DE102007049562A1 - Bremse mit reversiblem Kraftspeicher - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einer Reibungsbremse (1, 2, 3), einem elektrischen Aktuator (8) zum ÜBertragen einer Kraft zum Zuziehen und Öffnen der Reibungsbremse (1, 2, 3) und einem mit der Reibungsbremse (1, 2, 3) verbundenen Kraftspeicher (16), welcher bei Zuziehen der Reibungsbremse (1, 2, 3) entladen und bei Öffnen der Reibungsbremse (1, 2, 3) aufgeladen wird. Der Kraftspeicher (16) ist an einem gegenüber der Reibungsbremse (1, 2, 3) beweglichen Lager (18) befestigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einer Reibungsbremse und einem elektrischen Aktuator zum Übertragen einer Kraft zum Zuziehen und Öffnen der Reibungsbremse.
  • Herkömmliche Bremsen basieren darauf, dass die Kraft zum Anziehen der Bremse auf hydraulische oder pneumatische Weise übertragen wird. Elektromechanische Bremsen unterscheiden sich hiervon dadurch, dass die Bremsbestätigungskraft von einem Elektromotor aufgebracht wird.
  • Zur Realisierung einer elektromechanischen Bremse ist es denkbar, mit dem Elektromotor auf einen mit dem Bremsbelag verbundenen Bestandteil einzuwirken, wodurch der Bremsbelag gegen den abzubremsenden bewegten Bremskörper gedrückt wird. Hierbei wird die gesamte Betätigungskraft von dem Elektromotor aufgebracht. Nachteilig hierbei ist, dass unter Umständen sehr große, leistungsstarke Elektromotoren benötigt werden.
  • Weiterhin existieren selbstverstärkende elektromechanische Bremsen, beispielsweise die Keilbremse (englisch: EWB, electronic wedge brake). Hierbei wird lediglich ein kleiner elektrischer Aktuator benötigt, da der Großteil der erforderlichen Betätigungskraft aus der kinetischen Energie des sich bewegenden abzubremsenden Bremsköpers gewonnen wird, beispielsweise aus einer sich im Betrieb eines Fahrzeugs drehenden Bremsscheibe. Die grundsätzliche Funktionsweise solcher selbstverstärkenden Bremsen ist beispielsweise in dem Dokument DE 198 19 564 C2 beschrieben.
  • Grundsätzlich besteht bei elektromechanischen Bremsen der Wunsch, eine Bauart zu finden, bei welcher ein recht kleiner Elektromotor ausreichend ist; ferner ist es wünschenswert, dass auch bei zeitweise ausbleibender Energieversorgung des Elektromotors, z. B. aufgrund eines Schadensfalls oder bei be wusstem Abschalten des Elektromotors, eine Betätigung der Bremse möglich ist. Beides trifft sowohl auf selbstverstärkende als auch auf andersartige elektromechanische Bremsen zu. Bei selbstverstärkenden Bremsen ist es ferner vorteilhaft, wenn eine Bremsbetätigung sowohl bei Bewegung als auch bei Stillstand des Bremskörpers möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Bremssystem aufzuzeigen, welches einen elektrischen Aktuator aufweist. Dieses Bremssystem soll es insbesondere ermöglichen, dass der elektrische Aktuator klein sein kann und nicht sehr leistungsstark sein muss.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Bremssystem umfasst eine Reibungsbremse, einen elektrischen Aktuator zum Übertragen einer Kraft zum Zuziehen und Öffnen der Reibungsbremse, sowie einen mit der Reibungsbremse verbundenen Kraftspeicher, welcher bei Zuziehen der Reibungsbremse entladen und bei Öffnen der Reibungsbremse aufgeladen wird. Der Kraftspeicher ist an einem gegenüber der Reibungsbremse beweglichen Lager befestigt.
  • Ist die Reibungsbremse zugezogen, findet eine Bremsung aufgrund einer Reibung zwischen zumindest zwei sich im zugezogenen Zustand berührenden Bestanteilen der Reibungsbremse statt. Im geöffneten Zustand hingegen tritt keine Reibung zwischen diesen Bestandteilen auf, so dass keine Bremswirkung der Reibungsbremse vorhanden ist. Für das Zuziehen der Reibungsbremse stehen grundsätzlich zwei Einrichtungen zur Verfügung: der elektrische Aktuator, z. B. ein Elektromotor, und der Kraftspeicher. Letzterer entlädt sich bei Zuziehen der Reibungsbremse, so dass hierbei zumindest eine den Aktuator unterstützende Mitwirkung beim Zuziehen der Reibungsbremse erfolgt. Die Anteile, welche der elektrische Aktuator und der Kraftspeicher am Zuziehen der Reibungsbremse haben, hängt von dem konkreten Aufbau des Bremssystems ab. Insofern ist auch ein Zuziehen der Reibungsbremse unter alleiniger Verwendung von Aktuator und/oder Kraftspeicher möglich.
  • Bei dem Kraftspeicher handelt es sich insofern um einen reversiblen Kraftspeicher, als durch Öffnen der Reibungsbremse der Kraftspeicher aufgeladen wird. Durch wiederholtes Zuziehen und Öffnen der Reibungsbremse wird der Kraftspeicher somit abwechselnd entladen und wieder aufgeladen. Bei dem Kraftspeicher kann es sich z. B. um eine Druckfeder handeln.
  • Der Kraftspeicher ist einerseits mit der Reibungsbremse verbunden. Hierdurch ist es möglich, dass das Zuziehen der Reibungsbremse mit einem Entladen des Kraftspeichers und das Öffnen der Reibungsbremse mit einem Aufladen des Kraftspeichers einhergeht. Die Verbindung zwischen Reibungsbremse und Kraftspeicher kann auf verschiedene Arten erfolgen; insbesondere können Kraft- der Drehmomenübertragungsbestandteile vorgesehen zwischen dem Kraftspeicher und der Reibungsbremse vorgesehen sein.
  • Andererseits ist der Kraftspeicher an einem Lager befestigt. Das Lager stellt hierbei eine Abstützung für den Kraftspeicher dar. Das Lager ist nicht ortsfest angebracht, sondern beweglich. Auf diese Weise lassen sich verschiedene geometrische Verhältnisse zwischen dem Kraftspeicher und der Reibungsbremse einstellen. Diese verschiedenen geometrischen Verhältnisse können Aufteilungen der Arbeitslast zwischen elektrischem Aktuator und Kraftspeicher beim Zuziehen der Bremse zur Folge haben. Die Beweglichkeit des Lagers ist auf die Reibungsbremse bezogen, d. h. die Position des Lagers ist gegenüber der Reibungsbremse veränderbar. Alternativ kann die Beweglichkeit des Lagers auf andere Teile des Bremssystems, wie z. B. auf den elektrischen Aktuator, bezogen sein.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist das Lager derart beweglich, dass durch eine Bewegung des Lagers die Richtung der von dem Kraftspeicher abgegebenen Kraft geändert wird. Eine Änderung der Kraftrichtung resultiert auch bei ungeändertem Ladungszustand des Kraftspeichers in einem veränderten Drehmoment in Bezug auf den Befestigungspunkt des Kraftspeichers an der Reibungsbremse.
  • Das Lager kann derart beweglich sein, dass es um eine gegenüber der Reibungsbremse feste Achse rotierbar ist. Dies eignet sich insbesondere zur Veränderung der Kraftrichtung des Kraftspeichers.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist das Lager derart beweglich, dass durch eine Bewegung des Lagers der Ladungszustand des Kraftspeichers geändert wird. Somit kann durch eine Bewegung des Lagers der Kraftspeicher mehr aufgeladen oder mehr entladen werden.
  • Das Lager kann derart beweglich ausgestaltet sein, dass seine Entfernung von der Reibungsbremse veränderbar ist. Insbesondere ist es möglich, dass durch eine Änderung der Entfernung des Lagers von der Reibungsbremse der Ladungszustand des Kraftspeichers modifiziert werden. Die Änderung der Entfernung kann als reine Linearbewegung bzw. Translation ausgeführt werden; auch eine Kombination von Rotation und Linearbewegung ist möglich.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist eine erste Position des Lagers vorgesehen für Betriebsbremsungen und eine zweite Position des Lagers für Parkbremsungen. Eine Position entspricht hierbei einer bestimmten Stellung des Lagers. Für sie können z. B. bestimmte Fixierungen vorgesehen sein, so dass das Lager in einer bestimmten Position haltbar ist. Durch eine Bewegung des Lagers ist ein Wechsel von einer in eine andere Position möglich. Es sind zumindest zwei Positionen vorgesehen, wobei die erste für Betriebsbremsungen geeignet ist, d. h. für Bremsungen bei bewegtem abzubremsendem Teil der Reibungsbremse, und die zweite für Parkbremsungen, d. h. für das Halten des unbewegten abzubremsenden Teils der Reibungsbremse.
  • Einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß wirkt bei der ersten Position des Lagers der Kraftspeicher bei geöffneter Reibungsbremse gegen ein Zuziehen der Reibungsbremse. Hierbei ist es möglich, dass diese Wirkung des Kraftspeichers nur bei völlig geöffneter oder leicht zugezogener Bremse vorhanden ist, während bei einer mehr als leicht zugezogenen Bremse diese Wirkung nicht mehr vorhanden ist. Dies hat den Vorteil, dass die geöffnete Bremse in einem stabilen Zustand gehalten werden kann. Ferner kann ein weiterer Kraftspeicher vorhanden sein, welcher bei der ersten Position des Lagers bei geöffneter Reibungsbremse entgegen dem Kraftspeicher in Richtung des Zuziehens der Reibungsbremse wirkt. Hierdurch wird die Wirkung des Kraftspeichers bei geöffneter Bremse abgeschwächt, so dass ein leichteres Zuziehen der Reibungsbremse möglich ist. In diesem Fall wirkt der weitere Kraftspeicher als Unterstützung für den elektrischen Aktuator.
  • Vorteilhaft ist es, wenn bei der ersten Position des Lagers der Kraftspeicher bei fortschreitendem Zuziehen der Reibungsbremse das Zuziehen der Reibungsbremse zunehmend unterstützt. Hierdurch wird der elektrische Aktuator effizient entlastet, wobei die Entlastung zunimmt, je mehr die Reibungsbremse bereits zugezogen ist.
  • Es ist möglich, dass bei der zweiten Position des Lagers der Kraftspeicher bei zugezogener Reibungsbremse den zugezogenen Zustand ohne Unterstützung durch den elektrischen Aktuator aufrecht erhält. Hierdurch kann bei einer Parkbremsung der elektrische Aktuator ausgeschaltet werden, so dass die Bremse ausschließlich von dem Kraftspeicher zugehalten wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist eine instabile Position des Lagers vorgesehen, aus welcher sich das Lager bei Eintritt einer bestimmten Bedingung in eine stabile Position bewegt. Diese Bewegung in die stabile Position erfolgt vorzugsweise automatisch bei Eintritt der bestimmten Bedingung. Die bestimmte Bedingung kann z. B. ein Ausbleiben elektrischer Versorgung umfassen. Diese elektrische Versorgung kann das gesamte Bremssystem betreffen, so dass in diesem Fall auch der elektrische Aktuator von dem Ausbleiben betroffen ist. Die stabile Position des Lagers kann ein Zuziehen oder Öffnen der Reibungsbremse durch den Kraftspeicher bewirkt. Dies entspricht einer Notschließ- bzw. einer Notöffnefunktion.
  • Es kann eine Betätigungseinheit vorhanden sein, deren Betätigung eine Bewegung des Lagers bewirkt. Bei dieser Betätigungseinheit kann es sich um eine von einer Person bedienbare Einheit, wie z. B. einen Schalter oder Knopf, handeln, oder auch um eine Kontrolleinrichtung, welche bestimmte Parameter auswertet und daraufhin entscheidet, dass eine Bewegung des Lagers erfolgen soll.
  • Es können Haltemittel vorgesehen sein zum Halten des Lagers in einer oder mehreren bestimmten Positionen. Hierbei kann für jede Position eine Fixierung vorhanden sein, oder auch nur für eine oder manche Positionen. Sollte eine instabile Position des Lagers verwendet werden, so bietet es sich an, für diese Position keine Haltemittel vorzusehen.
  • Es ist möglich, Führungsmittel einzusetzen zum Ermöglichen einer Bewegung des Lagers zwischen zumindest zwei Positionen. Durch die Führungsmittel kann die Beweglichkeit des Lagers eingeschränkt werden auf einen oder mehrere bestimmte Freiheitsgrade. So können z. B. Führungsmittel vorgesehen sein, welche eine Translation des Lagers in eine oder mehrere bestimmte Richtungen ermöglichen und/oder Führungsmittel, welche eine Rotation des Lagers um eine oder mehrere bestimmte Achsen ermöglichen.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist ein rotierbarer Körper vorhanden, an welchem der elektrische Aktuator und der Kraftspeicher jeweils exzentrisch angreifen. Der rotierbare Körper dient der Kraftübertragung auf die Reibungsbremse. Dies ermöglicht ein besonders effizientes Zusammenspiel von elektrischem Aktuator und Kraftspeicher.
  • Die Reibungsbremse kann selbstverstärkend ausgelegt sein; die Erfindung ist jedoch auch auf nicht selbstverstärkende Bremsen anwendbar.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1: eine geöffnete Bremse mit einem ersten Zustand des Kraftspeichers,
  • 2: die Bremse der 1 im angezogenen Zustand,
  • 3: die Bremse der 1 im angezogenen Zustand mit einem zweiten Zustand des Kraftspeichers,
  • 4: eine Bremse mit zwei Kraftspeichern,
  • 5: eine alternative Ausführung einer Bremse mit Kraftspeicher.
  • Im folgenden wird eine Bremse mit einem elektromechanischen Aktuator, z. B. einem Elektromotor, vorgestellt. Bei derartigen Bremsen ist es vorteilhaft, einen reversiblen Kraftspeicher zur Unterstützung des elektromechanischen Aktuators einzusetzen. Der reversible Kraftspeicher, z. B. eine Feder, gibt beim Anziehen der Bremse gespeicherte Energie ab. Hierdurch wird das vom elektromechanischen Aktuator zum Zustellen der Bremse benötigte Drehmoment um das vom Kraftspeicher eingebrachte reduziert. Beim Öffnen der Bremse wird der Kraftspeicher wieder aufgeladen, insbesondere durch die bremseninhärente Rückstellkraft. Auf diese Weise wird auch beim Öffnen der Bremse der elektromechanische Aktuator durch das Vorhandensein des Kraftspeichers entlastet. Der Vorteil der Verwendung eines derartigen reversiblen Kraftspeichers ist es somit, dass die elektronische Betätigungseinheit nur sehr geringe Kräfte aufbringen muss, was z. B. mit geringem Stromverbrauch und kleiner Baugröße des elektromechanisches Aktua tors einhergeht. Eine derartige Bremse ist z. B. in DE 10 2005 048 884 B3 beschrieben, deren Inhalt hiermit in die Beschreibung aufgenommen wird.
  • Anhand der 1 und 2 wird der Aufbau einer Bremse mit elektromechanischem Aktuator und reversiblem Kraftspeicher erläutert. Um einen bewegbaren Bremskörper 1, bei einer Fahrzeugbremse üblicherweise als Bremsscheibe ausgebildet, abzubremsen, wird ein aktiv verstellbarer Reibbelag 2, der an einem Belaghalter 4 fest montiert ist, gegen den Bremskörper 1 gedrückt, so dass durch die sich hieraus ergebende Reibkraft zwischen Reibbelag 2 und Bremskörper 1 letzterer verzögert, d. h. abgebremst wird. 1 zeigt die Bremse im geöffneten, 2 im angezogenen Zustand.
  • In den Figuren ist eine elektromechanische Bremse ohne Selbstverstärkung dargestellt. Die Erfindung ist jedoch auch auf selbstverstärkende Bremsen anwendbar. Hierzu kann die Kraftübersetzungseinheit 11 auf eine Selbstverstärkungsvorrichtung einwirken.
  • Zur Betätigung der Bremse wird der Elektromotor 8 angesteuert. Der Motor 8 wird über eine Stromquelle 9 mit elektrischer Energie versorgt. Die Ansteuerbefehle zur Regelung des Antriebs bzw. Motors 8 können über eine Kontrolleinrichtung (englisch: ECU, Electronic Control Unit) 10 generiert werden. Üblicherweise ist die Kontrolleinrichtung 10 mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, z. B. einem Bremspedal, verbunden, über welche ein Bediener, wie der Lenker eines Fahrzeugs, Ansteuerbefehle zur Regulierung der Bremskraft vorgeben kann.
  • Wird der Motor 8 angesteuert, so treibt dieser die Kraftübersetzungseinheit 11, z. B. eine Exzenter-Scheibe, an. Die Verbindung zwischen Motor 8 und Kraftübersetzungseinheit 11 kann z. B. als Getriebe ausgeführt sein, wobei der Motor 8 über ein Ritzel die Kraftübersetzungseinheit 11 antreibt. Dabei dreht sich die Kraftübersetzungseinheit 11 um ihren fixen Drehpunkt 12.
  • Auf der Kraftübersetzungseinheit 11 sind in voneinander verschiedenen Abständen zum fixen Drehpunkt 12 die beiden Aufnehmer 15 und 17 angebracht. Durch Bewegen der Kraftübersetzungseinheit 11 in Zustellrichtung, entsprechend einer Drehung um den Drehpunkt 12 in Richtung des auf der Kraftübersetzungseinheit 11 eingezeichneten Pfeils in 1, wirkt der Aufnehmer 15 wie ein Exzenter und drückt gegen den Kolben 6. Vorteilhafterweise ist der Aufnehmer 15 in seinem bezüglich der Kraftübersetzungseinheit 11 fixen Drehpunkt 14 drehbar gelagert, so dass der Aufnehmer 15 auf dem Kolben 6 reibungsarm abrollen kann. Der Kolben 6 leitet die von dem Aufnehmer 15 aufgebrachte Kraft auf den Belagträger 4 und den damit verbundenen Reibbelag 2 weiter. Hierbei wirkt entsprechend der Verdrehung der Kraftübersetzungseinheit 11 eine Bremskraft auf den Bremskörper 1. Der Kolben 6 und/oder der Belagträger 4 können dabei in einer Lagerung 7 geführt werden.
  • Um den Motor 8 bei der Betätigung der Bremse zu entlasten, verfügt die Bremse über einen reversiblen Kraftspeicher in Form einer Feder 16, welche an dem zweiten auf der Kraftübersetzungseinheit 11 fest angebrachten Aufnehmer 17 angreift. Im in 1 dargestellten unbetätigten Zustand der Bremse ist der Kraftspeicher 16 nahezu vollständig aufgeladen: die Feder 16 ist fast komplett gespannt. Vorteilhafterweise übt der Kraftspeicher 16 in diesem Zustand ein kleines Drehmoment auf die Kraftübersetzungseinheit 11 aus, welches gegen die Zustellrichtung der Bremse wirkt. Auf diese Weise kann eine sichere Stellung der Bremse im geöffneten Zustand aufrecht erhalten werden, ohne dass der Motor 8 dauerhaft betätigt werden muss. Dies wird dadurch ermöglicht, dass bei geöffneter Bremse 16 der Mittelpunkt des Aufnehmers 17, an dem der Kraftspeiche an der Kraftübersetzungseinheit 11 angreift, unterhalb des Drehpunktes der Kraftübersetzungseinheit 11 liegt, so dass die Federkraft der Feder 16 ein Drehmoment entgegen der Zustellrichtung erzeugt.
  • An seinem nicht an der Kraftübersetzungseinheit 11 befestigten Ende, d. h. in den Figuren am rechten Ende der Feder 16, ist der Kraftspeicher 16 an dem Lager 18 befestigt. Die Befestigung der Feder 16 an dem Lager 18 ist hierbei drehbar um den Aufnehmer 19, so dass die Kraftrichtung der Feder 16 nicht fest ist, sondern der jeweiligen Stellung der Kraftübersetzungseinheit 11 entspricht.
  • Wird die Kraftübersetzungseinheit 11 zur Betätigung der Bremse mittels des Motors 8 in Zustellrichtung verstellt, verschiebt sich der Mittelpunkt des Aufnehmers 17, an dem der Kraftvektor des Kraftspeichers 16 angreift, an eine Position oberhalb des Drehpunktes 12 der Kraftübersetzungseinheit 11. Infolge dessen versucht sich der Kraftspeicher 16 zu entladen, d. h. die Feder 16 zu entspannen, und erzeugt ein Drehmoment in Zustellrichtung der Kraftübersetzungseinheit 11, die aufgrund der exzentrischen Anordnung wie ein Hebelgetriebe wirkt. D. h. der Kraftspeicher 16 kann mit zunehmender Betätigung, d. h. zunehmender Bewegung der Kraftübersetzungseinheit 11 in Zuspannrichtung, ein größer werdendes Drehmoment zur Verfügung stellen. Vorteilhafterweise ist die Bremse hierbei so ausgelegt, dass die zum Zuspannen der Bremse notwendige Kraft nahezu ausschließlich durch den Kraftspeicher 16 aufgebracht wird, und der Motor 8 lediglich zur Feinregulierung der Bremskraft dient.
  • Wie bei Fahrzeugbremsen üblich weist die Bremse einen in 1 strichliert eingezeichneten Bremssattel BS auf, an welchem auf der anderen Seite des Bremskörpers 1, d. h. dem aktiv verstellbaren Reibbelag 2 gegenüber liegend, ein weiterer, passiver Reibbelag 3 mittels eines Belaghalters 5 fest montiert ist. Da die Zuspanneinheit und der Bremskörper 1 innerhalb des Bremssattels angeordnet sind, stützt sich bei einer Betätigung der Bremse die Zuspannkraft der Bremse an dem Bremssattel BS ab. Durch diese Abstützung wird der Bremssat tel BS aufgespannt, wobei neben dem aktiven Reibbelag 2 auch der passive Reibbelag 3 gegen den Bremskörper 1 gedrückt wird. Mögliche Bauformen von Bremssätteln sind der Festsattel oder der Schwimmsattel, welche sich nach der Art ihrer Lagerung unterscheiden. Wie in 1 angedeutet, kann bei einer Schwimmsattellagerung die Kraftübersetzungseinheit 11 im bzw. am Bremssattel BS drehbar gelagert sein.
  • Um den Kraftspeicher 16 beim Entspannen der Bremse wieder aufzuladen, kann die in der Aufweitung des Bremssattels BS enthaltene Kraft, welche gemäß dem Grundsatz actio=reactio der Zuspannkraft entgegen wirkt, genutzt werden. Der Aufnehmer 14, gegen den der Kolben 6 drückt, übt ein Drehmoment entgegen der Zustellrichtung auf die Kraftübersetzungseinheit 11 aus, so dass beim Zurückdrehen der Kraftübersetzungseinheit 11 der Kraftspeicher 16 wieder aufgeladen, d. h. die Feder wieder gespannt wird. Auch hierbei kann durch eine günstige Auslegung der Bremse erreicht werden, dass vom Motor 8 nur sehr kleine Drehmomente zur Aufladung des Kraftspeichers 16 aufgebracht werden müssen.
  • Auf die beschriebene Weise eignet sich die Bremse, um Betriebsbremsungen, d. h. Abbremsungen des sich bewegenden Bremskörpers 1, vorzunehmen. Im folgenden wird beschrieben, wie eine Parkbremsfunktion realisiert werden kann, bei welcher die Bremse im stromlosen Zustand, d. h. bei nicht betätigtem oder ausgeschaltetem Motor 8, dauerhaft zugespannt bleiben kann. Hierzu ist das Lager 18, mit welchem das rechte Ende der Feder 16 verbunden ist, nicht fest, sondern beweglich gelagert. Durch eine Bewegung des Lagers 18 kann die Richtung und/oder der Betrag des Kraftvektors des Kraftspeichers 16 verändert und somit gezielt eingestellt werden.
  • In den 1 bis 3 ist das Lager 18 insofern beweglich ausgeführt, als es um die feste Drehachse 20 rotieren kann. Hierdurch lässt sich die Position des Aufnehmers 19 verstellen, wodurch gleichzeitig der Kraftvektor des Kraftspeichers 16 verändert wird. Die Richtung des Kraftvektors entspricht in den 1 bis 3 dem durch die Feder 16 gezeichneten Strich. Eine Veränderung des Kraftvektors bedeutet, wie aus einem Vergleich der 2 und 3 hervorgeht, dass bei unveränderter Stellung der Kraftübersetzungseinheit 11 die Ausrichtung bzw. Längsachsenrichtung der Feder 16 sich ändert.
  • Durch die Rotation des Lagers 18 von der Stellung der 2 in diejenige der 3 wird das Drehmoment (berechnet über die Formel M → = F → × α → mit M dem Drehmoment, F der Kraft, und a dem Hebelarm) erhöht, das von dem Kraftspeicher 16 im angespannten Zustand der Bremse auf die Kraftübersetzungseinheit 11 aufgebracht wird, da sich bei nur geringer Veränderung der Federkraft die Hebelarmwirkung zwischen dem Aufnehmer 17 und der Drehachse 12 der Kraftübersetzungseinheit 11 stark vergrößert. D. h. das kleine Drehmoment, welches benötigt wird, um die Bremse im geschlossenen Zustand zu halten, und welches bei einer Positionierung des Lagers 18 gemäß den 1 und 2 größtenteils vom Motor 8 aufgebracht wird, kann bei einer Positionierung des Lagers 18 gemäß der 3 von dem Kraftspeicher 16 aufgebracht werden. Hierdurch kann der Motor 8 bei angezogener Bremse abgeschaltet werden, ohne dass sich die Bremse selbsttätig öffnet. Vorteihafterweise ist der durch die Bewegung des Lagers 18 erzielte Drehmomentgewinn so groß, dass sich die Bremse auch bei leicht veränderten Bedingungen wie z. B. aufgrund von Erschütterungen, veränderten Temperaturbedingungen und damit einhergehendem Abkühlen und Zusammenziehen von Reibbelägen 2, 3 und Bremskörper 1, oder Eindringen von Feuchtigkeit nicht öffnet.
  • Zusätzlich oder alternativ zur Rotation des Lagers 18, durch welche die Kraftrichtung des Kraftspeichers 16 modifiziert wird, kann zur Realisierung der Parkbremsfunktion das Lager 18 derart beweglich ausgebildet sein, dass durch die Verstellung des Lagers 18 der Kraftspeicher 16 stärker aufgeladen, d. h. die Feder 16 stärker zusammengedrückt wird. Hierzu kann neben der in 3 gezeigten Ausführung des um die Achse 20 schwenkbaren Lagers 18 auch eine Linearführung oder andere Lagerführungen verwendet werden. Die für die Bewegung des La gers 18 benötigten Führungen hängen davon ab, welche Art der Bewegung des Lagers 18 bzw. welche Art der Modifikation von Kraftrichtung und/oder Aufladungszustand des Kraftspeichers 16 erwünscht ist.
  • Die Bewegungsfreiheit des Lagers 18 kann durch Anschläge 20 und 21 begrenzt werden, innerhalb derer das Lager 18 verstellt werden kann. Insbesondere können die Anschläge 20, 21 dazu dienen, das Lager 18 in eine stabile Lage zu versetzen. Wie in den 1 und 2 gezeigt, bewirkt der Kraftspeicher 16 ein Drehmoment auf das Lager 18, welches das Lager 18 gegen den Anschlag 21 drückt, unabhängig davon, ob die Bremse geöffnet oder angezogen ist. Es wird somit der Kraftspeicher 16 durch den Anschlag 21 abgestützt, ohne dass das Lager 18 instabil wird. Analog hierzu hält der Anschlag 22 das Lager 18 in der Stellung der 3. Somit wird durch den Anschlag 22 verhindert, dass die Bremse ungewollt in den Zustand der 1 und 2 wechselt. Neben den beiden in den Figuren dargestellten Anschlägen 21 und 22 können auch Arretierungen für Zwischenpositionen des Lagers 18 vorgesehen sein.
  • Als weitere – nicht dargestellte – Sicherungsmaßnahmen kann eine Arretierung, Einrastung, Zug- oder Druckelement für das Lager 18 vorgesehen sein, welches das Lager 18 in einer bestimmten Position hält. Eine Arretierung kann z. B. schaltbar über einen Aktuator wie einen Elektromagneten betätigt werden, um die Arretierung lösen bzw. sperren zu können.
  • Zusätzlich oder alternativ zu einer Arretierung des Lagers 18 kann eine die Kraftübersetzungseinheit 11 und/oder der Motor 8 arretiert oder blockiert werden.
  • Zur Verstellung des Lagers 18 von der Position der 1 und 2 in diejenige der 3 kann ein – nicht dargestelltes – manuelles Betätigungselement vorgesehen sein, wie z. B. ein Handhebel, Seilzug, Gestänge oder dergleichen. Außer der Möglichkeit der manuellen Verstellung kann die Verstellung mittels eines hierfür vorgesehenen Aktuators, z. B. eines Elekt romotors, erfolgen. Hierbei kann dieser Aktuator mittels eines Bedienelementes, z. B. eines Betätigungsschalters für die Parkbremse, angesteuert werden. Entsprechend dieser Betätigungsvorgabe kann der Aktuator dann das Lager 18 verstellen. Um den Einsatz kleiner Aktuatoren zu ermöglichen, kann zwischen dem Lager 18 und dem Aktuator ein Getriebe zwischengeschaltet werden, welches das Ausgangsmoment des Aktuators geeignet wandelt. Gleichsam kann auch eine Regelung eingesetzt werden.
  • Wie aus 1 ersichtlich, bewirkt der Kraftspeicher 16 im geöffneten Zustand der Bremse ein negatives Drehmoment, das der Zustellrichtung – diese entspricht dem Pfeil in 1 – entgegenwirkt. Auf diese Weise wird die geöffnete Bremse in einem stabilen Zustand gehalten. Folglich muss der Motor 8, um die Bremse aus dem geöffneten Zustand heraus betätigen bzw. die Kraftübersetzungseinheit 11 in Zustellrichtung verstellen zu können, ein Gegenmoment erzeugen, welches dem von dem Kraftspeicher erzeugten Drehmoment entgegenwirkt, bis der Aufnehmer 17 so weit verschoben ist, dass der Kraftvektor des Kraftspeichers 16 über dem Drehpunkt 12 der Kraftübersetzungseinheit 11 verläuft. Um den Motor 8 zu Beginn der Bremsung zu unterstützen, kann wie in 4 gezeigt ein weiterer – insbesondere kleinerer – Kraftspeicher 23 an dem Aufnehmer 17 angreifen, welcher das von dem Hauptkraftspeicher 16 erzeugte negative Drehmoment reduziert.
  • Der weitere Kraftspeicher 23 kann auch dazu genutzt werden, die Parkbremsfunktion zu unterstützen. Hierzu kann er abstufbar oder schaltbar betätigbar sein, damit er weder den stabilen Zustand der geöffneten Bremse aufhebt, noch die Betätigungseinheit in sonst irgendeiner störenden Weise beeinträchtigt. Der weitere Kraftspeicher 23 kann wie auch der Hauptkraftspeicher 16 als Federspeicher ausgeführt sein, z. B. als Druckfeder oder Drehfeder.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der Kolben 6 durch einen Hebel oder Pleuel ersetzt werden, wie in 5 darge stellt. Wie auch der Kolben der 1 bis 3 leitet der Hebel oder Pleuel 6 die Betätigungskraft der Kraftübersetzungseinheit 11 weiter. Auf diese Weise kann zwischen den einzelnen Zuspannelementen eine verbundene Einheit hergestellt werden. Zudem kann der reibungsbehaftete Übergang zwischen dem Aufnehmer 15 und dem Kolben 6 vermieden werden.
  • Vorangehend wurde erläutert, wie ein Verstellen des Lagers 18 dazu genutzt werden kann, eine Parkbremsfunktion zu realisieren. Wie beschrieben, kann hierbei durch eine Rotation der Kraftvektor und zusätzlich oder alternativ durch eine Translation der Ladungszustand des Kraftspeichers 16 verändert werden. Neben dieser Möglichkeit der Nutzung der Änderung der Position des Lagers 18 existieren weitere Anwendungsfälle, von welchem im folgenden einige beispielhaft erläutert werden:
  • Feinkorrekturfunktion
  • Während des Bremsbetriebs können sich Parameter der Bremse ändern, welche das Kräftegleichgewicht der an der Kraftübersetzungseinheit 11 angreifenden Kräfte dahingehend modifizieren, dass sich diejenige Kraft, welche von dem Motor 8 aufgebracht werden muss, erhöht. Derartige Änderungen können z. B. durch Dickenschwankungen der Reibbeläge 2 und 3 und des Bremskörpers 1 aufgrund der vorherrschenden Temperaturverhältnisse hervorgerufen werden.
  • Um das Kräftegleichgewicht nach einer solchen Veränderung wieder hinsichtlich der von dem Motor 8 aufzubringenden Kraft zu optimieren, kann das Lager 18 als Ausgleichselement eingesetzt werden. Durch eine Feinjustierung der Position des Lagers 18 kann der zuvor erhöhte Bedarf an Kraft des Motors 8 reduziert werden. Dies wird durch eine derartige Bewegung des Lagers 18 bewirkt, aufgrund welcher der Kraftspeicher 16 eine zur Aufrechterhaltung des Drehmomentgleichgewichts an der Kraftübersetzungseinheit 11 entsprechend größere Kraft abgibt.
  • Sicherheitsschalter- bzw. Fail-Safe-Schalter-Funktion Das Lager 18 kann als Schalter genutzt werden, gemäß dessen Schalterposition die Bremse einen bestimmten Zustand einnimmt. Dies eignet sich insbesondere als Fail-Safe-Schalter, bei welchem die Bremse im Falle einer Störung, wie z. B. bei einem Stromausfall, in einen der vorgewählten Schalterstellung entsprechenden Sicherheitszustand übergeht. Dieser Sicherheitszustand kann die Bremse im Falle einer Störung z. B. entweder automatisch öffnen, um ein ungewolltes Bremsen oder gar Blockieren der Bremse zu verhindern (im folgenden als fail-open Fall bezeichnet), oder automatisch schließen, um den Bremskörper 1 aus Sicherheitsgründen abzubremsen (im folgenden als fail-close Fall bezeichnet).
  • Zur Realisierung der Sicherheitsschalterfunktion wird das Lager 18 während des störungsfreien Betriebs der Bremse vorteilhafterweise mithilfe eines Aktuators in einem instabilen Zustand gehalten, so z. B. in einer Position zwischen den beiden Anschlägen 21 und 22. Tritt nun eine Störung wie eine Stromunterbrechung ein, wird neben dem Elektromotor 8 auch der Aktuator für den instabilen Zustand nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt, so dass er das Lager 18 nicht mehr im instabilen Zustand halten kann, so dass das Lager 18, je nachdem, ob von dem Kraftspeicher 16 auf das Lager 18 ein positives oder negatives Drehmoment wirkt, automatisch in den einen oder anderen stabilen Zustand übergeht, d. h. entweder eine Bewegung bis zum Anschlag 21 oder bis zum Anschlag 22 durchführt. Folglich übt der Kraftspeicher 16 entsprechend dem neu eingenommenen Zustand des Lagers 18 auf die Kraftübersetzungseinheit 11 eine Kraft auf, welche die Bremse schließt (fail-close Fall), oder keine bzw. eine nur sehr geringe Kraft, so dass sich die Bremse lockert oder öffnet (fail-open Fall).
  • Für eine Notschließfunktion (fail-close) kann im Falle einer Störung der Bremse, insbesondere bei einem Stromausfall oder einem andersartig bedingten Ausfall des Motors 8, die der Parkbremsstellung entsprechende Positionierung des Lagers 18 genutzt werden, um die Bremse zu betätigen. Hierzu wird das Lager 18 in die entsprechende Stellung versetzt, z. B. gemäß 3. Insofern kann die Parkbremsfunktion als redundante Betätigungsfunktion der Bremse genutzt werden.
  • Für eine Notlösefunktion (fail-open) kann im Falle einer Störung der Bremse, insbesondere bei ungewolltem Bremsen oder Blockieren der Bremse, das ungewollte Bremsen oder Blockieren aufgehoben werden. Ein Blockieren der Bremse kann z. B. bei einer selbstverstärkenden Bremse im Falle der Unterbrechung der Energieversorgung des Motors 8 auftreten. Um ein ungewolltes Bremsen aufzuheben, kann die Bewegbarkeit des Lagers 18 folgendermaßen genutzt werden: da die Betätigungskraft fast ausschließlich durch den Kraftspeicher 16 erzeugt wird, ist es im Rahmen der Notlösefunktion sinnvoll, durch eine Verstellung des Lagers 18 eine teilweise oder vollständige Entladung des Kraftspeichers 16 zu bewirken. Denn sofern an der Kraftübersetzungseinheit 11 kein wesentliches Drehmoment in Zustellrichtung mehr anliegt, wobei die Betätigungskraft des Motors 8 zur Feinregulierung der Betätigungskraft vernachlässigt werden kann, wird sich aufgrund der bremseninhärenten Rückstellkraft das Zuspannsystem, insbesondere die mit Zuspannkräften beaufschlagten Teile wie der Bremssattel BS und die Reibbeläge 2, 3 mit dem Kolben 6, entspannen. Die Reibbeläge 2, 3 schleifen in diesem entspannten Zustand allenfalls noch leicht an dem Bremskörper 1; jedoch wirken keine großen Zuspannkräfte mehr, welche den Bremskörper nennenswert verzögern.
  • Die Öffnung der Bremse kann erreicht werden, indem beispielsweise die Achse 20, um welche das Lager 18 rotieren kann, nicht als fixer Drehpunkt ausgebildet ist, sondern als eine frei verschiebbare oder frei lösbare Abstützung. Hierdurch kann bei einem Verschieben oder Lösen der Abstützung 20 das Lager 18 keine Auflagekraft des Kraftspeichers 16 mehr aufnehmen, so dass sich der Kraftspeicher 16 vollständig ent lädt. Hierbei sind, wie bereits obenstehend in Bezug auf die Parkbremsfunktion erläutert, verschiedenste Arretier- und/oder Führungsmöglichkeiten für das Lager 18 bzw. für die Abstützung 20 denkbar.
  • Es sind aktive oder passive Notöffnemechanismen realisierbar: aktive Mechanismen werden durch einen Aktuator gesteuert; passive Mechanismen lösen nach der Freigabe die Abstützung 20 selbsttätig, indem das Lager 18 von der auf den Aufnehmer 19 angreifenden Abstützkraft des Kraftspeichers 16 verdrängt wird und somit eine Entspannung des Kraftspeichers 16 veranlasst.
  • Anstatt einer verschiebbaren Achse 20 kann einer oder beide der Anschlage 21, 22 lösbar ausgebildet sein, so dass sich nach einem Lösen der Anschläge 21, 22 das Lager 18 nicht mehr daran abstützen kann und somit der Kraftspeicher 16 entspannt. Eine weitere Möglichkeit ist, das Lager 18 seitlich auslenkbar auszubilden, so dass durch ein seitliches Auslenken des Lagers in z-Richtung der Kraftspeicher 16 zu entladen kann.
  • Für fail-close und fail-open ist es möglich, die vorgewählte Schalterstellung des Lagers 18 im instabilen Zustand in Abhängigkeit bestimmter Parameter zu ändern. Hierzu kann eine Steuerlogik eingesetzt werden, welche gemäß bestimmter Eingangsparameter, die z. B. über Sensoren ermittelbar sind, entscheidet, welcher Sicherheitszustand sich im Falle eines auftretenden Fehlers bzw. einer Störung der Bremsanlage günstiger auswirken würde. Z. B. kann bei einer Fahrzeugbremse mithilfe einer Fahrdynamikregelung ermittelt werden, ob es aus fahrdynamischer Sicht günstiger wäre, im Falle eines plötzlichen Fehlers die Fahrzeugbremse zu öffnen oder anzuziehen. Tritt dann ein Fehler ein, geht die Bremse automatisch in den von der Schaltfunktion vorgewählten Zustand über.
  • Ferner ist es möglich, eine der beiden fail-safe-Funktionen, d. h. die fail-close-Funktion oder die fail-open-Funktion, direkt auszuwählen oder anzusteuern. Hierdurch können die fail-safe-Funktionen unabhängig von der erläuterten fail-safe-Schalterfunktion realisiert werden. Zudem kann auch nur eine der beiden Funktionen umgesetzt werden.
  • Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19819564 C2 [0004]
    • - DE 102005048884 B3 [0033]

Claims (18)

  1. Bremssystem, mit einer Reibungsbremse (1, 2, 3), einem elektrischen Aktuator (8) zum Übertragen einer Kraft zum Zuziehen und Öffnen der Reibungsbremse (1, 2, 3), einem mit der Reibungsbremse (1, 2, 3) verbundenen Kraftspeicher (16), welcher bei Zuziehen der Reibungsbremse (1, 2, 3) entladen und bei Öffnen der Reibungsbremse (1, 2, 3) aufgeladen wird, wobei der Kraftspeicher (16) an einem gegenüber der Reibungsbremse (1, 2, 3) beweglichen Lager (18) befestigt ist.
  2. Bremssystem nach Anspruch 1, wobei das Lager (18) derart beweglich ist, dass durch eine Bewegung des Lagers (18) die Richtung der von dem Kraftspeicher (16) abgegebenen Kraft geändert wird.
  3. Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lager (18) derart beweglich ist, dass es um eine gegenüber der Reibungsbremse (1, 2, 3) feste Achse (20) rotierbar ist.
  4. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Lager (18) derart beweglich ist, dass durch eine Bewegung des Lagers (18) der Ladungszustand des Kraftspeichers (16) geändert wird.
  5. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lager (18) derart beweglich ist, dass seine Entfernung von der Reibungsbremse (1, 2, 3) veränderbar ist.
  6. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer ersten Position des Lagers (18) für Betriebsbremsungen und einer zweiten Position des Lagers (18) für Parkbremsungen.
  7. Bremssystem nach Anspruch 6, wobei bei der ersten Position des Lagers (18) der Kraftspeicher (16) bei geöffneter Reibungsbremse (1, 2, 3) gegen ein Zuziehen der Reibungsbremse (1, 2, 3) wirkt.
  8. Bremssystem nach Anspruch 6 oder 7, mit einem weiteren Kraftspeicher (23), welcher bei der ersten Position des Lagers (18) bei geöffneter Reibungsbremse (1, 2, 3) entgegen dem Kraftspeicher (16) in Richtung des Zuziehens der Reibungsbremse (1, 2, 3) wirkt.
  9. Bremssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei bei der ersten Position des Lagers (18) der Kraftspeicher (16) bei fortschreitendem Zuziehen der Reibungsbremse (1, 2, 3) das Zuziehen der Reibungsbremse (1, 2, 3) zunehmend unterstützt.
  10. Bremssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei bei der zweiten Position des Lagers (18) der Kraftspeicher (16) bei zugezogener Reibungsbremse (1, 2, 3) den zugezogenen Zustand ohne Unterstützung durch den elektrischen Aktuator (8) aufrecht erhält.
  11. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer instabilen Position des Lagers (18), aus welcher sich das Lager (18) bei Eintritt einer bestimmten Bedingung in eine stabile Position bewegt.
  12. Bremssystem nach Anspruch 11, wobei die bestimmte Bedingung ein Ausbleiben elektrischer Versorgung umfasst.
  13. Bremssystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei die stabile Position des Lagers (18) ein Zuziehen oder Öffnen der Reibungsbremse (1, 2, 3) durch den Kraftspeicher (16) bewirkt.
  14. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Betätigungseinheit, deren Betätigung eine Bewegung des Lagers (18) bewirkt.
  15. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit Haltemitteln (21,22) zum Halten des Lagers (18) in einer oder mehreren bestimmten Positionen.
  16. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit Führungsmitteln zum Ermöglichen einer Bewegung des Lagers (18) zwischen zumindest zwei Positionen.
  17. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem rotierbaren Körper (11), an welchem der elektrische Aktuator (8) und der Kraftspeicher (16) jeweils exzentrisch angreifen.
  18. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Reibungsbremse (1, 2, 3) selbstverstärkend ausgelegt ist.
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