-
Die
Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit zwei Bremsbacken, einem
Aktuator zum beidseitigen Anlegen der Bremsbacken an eine Bremsscheibe,
wobei die Bremsbacken in Bezug auf eine bei Anlage der Bremsbacken
an die Bremsscheibe erzeugte Umfangskraft an einem fahrzeugfesten
Träger
abgestützt
sind, und mit wenigstens einer, in einer Kraftübertragungskette zwischen mindestens
einer Bremsbacken und dem Träger
angeordneten Messeinrichtung zum Messen der Umfangskraft. Eine solche
Scheibenbremse ist beispielsweise aus der
DE-GM 90 10 026 bekannt.
-
Moderne
Bremsanlagen erfordern für
Steuer- und Regelzwecke eine exakte Erfassung der bei einem Bremsvorgang
auftretenden Kräfte. Üblicherweise
werden diese Kräfte
in Querkräfte
(auch Normalkräfte
oder Klemmkräfte
genannt) und Umfangskräfte
(auch Reibkräfte
genannt) unterteilt. Als Querkraft wird diejenige Kraftkomponente
bezeichnet, welche von einer Bremsbacke senkrecht zur Ebene der
Bremsscheibe in die Bremsscheibe eingeleitet wird. Unter der Umfangskraft
hingegen versteht man diejenige Kraftkomponente, welche aufgrund
der Bremsreibung zwischen der Bremsscheibe und dem Reibbelag der
Bremsbacke in Umfangsrichtung der Bremsscheibe auf die Bremsbacke
wirkt. Durch Multiplikation der Umfangskraft mit dem Abstand des
Angriffspunkts der Umfangskraft von der Drehachse der Räder lässt sich
das Bremsmoment ermitteln.
-
Viele
Anwendungen erfordern eine genaue Kenntnis der tatsächlichen
Größe des Bremsmoments
und damit auch eine genaue Kenntnis der Umfangskraft. So kann das
Bremsmoment beispielsweise zur Bildung eines präzisen Regelkreises bei elektrohydraulischen
und elektro-motorischen Bremsanlagen herangezogen werden.
-
Bei
der aus der
DE-GM 90 10 026 bekannten Scheibenbremse
erfolgt die Messung der Umfangskraft mittels eines Kraftsensors,
welcher an oder in einem Führungsstift
angeordnet ist. Dieser Führungsstift
ist mit dem eingangs erwähnten,
fahrzeugfesten Träger
fest verbunden und greift in eine Gleitnut ein. Die Gleitnut wiederum
ist an einem starr mit einer der Bremsbacken verbundenen Bauteil
ausgebildet und in Bezug auf den Führungsstift verschiebbar. Diese Verschiebbarkeit
des Führungsstifts
ermöglicht
zum Einen die Führung
der bewegten Teile der Bremse in Bezug auf den fahrzeugfesten Bremsträger und
zum Anderen eine Messung der Umfangskraft (und damit des Bremsmoments).
-
Aus
der
DE 101 40 021
A1 ist eine weitere Scheibenbremse des eingangs genannten
Typs bekannt. Bei dieser Scheibenbremse ist zwischen wenigstens
einer der Bremsbacken und der Messeinrichtung ein parallel zur Bremsscheibe
geführt
bewegliches Kraftübertragungsglied
vorgesehen. Das Kraftübertragungsglied
gewährleistet,
dass eine in das Kraftübertragungsglied
eingeleitete Querkraft nicht die Messeinrichtung, sondern eine für das Kraftübertragungsglied
vorgesehene Führung
beaufschlagt. Die Querkraft wird somit "ausgefiltert" und das Ausfiltern ermöglicht eine
präzisere
Umfangskraftmessung.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenbremse anzugeben,
welche eine exakte Ermittlung der bei einem Bremsvorgang auftretenden
Umfangskraft gestattet.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Scheibenbremse mit zwei Bremsbacken, einem Aktuator zum beidseitigen
Anlegen der Bremsbacken an eine Bremsscheibe, wobei die Bremsbacken
in Bezug auf eine bei Anlage der Bremsbacken an die Bremsscheibe
erzeugte Umfangskraft an einem fahrzeugfesten Träger abgestützt sind, und mit wenigstens
einer, in einer ersten Kraftübertragungskette
zwischen mindestens einer der Bremsbacken und dem Kraftträger angeordneten Messeinrichtung
zum Messen der Umfangskraft. Bei dieser Scheibenbremse ist in einer
zweiten Kraftübertragungskette
zwischen dem Aktuator und wenigstens einer der Bremsbacken eine
Wälzlageranordnung
vorgesehen.
-
Das
Vorsehen einer Wälzlageranordnung gestattet
eine genauere Umfangskraftmessung. Die erhöhte Messgenauigkeit hängt auch
mit der durch die Wälzlageranordnung
erzielbaren Entkopplung von Querkraftbeaufschlagung und Umfangskraftmessung
zusammen. So kann die Wälzlageranordnung
beispielsweise derart angeordnet und ausgebildet sein, dass eine
Bewegung des Aktuators parallel zu einer Drehachse der Scheibe von
einer Messung der typischerweise senkrecht zur Drehachse wirkenden
Umfangskraft entkoppelt ist.
-
Die
Entkopplung von Querkraftbeaufschlagung einerseits und Umfangskraftmessung
andererseits kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Wälzlageranordnung
eine Beweglichkeit wenigstens einer der Bremsbacken bezüglich des
Aktuators gewährleistet.
Die Beweglichkeit kann in einer zu einer Zustellrichtung des Aktuators
beim Anlegen der Bremsbacken an die Bremsscheibe senkrechten Richtung
gewährleistet
sein. In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn die
Wälzlageranordnung
eine Vorzugsrichtung für
eine Bewegung innerhalb einer zur Zustellrichtung senkrechten Ebene definiert.
So kann die Beweglichkeit mittels der Wälzlageranordnung auf eine zu
der zu messenden Umfangskraft (gemäß der ungefähren Kraftrichtung entlang
der ersten Kraftübertragungskette)
im Wesentlichen parallele Richtung beschränkt sein.
-
Die
Wälzlageranordnung
kann eine Wirkebene aufweisen, die schräg zu einer die Bremsscheibe enthaltenden
Ebene verläuft.
Durch die daraus resultierende, winkelige Anstellung der Wälzlageranordnung
kann bei einer Betätigung
der Scheibenbremse beispielsweise die Funktion einer Belagfeder
simuliert werden, welche den Bremsbelag in eine bestimmte Richtung
drückt.
Eine winklige Anstellung der Wälzlageranordnung
kann durch eine unterschiedliche Beabstandung der einzelnen Wälzlager von
der die Bremsscheibe enthaltenden Ebene erfolgen.
-
Die
Wälzlageranordnung
kann unterschiedliche Wälzkörpertypen
(zum Beispiel Kugeln oder Rollen) und Kombinationen von Wälzkörpertypen
umfassen. So ist es denkbar, dass die Wälzlageranordnung eine Mehrzahl
von Lagerrollen umfasst. Bei einer solchen Ausgestaltung der Wälzlageranordnung
können
die Lagerrollen Achsen aufweisen, die eine bevorzugte Bewegungsrichtung
definieren. So können sich
die Achsen der Lagerrollen beispielsweise im Wesentlichen senkrecht
zu der zu messenden Umfangskraft erstrecken.
-
Die
Wälzlageranordnung
kann an einer beliebigen Stelle innerhalb der zweiten Kraftübertragungskette
zwischen der typischerweise flächigen Kraftabgabestelle
des Aktuators und der ebenfalls typischerweise flächigen Kraftaufnahmestelle
wenigstens einer der Bremsbacken angeordnet sein. Ferner können beliebige
zusätzliche
Elemente in der zweiten Kraftübertragungskette
zwischen dem Aktuator und wenigstens einer der Bremsbacken angeordnet werden.
So kann es zweckmäßig sein,
ein mit wenigstens einer der Bremsbacken zusammenwirkendes Anpresselement
vorzusehen. In einem solchen Fall ist die Wälzlageranordnung vorzugsweise
in den Kraftübertragungsweg
zwischen einer Begrenzungsfläche
des Aktuators und dem Anpresselement eingefügt.
-
In
den anderen Kraftübertragungsweg
zwischen mindestens einer der Bremsbacken und der Messeinrichtung
kann wenigstens ein weiteres Element, wie beispielsweise das aus
der
DE 101 40 021 A1 bekannte,
geführt
bewegliche Kraftübertragungsglied,
angeordnet sein. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass ein solches
Kraftübertragungsglied
eingespart wird und dass sich zumindest im betätigten Zustand der Scheibenbremse
die Messeinrichtung zur Aufnahme der Umfangskraft in unmittelbarem Kontakt
mit wenigstens einer der Bremsbacken befindet. So kann im betätigten Zustand
der Scheibenbremse eine Trägerplatte
einer der Bremsbacken an der Messeinrichtung anliegen. Selbst wenn
das aus der
DE 101
40 021 A1 bekannte Kraftübertragungsglied nicht vorgesehen
ist, gewährleistet
die erfindungsgemäß vorgesehene
Wälzlageranordnung
noch immer eine ausreichende Entkopplung der Umfangskraftmessung
von Querkraft-Artefakten, insbesondere auch bei hochdynamischen
Bremsregelvorgängen.
-
Die
erfindungsgemäße Scheibenbremse kann
in unterschiedlichsten Bremsanlagen zum Einsatz gelangen. Denkbar
ist beispielsweise eine Verwendung der Scheibenbremse in elektro-hydraulischen
oder elektro-motorischen Betriebs- und/oder Feststellbremsanlagen.
Bei derartigen Bremsanlagen findet die gemessene Umfangskraft typischerweise
für Regelvorgänge Verwendung.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie aus den Figuren. Es zeigt:
-
1 eine
schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse
(gesehen in einer zur Drehachse der Bremsscheibe senkrechten Richtung);
-
2 eine
weitere schematische Seitenansicht der Scheibenbremse gemäß 1 (gesehen
in einer zur Drehachse der Bremsscheibe parallelen Richtung);
-
3 eine
Aufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse;
-
4 eine
Seitenansicht der Scheibenbremse gemäß 3;
-
5 eine
Schnittansicht entlang der Linie C-C in 4; und
-
6 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A in 5.
-
In
den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schwimmsattel-Scheibenbremse 10 veranschaulicht.
Die Scheibenbremse 10 ist Teil einer Fahrzeugbremsanlage
und besitzt eine Bremsscheibe 12, die sich bei Vorwärtsfahrt
des Fahrzeugs in Richtung der Pfeile A bewegt. Die Scheibenbremse 10 ist
in herkömmlicher Weise
an einem Bremsträger 14 abgestützt, der
fahrzeugfest montiert ist (der sich also in Bezug auf das Fahrzeug
nicht bewegt). Ein Bremssattel 16 der Scheibenbremse 10 übergreift
die Bremsscheibe 12.
-
Zwei
Bremsbacken 18, 20 sind beidseits der Bremsscheibe 12 angeordnet
und weisen jeweils einen Reibbelag 22, 24 auf,
der beim Bremsen in Anlage an die Bremsscheibe 12 gelangt.
In üblicher
Weise sind die Reibbeläge 22, 24 jeweils
auf Trägerplatten 26, 28 befestigt.
-
Die
Scheibenbremse 10 umfasst ferner einen Aktuator 30,
der über
eine Kraftübertragungskette
mit der Bremsbacke 18 in Richtung des Pfeils B zusammenwirkt.
Aufgrund des Schwimmsattel-Funktionsprinzips wird von der Bewegung
der Bremsbacke 18 entlang des Pfeils B in Richtung auf
die Bremsscheibe 12 auch die gegenüberliegende Bremsbacke 20 erfasst,
die daraufhin entlang des Pfeils B' in Richtung auf die Bremsscheibe 12 bewegt
wird. Die Pfeile B, B' versinnbildlichen
daher die mittels des Aktuators 30 erzeugte Klemm- oder
Querkraft.
-
Die
Klemmwirkung zwischen den Reibbelägen 22, 24 der
Bremsbacken 18, 20 und der Bremsscheibe 12 erzeugt
eine Reibungskraft (Umfangskraft), welche in 2 für die Bremsbacke 20 durch den
Pfeil C' angegeben
ist. Zur Messung der Umfangskraft ist beidseits der Bremsscheibe 12 jeweils eine
Messeinrichtung 32 vorgesehen (in 2 ist nur eine
Messeinrichtung 32 sichtbar). Jede Messeinrichtung 32 ist
in der Kraftübertragungskette
zwischen der zugeordneten Bremsbacke 18, 20 und dem
fahrzeugfesten Träger 14 angeordnet.
Genauer gesagt gelangen bei einem Bremsvorgang die Trägerplatten 26, 28 der
Bremsbacken 18, 20 in Anlage an die jeweilige
Messeinrichtung 32. Die Messeinrichtungen 32 werden
dadurch mit der Umfangskraft (siehe Pfeil C' in 2) beaufschlagt.
Bei der Scheibenbremse gemäß den 1 und 2 sind
die Messeinrichtungen 32 bezüglich der Drehrichtung (Pfeile
A) der Bremsscheibe 12 derart angeordnet, dass eine Umfangskraftmessung
nur bei Abbremsen einer Vorwärtsbewegung
des Fahrzeugs möglich
ist. Sollte eine Umfangskraftmessung auch für das Abbremsen einer Rückwärtsbewegung
erwünscht
sein, wäre
es erforderlich, zusätzliche
Messeinrichtungen auf der den Messeinrichtungen 32 gegenüberliegenden
Seiten der Bremsbacken 18, 20 vorzusehen.
-
Bei
herkömmlichen
Scheibenbremsen werden die Messeinrichtungen 32 nicht mit
der reinen Umfangskraft beaufschlagt, sondern sie erfahren zusätzlich Querkraft-Artefakte, welche
das Messergebnis verfälschen.
Solche Querkraft-Artefakte treten insbesondere bei hochdynamischen
Regelvorgängen
auf, wie sie beispielsweise für
automatische Bremseingriffe charakteristisch sind.
-
Zur
Entkopplung der Umfangskraftmessung von der mittels des Aktuators 30 erzeugten
Querkraft ist in der Kraftübertragungskette
zwischen dem Aktuator 30 und der Bremsbacke 18 eine
in 1 schematisch dargestellte Wälzlageranordnung 34 vorgesehen.
Die Wälzlageranordnung 34 ist
in Richtung des Pfeils B starr ausgebildet, so dass eine Betätigungsbewegung
des Aktuators 30 entlang des Pfeils B unmittelbar auf die
Bremsbacke 18 (und damit auch auf die Bremsbacke 20) übertragen
wird. Andererseits gewährleistet
die Wälzlageranordnung 34 eine
Beweglichkeit der Bremsbacke 18 relativ zum Aktuator 30 in
einer zur Drehachse D senkrechten Ebene. Diese Beweglichkeit gewährleistet,
dass die Messung der senkrecht zur Drehachse D wirkenden Umfangskraft
durch die Messeinrichtungen 32 von der Bewegung des Aktuators 30 parallel
zur Drehachse D entkoppelt ist. Diese Entkopplung führt zu einer
drastischen Verringerung der in die Messeinrichtungen 32 eingeleiteten
Querkraft-Artefakte und gestattet somit eine genauere Messung der
Umfangskraft.
-
In
den 3 bis 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 10 dargestellt. Übereinstimmende
Komponenten wurden dabei mit denselben Bezugszeichen wie im ersten
Ausführungsbeispiel
versehen. Der besseren Darstellbarkeit halber wurde in den 3 bis 6 die
Bremsscheibe fortgelassen.
-
Auch
bei der Scheibenbremse 10 des zweiten Ausführungsbeispiels
handelt es sich um eine Schwimmsattel-Scheibenbremse, die mittels
zweier Befestigungsbolzen 36, 38 an einem Fahrzeug
montierbar ist. Die Scheibenbremse 10 umfasst zwei Bremsbacken 18, 20 und
einen Aktuator 30 zum beidseitigen Anlegen der Bremsbacken 18, 20 an eine
in den 3 bis 6 nicht dargestellte Bremsscheibe.
-
Der
Aktuator 30 ist hydraulisch betätigbar und umfasst gemäß 5 ein
zylindrisches Gehäuse 40,
in dem ein Kolben 42 verschiebbar angeordnet ist. Das Gehäuse 40 und
der Kolben 42 begrenzen eine Hydraulikkammer 44.
Die Hydraulikkammer 44 besitzt gemäß 3 einen
Fluidanschluss 46, der die Zufuhr von unter Druck stehendem
Hydraulikfluid in die Kammer 44 sowie den Ablass von Hydraulikfluid
aus der Kammer 44 ermöglicht.
Wird unter Druck stehendes Hydraulikfluid in die Kammer 44 eingespeist,
verschiebt sich der Kolben 42 in 5 nach rechts.
Von dieser Bewegung werden auch die beiden Bremsbacken 18, 20 erfasst,
was zu einem Andrücken
der Reibbeläge 22, 24 gegen
die in den 3 bis 6 nicht
dargestellte Bremsscheibe führt.
Die daraus resultierende Klemmwirkung zwischen den Reibbelä gen 22, 24 und
der Bremsscheibe erzeugt in bekannter Weise eine Querkraft (Klemmkraft),
die koaxial zur Bewegungsrichtung des Kolbens 42 wirkt.
-
Die
Klemmwirkung zwischen den Reibbelägen 22, 24 und
der Bremsscheibe führt
wiederum zu einer auf die Bremsbacken 18, 20 wirkenden
Umfangskraft (Reibungskraft). In der Darstellung gemäß 5 ist
diese auf die Bremsbacken 18, 20 wirkende Umfangskraft
nach unten gerichtet.
-
Wie
aus 5 ersichtlich, sind zur Erfassung der Umfangskraft
zwei Messeinrichtungen 32, 32' vorgesehen, die am fahrzeugfesten
Träger 14 abgestützt sind.
Im Rahmen eines Bremsvorgangs gelangen die bezüglich des fahrzeugfesten Trägers 14 beweglichen
Bremsbacken 18, 20, und genauer gesagt deren Trägerplatten 26, 28,
in Anlage an die Messeinrichtungen 32, 32'. Dieser Sachverhalt
ist in 5 dargestellt. Folglich werden die Messeinrichtungen 32, 32' mit der auf
die Bremsbacken 18, 20 wirkenden und in 5 nach
unten gerichteten Umfangskraft beaufschlagt.
-
Es
ist darauf hinzuweisen, dass gemäß der Ausführungsform
von
5 keine zusätzlichen
Kraft übertragenden
Elemente in die jeweilige Kraftübertragungskette
zwischen jeder der beiden Bremsbacken
18,
20 und
der jeweils zugeordneten Messeinrichtung
32,
32' eingefügt sind.
Es wäre
jedoch denkbar, die aus der
DE 101 40 021 A1 bekannten, geführt beweglichen
Kraftübertragungsglieder
oder andere Kraft übertragende
Elemente zwischen den Bremsbacken
18,
20 und den
Messeinrichtungen
32,
32' vorzusehen. Weiterhin wäre denkbar,
die beiden Messeinrichtungen
32,
32' durch eine einzige Messeinrichtung
zu ersetzen, welche, ähnlich
wie aus der
DE 101
40 021 A1 bekannt, die Umfangskraft von beiden Bremsbacken
18,
20 aufnimmt.
Gemäß einer weiteren
Alternative könnte
eine der beiden Messeinrichtungen
32,
32' einfach entfallen.
-
Um
eine Beeinträchtigung
der Umfangskraftmessung durch Querkraft-Artefakte zu vermeiden (oder,
insbesondere bei Vorsehen der aus der
DE 101 40 021 A1 bekannten
Kraftübertragungsglieder, um
solche Artefakte weiter zu reduzieren) ist in der Kraftübertragungskette
zwischen dem Aktuator
30 und der Bremsbacke
18 eine
Wälzlageranordnung
34 vorgesehen.
Die Wälzlageranordnung
34 umfasst gemäß den
5 und
6 eine
Käfigplatte
50 mit Aussparungen,
in denen eine Mehrzahl von Wälzkörpern in
Gestalt von Lagerrollen
52 aufgenommen ist. Die Lagerrollen
62 besitzen
Achsen, die sich in
5 senkrecht zur Zeichenebene
und in
6 von links nach rechts in der Zeichenebene erstrecken.
Die Lagerachsen verlaufen folglich senkrecht sowohl zur Querkraft
(und damit zur Bewegungsrichtung des Kolbens
42) als auch
senkrecht zur Umfangskraft.
-
Wie
sich aus 5 ergibt, ist die Käfigplatte 50 mit
den Lagerrollen 52 zwischen einem den Kolben 42 stirnseitig
(also an dem in 5 rechten Ende) abschließenden Plattenelement 54 und
einem mit der Trägerplatte 26 der
Bremsbacke 18 zusammenwirkenden Anpresselement 56 vorgesehen.
Die Lagerrollen 52 befinden sich in Anlage mit den beiden
einander zugewandten Oberflächen
des Plattenelements 54 und des Anpresselements 56 und
gestatten ein Abrollen des Anpresselements 56 bezüglich des
Plattenelements 54 (und bezüglich des Kolbens 42)
in 5 nach oben und unten.
-
Die
Beweglichkeit des Anpresselements 56 ist daher mittels
der Wälzlageranordnung 34 auf
eine zur zu messenden Umfangskraft im Wesentlichen parallele Richtung
beschränkt,
weil sich die Achsen der Lagerrollen 52 senkrecht zu der
zu messenden Umfangskraft erstrecken. Da das Anpresselement 56 beim
Anpressen gegen die Trägerplatte 26 mit
dieser eine reibschlüssige
Verbindung dergestalt eingeht, dass keine Relativbewegung des Anpresselements 56 bezüglich der
Trägerplatte 26 mehr
möglich
ist, kann zusammen mit dem Anpresselement 56 auch die Trägerplatte 26 bezüglich des
Plattenelements 54 (und des Kolbens 42) abrollen.
Diese Abrollmöglichkeit
bewirkt eine Entkopplung einer Bewegung des Aktuatorkolbens 42 in
Richtung auf die Bremsbacken 18, 20 von einer
Messung der senkrecht zu dieser Richtung wirkenden Umfangskraft
durch die Messeinrichtungen 32, 32'. Diese Entkopplung gewährleistet
eine Messung der reinen Umfangskraft, da Querkraft-Artefakte die besagte
Abrollbewegung des Anpresselements 56 bezüglich des
Aktuators 30 bewirken, wodurch deren Einfluss auf die Umfangskraftmessung
eliminiert oder zumindest beträchtlich reduziert
wird.
-
Bei
der in 5 dargestellten Ausführungsform weisen die Achsen
der Lagerrollen 52 einen konstanten Abstand zu einer zur
Bremsscheibe parallelen Ebene auf. Bei einer alternativen Ausführungsform
könnten
die Achsen der Lagerrollen stufenweise derart zueinander versetzt
sein, dass die Wälzlageranordnung 34 insgesamt
winkelig bezüglich
der Bremsscheibe angestellt ist. Als Folge dieser winkeligen Anstellung
wird zumindest der Reibbelag 26 bei einer Betätigung der
Scheibenbremse wie durch eine Belagfeder in eine bestimmte Richtung gedrückt.
-
Obwohl
die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ausführlicher
erläutert wurde,
ist es für
den Fachmann offensichtlich, dass zahlreiche Aspekte des Ausführungsbeispiels
modifiziert, ergänzt
oder erweitert werden könnten,
ohne von dem der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken abzuweichen.