeicher wieder an den Rotor ankoppelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Energiespeicher als Spiralfederanordnung ausgestaltet, die im Bereich ihres erstes Endes - direkt oder indirekt - an den Rotor des Elektromotors lösbar gekoppelt ist und die im Bereich ihres zweiten Endes - direkt oder indirekt - mit dem Stator lösbar gekoppelt ist.
Dazu weist die Spiralfeder im Bereich ihres zweiten Endes ein im wesentlichen radial nach aussen orientiertes Rastelement auf, das mit wenigstens einer bezogen auf den Stator ortsfesten Verrastung in oder außer Eingriff bringbar ist. Dieses Rastelement kann in seiner einfachsten Ausgestaltung das radial nach aussen gebogene Ende der Spiralfeder ein. Alternativ dazu kann aber auch ein auf die geometrische Form der ortsfesten Verrastung angepaßt gestaltetes Endstück im Bereich des zweiten Endes der Spiralfeder befestigt sein. Die ortsfeste Verrastung kann insbesondere Gestalt einer Ausnehmung haben. Die Gestaltung des zweiten (äusseren) Endes der Spiralfe- der in Zusammenwirkung mit der Verrastung/Ausnehmung stellt sicher, dass eine Energiezufuhr zu der Spiralfeder durch Eindrehen von deren innerem (ersten) Ende über eine vorbestimmte Energiemenge hinaus eine im wesentlichen radiale, nach innen gerichtete Zugkraft auf das zweite Ende der Spiralfeder hervorruft, so dass die Haltekraft des äußeren Ende an der Verrastung überschritten wird und das äußere Ende der Spiralfeder aus der Verrastung radial nach innen gezogen wird. Dies hat zur Folge, dass die Spiralfeder sich wieder entspannt, dabei radial ausdehnt und mit ihrem äußeren Ende in eine weitere - oder nach einer 360°-Bewegung ihres äusseren Endes wieder in die gleiche - Verrastung eingreift. Damit ist ein übermäßiges Aufla- den des Energiespeichers, also bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform ein "Überdrehen" der Spiralfeder, aufgrund einer entsprechend großen Anzahl von auf das innere Ende der Spiralfeder ausgeübten Rotationen wirksam ausgeschlossen.
Die lösbare Ankopplung des inneren Endes der Spiralfeder an den Rotor bzw. die von dem Rotor - direkt oder indirekt - angetriebene Mutter bzw. Kugelumlaufbüchse der Getriebeeinheit ist erfindungsgemäß in einer Ausführungsform dadurch bewerkstelligt, dass die Mutter bzw. die Kugelumlaufbüchse am Außenumfang wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in die das innere Ende der Spiralfeder eingreifen kann. Die Ausnehmung ist längs einer gedachten Sehne durch den kreis(-ring)-förmigen Quer- schnitt der Mutter angeordnet. Die Sehne schließt mit einer gedachten Tangente im Schnittpunkt der Sehne mit dem Umfang einen im wesentlichen spitzen Winkel ein. Dabei bilden die Sehne und die Tangente einen gedachten Pfeil, der in Richtung der ersten Drehrichtung (Zustellbewegung) weist.
Im übrigen ist der Elektromotor mit dem Federspeicher eine von der vorstehend beschriebenen Anwendung der elektrischen Kraftfahrzeug-Scheibenbremse unabhängig nutzbare Erfindung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Abwandlungen der Erfindung sind unter Bezug- nähme auf die Zeichnung nachstehend erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Kraftfahrzeug-Scheibenbremse gemäß der Erfindung im Längsschnitt.
Fig. 2a, 2b zeigen schematische Draufsichten auf ein Segment eines Stators mit zwei Statorwicklungen in unterschiedlichen Ausführungsformen. Fig, 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Rotor in Richtung der Pfeile III in Fig. 1.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Fig. 1 zeigt eine elektrisch betätigbare Kraftfahrzeug-Scheibenbremse, die einen im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Bremssattel 10 sowie eine am Bremssattel 10 angeordnete elektromechanische Betätigungseinheit 12 aufweist. In dem Bremssattel 10 sind an dessen beiden Schenkeln 10', 10" zwei (in nicht weiter veranschau- lichten Führungen aufgenommene) Reibbeläge 14, 14' angeordnet. Die beiden Reibbeläge 14, 14' sind zu beiden Seiten einer durch den Bremssattel 10 übergriffenen Bremsscheibe 16 angeordnet und wirken mit jeweils einer Seitenfläche 16', 16" der Bremsscheibe 16 zusammen, die drehfest mit einem lediglich teilweise gezeigten Achsstummel 18 verbunden ist. Die Reibbeläge 14, 14' sind im Bremssattel 10 auf die Bremsscheibe 16 hin bzw. von ihr weg verschiebbar angeordnet. Dabei handelt es sich in der gezeigten Ausführungsform um eine Schwimmsattelanordnung, bei der einer der Reibbeläge 14 durch die Betätigungseinheit 12 direkt und der andere Reibbelag 14' durch die Wirkung einer vom Bremssattel 10 aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe 16 in Reibungseingriff bringbar ist.
Die Betätigungseinheit 12 ist seitlich an dem Bremssattel 10 angesetzt und weist einen Elektromotor 20 sowie ein zwischen dem Elektromotor 20 und einem Reibbelag 14 angeordnetes Getriebe in Form einer Mutter/Spindelanordung 22 auf. Dieses Getriebe 22 dient dazu, die Drehbewegung des Elektromotors 20 in eine Längsbewe- gung für die Reibbeläge 14, 14' umzusetzen.
Der Elektromotor 20 hat einen Stator 24 mit zwei ringförmigen Statorwicklungen 26, 26'. An den beiden Stirnseiten jeder Statorwicklung 26, 26' ist jeweils ein Kranz aus in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Polschuhen 28a, 28b; 28a' 28b' an- geordnet (siehe auch Fig. 2a), die die äußere Mantelfläche der jeweiligen Statorwicklung 26, 26' mit ihren freien Enden 30a, 30b, 30a', 30b' teilweise übergreifen. Die radial innenliegenden Enden der Polschuhe 32a, 32b; 32a', 32b' eines Kranzes sind miteinander durch einen magnetisch leitenden einstückig angeformten Ring (nicht weiter bezeichnet) verbunden.
Die radial außenliegenden (freien) Enden der Polschuhe 30a, 30b, 30a', 30b' zweier an einer Statorwicklung 26, 26' angeordneter Kränze greifen entlang des Umfangs der jeweiligen Statorwicklung 26, 26' abwechselnd ineinander und überragen sich jeweils seitlich. Zur vereinfachten Herstellung sind die beiden aneinander angrenzenden, zwischen den beiden Statorwicklungen 26, 26' angeordneten Kränze aus Polschuhen 28b, 28a' als einheitliche Bauteile ausgestaltet, die eine im wesentlichen T- förmige Gestalt (siehe Fig. 1 unten) haben. Jede Statorwicklung 26, 26' ist auf einem Ring 34, 34' aus Eisenblech angeordnet, der als magnetischer Rückschluß dient.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Polschuhe aus gesintertem Eisenpulver hergestellt, dessen Körner durch einen Kunststoff-Überzug gegeneinander elektrisch und magnetisch isoliert sind.
Der Elektromotor 20 hat außerdem einen Rotor 40 in Form eines Ringzylinders 40a, an dessen dem Bremssattel 10 abgewandten Seite eine Stirnwand 40b angeformt ist. Der Rotor 40 mit seinem Ringzylinder 40a umgreift die Statorwicklungen 26, 26' in radialer und in axialer Richtung. Die Stirnwand 40b des Rotors 40 ist mit der Eingangsseite der Getriebeeinheit 22 in der Weise gekoppelt, daß die Stirnwand 40b drehfest (verschweißt oder formschlüssig) mit der Mutter 22a der Mutter/ Spindela- nordung 22 verbunden ist. An der Innenwand des Ringzylinders 40a des Rotors 40 sind den freien Enden der Polschuhe 28a, 28b; 28a1 28b' gegenüberliegend unter Bildung eines Luftspaltes 42 Seltenerden-Magnete 44, 44' mit ihrer radial außen liegenden Seite jeweils an einem Ring 46, 46' aus Eisenblech angeordnet. Dabei sind die Magnete 44, 44' so dimensioniert und angeordnet, daß sie mit einem Polschuh 28a, 28b; 28a' 28b' fluchten.
Die mit den eine Statorwicklung umgebenden Polschuhen fluchtende Magnete, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander an dem Rotor angeordnet sind, haben eine abwechselnde magnetische Orientierung.
Die Mutter 22a der Mutter/Spindelanordung 22 ist in einem an dem Schenkel 10' des Bremssattels 10 angeformten Flansch 48 drehbar aber in axialer Richtung unverschiebbar gelagert. Über Kugeln 22b ist die Mutter 22a mit der Spindel 22c gekoppelt, wobei die Spindel 22c sich bei einer Drehung der Mutter 22a in Längsrichtung bewegt und dabei über eine Druckplatte 52 den Bremsbelag 14 in Richtung auf die Bremsscheibe 16 bzw. von ihr wegschiebt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist auf der den Reibbelägen 14, 14' abgewandten Seite der Betätigungseinheit 12 ein Energiespeicher in Gestalt einer Spiralfeder 50 an der Stirn- wand 40b des Rotors 40 angeordnet. Im Bereich ihres ersten, inneren Endes 52 ist die Spiralfeder 50 an den Rotor 40 des Elektromotors 20 lösbar gekoppelt. Da der Rotor 40 drehfest auf der Mutter 22a sitzt, ist die Spiralfeder 50 die Mutter 22a umgebend montiert. Dazu weist die Mutter 22a eine Ausnehmung 60 auf, in die das in- nere, abgewinkelte Ende 52 der Spiralfeder 50 eingreifen kann. Die Ausnehmung verläuft längs einer gedachten Sehne s durch den kreisförmigen Querschnitt der Mutter 22a bzw. der Kugelumlaufbüchse. Dabei schließt die Sehne mit einer gedachten Tangente T im Schnittpunkt der Sehne s mit dem Umfang der Mutter 22a einen im wesentlichen spitzen Winkel W ein. So bilden die Sehne s und die Tangente T einen gedachten Pfeil, der in Richtung der ersten Drehrichtung Rl orientiert ist. (siehe Fig. 3).
Im Bereich ihres zweiten Endes 54 ist die Spiralfeder 50 mit dem Stator 24 lösbar gekoppelt. Dazu ist die Spiralfeder 50 im Bereich ihres zweiten Endes 54 zur Bildung eines im wesentlichen radial nach aussen orientierten Rastelementes 56 abgewinkelt, um mit einer Verrastung 58 in oder ausser Eingriff zu kommen, die eine sägezahn- förmige Gestalt, mit einer in der ersten Richtung Rl radial nach außen anwachsenden Zahnflanke ist. Ersichtlich sind eine Vielzahl derartiger Verrastungen 58 entlang den Innenumfangs eines Ringsteges 62 hintereinander angeordnet. Außerdem ist an dem Ringsteg 62 eine Abdeckung 64 für die (in Fig. 1 nicht gezeigte) Spiralfeder 50 angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse, mit
- einem Bremssattel (10) sowie - einer am Bremssattel (10) angeordneten Betätigungseinheit (12), und mit
- zwei mit je einer Seitenfläche (16', 16") einer Bremsscheibe (16) zusammenwirkenden und im Bremssattel (10) begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen (14, 14'), die durch die Betätigungseinheit (12) mit der Bremsscheibe (16) in Reibungseingriff bringbar sind, wobei - die Betätigungseinheit (12) einen Elektromotor (20) mit wenigstens einem Stator (24) und wenigstens einem Rotor (40) sowie eine wirkungsmäßig zwischen dem Elektromotor (20) und einem Reibbelag (14) angeordnete Getriebeeinheit (22) zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors (20) in eine Translationsbewegung für die Reibbeläge (14, 14') aufweist, wobei - die Betätigungseinheit (12) einen Energiespeicher (50) aufweist, der bei einer Zustellbewegung der Reibbeläge (14, 14') Energie aufnimmt und eine Öffnungsbewegung der Reibbläge (14, 14') durch Energieabgabe befördert, wobei der Energiespeicher so ausgestaltet ist, dass eine Drehbewegung des Rotors (40) in einer ersten Richtung um einen vorbestimmten ersten Winkelbetrag dem Energiespeicher (50) Energie zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten des ersten vorbestimmten Winkelbetrages der Energiespeicher (50) sich soweit entlädt, dass eine weitere Drehbewegung in der ersten Richtung ermöglicht ist.
2. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach Anspruch 1, wobei - die Getriebeeinheit (22) als Spindel-/Mutteranordnung oder als Spindel-/Kugelum- laufbüchsenanordnung ausgestaltet ist, bei der der Rotor (40) des Elektromotors (20) mit der Mutter (22a) bzw. der Kugelumlaufbüchse als Eingangsseite der Getriebeeinheit (22) drehfest verbunden ist, und die Spindel (22c) auf einen Reibbelag (14) wirkt.
3. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Energiespeicher so ausgestaltet ist, dass bei einer Drehbewegung des Rotors (40) in einer zweiten Richtung der Energiespeicher (50) von dem Rotor (40) abkoppelt und bei einer Drehbewegung des Rotors (40) in der ersten Richtung der Energiespeicher (50) wieder an den Rotor (40) ankoppelt.
4. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (50) zumindest teilweise vorgeladen ist.
5. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden An- spräche, wobei der Energiespeicher (50) am Rotor oder an der Getriebeeinheit eingangsseitig angeordnet ist.
6. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher als Spiralfeder (50) ausgestaltet ist, die im Be- reich ihres erstes Endes (52) an den Rotor (40) des Elektromotors (20) lösbar gekoppelt ist und die im Bereich ihres zweiten Endes (54) mit dem Stator (24) lösbar gekoppelt ist.
7. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Anspräche, wobei die Spiralfeder (50) im Bereich ihres zweiten Endes (54) ein im wesentlichen radial nach aussen orientiertes Rastelement aufweist (56), das mit wenigstens einer bezogen auf den Stator (24) ortsfesten Verrastung (58) in oder ausser Eingriff bringbar ist.
8. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ende der Spiralfeder (50) in Zusammenwirkung mit der Verrastung (58) so gestaltet ist, dass eine Energiezufuhr zu der Spiralfeder durch Eindrehen von deren ersten Ende (52) über eine vorbestimmte Energiemenge hinaus eine im wesentlichen radiale, nach innen gerichtete Zugkraft auf das zweite Ende (54) der Spiralfeder (50) hervorruft, so dass die Haltekraft des äußeren Ende an der Verrastung (58) überschritten wird und das zweite Ende (54) der Spiralfeder (50) aus der Verrastung (58) radial nach innen gezogen wird.
9. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, wobei die Mutter (22a) wenigstens eine Ausnehmung (60) aufweist, in die das innere Ende (52) der Spiralfeder (50) eingreifen kann und die längs einer gedachten Sehne (s) durch den kreis(-ring)-förmigen Querschnitt der Mutter (22a) bzw. der Kugelumlaufbüchse angeordnet ist, wobei die Sehne (s) mit einer gedachten Tangente (T) im Schnittpunkt der Sehne (s) mit dem Umfang der Mutter (22a) einen im wesentlichen spitzen Winkel (W) einschließt und die Sehne (s) und die Tangente (T) einen gedachten Pfeil bilden, der in Richtung der ersten Drehrichtung orientiert ist.
10. Elektrische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ortsfeste Verrastung (56) eine sägezahnförmige Gestalt, vorzugsweise mit einer in der ersten Richtung radial nach außen anwachsenden Zahnflanke ist.
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