DE10105752A1 - Scheibenbremse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse (10). Die Erfindung schlägt vor, die Scheibenbremse (10) mit einem Stützelement (22) in Form eines Zahnrades auszubilden, welches drehbar an einem Reibbremsbelag (18) gelagert ist und sich abhängig von einer Schwenkrichtung in einer von zwei viertelkreisförmigen Kulissenbahnen (32, 34) abstützt. Das Stützelement (22) bildet eine schwenkbare Abstützung des Reibbremsbelags (18) nach Art eines auf Druck beanspruchten Hebels und übt durch eine von einer rotierenden Bremsscheibe (14) auf den Reibbremsbelag (18) ausgeübten Reibbremskraft eine Andruckkraft auf den Reibbremsbelag (18) gegen die Bremsscheibe (14) aus. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Scheibenbremse (10) nahezu leistungslos betätigbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, die insbesondere zu einer elektromechanischen Betätigung geeignet ist.

Heutzutage im Kraftfahrzeugbau üblicherweise verwendete Scheibenbremsen werden hydraulisch betätigt. Es sind auch schon elektromechanisch betätigte Scheibenbremsen vorgeschlagen worden, bei denen mit einem Elektromotor über ein Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe wie beispielsweise einen Spindeltrieb oder auch einen mit dem Elektromotor verdrehbaren Nocken ein Reibbremsbelag gegen eine Bremsscheibe drückbar ist. Elektromechanisch betätigte Scheibenbremsen haben den Nachteil, dass sie zum schnellen Zuspannen und auch Lösen, zur Erzielung einer hohen Dynamik und zum Aufbringen einer ausreichenden Bremskraft einen leistungsstarken und infolgedessen großbauenden und schweren Elektromotor benötigen. Des weiteren weist ein leistungsstarker Elektromotor eine hohe Stromaufnahme auf und belastet ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs.

Auch das Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe sowie ein evtl. zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe müssen ausreichend dimensioniert sein, um die auftretenden Belastungen zu übertragen. Dies erfordert vergleichsweise große und schwere Getriebe mit infolgedessen großer Trägheit, die zu ihrer Beschleunigung wiederum ein großes Antriebsmoment benötigen. Durch den großen Bauraum lassen sich die bekannten, elektromechanisch betätigten Scheibenbremsen nur schlecht im Innenraum einer Felge eines Fahrzeugrades unterbringen, wo Scheibenbremsen üblicherweise angeordnet sind. Durch das hohe Gewicht der bekannten elektromechanischen Scheibenbremsen wird die sog. ungefederte Masse eines Fahrzeugs erhöht, was die Fahreigenschaften verschlechtert und deswegen unerwünscht ist. Diese Probleme treten bei hydraulisch betätigten Scheibenbremsen nicht in gleichem Maß auf, da hydraulisch auf kleinem Raum hohe Drücke und infolgedessen hohe Kräfte zum Zuspannen erzielbar sind.

Vorteile der Erfindung

Die Betätigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist ein schwenkbares Stützelement auf, über das sich der Reibbremsbelag an einem Widerlager, beispielsweise einem Bremssattel abstützt. Das Stützelement greift schwenkbar am Reibbremsbelag an und stützt sich schwenkbar am Wiederlager ab. Durch Schwenken des Stützelements lässt sich also eine Winkelstellung des Stützelement in Bezug auf die Bremsscheibe und damit ein Winkel, unter dem das Stützelement den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, verändern und einstellen.

Zum Betätigen der erfindungsgemäßen Scheibenbremse wird das schwenkbare Stützelement so verschwenkt, dass sich der Winkel unter dem das Stützelement den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, vergrößert. Der Winkel unter dem das Stützelement den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, bleibt allerdings immer kleiner als 90°. Liegt der Reibbremsbelag an der rotierenden Bremsscheibe an, übt die Bremsscheibe eine Reibungskraft in Umfangsrichtung der Bremsscheibe, also parallel zu einer gedachten Ebene, in der sich die Bremsscheibe befindet, auf den Reibbremsbelag aus. Die auf den Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft bewirkt ein Drehmoment auf das Stützelement, das das Stützelement im Sinne eines größer werdenden Winkels, unter dem das Stützelement den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, und damit im Sinne einer größer werdenden Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe, d. h. im Sinne einer größer werdenden Bremskraft der Scheibenbremse, beaufschlagt.

Durch Schwenken des Stützelements in einer Richtung erhöht sich die vom Stützelement auf den Reibbremsbelag ausgeübte Andruckkraft gegen die Bremsscheibe, bei entgegengesetztem Schwenken des Stützelements verringert sich die Andruckkraft und damit die Bremskraft der Scheibenbremse. Die Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Scheibenbremse ist von der Winkelstellung des Stützelements in Bezug auf die Bremsscheibe abhängig.

Die Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe und damit die Bremskraft der erfindungsgemäßen Scheibenbremse wird durch die Reibungskraft bewirkt, die die rotierende Bremsscheibe auf den an ihr anliegenden Reibbremsbelag ausübt und die ihrerseits ein Moment im Sinne einer größer werdenden Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Scheibenbremse bewirkt. Die Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe wird also nicht oder nur zum Teil von einem zum Schwenken des Stützelements von der Betätigungseinrichtung auf das Stützelement ausgeübten Moment bewirkt. Das Andrücken des Reibbremsbelags kann dadurch nahezu leistungslos erfolgen, es lässt sich mit einem niedrigen Stellmoment eine hohe Bremskraft erzeugen. Zur Verwirklichung des Erfindungsprinzip kann das Stützelement konstruktiv als Druckelement oder als Zugelement ausgelegt sein.

Die erfindungsgemäße Scheibenbremse hat also zunächst den Vorteil, dass eine geringe Stellenergie zur Erzeugung einer hohen Bremskraft ausreicht. Dadurch lässt sich auch eine hohe Dynamik beim Zuspannen und Lösen der Scheibenbremse erzielen. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse eignet sich zu einer elektromechanischen Betätigung mittels eines Elektromotors, wobei ein kleiner, leichter und leistungsschwacher Elektromotor zur Betätigung der Scheibenbremse ausreicht, da die Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe nicht oder nur zum Teil mittels des Elektromotors aufgebracht wird. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse lässt sich dadurch kleiner und leichter bauen, eine Belastung eines elektrischen Bordnetzes eines mit der erfindungsgemäßen Scheibenbremse ausgerüsteten Fahrzeugs ist gering.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Scheibenbremse in gelöster Stellung mit Blickrichtung radial zu einer Bremsscheibe; und

Fig. 2 die Scheibenbremse aus Fig. 1 in betätigtem Zustand.

Die Zeichnung ist als schematisierte und vereinfachte Darstellung zu verstehen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Scheibenbremse 10 weist einen Bremssattel 12 auf, der als sog. Schwimmsattel ausgebildet ist, d. h. ist quer zu einer Bremsscheibe 14 verschieblich. Im Bremssattel 12 liegen auf jeder Seite der Bremsscheibe 14 ein Reibbremsbelag 16, 18 ein, deren einer Reibbremsbelag 16 fest im Bremssattel 12 angeordnet ist. Der andere Reibbremsbelag 18 ist beweglich im Bremssattel 12 aufgenommen. Durch Andrücken des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen eine Seite der Bremsscheibe 14 wird der als Schwimmsattel ausgebildete Bremssattel 12 quer zur Bremsscheibe 14 verschoben und drückt den im. Bremssattel 12 festen Reibbremsbelag 16 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 14. Dadurch wird in an sich bekannter Weise eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 14 ausgeübt.

Zum Drücken des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die Bremsscheibe 14, d. h. zum Betätigen der Scheibenbremse 10, weist diese eine Betätigungseinrichtung 20 auf. Die Betätigungseinrichtung 20 weist ein Stützelement 22 auf, das im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung als Zahnrad ausgebildet ist. Um von dem Stützelement 22 verdeckte Teile der Scheibenbremse 10 sichtbar zu machen ist das Stützelement 22 in der Zeichnung mit Strichlinien angedeutet.

Das als Zahnrad ausgebildete Stützelement 22 ist mit einer Welle 24 drehbar am beweglichen Reibbremsbelag 18 gelagert. Das als Zahnrad ausgebildete Stützelement 22 weist drei Stifte 26, 28, 30 auf. Zwei Stifte 26, 28 sind auf einer gedachten Durchmesserlinie des als Zahnrad ausgebildeten Stützelements 22 angeordnet, wobei die gedachte Durchmesserlinie durch diese beiden Stifte 26, 28 bei gelöster Scheibenbremse 10 (Fig. 1) parallel zur Bremsscheibe 14 verläuft. Diese beiden Stifte 26, 28 befinden sich bei gelöster Scheibenbremse 10 an offenen Enden zweier im Bremssattel 12 angebrachter Kulissenbahnen 32, 34, die kurvenförmig um jeweils etwas weniger als einen Viertelbogen um die Welle 24 des Stützelements 22 herum verlaufen. Die beiden Kulissenbahnen 32, 34 verlaufen von ihren offenen Enden ausgehend weg von der Bremsscheibe 14, sie sind an ihren der Bremsscheibe 14 fernen Enden geschlossen. Durch Schwenken des Stützelements 22 gelangt einer der beiden Stifte 26, 28 tiefer in die ihm zugeordnete Kulissenbahn 32, 34, wogegen der Andere der beiden Stifte 26, 28 aus der Kulissenbahn 32, 34 freikommt. Da die beiden Stifte 26, 28 mit den Kulissenbahnen 32, 34 zusammenwirken werden sie nachfolgend als Kulissenstifte 26, 28 bezeichnet. Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Kulissenbahnen 32, 34 kreisbogenförmig. Dies ist allerdings nicht zwingend, die Kulissenbahnen 32, 34 können auch einen von der Kreisform abweichenden Verlauf aufweisen.

Der bewegliche Reibbremsbelag 18 wird von einem als Schraubendruckfeder ausgebildeten Federelement 19 in Richtung der Bremsscheibe 14 gedrückt. Das Federelement 19 stützt sich am Bremssattel 12 ab.

Der dritte Stift 30 des Stützelements 22 ist gegenüber den beiden Kulissenstiften 26, 28 nach innen versetzt und auf einer gedachten Senkrechten zur gedachten Durchmesserlinie durch die beiden Kulissenstifte 26, 28 auf einer der Bremsscheibe 14 abgewandten Seite angeordnet. Dieser Stift 30 wirkt mit einem Lagerbock 36 des Bremssattels 12 zusammen. Der Lagerbock 36 weist eine Rille 38 (Fig. 2) auf seiner der Bremsscheibe 14 abgewandten Seite auf, in der der Stift 30 bei gelöster Scheibenbremse 10 einliegt. Ein Abstand des Lagerbocks 36 von der Bremsscheibe 14 ist so bemessen, dass der bei gelöster Scheibenbremse 10 in der Rille 38 des Lagerbocks 36 einliegende Stift 30 den beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen die Kraft des Federelements 19 von der Bremsscheibe 14 abhebt. Der Lagerbock 36 mit seiner Rille 38 und der mit ihm zusammenwirkende Stift 30 bilden eine Abhebeeinrichtung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 10, die bei gelöster Scheibenbremse 10 den beweglichen Reibbremsbelag 18 von der Bremsscheibe 14 abhebt. Der Stift 30 wird deswegen nachfolgend als Abhebestift 30 bezeichnet. Wird das Stützelement 22 verschwenkt, kommt der Abhebestift 30 vom Lagerbock 36 frei und das Federelement 19 drückt den beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen die Bremsscheibe 14.

Zum Schwenken des als Zahnrad ausgebildeten Stützelements 22 weist die Scheibenbremse 10 einen Elektromotor 40 mit einer Schnecke 42 auf, die mit einer Verzahnung 44 des Stützelements 22 kämmt. Der Elektromotor 40 ist schwenkbar im Bremssattel 12 gelagert und wird von einem Federelement 46 in Richtung des Stützelements 22 gedrückt. Das Federelement 46 hält die Schnecke 42 des Elektromotors 40 in Eingriff mit der Verzahnung 44 des Stützelements 22. Zudem ist durch das Hineindrücken der Schnecke 42 in die Verzahnung 44 des Stützelements 22 mittels des Federelements 46 der Eingriff der Schnecke 42 in die Verzahnung 44 spielfrei. Die Schnecke 42 und die Verzahnung 44 bilden ein Schneckengetriebe und eine Sperreinrichtung 42, 44, die das Stützelement 22 gegen selbsttätiges Schwenken sperrt.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 10 ist folgende: Zum Betätigen und Zuspannen der Scheibenbremse 10 wird das Stützelement 22 mittels des Elektromotors 40 verschwenkt. Bei einer angenommenen Drehrichtung der Bremsscheibe 40 in Richtung des Pfeils 48, in der Zeichnung also nach unten, wird das Stützelement 22 wie in Fig. 2 dargestellt so verschwenkt, dass der in der Zeichnung unten befindliche Kulissenstift 26 in die Kulissenbahn 32 hinein gelangt und der in der Zeichnung oben befindliche Kulissenstift 28 aus der ihm zugeordneten Kulissenbahn 34 frei kommt. Beim Schwenken des Stützelements 22 kommt der Abhebestift 30 vom Lagerbock 36 frei und das Federelement 19 drückt den beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen die Bremsscheibe 14. Über das Stützelement 22 und dessen Kulissenstift 26 stützt sich der an der Bremsscheibe 14 anliegende, bewegliche Reibbremsbelag 18 an der Kulissenbahn 32 des Bremssattels 12 ab. Die Kulissenbahn 32 bildet ein Wiederlager für den Kulissenstift 26 und das Stützelement 22, an dem sich das Stützelement 22 schwenkbar abstützt und in dem das Stützelement 22 mit seinem Kulissenstift 26 verschieblich geführt ist.

Die rotierende Bremsscheibe 14 übt eine Reibungskraft auf den an ihr anliegenden beweglichen Reibbremsbelag 18 in einer Umfangs- oder Sekantenrichtung der Bremsscheibe 14 aus. Die auf den Reibbremsbelag 18 ausgeübte Reibungskraft ist parallel zu einer gedachten Ebene, in der sich die Bremsscheibe 14 befindet, gerichtet. Die auf den beweglichen Reibbremsbelag 18 ausgeübte Reibungskraft bewirkt ein Moment auf das Stützelement 22. Das auf das Stützelement 22 ausgeübte Moment bewirkt eine Kraft auf den beweglichen Reibbremsbelag 18, die den beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen die Bremsscheibe 14 drückt und dadurch eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 14 ausübt. Die Kraft, mit der der bewegliche Reibbremsbelag 18 gegen die Bremsscheibe 14 gedrückt wird, wird also durch die von der rotierenden Bremsscheibe 14 auf den an ihr anliegenden beweglichen Reibbremsbelag 18 mittels des Stützelements 22 bewirkt, das den beweglichen Reibbremsbelag 18 nach Art eines auf Druck beanspruchten Hebels schwenkbar in der Kulissenbahn 32 abstützt. Eine vom Federelement 19 auf den beweglichen Reibbremsbelag 18 ausgeübte Kraft ist im Vergleich der mit dem Stützelement 22 aufgrund der Reibung zwischen der rotierenden Bremsscheibe 14 und dem beweglichen Reibbremsbelag 18 ausübbaren Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die Bremsscheibe 14 vernachlässigbar klein. Der Elektromotor 40 kann einen Teil des zum Andrücken des Reibbremsbelags 18 an die Bremsscheibe 14 notwendigen Moments auf das Stützelement 22 aufbringen. Das Stützelement 22 kann allerdings auch nahezu leistungslos verschwenkt werden, ein kleiner und leistungsschwacher Elektromotor 40 ist zum Betätigen der Scheibenbremse 10 und zur Erzeugung einer theoretisch beliebig großen Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die rotierende Bremsscheibe 14 ausreichend.

Die Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die Bremsscheibe 14 ist abhängig von einem Schwenkwinkel, um den das Stützelement 22 gegenüber einer Grundstellung bei gelöster Scheibenbremse 10 verschwenkt ist. Die Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die Bremsscheibe 14 ist um so größer je weiter das Stützelement 22 gegenüber der Grundstellung verschwenkt ist. Durch Schwenken des Stützelements 22 um nahezu 90° lässt sich eine theoretisch beliebig hohe Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die Bremsscheibe 14 erreichen.

Zum Lösen der Scheibenbremse 10 oder zum Verringern ihrer Bremskraft wird das Stützelement 22 zurück in seine Grundstellung oder in Richtung seiner Grundstellung geschwenkt. Bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe 14 wird zum Betätigen der Scheibenbremse 10 das Stützelement 22 aus der Grundstellung in entgegengesetzter Richtung geschwenkt. Durch die symmetrische Anordnung der beiden Kulissenbahnen 32, 34 erfolgt die Bremsung in sinngemäß gleicher Weise wie beschrieben. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse 10 ist somit für Rückwärtsfahrt ebenso geeignet wie für Vorwärtsfahrt.

Claims (8)

1. Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe, mit einem Reibbremsbelag und mit einer Betätigungseinrichtung, mit der der Reibbremsbelag gegen die Bremsscheibe drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) ein schwenkbares Stützelement (22) aufweist, über das sich der Reibbremsbelag (18) an einem Wiederlager (32, 34) abstützt, wobei das Stützelement (22) schwenkbar am Reibbremsbelag (18) angreift und sich schwenkbar am Wiederlager (32, 34) abstützt und wobei sich durch Schwenken des Stützelements (22) ein Winkel, unter dem das Stützelement den Reibbremsbelag (18) abstützt, in Bezug auf die Bremsscheibe (14) ändert.

2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremse (10) ein Federelement (19) aufweist, welches den Reibbremsbelag (18) gegen die Bremsscheibe (14) drückt.

3. Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremse (10) eine Abhebelnrichtung (30, 36, 38) aufweist, die bei nicht betätigter Scheibenbremse (10) den Reibbremsbelag (18) gegen die Kraft des Federelements (19) von der Bremsscheibe (14) abhebt.

4. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiederlager eine Kulissenbahn (32, 34) aufweist, die bogenförmig um eine Angriffsstelle des Stützelements (22) am Reibbremsbelag (18) verläuft, die das Stützelement (22) verschieblich führt und schwenkbar abstützt.

5. Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahn (32, 34) eine Kreisbogenbahn ist.

6. Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremse (10) ein zweites Wiederlager mit einer zweiten Kulissenbahn (32, 34) aufweist, die symmetrisch zu der einen Kulissenbahn (32, 34) angeordnet ist, und dass das Stützelement (22) abhängig von seiner Schwenkrichtung in einer der beiden Kulissenbahnen (32, 34) geführt und abgestützt ist und von der anderen Kulissenbahn (32, 34) freikommt.

7. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) einen Elektromotor (40) zum Schwenken des Stützelements (22) aufweist.

8. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) eine Sperreinrichtung (42, 44) für das Stützelement (22) aufweist, die das Stützelement (22) gegen selbsttätiges Schwenken sperrt.