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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremsbetätigungsvorrichtung
gemäß Patentanspruch
1 oder 14.
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Bisher
wurden Bremsen an Kraftfahrzeugen beispielsweise mittels eines hydraulischen
Systems betätigt.
Dazu wurde von einem Fahrer des Kraftfahrzeuges ein Bremspedal nieder
gedrückt,
welches über
einen Bremskraftverstärker
ein hydraulisches Fluid im Bremssystem derart unter Druck setzt,
dass von einem Radbremszylinder ein Bremsbelag der Radbremse an
eine Bremsscheibe gedrückt
wird. Der Radbremszylinder wird dabei von dem hydraulischen Fluid
mit Druck beaufschlagt.
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Solche
hydraulischen Systeme haben zahlreiche Nachteile, von denen im Folgenden
einige genannt werden. Hydraulische Fluide enthalten aggressive
und umweltschädliche
Substanzen, wobei die Feuergefahr nicht zu unterschätzen ist.
Die mechanische Kopplung des Bremspedals mit dem hydraulischen System
führt zur
Weiterleitung von Vibrationen in den Fahrzeuginnenraum, beispielsweise
wenn das ABS-System des Bremssystems aktiviert wird; das Bremspedal
ist mechanisch mit den Bremssystem-Komponenten im Motorraum des
Kraftfahrzeuges verbunden, so dass bei einem Unfall, wie etwa einem
Frontalaufprall, die Gefahr besteht, dass das Bremspedal in den
Innenraum des Kraftfahrzeuges eindringt und den Fahrer verletzen
kann.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht daher die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine Bremsbetätigungsvorrichtung
zu schaffen, welche die Nachteile eines hydraulischen Systems beseitigt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Bremsbetätigungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 14.
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Demnach
weist die erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtung,
die insbesondere zur Betätigung
einer Radbremse eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, mindestens
eine Feder auf, deren Federkraft zur wahlweisen Betätigung der
Radbremse mittels einer zugeordneten mechanischen Kraftübertragungsstrecke
auf die Radbremse übertragbar ist,
wobei zur Modu lation einer Bremskraft ein Hebel als Teil der Kraftübertragungsstrecke
verschwenkbar ausgebildet ist.
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Alternativ
weist die erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtung,
zur Betätigung
einer Radbremse eines Kraftfahrzeuges mindestens eine Feder auf,
deren Federkraft zur wahlweisen Betätigung der Radbremse mittels
einer zugeordneten mechanischen Kraftübertragungsstrecke auf die
Radbremse übertragbar
ist, wobei die Kraftübertragungsstrecke
zumindest ein verlagerbares Kraftübertragungselement umfasst,
welches als tangential zu einer Rotationsachse der Radbremse gelagerter
Hebel ausgebildet ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvorrichtung
können
zahlreiche Vorteile erreicht werden. Bei der vorgeschlagenen elektromechanischen
Bremsbetätigungsvorrichtung
reicht eine elektrische Verbindung zwischen einem Bremspedal und einem
Steuergerät
der Bremsbetätigungsvorrichtung,
welches den Elektromotor geeignet ansteuert. Dadurch ist die Gestaltungsfreiheit
bei der Entwicklung des Bremspedals bzw. Pedalmoduls deutlich verbessert.
Zudem werden in Folge der mechanischen Entkopplung keine Vibrationen
mehr auf das Bremspedal übertragen,
die bei bekannten hydraulischen Bremssystemen bei der Aktivierung
des ABS-Systems verursacht und übertragen
werden. Das mechanisch von den Bremssystem-Komponenten in einem Motorraum des Kraftfahrzeuges
entkoppelte Bremspedal kann außerdem
bei einem Unfall nicht mehr in die Fahrgastzelle eindringen. Herkömmlicherweise
benutzte Bremsflüssigkeit
besteht aus aggressiven und gesundheitsgefährdenden Bestandteilen. Durch
den Wegfall der Bremsflüssigkeit wird
zudem eine mögliche
Ursache für
Fahrzeugbrände
beseitigt.
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Die
elektromechanische Bremsbetätigungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung lässt es auf besonders einfache
Art und Weise zu, jedes Rad bzw. jede Radbremse einzeln anzusteuern
(Radselektiver Eingriff) Der Aufwand an Bauteilen und hydraulischen
Steuerungen entfällt
bei der vorliegenden Erfindung vollständig. Insbesondere die Parkbremse
bzw. Feststellbremse lässt
sich auf einfachste Art und Weise und praktisch ohne zusätzlichen baulichen
Aufwand in die erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtung
integrieren. Auch die Integration der Bremsfunktion in bekannte
Fahrstabilitätsprogramme
ist infolge der elektrischen Ansteuerung der Bremsbetätigungsvorrichtung
sehr einfach.
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Der
erfindungsgemäße Drehhebelaktor
umfasst ein Aus- bzw. Einrücksystem,
welches rotatorisch um die Zentralachse des Bremsaktors angeordnet
ist und dieses System daher auch rotatorisch betätigt. Der bzw. die Hebel sind
tangential um die Zentralachse des Bremsaktors angeordnet. Hierdurch wird
einerseits der kompakte Aufbau der Bremsbetätigungsvorrichtung ermöglicht und
andererseits ist nur eine geringe Betätigungskraft zum Verlagern
der tangential angeordneten Hebel notwendig.
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Vorzugsweise
sind die mehreren Hebel am Umfang gleichmäßig verteilt vorgesehen, wobei
die Hebel bevorzugt durch Laufrollen betätigt werden. Die Laufrollen
werden auf einer Kreisbahn bewegt und betätigen die Hebel, wobei jeder
Hebel an zwei weiteren Abstützpunkten
gelagert ist.
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Insbesondere
sind alle Laufrollen in einem gemeinsamen Trägerrad gelagert, welches vorteilhafter
Weise mittels eines Elektromotors betätigbar, d.h. verdrehbar ist.
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Die
Erfindung soll anhand zugehöriger Zeichnungen
näher erläutert werden.
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Es
zeigen:
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1:
den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvorrichtung
nach einer ersten Ausführungsform;
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2:
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvorrichtung
in schematischer Darstellung;
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3:
die Bremsbetätigungsvorrichtung nach 2 in
einer Querschnittansicht
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4:
eine Draufsicht auf die Laufrollen und die Hebel der erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvorrichtung
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In
der 1 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvorrichtung nach
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
gezeigt, wobei eine Radbremse 1 im Teilquerschnitt dargestellt
ist. Neben einer Bremsscheibe 12 sind die beiden Bremsbeläge 13 dargestellt,
die von einem Bremssattel 3 gehalten werden. In dem Bremssattel 3 ist
die erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtung
integriert. Die Betätigung
der Radbremse 1 erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung
durch einen innerhalb des Bremssattels angeord neten linearen Hebeleinrücker, dessen
Hebel 2 direkt oder indirekt über eine geeignete Verschleißnachstellung 14 auf
den oder die Bremsbeläge 13 wirkt.
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Als
Kraftspender dient eine Feder 4, beispielsweise eine Druckfeder,
die sich einerseits an einem Gestell 10 des Bremssattels 3 abstützt und
die andererseits auf ein federseitiges Ende des Hebels 2 einwirkt.
Der Hebel 2 stützt
sich federseitig an der Feder 4 ab, sowie an einer Rolle 9 eines
Laufwagens 5 und bremsbelagseitig am Bremsbelag 13.
Der Hebel 2 weist dabei einen nicht-linearen Aufbau auf.
Der Hebel 2 weist eine gebogene Form auf. Der Hebel 2 besitzt
am bremsbelagseitigen Ende eine Vertiefung 11, in der die
hebelseitige Rolle 9 des Laufwagens 5 in einem
stromlosen Zustand eines Elektromotors 7 gehalten wird.
Der Elektromotor 7 treibt über ein Getriebe 15 eine
Spindel 6 an, die wiederum den Laufwagen 5 antreibt.
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Wird
der Elektromotor 7 mit Strom versorgt, so kann über das
Getriebe 15 und die Spindel 6 der Laufwagen 5 entlang
des Hebels 2 verlagert bzw. verschoben werden. Dabei stützt sich
der Laufwagen 5 mit zwei gestellseitigen Rollen am Gestell 10 ab.
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Ist
die Rolle 9 des Laufwagens 5 in der Vertiefung 11 positioniert,
so wird auch im stromlosen Zustand des Elektromotors 7 der
Hebel 2 derart gegen den Bremsbelag 13 gedrückt, dass
die Feststellbremse in Funktion ist. Durch Bestromen des Elektromotors 7 und
Verfahren der Rolle 9 bzw. des Laufwagens 5 aus
der Vertiefung 11 heraus, wird die Feststellbremse gelöst.
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Zur
Betätigung
der Radbremse 1 wird also nach der vorliegenden Erfindung
der Laufwagen 5 mittels eines Antriebs durch den Elektromotor 7 entlang
des Hebels 2 verlagert. Die am federseitigen Ende des Hebels 2 eingeleitete
Federkraft wird durch die Hebelarme – ein erster Hebelarm ist definiert durch
den Abstand zwischen dem Krafteinleitungspunkt der Feder 4 und
dem Kontaktpunkt zwischen der Rolle 9 und dem Hebel 2,
sowie der zweite Hebelarm definiert ist durch den Abstand zwischen
dem Kontaktpunkt zwischen der Rolle 9 und dem Hebel 2 und
dem Kraftausleitungspunkt am belagseitigen Ende des Hebels 2 – am Hebel 2 übersetzt,
so dass das belagseitige Ende des Hebels 2 dementsprechend
auf den Bremsbelag 13 drückt und die Radbremse 1 aktiviert
ist.
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Zur
Modulation der Bremskraft wird der Laufwagen 5 mittels
Elektromotor 7 verstellt.
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Am
federseitigen Ende des Hebels 2 ragt das Hebelende 8 über den
Krafteinleitungspunkt der Feder 4 hinaus. Wird der Laufwagen 5 mit
seiner Rolle 9 in diesen Bereich des überstehen den Hebelendes 8 (unteres
Ende des Hebels 2 in der 1) verfahren,
so werden aufgrund der dann umgekehrt vorliegenden Hebelverhältnisse
die Bremsbeläge 13 aktiv von
der Bremsscheibe 12 weg gezogen. Dazu müssen die Verbindungselemente
zwischen dem Hebel 2 und dem Bremsbelag 13 so
gestaltet sein, dass sie sowohl Druck- als auch Zugkräfte übertragen
können.
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Die
aktive Öffnungsmöglichkeit
der Radbremse 1 bietet viele Vorteile im Brems-Modulationsverhalten,
insbesondere bei geringem Reibwert zwischen einem Radreifen (nicht
dargestellt) und einer Fahrbahn (niedriger μ-Wert).
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Eine
weitere, nicht dargestellte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für
das aktive Öffnen
der Radbremse 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Bremsbeläge 13 federbelastet
aufgedrückt und
die Bremsbeläge 13 entsprechend
durch solche Federn von der Bremsscheibe 12 weg gedrückt werden,
sobald der Laufwagen 5 den Krafteinleitungspunkt der Feder 4 erreicht,
bzw. diesen überfährt. Bei dieser
Ausführungsform
muss dann der Hebel 2 nicht über den Krafteinleitungspunkt
der Feder 4 hinausragen bzw. muss der Hebel 2 kein
verlängertes
Hebelende 8 aufweisen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform
ist, dass dann die Verbindungselemente zwischen dem Hebel 2 und
dem Bremsbelag 13 keine Zugkräfte übertragen.
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Einige
weitere Vorteile, die sich aus einem solchen Aufbau einer elektromechanischen
Bremsbetätigungsvorrichtung
für eine
Radbremse eines Kraftfahrzeuges ergeben, sind:
- – Individuell
gestaltbares Pedalmodul. Durch die elektromechanische Bremsbetätigungsvorrichtung
reicht eine elektrische Verbindung zwischen einem Bremspedal und
einem Steuergerät
der Bremsbetätigungsvorrichtung,
welches den Elektromotor 7 geeignet ansteuert. Dadurch
ist die Gestaltungsfreiheit bei der Entwicklung des Bremspedals
bzw. Pedalmoduls deutlich verbessert.
- – Mit
der vorliegenden Erfindung kann insbesondere im "low-μ-Bereich", das heißt bei niedrigen Reibbeiwerten
des Fahrbahnbelags, ein schnelles und aktives Öffnen der Radbremse erfolgen.
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Des
Weiteren lässt
sich das Übersetzungsverhältnis bzw.
die Übersetzungsverteilung
am Hebel 2 durch Anpassung der so genannten Wippkurve über den
Aktorweg frei einstellen. Je nach Krümmung bzw. Biegung des Hebels 2 wird
durch den Laufwagen 5 bzw. die Rolle 9, die den
Kontaktpunkt zum Hebel 2 darstellt, der durch das Hebelverhältnis vorgegebenen
Betätigungskraft
ein bestimmter, der Kraft-/Wegkennlinie der Bremse zugeordneter
Betätigungsweg
vorgegeben. Durch Auslegung der Wippkurve derart, dass bei Stromausfall
der Bremsaktor selbsttätig öffnet, kann
im Notfall sichergestellt werden, dass die elektromechanische Bremse öffnet.
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Die
geringen bewegten Massen innerhalb des Aktors führen zu einer hohen Dynamik,
d.h., dass die erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtung extrem
schnelle Modulationszyklen der Bremskraft ermöglicht.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtung bezüglich ihrer
Betätigungskraft
unempfindlich gegen Reibwertschwankungen an der Radbremse ist.
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In
den 2 bis 4 ist eine zweite bevorzugte
Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
nach der Erfindung sind mehrere Hebel 2 am Umfang eines
Bremsaktors gleichmäßig verteilt
angeordnet, wobei jeder Hebel 2 über eine zugeordnete Laufrolle 18 derart
verlagerbar ist, dass ein Bremsbelag 13 gegen die Bremsscheibe 12 fest
andrückbar
ist. Diese Ausführungsform
wird auch Drehhebelaktor genannt, da die Laufrollen 18 beim
Betätigen
nicht linear verschoben, sondern um eine zentrale Achse gedreht werden.
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In
dieser Ausführungsform
sind mehrere (mindestens drei, wie dargestellt) ringsegmentförmige Hebel 2 gleichmäßig am Umfang
verteilt angeordnet. Die Funktion des Laufwagens 5 nach
der ersten Ausführungsform übernimmt
bei der zweiten Ausführungsform
das Trägerrad 19 mit
je einer Laufrolle 18 pro Hebel 2, die jeweils
auf einer Achse 22 gelagert sind. Die Funktion der gestellseitigen
Laufrollen nach der ersten Ausführungsform übernimmt
das Axiallager 24 in der zweiten Ausführungsform. Durch Verdrehen
des Trägerrades 19 wird
das Hebelverhältnis für die Betätigungskraft
der Radbremse 1 eingestellt. Eine gemeinsame Feder 4,
beispielsweise eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket, dient
dabei als Kraftspender und wirkt über Druckstifte 16 auf
jeweils ein Ende der Hebel 2. Der Antrieb des Trägerrades 19 kann
direkt erfolgen oder mittels einem dem Elektromotor 7 nach
geschalteten Getriebe 15 mit einer frei wählbaren Übersetzung.
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Jeder
Hebel 2 ist gegenüber
der Feder 4 und den gemeinsam auf den Bremsbelag 13 einwirkenden
Betätigungsstiften 17 jeweils
kugelgelenkartig gelagert. Dadurch können sich die Hebel 2 entsprechend
der durch die Laufrollen 18 vorgegebenen radialen Winkelstellung
und der durch den Einrückweg einerseits
und den (Teller-) Federweg andererseits vorgegebenen, tangentialen
Winkelstellung frei einstellen.
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Die
Hebel 2 besitzen am belagseitigen Ende eine Vertiefung 11 mit
einem Anschlag 20 für
die Laufrollen 18. Die Vertiefung 11 dient als
Parkstellung, da dann die Laufrollen 18 auch im stromlosen Zustand
des Elektromotors 7 in dieser geschlossenen Bremsstellung
gehalten werden. Der Anschlag 20 dient zum Nachstellen
der Radbremse 1 bei Belagverschleiß. Hierbei wird der komplette
Aktor bzw. Drehhebelaktor in einem um den Aktor angeordneten Feingewinde 21 dadurch
verdreht, dass die Laufrollen 18 gegen den Anschlag 20 gefahren
werden und bei weiterem Verdrehen des Trägerrades 19 der Aktor
mit verdreht wird und das Feingewinde 21 eine axiale Bewegung
des Aktors bewirkt.
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Beim
Zurückdrehen
des Trägerrades 19 verbleiben
die Laufrollen 18 solange in der Vertiefung 11 für die Parkstellung,
und drehen den Aktor innerhalb des Feingewindes 21 zurück, bis
die Bremsbeläge 13 von
der Bremsscheibe 12 abheben und die Haltekraft in der Vertiefung 11 nicht
mehr ausreicht, um die Laufrollen 18 zu arretieren und
den Aktor weiter zu verdrehen. Bei einer weiteren Verdrehung der
Laufrollen 18 in Richtung (Teller-) Feder 4 verlassen
die Laufrollen 18 die Vertiefungen 11 und der
Aktor verbleibt in der nun optimal eingestellten axialen Position.
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Die
offene Bremsstellung ist erreicht, wenn die Laufrollen 18 über die
Druckstifte 16 und damit den Krafteinleitungspunkt der
Feder 4 gedreht sind und durch das damit eingestellte Hebelverhältnis 0 keine
Kraft mehr auf die Betätigungsstifte 17 und
den Bremsbelag 13 ausgeübt
wird.
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Am
federseitigen Ende der Hebel 2, das analog der ersten Ausführungsform über die
Druckstifte 16 hinausragt, befindet sich ein weiterer Anschlag, der
zum Nachstellen der Bremse zum Beispiel bei temperaturbedingter
Ausdehnung der Bremsbeläge 13 oder
der Bremsscheibe 12 dient.
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Zwischen
dem Krafteinleitungspunkt der Feder 4 und dem federseitigen
Anschlag ist die Wippkurve des Hebels 2 so gestaltet, dass
die Bremsbeläge 13 aktiv
von der Bremsscheibe 12 weg gezogen werden, wenn die Laufrollen 18 in
diesen Bereich verdreht werden (negatives Hebelverhältnis).
Die aktive Öffnungsfunktion
der Radbremse 1 kann auch wie bei der ersten Ausführungsform
mittels federbelasteten Bremsbelägen 13 realisiert
werden.
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In
der 4 ist in eine Draufsicht gezeigt, wobei die Bewegungsrichtung
B für das
Ein- bzw. Ausrücken
gezeigt ist. Die Laufrollen 18 werden in Richtung des Pfeils
B durch Verdrehen des Trägerrades 19 verlagert,
so dass die Hebel 2 entsprechend verschwenkt werden.
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Die
bei der ersten Ausführungsform
aufgezählten
Vorteile sind selbstverständlich
auch bei der zweiten Ausführungsform
gegeben und werden an dieser Stelle nicht wiederholt.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine sehr kompakte Bremsbetätigungsvorrichtung
zu schaffen, die einen nur geringen Energiebedarf aufweist. Die
vorliegende Erfindung schafft somit eine Aktorik zur elektromechanischen
Betätigung
einer Kraftfahrzeugbetriebsbremse inklusive Parkstellung, wobei
eine aktive und schnelle Öffnungsmöglichkeit mittels
Hebeleinrücker
und einer Verschleißnachstellung
realisierbar ist.
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Durch
die vorliegende Erfindung entsteht ein bauraumkompatibles (Bremssattel)
energiesparendes elektromechanisches Bremssystem.
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- 1
- Radbremse
- 2
- Hebel
- 3
- Bremssattel
- 4
- Feder
- 5
- Laufwagen
- 6
- Spindel
- 7
- Elektromotor
- 8
- Hebelende
- 9
- Rolle
- 10
- Gestell
- 11
- Vertiefung
- 12
- Bremsscheibe
- 13
- Bremsbelag
- 14
- Verschleißnachstellung
- 15
- Getriebe
- 16
- Druckstift
- 17
- Betätigungsstift
- 18
- Laufrolle
- 19
- Trägerrad
- 20
- Anschlag
- 21
- Feingewinde
- 22
- Achse
- 23
- Dichtung
- 24
- Axiallager
- A
- Radachse
- B
- Bewegungsrichtung