DE102006036279B3 - Elektromechanisch betätigte Scheibenbremse mit Betätigungsstößel - Google Patents

Elektromechanisch betätigte Scheibenbremse mit Betätigungsstößel Download PDF

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Abstract

Eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse in selbstverstärkender Bauart, mit einer Zuspannvorrichtung zum Zuspannen des Bremsbelages, die einen Bremsdrehhebel (15) und eine Selbstverstärkungseinrichtung aufweist, wobei der Bremsdrehhebel (15) auf einen Betätigungsstößel (11) einwirkt, welcher direkt oder über eine Druckplatte (4) auf den zuspannseitigen Bremsbelag einwirkt, zeichnet sich dadurch das, dass der Betätigungsstößel (11) am Bremsdrehhebel (15) und an der Druckplatte (4) oder dem zuspannseitigen Bremsbelag mit überkreuzender Drehachse schwenkbar gelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigte Scheibenbremse in selbstverstärkender Bauart nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Scheibenbremsen, welche den Leistungsbedarf des Antriebs durch die Nutzung von Selbstverstärkungseffekten reduzieren, sind langem bekannt.
  • Typische Beispiele derartiger Bremsen sind z.B. in der DE 101 56 348 C1 , in der DE 23 25 296 A und der eigenen DE 10 2005 030 618 beschrieben.
  • Bremsen dieser Bauart ist gemeinsam, dass die Abstützung der auf den Bremsbelag wirkenden Umfangskräfte über ein Keil- oder ein Rampensystem erfolgt, welches die Selbstverstärkung bewirkt.
  • Dabei wird die auf den Bremsbelag wirkende Reibkraft von einem mit dem Bremsbelag verbundenen und mit diesem in Umfangsrichtung verschieblichen Teil der Selbstverstärkungs-Einrichtung über Rollkörper oder mittels Gleitkontakt auf einen in Umfangsrichtung stationären Teil der Selbstverstärkungseinrichtung übertragen.
  • Bei nicht in selbstverstärkender Bauart ausgeführten Scheibenbremsen mit direkter Hebelbetätigung, wie z.B. in der DE 40 32 885 A1 oder der WO 97/22 814 A1 beschrieben, werden die Betätigungsstößel bzw. die Brücke mit eingeschraubten Stößeln zumindest in Umfangsrichtung mit engem Spiel geführt. In der DE 40 32 885 A1 ist darüber hinaus eine schwenkbewegliche Führung der Brücke am Bremsdrehhebel vorgesehen.
  • Die Erfindung setzt zunächst bei der Idee an, eine Hebelbetätigung mit einem Drehhebel mit einer zur Bremsscheibendrehachse orthogonalen Drehachse auch zum Zuspannen einer selbstverstärkender Scheibenbremse zu nutzen.
  • Bei selbstverstärkenden Scheibenbremsen ist zur Realisierung der Selbstverstärkung jedoch eine Verschiebung des Bremsbelages in Drehrichtung der Bremsscheibe erforderlich.
  • Daraus ergibt sich bei verschieblich oder schwenkverschieblich geführten Betätigungsstößeln eine Relativbewegung zwischen Bremsbelag bzw. Belagdruckplatte und Betätigungsstößel(n).
  • Da über die Kontaktstelle zwischen Betätigungsstößel und Druckplatte hohe Kräfte sowohl in zustellender als auch rückziehender Richtung übertragen werden, erfordert der Ausgleich der Relativbewegung geeignete konstruktive Maßnahmen.
  • In der WO 03/07 1150 A1 (Haldex) wurde daher eine selbstverstärkende Scheibenbremse mit Spindelantrieb bzw. mit einem direkt rotatorisch betätigten Exzenterantrieb beschrieben, bei welcher zur Betätigung der Bremse der Abstand zwischen Brücke und der Druckplatte durch ein über eine Kurbel angetriebenes Pleuel eingestellt wird. Die Pleuelanbindung an die Druckplatte erlaubt eine Umfangsbewegung von Belag und Druckplatte mittels einer Schwenkbewegung des Pleuels, wobei der andere Gelenkpunkt des Pleuels an der Brücke achsfest bleibt. Die Verschleißnachstellung erfolgt bei dieser Ausführungsform der selbstverstärkenden Scheibenbremse zwischen dem Bremsengehäuse und der Brücke.
  • Bei der hebelbetätigten Bremse besteht jedoch zusätzlich eine Schwenkbewegung um die über Kreuz angeordnete Schwenkachse des Hebelexzenters. Weiterhin erschwerend wirkt sich die Notwendigkeit aus, auch die Nachstelldrehbewegung in den um zwei zueinander senkrecht stehenden Achsen schwenkbaren Betätigungsstößel einzuleiten.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, das Konzept einer Hebelbetätigung in einfacher Weise auch für selbstverstärkende Scheibenbremsen, insbesondere der gattungsgemäßen Art, nutzbar zu machen.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
  • Die Betätigungsstößel-Baueinheit besteht aus Betätigungsstößel, Gewindespindel und Gelenklagergehäuse und ist über ein Synchronisationsgetriebe mit einer Nachstelleinrichtung gekoppelt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Danach sind der Betätigungsstößel am Bremsdrehhebel und an der Druckplatte oder dem zuspannseitigen Bremsbelag mit überkreuzender Drehachse schwenkbar gelagert, was auf einfache Weise das Konzept der Drehhebelbetätigung auch für selbstverstärkende Scheibenbremsen nutzbar macht.
  • Vorzugsweise ist der Betätigungsstößel am Bremsdrehhebel und an der Druckplatte oder dem zuspannseitigen Bremsbelag derart schwenkbar befestigt, dass er Zug- und Druckkräfte zwischen dem Bremsbelag und seinem Antrieb (z.B. ein Elektromotor mit einem Gewindetrieb) übertragen kann.
  • Der Begriff des Betätigungsstößels bzw. Betätigungsstempels ist nicht zu eng zu fassen. Er umschließt insbesondere auch längenveränderliche Baueinheiten aus mehreren Elementen.
  • Für eine direkt hebelbetätigte Scheibenbremse mit Selbstverstärkung wurde damit eine Koppelung des Betätigungsstößels mit der Druckplatte des Bremsbelages gefunden, über welche sowohl zustellende als auch rückziehende Betätigungskräfte und Bewegungen sicher und zuverlässig übertragen werden können. Besonders bevorzugt ist der Betätigungsstößel an der Exzenterdrehachse des Bremsdrehhebels und an der Druckplatte oder dem zuspannseitigen Bremsbelag derart gelagert und befestigt, dass er Schwenkbewegungen des Bremsdrehhebels und Umfangsschiebebewegungen des Bremsbelages und/oder der Druckplatte durch Schwenken in den beiden zueinander senkrecht stehenden Schwenkrichtungen ausgleichen kann.
  • Damit wird bei geringem benötigtem Bauraum sowohl die zur Erzielung des Selbstverstärkungseffektes notwendige Umfangsbewegung der Druckplatte ermöglicht als auch ein Ausgleich der Kippbewegung des Betätigungsstößels aufgrund der ausschließlich drehbeweglichen Führung im Exzenter des Bremsdrehhebels.
  • Die Kraftübertragung erfolgt dabei sowohl auf der Bremsdrehhebelseite als auch auf der Belagdruckplattenseite über Gelenkbolzen, wobei der Bolzen des Bremsdrehhebels zu demjenigen der Belagdruckplatte mit überkreuzender Drehachse angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Betätigungsstößel-Einheit an beiden Montageenden mit Schwenklagern, z.B. Gleitkalottenlagern, ausgerüstet.
  • Ergänzend wird nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch die Einleitung der Nachstelldrehbewegung in den in zwei Richtungen schwenkbaren Betätigungsstößel ermöglicht.
  • Dazu ist der Betätigungsstößel zunächst als axial längenveränderliche teleskopierbare Baueinheit ausgebildet, welche eine Längenveränderung des Bremsstempels zum Ausgleich von Belag- und/oder Scheibenverschleiß ermöglicht.
  • Besonders bevorzugt ist die Betätigungsstößel-Einheit aus dem Betätigungsstößel, der Gewindespindel und dem Gelenklagergehäuse zur Übertragung der Nachstelldrehbewegung baulich einfach mit einem Zahnrad verbunden.
  • Dabei ist die Gestaltung des Zahnrades vorzugsweise so, dass bei nicht betätigter Bremse, also in Ruheposition des Betätigungsstößels, ein enges Zahnspiel zu den weiteren gekoppelten Zahnrädern besteht.
  • Bei betätigter Bremse werden jedoch die Zahnräder durch die Zustellbewegung des Betätigungsstößels so weit außer Eingriff gebracht, dass die dann erfolgende Schwenkbewegung des Betätigungsstößels ermöglicht wird.
  • Für die Gelenklager an der Bremsdrehhebel-Exzenterdrehachse sowie an der Druckplattenanbindung des Betätigungsstößels sind auch alternative Ausführungsformen möglich.
  • An der Bremsdrehhebel-Exzenterachse ist z.B. auch ein schwenkbares Tonnenrollen-Lager verwendbar. An der Anbindungsstelle an der Druckplatte sind zum Ausgleich der aus der schwenkbeweglichen Führung am Bremsdrehhebel resultierenden Schwenkbewegung auch einfachere Lösungen denkbar. Es kann bereits eine leicht ballige Drehachse ausreichend sein und/oder eine zu beiden Endbereichen hin im Durchmesser leicht aufgeweitete Lagerbuchse.
  • Das stationäre Bauteil der Selbstverstärkungseinrichtung, welches mit der Nachstellvorrichtung verbunden ist, ist derart mit geringem Spiel parallel zur Bremsscheibendrehachse zwischen Führungsflächen des achsfesten Bauteils der Bremse aufgenommen, dass bei Bremsungen die auftretenden Umfangskräfte unmittelbar von diesem stationären Bauteil der Selbstverstärkungseinrichtung auf das achsfeste Bauteil der Bremse abgestützt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine erste Schnittansicht einer Schiebesattel-Scheibenbremse; und
  • 2 eine weitere Schnittansicht der Scheibenbremse aus 1.
  • 1 zeigt eine (Teilbelag-) Schiebesattel-Scheibenbremse, mit beidseits einer Bremsscheibe 1 angeordneten Bremsbelägen 2 und 3.
  • Die Ausführung als Schiebsattel-Scheibenbremse ist eine mögliche Bauform. Ausgestaltungen als Schwenksattel-Scheibenbremse oder als Festsattel-Scheibenbremse oder Mischformen der Bauarten sind denkbar, hier aber nicht dargestellt.
  • Die Schiebesattel-Scheibenbremse weist einen die Bremsscheibe 1 im Umfangsrandbereich übergreifenden ein- oder hier mehrteiligen Bremssattel 32 (mit einem Bremssatteldeckel 20) auf, welcher eine Zuspannvorrichtung aufnimmt. Der Bremssattel 32 ist mittels einer Sattelschiebeführung an einem achsfesten Bremsträger 31 verschieblich geführt.
  • Ein Elektromotor 27 am Bremsengehäuse 20 wirkt über einen Gewindetrieb, hier einen Kugelgewindetrieb 26, auf einen vorzugsweise exzentrisch im Bremssattel 20 gelagerten Bremsdrehhebel 15, der infolge einer Betätigung durch den Kugelgewindetrieb um eine senkrecht zur Bremsscheibendrehachse D ausgerichtete Drehachse verschwenkbar ist.
  • Der Bremsdrehhebel 15 wirkt wiederum über wenigstens einen Bremsstempel 11 direkt oder über eine Druckplatte auf einen zuspannseitigen Bremsbelag 3.
  • Dabei sind der Bremsstempel 11 und der Bremsdrehhebel 15 sowie der Bremsstempel 11 und die Druckplatte 4 gelenkig miteinander derart verbunden, dass der Bremsstempel 11 beim Zuspannen der Scheibenbremse ganz oder zumindest im wesentlichen einer Bewegung des zuspannseitigen Bremsbelages 3 in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 1 folgen kann.
  • Die Zuspannvorrichtung ist dabei derart ausgelegt, dass auf den Bremsbelag 3 Zug- und Druckkräfte einwirken können, d.h. der Elektromotor kann zum Zuspannen und Lösen der Bremse genutzt werden.
  • Der betätigungsseitige Bremsbelag 3 ist in der Druckplatte 4 aufgenommen.
  • Die Druckplatte 4 ist parallel zur Bremsscheibenreibfläche verschieblich und steht über in ihr gelagerten Rollkörper, hier Kugeln 5 und 6, mit Rampen 7 und 8 von axial längenveränderlichen Druckstempeln bzw. Nachstellkolben 9 und 10 in Wirkverbindung, die in einem spitzen Winkel von mehr als 0 und weniger als 90° zur Bremsscheibenreibfläche ausgerichtet sind. Die Rampen könnten auch oder ergänzend auch in der Druckplatte 4 ausgebildet sein. Die Kugeln (oder sonstige Rollkörper) wären in diesem Fall in kalottenartigen Ausnehmungen der Druckstempel geführt, die dennoch Teil der Selbstverstärkungseinrichtung im Sinne des Anspruchs 1 wären.
  • An der Druckplatte 4 ist – wie bereits erwähnt – der Betätigungsstößel 11 zur Übertragung der in Richtung der Bremsscheibe wirkenden Druck -und Zugkräften angelenkt.
  • Diese Anlenkung erfolgt hier mittels eines Bolzens 33 und mit einem Gabelkopf 34.
  • Diese gelenkige Verbindung erlaubt bei einer Umfangsverschiebung der Druckplatte 4 eine Schwenkbewegung eines Betätigungsstößels 11 um den Kugelmittelpunkt 12 (der auf der Exzenterdrehachse E – 2 – liegt) eines Kalottenlagers 13.
  • Das Kalottenlager 13 ist auf der Exzenterachse 14 des Bremsdrehhebels 15 zur Übertragung der Betätigungskräfte auf den Betätigungsstößel 11 aufgenommen.
  • Der Betätigungsstößel 11 ist mit einem Gewindestößel 16 verschraubt, wobei der Gewindestößel 16 wiederum fest mit einem Gelenklagergehäuse 17 verbunden ist.
  • Der Betätigungsstößel 11 bildet mit dem Gewindestößel 16 einen zum Zwecke der Verschleiß – Nachstellung längenveränderlichen Stößel bzw. Nachstellkolben.
  • In gleicher Weise sind die beiden Druckstempel 9 und 10 mit den Gewindespindeln 18 und 19, welche die Abstützkraft der Druckstempel 9/10 auf das Bremsengehäuse bzw. einen Bremssattel 20 übertragen, verschraubt.
  • Die Gewindespindeln 18/19 sind mit dem Gewindestößel 17 durch ein Synchronisationsgetriebe verbunden. Hierdurch wird erreicht, dass die Antriebs – Drehbewegung des Nachstellerantriebs nur synchron auf die beiden Druckstempel 9/10 und den Betätigungsstößel 11 einwirkt.
  • Der Bremsdrehhebel 15 ist in den zwei Lagerböcken 21/22 mittels zweier Wälzlager 23/24 reibungsarm gelagert.
  • Die Lagerböcke 21/22 sind mit dem Bremsengehäuse 20 fest verbunden.
  • Am Hebelarm des Bremsdrehhebels 15 ist eine Spindel 25 eines Kugelgewindetriebes 26 zur Übertragung von Zug- und Druck – Betätigungskräfte befestigt.
  • Der Kugelgewindetrieb 26 wird zur Betätigung der Bremse von dem Elektromotor 27 angetrieben.
  • Die Druckstempel 9/10 sind an ihrem der Bremsscheibe 1 zugewandten Ende in einer Führungsplatte 28 derart aufgenommen bzw. ausgestaltet, dass auf die Rampen 7/8 parallel zur Bremsscheibenreibfläche wirkende Abstützkräfte in die Führungsplatte 28 eingeleitet und von dieser, je nach Drehrichtung der Bremsscheibe, an den Führungsflächen 29 oder 30 auf den Bremsträger 31 abgeleitet werden.
  • Die Führung der Druckstempel 9/10 und des Betätigungsstößels 11 erfolgt an deren zu Bremsscheibe 1 gewandten Ende ausschließlich über die Führungsplatte 28 und den Bremsträger 31.
  • Der Bremssattel 32 und die Nachstelleinrichtung 35/36/37 sowie die Sattelschiebeführung sind von den Umfangskräften entlastet.
  • Dabei sind die Bremsstempel 9, 10 vorzugsweise einfach direkt an der Führungsplatte 28 verschraubt.
  • Nachfolgend sei beispielhaft eine Bremsung mit dieser Scheibenbremse beschrieben:
    Beim Erkennen eines Bremswunsches über die Betätigung des Bremspedals und damit des mit dem Bremspedal verbundenen Brems – Sollwertgebers wird der Elektromotor 27 durch das elektronische Bremssteuergerät zur Erzeugung einer Zustellbewegung des Kugelgewindetriebes 26 angesteuert.
  • Die Spindel 25 des Kugelgewindetriebes 26 bewegt den Hebelarm des Bremsdrehhebels 15 in Richtung der Bremsscheibe.
  • Der Bremsdrehhebel 15 wird dabei in seinen Wälzlagern 23/24 verschwenkt und bewegt damit auch seine Exzenterwelle 14 und damit das Kalottenlager 13 entsprechend der Hebelübersetzung in Richtung der Bremsscheibe. Die Bewegung des Kalottenlagers wird über den Betätigungsstößel bzw. über die Bauteilkette 12131716113334 auf die Druckplatte 4 übertragen.
  • Die Druckplatte 4 wird dabei zunächst zur Überwindung des Lüftspieles mit dem Bremsbelag 3 rechtwinklig zu deren Reibfläche auf die Bremsscheibe 1 zu bewegt. Bei Anlegen des Bremsbelages 3 an die Reibfläche der Bremsscheibe 1 werden der Bremsbelag 3 und die damit verbundene Druckplatte 4 durch die entstehende Reibkraft von der Bremsscheibe 1 in deren Drehrichtung mitbewegt.
  • Die Kugeln 5/6 werden an den Rampen 7/8 entlang geführt und bewirken dabei auf die Druckplatte 4 zusätzlich zu deren Umfangsbewegung eine verstärkte Bewegung auf die Bremsscheibe zu. Die vom Betätigungsstößel 11 eingeleitete Anlegekraft wird dabei entsprechend der erhöhten Aufspreizung des Bremssattels 32 verstärkt. Infolge der Umfangsverschiebung der Druckplatte 4 führt der Betätigungsstößel 11 eine Schwenkbewegung um das Kalottenlager 13 und den Bolzen 33 aus. Der reaktionsseitige Bremsbelag 2 wird wie bei Schiebesattelbremsen üblich infolge einer Verschiebung des Bremssattels an die Bremsscheibe 3 gelegt. Hier muss keine Selbstverstärkungseinrichtung vorgesehen sein.

Claims (11)

  1. Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse in selbstverstärkender Bauart, mit a. einem Bremssattel (32, 20), wenigstens einem zuspannseitigen und einem reaktionsseitigen Bremsbelag (2, 3) und einer Bremsscheibe (1), b. einem elektromechanischen Antrieb (27) und einer Zuspannvorrichtung zum Zuspannen des Bremsbelages, die einen Bremsdrehhebel (15) und eine Selbstverstärkungseinrichtung aufweist, c. wobei der Bremsdrehhebel (15) auf einen Betätigungsstößel (11) einwirkt, welcher auf den zuspannseitigen Bremsbelag (3) einwirkt, wobei d. der Betätigungsstößel (11) am Bremsdrehhebel (15) und an der Druckplatte (4) oder dem zuspannseitigen Bremsbelag (3) schwenkbar gelagert ist, und e. mit wenigstens einer Nachstellvorrichtung (18, 9; 19, 10) zum Nachstellen von Belag- und/oder Scheibenverschleiß, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigungsstößel-Baueinheit den eigentlichen Betätigungsstößel (10), eine Gewindespindel (16) und ein Gelenklagergehäuse (17) aufweist und zur Übertragung der Nachstelldrehbewegung über ein Synchronisationsgetriebe mit einer Nachstelleinrichtung (9, 18 und 10, 19) gekoppelt ist.
  2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (11) am Bremsdrehhebel (15) direkt am zuspannseitigen Bremsbelag (3) oder an einer Druckplatte (4) dieses Bremsbelags (3) mit überkreuzender Drehachse schwenkbar gelagert ist.
  3. Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (11) am Bremsdrehhebel (15) und dem zuspannseitigen Bremsbelag (3) oder an der Druckplatte (4) derart schwenkbar befestigt ist, dass Zug- und Druckkräfte zwischen einem Elektromotor (27) und dem zuspannseitigen Bremsbelag (3) übertragbar sind.
  4. Scheibenbremse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (11) an der Exzenterdrehachse (E) des Bremsdrehhebels (15) und dem zuspannseitigen Bremsbelag (3) oder an der Druckplatte (4) derart gelagert und befestigt ist, dass er Schwenkbewegungen des Bremsdrehhebels (15) und Umfangsschiebebewegungen des Bremsbelages (3) und/oder der Druckplatte (4) durch Schwenken in den beiden zueinander senkrecht stehenden Schwenkrichtungen ausgleichen kann.
  5. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (11) an seinen beiden Montageenden mit Schwenklagern wie Gleitkalottenlagern versehen ist, wobei die Kraftübertragung sowohl auf der Seite des Bremsdrehhebels (15) als auch auf der Seite des zuspannseitigen Bremsbelags (3) über Gelenkbolzen erfolgt, wobei der Gelenkbolzen des Bremsdrehhebels zu demjenigen des Bremsbelages (3) mit überkreuzender Drehachse angeordnet ist.
  6. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (11) ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.
  7. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektromotor (27) und dem Bremsdrehhebel (15) ein Gewindetrieb angeordnet ist.
  8. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (11) als axial längenveränderliche, teleskopierbare Betätigungsstößel-Baueinheit zum Ausgleich von Belag- und/oder Scheibenverschleiß ausgebildet ist.
  9. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsstößel-Baueinheit mit einem Zahnrad verbunden ist, das bei nicht betätigter Bremse ein enges Zahnspiel zu weiteren gekoppelten Zahnrädern aufweist, während bei betätigter Bremse die Zahnräder durch die Zustellbewegung des Betätigungsstößels so weit außer Eingriff gebracht sind, dass die dann erfolgende Schwenkbewegung des Betätigungsstößels (11) ermöglicht wird.
  10. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Exzenterdrehachse ein Drehlager angeordnet ist, das als Tonnenrollen–Lager ausgestaltet sind.
  11. Scheibenbremse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines oder beide Drehlager als ballige Drehachsen oder als eine zu beiden Endbereichen hin im Durchmesser leicht aufgeweitete Lagerbuchse ausgebildet sind.
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