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Die
Erfindung betrifft eine elektromechanische Fahrzeugbremse mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Fahrzeugbremse ist bekannt aus der
DE 102 18 825 A1 . Die bekannte
Fahrzeugbremse weist eine elektromechanische, als Aktuator bezeichnete
Betätigungseinrichtung
auf, mit der zum Bremsen ein Reibbremsbelag gegen einen zu bremsenden
Bremskörper
druckbar ist. Die bekannte Fahrzeugbremse ist als Scheibenbremse
ausgeführt, der
Bremskörper
ist eine Bremsscheibe. Die Erfindung ist zwar ebenfalls für eine Scheibenbremse
vorgesehen, sie ist allerdings auch bei anderen Bremsenbauformen,
beispielsweise bei Trommelbremsen, zu verwirklichen.
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Des
Weiteren weist die bekannte Fahrzeugbremse eine Selbstverstärkungseinrichtung
auf, die eine beim Bremsen vom drehenden Bremskörper auf den gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag
ausgeübte
Reibungskraft in eine Andruckkraft wandelt, die den Reibbremsbelag
zusätzlich
zu einer von der Betätigungseinrichtung
aufgebrachten Andruckkraft gegen den Bremskörper drückt und dadurch die Bremskraft
verstärkt.
Als Selbstverstärkungseinrichtung weist
die bekannte Fahrzeugbremse einen Keilmechanismus mit einem Doppelkeil
auf, der zwei in entgegengesetzten Umfangsrichtungen des Bremskörpers ansteigende
Keilflächen
aufweist. Jede Keilfläche
stützt
sich an einer komplementären
Widerlagerfläche
ab, die mit dem Keilwinkel der zugeordneten Keilfläche des
Doppelkeils geneigt zum Bremskörper verläuft. Zum
Bremsen wird der Reibbremsbelag mit der elektromechanischen Betätigungseinrichtung
in Drehrichtung des Bremskörpers
und damit in einen enger werdenden Keilspalt zwischen einer der
beiden Widerlagerflächen
und dem Bremskörper
verschoben. Die andere Widerlagerfläche und die andere Keilfläche sind
nicht wirksam, sie werden bei entgegengesetzter Drehrichtung des
Bremskörpers
benutzt. Der drehende Bremskörper übt eine
Reibungskraft auf den gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag aus, die
den Reibbremsbelag in Richtung des enger werdenden Keilspalts zwischen
der Widerlagerfläche und
dem Bremskörper
beaufschlagt. Die Abstützung des
Reibbremsbelags über
seine eine Keilfläche
an der einen, im Keilwinkel geneigten Widerlagerfläche bewirkt
eine Abstützkraft
senkrecht zur Widerlager- und zur Keilfläche, die die Widerlagerfläche über den Doppelkeil
auf den Reibbremsbelag ausübt.
Diese Abstützkraft
weist eine Kraftkomponente senkrecht zum Bremskörper auf, die eine Andruckkraft
bildet, die den Reibbremsbelag zusätzlich zu der von der Betätigungseinrichtung
ausgeübten
Andruckkraft gegen den Bremskörper
drückt.
Die vom drehenden Bremskörper
auf den beim Bremsen gegen ihn gedrückten Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft wird
von der Selbstverstärkungseinrichtung
wie beschrieben in eine Andruckkraft gewandelt, die die Bremskraft
der Fahrzeugbremse erhöht.
Die Selbstverstärkungseinrichtung
der bekannten Fahrzeugbremse, mit den die beiden einander entgegen
gerichtet geneigten Keilflächen,
die sich in Abhängigkeit von
der Drehrichtung des Bremskörpers
an einer von zwei komplementären
Widerlagerflächen
abstützen, kann
auch als zwei Selbstverstärkungseinrichtungen aufgefasst
werden, von denen eine bei einer Drehrichtung des Bremskörpers und
die andere bei der entgegengesetzten Drehrichtung des Bremskörpers wirksam
ist.
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Anstelle
eines Keils mit über
die Keillänge konstantem
Keilwinkel kann auch ein Rampenmechanismus Verwendung finden, dessen
Rampenwinkel sich über
den Verlauf der Rampe ändert.
Vorzugsweise ändert
sich der Rampenwinkel degressiv, er wird also mit zunehmendem Verschiebeweg
des Reibbremsbelags spitzer. Dadurch wird zu Beginn der Verschiebung
des Reibbremsbelags eine hohe Zustellgeschwindigkeit und gegen Ende
der Verschiebung des Reibbremsbelags eine hohe Selbstverstärkung erzielt.
Der Keilmechanismus ist ein Sonderfall eines Rampenmechanismus mit über den gesamten
Verschiebeweg konstantem Keilwinkel.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebene Selbstverstärkungseinrichtung
mit einem Keil- oder auch einem Rampenmechanismus beschränkt. Es sind
auch andere mechanische Selbstverstärkungseinrichtungen, beispielsweise
mit schräg
zum Bremskörper
stehenden Stützhebeln
bekannt, die auf Druck oder auf Zug beansprucht sein können. Solche
Hebelmechanismen können
als Äquivalente
zu Keil- oder Rampenmechanismen aufgefasst werden, wobei ein Stützwinkel,
unter dem der Stützhebel
schräg zum
Bremskörper
steht, mit dem Keil- oder Rampenwinkel gleichgesetzt wird. Es sind
beispielsweise auch hydraulische Selbstverstärkungseinrichtungen bekannt,
die in der Erfindung Verwendung finden können.
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Zur
Ausbildung als Feststellbremse, die vielfach auch als Parkbremse
bezeichnet wird, ist die Selbstverstärkungseinrichtung der bekannten
Fahrzeugbremse selbsthemmend ausgeführt. Das bedeutet, ihr Keilwinkel
ist so spitz gewählt,
dass die Selbstverstärkung
so hoch ist, dass der Bremskörper beim
Betätigen
der Fahrzeugbremse blockiert wird. Zur Betätigung der Fahrzeugbremse muss
der Reibbremsbelag nur in Anlage an den Bremskörper gebracht werden, eine
(weiter gehende) Andruckkraft der Betätigungseinrichtung ist nicht
erforderlich. Im Gegenteil ist zum Lösen der Bremse eine von der
Betätigungseinrichtung
oder in sonstiger Weise aufzubringende Lösekraft erforderlich. Um ein
abgestelltes Fahrzeug im Stillstand zu halten, sind mindestens zwei
der vorbekannten Fahrzeugbremsen vorgesehen, deren eine so betätigt wird,
dass sie für
Vorwärtsfahrt
wirksam ist, und deren andere so betätigt wird, dass sie für Rückwärtsfahrt
wirksam ist. Die eine Fahrzeugbremse hält das Fahrzeug gegen Vorwärtsrollen
bei Gefälle,
die andere Fahrzeugbremse hält
das Fahrzeug gegen Rückwärtsrollen
bei Steigung.
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Erläuterung
und Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße elektromechanische Fahrzeugbremse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist zwei Selbstverstärkungseinrichtungen
auf, deren eine bei einer Drehrichtung des Bremskörpers und
deren andere bei der entgegengesetzten Drehrichtung des Bremskörpers selbstverstärkend wirkt. Jede
Selbstverstärkungseinrichtung
weist einen Reibbremsbelag auf, die zum Bremsen beide von der Betätigungseinrichtung
gegen den Bremskörper
gedrückt
werden. Die Erfindung hat den Vorteil, dass immer eine der beiden
Selbstverstärkungseinrichtungen
wirksam ist, wobei es von der Drehrichtung des Bremskörpers abhängt, welche
der beiden Selbstverstärkungseinrichtungen
selbstverstärkend
wirkt. Die Betätigung
erfolgt unabhängig
von der Drehrichtung des Bremskörpers
immer mit derselben Bewegungsrichtung der Betätigungseinrichtung. Die Drehrichtung
des Bremskörpers
muss nicht bekannt sein, um die Fahrzeugbremse so zu betätigen, dass
die Selbstverstärkungseinrichtung
wirksam ist. Auch sind nicht zwei Fahrzeugbremsen erforderlich,
die zum Feststellen entgegen gerichtet betätigt werden, um ein stehendes
Fahrzeug gegen Wegrollen in Vorwärts-
und in Rückwärtsrichtung
zu sichern. Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremse
hält ein
Fahrzeug gegen Wegrollen in beiden Richtungen. Selbst wenn eine
der beiden Selbstverstärkungseinrichtungen selbstschwächend wirkt,
wirkt sie immer noch günstiger
als eine elektromechanische Fahrzeugbremse ohne Selbstverstärkungseinrichtung.
Damit ist gemeint, dass eine durch eine bestimmte Betätigungskraft
bewirkte Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen den Bremskörper wegen
der aufgrund des Keilprinzips bewirkten Kraftübersetzung immer noch größer ist,
als wenn der Reibbremsbelag mit derselben, normal zum Bremskörper wirkenden
Betätigungskraft
gegen den Bremskörper
gedrückt
wird. Hinzu kommt bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse die Bremskraft
des Reibbremsbelags, der von der selbstverstärkend wirkenden Selbstverstärkungseinrichtung
gegen den Bremskörper
gedrückt
wird.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Gemäß Anspruch
2 verschiebt die Betätigungseinrichtung
die beiden Reibbremsbeläge
in entgegengesetzten Umfangsrichtungen zum Bremskörper. Im
Rahmen der Erfindung können
auch zwei Betätigungseinrichtungen
vorgesehen sein, von denen eine den einen Reibbremsbelag in der
einen Umfangsrichtung und von denen die andere den anderen Reibbremsbelag
in der anderen Umfangsrichtung zum Bremskörper verschiebt. Dabei soll
unter Verschiebung in Umfangsrichtung im Sinne der Erfindung eine
Bewegung auf einer gedachten Kreisbahn mit Mittelpunkt auf einer
Drehachse des Bremskörpers
verstanden werden. Eine davon abweichende Verschieberichtung, beispielsweise
eine Verschiebung auf einer gekrümmten,
von der Kreisform abweichenden Bahn oder auch auf einer gedachten
Geraden in Sekantenrichtung zum Bremskörper oder ein Auseinanderfallen
des Mittelpunkts der Verschiebebewegung und der Drehachse des Bremskörpers sind
möglich.
In jedem Fall muss gewährleistet
sein, dass die vom drehenden Bremskörper auf den beim Bremsen gegen
ihn gedrückten
Reibbremsbelag ausgeübte
Reibungskraft von der Selbstverstärkungseinrichtung in eine Andruckkraft
gewandelt wird.
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Zur
Ausbildung als Feststellbremse sieht Anspruch 3 vor, dass die Selbstverstärkungseinrichtungen
selbsthemmend sind. Das heißt,
die Selbstverstärkung
ist so hoch, dass die betätigte
Fahrzeugbremse den Bremskörper
blockiert. In betätigtem
Zustand hält
die Fahrzeugbremse ein stehendes Fahrzeug auch bei unbestromter
Betätigungseinrichtung. Die
Betätigungseinrichtung
ist nur zum Anlegen der Reibbremsbeläge an den Bremskörper notwendig.
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Gemäß Anspruch
5 weist die Fahrzeugbremse eine Elastizität auf, die beim Betätigen der
Fahrzeugbremse gespannt wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung
stellt sicher, dass die betätigte
Fahrzeugbremsanlage betätigt
bleibt, beispielsweise auch dann, wenn sie abkühlt und sich dabei (begrenzt)
entspannt. Als Elastizität
können
ein oder mehrere Federelemente vorgesehen sein. Es kann auch eine Elastizität der Fahrzeugbremse,
beispielsweise eine elastische Aufweitung eines Bremssattels beim
Betätigen
der Fahrzeugbremse die Elastizität
bilden.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße elektromechanische Fahrzeugbremse 1 ist
als Scheibenbremse ausgeführt.
Sie weist einen Bremssattel 2 auf, in dem beiderseits einer Bremsscheibe 3 Reibbremsbeläge 4, 5, 6 angeordnet
sind. Einer der Reibbremsbeläge 4 ist
fest im Bremssattel 2 auf einer Seite der Bremsscheibe 3 angeordnet.
Dieser Reibbremsbelag 4 wird nachfolgend auch als feststehender
Reibbremsbelag 4 bezeichnet werden. Die beiden anderen
Reibbremsbeläge 5, 6 sind
auf einer gegenüber
liegenden Seite der Bremsscheibe 3 im Bremssattel 2 angeordnet, diese
beiden Reibbremsbeläge 5, 6 sind
in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 verschiebbar.
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Die
beiden beweglichen Reibbremsbeläge 5, 6 weisen
auf ihren der Bremsscheibe 3 abgewandten Rückseiten
Keile 7, 8 auf, die in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 einander
entgegen gerichtet geneigt sind. Im dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Keilwinkel α beider Keile 7, 8 gleich
groß,
das ist allerdings nicht zwingend. Über reibungsmindernde Rollen 9 stützen sich
die Keile 7, 8 an Widerlagerflächen 10, 11 ab,
die auf einer der Bremsscheibe 3 zugewandten Innenseite
des Bremssattels 2 ausgebildet sind. Die Widerlagerflächen 10, 11 verlaufen
im Keilwinkel α schräg zur Bremsscheibe 3.
Die beweglichen Reibbremsbeläge 5, 6 sind mit
ihren Keilen 7, 8 entlang der Widerlagerflächen 10, 11,
d. h. mit dem Keilwinkel α zur Bremsscheibe 3 verschiebbar.
Genau genommen handelt es sich um eine schraubenlinienförmige Bewegung
um eine gedachte Drehachse der Bremsscheibe 3 mit dem Keilwinkel α als Steigung.
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Zum
Verschieben der beiden Reibbremsbeläge 5, 6 weist
die Fahrzeugbremse 1 eine elektromechanische Betätigungseinrichtung 12 auf.
Diese umfasst zwei Zahnstangen 13, 14, die parallel
zu den Widerlagerflächen 10, 11 von
den Keilen 7, 8 abstehen. Die Zahnstangen 13, 14 kämmen mit
einem Zahnrad 15, das mit einem symbolisch dargestellten Elektromotor 16,
vorzugsweise über
ein zwischengeschaltetes, nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe drehend
antreibbar ist. Die beiden Zahnstangen 13, 14 kämmen an
einander abgewandten, auf Grund ihrer Schrägstellung nicht genau gegenüber liegenden Stellen
mit dem Zahnrad 15. Durch drehenden Antrieb des Zahnrads 15 werden
die Keile 7, 8 mit den Reibbremsbelägen 5, 6 in
entgegengesetzten Umfangsrichtungen zur Bremsscheibe 3 verschoben. Die
Verschiebung erfolgt wie bereits gesagt entlang der Widerlagerflächen 10, 11.
Der Elektromotor 16, das Zahnrad 15, das ggf.
zwischengeschaltete Untersetzungsgetriebe und die mit dem Zahnrad 15 kämmenden
Zahnstangen 13, 14 bilden die elektromechanische
Betätigungseinrichtung 12 der
Fahrzeugbremse 1. Die Betätigungseinrichtung 12 ist selbsthemmend,
beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe als
Untersetzungsgetriebe.
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Zur
Betätigung
der Fahrzeugbremse 1 wird der Elektromotor 16 bestromt,
er treibt das Zahnrad 15 drehend an, das über die
Zahnstangen 13, 14 die Keile 7, 8 mit
den Reibbremsbelägen 5, 6 entlang
der Widerlagerflächen 10, 11 verschiebt.
Die Verschiebung erfolgt schräg
unter dem Keilwinkel α auf
die Bremsscheibe 3 zu, so dass die Reibbremsbeläge 5, 6 in
Anlage an die Bremsscheibe 3 gelangen und gegen diese gedrückt werden.
Durch das Drücken
der Reibbremsbeläge 5, 6 gegen
die Bremsscheibe 3 wird der als Schwimmsattel ausgeführte Bremssattel 2 quer
zur Bremsscheibe 3 verschoben und drückt den feststehenden Reibbremsbelag 4 gegen
die gegenüberliegende
Seite der Bremsscheibe 3, die gebremst wird.
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Zum
Lösen der
Fahrzeugbremse 1 wird der Elektromotor 16 mit
umgekehrter Drehrichtung bestromt und verschiebt die Reibbremsbeläge 5, 6 entlang
der Widerlagerflächen 10, 11 im
Keilwinkel α schräg weg von
der Bremsscheibe 3.
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Die
drehende Bremsscheibe 3 übt eine Reibungskraft auf die
Reibbremsbeläge 4, 5, 6 in
Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 aus, die abhängig von
ihrer Drehrichtung einen der beiden beweglichen Reibbremsbeläge 5, 6 in
Richtung eines enger werdenden Keilspalts zwischen der zugeordneten
Widerlagerfläche 10, 11 und
der Bremsscheibe 3 beaufschlagt. Bei umgekehrter Drehrichtung
der Bremsscheibe 3 wird der jeweils andere Reibbremsbelag 6, 5 in
Richtung des enger werdenden Keilspalts zwischen der ihm zugeordneten
Widerlagerfläche 11, 10 und
der Bremsscheibe 3 beaufschlagt. Die Widerlagerfläche 10, 11 stützt den
Reibbremsbelag 5, 6 über seinen Keil 7, 8 mit
einer Abstützkraft
ab, die senkrecht zur Widerlagerfläche 10, 11 gerichtet
ist. Die Abstützkraft
weist eine Komponente senkrecht zur Bremsscheibe 3 auf,
die den Reibbremsbelag 5, 6 gegen die Bremsscheibe 3 drückt. Diese
Kraftkomponente ist eine Andruckkraft, die den Reibbremsbelag 5, 6 zusätzlich zu
einer von der Betätigungseinrichtung 12 aufgebrachten
Andruckkraft gegen die Bremsscheibe 3 drückt und
somit die Bremskraft der Fahrzeugbremse 1 erhöht und eine
Selbstverstärkung
bewirkt. Die beiden Keile 7, 8 mit den zugeordneten
Widerlagerflächen 10, 11,
an denen sie sich über
die reibungsmindernden Rollen 9 abstützen, bilden somit zwei Selbstverstärkungseinrichtungen 7, 10; 8,11,
von denen bei einer Drehrichtung der Bremsscheibe 3 die
eine Selbstverstärkungseinrichtung 7, 10 und
bei entgegen gesetzter Drehrichtung der Bremsscheibe 3 die
andere Selbstverstärkungseinrichtung 8, 11 wirksam
ist.
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Bei
betätigter
Fahrzeugbremse 1 und drehender Bremsscheibe 3 sind
die aufgrund der Reibung mit der Bremsscheibe 3 von den
beiden Reibbremsbelägen 5, 6 parallel
zu den Widerlagerflächen 10, 11 ausgeübten Kräfte einander
entgegengerichtet. Der Unterschied der beiden Kräfte ist geringer, je spitzer/kleiner
die Keilwinkel α sind.
Die Keilwinkel α sollten
möglichst
klein sein, um die von der Betätigungseinrichtung 12 aufzubringende
Kraft niedrig zu halten. Nach unten werden die Keilwinkel α in der Praxis
durch den sich verlängernden
Verschiebeweg der Reibbremsbeläge 5, 6,
begrenzt, der bei einem gegen Null gehenden Keilwinkel α gegen unendlich geht.
Da die in Betätigungs-
oder Zuspannrichtung wirkende Kraft des Reibbremsbelags 5, 6,
dessen Selbstverstärkungseinrichtung 7, 10; 8, 11 selbstverstärkend wirkt,
betragsmäßig kleiner
als die in Löserichtung
wirkende Kraft des anderen Reibbremsbelags 6, 5 ist,
muss die Betätigungseinrichtung 12 selbsthemmend
sein, wenn eine aufgebrachte Bremskraft bei stromloser Betätigungseinrichtung 12 aufrecht
erhalten bleiben soll.
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Zur
Ausbildung als Feststellbremse sind die beiden Selbstverstärkungseinrichtungen 7, 10; 8, 11 selbsthemmend
ausgebildet. Dazu sind die Keilwinkel α so spitz, dass die Selbstverstärkung so
hoch ist, dass der Reibbremsbelag 5, 6 der jeweils
wirksamen Selbstverstärkungseinrichtung 7, 10; 8, 11 die Bremsscheibe 3 blockiert.
Zur Betätigung
wird der Elektromotor 16 nur so lange bestromt, bis die
Reibbremsbeläge 4, 5, 6 an
der Bremsscheibe 3 anliegen und vorzugsweise mit niedriger
Kraft gegen die Bremsscheibe 3 drücken. Die Bestromung des Elektromotors 16 kann
dann ausgeschaltet werden. Ein Drehmoment auf die Bremsscheibe 3 erhöht in oben beschriebener
Weise die Andruckkraft und die Bremskraft des beweglichen Reibbremsbelags 5, 6, dessen
Selbstverstärkungseinrichtung 7, 10; 8, 11 wirksam
ist, und blockiert die Bremsscheibe 3. Je größer das
auf die Bremsscheibe 3 wirkende Moment ist, desto größer ist
auch die von der Selbstverstärkungseinrichtung 7, 10; 8, 11 bewirkte
Andruck- und Bremskraft, wodurch die Bremsscheibe 3 blockiert bleibt.
Vorzugsweise jedoch nicht zwingend ist die Fahrzeugbremse 1,
wenn sie als Feststellbremse mit selbsthemmenden Selbstverstärkungseinrichtungen 7, 10; 8, 11 ausgeführt ist,
ausschließlich
als Feststellbremse und separat von einer Betriebsbremse vorgesehen.
Dabei kann die Betriebsbremse völlig separat
oder beispielsweise auch als hydraulische Bremse in den Bremssattel 2 integriert
sein (nicht dargestellt).
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Die
Fahrzeugbremse 1 weist eine Elastizität auf, die beim Betätigen der
Fahrzeugbremse 1 gespannt wird. Die Elastizität kann beispielsweise
eine elastische Aufweitung des Bremssattels 2 sein und ist
in der Zeichnung mit den Federsymbolen 17 dargestellt.
Es können
auch gezielt Federelemente vorgesehen werden, beispielsweise eine
Druckfeder in wenigstens einer der beiden Zahnstangen 13, 14 oder
eine Torsionsfeder zwischen dem Zahnrad 15 und seinem Drehantrieb
(nicht dargestellt). Die Elastizität 17 bewirkt, dass
die Fahrzeugbremse 1 auch dann betätigt bleibt, wenn sie sich
beispielsweise in Folge einer Abkühlung entspannt. Es verringert
sich durch eine solche Entspannung zwar die Andruckkraft der Reibbremsbeläge 4, 5, 6 gegen
die Bremsscheibe 3. Trotzdem blockieren die Selbstverstärkungseinrichtungen 7, 10; 8, 11 die
Bremsscheibe 3, so lange sich die Fahrzeugbremse 1 nicht
völlig
löst, sondern
die Reibbremsbeläge 4, 5, 6 mit
einer durch die Entspannung verringerten Andruckkraft an der Bremsscheibe 3 anliegen.