DE102006040129A1

DE102006040129A1 - Hydraulische Fahrzeugbremse mit integrierter elektromechanisch betätigbarer Feststellbremse und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102006040129A1
Application number: DE102006040129A
Authority: DE
Inventors: Volker Knop
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-08-26
Publication date: 2008-01-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Fahrzeugbremse mit Feststellbremsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsgehäuse, in dem ein hydraulischer Betriebsdruckraum von einem Bremskolben begrenzt ist, wobei der hydraulische Betriebsdruckraum zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse betätigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben mittels einer Betätigungseinrichtung wirkt, die den Bremskolben zur Durchführung von Feststellbremsungen mit Hilfe eines elektromechanischen Aktuators betätigt und in der betätigten Stellung hält, und wobei eine Gewindemutter-Spindel-Anordnung zur Kompensation eines Bremsbelagverschleißes mit dem Bremskolben in Wirkverbindung steht. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass ein doppeltes Hubgetriebe vorgesehen ist, wobei das erste Hubgetriebe durch die Gewindemutter-Spindel-Anordnung (10, 11) gebildet wird und das zweite Hubgetriebe als Wälzkörperrampengetriebe (1, 2, 3) ausgebildet ist und dass zwischen den Getrieben (1, 2, 3, 10, 11) eine automatische, drehmomentabhängige Umschaltung vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Fahrzeugbremse mit Feststellbremsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsgehäuse, in dem ein hydraulischer Betriebsdruckraum von einem Bremskolben begrenzt ist, wobei der hydraulische Betriebsdruckraum zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse betätigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben mittels einer Betätigungseinrichtung wirkt, die den Bremskolben zur Durchführung von Feststellbremsungen mit Hilfe eines elektromechanischen Aktuators betätigt und in der betätigten Stellung hält, und wobei eine Gewindemutter-Spindel-Anordnung zur Kompensation eines Bremsbelagverschleißes mit dem Bremskolben in Wirkverbindung steht. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zu deren Betrieb.
Eine derartige hydraulische Fahrzeugbremse ist beispielsweise aus der EP 1 169 581 B1 bekannt. Bei der vorbekannten hydraulischen Fahrzeugbremse ist vorgesehen, dass die Feststellbremseinrichtung eine Wälzkörperrampenvorrichtung zur Übertragung einer Hubkraft auf eine Mutter-Spindel-Anordnung umfasst. Zur Kompensation eines Bremsbelagverschleißes ist eine hydraulische Nachstellung vorgesehen. Allerdings ist eine hydraulische Nachstellung relativ aufwendig und benötigt einen gewissen Einbauraum. Des weiteren ist die hydraulische Nachstellung nicht in der Lage Axialspiele zu kompensieren. Dadurch muss das Wälzkörperrampengetriebe diese Funktion übernehmen. Diese Funktion ist als Verlusthub zu bezeichnen, weil die Zuspannkraft während dieses Vorgangs nicht gesteigert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Fahrzeugbremse der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, dass der Einbauraum an die beschränkten Verhältnisse angepasst wird und zudem Axialspiele, wie z. B. Spindelgewinde- und Luftspiele kompensiert werden können, um dadurch den beschränkten Hubweg des Wälzkörperrampengetriebes effektiver auszunützen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist ein doppeltes Hubgetriebe vorgesehen ist, wobei das erste Hubgetriebe durch die Gewindemutter-Spindel-Anordnung gebildet wird und das zweite Hubgetriebe als Wälzkörperrampengetriebe ausgebildet ist, wobei zwischen den Getrieben eine automatische, drehmomentabhängige Umschaltung vorgesehen ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. So ist in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, dass die Gewindemutter-Spindel-Anordnung vom elektromechanischen Aktuator betätigbar ist. Die Gewindemutter-Spindel-Anordnung bildet ein wegausgleichendes Getriebe zur Kompensation des Bremsbelagverschleißes und das Wälzkörperrampengetriebe ein krafterzeugendes Getriebe.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass die drehmomentabhängige Umschaltung mit Hilfe einer Axialdruckfeder realisiert wird, die eine Axialkraft auf die Antriebsrampe des Wälzkörperrampengetriebes ausübt und eine Umschaltung durchgeführt wird, wenn das Antriebsmoment der Gewindemutter-Spindel-Anordnung das Anlaufmoment des federkraftbelasteten Wälzkörperrampengetriebes übersteigt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht ein dem elektromechanischen Aktuator nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe u. a. aus einem Umlaufgetriebe mit zwei Abtrieben, zwischen denen lastabhängig gewechselt werden kann.
Zur Durchführung von Feststellbremsungen ist ein schaltbarer Freilauf vorgesehen, wobei die Sperrwirkung des Freilaufs aufhebbar ist, indem ein abgetriebenes Stirnrad des Planetengetriebes, Klemmkörper zwischen Keilflächen an einem Sonnenrad und einer gestellfesten Außenhülse außer Eingriff bringt.
Bei einer alternativen Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist ein dem elektromechanischen Aktuator nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe als Umlaufgetriebestufe in form eines Kegelschraubradgetriebes ausgebildet, dem ein Riementrieb und eine Schneckengetriebestufe vorgeschaltet ist. Dabei ist die Schneckengetriebestufe selbsthemmend ausgebildet.
Eine weitere alternative Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass ein dem elektromechanischen Aktuator nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe aus einer Schneckenumlaufstufe, der eine Stirnradstufe, eine Schraubradstufe sowie ein Riementrieb vorgeschaltet ist. Dabei ist die Schneckenumlaufstufe selbsthemmend ausgebildet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind Mittel zur Bestimmung der für eine Feststellbremsung notwendigen Zuspannkraft vorgesehen. Dabei sensieren die Mittel die Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators und/oder den Drehwinkel eines Getriebeelementes.
Zur Erzeugung eines signifikanten Abschaltkriteriums des elektromechanischen Aktuators, bei Erreichen der maximalen Zuspannkraft, ist eine Überlastkupplung vorgesehen, die die Übertragung eines Drehmomentes kurzzeitig aufhebt, sobald das für die maximale Zuspannkraft notwendige Drehmoment erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der hydraulischen Fahrzeugbremse sieht vor, dass die erzielte Zuspannkraft während des Zuspannvorgangs durch Sensierung der Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators ermittelbar ist, wobei eine Überlastkupplung vorgesehen ist, die die Übertragung eines Drehmomentes kurzzeitig aufhebt, sobald das für die maximale Zuspannkraft notwendige Drehmoment erreicht wird und ein signifikantes Abschaltkriterium für den elektromechanischen Aktuator, bei Erreichen der maximalen Zuspannkraft, erzeugt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Totalansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse;
2 eine Schnittdarstellung entlang der in 1 dargestellten Schnittebene A-A;
3 eine Schnittdarstellung entlang der in 1 dargestellten Schnittebene B-B;
4a,b zwei dreidimensionale Darstellungen eines elektromechanischen Aktuators mit einem nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe;
5 eine Totalansicht des elektromechanischen Aktuators mit einem nachgeschaltetem Untersetzungsgetriebe;
6a eine Schnittdarstellung entlang der in 5 dargestellten Schnittebene C-C;
6b eine Schnittdarstellung entlang der in 6a dargestellten Schnittebene D-D;
7 ein an einem Stirnrad angeordneter schaltbarer Freilauf
8a,b,c eine 5 entsprechende Totalansicht des elektromechanischen Aktuators mit nachgeschaltetem Untersetzungsgetriebe in Draufsicht und als Schnittdarstellung;
9 eine Schnittdarstellung des in 8a dargestellten Schnittverlaufs A-A;
10 eine Kennlinie der Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators;
11 eine weitere Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse nach Überwindung des Belagverschleisses und vor der Aktivierung der Feststellbremsfunktion;
12 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse, bei dem das Untersetzungsgetriebe aus einem Kegelschraubradgetriebe mit vorgeschaltetem Riemen- und Schneckentrieb gebildet wird;
13a,b zwei dreidimensionale Darstellungen des elektromechanischen Aktuators mit einem nachgeschalteten Riemen-, Schneckentrieb und Kegelschraubradgetriebestufe;
14 eine Schnittdarstellung der in 12 dargestellten Schnittebene B-B;
15 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse, bei dem das Untersetzungsgetriebe aus einem Schneckengetriebe mit vorgeschaltetem Schraubrad-, Strinrad und Riementrieb gebildet wird;
16a,b zwei dreidimensionale Darstellungen des elektromechanischen Aktuators mit einem nachgeschalteten Riemen-, Schraubradtrieb, Stirn- und Schneckenradstufe und
17 eine Schnittdarstellung des in 16a,b dargestellten elektromechanischen Aktuators.
Die in 1 dargestellte Totalansicht der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse definiert zwei Schnittebenen A-A und B-B für die Darstellung in den nachfolgenden 2 und 3. Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremse weist einerseits eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremse und andererseits eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse auf. Die Zuspannkraft für die Betriebsbremsung wird hydraulisch erzeugt, die der Feststellbremsung elektromechanisch. Dabei liefert ein elektromechanischer Aktuator 14 über ein Untersetzungsgetriebe das nötige Drehmoment, um ein Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 anzutreiben, das das Drehmoment in eine Hubkraft wandelt. Zudem treibt das Drehmoment am Ausgang des Untersetzungsgetriebes einen Spindeltrieb 10, 11 an, durch den die Axialspiele und Verschleiß der Bremsbeläge 30, 30' kompensiert werden können.
Wie in 2 verdeutlicht ist, weist die erfindungsgemäße hydraulische Fahrzeugbremse ein Bremsgehäuse 29 auf, welches den äußeren Rand einer nicht dargestellten Bremsscheibe und zwei auf beiden Seiten der Bremsscheibe angeordnete Bremsbeläge 30, 30' umgreift. Das Bremsgehäuse 29 bildet auf seiner Innenseite einen Bremszylinder, der einen Bremskolben 13 axial verschiebbar aufnimmt. In den zwischen Bremszylinder und Bremskolben 13 gebildeten Betriebsdruckraum 36 kann zur Durchführung von Betriebsbremsungen Bremsflüssigkeit zugeführt werden, so dass sich ein Bremsdruck aufbaut, der den Bremskolben 13 axial entlang einer Kolbenlängsachse zur Bremsscheibe hin verschiebt. Dadurch wird der dem Bremskolben 13 zugewandte Bremsbelag 30' gegen die Bremsscheibe gedrückt, wobei als Reaktion das Bremsgehäuse 29 sich in der entgegengesetzten Richtung verschiebt und dadurch auch den anderen Bremsbelag 30 gegen die Bremsscheibe drückt. Der Bremskolben 13 besitzt als Besonderheit innen eine Linearführung 27 für eine Spindelmutter 11, deren Funktion nach folgend erläutert wird, und an der Stirnfläche zum Bremsbelag 30' eine Verdrehsicherung 28.
Eine Betätigungseinrichtung, die zur Durchführung eines Feststellbremsvorganges erforderlich ist, wird im Wesentlichen durch ein Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 gebildet. Das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 ist von einem elektromechanischen Aktuator 14 betätigbar und wird durch eine Antriebsrampe 1 sowie eine rotationsstatische Abtriebsrampe 2 gebildet, die eine translatorische Bewegung ausführen kann. Zwischen den Rampen sind Wälzkörper 3 im Eingriff.
Die Aktivierung der Feststellbremse soll aus Komfort- und Sicherheitsgründen elektromechanisch erfolgen. Das Drehmoment eines elektromechanischen Aktuators 14 soll dabei über ein Untersetzungsgetriebe, ein Hubgetriebe in Form eines Wälzkörperrampengetriebes 1, 2, 3 antreiben, um die notwendige Zuspannkraft zu erzeugen. Hierfür ist es notwendig, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu realisieren, um die Antriebsleistung, und damit den benötigten Bauraum, möglichst gering zu halten. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades tritt jedoch keine Selbsthemmung der Mechanik auf, um die eingestellte Zuspannkraft über die Dauer der Parkzeit aufrecht zu halten. Deshalb muss zusätzlich ein Sperrmoment erzeugt werden.
Wie in 2 und 3 dargestellt ist, ist das krafterzeugende Hubgetriebe als Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 ausgebildet und aufgrund des hohen Wirkungsgrades für die Generierung der Zuspannkraft verantwortlich. Das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 besteht aus Antriebs- 1 und Abtriebsrampe 2. Zwischen den Rampenhälften befinden sich als Stahlkugeln ausgebildete Wälzkörper 3. Eine Druckfeder 4 übt auf die Abtriebsrampe 2 eine Axialkraft aus. Die Abtriebsrampe 2 ist in einer Patrone 5 verdrehgesichert und kann nur eine Hubbewegung ausführen. Die Patrone 5 ist mit einer Rampenstützscheibe 6 verbunden, die wiederum mit der Bremsgehäusebohrung 7 verpresst wird und dadurch radial und axial gehäusefest ist. Die Antriebsrampe 1 kann eine Rotationsbewegung ausüben und wird mit der Axialkraft der Druckfeder 4 auf ein Axiallager 8 gepresst. Das Axiallager 8 stützt sich auf der Rampenstützscheibe 6 ab. Ein Schaft 18 der Antriebsrampe 1 ist radial in einem Radialgleitlager 9 gelagert.
Das wegausgleichende Hubgetriebe ist für die Kompensation des Belagverschleißes, der Luftspiele und der Axialspiele zuständig. Da dieses Hubgetriebe nicht unter hoher Last bewegt wird, ist bei diesem Getriebe kein hoher Wirkungsgrad, sondern die Funktion der Selbsthemmung wichtig. Es bietet sich deshalb ein Bewegungsspindeltrieb mit im Selbsthemmungsbereich liegender Gewindesteigung an. Der Spindeltrieb besteht aus einer Spindel 10 und einer Gewindemutter 11. Die Spindel 10 kann eine Drehbewegung ausüben und stützt sich axial auf einer Lagerscheibe 12 ab. Die Gewindemutter 11 ist im Bremskolben 13 verdrehgesichert und kann eine Hubbewegung ausführen. Die Spindel 10 wird durch das Untersetzungsgetriebe mit einem Drehmoment beaufschlagt.
Das Untersetzungsgetriebe hat die Aufgabe, das vom elektromechanischen Aktuator 14 erzeugte Drehmoment zu steigern, ist deshalb zwischen diesem und den Hubgetrieben geschaltet. Es besteht abtriebsseitig aus einem Umlaufgetriebe. Dieses Umlaufgetriebe ist hier als Stirnradplanetengetriebe ausgeführt. Der Steg 15 des Planetengetriebes ist mit der Spindel 10 des wegausgleichenden Hubgetriebes über einen Schiebesitz 16 verbunden, da die Spindel temporär auch eine translatorische Bewegung ausführt. Das Hohlrad 17 des Planetengetriebes ist mit dem Antriebsrampenschaft 18 gekoppelt. Wie 4a und b entnehmbar, ist dem Umlaufgetriebe eine Stirnradgetriebeuntersetzung vorgeschaltet, um den koaxialen Achsabstand zwischen Antriebswelle 19 des elektromechanischen Aktuators 14 und dem Umlaufgetriebe zu überbrücken. Beide Getriebestufen sind im Gestell 20 gelagert. Das Gestell 20 ist gehäusefest.
Anhand von 5 sowie 6a und b wird ein zur Aufrechterhaltung der eingestellten Zuspannkraft erforderlicher Sperrmomenterzeuger näher erläutert. Da die Wirkungsgrade des krafterzeugenden Hubgetriebes und des Untersetzungsgetriebes hoch sind, existieren auch keine Selbsthemmungen. Falls man mit dem Wälzkörperrampen-Antriebsmoment die nötige Zuspannkraft erzeugt hat und anschließend den Antrieb ausschaltet, induziert die Zuspannkraft durch die Rampensteigung ihrerseits ein Rückstellmoment. Damit aber die Zuspannkraft über die Parkdauer aufrecht gehalten wird, muss dieses, von der Rampe induzierte Rückdrehmoment, gesperrt werden, um deren Hublage zu gewährleisten. Aus diesem Grund ist in dieser Lösung ein schaltbarer Freilauf vorgesehen, der ein Zurückdrehen des Wälzkörperrampengetriebes 1, 2, 3, wenn sich diese in der Hublage befindet, verhindert. Der Freilauf sperrt nur in Lösedrehrichtung, d. h. zum Abbau der Zuspannkraft muss die Sperrwirkung des Freilaufs aufgehoben werden. Das geschieht, indem das abgetriebene Stirnrad 21 die Klemmkörper 22 zwischen den Keilflächen 23 am Sonnenrad 24 und der gestellfesten Außenhülse 25 aus dem Eingriff nimmt. Die Klemmkörper 22 sind mit einer Federkraft 26 beaufschlagt. Beim Antreiben der Hubgetriebe folgen die Klemmkörper 22 lediglich der Drehbewegung und erzeugen kein Sperrmoment.
Eine alternative Variante zur Erzeugung des Sperrmoments wäre ein drehrichtungsabhängiger Wirkungsgrad, der durch asymmetrisch ausgeführte Zahnflanken mit unterschiedlichen Pro filverschiebungen an den Zahnrädern erreicht werden kann. Weitere Alternative Ausführungsbeispiels der Getriebegestaltung, mit dem Zweck eine Sperrwirkung zu erzielen, werden anhand der 12 bis 17 näher erläutert.
Zur indirekten Ermittlung der erzielten Zuspannkraft bietet sich einerseits die Überwachung des Hohlrad-Drehwinkels durch einen Hall-Sensor oder durch einen magnetoresistiven Sensor an. Andererseits ist durch die Sensierung der Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators 14 die erzielte Zuspannkraft während des Zuspannvorgangs ermittelbar. Eine markante Stromaufnahme bzw. eine markante Kennlinie der Stromaufnahme, die ein eindeutiges Abschaltkriterium für den elektromechanischen Aktuator 14 liefert, ist dabei hilfreich. Eine derartige Kennlinie kann durch ein zusätzliches Element, in form einer abgewandelten Überlastkupplung, realisiert werden, die in den 8a,b,c und 9 dargestellt ist. Diese Überlastkupplung hebt die Übertragung eines Drehmomentes kurzzeitig auf, sobald das für die maximale Zuspannkraft notwendige Drehmoment erreicht wird, was im Stromaufnahmeverlauf detektierbar ist.
Die eben erwähnte Überlastkupplung besteht aus einem schrägverzahntem Zwischenrad 35 und einem Kupplungszahnrad 34 wie in 8a,b,c dargestellt ist. In dem Zwischenrad 35 stecken Bolzen 37, die an den dem Kupplungszahnrad 34 zugewandten Enden kugelförmig ausgebildet sind. Das Kupplungszahnrad 34 besitzt tangential angeordnete Kerblaufbahnen wie sie in 9 dargestellt sind. In diese Kerblaufbahnen greifen die Bolzen 37 ein. Beide Zahnräder 34, 35 sind auf einem Lagerbolzen 39 rotatorisch gelagert und werden durch ein Federelement 41, über eine Lagerscheibe 40 mit einer Axialkraft beaufschlagt. Das Kupplungszahnrad 34 wird dadurch axial an eine Anlaufscheibe 38 gepresst. Solange sich die Bolzen 37 in den Kerben der Kerbbahn befinden (Rastung), nimmt das schrägverzahnte Zwischenrad 35 das Kupplungszahnrad 34 durch den kombinierten Reib- und Formschluß mit und überträgt ein Drehmoment. Mit steigender Last am Abtrieb sinkt die Drehzahl des elektromechanischen Aktuators 14 und die Stromaufnahme steigt, während sich das Drehmoment erhöht. Durch die Keilwirkung der sich in den Kerbbahnen befindlichen Schrägen 42, sowie durch die Axialkraft des Zahneingriffs der Schrägverzahnung, wird der Federkraft des Federelementes 41 entgegengewirkt. Dadurch wird der Bolzen 37 aus dem Eingriff der Kerbe genommen und gleitet kurzzeitig auf dem ebenen Abschnitt 43 der Kerbbahn. Das übertragbare Drehmoment ist jetzt proportional dem Reibschluss zwischen den beiden Bauteilen. Die Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators 14 sinkt abrupt. Schlägt der Bolzen 37 dann an die Begrenzung 44 der Kerbbahn an, besteht wieder Formschluss und die Belastung auf den elektromechanischen Aktuator 14 steigt schlagartig an und damit auch dessen Stromaufnahme. Eine derartige Kennlinie der Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators 14 ist in 10 dargestellt.
Zur Beschreibung der Funktionsabläufe wird auf die 1 bis 7 und 11 Bezug genommen. Um den Park- bzw. Feststellbremsmodus einzuleiten wird zunächst der Belagverschleiß ausgeglichen. Sofern es seit der letzten Feststellbremsung, während Betriebsbremsungen, zum Belagverschleiß gekommen ist, hat sich dadurch zwischen Bremskolbenboden 31 und Gewindemutter 11 ein Spalt 32 gebildet, wie es in 11 dargestellt ist. Bei Betätigung der Feststellbremse wird der elektromechanische Aktuator 14 mit elektrischem Strom versorgt und gibt mechanische Arbeit an das Untersetzungsgetriebe ab. Wie schon erwähnt, ist der Steg 15 des Umlaufgetriebes mit der Spindel 10 und das Hohlrad 17 mit dem Antriebsrampenschaft 18 verbunden, d. h. das Getriebe be sitzt zwei Abtriebe. Um den Spalt 32 zwischen Kolbenboden 31 und Spindel 10 ausgleichen zu können, muss die Spindelmutter 11 eine Hubbewegung ausführen. Das setzt eine Drehbewegung der Spindel 10 voraus. Für das Umfangsgetriebe bedeutet dies, dass der Steg 15 antreibt und das Hohlrad 17 stillsteht. Das wird dadurch realisiert, indem das Wälzkörperrampengetriebe mit einer Axialkraft, hervorgerufen durch die Druckfeder 4, beaufschlagt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass immer zuerst die lastfreie Spindel 10 angetrieben wird, obwohl diese einen schlechteren Wirkungsgrad besitzt. Erst wenn die Last auf die Spindel 10 so stark angestiegen ist, dass deren Antriebsmoment das Anlaufmoment des federkraftbelasteten Wälzkörperrampengetriebes übersteigt, wird das Wälzkörperrampengetriebe drehbewegt und die Spindel 10, bzw. der Steg 15 stehen still. Dann liegt allerdings die Spindel 10 bereits am Kolbenboden 31 an und sämtliche Spiele sind kompensiert bzw. überfahren worden.
Wenn die Spindel 10 am Kolbenboden 31 anliegt und nach dem Kompensieren der Axialspiele die Spindellast soweit angestiegen ist, dass deren Antriebsmoment größer ist als das Anlaufmoment des federbelasteten Wälzkörperrampengetriebes 1, 2, 3, wird die Antriebsrampe 1 drehbewegt und erzeugt durch die Rampensteigung mit der Abtriebsrampe 2 eine Hubbewegung. Über den ausgelenkten Bremskolben 13, den gestauchten Bremsbelägen 30 und dem gedehnten Bremsgehäuse 29, wird die nicht dargestellte Bremsscheibe mit einer Zuspannkraft eingespannt. Die beiden Abtriebe des Umlaufgetriebes haben gegenläufige Drehrichtungen, bei gleich bleibender Motordrehrichtung. Wird z. B. das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 angetrieben, bildet der Spindelantrieb das Gegenmoment zum Rampenantrieb. Wenn das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 eine Hubbewegung ausübt, wird die kraftübertragende Spindel 10 selbstverständlich mitbewegt. Gleichzeitig stützt sich an ihr das Gegenmoment zum Antriebsmoment des Wälzkörperrampengetriebes ab. Aus diesem Grund ist der Steg 15 des Umfangsgetriebes durch einen Schiebesitz 16 mit der Spindel 10 verbunden. Das Umschalten zwischen dem krafterzeugenden und dem wegausgleichenden Hubgetriebe erfolgt also automatisch und lastgesteuert.
Um einen Rückschluss auf die Höhe der Zuspannkraft ziehen zu können, werden die Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators 14, sowie der Drehwinkel des Hohlrades 17 sensiert. Zur Drehwinkelsensierung bietet sich beispielsweise ein magnetoresistiver Sensor an. Bei Erreichen der benötigten Zuspannkraft besitzt der Antrieb die max. Stromaufnahme. Die Stromaufnahme wird sensiert. Daraufhin wird der Antrieb abgeschaltet. Nach dem Abschalten des Antriebs sorgt der schaltbare Freilauf für die Sperrung des Wälzkörperrampen-Rückstellmoments. Der Spindeltrieb verfügt über Selbsthemmung und ist fixiert. Die Feststellbremse ist verriegelt.
Zum Entriegeln der Feststellbremse wird der elektromechanische Aktuator 14 bestromt und erzeugt über die Stirnradstufe ein der Zuspanndrehrichtung entgegen gesetztes Drehmoment, mit dem das Stirnrad 21 angetrieben wird. Das Stirnrad 21 bringt die Klemmkörper 22 des Freilaufs über dessen Stege 59 zuerst aus dem Eingriff und dreht dann das Sonnenrad 24 mit. Dadurch wird das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 zurückgefahren. Die Zuspannkraft wird abgebaut. Wenn das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 wieder in dessen eingefahrenen Ausgangszustand zurückgedreht worden ist, berühren die Stahlkugeln 3 in den tiefsten Stellen der Rampenlaufbahnen die Schmiegungswand. Die Drehbewegung der Antriebsrampe 1 kommt abrupt zum Stillstand. Im gleichen Augenblick bewirkt das Lösemoment ein Umschalten auf den Spindeltrieb, d. h. bei stillstehendem Hohlrad 17 dreht sich der Steg 15. Die Gewin demutter 11 kann aus Ihrem Sitz im Kolbenboden 31 zurückgedreht werden. Der Antrieb wird jetzt praktisch lastfrei und besitzt eine geringe Stromaufnahme. Die Stromaufnahme wird sensiert. Der Antrieb wird daraufhin abgeschaltet. Die Feststellbremse ist entriegelt.
Bei dem im Folgenden, anhand von 12 bis 14 beschrieben, zweiten Ausführungsbeispiel ist das Untersetzungsgetriebe aus einer Umlaufgetriebestufe in form eines Kegelschraubradgetriebes ausgebildet, dem eine Riemen- und Schneckengetriebestufe vorgeschaltet ist. Dabei ist das Tellerschraubrad 46 mit der Spindel 10 über einen Schiebesitz 16 und ein Gestell 45 mit dem Antriebsrampenschaft 18 verbunden. Das vorgeschaltete Schneckengetriebe besitzt eine Gewindesteigung im Bereich der Selbsthemmung. Die Schneckengetriebestufe ist somit für die Erzeugung eines Sperrmoments ausgelegt. Der Schneckengetriebestufe ist ein Riementrieb 50, 53, 54 vorgeschaltet. Das Drehmoment des elektromechanischen Aktuators 14 wird über den Riementrieb, bestehend aus Ritzelriemenscheibe 53, Zahnriemen 54 und Riemenscheibe 50 weitergeleitet an die Schnecke 49 des Schneckentriebs. Dieses ist im Gestell 45, als auch im Tellerschraubrad 46 mit Hilfe zweier Lager 47, 48 gelagert. Die Schnecke 49 treibt das Schneckenrad 52 an, das mit dem Schaft des Kegelschraubrades 51 verbunden ist. Das Kegelschraubrad 51 ist im Gestell 45 gelagert, wie es in 13a,b dargestellt ist und steht mit dem Tellerschraubrad 46 im Eingriff. Da das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 durch die Axialfederkraft ein höheres Loslaufmoment besitzt als der Gewindespindeltrieb, steht das Gestell 45 anfangs still und das Tellerkegelrad 46 treibt den Spindeltrieb, bis alle Spiele kompensiert sind und das Loslaufmoment des Wälzkörperrampengetriebes 1, 2, 3 überschritten wird, an. Jetzt steht das Tellerkegelrad 46 still und das Gestell 45 bewegt das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3. Bei Erreichen der geforderten Zuspannkraft wird der Antrieb abgeschaltet. Der Gewindespindeltrieb ist, wie schon erläutert, selbsthemmend ausgebildet und kann nicht selbstständig zurückdrehen, d. h. das Tellerkegelrad 46 ist nach Abschalten des Antriebs fixiert. Das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 will durch die fehlende Selbsthemmung, induziert durch die Zuspannkraft, zurückdrehen und beaufschlagt das Gestell 45 mit einem Losdrehmoment. Da die Schneckenstufe über Selbsthemmung verfügt, wird das Kegelschraubrad 51 vor dem Abrollen auf dem Kegeltellerrad 46 gehindert, die Zuspannkraft kann somit nicht ohne das Lösemoment des elektromechanischen Aktuators 14 abgebaut werden. Bei dieser zweiten Ausführung ist keine separate Rücklaufsperre notwendig.
Bei dem im Folgenden, anhand von 15 bis 17 beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel, besteht das Untersetzungsgetriebe aus einer Schneckenumlaufstufe, der eine Stirnradstufe, eine Schraubradstufe sowie eine Riemenstufe vorgeschaltet ist. Das Schneckenrad 57 ist mit der Spindel 10 über einen Schiebesitz 16 und das Gestell 45 mit dem Schaft 18 der Antriebsrampe 1 verbunden. Die Schnecke 56 steht mit dem Schneckenrad 57 im Eingriff. Der Steigungswinkel der Schnecke 56 liegt im Bereich der Selbsthemmung. Die Schnecke 56 wird über eine Stirnradstufe 58 angetrieben, die sich wiederum am Schaft des Abtriebsschraubrades 55 anschließt, wie es in 15, 16a, 16b dargestellt ist. Das Antriebsschraubrad 49 steht mit dem Abtriebsschraubrad 55 im Eingriff und bildet mit diesem die Schraubradstufe. Der Schraubradstufe ist ein Riementrieb 50, 53, 54 vorgeschaltet. Das Drehmoment des elektromechanischen Aktuators 14 wird über den Riementrieb, bestehend aus Ritzelriemenscheibe 53, Zahnriemen 54 und Riemenscheibe 50 weitergeleitet an das Antriebsschraubrad 49. Abtriebsschraubrad 55 und Schnecke 56 sind im Gestell 45 gelagert, das Antriebsschraubrad 49 ist sowohl im Gestelle 45 als auch auf dem Spindelschaft 47 gelagert, wie es in 16a und 16b dargestellt ist. Wenn, bedingt durch das höhere Loslaufmoment des Wälzkörperrampengetriebes 1, 2, 3, das Gestell 45 anfangs stillsteht, treibt das Schneckenrad 57 den Spindeltrieb an, bis alle Spiele kompensiert wurden und das Loslaufmoment des Wälzkörperrampengetriebes 1, 2, 3 überschritten worden ist. Das Schneckenrad 57 kommt jetzt zum Stillstand und das Gestell 45 bewegt die Antriebsrampe 1 rotatorisch, weil die Schnecke 56 sich um das stillstehende Schneckenrad 57 schraubt. Beim Erreichen der geforderten Zuspannkraft wird der Antrieb abgeschaltet. Der Gewindespindeltrieb besitzt Selbsthemmung und kann nicht ungewollt zurückdrehen, d. h. das Schneckenrad 56 ist nach Abschalten des Antriebs fixiert. Das Wälzkörperrampengetriebe 1, 2, 3 will durch die fehlende Selbsthemmung, induziert durch die Zuspannkraft, zurückdrehen und beaufschlagt das Gestell 45 mit einem Losdrehmoment. Da die Schneckenumlaufstufe 56, 57 über Selbsthemmung verfügt, wird das Gestell 45 an einer Drehbewegung gehindert. Die Zuspannkraft kann somit nicht ohne Zuhilfenahme des elektromechanischen Aktuators 14 abgebaut werden. Bei dieser dritten Ausführung ist ebenfalls keine separate Rücklaufsperre notwendig.
Der hohe Wirkungsgrad der Mechanik und die aktive Kompensation von Belagverschleiß und Axialspielen sind vor allem deshalb vorteilhaft, da eine geringere Antriebsleistung des elektromechanischen Aktuators 14 ausreichend ist. Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremse hat darüber hinaus den Vorteil einer geringeren Baulänge. Außerdem ist nur eine geringere Anzahl an Bauteilen notwendig.

1: Antriebsrampe
2: Abtriebsrampe
3: Wälzkörper
4: Druckfeder
5: Patrone
6: Rampenstützscheibe
7: Bremsgehäusebohrung
8: Axiallager
9: Radialgleitlager
10: Spindel
11: Gewindemutter
12: Lagerscheibe
13: Bremskolben
14: elektromechanischer Aktuator
15: Steg
16: Schiebesitz
17: Hohlrad
18: Antriebsrampenschaft
19: Antriebswelle
20: Gestell
21: Stirnrad
22: Klemmkörper
23: Keilflächen
24: Sonnenrad
25: Außenhülse
26: Feder
27: Linearführung
28: Verdrehsicherung
29: Bremsgehäuse
30: Bremsbelag
30': Bremsbelag
31: Bremskolbenboden
32: Spalt
33: Planetenräder
34: Kupplungszahnrad
35: Zwischenrad
36: hydraulischer Betriebsdruckraum
37: Bolzen
38: Anlaufscheibe
39: Lagerbolzen
40: Lagerscheibe
41: Federelement
42: Schrägen
43: ebener Abschnitt
44: Begrenzung
45: Gestell
46: Tellerschraubrad
47: Lager
48: Lager
49: Schnecke
50: Riemenscheibe
51: Kegelschraubrad
52: Schneckenrad
53: Ritzelriemenscheibe
54: Zahnriemen
55: Antriebsschraubrad
56: Schnecke
57: Schneckenrad
58: Stirnradstufe
59: Stege

Claims

Hydraulische Fahrzeugbremse mit Feststellbremsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsgehäuse (29), in dem ein hydraulischer Betriebsdruckraum (36) von einem Bremskolben (13) begrenzt ist, wobei der hydraulische Betriebsdruckraum (36) zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben (13) zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse betätigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben (13) mittels einer Betätigungseinrichtung wirkt, die den Bremskolben (13) zur Durchführung von Feststellbremsungen mit Hilfe eines elektromechanischen Aktuators (14) betätigt und in der betätigten Stellung hält, und wobei eine Gewindemutter-Spindel-Anordnung (10, 11) zur Kompensation eines Bremsbelagverschleißes mit dem Bremskolben (13) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein doppeltes Hubgetriebe vorgesehen ist, wobei das erste Hubgetriebe durch die Gewindemutter-Spindel-Anordnung (10, 11) gebildet wird und das zweite Hubgetriebe als Wälzkörperrampengetriebe (1, 2, 3) ausgebildet ist und dass zwischen den Getrieben (1, 2, 3, 10, 11) eine automatische, drehmomentabhängige Umschaltung vorgesehen ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindemutter-Spindel-Anordnung (10, 11) vom elektromechanischen Aktuator (14) betätigbar ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindemutter-Spindel-Anordnung (10, 11) ein wegausgleichendes Getriebe zur Kompensation des Bremsbelagverschleißes bildet und das Wälzkörperrampengetriebe (1, 2, 3) ein krafterzeugendes Getriebe bildet.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehmomentabhängige Umschaltung mit Hilfe einer Axialdruckfeder (4) realisiert wird, die eine Axialkraft auf die Antriebsrampe (2) des Wälzkörperrampengetriebes (1, 2, 3) ausübt und eine Umschaltung durchgeführt wird, wenn das Antriebsmoment der Gewindemutter-Spindel-Anordnung (10, 11) das Anlaufmoment der federkraftbelasteten Wälzkörperrampengetriebe (1, 2, 3) übersteigt.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem elektromechanischen Aktuator (14) nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe als Umlaufgetriebe, in Form eines Planetengetriebes (15, 17, 24, 33) ausgebildet ist, das über zwei Abtriebe verfügt.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbarer Freilauf zur Durchführung einer Feststellbremsung vorgesehen ist, wobei die Sperrwirkung des Freilaufs aufhebbar ist, indem ein abgetriebenes Stirnrad (21) des Planetengetriebes (33) Klemmkörper (22) zwischen Keilflächen (23) an einem Sonnenrad (24) und einer gestellfesten Außenhülse (25) außer Eingriff bringt.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem elektromechanischen Aktuator (14) nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe als Umlaufgetriebestufe in form eines Kegelschraubradgetriebes (46, 51) ausgebildet ist, dem ein Riementrieb (50, 53, 54) und eine Schneckengetriebestufe (49, 52) vorgeschaltet ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckengetriebestufe (49, 52) selbsthemmend ausgebildet ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem elektromechanischen Aktuator (14) nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe aus einer Schneckenumlaufstufe (56, 57), der eine Stirnradstufe (58), eine Schraubradstufe (49, 55) sowie ein Riementrieb (50, 53, 54) vorgeschaltet ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenumlaufstufe (56, 57) selbsthemmend ausgebildet ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung der für eine Feststellbremsung notwendigen Zuspannkraft vorgesehen sind.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel die Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators (14) und/oder den Drehwinkel eines Getriebeelementes sensieren.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines signifikanten Abschaltkriteriums des elektromechanischen Aktuators (14) bei Erreichen der maximalen Zuspannkraft eine Überlastkupplung vorgesehen ist, die die Übertragung eines Drehmomentes kurzzeitig aufhebt, sobald das für die maximale Zuspannkraft notwendige Drehmoment erreicht wird.
Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Fahrzeugbremse mit Feststellbremsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremsgehäuse (29), in dem ein hydraulischer Betriebsdruckraum (36) von einem Bremskolben (13) begrenzt ist, wobei der hydraulische Betriebsdruckraum (36) zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben (13) zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse betätigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben (13) mittels einer Betätigungseinrichtung wirkt, die den Bremskolben (13) zur Durchführung von Feststellbremsungen mit Hilfe eines elektromechanischen Aktuators (14) betätigt und in der betätigten Stellung hält, und wobei eine Gewindemutter-Spindel-Anordnung (10, 11) zur Kompensation eines Bremsbelagverschleißes mit dem Bremskolben (13) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die erzielte Zuspannkraft während des Zuspannvorgangs durch Sensierung der Stromaufnahme des elektromechanischen Aktuators (14) ermittelbar ist, wobei eine Überlastkupplung vorgesehen ist, die die Übertragung eines Drehmomentes kurzzeitig aufhebt, sobald das für die maximale Zuspannkraft notwen dige Drehmoment erreicht wird und ein signifikantes Abschaltkriterium für den elektromechanischen Aktuator (14) bei Erreichen der maximalen Zuspannkraft erzeugt.