DE102006026223B4

DE102006026223B4 - Vorrichtung zur Bestimmung einer Bremskraft einer Fahrzeugbremse und Fahrzeugbremse

Info

Publication number: DE102006026223B4
Application number: DE200610026223
Authority: DE
Inventors: Dr. Ante Johannes; Stephan Heinrich; Andreas Ott
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: DE102006026223A1

Abstract

Vorrichtung (28) zur Bestimmung einer Bremskraft einer Fahrzeugbremse (10), wobei die Fahrzeugbremse (10) aufweist – ein Bremselement (12), – einen das Bremselement (12) überspannenden Bremssattel (22), – einen Aktuator (14), und – ein Anpresselement (18), das so zwischen dem Bremselement (12) und dem Bremssattel (22) angeordnet und mit dem Aktuator (14) gekoppelt ist, dass es mittels des Aktuators (14) unter Ausbildung der Bremskraft an das Bremselement (12) und den Bremssattel (22) anpressbar ist, wobei die Vorrichtung (28) zur Bestimmung der Bremskraft aufweist ein Bügelelement (30), das bestimmungsgemäß auf einer von dem Bremselement (12) abgewandten Seite des Bremssattels (22) anordenbar ist, mit einem ersten Endabschnitt (32), der bestimmungsgemäß mit dem Bremssattel (22) koppelbar ist, und einem zweiten, freien Endabschnitt (34), und einen Kraftsensor (38), der bestimmungsgemäß im Bereich des zweiten Endabschnitts (34) des Bügelelements (30) spielfrei in einem zwischen dem Bremssattel (22) und dem...

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Bremskraft einer Fahrzeugbremse und gemäß Anspruch 2 eine Fahrzeugbremse.
Unter Fahrzeug soll im Folgenden jede Art von beweglicher Vorrichtung verstanden werden.
Aus der DE 101 51 950 A1 ist eine elektromechanische Fahrzeugbremse bekannt, mit einer drehbaren Bremsscheibe, einem Bremssattel, einem elektrischen Aktuator zur Erzeugung einer Betätigungskraft, und einer Keilanordnung mit einem Reibbelag, die so zwischen der Bremsscheibe und dem Bremssattel angeordnet und mit dem elektrischen Aktuator gekoppelt ist, dass sie mittels des elektrischen Aktuators unter Ausbildung einer Bremskraft an die Bremsscheibe anpressbar ist.
In der DE 103 07 978 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Kraft, insbesondere einer von einem Aktuator auf Bremsklötze einer Fahrzeugbremse ausgeübten Kraft, offenbart.
Unter „Bremskraft” ist vorliegend die von einem Bremsbelag auf ein Bremselement, das vorzugsweise die Bremsscheibe ist, einwirkende Kraft zu verstehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Bremskraft einer Fahrzeugbremse zu schaffen, bei der die Messung der aktuellen Bremskraft einfach und genau möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Bremskraft einer Fahrzeugbremse, wobei die Fahrzeugbremse aufweist ein Bremselement, einen das Bremselement überspannenden Bremssattel, einen Aktuator, und ein Anpresselement, das so zwischen dem Bremselement und dem Bremssattel angeordnet und mit dem Aktuator gekoppelt ist, dass es mittels des Aktuators unter Ausbildung der Bremskraft an das Bremselement und den Bremssattel anpressbar ist. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Bremskraft weist ein Bügelelement auf, das bestimmungsgemäß auf einer von dem Bremselement abgewandten Seite des Bremssattels anordenbar ist, mit einem ersten Endabschnitt, der bestimmungsgemäß mit dem Bremssattel koppelbar ist, und einem zweiten freien Endabschnitt. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Bremskraft weist weiter einen Kraftsensor auf, der bestimmungsgemäß im Bereich des zweiten Endabschnitts des Bügelelements spielfrei in einem zwischen dem Bremssattel und dem Bügelelement ausgebildeten Schlitz zwischen dem Bremssattel und dem Bügelelement anordenbar ist, und dessen Messsignal repräsentativ ist für die Bremskraft.
Dies hat den Vorteil, dass die Positionierung des Kraftsensors außerhalb des Hauptkraftflusses zwischen Bremssattel und Bremselement möglich ist und damit kein Bauraum im Bereich des Hauptkraftflusses benötigt wird. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung zur Bestimmung der Bremskraft ist, dass für die Bestimmung der Bremskraft eine Kraftuntersetzung angewandt wird, die den Einsatz eines kleinen, einfachen und damit preisgünstigen Kraftsensors ermöglicht. Durch den spielfreien Einbau des Kraftsensors in dem zwischen dem Bremssattel und dem Bügelelement ausgebildeten Schlitz kann ein sehr steifer Verbund aus Bremssattel und Bügelelement hergestellt werden, dessen Anfälligkeit gegen Vibrationen oder Resonanzschwingungen sehr gering sein kann.
Gemäß eines zweiten Aspekts umfasst die Erfindung eine Fahrzeugbremse mit der Vorrichtung zur Bestimmung der Bremskraft. Besonders bevorzugt ist, wenn das Bügelelement einstückig mit dem Bremssattel ausgebildet ist. Der Vorteil hierbei ist, dass das Bügelelement noch nachträglich im Bremssattel ausgebildet werden kann, ohne dass es zusätzliches Volumen benötigt. Die nachträgliche Ausbildung des Bügelelements im Bremssattel kann vorzugsweise durch ein Fräsen des Schlitzes in den Bremssattel erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugbremse mit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Bremskraft,
und 2 eine schematische Darstellung der in der Fahrzeugbremse auftretenden Größen.
Eine Fahrzeugbremse 10, die hier als Keilbremse ausgeführt ist, umfasst ein Bremselement 12. Dieses Bremselement 14 kann vorzugsweise als drehbare Bremsscheibe ausgeführt sein, es kann sich jedoch auch um ein lineares Bremselement, insbesondere um einen Seilzug, handeln. Die Fahrzeugbremse 10 kann, wie hier dargestellt, als Keilbremse ausgeführt sein, oder eine andere bekannte Ausführungsform aufweisen.
Das Bremselement 12 wird von einem Bremssattel 22 übergriffen. Der Bremssattel 22 hat eine wie hier dargestellt insgesamt U-förmige Gestalt mit einer das Bremselement 12 überspannenden Brücke 22a sowie sich rechtwinklig davon in gleicher Richtung erstreckenden Armen 22b und 22c, die im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit der Brücke 22a gekoppelt sind.
Ein elektrischer Aktuator 14 ist mit einem Übertrager 20, der beispielsweise als Spindeltrieb ausgeführt sein kann, gekoppelt. Der Übertrager 20 ist mit einem Anpresselement 18 gekoppelt, das einen Bremsbelag 16 und ein Keilelement 19 aufweist. Auf der dem Anpresselement 18 gegenüberliegenden Seite des Bremselements 12 ist ein weiterer Bremsbelag 17 angeordnet, der von einem Halteelement 24 getragen wird, das in einer Führung 26 gelagert und auf dem Bremssattel 22 angeordnet ist. Der Bremssattel 22 arbeitet nach dem Schwimmsattelprinzip, das heißt, der Bremssattel 22 ist an einem nicht dargestellten, fest mit dem Fahrzeug verbundenen Trägerelement senkrecht zu einer Richtung A, die die Bewegungsrichtung des Keilelements 19 ist, verschiebbar gelagert.
Die Fahrzeugbremse 10 umfasst ferner eine Vorrichtung 28 zur Bestimmung einer aktuellen Bremskraft. Auf einer von dem Bremselement 12 abgewandten Seite des Bremssattels 22 ist ein hier L-förmiges, armartiges Bügelelement 30 angeordnet, welches mit einem ersten Endabschnitt 32 mit der Brücke 22a des Bremssattels 22 gekoppelt ist und welches einen zweiten, freien Endabschnitt 34 aufweist, der sich in den Bereich des Arms 22b des Bremssattels 22 erstreckt. Zwischen dem ersten Endabschnitt 32 und dem zweiten, freien Endabschnitt 34 des Bügelelements 30 und dem angrenzenden Bremssattel 22 ist ein Schlitz 35 ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schlitz 35 in das Bremssattelmaterial eingeschnitten oder anderweitig eingebracht, so dass das Bügelelement 30 einstückig mit dem Bremssattel 22 ausgebildet ist. Der Schlitz 35 kann vorzugsweise mittels eines Lasers in das Bremssattelmaterial eingeschnitten werden oder durch eine Trennwand in einem Gusswerkzeug, welches zur Herstellung des Bremssattels 22 verwendet wird, in den Bremssattel 22 eingebracht werden.
Im Bereich des zweiten Endabschnitts 34 des Bügelelements 30 ist ein Kraftsensor 38 spielfrei in dem zwischen dem Arm 22b des Bremssattels 22 und dem Bügelelement 30 ausgebildeten Schlitz 35 angeordnet. Der Kraftsensor 38 bildet zusammen mit einer Anzeigeeinheit 40 ein Kraftmessgerät 36 aus.
Der Kraftsensor 34 kann vorzugsweise durch einen kraftschlüssigen verspannten Einbau oder durch eine stoffschlüssige Montage mittels Kleben, Löten oder Schweißen zwischen dem Bremssattel 22 und dem Bügelelement 30 angeordnet sein. Dadurch entsteht ein sehr steifer Verbund aus dem Bremssattel 22, dem Kraftsensor 38 und dem Bügelelement 30, wodurch eine geringe Anfälligkeit gegenüber Vibrationen oder Resonanzschwingungen erreichbar ist.
Die Ausbildung eines steifen Verbunds aus dem Bremssattel 22, dem Kraftsensor 38 und dem Bügelelement 30 wird zusätzlich dadurch verbessert, dass der Schlitz 35 so klein wie möglich, das heißt vorzugsweise in einer Größe von zwei bis drei Millimeter ausgebildet ist. Darüber hinaus ermöglicht eine kleine Ausbildung des Schlitzes 35 eine Reduzierung von Temperaturdifferenzen zwischen dem Bügelelement 30 und dem Bremssattel 22 und damit eine Reduzierung von Messfehlern aufgrund von thermischen Ausdehnungseffekten.
In 2 sind die für das Verständnis der Funktion der Vorrichtung 28 zur Bestimmung der Bremskraft auftretenden Größen dargestellt.
Dabei sind Positionen des Arms 22b des Bremssattels 22, des Kraftsensors 38 und des Bügelelements 30 bei einer auf das Bremselement 12 und damit den Arm 22b des Bremssattels 22 wirkenden Bremskraft F_BREAK mit gestrichelten Linien dargestellt, während die Ausgangspositionen des Arms 22b des Bremssattels 22, des Kraftsensors 38 und des Bügelelements 30 bei nicht bestehender Bremskraft (F_BREAK = 0) mit durchgezogenen Linien dargestellt sind. Die Unterschiede der Positionen des Arms 22b des Bremssattels 22, des Kraftsensors 38 und des Bügelelements 30 bei einer auf den Arm 22b des Bremssattels 22 wirkenden Bremskraft F_BREAK und bei nicht bestehender Bremskraft (F_BREAK = 0) bedingen eine Differenzstrecke S_DIF.
Der Bremssattel 22 hat eine Steifigkeit C_1 und das Bügelelement 30 eine Steifigkeit C_2. Auf den Kraftsensor 38 wirkt bei Einwirken der Bremskraft F_BREAK auf den Arm 22b des Bremssattels 22 eine Kraft F_SENS ein.
Im Folgenden soll die Funktion der Fahrzeugbremse 10 und der Vorrichtung 28 zur Bestimmung einer Bremskraft im Detail dargestellt werden:
Während eines Bremsvorgangs wird durch den Aktuator 14 über den Übertrager 20 eine Aktuatorkraft auf das Keilelement 19 ausgeübt, wobei das Keilelement 19 in Richtung A verschoben wird. Durch die Verschiebung des Keilelements 19 in Richtung A wird der Bremsbelag 16 an das Bremselement 12 angepresst. Da der Bremssattel 22 nach dem Schwimmsattelprinzip arbeitet, wird der auf der dem Bremsbelag 16 gegenüberliegenden Seite des Bremselements 12 angeordnete weitere Bremsbelag 17 ebenfalls an das Bremselement 12 gepresst. Das Bremselement 12 ist mit einem nicht dargestellten Antriebselement verbunden. Das Antriebselement kann beispielsweise ein Rad oder ein lineares Antriebselement wie ein Seilzug sein.
Die von dem einem Bremsbelag 16 auf das Bremselement 12 wirkende Bremskraft F_BREAK wird auf den Arm 22b des Bremssattels 22 übertragen, wodurch sich der Arm 22b des Bremssattels 22 um die Differenzstrecke S_DIF bewegt. Die Beziehung zwischen der Bremskraft F_BREAK und der Differenzstrecke S_DIF ergibt sich zu F_BREAK = C_TOT·S_DIF, wobei die Gesamtsteifigkeit C_TOT des Verbunds aus dem Bügelelement 30 und dem Bremssattel 22 die Summe der Steifigkeit C_1 des Bremssattels 22 und der Steifigkeit C_2 des Bügelelements 30 ist (C_TOT = C_1 + C_2). Da der Kraftsensor 38 bei den wirksamen Kräften nur unwesentlich zusammengedrückt wird, ist dessen Steifigkeit im Vergleich zu der Steifigkeit C_1 des Bremssattels 22 und der Steifigkeit C_2 des Bügelelements 30 zu vernachlässigen. Die auf den Kraftsensor 38 wirkende Kraft F_SENS ist F_SENS = C_2·S_DIF. Damit ergibt sich die auf den Kraftsensor 38 wirkende Kraft F_SENS = F_BREAK·(C_2/(C_1 + C_2)).
Ist das Bügelelements 30 wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel deutlich schwächer ausgebildet als der Arm 22b des Bremssattels 22 und bestehen beide aus demselben Material, so ist die Steifigkeit C_1 des Arms 22b des Bremssattels 22 signifikant größer als die Steifigkeit C_2 des Bügelelements 30. Damit wird die auf den Kraftsensor 38 einwirkende Kraft F_SENS entsprechend dem Verhältnis C_2/(C_1 + C_2) kleiner sein als die Bremskraft F_BREAK. Es findet also eine Kraftuntersetzung statt. Aufgrund der Anwendung der Kraftuntersetzung ist es möglich, eine kleine, einfache Ausführung des Kraftsensors 38 vorzugsweise als preisgünstige Kraftmessdose auf Halbleiterbasis zur Ermittlung der Bremskraft F_BREAK einzusetzen.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugbremse
12: Bremselement
14: Aktuator
16,17: Bremsbelag
18: Anpresselement
19: Keilelement
20: Übertrager
22: Bremssattel
22a: Brücke des Bremssattels
22b, 22c: Arme des Bremssattels
24: Halteelement (für Bremsbelag 17)
26: Führung
28: Vorrichtung zur Bestimmung der Bremskraft
30: Bügelelement
32: Erster Endabschnitt des Bügelelements
34: Zweiter Endabschnitt des Bügelelements
35: Schlitz
36: Kraftmessgerät
38: Kraftsensor
40: Anzeigeeinheit
A: Bewegungsrichtung des Keilelements
F_SENS: auf den Kraftsensor wirkende Kraft
F_BREAK: Bremskraft
C_1: Steifigkeit des Bremssattels
C_2: Steifigkeit des Bügelelements
C_TOT: Summe der Steifigkeit des Bremssattels und des Bügelelements
S_DIF: Differenzstrecke

Claims

Vorrichtung (28) zur Bestimmung einer Bremskraft einer Fahrzeugbremse (10), wobei die Fahrzeugbremse (10) aufweist – ein Bremselement (12), – einen das Bremselement (12) überspannenden Bremssattel (22), – einen Aktuator (14), und – ein Anpresselement (18), das so zwischen dem Bremselement (12) und dem Bremssattel (22) angeordnet und mit dem Aktuator (14) gekoppelt ist, dass es mittels des Aktuators (14) unter Ausbildung der Bremskraft an das Bremselement (12) und den Bremssattel (22) anpressbar ist, wobei die Vorrichtung (28) zur Bestimmung der Bremskraft aufweist ein Bügelelement (30), das bestimmungsgemäß auf einer von dem Bremselement (12) abgewandten Seite des Bremssattels (22) anordenbar ist, mit einem ersten Endabschnitt (32), der bestimmungsgemäß mit dem Bremssattel (22) koppelbar ist, und einem zweiten, freien Endabschnitt (34), und einen Kraftsensor (38), der bestimmungsgemäß im Bereich des zweiten Endabschnitts (34) des Bügelelements (30) spielfrei in einem zwischen dem Bremssattel (22) und dem Bügelelement (30) ausgebildeten Schlitz (35) zwischen dem Bremssattel (22) und dem Bügelelement (30) anordenbar ist, und dessen Messsignal repräsentativ ist für die Bremskraft.
Fahrzeugbremse (10) mit der Vorrichtung (28) zur Bestimmung der Bremskraft nach Anspruch 1.
Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bügelelement (30) einstückig mit dem Bremssattel (22) ausgebildet ist.