DE102007017246A1

DE102007017246A1 - Scheibenbremse mit elektromotorischem Aktuator

Info

Publication number: DE102007017246A1
Application number: DE102007017246A
Authority: DE
Inventors: Josef Riglsperger
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: DE102007017246B4

Abstract

Eine Scheibenbremse mit elektromotorischem Aktuator (6), der auf eine Zuspannvorrichtung (20) zum Zuspannen wenigstens eines Bremsbelages (4) in Richtung einer Bremsscheibe (3) einwirkt, wobei die Zuspannvorrichtung (20) in selbstverstärkender Bauart ausgelegt ist und zumindest ein die Selbstverstärkungswirkung realisierendes Rampen- oder Keilsystem aufweist, zeichnet sich durch ein um eine Schwenkachse (13) von dem elektromotorischen Aktuator (6) verschwenkbares Kraftübertragungselement (10) zur Zuspannung des Bremsbelages (4) aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit elektromotorischem Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Scheibenbremsen mit Zuspannvorrichtungen in selbstverstärkender Bauart nutzen Selbstverstärkungseffekte, um den Leistungsbedarf des elektromotorischen Aktuators zureduzieren, und sind seit langem bekannt.
Typische Beispiele derartiger Bremsen sind z. B. in der DE 101 56 348 C1 , DE 101 39 913.8 und in der DE 10 2005 030 618.7 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, zum Beispiel einen Keilmechanismus mit einer Rampe, der Selbstverstärkungseinrichtung übertragen.
Derartige Scheibenbremsen sind jedoch mit einer großen Zahl an Bauteilen ausgeführt, was entsprechende Teilekosten als auch relativ lange Montagezeiten mit sich bringt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beheben verringern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Idee der Erfindung besteht darin, ein durch einen elektromotorischen Aktuator verschwenkbares Kraftübertragungselement mit einem Exzenterabschnitt in der Zuspannvorrichtung vorzusehen, welcher mit dem Bremsbelag zusammenwirkt.
Dadurch ergibt sich der Vorteil einer besonders geringen Teilezahl und Reduzierung des Montageaufwands.
Durch eine Bremsbetätigung wird die Verschwenkung des Kraftübertragungselementes bewirkt. Dabei wird die Verschwenkbewegung des Kraftübertragungselementes in eine Linearbewegung umgewandelt, wobei eine Kraftverstärkung und/oder Wegübersetzung auf vorteilhaft einfache Weise erzielt wird. Der Exzenterabschnitt wirkt mit dem Bremsbelag derart zusammen, dass der Bremsbelag zugespannt wird.
Dazu ist es in bevorzugter Ausführung vorgesehen, dass der zumindest eine Exzenterabschnitt mit dem wenigstens einen Bremsbelag direkt oder indirekt über Eingriffselemente und Gegeneingriffselemente zusammenwirkend in Eingriff steht. Zu diesem Zweck wird eine Verzahnung der korrespondierenden Eingriffselemente bevorzugt. Somit wird der Bremsbelag bei einer Verschwenkung des Kraftübertragungselementes zugespannt und gleichzeitig in die Umfangsrichtung der Drehbewegung der Bremsscheibe bewegt, wobei diese Bewegung durch die in Eingriff stehenden Eingriffselemente begrenzt ist.
Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass der Bremsbelag, der bei beginnender Bremsung von der Bremsscheibe in Richtung ihrer Drehbewegung bestrebt ist, durch Reibung mitgenommen zu werden, über den auf das Kraftübertragungselement einwirkenden Aktuator steuerbar ist. Der Exzenterabschnitt des Kraftübertragungselementes bildet vorzugsweise als eine Art Rampe in verschwenkter Stellung des Kraftübertragungselementes vorteilhaft gleichzeitig das Rampen- oder Keilsystem zusammen mit dem sich daran abstützenden Bremsbelag.
Die Bremskraft kann somit zum Beispiel durch eine elektronische Regelung über den elektromotorischen Aktuator und die Zuspannvorrichtung geregelt werden, da alle Bauteile im Kraftfluss der Zuspannvorrichtung untereinander ständig in Eingriff stehen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
1 eine schematische Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Scheibenbremse; und
2 eine schematische Darstellung eines schwenkbaren Kraftübertragungselementes.
In 1 ist eine schematische Prinzipdarstellung einer selbstverstärkend wirkenden Scheibenbremse 1 dargestellt. Koordinate x gibt eine Längsrichtung, zum Beispiel die Fahrtrichtung eines nicht dargestellten Fahrzeugs an, wobei Koordinate y dessen Querrichtung angibt.
An bzw. über einer Bremsscheibe 3, die mit einer Achse oder einem Rad eines Fahrzeugs gekoppelt ist, ist ein die Bremsscheibe zumindest im Umfangsbereich rahmenartig einfassender Bremssattel 2 (nur schematisch durch eine Schraffierung an einer Lagerung angedeutet) angeordnet, in dem wiederum beidseits der Bremsscheibe 3 Bremsbeläge 4 (es ist nur einer gezeigt) und eine auf diese einwirkende Zuspannvorrichtung 20 angeordnet sind.
Vorzugsweise ist die Zuspannvorrichtung 20 auf einer Seite der Bremsscheibe 3 angeordnet. Ihr ist ein elektromotorischer Aktuator 6 zugeordnet, dessen Drehbewegung (durch einen Rotationspfeil angezeigt) auf eine drehbare und längsverschiebbare (durch einen Doppelpfeil angedeutet) Gewindestange 7 übertragen wird. Die Gewindestange 7 erstreckt sich durch eine Gewindebuchse 8 hindurch, welche schwenkbar mit dem Bremssattel 2 verbunden ist. Die Schwenkbarkeit ist erforderlich, um die Querbewegung der Gewindestange 2 in y-Richtung aufzufangen.
An dem Ende der Gewindestange 7, welches von dem Aktuator 6 entfernt liegt, ist eine Gabel 9 angeordnet, die nur schematisch gezeigt ist und mit einem Kraftübertragungselement 10 in einer Antriebsachse 14 schwenkbar gekoppelt ist.
Das Kraftübertragungselement 10 ist in diesem Beispiel birnenförmig ausgebildet, wobei sein unten liegender Abschnitt in x-Richtung breiter als der obere ist. Die Dicke des Kraftübertragungselementes 10, die senkrecht auf der Zeichenebene der 1 und 2 steht, ist entsprechend der zu übertragenden Kraft ausgelegt.
Das Kraftübertragungselement 10 ist verschwenkbar an dem Bremssattel 2 in einer Schwenkachse 13 angebracht. Hier könnte zum Beispiel die Schwenkachse 13 über eine Nachstelleinrichtung mit dem Bremssattel 2 gekoppelt sein.
Der untere Abschnitt des Kraftübertragungselementes 10 ist mit dem Bremsbelag 4 über einen Belagträger 5 und Eingriffselemente 18, 19 gekoppelt, die weiter unten noch beschrieben werden. In seinem unteren Abschnitt weist das Kraftübertragungselement 10 einen ersten und zweiten Exzenterabschnitt 11 und 12 auf, die mit Bezug auf 2 näher erläutert werden.
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Kraftübertragungselementes 10, welches symmetrisch zu einer gedachten und verlängerten Verbindungslinie zwischen der Schwenkachse 13 und der Antriebsachse 14 ausgebildet ist. Somit liegen sich der erste Exzenterabschnitt 11 und der zweite Exzenterabschnitt 12 gegenüber. An deren Unterseiten sind jeweils eine erste und zweite Rampe 15, 16 angeordnet, zwischen welchen sich eine Stirnfläche 17 befindet.
Die Stirnfläche 17 steht mit dem Belagträger 5 in Eingriff, wenn die Bremse gelöst, das heißt nicht zugespannt ist.
Die Rampen 15 und 16 sowie die Stirnfläche 17 weisen jeweils Radien r₂, r₁ und r₃ auf, die in diesem Beispiel gleich groß sind und sich nicht in der Schwenkachse 13 schneiden, sondern einen davon in einem Abstand angeordneten Schnittpunkt S besitzen. Die Funktionsweise wird weiter unten noch ausführlich dargestellt.
Die Rampen 15 und 16 sowie die Stirnfläche 17 sind mit Eingriffselementen 18 versehen, die hier bevorzugt als Verzahnung ausgeführt sind. Diese Eingriffselemente 18 stehen mit Gegeneingriffselementen 19 in Eingriff, welche auf dem Belagträger 5 in Art einer Zahnstange angeordnet sind.
Die Funktionsweise wird nun anhand der 1 und 2 beschrieben.
Es wird angenommen, dass die Fahrtrichtung des nicht abgebildeten Fahrzeugs mit der Scheibenbremse in x-Richtung verläuft und sich die Bremsscheibe 3 in der Richtung mit dem durchgezogenen Pfeil dreht. Bei einem Bremsvorgang bei Vorwärtsfahrt wird die Gewindestange 2 von dem elektromotorischen Aktuator 2 gedreht und auf Grund der in x- und y-Richtung feststehenden Gewindebuchse 8 linear in negativer x-Richtung – also in 1 nach rechts – verstellt, wobei ihre schwenkbare Kopplung mit dem Kraftübertragungselement 10 bewirkt, dass dieses im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 13 um einen Schwenkwinkel β verschwenkt wird.
Dabei verschwenkt der zweite Exzenterabschnitt 12 des Kraftübertragungselementes 10 und drückt einerseits auf Grund seiner Exzentrizität den Bremsbelag 4 über die Belagträger 5 gegen die Bremsscheibe 3. Gleichzeitig wird der Bremsbelag 4 durch die Verzahnung der Eingriffselemente 18, 19 in x-Richtung verschoben. Durch die Reibwirkung zwischen Bremsbelag 4 und Bremsscheibe 3 wird diese Bewegung in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 verstärkt. Diese Bewegung des Bremsbelags 4 in x-Richtung wird jedoch durch die Verzahnung und Stellung des mit dem Bremsbelag 4 in Eingriff stehenden Kraftübertragungselementes 10 begrenzt. Gleichzeitig stützt sich der Bremsbelag 4 über den Belagträger 5 an der zweiten Rampe 16, die das Rampen- und Keilsystem bildet, so ab, dass eine Selbstverstärkung des Bremseffektes eintritt.
Die Bremskraft ist über einen nicht dargestellten elektronischen Regler über den elektromotorischen Aktuator 6 regelbar, der wie gezeigt mit dem Bremsbelag 4 über die Zuspannvorrichtung 20 in Eingriff steht und durch eine Rückstellung den Bremsbelag 4 wieder gegen die x-Richtung in die in 1 gezeigte Normalstellung zurückziehen kann.
Bei einem Bremsvorgang in Rückwärtsfahrt (gestrichelter Pfeil an der Bremsscheibe 3) wird das Kraftübertragungselement 10 gegen den Uhrzeigersinn um einen Schwenkwinkel β' verschwenkt, wobei der oben beschriebene Vorgang für den zweiten Exzenterabschnitt 12 in diesem Fall auch für den ersten Exzenterabschnitt 11 gilt.
Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaft erläuterte Ausführung beschränkt. So sind viele Modifikationen und Änderungen im Rahmen der Ansprüche möglich.
Zum Beispiel kann das Kraftübertragungselement 10 mit nur einem Exzenterabschnitt 11 oder 12 ausgebildet sein.
Die Eingriffselemente 18, 19 können sowohl zum Beispiel als Evolventenverzahnung oder auch in jeder anderen Verzahnung ausgeführt sein. Auch andere Eingriffselementeformen sind denkbar.
Auch mehrere Kraftübertragungselemente 10 und/oder elektromotorische Aktuatoren 6 sind denkbar.
Es ist auch denkbar, dass die Radien r₁, r₂, r₃ unterschiedliche Größen aufweisen können.

1: Scheibenbremse
2: Bremssattel
3: Bremsscheibe
4: Bremsbelag
5: Belagträger
6: Elektromotorischer Aktuator
7: Gewindestange
8: Gewindebuchse
9: Gabel
10: Kraftübertragungselement
11: Erster Exzenterabschnitt
12: Zweiter Exzenterabschnitt
13: Schwenkachse
14: Antriebsachse
15: Erste Rampe
16: Zweite Rampe
17: Stirnfläche
18: Eingriffselemente
19: Gegeneingriffselemente
20: Zuspannvorrichtung
r_1...3: Radien
S: Schnittpunkt
x, y: Koordinaten
β, β': Verschwenkwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10156348 C1 [0003]
- DE 10139913 [0003]
- DE 102005030618 [0003]

Claims

Scheibenbremse mit elektromotorischem Aktuator (6), der auf eine Zuspannvorrichtung (20) zum Zuspannen wenigstens eines Bremsbelages (4) in Richtung einer Bremsscheibe (3) einwirkt, wobei die Zuspannvorrichtung (20) in selbstverstärkender Bauart ausgelegt ist und zumindest ein die Selbstverstärkungswirkung realisierendes Rampen- oder Keilsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuspannvorrichtung (20) ein um eine Schwenkachse (13) von dem elektromotorischem Aktuator (6) verschwenkbares Kraftübertragungselement (10) mit zumindest einem Exzenterabschnitt (11, 12) zur Zuspannung des Bremsbelags (4) aufweist.
Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Exzenterabschnitt (11, 12) mit dem wenigstens einen Bremsbelag (4) direkt oder indirekt über Eingriffselemente (18) und Gegeneingriffselemente (19) zusammenwirkend in Eingriff steht.
Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffselemente (18) und Gegeneingriffselemente (19) als korrespondierende Verzahnung ausgebildet sind.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rampe (15, 16) des zumindest einen Exzenterabschnitts (11, 12) des Kraftübertragungselementes (10) in verschwenkter Stellung des Kraftübertragungselementes (10) das Rampen- oder Keilsystem (15, 16) bildet.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuspannvorrichtung (20) eine Gewindestange (7) und eine Gewindebuchse (8) aufweist.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (6) dazu aus gelegt ist, die Gewindestange (7) zu drehen.
Scheibenbremse nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebuchse (8) schwenkbar mit dem Bremssattel (2) verbunden ist.