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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Feststellbremse. Insbesondere
betrifft die Erfindung einen elektrischen Bremsaktuator für
eine Kraftfahrzeug-Feststellbremse.
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Hintergrund der Erfindung
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Bekannt
im Stand der Technik sind Aktuatoren für Kraftfahrzeug-Feststellbremsen,
die einen Elektromotor verwenden, um eine Zuspannkraft aufzubauen.
Solche elektrischen Aktuatoren umfassen gewöhnlich ein
Getriebe, welches eine Drehbewegung eines Elektromotors in eine
Translationsbewegung ausreichender Kraft umwandelt, um einen Bremskolben
zu betätigen.
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In
der
DE 10 2005
051 082 A1 wird ein Bremsaktuator mit elektrischer Betätigung
mittels eines Elektromotors beschrieben. Der Elektromotor wirkt über
eine Mutter-Spindel-Anordnung auf einen Bremskolben und bewirkt
so eine Zuspannkraft des Aktuators. Über die Mutter-Spindel-Anordnung
hinaus findet keine weitere Untersetzung der Drehbewegung des Elektromotors
statt, so dass der Elektromotor relativ massiv dimensioniert werden
muss, um eine ausreichende Zuspannkraft bewirken zu können.
Für den Einsatz an einer Radbremse eines Kraftfahrzeugs,
wo nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, ist
ein großer Aktuator allgemein unerwünscht. Auch
ist die Masse eines Bremsaktuators für diesen Einsatzzweck
zu minimieren, da sie nicht durch das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs
gefedert werden kann.
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In
dem Moment, in dem der aus der
DE 10 2005 051 082 A1 bekannte Bremsaktuator
eine Zuspannkraft aufbaut, ist die Kraft-Weg-Kennlinie des Bremsaktuators
sehr steil, was bedeutet, dass die Belastung auf die Mutter-Spindel-Anordnung
und den Elektromotor sehr schnell ansteigt. Um dieser Belastung
gewachsen zu sein, kann es erforderlich sein, beide Elemente noch
weiter zu verstärken, mit den genannten unerwünschten
Wirkungen auf den Platzbedarf und die Masse des Aktuators.
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Um
die genannten Nachteile zu überwinden, liegt der Erfindung
die Aufgabe zu Grunde, einen elektrisch betätigbaren Bremsaktuator
anzugeben, der mit einer kleinen, leichten und trotzdem verschleißsicheren
Motor-Getriebe-Anordnung auskommt.
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Kurzer Abriss der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt stellt die Erfindung einen elektrischen Bremsaktuator
für eine Kraftfahrzeug-Feststellbremse bereit, der Folgendes umfasst:
einen Bremskolben, ein elastisches Element, dessen elastische Kraft
zum Spannen der Feststellbremse auf den Bremskolben wirkt, und eine elektrisch
betätigbare Entlastungseinrichtung, die ausgebildet ist,
das elastische Element zum Lösen der Feststellbremse zu
komprimieren.
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Das
elastische Element kann wenigstens größtenteils
innerhalb des Bremskolbens angeordnet sein. In einer Ausführungsform
weist der Bremskolben hierzu einen runden Querschnitt und einseitig eine
becherförmige Aushöhlung auf, in welcher wenigstens
ein Teil des elastischen Elements eingebracht ist. Eine Außenseite
des Kolbenbodens kann die elastische Kraft des elastischen Elements
direkt oder über ein zwischengeschaltetes Element an einen
Reibbelag der Feststellbremse abgeben.
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Der
Bremskolben kann einen durch die Ausmaße eines Reibbelags
bestimmten Arbeitspunkt besitzen, und die von dem elastischen Element
auf den Bremskolben ausgeübte Kraft kann für eine
Reihe von Arbeitspunkten eine vorbestimmte Kraft nicht unterschreiten.
Insbesondere kann der jeweilige Arbeitspunkt durch die Dicke des
Reibbelags bestimmt sein. Diese Dicke kann zum Beispiel Temperatureinflüssen
und/oder einem Verschleiß unterliegen.
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Der
Bremsaktuator kann eine Übertragungseinrichtung umfassen,
die eine Kompressionskraft von der Entlastungseinrichtung auf das
elastische Element überträgt. In einer Ausführungsform
ermöglicht die Übertragungseinrichtung eine Umleitung
der elastischen Kraft des elastischen Elements derart, dass (auch)
die Entlastungseinrichtung ganz oder teilweise innerhalb des elastischen
Elements angeordnet werden kann.
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Die Übertragungseinrichtung
kann wenigstens abschnittsweise hülsenförmig sein.
In einer Ausführungsform weist die hülsenförmige Übertragungseinrichtung
eine Längsachse auf, die mit einer Längsachse
des elastischen Elements zusammenfällt. Die Übertragungseinrichtung
kann wenigstens teilweise innerhalb des Bremskolbens angeordnet
sein. In einer Ausführungsform ist die Übertragungseinrichtung vollständig
innerhalb des Bremskolbens angeordnet.
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Die Übertragungseinrichtung
kann an einem ersten Ende wenigstens einen ersten Anschlag für das
elastische Element aufweisen. Der Anschlag kann beispielsweise in
Form eines Kragens oder Flansches ausgebildet sein. In weiteren
Ausführungsformen kann der Anschlag in Form von einem oder
mehreren zungenartigen Vorsprüngen ausgebildet sein. Die
Erstreckungsrichtung des Anschlags kann auf der Längsrichtung
der Übertragungseinrichtung senkrecht stehen. Der Anschlag
kann einstückig mit der Übertragungseinrichtung
ausgebildet oder mit ihr verbunden sein.
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Die Übertragungseinrichtung
kann an einem zweiten Ende wenigstens einen zweiten Anschlag für die
Entlastungseinrichtung aufweisen. Der zweite Anschlag kann entsprechend
einer der für den ersten Anschlag genannten Varianten ausgeformt
sein, wobei die beiden Anschläge auch zueinander unterschiedliche
Ausformungen aufweisen können.
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Das
elastische Element kann eine Spiralfeder sein. In anderen Ausführungsformen
kann das elastische Element auch beispielsweise als Teller-, Blatt-,
Tonnen-, Biege-, Band- oder Drehelement-Feder ausgeführt
sein. Das elastische Element kann aus einem beliebigen, für
das Aufrechterhalten einer Spannkraft geeigneten Material bestehen.
In einer Ausführungsform besteht das elastische Element aus
einer Spiralfeder aus Federstahl. Das Material des elastischen Elements
kann alternativ zu einer Metall-Legierung auch natürlich
oder synthetisch sein, beispielsweise ein Kautschukprodukt oder
ein Kunststoff. In einer bevorzugten Ausführungsform bewirkt
das elastische Element nach einer Kompression (z. B. einer Stauchung)
eine Schubkraft; es sind jedoch auch Ausführungsformen
möglich, in denen das elastische Element nach einer Dehnung
eine Zugkraft oder nach einer Verdrehung eine Torsionskraft bewirkt.
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Die
Entlastungseinrichtung kann selbsthemmend sein. Eine solche Selbsthemmung
kann durch den Aufbau der Entlastungseinrichtung oder durch zusätzliche
konstruktive Merkmale bewerkstelligt sein. Insbesondere kann von
der intrinsischen Selbsthemmung einer Entlastungseinrichtung Gebrauch
gemacht werden, beispielsweise, wenn die Entlastungseinrichtung
ein Getriebe (z. B. ein Planetengetriebe, ein Schraubengetriebe
oder ein Taumelradgetriebe) umfasst.
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Die
Entlastungseinrichtung kann einen Linearantrieb umfassen. Neben
mechanischen Linearantrieben kommen auch hydraulische oder pneumatische
Linearantriebe in Betracht. Es kann auch ein elektrischer Linearmotor
verwendet werden. Die Entlastungseinrichtung kann einen Antrieb
umfassen oder die Bewegung eines externen Antriebs geeignet umformen.
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Insbesondere
kann der Linearantrieb eine Mutter-Spindel-Anordnung sein. In einer
Ausführungsform ist bei einer Mutter-Spindel-Anordnung
die Spindel drehmomentschlüssig mit der Welle eines Elektromotors
im Eingriff, während die Mutter auf die Entlastungseinrichtung
und/oder auf die Übertragungseinrichtung wirkt. In diesem
Fall kann eine Drehbewegung der Mutter relativ zum Elektromotor durch
eine drehstabile Kraftübertragung eingeschränkt
oder unterbunden sein. Die drehstabile Kraftübertragung
kann durch die Übertragungseinrichtung und/oder das elastische
Element implementiert sein. Entsprechend ist auch eine umgekehrte Anordnung
der Mutter-Spindel-Anordnung möglich, bei der die Mutter
mit der Welle eines Elektromotors in drehmomentschlüssigem
Eingriff steht und die Spindel auf die Entlastungseinrichtung und/oder
auf die Übertragungseinrichtung wirkt.
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Das
Erreichen wenigstens einer Stellung der Entlastungseinrichtung bezüglich
des elastischen Elements kann durch Erfassen mindestens eines elektrischen
Betriebsparameters des Bremsaktuators bestimmbar sein. Der Betriebsparameter
kann ein von einem Elektromotor des Bremsaktuators aufgenommener
elektrischer Strom sein. Alternativ hierzu kann der Betriebsparameter
eine an dem Elektromotor anliegende elektrische Spannung sein. Der Betriebsparameter
kann auch eine periodische oder einmalige Änderung eines
Stromes oder einer Spannung über die Zeit sein. In einer
Ausführungsform ist der Betriebsparameter eine Restwelligkeit
(Frequenz und/oder Betrag) einer am Elektromotor anliegenden Spannung.
Alternativ hierzu kann das Erreichen einer Stellung der Entlastungseinrichtung
auch unmittelbar beispielsweise durch einen Sensor (z. B. einen Kraft-
oder Wegsensors) bestimmt werden.
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Der
Bremsaktuator kann eine Steuerung umfassen, welche ausgebildet ist,
die Entlastungseinrichtung zwischen zwei Stellungen hin- und her
zu bewegen. In einer Stellung kann die Übertragung einer
elastischen Kraft vom elastischen Element an den Bremskolben im
Wesentlichen unterbunden sein. In einer zweiten Stellung kann die
Entlastungseinrichtung im Wesentlichen keine Kompressionskraft auf
das elastische Element ausüben. Die Steuerung kann auch
dazu eingerichtet sein, eine und/oder beide der genannten Stellungen
wenigstens annäherungsweise einzustellen (z. B. einzuregeln).
Beispielsweise kann die erste Stellung dadurch ausgezeichnet sein,
dass nicht mehr als eine vorbestimmte elastische Kraft vom elastischen
Element an den Bremskolben übertragen wird. Analog dazu
kann die zweite Stellung dadurch ausgezeichnet sein, dass die Entlastungseinrichtung
eine geringere als eine vorbestimmte Kraft auf das elastische Element
ausübt.
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Bei
Verwendung der oben genannten Übertragungseinrichtung kann
in der ersten Stellung ein erster Spalt zwischen der Übertragungseinrichtung und
dem Bremskolben entstehen. In der zweiten Stellung kann ein zweiter
Spalt zwischen der Entlastungseinrichtung und der Übertragungseinrichtung entstehen.
Diese Spalte können jeweils infinitesimal klein sein. In
der Praxis kann jeder der genannten Spalte eine Breite von einigen
Zehntel-Millimetern bis wenigen Millimetern einnehmen. Jeder der
Spalte kann zur Kompensation von Ungenauigkeiten in der Positionierung
der Entlastungseinrichtung oder zum Ausgleich von Bewegungen oder
Bewegungsspiel verwendet werden. Insbesondere kann der zweite Spalt,
der bei gespannter Feststellbremse entsteht, so dimensioniert sein,
dass die elastische Kraft des elastischen Elements auch dann noch
sicher an den Bremskolben weitergegeben werden, wenn sich dieser
nach dem Spannen der Bremse von dem elastischen Element um einen
geringen Betrag weiter bewegen ließ.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen allgemeinen Überblick von an einer elektrischen Kraftfahrzeug-Feststellbremse beteiligten
Elementen;
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2 zeigt
einen Bremsaktuator einer gespannten Feststellbremse;
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3 zeigt
einen Bremsaktuator einer gelösten Feststellbremse;
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4a zeigt
einen zeitlichen Verlauf eines von einem elektrischen Motor aufgenommenen
elektrischen Stroms beim Spannen einer Feststellbremse;
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4b zeigt
einen zeitlichen Verlauf eines von einem Elektromotor aufgenommen
elektrischen Stroms beim Lösen einer Feststellbremse.
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Identische
Elemente tragen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren.
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Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
einen allgemeinen Überblick von Funktionselementen eines
Ausführungsbeispiels einer Feststellbremse 100.
Eine Steuerung 110 stellt elektrische Signale an einen
Elektromotor 120 bereit. Dieser wandelt die elektrischen
Signale in eine mechanische Bewegung um, die mittels einer Betätigungseinheit 130 an
einen Bremskolben 140 weitergegeben wird.
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Die
Betätigungseinheit 130 kann eine Kraftübertragung,
eine Bewegungsüber- oder Untersetzung, ein oder mehrere
elastische Elemente oder Kombinationen dieser Bestandteile umfassen.
Mögliche Ausgestaltungen dieser Bestandteile werden mit Bezug
auf die 2 und 3 später
detaillierter beschrieben.
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Der
Bremskolben 140 wirkt auf einen ersten Bremsbelag 150,
der zusammen mit einem zweiten Bremsbelag 160 beidseitig
auf eine Bremsscheibe 170 wirkt. Ein Bremssattel 180 sorgt
für eine kraftschlüssige Verbindung der beiden
Bremsbeläge 150 und 160. Der eigentliche
Bremsaktuator 190 der Feststellbremse 100 umfasst
den Elektromotor 120, die Betätigungseinheit 130,
den Bremskolben 140 sowie den Bremssattel 180.
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2 zeigt
den Bremsaktuator 190 aus 1 im Detail,
wobei der Elektromotor 120 nicht dargestellt ist. Der Bremssattel 180 weist
einen zylindrischen Hohlraum 205 auf, der einseitig durch
eine ringförmige Bodenfläche 205a begrenzt
ist. Die Bodenfläche 205a ist mit einer Ringnut 210 versehen, welche
etwa eine Windung einer Schraubenfeder 212 aufnimmt. Die
Schraubenfeder 212 ist in der Ringnut 210 drehstabil
befestigt, beispielsweise durch Verkeilen, Einschrauben oder Schweißen.
Die Ringnut 210 ist konzentrisch zur Längsachse
des Hohlraums 205 und zur Längsachse der Schraubenfeder 212.
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Eine
Spindel 218 mit einem stirnseitigen Innenmehrkantprofil 218a erstreckt
sich koaxial zur Schraubenfeder 212 durch eine Bohrung
in der Bodenfläche 205a hindurch und ist für
ein Eingreifen einer Welle eines Elektromotors (nicht dargestellt)
ausgebildet. Ein Wälzlager 220 stützt
die Spindel 218 gegen in 2 nach links
wirkende Kräfte am Bremssattel 180 ab.
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Die
Spindel 218 weist in einem dem Innenmehrkantprofil 818 gegenüber
liegendem Bereich ein Außengewinde 218b auf. Das
Außengewinde 218b steht im Eingriff mit einem
komplementären Innengewinde 220b einer Mutter 220.
Die Spindel 218 und die Mutter 220 sind so aufeinander
abgestimmt, dass ein Verdrehen der Spindel 218 gegenüber
der Mutter 220 eine translatorische Bewegung der Mutter 220 entlang
der Rotationsachse der Spindel 218 bewirkt. Die Steigungen
der Gewindegänge der Gewinde 218b und 220b können
an die jeweiligen Erfordernisse an Untersetzung, Belastbarkeit und
Selbsthemmung angepasst sein.
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Eine
hülsenförmige bzw. hohlzylindrische Übertragungseinrichtung 222,
deren Längsachse mit der Längsachse der Spindel 218 zusammenfällt, nimmt
die Mutter 220 in ihrem inneren Hohlraum auf. An einem
ersten Ende weist die Übertragungseinrichtung 222 einen
sich radial nach außen erstreckenden ersten Kragen 222a auf,
der einen Anschlag für die Schraubenfeder 212 bildet.
Am entgegengesetzten Ende der Übertragungseinrichtung 222 befindet
sich ein sich radial nach innen erstreckender zweiter Kragen 222b,
der einen zweiten Anschlag für eine Kraftaufnahme von der
Mutter 220 bei einer Bewegung der Mutter 220 entlang
ihrer Längsachse in 2 nach rechts
bildet. Eine durch eine geeignete Drehung der Spindel 218 gegenüber
der Mutter 220 bewirkte Bewegung der Mutter nach rechts
bewirkt also eine Mitnahme der Übertragungseinrichtung 222 und
somit eine Kompression der Schraubenfeder 212.
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Ein
hohlzylindrischer Bremskolben 224 ist teilweise in die Öffnung 205 des
Bremssattels 180 eingeführt. Eine flexible Staubschutzhülle 226 liegt mit
ihrem ersten Ende dichtend am Bremskolben 224 und mit ihrem
zweiten Ende dichtend am Rand der Öffnung 205 an.
Ein Boden 224a des Bremskolbens 224 (und damit
der Bremskolben selbst) befindet sich in 2 über
die Übertragungseinrichtung 222 in Kontakt mit
der Schraubenfeder 212. Die komprimierte Schraubenfeder 212 ist
bestrebt, die Übertragungseinrichtung 222 und
den Bremskolben 224 nach links aus der Öffnung 205 hinauszutreiben.
Die dabei wirkende Kraft auf den Bremskolben 224 ist abhängig
von der Federhärte der Schraubenfeder 212 sowie
dem Grad der Kompression der Schraubenfeder 212 gegenüber
einem nicht komprimierten Zustand.
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In
der in 2 dargestellten Stellung des Bremsaktuators 190 ist
die Schraubenfeder 212 teilweise entspannt. Der Bremskolben 224 wurde
dabei von der Schraubenfeder 212 etwa zur Hälfte
seiner axialen Erstreckung aus der Öffnung 205 herausgedrückt.
Die Schraubenfeder 212 liegt an ihrer in 2 rechten
Seite in der Nut 210 am Grund der Öffnung 205 und
an ihrer linken Seite am sich radial nach außen erstreckenden
Kragen 222a der Übertragungsseinrichtung 222 jeweils
spielfrei an. Die der Schraubenfeder 212 abgewandete Seite
des Kragens 222a liegt auf der Innenseite des Bodens des Kolbens 224 spielfrei
an.
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In 2 befindet
sich die Mutter 220 auf der Spindel 218 in einer
Position so weit links, dass sich ein Spalt S2 zwischen der Mutter 220 und
dem sich radial nach innen erstreckenden Kragen 222b der Übertragungseinrichtung 222 gebildet
hat. Die Übertragungseinrichtung 222 überträgt
also in der in 2 gezeigten Stellung keine Kompressionskraft mittels
der Übertragungseinrichtung 222 auf die Schraubenfeder 212.
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Nicht
dargestellt in 2 sind die Bremsbeläge 150 und 160 sowie
die zwischen ihnen angeordnete Bremsscheibe 170. In der
Praxis werden diese drei Elemente im Hohlraum 230 angeordnet,
so dass die Rotationsachse der Bremsscheibe parallel zur Längsachse
des Bremskolbens 224 verläuft. In der in 2 dargestellten
Stellung bewirkt die Schraubenfeder 212 wie beschrieben
mittels des Kragens 222b der Übertragungseinrichtung 222 eine
Druckkraft auf den Bremskolben 224 nach links. Da sich
die Schraubenfeder 212 an ihrem entgegengesetzten Ende
am Bremssattel 180 abstützt, bewirkt diese Kraft
eine Verkleinerung des ebenfalls vom Bremssattel 180 begrenzten
Raums 230. Dadurch wird die Anordnung der beiden Bremsbacken 150 und 160 mit
der Bremsscheibe 170 komprimiert. Einer Drehung der Bremsscheibe 170 um
ihre Rotationsachse wird aufgrund der durch die Kompression erhöhten
Reibkräfte zwischen den Bremsbelägen 150, 160 und
der Bremsscheibe 170 entgegengewirkt. Die Feststellbremse, von
welcher der Bremsaktuator 190 einen Teil bildet, ist gespannt.
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Auch
bei gespannter Feststellbremse ist eine relative Bewegung in axialer
Richtung zwischen dem Bremskolben 224 und der Bremsscheibe 170 möglich,
um die Funktion des Bremsaktuators 190 auch bei Verschleiß der
Bremsbeläge 150 und 160 (nicht dargestellt)
und bei thermischen Effekten (z. B. Schrumpfen der Bremsbeläge
beim Abkühlen) sicherzustellen. Hierfür kann der
Bremssattel 180 beispielsweise ein Schwimm- oder Kippsattel
sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Bremsscheibe 170 axial
auf ihrer Rotationsachse verschiebbar gelagert sein ("Schwimmende
Bremsscheibe"); in diesem Fall kann der Bremssattel 180 auch
ein Festsattel sein.
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3 zeigt
den Bremsaktuator 190 der 2 in einer
Position, in der die Feststellbremse gelöst ist. Die Mutter 220 befindet
sich auf der Spindel 218 in einer Position so weit rechts,
dass die Mutter 220 am Kragen 222b der Übertragungseinrichtung 222 anliegt.
Der andere Kragen 222a der Übertragungseinrichtung 222 liegt
an einer Seite der Schraubenfeder 212 an, deren entgegengesetzte
Seite sich gegen den Bremssattel 180 abstützt.
In dieser Darstellung ist die Schraubenfeder 212 wesentlich
stärker komprimiert als in 2. Der Bremskolben 224 ist
gegenüber der Darstellung in 2 nach rechts
in die Öffnung 205 hinein verschoben, so dass
der freie Raum der Öffnung 230 größer
als in 2 ist. Die Staubschutzhülle 226 ist
entsprechend der Position des Kolbens 224 im Bremssattel 180 komprimiert
und in der gezeigten Position mehrfach eingefaltet.
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Die
Schraubenfeder 212 übt in der in 3 gezeigten
Stellung keine Kraft auf den Bremskolben 224 aus, da sie
mittels der Mutterspindel-Anordnung 218, 220 über
die Übertragungseinrichtung 222 derart komprimiert
ist, dass sich zwischen dem Kragen 222a der Übertragungseinrichtung 222 und
der Innenseite des Bodens 224a des Kolbens 224 ein
Spalt S3 gebildet hat. Der Bremskolben 224 wird daher nicht
aus der Öffnung 205 herausgedrückt und
bewirkt auch keine (oder jedenfalls keine wesentliche) Kraft auf
die Bremsbeläge 150, 160. Somit wird
auch keine merkliche Reibkraft zwischen den Bremsbelägen 150, 160 und
der Bremsscheibe 170 bewirkt. Die Feststellbremse, von
welcher der Bremsaktuator 190 einen Teil bildet, ist gelöst.
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4a zeigt
einen exemplarischen zeitlichen Verlauf eines von dem in 1 gezeigten
Elektromotor 120 aufgenommenen elektrischen Stroms. Der
dargestellte Verlauf der Stromaufnahme ist typisch für
den Vorgang des Spannens einer Feststellbremse 100 mittels
eines erfindungsgemäßen Bremsaktuators 190 aus
der in 3 gezeigten Stellung heraus. Zu einem Zeitpunkt
t0 wird der Elektromotor 120 eingeschaltet.
Die Stromaufnahme des Elektromotors 120 zu diesem Zeitpunkt
ist maximal und durch die Bauart des Elektromotors bestimmt. Sobald
sich der Elektromotor 120 in Bewegung versetzt, fällt
der aufgenommene Strom rapide zum Zeitpunkt t1 auf
ein geringeres Niveau ab. Dieses Stromniveau ist noch relativ hoch,
da die Mutter-Spindel-Anordnung 218, 220, die
vom Elektromotor 120 angetrieben wird, durch die stark
vorgespannte Schraubenfeder 212 belastet wird. Mit fortschreitender
Entlastung der Schraubenfeder 212 zwischen den Zeitpunkten
t1 und t2 sinkt
auch die Stromaufnahme des Elektromotors um einen gewissen Betrag.
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Zum
Zeitpunkt t2 hat die Schraubenfeder 212 den
Bremskolben 224 so weit aus der Öffnung 205 herausgetrieben,
dass die Bewegung des Kolbens durch die Anordnung der Bremsbeläge 150 und 160 zu
beiden Seiten der Bremsscheibe 170 begrenzt wird. Zwischen
den Zeitpunkten t2 und t3 verringert sich
rapide die Belastung auf den Elektromotor 120, da die Mutter 220 nicht
mehr mittels der Übertragungseinrichtung 222 von
der Schraubenfeder 212 gegenüber der Spindel 218 belastet
wird und somit die Drehung der Spindel 218 erleichtert
wird. In einem Aufbau einer Feststellbremse ohne Spiel und Elastizitäten
(außer in der Schraubenfeder 212) ginge der Zeitabschnitt
zwischen t2 und t3 gegen
Null. Bis zum Zeitpunkt t3 ist die Mutter 220 in 2 so weit
nach links bewegt worden, dass sich der Spalt S2 gebildet hat.
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Zum
Zeitpunkt t3 ist die Mutter 220 praktisch belastungsfrei;
die Stromaufnahme des Elektromotors entspricht seiner Leerlaufstromaufnahme.
Zum Zeitpunkt t4 kann der Elektromotor 120 abgeschaltet werden
und die Stromaufnahme sinkt auf 0.
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Das
charakteristische starke Abfallen des vom Elektromotor 120 aufgenommenen
Stroms zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 kann von der Steuerung 110 erfasst
werden. Fällt der aufgenommene elektrische Strom auf niedrigem
Niveau nicht weiter ab (Zeitpunkt t3), so
kann geschlossen werden, dass die volle, in der Schraubenfeder 212 gespeicherte elastische
Kraft an den Bremskolben 224 weitergegeben wurde und somit
der Anspannvorgang der Feststellbremse 100 abgeschlossen
ist. Der Elektromotor 120 kann sofort oder nach einem Sicherheitszeitraum
(zwischen t3 und t4)
abgeschaltet werden.
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4b zeigt
den typischen Verlauf einer Stromaufnahme des Elektromotors 120 beim
Lösen der Feststellbremse 100. Zum Zeitpunkt t0 befinden sich die Komponenten des Aktuators 190 in
den in 2 gezeigten Positionen. Zu diesem Zeitpunkt wird
der Elektromotor 120 eingeschaltet. Die initiale Stromaufnahme
des Elektromotors ist maximal, bis sich der Elektromotor 120 zu
drehen beginnt. Zum Zeitpunkt t1 ist die
Stromaufnahme des Elektromotors 120 auf einen niedrigen,
einer Leerlaufstromaufnahme entsprechenden Wert abgefallen. Der
Elektromotor 120 treibt die Mutter-Spindel-Anordnung 218, 220 derart
an, dass die Mutter 220 in 2 nach rechts bewegt
wird. Durch diese Bewegung wird zunächst zwischen den Zeitpunkten
t1 und t2 der Spalt
S2 auf Null reduziert. Zum Zeitpunkt t2 befindet
sich die Mutter 220 in kraftschlüssigem Kontakt
mit dem radial nach innen gerichteten Kragen 222b der Übertragungseinrichtung 222.
Einer weiteren Bewegung der Mutter 220 in 2 nach
rechts wirkt die über die Übertragungseinrichtung 222 aufgenommene
elastische Kraft der Schraubenfeder 212 entgegen. Dementsprechend
wird die Mutter-Spindel-Anordnung 218, 220 belastet
und das Drehen der Spindel 218 durch den Elektromotor 120 erschwert.
In der Folge steigt zum Zeitpunkt t2 in 4b die
Stromaufnahme des Elektromotors auf einen mittleren Wert.
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Zwischen
den Zeitpunkten t2 und t3 wird
die Mutter 220 weiter gegen die elastische Kraft der Schraubenfeder 212 bewegt,
wobei die elastische Kraft der Schraubenfeder 212 mit fortlaufender
Kompression ansteigt, was in einem gesteigerten Drehwiederstand
der Spindel 218 und daher auch in einer gesteigerten Stromaufnahme
des Elektromotors 120 resultiert. In diesem Zeitabschnitt
bildet sich der Spalt S3 in 3. Zum Zeitpunkt
t3 ist die Feststellbremse 100 gelöst.
Dieser Zustand entspricht der Darstellung in 3.
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Das
charakteristische starke Ansteigen des vom Elektromotor 120 aufgenommenen
elektrischen Stroms zum Zeitpunkt t2 kann
von einer Steuerung 110 erfasst werden. Aus dem beschriebenen
starken Anstieg des Betriebsstroms des Elektromotors 120 (Zeitpunkt
t2) kann darauf geschlossen werden, dass die
volle elastische Kraft der Schraubenfeder 212 von der Mutter-Spindel-Anordnung 218, 220 aufgenommen
wurde und daher der Bremskolben 224 nicht mehr durch die
Schraubenfeder 212 gegen den Bremsbelag 150 gedrückt
wird.
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Ein
besonderer Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist, dass das Erkennen des Zeitpunktes, zu dem die Feststellbremse 100 vollständig
gespannt ist (Zeitpunkt t3 in 4a),
sowie des Zeitpunktes, zu dem die Feststellbremse 100 vollständig
gelöst ist (Zeitpunkt t2 in 4b),
in weiten Grenzen unabhängig von der tatsächlichen
Position des Kolbens 224 relativ zum Bremssattel 180 durchgeführt
werden kann. Das Erreichen dieser Positionen wird vielmehr danach
bestimmt, ob die elastische Kraft der Schraubenfeder 212 von
der Mutter-Spindel-Anordnung 218, 220 aufgenommen
wird (wenn die Feststellbremse 100 gelöst ist)
oder vom Bremskolben 224 (wenn die Feststellbremse 100 gespannt
ist). Das Bestimmen beider Ereignisse ist also insbesondere unabhängig
von der Dicke der Bremsbeläge 150, 160,
welche über ihre Lebensdauer einem prinzipbedingten Verschleiß unterworfen
sein können. Ein Nachstellen des Bremsaktuators bei Verschleiß der
Bremsbeläge 150, 160 erfolgt somit automatisch.
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Durch
das Vorsehen einer gewissen Nachlaufzeit nach dem Erfassen des Anspannens
der Feststellbremse 100 (Zeitspanne t3 bis
t4 in 4a) kann
sichergestellt werden, dass die elastische Kraft der Schraubenfeder 212 auch
dann vollständig auf den Bremskolben 224 wirkt,
wenn sich beispielsweise die Bremsbeläge 150, 160 oder
die Bremsscheibe 190 aufgrund von Abkühlung nach
einem Bremsvorgang zusammenziehen bzw. Schrumpfen. Das in diesem
Fall erforderliche Nachstellen der Feststellbremse 100 wird
durch den Bremsaktuator 190 ohne äußeren
Einfluss oder Energiezufuhr selbstständig durchgeführt.
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Da
bei dem Bremsaktuator 190 die Mutter-Spindel-Anordnung 218, 220 beim
Spannen der Feststellbremse 100 ausschließlich
auf Zug beansprucht wird, kann sie schwächer dimensioniert
werden als bei Belastung auf Schub wie in Bremsaktuatoren des Standes
der Technik. Beispielsweise ist ein Verbiegen der Spindel 218 durch Überbelastung
bei einem erfindungsgemäßen Bremsaktuator 190 praktisch
ausgeschlossen. Die Spindel 218 muss nicht biegesteif,
sondern lediglich dreh- und zugstabil sein.
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Ein
weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass die elektrische
Betätigung des Bremsaktuators 190 im Feststellbetrieb
in Kombination mit einer hydraulischen Betätigung in einem
Betriebsbremsbetrieb ausgeführt werden kann, so dass der
Bremsaktuator 190 auch für eine Betriebsbremse
verwendbar ist. Für eine hydraulische Betätigung
muss lediglich der Hohlraum 205 in 2 mit einem
unter Druck stehendem Hydraulikfluid gefüllt werden. Die
erforderlichen Dichtungen 214 und 228, die den
Hohlraum 205 fluiddicht verschließen, sind bereits
vorgesehen. Nicht in den Figuren erkennbar ist, dass die Übertragungseinrichtung 222 einen
Fluss von Hydraulikfluid zwischen ihrem Innenraum und dem sie umgebenden
Raum erlaubt. Der Bremskolben 224 kann durch eine Erhöhung
des Hydraulikdrucks im Hohlraum 205 in jeder Stellung der
Mutter-Spindel-Anordnung 218, 220 aus dem Hohlraum 205 gegen
den Bremsbelag 160 gedrückt werden (vgl. 1, 2 und 3).
Ein solchermaßen aufgebauter Bremsaktuator kann also vollständig
unabhängig voneinander elektrisch (Feststellbremsfunktion)
oder hydraulisch (Betriebsbremsfunktion) betätigt werden.
Auch eine gemeinsame (elektrische und hydraulische) Betätigung
ist möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005051082
A1 [0003, 0004]