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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbremse, insbesondere
eine elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse,
umfassend ein Gehäuse, einen relativ zu dem Gehäuse
verlagerbaren Bremsbelag, einen motorischen Antrieb, eine zwischen
dem motorischen Antrieb und dem verlagerbaren Bremsbelag angeordnete
Verlagerungsmechanik und eine der Verlagerungsmechanik zugeordnete
vorgespannte Spannanordnung.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedenartige Kraftfahrzeugbremsen
bekannt. So gibt es übliche Kraftfahrzeugbremsen, bei denen
Bremsbeläge über ein Hydrauliksystem verlagert
werden, so dass sie an einer mit einem Rad mitdrehenden Bremsscheibe
angreifen und in Abhängigkeit von dem angelegten Hydraulikdruck
einen mehr oder weniger starken Bremseffekt erzielen. Neben derartigen hydraulisch
betätigbaren Kraftfahrzeugbremsen existieren im Stand der
Technik rein elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremsen,
bei denen die Bremsbeläge durch einen elektromechanischen
Antrieb, insbesondere unter Verwendung eines Elektromotors verlagerbar
sind. Derartige Bremsen haben den Vorteil, dass für deren
Ansteuerung kein aufwendiges Hydrauliksystem erforderlich ist, sondern
dass stattdessen die Bordelektronik des Fahrzeugs verwendet werden
kann, um das Bremssystem anzusteuern.
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Der
Stand der Technik gemäß
DE 101 26 556 A1 zeigt
eine derartige elektromechanisch betätigbare Fahrzeugbremse,
bei der ein Bremsbelag, der in einer Schwimmsattelanordnung in herkömmlicher
Weise angeordnet ist, über einen Kugel-Rampen-Mechanismus
verlagert werden kann, um so einen Bremseffekt zu erzielen.
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Ferner
zeigt der Stand der Technik gemäß
DE 195 11 287 A1 eine elektromechanisch
betätigbare Scheibenbremse des Schwimmsatteltyps, bei der der
relativ zum Gehäuse verlagerbare Bremsbelag mittels einer
Spindel-Mutter-Anordnung verlagerbar ist. Zwischen der Spindel und
der Mutter sind Gewinderollen angeordnet, die als Wälzkörper
wirken und zusammen mit der Spindel und der Mutter einen Rollengewindetrieb
bilden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugbremse und
eine mit einer derartigen Kraftfahrzeugbremse ausgeführte
Fahrzeugbremsanlage bereitzu stellen, wobei die Kraftfahrzeugbremse
bei kompaktem Aufbau eine zuverlässige Betriebsweise während
einer Betriebsbremsung sowie eine hohe Zuverlässigkeit
im Feststellbremsfall gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugbremse der eingangs bezeichneten
Art gelöst, wobei die Verlagerungsmechanik einen Kugelgewindetrieb
mit einer drehantreibbaren Spindel und einer in dem Gehäuse
linear verschiebbaren Mutter aufweist, wobei die Mutter zur Verlagerung
des Bremsbelags durch Drehantreiben der Spindel innerhalb des Gehäuses
verlagerbar ist und wobei die Spannanordnung bei Überschreiten
einer vorbestimmten Zuspannkraft über ihre Vorspannung
hinaus spannbar ist.
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Erfindungsgemäß ist
demnach vorgesehen, dass ein Kugelgewindetrieb zur Verlagerung des Bremsbelags
vorgesehen ist, wobei erst im Feststellbremsfall, bei dem in der
Regel höhere Zuspannkräfte erreicht werden müssen,
als dies beim Betriebsbremsfall erforderlich ist, die Spannanordnung
aktiviert wird. Ansonsten bleibt die Spannanordnung im Wesentlichen
inaktiv. Dadurch kann gewährleistet werden, dass durch
zusätzliches Spannen der Spannanordnung über ihre
Vorspannkraft hinaus beim Herbeiführen eines Feststellbremszustands über
die Spannanordnung eine "Kraftreserve" aufgebaut werden kann, die
während des Feststellbremszustands zur Verfügung
steht. Sobald im Feststellbremszustand Setzvorgänge an
den Bremsbelägen eintreten, die beispielsweise auf eine
Abkühlung der Bremsbeläge zurückzuführen
sind, wodurch an sich die Zuspannkraft stark abfallen würde,
kann erfindungsgemäß eine Kompensation eines derartigen
Zuspannkraftabfalls dadurch erreicht werden, dass die vorgespannte
Spannanordnung sich unter Ausgleich dieser Setzvorgänge
entspannt. Dadurch ist gewährleistet, dass trotz dieser
Entspannung immer noch eine verhältnismäßig
hohe Zuspannkraft aufrechterhalten werden kann, die einen sicheren
Feststellbremszustand gewährleistet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen
dass, der motorische Antrieb einen Elektromotor aufweist, der wahlweise in
einander entgegengesetzte Richtungen drehantreibbar ist. Mit diesem
Elektromotor kann schnell und gezielt im Betriebsbremsfall ein Zuspannen
oder Lösen der Bremse erfolgen. Vorzugsweise ist das Gehäuse
im Stile einer herkömmlichen Schwimmsattelanordnung ausgebildet
und gelagert, wobei ein zweiter gehäusefester Bremsbeleg
mit dem Gehäuse nach Maßgabe der Relativverlagerung
des ersten Bremsbelags relativ zu dem Gehäuse verlagerbar
ist. Ferner kann hinsichtlich der Implementierung der Verlagerungsmechanik
vorgesehen sein, dass diese ein Planetengetriebe aufweist, das vorzugsweise
auf oder nahe der Ausgangswelle des Elektromotors angeordnet ist.
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Mittels
des Planetengetriebes lässt sich bedarfsweise eine gewünschte Übersetzung
realisieren, die es ermöglicht, einen leistungsschwach
und daher klein dimensionierten Motor zu verwenden. Ferner kann
vorgesehen sein, dass die Verlagerungsmechanik eine Getriebeanordnung,
insbesondere ein Zahnradgetriebe, Reibradgetriebe oder ein Riemengetriebe,
aufweist, die zwischen dem Elektromotor und dem Kugelgewindetrieb
angeordnet ist. Auch über diese Getriebeanordnung der Verlagerungsmechanik
lässt sich je nach Bedarf ein Übersetzungsverhältnis
erreichen, das eine leistungsschwache Auslegung des Motors erlaubt.
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Ferner
kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die
Verlagerungsmechanik eine Blockiereinrichtung aufweist, mittels
derer die Verlagerungsmechanik in einem bestimmten Zustand, beispielsweise
bei Erreichen einer bestimmten Spannkraft, arretierbar ist. Eine
solche Blockiereinrichtung ist insbesondere zur Realisierung der
Feststellbremsfunktion erforderlich. Ist die für den Feststellbremszustand gewünschte
Zuspannkraft erreicht oder in hinreichendem Maße zum Vorspannen
der Vorspanneinrichtung überschritten, so muss die Verlagerungsmechanik
entsprechend blockiert werden. Dies kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, dass die Blockiereinrichtung einen elektromagnetisch
betätigbaren Betätigungshebel aufweist. So ist
in diesem Zusammenhang möglich, dass der Betätigungshebel durch
Ansteuerung eines Hubmagneten bedarfsweise verlagerbar ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Blockiereinrichtung eine Schlingenfederkupplung aufweist.
Eine solche Schlingenfederkupplung hat den Vorteil, dass sie relativ
schnell anspricht, einfach unter Verwendung des Betätigungshebels
lösbar ist und im Betrieb geringem Verschleiß unterliegt.
Darüber hinaus ist eine derartige Schlingenfederkupplung kostengünstig
in hohen Stückzahlen verfügbar und benötigt
lediglich geringen Bauraum.
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Hinsichtlich
der Verwendung einer Schlingenfederkupplung als Teil der Blockiereinrichtung sieht
eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass
die Schlingenfederkupplung in einer Freigabestellung des Betätigungshebels
eine Drehmomentübertragung von dem motorischen Antrieb zu
dem Kugelgewindetrieb in beiden Drehrichtungen des motorischen Antriebs
zulässt und in einer Blockierstellung des Betätigungshebels
eine Drehmomentübertragung von dem motorischen Antrieb
zu dem Kugelgewindetrieb nur in Zuspannrichtung der Kraftfahrzeugbremse
zulässt, jedoch die Kraftfahrzeugbremse in Löserichtung
blockiert. Mit anderen Worten wird durch Verlagerung des Betätigungshebels
in seine Freigabestellung verhindert, dass die Schlingenfederkupplung
wirksam wird. Sie wird sozusagen "ausgeschaltet" und lässt
dann eine Drehung des motorischen Antriebs in seinen beiden Drehrichtungen
zu, ohne dass sie blockierend wirkt. Dadurch kann die Kraftfahrzeugbremse
ungehindert zugespannt und gelöst werden. In der Blockierstellung
des Betätigungshebels hingegen lässt die Schlingenfederkupplung
eine Drehung des motorischen Antriebs in nur einer bestimmten Drehrichtung zu,
das heißt in der Zuspannrichtung. Sobald sich die Komponenten
der Verlagerungsmechanik in Löserichtung der Kraftfahrzeugbremse
bewegen, wird die Schlingenfederkupplung unmittelbar aktiv, das
heißt sie blockiert nach einer kurzen Ansprechdistanz jede weitere
Bewegung in Löserichtung solange, bis sie durch aktive
Ansteuerung des Betätigungshebels und Verlagerung des selben
aus der Blockierstellung in die Lösestellung wieder gelöst
wird. Auf diese Weise kann die Kraftfahrzeugbremse sicher und dauerhaft
in einem Feststellbremszustand gehalten werden. Zusammenfassend
ist festzustellen, dass die mit einer Schlingenfederkupplung ausgeführte
Blockiereinrichtung wie ein schaltbarer Freilauf funktioniert, der
entweder komplett freigeschaltet werden kann, so dass er Drehungen
in beide Drehrichtungen zulässt, oder drehrichtungsabhängig
aktiv wird und dadurch ein Lösen der Bremse blockiert.
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Hinsichtlich
der Ansteuerung des Betätigungshebels bestehen erfindungsgemäß verschiedene
Möglichkeiten. So sieht eine Ausführungsvariante
der Erfindung vor, dass der Betätigungshebel bei jeder
Ansteuerung des motorischen Antriebs in die Freigabestellung schaltbar
ist. Dadurch ist gewährleistet, dass im Betriebsbremsfall
garantiert die Blockierwirkung der Blockiereinrichtung unterbunden wird.
In der Feststellbremssituation, in der der motorische Antrieb nicht
angesteuert wird, bleibt somit auch eine Deaktivierung der Blockiereinrichtung
aus.
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Alternativ
zu dieser Ansteuerungsmöglichkeit des Betätigungshebels
kann ferner vorgesehen sein, dass der Betätigungshebel
in Abhängigkeit von der Drehrichtung des motorischen Antriebs
in die Freigabestellung schaltbar ist. Diese Ansteuerung ist deshalb
möglich, weil die Schlingenfederkupplung nur in einer bestimmten
Drehrichtung des motorischen Antriebs wirksam wird. Erfolgt in dieser
Drehrichtung eine aktive Ansteuerung des Motors, so ist eine entsprechende
Verlagerung (Lösen) der Bremse in der Tat erwünscht,
so dass die Blockiereinrichtung deaktiviert werden muss, um diese
gewünschte Verlagerung der Bremse nicht zu behindern.
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Alternativ
hierzu ist es ferner möglich, dass der Betätigungshebel
wahlweise in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Betriebssituation,
insbesondere zum Lösen einer Feststellbremsstellung, in
die Freigabestellung schaltbar ist. Diese Betriebsweise gewährleistet
ebenfalls, dass die Blockiereinrichtung nur in einer Feststellbremssituation
wirksam wird. Die Ansteuerung kann dabei mittels eines Gleichrichters erreicht
werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spannanordnung eine
gefesselte Federanordnung aufweist. Dabei kann vorgesehen sein,
dass die Federanordnung zum Schutz vor äußeren
Einflüssen gekapselt ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Federanordnung eine Spiralfeder umfasst, die einenends
drehfest mit einem Abtriebszahnrad der Getriebeanordnung gekoppelt
ist und anderenends drehfest mit der Gewindespindel des Kugelgewindetriebs
gekoppelt ist, wobei eine Drehmomentübertragung von der
Getriebeanordnung auf den Kugelgewindetrieb unter Vermittlung der
Spiralfeder erfolgt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Relativverdrehung
zwischen der Gewindespindel und dem Abtriebszahnrad mittels einer
Anschlaganordnung begrenzt ist. Um dies konstruktiv umzusetzen,
sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Anschlaganordnung
eine mit der Gewindespindel drehfest gekoppelte Anschlagscheibe
mit wenigstens einer Anschlagformation aufweist und dass das Abtriebszahnrad
eine mit der Anschlagformation in Eingriff bringbare Gegenanschlagformation
aufweist, wobei die Anschlagformation relativ zu der Gegenanschlagformation
innerhalb eines vorbestimmten Spiels bewegbar ist. Das Spiel wird
durch den vorhandenen durchlaufbaren Abstand zwischen der Anschlagformation
und der Gegenanschlagformation bestimmt.
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Durch
diese Maßnahmen lässt sich auf einfache und kompakte
Weise eine zuverlässig wirkende Spannanordnung mit einer
im Ausgangszustand hinreichend vorgespannten (gefesselten) Federanordnung
realisieren, die sich nur in bestimmtem Maße weiter zuspannen
lässt. Die maximale Zuspannung wird durch geeignete Dimensionierung
des vorbestimmten Spiels erreicht. Sobald dieses Spiel durchschritten
ist, ist kein weiteres Zuspannen der Spannanordnung möglich,
so dass jedes weitere Zuspannen der Bremse unmittelbar auf die Spindel
und von dieser auf den verlagerbaren Bremsbelag übertragen werden.
Es lässt sich dadurch ein Überspannen der Spiralfeder
vermeiden.
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In
diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass die Vorspannkraft
der Federanordnung derart gewählt ist, dass während
eines Betriebsbremsvorgangs die Zuspannkraft der Kraftfahrzeugbremse
die Vorspannkraft nicht übersteigt und dass bei der Herbeiführung
eines Feststellbremsvorgangs die Zuspannkraft der Kraftfahrzeugbremse
die Vorspannung der Federanordnung übersteigt. So ist es
erfindungsgemäß beispielsweise möglich,
dass die Vorspannkraft der Federanordnung in einem Bereich zwischen
15 und 18 kN, vorzugsweise bei etwa 16,5 kN, liegt.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Kraftfahrzeugbremsanlage mit einer
Kraftfahrzeugbremse der vorstehend beschriebenen Art.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren beispielhaft
erläutert. Es stellen dar:
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1 eine
Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Fahrzeugbremse;
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2 eine
Schnittansicht entlang der Schnittlinie II-II aus 1;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III aus 1;
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4 eine
perspektivische Detailansicht einer Kombination aus Antriebseinrichtung
und Blockiereinrichtung der Fahrzeugbremse;
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5 eine
erläuternde Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V
aus 4 zum Blockiermechanismus;
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6 eine
Schnittansicht entlang der Schnittlinie VI-VI aus 5 zur
weiteren Erläuterung des Blockiermechanismus;
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7 eine
Detailansicht der Spindel samt Spiralfeder;
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8 eine
Schnittansicht zur Veranschaulichung der Spiralfeder entlang Schnittlinie
VIII-VIII aus 7;
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9 eine
Vorderansicht auf die Spindel im Detail, wie sie auch bereits aus
der Schnittansicht gemäß 2 hervor
geht;
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10 eine
Grafik, in der die Spannkraft über den Zuspannweg hinsichtlich
dem Stand der Technik und der Erfindung aufgetragen ist;
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11 eine
perspektivische Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen
Kugelgewindetriebs;
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12 eine
Längsschnittansicht des Kugelgewindetriebs im Detail;
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13 eine
Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs;
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14 eine
Vorderansicht des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs;
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15 eine
perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen
Kugelgewindetriebs, wobei die Mutter weggeschnitten ist und
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16 bis 18 Darstellungen
zur Erläuterung der Ansteuerung der Blockiereinrichtung.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Fahrzeugbremse im Querschnitt
gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst
ein Gehäuse 12, in dem ein erster Bremsbelagträger 14 mit
einem Bremsbelag 16 ortsfest gelagert ist. Ferner ist in
dem Gehäuse 12 ein zweiter Bremsbelagträger 18 mit
einem Bremsbelag 20 vorgesehen. Dieser zweite Bremsbelagträger 18 ist
in dem Gehäuse 12 verlagerbar. Zwischen den Bremsbelägen 16 und 20 ist eine
Bremsscheibe 22 angeordnet, die drehfest mit einem Kraftfahrzeugrad
verbunden ist.
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Zur
Verlagerung des Bremsbelags 20 ist in dem Gehäuse 12 ein
Kolben 24 verschiebbar aufgenommen. Dieser Kolben 24 weist
an seinem linken Ende einen Kolbenabschluss 26 auf, der
zur Verlagerung des Bremsbelagträgers 18 mit dem
Bremsbelag 20 dient. Der Kolben 24 ist über
eine Balkanordnung 28 gegenüber äußeren
Einflüssen, wie Feuchtigkeit und Verschmutzung, abgedichtet.
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Zur
Verlagerung des Bremsbelags 18 über den Kolben 24 ist
eine elektromechanische Antriebsanordnung 30 vorgesehen.
Diese umfasst einen Motor 32 (siehe 3), der über
ein im Folgenden noch näher beschriebenes Zahnradgetriebe 34 einen Kugelgewindetrieb 36 antreibt.
Der Kugelgewindetrieb 36 weist eine Spindel 38 auf,
die von dem Motor drehangetrieben wird. Ferner weist der Kugelgewindetrieb 36 eine
Mutter 40 auf, welche um die Spindel 38 herum
angeordnet ist. In der Mutter 40 sind Laufrillen 41 für
eine Wälzkörperanordnung 42 vorgesehen.
Die Spindel 38 weist ferner endseitig eine Gewindebuchse 44 auf,
die drehfest mit der Spindel 38 verbunden ist und ihrerseits
radial außenliegende Laufrillen 45 für
die Wälzkörperanordnung 42 aufweist.
Die Spindel 38 ist von ihrem in 1 linken Ende
aus mit einer zentralen Bohrung 47 versehen. In dieser
zentralen Bohrung 47 ist eine Zugfeder 46 aufgenommen,
die an ihrem in 1 rechten Ende in der Spindel 38 drehfest
gehalten ist. Mit ihrem in 1 linken
Ende greift die Zugfeder 46 an einem Druckstück 48 an,
das seinerseits in Anlage mit der Wälzkörperanordnung 42 steht
und dieses in seine in 1 gezeigte Ausgangsstellung
vorspannt. Im Folgenden wird auch noch mit Bezug auf die 11 bis 15 im
Detail auf den Kugelgewindetrieb 36 eingegangen.
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Ferner
erkennt man in 1 eine Spiralfeder 50,
die in dem Raum zwischen einem abgestuft ausgebildeten Übertragungselement 51 und
einer Aufnahmebuchse 52 unter Vorspannung aufgenommen ist.
Das Übertragungselement 51 weist eine Innenverzahnung 53 auf,
mit der es über eine korrespondierende Komplementärverzahnung
an der Spindel 38 druckfest mit dieser verbunden ist. Die
Aufnahmebuchse 52 ist hingegen relativ zur Spindel 38 und zum Übertragungselement 51 verdrehbar.
Die Aufnahmebuchse 52 ist an ihrem Außenumfang
mit einer Außenverzahnung 54 versehen, die mit
einem Zwischenzahnrad (74, siehe 2) zum Drehantreiben
der Aufnahmebuchse 52 im Eingriff steht. Die Aufnahmebuchse 52 wird
in 1 an ihrer rechten Seite mit einem Verschlussdeckel 56 geschlossen. Der
Verschlussdeckel 56 ist über eine Spannschraube 58 drehfest
mit der Spindel 38 und dem Übertragungselement 51 verbunden.
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Schließlich
erkennt man in 1 noch ein Axiallager 60,
das zur Abstützung von Axialkräften dient.
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2, 3 und 4 geben
Aufschluss über die Gestaltung des Antriebs der Spindel 38.
Der Motor 32 ist mit einer Ausgangswelle 61 versehen, auf
der drehfest ein Zahnrad 62 angeordnet ist. Das Zahnrad 62 wirkt
als Sonnenrad, mit dem Planetenräder 64 kämmen.
Die Planetenräder 64 sind an einem Planetenträger 66 drehbar
gelagert. Sie kämmen mit einem im Gehäuse 12 ausgebildeten
Hohlrad 68, wie in einem Planetengetriebe üblich.
Der Planetenträger 66 weist auch einen durchmesserkleineren
außenverzahnten Schaftabschnitt 70 auf, der sich
bei rotierendem Motor 32 nach Maßgabe des Übersetzungsverhältnisses
des Planetengetriebes mit einer bestimmten Drehzahl dreht. Es sei
angemerkt, dass der Schaftabschnitt 70 zwar auf der Motorausgangswelle 61 angeordnet
und gelagert ist, jedoch relativ zu dieser verdrehbar ist.
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In
dem Gehäuse 12 ist ferner ein Lagerzapfen 72 gelagert,
auf dem drehbar ein Übertragungszahnrad 74 angeordnet
ist. Dieses treibt, wie vorstehend bereits angedeutet, die mit der
Außenverzahnung 54 versehene Aufnahmebuchse 52 an.
In 2 erkennt man, dass die Aufnahmebuchse 52 entlang ihres
Innenumfangs Ausnehmungen 80 aufweist, die sich in Umfangsrichtung über
eine bestimmte Strecke a bzw. einen entsprechenden Winkel α erstrecken.
An dem Verschlussdeckel 56 sind korrespondierende radiale
Vorsprünge 82 vorgesehen, die sich in die Ausnehmungen 80 hinein
erstrecken. Die radialen Vorsprünge 82 besitzen
eine geringere Erstreckung b (bzw. Winkelerstreckung β)
in Umfangsrichtung als das Maß a (α) der Ausnehmungen 80,
so dass sich die Abdeckscheibe 56 relativ zu der Aufnahmebuchse 52 um
die Achse A verdrehen lässt. Genauer gesagt ist eine Relativdrehbewegung
um die Achse A zwischen den Komponenten 52 und 56 über
die Distanz d = a – b bzw. über den Winkel δ = α – β möglich.
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Im
einzelnen ergibt sich dies auch aus der Detaildarstellung gemäß 7 bis 9.
Dort erkennt man auch, dass das radial innenliegende Ende 84 der
Spiralfeder 56 in dem Übertragungselement 51 drehfest
aufgenommen ist. Das radial äußere Ende 88 der
Spiralfeder 50 ist hingegen in einer entsprechenden radialen
Bohrung 90 drehfest aufgenommen, die in der Aufnahmebuchse 52 ausgebildet ist.
Die Spiralfeder 56 ist vorgespannt. Da – wie vorstehend
bereits beschrieben – die Aufnahmebuchse 52 relativ
zu dem Übertragungselement 51 um die Strecke d
verdrehbar ist, welches wiederum über die Verzahnung 53 drehfest
mit der Spindel 38 gekoppelt ist, wird in Folge eines Drehantriebs
der Aufnahmebuchse 52 im Uhrzeigersinn gemäß Pfeil
P (9) die Drehbewegung über die Spiralfeder 50 auf
das Übertragungselement 51 unter Erhöhung
der Vorspannung der Feder übertragen und von diesem dann
auf die Spindel 38. Mit anderen Worten wird bei zunehmendem
Drehwiderstand an der Spindel 38 nach Erreichen einer bestimmten
Zuspannkraft die Spiralfeder 50 zunehmend gespannt. Die
Relativbewegung zwischen der Aufnahmebuchse 52 und dem mit
der Spindel 38 drehfest verbundenen Übertragungselement 51,
das gleichermaßen drehfest mit dem Verschlussdeckel 56 verbunden
ist, wird durch die radialen Vorsprünge 82 und
die Ausnehmung 80 auf die Strecke d bzw. den Winkel δ beschränkt.
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Sobald
sich die radialen Vorsprünge 82 ausgehend von
der in 9 gezeigten Stellung nach Durchlaufen der Strecke
d an die gegenüberliegende radiale Flanke der Ausnehmungen 80 legt,
erfolgt keine weitere Relativbewegung mehr und die Drehbewegung
wird unmittelbar von der Aufnahmebuchse 52 auf das Übertragungselement 51 und
von diesem auf die Spindel 38 übertragen. Die
Spiralfeder 50 ist dann maximal vorgespannt.
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Durch
die Relativbewegung um die Strecke d ist es möglich, über
die Spiralfeder 50 einen Spannungszustand mit "Spannkraftreserve"
an der Spindel 38 zu erreichen, die zum Ausgleich von Setzvorgängen
an den Bremsbelägen 16 und 20 in Folge
eines Abkühlens oder dergleichen nach Zustellen der Bremse 10 im
Feststellbremsbetrieb dient. Hierzu wird im Detail noch mit Bezug
auf 10 eingegangen.
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Wendet
man sich noch einmal der Übersichtsdarstellung gemäß 3 sowie
den Einzelteildarstellungen gemäß 4 bis 6 zu,
so erkennt man, dass an der Motorausgangswelle 61 auch
eine Blockiereinrichtung 100 vorgesehen ist. Die Blockiereinrichtung 100 dient
dazu, um im Falle einer Feststellbremsung, bei der nach Erreichen
einer bestimmten Spannkraft an der Bremsscheibe 22 die Bremsbeläge 16 und 20 arretiert
werden müssen, die elektromechanische Antriebsanordnung 30 zu
blockieren.
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Die
Blockiereinrichtung 100 ist im Einzelnen auch in den 4 bis 6 gezeigt.
Sie umfasst eine Schlingenfeder 102, die um einen hülsenartigen Vorsprung 104 des
Schaftabschnitts 70 des Planetenträgers 66 herum
mit geringem Spiel gewickelt ist. An ihrem einen Ende 106 ist
die Schlingenfeder 102 drehfest in einer Abdeckkappe 108 aufgenommen. Ausgehend
von diesem Ende 106 erstrecken sich mehrere aneinanderliegende
Windungen aufgewickelt auf den Abschnitt 104 bis zum zweiten
Ende 110. Dieses zweite Ende 110 der Schlingenfeder 102 liegt
einer Stoßseite eines Hebels 112 der Blockiereinrichtung 100 gegenüber.
Der Hebel 112 ist entlang des Pfeils R verschiebbar. Hierzu
dient eine über Befestigungselemente 114 am Gehäuse 12 festlegbare Hubmagnetanordnung 116.
Diese umfasst eine bedarfsweise bestrombare Magnetspule 118 und
einen Permanentmagneten 120, der bei unbestromter Spule 118 die
in 5 und 6 gezeigte Stellung einnimmt
und der bei Bestromung der Spule 118 dafür sorgt,
dass der Hebel 112 in 5 und 6 nach rechts
verschoben wird. Der Hebel 112 ist zusätzlich über
einen Führungszapfen 122 linear in Richtung R in
dem Gehäuse 12 des Hubmagneten 116 geführt.
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Die
Blockiereinrichtung 100 wirkt wie ein Freilauf, der eine
Drehung in einer Drehrichtung ermöglicht, in der anderen
Drehrichtung jedoch blockiert, und der durch elektromagnetische
Ansteuerung bedarfsweise derart geschaltet werden kann, dass er
Drehungen in beide Drehrichtungen zulässt. Wird der Motor 32 derart
drehangetrieben, dass sich das Zahnrad 70 im Gegenuhrzeigersinn
gemäß Pfeil Q (siehe 4 und 5)
dreht, so bleibt die Schlingenfeder 102 wirkungslos. Mit
anderen Worten rutscht das buchsenförmige Teil 104 relativ
zur Schlingenfeder 102 durch, ohne dass diese eine Blockierwirkung
zeigt. Ein solcher Drehantrieb erfolgt beispielsweise zum Zuspannen
der Bremse bei einem Betriebsbremsvorgang oder bei einem Feststellbremsvorgang.
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Bewegt
sich nun aber das Zahnrad 70 in entgegengesetzter Richtung,
was durch den Pfeil S in 5 gezeigt ist, so wird das freie
Ende der Schlingenfeder 110 mitgenommen. In der Folge schnürt sich
die Schlingenfeder 102 zu und blockiert bereits nach kurzen
Drehhub des Teils 104 jegliche weitere Drehung von diesem
aufgrund der auftretenden Reibung und Umschlingung. Dadurch wird
das Zahnrad 70 blockiert. Dieser Blockiereffekt kann dazu
genutzt werden, um die Bremse 10 für einen Feststellbremsbetrieb
nach Zuspannen auf eine bestimmte Spannkraft zu blockieren.
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Um
die Bremse lösen zu können, wird die Spule 118 bestromt,
so dass der Hebel 112 in 5 und 6 jeweils
nach rechts gemäß Pfeil R verlagert wird. Dadurch
wird das freie Ende 110 der Schlingenfeder 102 relativ
zu dem buchsenartigen Teil 104 derart verlagert, dass sich
wieder ein Spiel zwischen der Schlingenfeder 102 und dem
buchsenförmigen Teil 104 ergibt. Die enge Umschlingung
des Teils 104 und die dadurch bedingte Haftreibung wird aufgehoben,
so dass das Zahnrad 70 für eine Drehbewegung freigegeben
werden kann.
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Mit
anderen Worten erlaubt die Blockiereinrichtung 100 durch
Einsatz einer Schlingenfeder 102 das Blockieren einer Drehung
des Zahnrads 70 in der einen Richtung und die Freigabe
in der anderen Richtung. Es bleibt anzumerken, dass in einer Betriebsbremssituation
selbstverständlich das Lösen der Bremse nicht
durch die Blockiereinrichtung 100 behindert wird. In einer
solchen Betriebsbremssituation wird der Hebel 112 durch
Bestromung der Spule 118 so gestellt, dass ein Blockiereffekt
der Schlingenfeder 102 dauerhaft ausbleibt.
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Im
Folgenden wird im Detail mit Bezug auf die 11 bis 15 der
Aufbau des Kugelgewindetriebs 36 beschrieben. Man erkennt
in diesen Figuren, dass die Spindel 38 in ihrem linken
Bereich mit einer zentralen Bohrung 47 versehen ist und
in ihrem rechten Bereich mit einer zentralen Bohrung 130.
Die zentrale Bohrung 130 dient zur Aufnahme der Befestigungsschraube 58,
wie vorstehend bereits geschildert. In der zentralen Bohrung 47 ist
die Zugfeder 46 aufgenommen, deren rechtes Ende 132 in
einer radialen Bohrung 134 im Wesentlichen drehfest und
gegen unerwünschte Axialverlagerung aufgenommen ist. Die
Zugfeder 46 weist einen länglichen Befestigungsbügel 136 auf,
der an seinem Endabschnitt einen Befestigungshaken 138 umfasst.
Mit dem Befestigungshaken 138 ist das Federelement 46 in
einer von einer Mehrzahl von Aufnahmeöffnungen 140 aufgenommen,
die in dem eingangs bereits erwähnten Druckstück 48 um
eine zentrale Öffnung herum ausgebildet sind. Ausgehend
von dieser zentralen Öffnung des Druckstücks 48 erstreckt
sich in die Bohrung 47 hinein ein napfförmiger
Führungsabschnitt 142, mit dem das Druckstück
axial verschiebbar in der Öffnung 47 geführt
ist. Der napfförmige Führungsabschnitt 142 weist
an seinem axial in der Bohrung 47 liegenden Ende auch Positioniernasen 144 zur
Positionierung des Federabschnitts 136 auf.
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Ferner
erkennt man in 11, insbesondere aber in der
perspektivischen Darstellung gemäß 15,
dass die Wälzkörperanordnung 42 von einer helixförmig
verlaufenden Wälzkörperkette gebildet ist, die
einen helixförmigen Käfig 146 aufweist,
in dem kugelförmige Wälzkörper 148 aufgenommen sind.
Wie bereits ausgeführt ist die Wälzkörperanordnung 42 in
korrespondierenden Laufrillen in der Mutter 40 sowie in
der Gewindebuchse 44 geführt. Die Gewindebuchse 44 umfasst
zwei Anschlagstifte 150 und 152, welche die Relativbewegung
zwischen der Wälzkörperanordnung 42 und
der mit der Spindel 38 fest verbundenen Gewindebuchse 44 begrenzen. Das
Druckstück 48 ist über das Federelement 46 in die
in 11 und 12 gezeigte
Ausgangsstellung vorgespannt, in der die Wälzkörperanordnung 42 an dem
Anschlagstift 152 anliegt. Durch diese Vorspannung ist
gewährleistet, dass die Wälzkörperanordnung 42 immer
wieder in ihre in den Figuren gezeigte Ausgangsstellung zurückkehrt,
wenn sie lastfrei ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass beispielsweise
beim Lösen eines Feststellbremszustands dann, wenn die
Spannkraft abgebaut wird, das Federelement 46 schließlich
die Wälzkörperanordnung 42 selbsttätig
in die gezeigte Ausgangsstellung zurückgeführt.
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Schließlich
erkennt man in 11 und 12 noch
einen sternförmigen Aufsatz 154, der drehfest
auf der Mutter 40 aufgebracht ist und in dem Gehäuse 12 linear
beweglich geführt ist. Mit diesem linear beweglich in dem
Gehäuse geführten Aufsatz greift die Mutter 40 an
dem Kolbenabschluss 26 zur Verlagerung des Bremsbelags 20 an.
Ferner erkennt man noch ein Radiallager 156, mit dem die
Spindel in dem Gehäuse 12 gelagert ist.
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Der
erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb 36 hat
den Vorteil, dass er – anders als herkömmliche Kugelgewindetriebe – keine
aufwändige und raumfordernde Wälzkörper-Rückführung
benötigt. Dadurch kann er in axialer Richtung sowie in
radialer Richtung relativ klein dimensioniert werden. Aufgrund der
jeweiligen Rückführung der Wälzkörperanordnung 42 mittels
des Federelements 46 in ihre Ausgangsstellung steht nach
jeder Betätigung und anschließender Rückführung
stets derselbe maxima le Zuspannweg zur Verfügung. Eine
Verschleißkompensation erfolgt allein durch nachführende
Verlagerung der Mutter 40. Anzumerken ist noch, dass eine solche
Verschleißnachführung immer zwischen zwei Bremsvorgängen
erfolgen kann. Auch dadurch ist gewährleistet, dass der
erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb 36 für
die eigentliche Spannfunktion nur einen verhältnismäßig
geringen Hub von beispielsweise 2 mm erbringen muss.
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Die
erfindungsgemäße Fahrzeugbremse funktioniert wie
folgt:
Bei einem Betriebsbremsvorgang wird, wie vorstehend
bereits beschrieben, der Motor 32 bestromt, so dass sich
das Zahnrad 70 in 4 im Gegenuhrzeigersinn
dreht (5 im Uhrzeigersinn). Das Zahnrad 74 wird
dann entsprechend angetrieben und treibt schließlich die
Aufnahmebuchse 52 an. Die Drehbewegung wird über
die Spiralfeder 50 auf die Spindel 38 übertragen,
wobei die Spiralfeder 50 bereits derart stark vorgespannt
ist, dass es bei den üblicherweise während eines
Betriebsbremsvorgangs auftretenden vergleichsweise kleinen Spannkräften
zu keiner Relativverdrehung zwischen der Aufnahmebuchse 52 und
dem Übertragungselement 51 kommt. Mit anderen
Worten wirkt die Spiralfeder 50 während des Zuspannens
in einer Betriebsbremssituation wie ein unnachgiebiges steifes Element,
so dass durch die Spiralfeder 50 bedingte Verzögerungen
beim Zuspannen in einem Betriebsbremsvorgang ausbleiben.
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Das
Zuspannen der Bremsbeläge 16 und 20 erfolgt
je nach Betätigung eines Bremspedals und/oder nach Maßgabe
von Fahrassistenzsystemen, wie einem Antiblockiersystem, einem Abstandshaltesystem,
einer Steuerung für regeneratives Bremsen etc. Zum Lösen
der Bremse während einer Betriebsbremsung wird das Zahnrad 70 entsprechend
in anderer Richtung drehangetrieben. Wie vorstehend bereits im Hinblick
auf die Blockiereinrichtung 110 beschrieben, kann diese
während der Betriebsbremsung inaktiv gehalten werden, indem der
Hebel 112 an dem freien Ende der Schlingenfeder 102 angreift
und dieses relativ zum Zahnrad 70 verschiebt. Mit Bezug
auf die 16 bis 18 werden
jedoch andere Möglichkeiten zur Ansteuerung der Blockiereinrichtung 110 geschildert.
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Bei
einer Feststellbremsung ist hingegen erwünscht, ein bestimmtes
Spannkraftniveau beim Zuspannen der Bremse zu erreichen und dieses
auch trotz abkühlungsbedingter Setzvorgänge an
den Bremsbelägen 16 und 20 dauerhaft
im Wesentlichen aufrecht zu erhalten. Hierzu wird die Bremse 10 in gleicher
Weise betätigt, wie vorstehend mit Bezug auf die Betriebsbremsung
geschildert, jedoch mit höheren Spann kräften.
Es wird zunächst ein Spannkraftniveau von beispielsweise
22 kN über den motorischen Antrieb erzielt. Man erkennt
dies beispielsweise in den Graph gemäß 10.
Die Spiralfeder 50 ist derart vorgespannt, dass es zu einer
Relativverdrehung zwischen Spindel 38 und Aufnahmebuchse 52 erst
ab etwa 16,5 kN kommt.
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Bei
weiter ansteigender Spannkraft wird die Spiralfeder 50 über
den Grad ihrer Vorspannung hinaus stärker zugespannt, bis
schließlich das Spiel d komplett durchlaufen ist. Sodann
erfolgt wiederum ein Anstieg mit steilerer Steigung. Hierdurch sind
die Knickstellen K1 und K2 in der durchgezogenen Linie gemäß 10 zu
erklären. Mit anderen Worten gibt der Kurvenabschnitt zwischen
beiden Knickstellen K1 und K2 gerade das Zuspannen der Spiralfeder 50 während
eines Durchlaufens des Spiels d wieder. Nachdem der Punkt K2 erreicht
wurde, wird die Bremse mit erneut steilerer Kennlinie bis zu einer
Zuspannkraft von etwa 21,5 kN zugespannt, was einem Zuspannweg von
insgesamt etwa 1,5 mm entspricht.
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Wie
allgemein bekannt ist, tritt nach Abkühlen der Bremsbeläge
im Feststellbremszustand üblicherweise ein Setzvorgang
auf, d. h. die Bremsbeläge ziehen sich geringfügig
zusammen. Dadurch sinkt die an der Bremsscheibe anliegende Zuspannkraft ab.
Es muss jedoch gewährleistet sein, dass trotz dieses Setzvorgangs
immer noch eine hinreichend große Spannkraft von etwa 16,5
kN aufrecht erhalten wird, um einen zuverlässigen Feststellbremszustand zu
gewährleisten. Dieser Setzvorgang kann durch die Spiralfeder 50 innerhalb
gewisser Grenzen ausgeglichen werden. Mit anderen Worten wird die
Spindel 38, angetrieben durch die Spannkraft der Spiralfeder 50,
bei einer thermisch bedingten Schrumpfung der Bremsbeläge 16 und 20 „nachgedrückt"
bzw. „nachgedreht", wobei die Spannkraft weiterhin über dem
gewünschten Niveau von 16,5 kN gehalten werden kann.
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Anzumerken
ist noch, wie vorstehend bereits ausgeführt, dass zunächst
keine Blockierung der mechanischen Antriebsanordnung 30 während
der Herbeiführung des Feststellbremszustands erfolgt. Erst dann,
wenn die Spannkraft von etwa 21,5 kN erreicht ist und der Motor 32 abgeschaltet
wird, wird die Blockiereinrichtung 110 aktiv und verhindert
eine Verdrehung des Zahnrads 70 in Richtung der Lösestellung. Die
Blockiereinrichtung 110 wirkt derart, dass sich an dieser
das von der zugespannten Bremse resultierende Rückstellmoment
im Stile eines blockierenden Freilaufs abstützen kann.
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Zum
Lösen der Feststellbremse wird dann die Spule 118 bestromt
und der Hebel 112 auf das Ende 110 der Schlingenfeder 102 geschoben,
so dass der Umschlingungsef fekt der Schlingenfeder 102 aufgehoben
wird und diese das Zahnrad 70 zur Drehung in die entspannte
Stellung der Bremse wieder freigibt.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet, kann die Blockiereinrichtung 110 auf
verschiedene Art und Weise betrieben werden. Die Schlingenfeder 102 kann
nach verschiedenen Modi in einen das Teil 104 freigebenden
Zustand geschaltet werden. So ist es möglich bei jeder
Motorbestomung die Spule 118 zu bestromen, um den Hebel 112 zu
verschieben. Dies wird durch einen Schaltkreis erreicht, wie er
in 16 dargestellt ist.
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Alternativ
hierzu ist es möglich, nur eine stromrichtungsabhängige
Bestromung der Spule 118 durchzuführen und damit
eine Bestromung in Abhängigkeit von der Motordrehrichtung
vorzunehmen. Mit anderen Worten wird die Blockiereinrichtung 110 nur dann
Strom, wenn sich der Motor 32 in Zuspannrichtung dreht.
Dies wird durch Verwendung zweier Dioden erreicht, wie in 17 gezeigt.
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Alternativ
hierzu ist, wie in 18 gezeigt, ferner der Einsatz
einer Schaltung für einen Hubmagnet mit Permanentmagnetanker
möglich, wobei zwischen dem Motorkreis und dem zur Ansteuerung
der Blockiereinrichtung 100 dienenden Kreis ein Gleichrichter
geschaltet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10126556
A1 [0003]
- - DE 19511287 A1 [0004]