DE102006010483B4

DE102006010483B4 - Scheibenbremse für ein Fahrzeug mit integrierter Feststellbremse

Info

Publication number: DE102006010483B4
Application number: DE102006010483.8A
Authority: DE
Inventors: Cedric Leboisne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: FR2898394A1; JP2007239998A; DE102006010483A1

Abstract

Scheibenbremse für ein Fahrzeug, umfassend eine Bremsscheibe (2), wenigstens einen Bremsbelag (3a, 3b), einen fluidbetätigbaren Kolben (4), eine mit dem Kolben (4) in Verbindung stehende Fluidkammer (5), um für eine Bremswirkung den Bremsbelag (3a, 3b) gegen die Bremsscheibe (2) zu drücken, und eine Feststellbremseinrichtung (6), wobei die Feststellbremseinrichtung (6) einen Antrieb (10) und einen Zahnstangentrieb (7) mit einer Zahnstange (8) und einem Zahnrad (9) umfasst, und wobei die Zahnstange (8) mit dem Kolben (4) in Verbindung steht, um den Kolben (4) in Axialrichtung (X-X) des Kolbens zu bewegen, wobei der Kolben (4) topfförmig ausgebildet ist und die Feststellbremseinrichtung (6) ein Betätigungselement (17) umfasst, welches im Inneren des topfförmigen Kolbens (4) angeordnet ist, wobei die Zahnstange (8) des Zahnstangentriebs (7) am Betätigungselement (17) ausgebildet ist, wobei der Antrieb (10) ein Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (10a) des Elektromotors parallel zur Bewegungsachse (X-X) des Kolbens (4) angeordnet ist oder senkrecht zur Bewegungsachse (X-X) des Kolbens (4) angeordnet ist oder orthogonal zur Drehachse (Y) des Zahnstangentriebs (7) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug mit einer in die integrierten Feststellbremse.
Scheibenbremsen für Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Dabei ist es bekannt, die Scheibenbremse auch als Feststellbremse (Parkbremse) für ein Fahrzeug zu benutzen. Hierzu schlägt beispielsweise die DE 197 32 168 C1 eine hydraulische Fahrzeugbremse mit Feststelleinrichtung vor, welche einen Bremskolben der hydraulischen Betriebsbremse über eine Spindel-Mutter-Anordnung betätigt, um die Feststellbremsfunktion zu ermöglichen. Weiter wurde vorgeschlagen, die Spindeleinrichtung als selbsthemmende Einheit auszubilden, um die Feststellbremsposition der Bremse zu halten. Durch eine derartige selbsthemmende Spindeleinrichtung ergibt sich jedoch ein sehr geringer Wirkungsgrad einer Drehmomentübertragung, so dass ein Antrieb für die Feststellbremse, wie z.B. ein Elektromotor, sehr groß ausgelegt werden muss. Diese Überdimensionierung des Antriebs führt jedoch zu einem vergrößerten Platzbedarf, welcher im Bereich der Fahrzeugbremse jedoch nur bedingt vorhanden ist. Ein weiterer Nachteil der spindelbetriebenen Feststellbremsen ist, dass ihre Baulänge in Richtung der Längsachse der Spindel relativ groß ist, da die Steigung der Spindel relativ klein ist. Die DE 692 04 062 T2 zeigt eine Scheibenbremse mit betätigbarem integriertem Parkmechanismus, bei dem in Reihe eine Spindel und eine Zahnstangen-Zahnradanordnung vorgesehen ist. Weiterhin ist aus der DE 14 75 400 A eine hydraulische Bremse bekannt, welche für einen Wechsel der Bremsbeläge eine manuelle Betätigbarkeit über eine Zahnstangen-Ritzel-Kombination ermöglicht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Scheibenbremse für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist und nur einen minimalen Bauraum benötigt. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Scheibenbremse die Verkleinerung eines Antriebs für eine Feststellbremse und auch die Möglichkeit, den Antrieb in unterschiedlichsten Positionen anzuordnen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Feststellbremseinrichtung einen Zahnstangentrieb mit einer Zahnstange und einem Zahnrad umfasst. Ein Antrieb treibt das Zahnrad an, wodurch die Zahnstange linear bewegt wird. Die Zahnstange befindet sich mit dem Kolben der Scheibenbremse in Verbindung, so dass durch die Bewegung der Zahnstange der Kolben mitbewegt wird, wodurch die Bremswirkung der Scheibenbremse aktiviert und deaktiviert werden kann. Durch die Verwendung des Zahnstangentriebs kann ein Reibungsverlust während der Betätigung der Feststellbremse signifikant reduziert werden. Beispielsweise beträgt ein Wirkungsgrad bei einem Spindeltrieb ca. 30%, wohingegen ein Wirkungsgrad bei Verwendung einer Zahnstange ca. 80% beträgt. Somit ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch möglich, den Antrieb für die Feststellbremseinrichtung deutlich kleiner auszulegen. Der Antrieb ist vorzugsweise ein Elektromotor, so dass es ferner möglich ist, auch aufgrund der geringeren Leistungsaufnahme des Elektromotors eine vereinfachte Steuerung der Feststellbremse zu ermöglichen. Durch die geringe Leistungsaufnahme des Elektromotors kann ferner auch die Auslegung von Leitungen, einer Zentraleinheit, Verbindungssteckern usw. kostengünstiger bereitgestellt werden. Auch kann durch den kleineren Antrieb eine verbesserte Überwachungsgenauigkeit des Betriebs der Feststellbremse bereitgestellt werden, da ein verbessertes Verhältnis zwischen dem Motorstrom und der Bremshaltekraft gegeben ist. Weiterhin ist der Kolben im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und die Feststellbremseinrichtung umfasst ein Betätigungselement, welches im Inneren des topfförmigen Kolbens angeordnet ist. Die Zahnstange ist dabei am Betätigungselement ausgebildet. Hierbei kann eine separate Zahnstange am Befestigungselement befestigt sein oder die Zähne der Zahnstange sind einstückig im Betätigungselement vorgesehen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist zwischen dem Antrieb und dem Zahnstangentrieb ein weiteres Getriebe angeordnet. Dadurch kann eine Steuerung der Feststellbremseinrichtung weiter verbessert werden und eine Drehzahländerung des Antriebs einfach erfolgen.
Das Getriebe zwischen dem Antrieb und dem Zahnstangentrieb ist vorzugsweise ein Schneckengetriebe oder ein Planetengetriebe oder ein Stirnzahnrad-Getriebe. Dabei ist das Schneckengetriebe besonders bevorzugt, da dieses einen minimalen Bauraum benötigt. Ferner kann bei Verwendung eines Schneckengetriebes ein höherer Freiheitsgrad bei der Auslegung der Feststellbremse erhalten werden, da der Antrieb und somit eine Schnecke tangential zu einem Schneckenzahnrad angeordnet werden kann.
Um eine Feststellbremsposition bzw. eine Nichteingriffsposition der Feststelleinrichtung zu sichern, ist das Getriebe, welches zwischen dem Antrieb und dem Zahnstangentrieb angeordnet ist, vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet. Hierbei sei angemerkt, dass durch ein selbsthemmendes Getriebe zwar der Wirkungsgrad etwas verschlechtert wird, jedoch nicht in dem Umfang wie bei einer selbsthemmenden Spindeleinrichtung. Dadurch kann insbesondere auch die Teilezahl reduziert werden, so dass ein besonders platzsparender und kompakter Aufbau gegeben ist.
Alternativ umfasst die Feststellbremseinrichtung eine separate Verriegelungseinrichtung, um eine Position der Feststellbremse, d.h. eine Eingriffsposition oder eine Nichteingriffsposition mechanisch zu verriegeln.
Die Verriegelungsvorrichtung der Feststellbremseinrichtung ist vorzugsweise ein Freilauf. Besonders bevorzugt ist der Freilauf dabei auf einer Abtriebswelle des Elektromotors vor dem Getriebe angeordnet.
Weiter bevorzugt ist der Antrieb ein Elektromotor und eine Abtriebswelle des Elektromotors ist parallel zu einer Achse des Kolbens der Scheibenbremse angeordnet. Alternativ ist die Abtriebswelle des Elektromotors senkrecht zu einer Achse des Kolbens angeordnet. Hierdurch kann insbesondere ein senkrecht zur Bremsscheibe notwendiger Bauraum reduziert werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zahnstange einstückig am Kolben gebildet. Dadurch kann die Teilezahl und insbesondere auch das Gewicht der Scheibenbremse weiter reduziert werden.
Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittansicht einer Scheibenbremse gemäß einer Feststellbremseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
2 eine schematische Schnittansicht einer Scheibenbremse mit einer Scheibenbremse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Scheibenbremse 1 für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in I gezeigt, umfasst die Schreibenbremse 1 für ein Fahrzeug eine Bremsscheibe 2, an welche seitlich zwei Bremsbeläge 3a, 3b anlegbar sind. Ferner umfasst die Scheibenbremse 1 einen Bremssattel 16 sowie einen Kolben 4. Der Kolben 4 ist in einem Bremsgehäuse 15 angeordnet und steht mit einer Fluidkammer 5 in Verbindung. Zur Abdichtung der Fluidkammer sind mehrere nicht weiter bezeichnete Dichtungen vorgesehen.
Die Scheibenbremse 1 umfasst ferner eine Feststellbremseinrichtung 6, welche in die Scheibenbremse unmittelbar am Bremsgehäuse 15 integriert ist. Die Feststellbremseinrichtung 6 umfasst einen Zahnstangentrieb 7 mit einer Zahnstange 8 und ein Zahnrad (Ritzel) 9, welches in die Zahnstange eingreift. Die Feststellbremseinrichtung 6 umfasst ferner einen Antrieb 10, welcher als Elektromotor ausgebildet ist. Eine Abtriebswelle 10a des Antriebs 10 ist senkrecht zu einer Längsachse X-X des Kolbens 4 angeordnet. Zwischen dem Antrieb 10 und dem Zahnstangentrieb 7 ist weiter ein Getriebe 11 angeordnet. Das Getriebe 11 dient zur Drehzahländerung der Drehzahl der Antriebswelle 10a. Das Getriebe 11 umfasst eine Schnecke 12, welche auf der Abtriebswelle 10 angeordnet ist, sowie ein Schneckenzahnrad 13. Das Schneckenzahnrad 13 liegt mit dem Zahnrad 9 des Zahnstangentriebs 7 auf einer gemeinsamen Welle Y. Der Antrieb 10 ist in einem Motorgehäuse 14 angeordnet, welches unmittelbar an dem Bremsgehäuse 15 angeordnet ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Zahnstange 8 des Zahnstangentriebs 7 integral mit einem Betätigungselement 17 gebildet. Das Betätigungselement 17 weist im Schnitt eine T-Form auf und ist teilweise im Inneren des topfförmig ausgebildeten Kolbens 4 angeordnet. Dabei befindet sich das Betätigungselement 17 mit dem Kolbenboden 4a des Kolbens 4 in Kontakt. Das Betätigungselement 17 ist an einem ersten Lager 15a und einem zweiten Lager 15b gelagert. Die beiden Lager 15a, 15b sind dabei an einem rohrförmigen Fortsatz 15c des Bremsgehäuses 15 angeordnet.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist die Abtriebswelle 10a des Antriebs 10 senkrecht zur Betätigungsrichtung X-X des Kolbens 4 angeordnet. Dies wird durch die Verwendung des Schneckengetriebes zwischen dem Antrieb 10 und dem Zahnstangentrieb 7 möglich. Dadurch wird der notwendige Bauraum in Richtung der Achse X-X reduziert.
Nachfolgend wir die Funktion der erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit integrierter Feststellbremseinrichtung 6 beschrieben. Im normalen Betrieb wird die Scheibenbremse 1 des Fahrzeugs als Betriebsbremse genutzt. Hierbei wird für eine Betriebsbremsvorgang ein Hydraulikfluid in die Fluidkammer 5 unter Druck zugeführt, so dass sich der Kolben 4 in Richtung des Pfeils A bewegt. Der Bremssattel 16 bewegt sich dabei in entgegengesetzter Richtung, so dass die beiden Bremsbeläge 3a, 3b gegen die Bremsscheibe 2 gedrückt werden und eine Betriebsbremsung des Fahrzeugs erreicht wird. Nachdem ein Fahrer des Fahrzeugs die Betriebsbremsung beendet hat, werden der Kolben 4 und der Bremssattel 16 durch nicht dargestellte Rückstellelemente wieder in ihre Ausgangsposition zurückgestellt.
Wenn nun eine Feststellbremse des Fahrzeugs aktiviert werden soll, gibt ein Fahrer über einen Schalter oder Knopf im Inneren des Fahrzeugs einen entsprechenden Feststellbremswunsch an eine nicht gezeigte Steuerung weiter. Die Steuerung aktiviert den Antrieb 10, so dass ein Drehmoment des Antriebs 10 über die Schnecke 12, das Schneckenzahnrad 13, das Zahnrad 9 auf die Zahnstange 8 übertragen. Hierdurch führt die Zahnstange 8 eine lineare Bewegung in Richtung der Achse X-X des Kolbens 4 aus, so dass das Betätigungselement 17 gegen den Kolbenboden 4a des Kolbens 4 drückt. Dadurch wird der Kolben 4 in Richtung der Bremsscheibe 2 bewegt. Dadurch werden die Bremsbeläge 3a, 3b an die Bremsscheibe 2 angelegt und die Feststellbremse des Fahrzeugs ist aktiviert. Hierbei ist das Gewinde zwischen der Schnecke 12 und dem Schneckenzahnrad 13 selbsthemmend ausgebildet, so dass eine automatische Verriegelung jeder Position der Feststellbremse erreicht wird. Hierbei sei angemerkt, dass durch die Verwendung des selbsthemmenden Schneckengetriebes nur eine geringe Reduzierung des Wirkungsgrades im Vergleich mit einer Reduzierung des Wirkungsgrads bei einem selbsthemmenden Spindeltrieb, bedeutet.
Für das Lösen der Feststellbremse wird der Antrieb 10 lediglich in der entgegengesetzten Richtung betrieben, so dass das Antriebsdrehmoment wieder über das Getriebe 11 und den Zahnstangentrieb 7 auf das Betätigungselement 17 übertragen wird.
Das Betätigungselement 17 ist mittels eines Sprengrings 18 an der Innenseite des Kolbens 4 befestigt. Da der Wirkungsgrad der Feststellbremse trotz der Verwendung des selbsthemmenden Schneckengetriebes sehr gut ist, kann der Elektromotor 10 sehr kleinbauend sein. Dadurch wird der notwendige Platzbedarf für die Feststellbremse reduziert. Dadurch kann die Feststellbremse einfach in die Scheibenbremse integriert werden. Ferner ist erfindungsgemäß nur eine geringe Teilezahl notwendig, da die Feststellbremse ebenfalls den Kolben 4 sowie die Bremsbeläge 3a, 3b der Betriebsbremse verwendet. Durch die Ausbildung des Kolbens 4 als topfförmiger Kolben kann die Feststellbremseinrichtung 6 auch teilweise im Inneren des Kolbens angeordnet werden, wobei sich insbesondere die axiale Erstreckung der Feststellbremseinrichtung weiter reduziert. Da erfindungsgemäß weiter ein sehr kleiner Elektromotor als Antrieb verwendet werden kann, ist auch der Stromverbrauch für die Feststellbremseinrichtung 6 kleiner und Leitungen usw. für den Elektromotor können kleiner ausgelegt werden. Dies führt somit zu einer Stromersparnis als auch einer Reduzierung der Kosten für die Feststellbremseinrichtung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2 eine Scheibenbremse 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist bei der Feststellbremseinrichtung 6 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Getriebe 11 zwischen dem Antrieb 10 und dem Zahnstangentrieb nicht selbsthemmend ausgebildet. Um eine Verriegelung einer Position der Feststellbremse zu ermöglichen, ist beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Verriegelungselement 20 vorgesehen. Das Verriegelungselement 20 ist ein Freilauf, welcher zwischen dem Antrieb 10 und dem Getriebe 11 angeordnet ist. Der Freilauf ermöglicht eine mechanische Verriegelung der Feststellbremseinrichtung 6 in jeder beliebigen Position, insbesondere in der Feststellposition und in der freigegebenen Position.
Es sei angemerkt, dass die Verriegelungseinrichtung auch an anderen Positionen im Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Antrieb 10 und dem Zahnstangentrieb 7 angeordnet sein kann. Beispielsweise könnte ein Freilauf auch auf der Achse Y für das Zahnrad 9 angeordnet sein oder es könnte eine linear betätigbare Sperreinrichtung an einem der Getriebezahnräder oder an der Zahnstange vorgesehen sein.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Scheibenbremse für ein Fahrzeug, umfassend eine Bremsscheibe (2), wenigstens einen Bremsbelag (3a, 3b), einen fluidbetätigbaren Kolben (4), eine mit dem Kolben (4) in Verbindung stehende Fluidkammer (5), um für eine Bremswirkung den Bremsbelag (3a, 3b) gegen die Bremsscheibe (2) zu drücken, und eine Feststellbremseinrichtung (6), wobei die Feststellbremseinrichtung (6) einen Antrieb (10) und einen Zahnstangentrieb (7) mit einer Zahnstange (8) und einem Zahnrad (9) umfasst, und wobei die Zahnstange (8) mit dem Kolben (4) in Verbindung steht, um den Kolben (4) in Axialrichtung (X-X) des Kolbens zu bewegen, wobei der Kolben (4) topfförmig ausgebildet ist und die Feststellbremseinrichtung (6) ein Betätigungselement (17) umfasst, welches im Inneren des topfförmigen Kolbens (4) angeordnet ist, wobei die Zahnstange (8) des Zahnstangentriebs (7) am Betätigungselement (17) ausgebildet ist, wobei der Antrieb (10) ein Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (10a) des Elektromotors parallel zur Bewegungsachse (X-X) des Kolbens (4) angeordnet ist oder senkrecht zur Bewegungsachse (X-X) des Kolbens (4) angeordnet ist oder orthogonal zur Drehachse (Y) des Zahnstangentriebs (7) angeordnet ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antrieb (10) und dem Zahnstangentrieb (7) ein Getriebe (11) angeordnet ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (11) ein Schneckengetriebe oder ein Planetengetriebe oder ein Stirnzahnrad-Getriebe ist.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem Antrieb (10) und dem Zahnstangentrieb (7) angeordnete Getriebe (11) selbsthemmend ausgebildet ist.
Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellbremseinrichtung (6) eine Verriegelungsvorrichtung (20) umfasst, um eine Position der Feststellbremseinrichtung (6) mechanisch zu verriegeln.
Scheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (20) ein Freilauf ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf an der Abtriebswelle (10a) des Antriebs (10) angeordnet ist.
Feststellbremseinrichtung (6) für eine Scheibenbremse für ein Fahrzeug, wobei die Scheibenbremse umfasst eine Bremsscheibe (2), wenigstens einen Bremsbelag (3a, 3b), einen fluidbetätigbaren Kolben (4), eine mit dem Kolben (4) in Verbindung stehende Fluidkammer (5), um für eine Bremswirkung den Bremsbelag (3a, 3b) gegen die Bremsscheibe (2) zu drücken und wobei die Feststellbremseinrichtung (6) einen Antrieb (10) und einen Zahnstangentrieb (7) mit einer Zahnstange (8) und einem Zahnrad (9) umfasst, und wobei die Zahnstange (8) mit dem Kolben (4) in Verbindung steht, um den Kolben (4) in Axialrichtung (X-X) des Kolbens zu bewegen, wobei der Kolben (4) topfförmig ausgebildet ist und die Feststellbremseinrichtung (6) ein Betätigungselement (17) umfasst, welches im Inneren des topfförmigen Kolbens (4) angeordnet ist, wobei die Zahnstange (8) des Zahnstangentriebs (7) am Betätigungselement (17) ausgebildet ist, wobei der Antrieb (10) ein Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (10a) des Elektromotors parallel zur Bewegungsachse (X-X) des Kolbens (4) angeordnet ist oder senkrecht zur Bewegungsachse (X-X) des Kolbens (4) angeordnet ist oder orthogonal zur Drehachse (Y) des Zahnstangentriebs (7) angeordnet ist.