DE102006027206A1

DE102006027206A1 - Elektromechanische Bremse zum Abbremsen eines sich drehenden Bauteils

Info

Publication number: DE102006027206A1
Application number: DE200610027206
Authority: DE
Inventors: Hendrik Powileit; Marcel Rigorth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse (13) zum Abbremsen eines sich drehenden Bauteils (12), das drehbar um eine Drehachse (A) gelagert ist, mit einer Bremsanordnung (2), einer Aktuatoranordnung (15) zur Erzeugung einer Betätigungskraft (F<SUB>A</SUB>), einer Selbstverstärkungseinrichtung (1) mit wenigstens zwei entgegengesetzt orientierten Keilflächen (17, 19), wobei zum Abbremsen des Bauteils (12) die Aktuatoranordnung (15) derart mit der Bremsanordnung (2) zusammenwirkt, dass durch die Betätigungskraft unter Vermittlung der Selbstverstärkungseinrichtung (1) die Bremsanordnung (2) in einer zur Drehachse (A) im Wesentlichen parallelen Zustellrichtung auf das abzubremsende Bauteil (12) drückt, wobei die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in eine Richtung im Wesentlichen parallel zur Richtung der Betätigungskraft (F<SUB>A</SUB>) verschiebbar gelagert ist, wobei ein Sperrmechanismus (10) vorgesehen ist, der mit der Selbstverstärkungseinrichtung (1) derart zusammenwirkt, dass der Sperrmechanismus (10) die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in einer vorgegebenen Position hält oder für eine Verschiebung freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse zum Abbremsen eines sich drehenden Bauteils, beispielsweise einer sich drehenden Bremsscheibe oder im weiteren Sinne eines Kraftfahrzeugrades, das drehbar um eine Drehachse gelagert ist, mit einer Bremsanordnung, einer Aktuatoranordnung zur Erzeugung einer Betätigungskraft und mit einer Selbstverstärkungseinrichtung mit wenigstens zwei entgegengesetzt orientierten Keilflächen, wobei zum Abbremsen des Bauteils die Aktuatoranordnung derart mit der Bremsanordnung zusammenwirkt, dass durch die Betätigungskraft unter Vermittlung der Selbstverstärkungseinrichtung die Bremsanordnung in einer zur Drehachse im wesentlichen parallelen Zustellrichtung auf das abzubremsende Bauteil drückt.
Stand der Technik
Derartige elektromechanische Bremsen sind beispielsweise aus der EP 953 785 B1 bekannt. Dort wird mittels eines Elektromotors eine Keilflächen tragende Ringscheibe relativ zu einem Bolzenträger drehverlagert und unter Vermittlung der Keilflächen dabei auf eine Bremsscheibe zugestellt. Dadurch werden an der Ringscheibe angeordnete Bremsbeläge auf eine abzubremsende Bremsscheibe gedrückt, so dass diese abgebremst werden kann. Aufgrund des Steigungswinkels der einzelnen Keilflächen und des Reibwerts zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag tritt ein Selbstverstärkungseffekt ein, sobald der an der Ringscheibe angeordnete Bremsbelag mit der Bremsscheibe in Kontakt tritt. Dies bedeutet, dass durch die Drehbewegung der Bremsscheibe und die Wirkung der Keilflächen der Bremsbelag zusammen mit der Ringscheibe in permanentem Bremskontakt mit der Bremsscheibe gehalten wird, ohne dass über den Elektromotor eine weitere Verlagerung der die Reibbeläge tragenden Ringscheibe relativ zu einem Widerlager erfolgen muss.
Weiterhin ist aus der DE 103 19 082 B3 eine gattungsgemäße elektromechanische Bremse bekannt. Dort ist ein Aufbau einer elektromechanischen Bremse mit zwei Aktuatoranordnungen zur Erzeugung jeweils einer Betätigungskraft offenbart, die jeweils auf eine Bremsanordnung wirken kann. Die Bremsanordnung umfasst eine Keilplatte, an deren einen zu einer abzubremsenden Bremsscheibe gerichteten Seite ein Bremsbelag vorhanden ist, während auf der dieser Seite abgewandten Seite mehrere Paare von entgegengesetzt zueinander orientierten Keilflächen vorgesehen sind. Den nebeneinander angeordneten Bremsanordnungen ist eine Selbstverstärkungseinrichtung zugeordnet, die als Widerlager wirkt, und die ihrerseits mehrere Paare von Keilflächen aufweist, die komplementär zu den Keilflächen der Bremsanordnungen angeordnet sind. Zwischen den komplementär angeordneten Keilflächen befinden sich reibungsmindernde Wälzkörper. Entsprechend dem bekannten Prinzip einer Keilbremse wirkt zum Abbremsen der Bremsscheibe die Aktuatoranordnung derart mit der Bremsanordnung zusammen, dass durch die von der Aktuatoranordnung erzeugte Betätigungskraft unter Vermittlung der Selbstverstärkungseinrichtung die Bremsanordnung in einer zur Drehachse im wesentlichen parallelen Zustellrichtung auf das abzubremsende Bauteil drückt. Hierbei ist die Betätigungskraft im wesentlichen senkrecht zur Drehachse gerichtet. Da jede Keilfläche bezüglich der Bremsscheibe unter einen wirksamen Keilwinkel α angeordnet ist, kommt es bei einer Verschiebung eine Bremsanordnung aufgrund einer durch die Aktuatoranordnung ausgeübten Betätigungskraft neben der Verschiebung senkrecht zur Drehachse zu einer Verschiebung in Richtung der Drehachse, da die Keilflächen sozusagen aneinander entlang fahren. Zusätzlich kommt es zu einer Selbstverstärkung, da die Drehbewegung der Bremsscheibe in Kombination mit dem Reibangriff der Bremsbeläge an der Oberfläche der Bremsscheibe dazu führt, dass die Bremsanordnung von der rotierenden Oberfläche „mitgenommen" wird, so dass tendenziell eine weitere Verlagerung der Bremsanordnung relativ zu dem Widerlager in Drehrichtung erfolgt. Dies führt zu einem weiteren Drücken der Bremsanordnung und damit des Bremsbelags auf die abzubremsende Bremsscheibe. Bezüglich des Prinzips der Selbstverstärkung mittels Keilflächen sei auf die bereits erwähnte EP 0 953 785 B1 verwiesen.
Bei der genannten DE 103 19 082 B3 sind neben der als Widerlager wirkenden Selbstverstärkungseinrichtung zwei Bremsanordnungen vorgesehen, die von jeweils einem Aktuator bewegt werden können, um neben einer üblichen Betriebsbremssituation auch eine Parkbremssituation realisieren zu können.
Bei den bekannten geschilderten elektromechanischen Bremsen besteht die Möglichkeit, dass sich die Bremsanordnung, also die den Bremsbelag tragende Keilplatte, unkontrolliert bezüglich des Widerlagers verschiebt. Wie bereits geschildert wird nämlich die Bremsanordnung durch die Bremsscheibe und einen hohen Reibwert zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag ausgelenkt. Diese Auslenkung wird über eine Aktuatoranordnung gesteuert. Aufgrund der Selbstverstärkung kann auch bei Wegfall der Aktuatorkraft ein hoher Reibwert dazu führen, dass die im wesentlichen parallel zur Drehachse gerichtete Bremskraft (F_Brems) erhöht wird, bis die Bremsscheibe und somit das Rad blockiert. Dieser Zustand kann zu einem instabilen Fahrzeug führen. Dies ist unbedingt zu vermeiden.
Vorliegender Erfindung liegt folglich das zu lösende Problem zugrunde, bei elektromechanischen Bremsen mit Selbstverstärkungsmechanismen ein Blockieren des abzubremsenden Bauteils zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer eingangs geschilderten gattungsgemäßen elektromechanischen Bremse dadurch gelöst, dass die Selbstverstärkungseinrichtung nicht als Widerlager ausgebildet ist, sondern ihrerseits in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung der Betätigungskraft der Aktuatoranordnung verschiebbar gelagert ist, wobei ein Sperrmechanismus vorgesehen ist, der mit der Selbstverstärkungseinrichtung derart zusammenwirkt, dass der Sperrmechanismus die Selbstverstärkungseinrichtung in einer vorgegebenen Position hält oder für eine Verschiebung freigibt. Es sind somit zwei Zustände zu unterschieden: Befindet sich die Selbstverstärkungseinheit in ihrer vorgegebenen Position und ist somit gesperrt oder verriegelt, so wirkt die Selbstverstärkungseinrichtung wie bisher als feststehendes Widerlager. Ist hingegen die Selbstverstärkungseinrichtung für eine Verschiebung freigegeben, also entriegelt, kann die Selbstverstärkungseinrichtung in die gleiche Richtung verschoben werden, wie die Hauptverlagerungsrichtung der Bremsanordnung, nämlich in Richtung der Betätigungskraft. In diesem Fall eilt die Selbstverstärkungseinrichtung sozusagen der Bremsanordnung nach, wodurch die Bremswirkung aufgehoben wird.
Wird folglich ein Blockieren des abgebremsten Bauteils, beispielsweise der Bremsscheibe, detektiert, so entriegelt der erfindungsgemäße Sperrmechanismus die (während des Bremsvorgangs als Widerlager dienende) Selbstverstärkungseinrichtung, die sich somit über die Bremsanordnung stellen kann, so dass die Auslenkung der Bremsanordnung in Bremskraftrichtung (im wesentlichen parallel zur Drehachse) aufgehoben wird. Hierdurch sinkt die Bremskraft (F_Brems) auf Null. Das Bauteil (Bremsscheibe, Rad) kann nicht mehr blockieren.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Selbstverstärkungseinrichtung ihrerseits an einem Widerlager gelagert. Im Falle der Entriegelung der Selbstverstärkungseinrichtung durch den Sperrmechanismus kann somit sichergestellt werden, dass die Selbstverstärkungseinrichtung definiert in die Richtung parallel zur Richtung der Betätigungskraft der Aktuatoranordnung verschiebbar ist. Weiterhin ist sinnvoll, wenn in Analogie zu herkömmlichen Scheibenbremsen bei Kraftfahrzeugen das Widerlager das abzubremsende Bauteil (Bremsscheibe) sattelförmig umgreift, wobei das Widerlager relativ zum abzubremsenden Bauteil im wesentlichen in Richtung parallel zur Drehachse schwimmend verlagerbar sein kann.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Bremsanordnung wenigstens zwei entgegengesetzt orientierte Keilflächen aufweist, welche beim Abbremsen des Bauteils mit komplementär zugeordneten Keilflächen an der Selbstverstärkungseinrichtung zusammenwirken. Weiterhin ist es zur Erzielung eines ausreichend hohen Reibwerts sinnvoll, wenn die Bremsanordnung an der dem abzubremsenden Bauteil zugewandten Seite einen Bremsbelag aufweist. Bei einer derartigen konstruktiven Ausgestaltung der Selbstverstärkungseinrichtung, der Bremsanordnung und des Widerlagers ist es möglich, auf das abzubremsende Bauteil, beispielsweise einer mit einem Rad eines Kraftfahrzeugs oder einer Antriebsachse einer Maschine drehfest gekoppelten Bremsscheibe, in an sich herkömmlicher Weise mittels Brems- oder Reibbelägen auf beide Seiten der Bremsscheibe zu drücken und damit eine symmetrische Bremskraftverteilung an der Bremsscheibe zu bewirken. Dabei ist ein jeweiliges Keilflächenpaar mit Keilflächen entgegengesetzter Orientierung ausgebildet, so dass eine Bremsung des abzubremsenden Bauteils in beide Drehrichtungen möglich ist. Es ist der Vollständigkeit halber darauf hinzuweisen, dass bei einer derartigen Sattelanordnung in an sich bekannter Weise auch Nachstellmechanismen an der erfindungsgemäßen Bremse vorgesehen sein können, um verschleißbedingte Maßveränderungen an der Bremsanordnung, insbesondere am Bremsbelag, ausgleichen zu können.
Weiterhin ist es sinnvoll, wenn zwischen jeweils zwei entgegengesetzt orientierten Keilflächen der Selbstverstärkungseinrichtung und den hierzu komplementär zugeordnet angeordneten Keilflächen der Bremsanordnung wenigstens ein Wälzkörper zur Reduzierung von Reibungseffekten vorgesehen ist. Im Betrieb rollt der wenigstens eine Wälzkörper bei einer Betätigung der elektromechanischen Bremse je nach Drehrichtung des abzubremsenden Bauteils auf einer Keilfläche des Keilflächenpaares der Bremsanordnung und auf einer gleichsinnig orientierten Keilfläche des Keilflächenpaares der Selbstverstärkungseinrichtung reibungsarm ab.
Es ist zweckmäßig, wenn die Bremsanordnung als Hauptrichtung in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung der Betätigungskraft der Aktuatoranordnung verschiebbar ist, wobei zur Begrenzung der Verschiebung ein Anschlag für maximalen Bremshub vorgesehen ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Bremsanordnung (Keilplatte mit Bremsbelag) bei hohen Reibwerten nicht unkontrolliert verschoben wird. In gleicher Weise ist es sinnvoll, einen entsprechenden (oder denselben) Anschlag für maximalen Bremshub für die Selbstverstärkungseinrichtung vorzusehen. Bei einer übermäßigen Verschiebung der Bremsanordnung mit der erfindungsgemäßen Folge einer Entriegelung der Selbstverstärkungseinrichtung durch den Sperrmechanismus würden in diesem Fall sowohl die Bremsanordnung als auch die Selbstverstärkungseinrichtung maximal nur bis zu besagtem Anschlag ausgesteuert werden.
Der Sperrmechanismus kann unterschiedliche Ausgestaltungen besitzen: Beispielsweise kann er einen verschiebbaren Anschlag (Sperrklinke) aufweisen, an den die Selbstverstärkungseinrichtung angrenzt, wenn der Sperrmechanismus diese in ihrer vorgegebenen Position hält. Bei einer Entriegelung wird dieser Anschlag oder diese Sperrklinke entsprechend verschoben, so dass sich die Selbstverstärkungseinrichtung in eine ihrer Verschieberichtungen verschieben kann. Um eine Freigabe und Arretierung in beide Drehrichtungen erzeugen zu können, sollten für beide Orientierungen der Verschieberichtung der Selbstverstärkungseinrichtung jeweils ein solcher Anschlag vorhanden sein. Der Anschlag stützt somit die Selbstverstärkungseinrichtung gegen eine Verschiebung in Richtung der Betätigungskraft der Aktuatoranordnung und damit in der Regel in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zur Drehachse. Dies ist von großem Vorteil, da die in dieser Richtung auftretenden Kräfte (Umfangskräfte) in der Regel (bei den betrachteten Fällen einer Keilbremsanordnung) um das Drei- bis Zehnfache geringer sind als die (in Richtung der Drehachse wirkenden) Bremskräfte. Folglich muss der Anschlag oder die Sperrklinke nur gegen die geringeren Umfangskräfte wirken.
Denselben Vorteil erhält man bei einer anderen möglichen Ausgestaltung, bei der statt eines verschiebbaren Anschlags ein verschiebbarer Eingriff vorhanden ist, der in eine komplementär ausgebildete Ausnehmung in der Selbstverstärkungsrichtung eingreift, wenn der Sperrmechanismus diese in ihrer vorgegebenen Position hält. Zur Freigabe der Selbstverstärkungseinrichtung wird wiederum der genannte Eingriff aus der Ausnehmung geschoben. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Eingriff keil-, konus-, trapez-, kugel- oder walzenförmig ist.
Weiterhin ist es sinnvoll, wenn der Sperrmechanismus ein elektromechanisches Bauteil aufweist, das die Verriegelung und die Freigabe der Selbstverstärkungseinrichtung steuert. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn das elektromechanische Bauteil derart ausgebildet ist, dass im stromlosen Zustand die Selbstverstärkungseinrichtung für eine Verschiebung freigegeben und nur im bestromten Zustand die Selbstverstärkungseinrichtung in ihrer vorgegebenen Position gehalten wird. Bei dem elektromechanischen Bauteil kann es sich um einen Motor oder um einen Elektromagneten handeln. Beim Ausfall einer Stromversorgung dieses elektromechanischen Bauteils (im Fehlerfall wie Reißen des Kabels) ist bei der genannten Ausgestaltung sichergestellt, dass im stromlosen Zustand automatisch eine Öffnung des Sperrmechanismus erfolgt. Da eine Unterbrechung der Stromzufuhr gerade in Vollbrems- oder Crashsituationen eher wahrscheinlich ist, ist durch diese Ausgestaltung sichergestellt, dass in solchen Fällen keine Blockierung des abzubremsenden Bauteils eintreten kann.
Zur Kopplung des elektromechanischen Bauteils mit dem genannten Eingriff bzw. Anschlag ist zweckmäßigerweise eine mechanische Führung vorgesehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Selbstverstärkungseinrichtung und die Bremsanordnung verbindendes Rückstellglied, wie eine Feder, vorgesehen. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass nach Entriegelung des Sperrmechanismus die sich verschiebende Bremsanordnung und die sich ebenfalls verschiebende Selbstverstärkungseinrichtung sich nicht unkontrolliert gegeneinander verschieben, sondern in definierter Weise miteinander verbunden bleiben. Nach Erreichen des maximalen Bremshubs wird sich etwa die Selbstverstärkungseinrichtung wieder über die Bremsanordnung stellen. Um die derart verschobenen Elemente wieder in ihre ursprüngliche Position zu bringen, ist es sinnvoll, wenn die Aktuatoranordnung derart mit der Bremsanordnung zusammenwirkt, dass durch die Betätigungskraft der Aktuatoranordnung die Bremsanordnung in ihre Ausgangslage zurückgeführt wird. Das genannte Rückstellglied sorgt dafür, dass mit Rückkehr der Bremsanordnung auch die Selbstverstärkungseinrichtung in ihre Ursprungsposition zurückkehrt. In dieser Position ist eine erneute Verriegelung der Selbstverstärkungseinrichtung mittels des Sperrmechanismus möglich, so dass ein erneuter Bremsvorgang vorgenommen werden kann.
Im folgenden sollen nochmals die beiden Situationen betrachtet werden, die durch die erfindungsgemäße Bremse kontrolliert werden: Zum einen die Betriebsbremssituation und zum anderen die Blockierbremssituation. In der Betriebsbremssituation, in der das sich drehende Bauteil (Bremsscheibe) abzubremsen ist, hält der Sperrmechanismus die Selbstverriegelungseinrichtung in der vorgegebenen Position. Die Selbstverstärkungseinrichtung ist ihrerseits an einem Widerlager gelagert. Somit entspricht diese Situation beispielsweise der üblicherweise beim Bremsen auftretenden Situation einer selbstverstärkenden Keilbremse.
In der zweiten Situation, der Blockierbremssituation, in der das abzubremsende Bauteil (Bremsscheibe) blockiert, gibt der Sperrmechanismus die Selbstverstärkungseinheit für eine Verschiebung frei. Die Verschiebung erfolgt im wesentlichen parallel zu der Richtung der Betätigungskraft der Aktuatoranordnung, die auf die Bremsanordnung wirkt. Wie bereits beschrieben, wird dadurch die Selbstverriegelungseinrichtung in die Lage versetzt, der Bremsanordnung zu folgen, so dass eine Bremswirkung aufgehoben wird. Die Selbstverstärkungseinrichtung stellt sich über die Bremsanordnung, wodurch die Bremskraft auf Null sinkt und das Bauteil nicht mehr blockieren kann.
Eine Detektion der Blockierbremssituation erfolgt vorteilhafterweise durch einen entsprechenden Sensor, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mittels des bereits vorhandenen ABS-Sensors. Da in einem solchen Fall die Aktuatoranordnung versucht, die Bremsanordnung in Richtung Ausgangslage zurückzuziehen, kann ebenfalls ein Hinweis auf eine Blockierbremssituation vorliegen, wenn hierzu die Betätigungskraft der Aktuatoranordnung nicht ausreicht. In diesen Fällen wird vorteilhafterweise das genannte elektromechanische Bauteil stromlos geschaltet, so dass der Sperrmechanismus automatisch öffnet. Die Erfindung vermeidet somit effektiv eine Blockierung beim Bremsen. Anschließend wird mittels der Aktuatoranordnung die Bremsanordnung und die vorteilhafterweise mit dieser gekoppelte Selbstverstärkungseinrichtung zurück in die Ursprungslage geführt, woraufhin eine Bestromung des elektromechanischen Bauteils erfolgt, die ihrerseits die Verriegelung der Selbstverstärkungseinrichtung durch den Sperrmechanismus zur Folge hat.
Für das Widerlager, gegen das die Selbstverstärkungseinrichtung gelagert ist und die hieraus resultierenden Reibkräfte zwischen Widerlager und Selbstverstärkungseinrichtung muss gelten, dass diese Reibkräfte nicht größer sein dürfen als die Summe aus Kraft des Rückstellgliedes (Feder) und minimaler Restbremskraft (in Richtung Drehachse), damit im stromlosen Zustand, bei geöffnetem Sperrmechanismus, auch eine Verschiebung der Selbstverstärkungseinrichtung erfolgen kann.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die genannten Komponenten und Ausführungsarten der Erfindung nicht nur in der angegebenen Kombination, sondern auch allein oder in anderen Kombinationen realisierbar sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich sowohl aus den Unteran sprüchen wie auch aus der bisherigen und folgenden Beschreibung der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung lässt sich insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit elektromechanischen Bremsen einsetzen, die Keilbremsen verwenden. Zumindest zwei oder alle vier Räder eines Kraftfahrzeugs können dann mit einer erfindungsgemäßen Bremse ausgestattet werden.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse mit einer ersten Ausführungsform eines Sperrmechanismus und
2 einen Ausschnitt der elektromechanischen Bremse aus 1 mit einer anderen Ausführungsform eines Sperrmechanismus.
1 zeigt eine erfindungsgemäße elektromechanische Bremse 13 in schematischer Ansicht in einer zur Drehachse A parallelen Ebene. Bei dem abzubremsenden Bauteil handelt es sich um eine Bremsscheibe 12, wie sie typischerweise bei Kraftfahrzeugen vorgesehen ist. Die Bremsscheibe 12 ist drehbar um die Drehachse A gelagert. Die insgesamt mit 13 bezeichnete elektromechanische Bremse weist eine Bremsanordnung 2 auf, die im wesentlichen aus einer Keilplatte sowie einem auf die Seite zur Bremsscheibe 12 gerichteten Bremsbelag 11 aufweist. Schematisch dargestellt ist eine Aktuatoranordnung 15 zur Erzeugung einer Betätigungskraft F_A, die auf die Bremsanordnung 2 wirkt und insbesondere an der Keilplatte der Bremsanordnung 2 angreift. Die elektromechanische Bremse 13 weist weiterhin eine Selbstverstärkungsanordnung 1 auf, die ihrerseits im wesentlichen ebenfalls aus einer Keilplatte besteht. Diese Keilplatte besitzt mindestens zwei entgegengesetzt orientier te Keilflächen 17 und 19, wobei jeweils eine der Keilflächen 17 und 19 beim Vor- und Rückbremsen (Bremsen aus der Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt) aktiviert wird. Im dargestellten Fall sind schematisch vier solcher Paare von Keilflächen 17 und 19 dargestellt.
Die Keilplatte der Bremsanordnung 2 weist ebenfalls wenigstens zwei entgegengesetzt orientierte Keilflächen 16 und 18 auf, die komplementär zu den Keilflächen 17 und 19 der Selbstverstärkungseinrichtung 1 angeordnet sind. Beim Bremsen in eine (beispielsweise Vorwärts-)Richtung treten somit die Keilflächen 17 und 18, beim Bremsen in die andere (beispielsweise Rückwärts-)Richtung treten entsprechend die Keilflächen 16 und 19 miteinander in Wechselwirkung, wenn die Bremsanordnung 2 aufgrund der Aktuatorkraft in die entsprechende Richtung ausgelenkt wird. Aufgrund des wirksamen Keilwinkels α, der zur Ebene der Bremsscheibe eingenommen wird, wird die Bremsanordnung 2 bei einem Aneinandergleiten der Keilflächen 17 und 18 (bzw. 16 und 19) zusätzlich in eine zur Drehachse A parallelen Zustellrichtung bewegt, so dass der Bremsbelag 11 mit der abzubremsenden Bremsscheibe 12 in Kontakt gelangt. Aufgrund des Reibwerts μ und der parallel zur Drehachse A wirkenden Bremskraft F_Brems erhält man als Produkt dieser beiden Größen ein Bremsmoment. Die mit F_Umfang eingezeichnete Reibkraft beträgt hierbei etwa nur ein Zehntel der Bremskraft F_Brems. Die Umfangskraft steht mit der Aktuatorkraft in folgendem Zusammenhang:
Die Beziehungen der Kräfte, die bei einer Anordnung gemäß 1 auftreten, sind an sich bekannt und sollen daher vorliegend nicht näher erläutert werden.
Zur Minderung der Reibung zwischen den entsprechenden Keilflächen sind Wälzkörper 3 in die entsprechenden Zwischenräume eingefügt. Ist beispielsweise die Umfangsgeschwindigkeit der Bremsscheibe in 1 nach links gerichtet, so erfolgt ein Abbremsen der Bremsscheibe 12 durch eine Auslenkung der Bremsanordnung 2 vermittels der Aktuatorkraft F_A ebenfalls in eine Richtung nach links in der Zeichenebene der 1. Hierdurch wird der Bremsbelag 11 auf die Bremsscheibe 12 gedrückt und aufgrund der entstehenden Reibungskraft von der Bremsscheibe mitgenommen (Selbstverstärkungseffekt). Bei bisherigen elektromechanischen Bremsen bestand die Gefahr, dass bei einem hohen Reibwert zwischen Bremsscheibe 12 und Bremsbelag 11 die Bremskraft F_brems stark erhöht wird, dass das Rad blockiert. In solchen Fällen reicht die Aktuaturkraft F_A in der Regel nicht mehr aus, um die Bremsanordnung 2 zurückzuziehen. Eine unkontrollierte Verschiebung der Bremsanordnung 2 gegenüber der Selbstverstärkungseinrichtung 1 kann die Folge sein.
Die erfindungsgemäße elektromechanische Bremse sieht zur Vermeidung dieser Nachteile vor, dass die Selbstverstärkungseinrichtung 1 ihrerseits in die gleiche Richtung wie die Bremsanordnung 2, also im wesentlichen parallel zur Richtung der Betätigungskraft F_A verschiebbar gelagert ist. Somit ist folglich ein Widerlager vorzusehen, an dem sich die Selbstverstärkungseinrichtung 1 abstützt. Bisher stellte die Selbstverstärkungseinrichtung 1 selbst das Widerlager dar. Weiterhin ist ein Sperrmechanismus, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist, vorgesehen, der mit der Selbstverstärkungseinrichtung 1 derart zusammenwirkt, dass bei normalen Bremsvorgängen die Selbstverstärkungseinrichtung 1 in einer vorgegebenen Position (wie in 1 dargestellt) gehalten wird. In diesen Fällen wirkt die Selbstverstärkungseinrichtung 1 wiederum als Widerlager für die Bremsanordnung 2. In den geschilderten Notfällen, in denen ein Blockieren des Rades unmittelbar bevorsteht bzw. bereits detektiert ist (Blockierbremssituation), gibt der Sperrmechanismus 10 die Selbstverstärkungseinrichtung 1 für eine Verschiebung frei.
In dem in 1 dargestellten Beispiel weist der Sperrmechanismus 10 im wesentlichen einen als Anschlag 4 wirkenden sperrklinkenartigen Mechanismus auf, der über eine Führung 7 mit einem elektromechanischen Bauteil 5 verbunden ist, das als Motor oder als Elektromagnet ausgebildet sein kann. Der maximale Bremshub wird durch hier nur schematisch dargestellte interne Anschläge 9 festgelegt und definiert die maximal mögliche Verschiebung von Bremsanordnung 2 und Selbstverstärkungseinrichtung 1.
Es seit angemerkt, dass für das Bremsen in die andere Richtung (in der Zeichenebene der 1 nach rechts) ein entsprechender Sperrmechanismus 10 und entsprechende Anschläge 9 auf der entsprechenden (in 1 rechten) Seite der elektromechanischen Bremse vorgesehen sein sollten.
Im bestromten Zustand des elektromechanischen Bauteils 5 ist die Selbstverstärkungseinrichtung 1 durch den Anschlag oder die Sperrklinke 4 vor einer Verschiebung gesichert. Wie bereits erwähnt, beträgt die Reibkraft F_umfang nur einen Bruchteil der das Bremsmoment festlegenden Bremskraft F_brems. Der Anschlag 4 muss somit während des normalen Bremsvorgangs nur die relativ geringe Kraft F_umfang die Selbstverstärkungseinrichtung 1 halten.
Die Blockierbremssituation kann durch einen entsprechenden Sensor (Detektion des Verlaufs der Bremskraft F_brems) oder dadurch detektiert werden, dass ein Zurückziehen der Bremsanordnung 2 Kräfte erfordert, die die möglichen Betätigungskräfte F_A der Aktuatoranordnung 15 überschreiten. Geeignet ist auch ein bereits vorhandener ABS-Sensor zur Detektion der Blockierbremssituation. In dieser Situation öffnet der Sperrmechanismus 10, d.h. in der Ausführungsform gemäß 1 wird der Anschlag 4 durch das elektromechanische Bauteil 5 zurückgezogen, so dass die Selbstverstärkungseinrichtung 1 freigegeben wird. In der Blockierbremssituation ist die Bremsanordnung 2 gegenüber der Position aus 1 nach links (maximal bis zum Anschlag 9) verschoben. Durch Freigabe der Selbstverstärkungseinrichtung 1 eilt nun diese der Bremsanordnung 2 nach, so dass sich die Keilplatte der Selbstverstärkungseinrichtung 1 über die Keilplatte der Bremsanordnung 2 stellen kann, womit die Auslenkung in Bremskraftrichtung aufgehoben wird und die Bremskraft F_brems auf Null sinkt. Das Rad kann somit nicht mehr blockieren.
Die Keilplatten werden über ein als Feder 8 dargestelltes Rückstellglied zusammengehalten. Hierdurch lässt sich eine Rückstellung in die in 1 dargestellte Ausgangsposition dadurch erreichen, dass die Aktuatoranordnung 15 die Keilplatte der Bremsanordnung 2 in die Ausgangsposition zurückzieht, wobei vermittels Feder 8 die Selbstverstärkungseinrichtung 1 der Keilplatte der Bremsanordnung 2 folgt. In der in 1 dargestellten Ausgangsposition kann dann anschließend wieder eine Verriegelung über den Anschlag 4 erfolgen.
Es ist sinnvoll, bei einem Reißen des Kabels oder sonstiger Unterbrechung der Stromversorgung des elektromechanischen Bauteils 5 den Sperrmechanismus 10 derart auszulegen, dass im stromlosen Zustand eine Öffnung des Anschlags erfolgt. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht. Weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein einziger Antrieb 5 für die Fail-Save-Funktion vorgesehen ist, der sonst (außerhalb von Blockierbremssituationen) keine Funktion hat.
2 zeigt eine weitere Variante eines Sperrmechanismus 10. Bei dieser Variante muss nur ein einziger Sperrmechanismus 10 für beide Bremsrichtungen vorgesehen sein. Der Sperrmechanismus 10 weist wiederum im wesentlichen ein elektromechanisches Bauteil 5 (Motor oder Elektromagnet) auf mit einer Führung 7, die das elektromechanische Bauteil 5 mit einem Eingriff 6 koppelt. Der Eingriff 6 greift in der verriegelten Position in eine entsprechende Ausnehmung 14 in der Selbstverstärkungseinrichtung 1 ein. Wie dargestellt verriegelt der trapezförmige Eingriff 6 die Selbstverstärkungseinrichtung in beide Drehrichtungen. Weiterhin kann ein keil- oder konusför miger oder auch ein kugel- oder rollenförmiger Mechanismus vorgesehen sein. Zur Reduzierung der Kraft bzw. des Momentes auf den Antrieb 5 kann eine Untersetzung in Form eines Getriebes (Zahnradgetriebe, Kniehebelmechanismus, Exzentergetriebe und ähnliches) vorgesehen werden.

1: Selbstverstärkungseinrichtung
2: Bremsanordnung
3: Wälzkörper
4: Anschlag, Sperrklinke
5: elektromechanisches Bauteil
6: Eingriff
7: Führung
8: Rückstellglied, Feder
9: Anschlag für maximalen Bremshub
10: Sperrmechanismus
11: Bremsbelag
12: Bremsscheibe
13: elektromechanische Bremse
14: Ausnehmung
15: Aktuatoranordnung
16, 18: Keilflächen auf (1)
17, 19: Keilflächen auf (2)
A: Drehachse
FA: Betätigungskraft
F_Brems: Bremskraft
F_Umfang: Umfang- oder Reibkraft

Claims

Elektromechanische Bremse (13) zum Abbremsen eines sich drehenden Bauteils (12), das drehbar um eine Drehachse (A) gelagert ist, mit einer Bremsanordnung (2), einer Aktuatoranordnung (15) zur Erzeugung einer Betätigungskraft (FA), einer Selbstverstärkungseinrichtung (1) mit wenigstens zwei entgegengesetzt orientierten Keilflächen (17, 19), wobei zum Abbremsen des Bauteils (12) die Aktuatoranordnung (15) derart mit der Bremsanordnung (20) zusammenwirkt, dass durch die Betätigungskraft unter Vermittlung der Selbstverstärkungseinrichtung (1) die Bremsanordnung (2) in einer zur Drehachse (A) im wesentlichen parallelen Zustellrichtung auf das abzubremsende Bauteil (12) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung der Betätigungskraft (F_A) verschiebbar gelagert ist, wobei ein Sperrmechanismus (10) vorgesehen ist, der mit der Selbstverstärkungseinrichtung (1) derart zusammenwirkt, dass der Sperrmechanismus (10) die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in einer vorgegebenen Position hält oder für eine Verschiebung freigibt.
Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstverstärkungseinrichtung (1) an einem Widerlager gelagert ist.
Selbstverstärkungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanordnung (2) wenigstens zwei entgegengesetzt orientierte Keilflächen (16, 18) aufweist, welche beim Abbremsen des Bauteils (12) mit komplementär zugeordneten Keilflächen (17, 19) an der Selbstverstärkungseinrichtung (1) zusammenwirken.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanordnung (2) an der dem abzubremsenden Bauteil (12) zugewandten Seite einen Bremsbelag (11) aufweist.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanordnung (2) in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Richtung der Betätigungskraft (F_A) verschiebbar ist, wobei zur Begrenzung der Verschiebung ein Anschlag (9) für maximalen Bremshub vorgesehen ist.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (10) zumindest für eine Orientierung der Verschieberichtung der Selbstverstärkungseinrichtung (1) einen verschiebbaren Anschlag (4) für die Selbstverstärkungseinrichtung (1) aufweist, an den diese angrenzt, wenn der Sperrmechanismus (10) die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in ihrer vorgegebenen Position hält.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (10) einen verschiebbaren Eingriff (6) aufweist, der in eine komplementär ausgebildete Ausnehmung (14) in der Selbstverstärkungseinrichtung (1) eingreift, wenn der Sperrmechanismus (10) die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in ihrer vorgegebenen Position hält.
Elektromechanische Bremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff (6) keil-, konus-, trapez-, kugel- oder walzenförmig ist.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (10) ein elektromechanisches Bauteil (5) aufweist, das im stromlosen Zustand die Selbstverstärkungseinrichtung (1) für eine Verschiebung freigibt und im bestromten Zustand die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in ihrer vorgegebenen Position hält.
Elektromechanische Bremse nach Anspruch 9 und Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Bauteil (5) über eine Führung (7) mit dem Anschlag (4) bzw. mit dem Eingriff (6) in Verbindung steht.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Selbstverstärkungseinrichtung (1) und die Bremsanordnung (2) verbindendes Rückstellglied (8) vorgesehen ist.
Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei entgegengesetzt orientierten Keilflächen (17, 19) der Selbstverstärkungseinrichtung (1) und den hierzu komplementär zugeordneten Keilflächen (16, 18) der Bremsanordnung (2) wenigstens ein Wälzkörper (3) vorgesehen ist.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsbremssituation, in der das sich drehende Bauteil abzubremse n ist, der Sperrmechanismus (10) die Selbstverstärkungseinrichtung (1) in der vorgegebenen Position hält.
Elektromechanische Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Blockierbremssituation, in der das abzubremsende Bauteil blockiert, der Sperrmechanismus (10) die Selbstverstärkungseinrichtung (1) für eine Verschiebung freigibt.
Elektromechanische Bremse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach Freigabe der Selbstverstärkungseinrichtung (1) die Aktuatoranordnung (15) derart mit der Bremsanordnung (2) zusammenwirkt, dass durch die Betätigungskraft (F_A) die Bremsanordnung (2) in ihre Ausgangslage zurückgeführt wird.
Elektromechanische Bremse nach Anspruch 15 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels des Rückstell glieds (8) die Selbstverstärkungseinrichtung (1) zusammen mit der Bremsanordnung (2) in ihre Ausgangslage zurückgeführt wird, so dass eine erneute Verriegelung der Selbstverstärkungseinrichtung (1) in ihrer vorgegebenen Position mittels des Sperrmechanismus (10) möglich ist.
Kraftfahrzeugbremsanlage mit wenigstens einer elektromechanischen Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugbremsanlage nach Anspruch 17.