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Die Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der
DE 10 2004 012 355 A1 wird eine Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse vorgeschlagen, welche einen Elektromotor, ein erstes und zweites Untersetzungsgetriebe sowie eine elektronische Steuereinheit umfasst, wobei die elektronische Steuereinheit zumindest teilweise zwischen dem Elektromotor und einem das zweite Untersetzungsgetriebe aufnehmenden Gehäuse angeordnet ist. Dabei sind der Elektromotor in einem Motorgehäuse, das erste und das zweite Untersetzungsgetriebe jeweils in einem eigenen Getriebegehäuse und die elektronische Steuereinheit in einem Kunststoffgehäuse angeordnet. Durch diese Anordnung der einzelnen Komponenten in getrennten Gehäusen ist zwar ein modularer Aufbau der Betätigungseinheit gegeben, jedoch ist der Aufbau relativ aufwändig. Dadurch fallen zum einen hohe Herstellungskosten an, zum anderen wird der benötigte Bauraum der Bremse relativ groß. Weiterhin ergibt sich bei einem modularen Aufbau mit verschiedenen Gehäusen das technische Problem einer ausreichenden Abdichtung. Gerade im Hinblick auf den Einbauort der Bremse in einer harschen Umgebung besteht das Risiko von Undichtigkeiten zwischen Gehäuseteilen.
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Ferner beschreibt die
DE 40 21 572 C2 eine Fahrzeugscheibenbremsanlage, welche eine Scheibenbremse, die mit einem sich drehenden und zu bremsenden Teil verbunden ist, einen Reibbelag, der einer Seitenfläche der Bremsscheibe zur Ausführung einer Aus- und Einfahrbewegung relativ zur Bremsscheibe gegenüberliegt, einen Kolben zur Druckkraftbeaufschlagung einer Rückseite des Reibbelages, wenn der Kolben ausgefahren wird, einen Bremssattel bzw. eine Bremszange, die an einem stationären Träger angebracht ist und den Kolben derart trägt, dass der Kolben eine Aus- und Einfahrbewegung ausführen kann, und eine Druckkrafterzeugungseinrichtung enthält, die auf dem Bremssattel vorgesehen ist und die Fähigkeit hat, eine Druckkraft zu erzeugen, um die Aus- und Einfahrbewegung des Kolbens zu bewirken. Dabei weist die Druckkrafterzeugungseinrichtung einen Elektromotor, eine Antriebswelle, die mit einer Abtriebwelle des Elektromotors verbunden ist, eine Drehwelle, die koaxial zum Kolben angeordnet und mittels einer Schraubverbindung mit den Kolben über eine Kugelumlaufspindel verbunden ist, und eine Untersetzungseinrichtung auf, die zwischen der Antriebswelle und der Drehwelle angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass die Antriebswelle die Drehwelle mit einer verminderten Geschwindigkeit antreibt, und wobei ein Gleitlager zwischen dem Kolben und dem Bremssattel zur Aufnahme eines Seitendrucks angeordnet ist, der während des Bremsens von dem Reibbelag auf den Kolben wirkt.
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Weiter befasst sich die
EP 1 845 001 A2 mit einer elektromechanischen Bremsvorrichtung, bei der eine Gegenmaßnahme für die Wärme einer Steuerschaltung verbessert ist, wenn die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, in einen elektrischen Kreis integriert zu werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine kompaktere und damit sowohl kostengünstigere als auch robustere elektromechanische Bremse mit weniger Komponenten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 1 gelöst.
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Der Betätigungseinheit ist eine elektronische Steuereinheit mit einem Schaltungsträger zugeordnet, die direkt oder indirekt der Ansteuerung des Elektromotors dient.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die beiden Getriebe der elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse direkt im bzw. am Bremssattelgehäuse anzuordnen, so dass das Bremssattelgehäuse Träger der zugehörigen kraftführenden und krafterzeugenden Komponenten ist. Hierzu sind das erste Getriebe oder zumindest Teile davon in einer gehäuseartigen Ausnehmung des Bremssattelgehäuses und das zweite Getriebe direkt an einer Stirnseite des Bremssattelgehäuses angeordnet. Dabei können das erste und das zweite Getriebe jeweils insbesondere ohne eigenes Getriebegehäuse in einer gehäuseartigen Ausnehmung des Bremssattelgehäuses angeordnet, bzw. an einer Stirnseite des Bremssattelgehäuses angebracht sein. Ferner ist dabei vorgesehen, dass der Elektromotor (2) als ein bürstenloser, elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ausgeführt ist. Zur Bestimmung der Rotorlage des Elektromotors umfasst dieser erfindungsgemäß ein auf der Welle des Elektromotors angeordnetes Magnetfelderzeugendes Element sowie ein mit dem Magnetfelderzeugenden Element zusammenwirkendes Sensorelement, wobei das Sensorelement direkt auf dem Schaltungsträger der elektronischen Steuereinheit angeordnet ist, so dass keine weiteren elektrischen Verbindungsleitungen für die Motorlagesensierung notwendig sind.
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Das Bremssattelgehäuse kann dabei einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein und insbesondere aus Aluminium oder Spheroguss bestehen.
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Ein Vorteil der Erfindung ist die große Stabilität des Aufbaus sowie die geringe Anzahl von Komponenten, z.B. kann auf Getriebegehäuse verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil liegt in den geringen mechanischen Toleranzen (z.B. bei der Fertigung), da der Aufbau im Wesentlichen direkt auf oder im Sattelgehäuse erfolgt.
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Bevorzugt ist das zweite Getriebe an der den Bremsbelägen abgewandten Stirnseite des Bremssattelgehäuses, dies entspricht der in Richtung der Fahrzeuglängsachse liegenden Seite, angeordnet.
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Bevorzugt ist das zweite Getriebe als ein Zahnradgetriebe ausgebildet.
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Das erste Getriebe ist bevorzugt als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet.
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Die Stirnseite des Bremssattelgehäuses ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit einem Gehäusedeckel versehen, wobei der Schaltungsträger der elektronischen Steuereinheit der elektromechanischen Bremse zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnseite des Bremssattelgehäuses angeordnet ist. Diese Integration des Schaltungsträgers in das Bremssattelgehäuse führt zu einer noch kompakteren Bauweise. Besonders bevorzugt ist der Schaltungsträger zwischen dem Gehäusedeckel und dem zweiten Getriebe angeordnet, so dass die mechanischen Komponenten zueinander benachbart angeordnet sind sowie der Schaltungsträger möglichst einfach angeschlossen werden kann. Der Gehäusedeckel deckt besonders bevorzugt die gesamte Stirnseite des Bremssattelgehäuses mit dem zweiten Getriebe ab. Ferner kann der Schaltungsträger insbesondere zwischen dem Gehäusedeckel und dem zweiten Getriebe angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Schaltungsträger und den mechanischen Komponenten, insbesondere zwischen dem Schaltungsträger und dem zweiten Getriebe und/oder dem Elektromotor, ein Trennmittel angeordnet. Hierdurch werden die elektronischen Komponenten der elektronischen Steuereinheit vor Abrieb-Partikeln und Schmierstoffen der mechanischen Komponenten geschützt. Das Trennmittel kann auch als eine Schutzfolie oder als ein Lacküberzug auf dem Schaltungsträger ausgeführt sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in dem Trennmittel zumindest eine Aussparung angeordnet. Die Aussparung kann dabei insbesondere der Durchführung eines Befestigungs- und/oder Verbindungsmittels oder als Stütz- oder Haltestelle für ein Bauelement oder zur Sensierung mittels eines Sensormittels dienen.
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Zum Anschließen der elektronischen Steuereinheit der elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse, z.B. an ein Bremsensteuergerät, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Scheibenbremse ein Anschlussstecker in dem Gehäusedeckel angeordnet, welcher direkt mit dem Schaltungsträger der elektronischen Steuereinheit elektrisch verbindbar ist. Der Anschlussstecker kann dabei insbesondere auf der Stirnseite des Bremssattelgehäuses angeordnet sein.
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Zur besseren Massekontaktierung sowie für eine verbesserte mechanische Positionierbarkeit ist der Schaltungsträger der elektronischen Steuereinheit bevorzugt über mindestens ein Verbindungsmittel unmittelbar mechanisch und elektrisch mit dem metallischen Bremssattelgehäuse verbunden. Dabei versteht es sich, dass bei mehrstückiger Ausführung des Bremssattelgehäuses der Schaltungsträger über mindestens ein Verbindungsmittel unmittelbar mechanisch und elektrisch mit zumindest einem Teil des Bremssattelgehäuses verbunden ist. Vorteilhafterweise ist der Schaltungsträger mit der Stirnseite des Bremssattelgehäuses verbunden. Das Verbindungsmittel ist z.B. als ein Metallstift oder eine metallische Erhebung oder eine Schraube ausgeführt.
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Vorteilhafterweise ist auch der Elektromotor in einer gehäuseartigen Ausnehmung, insbesondere einer weiteren gehäuseartigen Ausnehmung des Bremssattelgehäuses angeordnet, so dass auch dieser in das Bremssattelgehäuse integriert ist.
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Alternativ ist es bevorzugt, dass der Elektromotor mit einem Motorgehäuse an der Stirnseite des Bremssattelgehäuses angeordnet ist. Dabei ist der Elektromotor zur Erzielung einer möglichst kompakten Bauweise vorteilhafterweise zwischen der Stirnseite des Bremssattelgehäuses und einem Bremssattelschenkel angeordnet, was bevorzugt der dem Gehäusedeckel abgewandten Seite entspricht.
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In jedem Fall ist der Elektromotor bevorzugt benachbart zu der elektronischen Steuereinheit angeordnet, wobei der Elektromotor durch ein Trennmittel von der Steuereinheit getrennt sein kann. Die elektrische Kontaktierung zwischen Elektromotor und Schaltungsträger kann dann einfach als eine Steckverbindung zwischen dem Schaltungsträger und dem Elektromotor ausgeführt sein.
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Zur Gewichtsreduzierung der elektromechanischen Bremse besteht das Bremssattelgehäuse vorteilhafterweise aus Aluminium. Alternativ ist das Bremssattelgehäuse z.B. aus preiswertem Spheroguss ausgeführt.
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Zur Realisierung einer Feststellbremsfunktion umfasst die elektromechanische Scheibenbremse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine elektrisch ansteuerbare Verriegelungsspule mit einem Anker, die vorzugsweise ein Verriegeln des Rotors des Elektromotors ermöglicht. Dabei ist die Verriegelungsspule auf den Schaltungsträger der elektronischen Steuereinheit kontaktiert.
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Bevorzugt ist in dem Rotor des Elektromotors mindestens eine Ausnehmung angeordnet, mit welcher ein Verriegelungsbolzen, welcher an dem Anker der Verriegelungsspule angeordnet ist, in Eingriff gebracht wird, wenn beim Verriegeln der Verriegelungsbolzen in Richtung des Rotors des Elektromotors bewegt wird.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem Bremssattel mindestens ein Mittel zur Bestimmung der Zuspannkraft und/oder Torsionskraft der Scheibenbremse vorgesehen, wobei das Mittel ein in einer Ausnehmung in dem Bremssattelgehäuse, insbesondere in einem Bereich eines Brückenabschnittes des Bremssattelgehäuses, angeordnetes Auslenkungsmittel sowie ein mit dem Auslenkungsmittel zusammenwirkendes Nachweismittel, welches auf dem Schaltungsträger der elektronischen Steuereinheit angeordnet ist, umfasst. Dabei ist das Auslenkungsmittel derart in der Ausnehmung angeordnet, dass sich zumindest ein Teil des Auslenkungsmittels bei einer Betätigung der Scheibenbremse bewegt, wobei die Bewegung oder die Position des Auslenkungsmittels durch das Nachweismittel erfasst wird. Besonders bevorzugt ist das Auslenkungsmittel in einer Ausnehmung in dem Bereich des Brückenabschnittes des Bremssattelgehäuses angeordnet.
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Das Auslenkungsmittel und das Nachweismittel wirken bevorzugt nach einem magnetischen oder elektromagnetischen Wirkprinzip zusammen.
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Aus der Bewegung oder Position des Auslenkungsmittels wird bevorzugt auf die Zuspannkraft der Scheibenbremse und/oder auf ein Bremsenquietschen und/oder ein Bremsenrubbeln geschlossen. Bei einem erkannten Bremsenquietschen und/oder Bremsenrubbeln wird vorteilhafterweise der Elektromotor durch die elektronische Steuereinheit derart angesteuert, dass das Bremsenquietschen und/oder Bremsenrubbeln beendet oder reduziert wird. Hierzu wird der Elektromotor z.B. gegenphasig angesteuert oder auf ein leicht angehobenes oder abgesenktes Kraftniveau gebracht, um die störenden Effekte zu vermindern oder abzustellen.
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Um eine gleichmäßige Abnutzung eines Reibbelags zu erzielen, ist bevorzugt mindestens ein, insbesondere der fahrzeugäußere, Reibbelagträger des Bremssattels über eine Lagernut und ein elastisches Material an dem Bremssattelschenkel angeordnet.
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Bevorzugt umfasst der Schaltungsträger Anschlüsse für Datenbusse, Leistungshalbleiterelemente zur Motor- und/oder Verriegelungsmagnetansteuerung und Sensoren, sowie besonders bevorzugt Auswerteschaltungen für diese Sensoren.
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Der Schaltungsträger ist bevorzugt über Verbindungsmittel an dem Sattelgehäuse (einem Teil des Sattelgehäuses) und auch an elektrischen Verbindern, welche z.B. einen elektrischen Kontakt für den Elektromotor oder den Verriegelungsmagneten bereits stellen, befestigt. Ebenso ist jedoch, zusätzlich oder alternativ, eine Befestigung an einem Gehäusedeckel bevorzugt.
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Bevorzugt sind der Elektromotor sowie ein Teil des zweiten Getriebes gegenüber der Längsachse des ersten Getriebes radial versetzt angeordnet. Der Elektromotor ist vorzugsweise achsparallel zur Längsachse des ersten Getriebes angeordnet.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
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Es zeigen schematisch
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bremssattels,
- 2 einen ersten Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels,
- 3 einen zweiten Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels,
- 4 Ausschnitte von Ausführungsbeispielen von Bremssätteln im Bereich des Deckels,
- 5 Ausschnitte zweier weiterer Ausführungsbeispiele eines Bremssattels,
- 6 einen Ausschnitt eines drittes Ausführungsbeispiels eines Bremssattels,
- 7 verschiedene Ausführungsbeispiele eines Mittels zur Bestimmung einer Zuspannkraft eines erfindungsgemäßen Bremssattels,
- 8 weitere Ausführungsbeispiele eines Mittels zur Bestimmung einer Zuspannkraft eines erfindungsgemäßen Bremssattels,
- 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mittels zur Bestimmung einer Zuspannkraft eines Bremssattels,
- 10 zwei Ausführungsbeispiele zur Lagerung eines Bremsbelagträgers an einem erfindungsgemäßen Bremssattel,
- 11 einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines Bremssattels,
- 12 einen weiteren Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels,
- 13 verschiedene Elektromotorkontaktierungen,
- 14 einen Ausschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels, und
- 15 einen Ausschnitt eines siebten Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssattels 32 dargestellt. Bremssattel 32 ist zur Umsetzung einer Betriebs- wie auch einer Feststellbremsfunktion geeignet. Bremssattel 32 ist als Schwimmsattel ausgebildet, d.h. er ist über eine Führungshülse 27 einer nicht dargestellten Bolzenführung an einem fahrzeugfesten Bremshalter bezogen auf die Zuspannrichtung der Scheibenbremse verschiebbar gelagert. Bremssattel 32 übergreift mit einem Brückenabschnitt 28 eine nicht dargestellte Bremsscheibe ebenso wie beiderseits der Bremsschreibe am Bremssattel 32 mittels Reibbelagsträger 34 angeordnete Reibbeläge 29, die mit der Bremsscheibe in bekannter Art und Weise tribologisch zusammenwirken. Während ein erster (innenliegender) Reibbelag mittels eines Betätigungselementes durch eine Betätigungseinheit direkt mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wird ein zweiter Reibbelag, welcher mit einem bezogen auf die Fahrzeugachse axial außenliegenden Sattelschenkel 35 in Verbindung steht, durch die Wirkung einer bei der Betätigung der Anordnung vom Bremssattel 32 aufgebrachten Reaktionskraft gegen die gegenüberliegende Seitenfläche der Bremsscheibe gedrückt.
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Die beispielsgemäße Betätigungseinheit besteht im Wesentlichen aus den folgenden Baugruppen: einem Elektromotor 2, einem mehrstufigen Getriebe (z.B. Untersetzungsgetriebe), welches aus einem den ersten Reibbelag betätigenden ersten Getriebe 26 (z.B. einem Rotations-Translations-Getriebe) sowie einem zwischen dem Elektromotor 2 und dem ersten Getriebe 26 wirkungsmäßig geschalteten zweiten Getriebe 6 (z.B. einem Rotations-Rotations-Getriebe) besteht, sowie einer elektronischen Steuereinheit, welche zumindest einen Schaltungsträger 3 umfasst.
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Das Sattelgehäuse 1 des Bremssattels 32 besteht beispielsweise aus Aluminium oder Spheroguss.
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Das Sattelgehäuse kann einstückig (1) oder mehrstückig (1, 1', 1'', 1"') ausgebildet sein.
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Das Rotations-Rotations-Getriebe 6 ist z.B. als ein Zahnradgetriebe, vorzugsweise als ein zweistufiges Zahnradgetriebe, ausgebildet. Das Rotations-Translations-Getriebe 26 ist z.B. als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet.
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Das erste Getriebe 26 zum translatorischen Aufbringen der Bremskraft ist in das Sattelgehäuse 1 integriert, d.h. es ist in einer gehäuseartigen Ausnehmung des Sattelgehäuses 1 angeordnet. Die Träger für Achsen des zweiten Getriebes 6 sind direkt (siehe 5a) für eine detailliertere Darstellung) oder indirekt (siehe 5b) für eine detailliertere Darstellung) an einer (innenliegenden) Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1 angeordnet. Dabei kann das zweite Getriebe 6 zumindest teilweise ebenfalls in einer (weiteren) Ausnehmung des Sattelgehäuses 1 angeordnet sein. Hierbei kann es sich z.B. um einen erhöhten Rand des Sattelgehäuses 1 handeln, welcher das zweite Getriebe 6 umfasst. Das Sattelgehäuse 1 ist somit Träger aller wesentlichen kraftführenden und krafterzeugenden Komponenten. Die Getriebe sind nicht in alleinigen Getriebegehäusen angeordnet.
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Das Bremssattelgehäuse 1 oder 1, 1' ist an der Stirnseite 36 (nach Innen) mit einem Gehäusedeckel 4 verschließbar.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Gehäusedeckel 4 als ein metallischer Blechdeckel, der z.B. tiefgezogen sein kann, ausgeführt, welcher über das Sattelgehäuse 1 oder 1, 1' aufgebracht wird und dort z.B. durch Einrollen oder Verstemmen oder partielles Einscheren befestigt wird. Optional kann eine Dichtung zwischen Deckel 4 und Sattelgehäuse 1 angeordnet sein oder ein Formschluss von Deckel 4 und Sattelgehäuse 1 die Abdichtung darstellen.
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Die elektronische Steuereinheit und somit der Schaltungsträger 3 der elektronischen Steuereinheit ist beispielsgemäß zwischen der Stirnseite 36 und dem Gehäusedeckel 4, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem zweiten Getriebe 6 und dem Gehäusedeckel 4, angeordnet. Beispielsgemäß wird der elektronische Schaltungsträger 3 derart integriert, dass er ebenfalls zumindest teilweise das Sattelgehäuse 1 oder 1, 1' als Häusung nutzt. Hierdurch befindet sich Schaltungsträger 3 in unmittelbarer Nähe zu Stirnseite 36 des Bremssattelgehäuses 1 oder 1, 1' und damit zu dem zweiten Getriebe 6 und damit auch zu dem Elektromotor 2. So kann der Schaltungsträger 3 unmittelbar mit den in oder an dem Bremssattelgehäuse 1 angeordneten Komponenten elektrisch verbunden werden und/oder verschiedene Sensorelemente zur Ermittlung von Lagepositionen oder Bewegungen von in oder an dem Bremssattelgehäuse 1 angeordneten Komponenten tragen.
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Beispielsgemäß ist zwischen den kraftführenden bzw. krafterzeugenden Komponenten der Betätigungseinheit, z.B. dem zweiten Getriebe 6 und/oder dem Elektromotor 2, und dem Schaltungsträger 3 mindestens ein Trennmittel 33 angeordnet, z.B. eine Schutzfolie oder ein Schutzblech oder eine Schutzkappe, welche zum Durchtritt von Bauteilen, z.B. elektrischen Kontakten, Aussparungen haben kann. Durch das Trennmittel 33 werden die elektronischen Komponenten der elektronischen Steuereinheit vor Abrieb-Partikeln, Schmierstoffen oder ähnlichem der mechanischen Komponenten (z.B. des Getriebes 6) geschützt. Zusätzlich wird durch das Trennmittel 33 die Möglichkeit geschaffen, Getriebewellen über ein Lager zu stützen (siehe 5b)). Alternativ kann sich zum Schutz ein Lacküberzug auf dem Schaltungsträger 3 befinden.
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Bei dem Elektromotor 2 handelt es sich beispielsgemäß um einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor (bürstenloser BLDC-Motor). Der Elektromotor kann als Teilemotor (z.B. ohne Motorgehäuse) oder als Komplettmotor ausgeführt sein, und von einer beliebigen Seite in oder an das Gehäuse 1 bzw. 1, 1' etc. ein oder angebracht werden.
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Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch der Elektromotor 2 in das Sattelgehäuse 1 integriert, hier beispielsgemäß von der Seite des Rotations-Rotations-Getriebes 6 her eingebracht. Gemäß dem in 5a) dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor 2 mittels eines Motorgehäuses 37 an der (innenliegenden) Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1 angebracht. Dabei kann das Motorgehäuse 37 wie in 5a) dargestellt nach außen (in Richtung der Bremsbeläge) ragen. Alternativ kann das Motorgehäuse 37 auch nach innen (in Richtung des Schaltungsträgers 3 bzw. Deckels 4) ragen (nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel). Gemäß dem in 5b) dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor 2 mittels eines Motorgehäuses 37 an einem außen liegenden Sattelgehäuseteil 1' des Sattelgehäuses angebracht.
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Bei dem in 2 schematisch dargestellten Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels eines Bremssattels 32 ist der Elektromotor 2 in dem Bremssattelgehäuse 1 integriert, d.h. Elektromotor 2 ist in einer gehäuseartigen Ausnehmung des Sattelgehäuses 1 angeordnet. Elektromotor 2 umfasst einen Stator 16, der unbeweglich ist, und einen Rotor 7, der mit einer Welle 17 verbunden ist, die mit dem zweiten Getriebe 6, welches in 2 nur teilweise, in Form eines Zahnrades 8 dargestellt ist, wirkungsmäßig verbunden ist. Die Bewegung der Motorwelle 17 wird beispielsgemäß über einen Motorritzel 9 auf das Zahnrad 8 des zweiten Getriebes 6 übertragen, welches unmittelbar oder über Radiallager an der Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1 angebracht ist. Der Lagerung des Rotors 7 dienen z.B. zwei Radiallager 38, wovon zumindest eines auch axiale Kräfte aufnehmen kann, um den Rotor in axialer Richtung zu fixieren.
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Der bürstenlose Motor 2 wird beispielsgemäß mit einem Lageerkennungssystem abgetastet, welches der Ermittlung der aktuellen Position (rotativ) des Rotors 7 dient. So kann eine optimierte Ansteuerung des Motors durchgeführt werden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Lageerkennungssystem aus einem (unmittelbar) an dem Schaltungsträger 3 angeordneten Sensorelement 10, z.B. einem Hall- oder magnetoresistiven Sensorelement, und einem auf der Motorwelle 17 angeordneten Magneten 11. Die Lage des Rotors 7 wird durch Auswertung der Richtung und ggf. der Stärke des von dem Magneten 11 am Ort des Sensorelements 10 erzeugten Magnetfeldes erfasst. Dies wird durch die räumliche Nähe von Elektromotor 2 (bzw. Welle 17) bzw. Wellenende/Magneten und Schaltungsträger 3 möglich. Sensorelement 10 ist vorteilhafterweise Bestandteil eines ICs (integrierten Schaltkreises) zur Motorlagebestimmung, der auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet ist.
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Beispielsgemäß ist Schaltungsträger 3 an ein oder mehreren Stellen unmittelbar mit dem Sattelgehäuse 1 bzw. einem Teil des Sattelgehäuses 1' mechanisch und elektrisch verbunden. Die Verbindung ist z.B. als ein Metallstift 12 oder ein Einpressverbinder 12' oder eine metallische Erhebung oder Schrauben bzw. Kombinationen daraus ausgeführt. So kann der Schaltungsträger 3 mechanisch positioniert werden und erhält gleichzeitig einen guten Kontakt zu Masse (Sattelgehäusemasse) .
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Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse weiterhin einen elektrischen Verriegelungsmagnet 18 mit einem Anker 19. Deren Funktionsweise wird weiter unten anhand von 12 näher erläutert werden.
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In 3 ist ein zweiter Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt. Der Figur lässt sich entnehmen, dass das erste Getriebe 26 in das Sattelgehäuse 1 integriert ist. Beispielsgemäß ist das Rotations-Translations-Getriebe 26 als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet, der direkt im Bremssattelgehäuse 1 angebracht ist. Der Kugelgewindetrieb besteht dabei aus einer Gewindemutter 30 sowie einer Gewindespindel 31, wobei zwischen der Gewindemutter 30 und der Gewindespindel 31 mehrere, nicht näher bezeichnete Kugeln angeordnet sind, die bei einer Rotationsbewegung der Gewindespindel 31 umlaufen und die Gewindemutter 30 in eine axiale bzw. translatorische Bewegung versetzen. Die Anordnung ist dabei vorzugsweise derart getroffen, dass der Rotor 7 bzw. die Welle 17 des Elektromotors 2 unter Zwischenschaltung des zweiten Getriebes 6 die Gewindespindel 31 antreibt, d.h. Zahnrad 8 treibt Zahnrad 24 an, während sich die Gewindemutter 30 am ersten, nicht dargestellten Reibbelag 29 (direkt oder indirekt) abstützt. Dabei bildet die Gewindemutter 30 selbst oder zumindest ein Teil der Gewindemutter 30 das Betätigungselement oder die Gewindemutter 30 wirkt über ein Betätigungselement (z.B. Kraftübertragungsplatte) auf den Reibbelagsträger 34. Alternativ (nicht dargestellt) ist auch ein erstes Getriebe 26 in Form eines Kugelgewindetriebs denkbar, bei welchem der Rotor 7 bzw. die Welle 17 des Elektromotors 2 unter Zwischenschaltung eines zweiten Getriebes 6 die Gewindemutter antreibt, während die Gewindespindel mittels einer Druckstange mit einem Betätigungselement zusammenwirkt, das vorzugsweise durch eine Kraftübertragungsplatte gebildet ist, die sich am ersten Reibbelag (29) abstützt.
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Das erste Getriebe 26 stützt sich über mindestens ein Lager 25, 48 am Sattelgehäuse 1, 1' ab (siehe in 3 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiele). Es kann hierbei ein Lager zur Abstützung von radialen und axialen Kräften verwendet werden, es können hiefür aber auch zwei Einzellager verwendet werden.
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Alternativ zu der in 3 dargestellten Ankopplung von erstem Getriebe 26 und zweitem Getriebe 6 über Zahnräder 8, 24 kann Gewindespindel 31 zur Getriebeankopplung direkt in Zahnrad 8 eingepresst / eingesteckt sein (siehe auch Ausführungsbeispiel in 5).
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4 zeigt Ausschnitte von verschiedenen Ausführungsbeispielen von Bremssätteln im Bereich der Stirnseite 36 des Bremssattelgehäuses 1 bzw. 1' und des Deckels 4. Die Getriebe 6, 26 und die Antriebseinheit 2 sind nicht dargestellt.
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Gemäß 4a) und b) ist der Gehäusedeckel 4 als ein metallischer tiefgezogener Blechdeckel ausgeführt, welcher über das Sattelgehäuse 1 aufgebracht wird und dort z.B. durch Einrollen oder Verstemmen 23 befestigt wird. Optional kann eine (seitliche, radiale) Dichtung 22 vorhanden sein oder ein Formschluss Deckel 4 / Sattelgehäuse 1, 1' eine Abdichtung darstellen. 4a) zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Bremssattelgehäuse 1, 1' seitlichen hochgezogen ist und einen Rand bildet. Der Schaltungsträger 3 ist sozusagen zumindest teilweise in einer Art Ausnehmung des Bremssattelgehäuses 1 angeordnet. 4b) zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Stirnende des Sattelgehäuses 1 in Form einer Stirnplatte ausgebildet ist. Ein seitlicher Rand wird im Wesentlichen durch den Deckel 4 gebildet und Schaltungsträger 3 ist sozusagen eher im Deckel 4 angeordnet. Vergleichbare Deckelabschlüsse sind auch axial darstellbar.
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4c) zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Stirnende des Sattelgehäuses 1 ebenfalls in Form einer Stirnplatte ausgebildet ist. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst einen Kunststoff-Gehäusedeckel 4 mit einer Dichtung 22 zwischen dem Kunststoff-Gehäusedeckel 4 und der (inneren) Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1, d.h. Dichtung 22 ist auf der inneren Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1 angeordnet. Der Kunststoff-Gehäusedeckel 4 reicht beispielsgemäß etwas über die Stirnplatte des Sattelgehäuses 1 nach außen hinaus und ist beispielsgemäß an der Stirnplatte des Sattelgehäuses 1 mit Schrauben verschraubt oder mittels Bolzen (nicht dargestellt) eingepresst oder über ein sonstiges Befestigungsmittel 47 angebracht.
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In 5a) ist schematisch ein Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Bremssattels 32 dargestellt. Sich entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 bezeichnet. Beispielsgemäß ist der Elektromotor 2 mit einem Gehäuse 37 von außen an der innenliegenden Stirnseite 36 des einstückigen Sattelgehäuses 1 fest angebracht. Zumindest im Bereich des Elektromotors 2 ist das Stirnende des Sattelgehäuses 1 daher als Stirnplatte ausgebildet, deren innenliegende Seite die Stirnseite 36 darstellt. Das erste Getriebe 26 ist in das Sattelgehäuse 1 integriert und das zweite Getriebe 6 ist ebenso an der Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1 angebracht. Das Sattelgehäuse 1 ist somit Träger aller kraftführenden und krafterzeugenden Komponenten von Elektromotor 2 sowie erstem und zweitem Getriebe 26, 6 und es ist kein Getriebegehäuse vorhanden. Im Bereich des Elektromotors 2 wird die Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1 von einer Lagerplatte 15 des Elektromotors gebildet.
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Auch der Bremssattel 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst ein Lageerkennungssystem für den Rotor 7 des Elektromotors 2. An dem Schaltungsträger 3 sind neben dem entsprechenden Sensorelement 10 noch weitere elektronische Bauteile 39 angeordnet.
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In 5b) ist schematisch ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bremssattels 32 dargestellt. Sich entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 5a) bezeichnet. Das Ausführungsbeispiel gemäß 5b) unterscheidet sich zum einen von dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 5a) dadurch, dass das Sattelgehäuse 1, 1' zweiteilig ausgeführt ist. Der Elektromotor 2 ist mit seinem Gehäuse 37 von außen an der innenliegenden Stirnseite 36 des Sattelgehäuseteils 1' angebracht. Das erste Getriebe 26 ist in das Sattelgehäuseteil 1 integriert und das zweite Getriebe 6 ist an der Stirnseite 36 des Sattelgehäuseteils 1' angebracht. Das Sattelgehäuse 1, 1' ist somit Träger aller kraftführenden und krafterzeugenden Komponenten von Elektromotor 2 sowie erstem und zweitem Getriebe 26, 6 und es ist kein Getriebegehäuse vorhanden. Im Bereich des Elektromotors 2 wird die Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1' von einer Lagerplatte 15 des Elektromotors 2 gebildet. Zwischen Schaltungsträger 3 und den Getrieben 6, 26 ist optional ein Trennmittel 33, beispielsgemäß ein Schutzblech, angebracht. Dieses kann als ein Stützelement, z.B. für Lager einer Achse, ausgebildet sein. Das Schutzblech enthält beispielsgemäß mindestens eine Aussparung, um ein Durchführen von Befestigungs- oder Verbindungselementen 12 zu ermöglichen (siehe 5b)) und/oder um als Stützstelle zu dienen und/oder um einen Durchgriff eines Sensorelements, z.B. des Sensorelementes 10 zur Sensierung der Lage der Motorwelle 17 (derartige Aussparung ist in 5b) nicht dargestellt), zu ermöglichen. Wenn das Trennmittel 33 nicht als Blech, sondern als Folie oder Lackschicht ausgeführt ist, so kann es keine Stützfunktionen z.B. für Lager einer Achse etc. ausüben.
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In 6 ist ein Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Bremssattels 32 schematisch dargestellt. Die Betätigungseinheit ist nicht vollständig dargestellt, z.B. sind die Antriebseinheit 2 und die Getriebe 6, 26 nicht dargestellt. Die elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse umfasst beispielsgemäß ein Mittel 41, 42 zur Bestimmung der Zuspannkraft der Bremse. Von der Stirnseite 36 des Sattelgehäuses 1 aus ist in den Brückenabschnitt 28 des Sattelgehäuses 1 eine Bohrung 40 eingebracht, in welcher ein Auslenkungselement 41 angebracht ist, welches an dem auf der Seite des äußeren Sattelschenkels 35 liegenden Ende der Bohrung 40, z.B. durch Verstemmen, an dem Sattelgehäuse 1 befestigt ist. Bei einem Zuspannen der Bremse wirkt auf die Sattelschenkel eine Kraft F, welche das Sattelgehäuse 1, insbesondere den Brückenabschnitt 28, leicht verformt. Hierdurch wird das an der Stirnseite 36 befindliche, nicht befestigte Ende des in der Bohrung 40 angebrachten Auslenkungselements 41 relativ zu seiner Ruhelage (entspricht Kraft F gleich Null) ausgelenkt. Diese Auslenkung wird mittels mindestens eines Nachweismittels 42 bestimmt, wobei die Auslenkung ein Maß für die Zuspannkraft ist. Da der Schaltungsträger 3 der elektronischen Steuereinheit in der Nähe der Stirnseite (36) des Bremssattelgehäuses 1 angeordnet ist, kann das Nachweismittel 42 direkt auf dem Schaltungsträger 3 der elektronischen Steuereinheit angeordnet sein.
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In 7 und 8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Mittels zur Bestimmung einer Zuspannkraft schematisch dargestellt. Wie der 7 zu entnehmen ist, kann das Auslenkungselement 41 als ein massiver Stab (7a)) oder als ein Röhrchen (7b)) ausgeführt.
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Das Auslenkungselement 41 kann z.B. aus magnetischem Material hergestellt sein (z.B. 8a) bis 8c)) oder an seinem dem Nachweismittel 42 zugewandten Ende ist ein Magnet angeordnet (siehe 8d)).
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In 8 sind verschiedene Beispiele zur Auslenkungsbestimmung schematisch dargestellt. Gemäß den in 8a) und 8b) dargestellten Ausführungsbeispielen sind zwei oder mehr Nachweismittel 42, insbesondere gegenüberliegend, im Bereich des freien Endes des Auslenkungselements 41 angeordnet. So kann die Nachweisempfindlichkeit erhöht werden. Es ist jedoch auch möglich (siehe z.B. 8d) und 8e)), dass nur genau ein Nachweismittel 42 im Bereich des freien Endes des Auslenkungselements 41 angeordnet ist.
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Das Nachweismittel 42 kann z.B. als elektrische Spule, Hall- oder magnetoresistives Element ausgeführt sein.
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Eine Anbringung an Schaltungsträger 3 als integrierter Schaltkreis 42 (siehe 8a), 8d) und 8e)) oder als SMD-Bauteil 42' (Surface Mounted Device) (siehe 8b)) ist möglich.
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Gemäß dem in 8c) dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Magnet an einem Sensorelement befestigt, wobei eine Annäherung des Auslenkungselements 41 das Magnetfeld verändert und diese Änderung durch den Sensor nachgewiesen wird.
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Gemäß dem in 9 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Auslenkungselement 41 bevorzugt im Bereich seines nicht befestigten Endes durch ein in der Bohrung 40 angeordnetes Dämpfungsmittel 43 bedämpft, um Schwingungen des Auslenkungselement 41 zu vermindern.
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Das Mittel 41, 42 zur Bestimmung der Zuspannkraft wird zusätzlich oder alternativ zur Erkennung eines Bremsenquietschen herangezogen. Wird durch das Nachweismittel 42 ein Schwingen des Auslenkungselements 41 nachgewiesen, so ist dies ein Hinweis darauf, dass die Radbremse quietscht oder „rubbelt“.
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10 zeigt schematisch zwei Ausführungsbeispiele zur Lagerung eines Bremsbelagträgers 34 an einem erfindungsgemäßen Bremssattel. Bremsbelagträger 34 ist nicht plan am äußeren Sattelschenkel 35 angebracht, sondern ist über eine längliche Lagernut 44 (senkrecht zur Zeichenebene) und elastisches Material 45 beweglich am Sattelschenkel 35 des Bremssattels 32 angebracht. Hierdurch wird eine ungleichmäßige Abnutzung des Bremsbelags 29 verhindert, wenn sich die Lage des Sattelschenkels 35 bei einer Verformung des Sattelgehäuses 1 leicht ändert, da sich der Bremsbelagträger 34 aufgrund der elastischen Verbindung 44, 45 immer parallel zur Bremsscheibe einstellen kann. Die Lagernut 44 kann am Sattelschenkel 35 (siehe 10a)) oder am Bremsbelagträger 34 (siehe 10b)) angeordnet sein. Grund hierfür ist, dass die Kraftsensierung durch Kraft mal Hebelarm gleich bleibt.
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In 11 ist ein Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines Bremssattels 32 schematisch dargestellt. Die Betätigungseinheit ist nicht vollständig dargestellt, z.B. sind die Antriebseinheit 2 und die Getriebe 6, 26 nicht dargestellt. Der Bremssattel 32 umfasst ein Mittel zur Bremskraftbestimmung 41, 42 sowie einen flexibel am Sattelschenkel 35 angebrachten (außenliegenden) Bremsbelagträger 34. Die Betätigungseinheit zur Betätigung des innenliegenden Reibbelags 29 ist nicht dargestellt.
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In 12 ist ein anderer Ausschnitt des in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels eines Bremssattels schematisch dargestellt. Hierbei sind die Komponenten zur Erläuterung der Feststellbremsfunktion (Parkbremse) vergrößert abgebildet. Der Bremssattel 32 umfasst einen elektrischen Verriegelungsmagnet 18, an dessen Anker 19 ein Verriegelungsbolzen 21 angeordnet ist. Der Verriegelungsbolzen 21 wird bei einer Bestromung des Verriegelungsmagnets 18 zum Rotor 7 hin verschoben. Dort greift der Verriegelungsbolzen 21 zur Parkbremsverriegelung mechanisch in eine von mehreren unmittelbar im/am Rotor 7 angeordnete Ausnehmung 20 ein. Der Verriegelungsbolzen 21 kann aber alternativ auch derart angeordnet sein, dass er in an der Welle 17 angeordnete Ausnehmung 20 eingreift. Durch geeignete Ausformung des Verriegelungsbolzen 21 (siehe Ausformungen am unteren Ende des Bolzens 21 in 12) und der Ausnehmungen 20 findet eine Verriegelung statt. Eine Rückführung des Bolzens 21 in seine geöffnete Stellung wird z.B. mit Hilfe einer Feder 46 erreicht.
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Der Verriegelungsmagnet 18 ist beispielsgemäß unmittelbar auf dem Schaltungsträger 3 oder auf der Lagerplatte 15 angeordnet bzw. an diese kontaktiert.
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Die Abstützkräfte des Verriegelungsbolzens 21 werden vorteilhafterweise an nicht drehenden Teilen des Elektromotors 2 oder am Motorträger/Lagerplatte 15 aufgebracht. Wenn der Elektromotor 2 von außen angebracht ist (siehe 5), kann der Verriegelungsbolzen 21 sich auch am Sattelgehäuse 1 bzw. 1' abstützen.
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Alternativ ist eine Verriegelung zwischen einem Zahnrad, vorzugsweise Zahnrad 8, und dem Gehäuse vorteilhaft, welches eine vergleichbare Verriegelung erlaubt. Hierbei kann der Eingriff in das Zahnrad radial oder axial erfolgen (nicht dargestellt).
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Beispielhafte elektrische Kontaktierungen zwischen Elektromotor 2 und Schaltungsträger 3 sind in 13 schematisch dargestellt. Der elektrische Anschluss des Elektromotors 2 an den Schaltungsträger 3 zur Versorgung des Elektromotors 2 ist gemäß 13a) über ein Verbinderbauteil 13, welches auf dem Schaltungsträger 3 montiert ist, und mindestens einen Anschlusskontakt 14 (in 13a) ist genau ein Anschlusskontakt 14 dargestellt), welcher an dem Elektromotors 2 angeordnet ist, ausgeführt, wobei Verbinderbauteil 13 und Anschlusskontakt 14 direkt ineinander gesteckt werden. Gemäß 13b) ist Anschlusskontakt 14' direkt mit dem Schaltungsträger 3 verbunden.
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Die 14 und 15 zeigen zwei Ausführungsbeispiele, bei welchen das Bremssattelgehäuse nicht einstückig ausgeführt ist, sondern aus zwei oder mehr Sattelgehäuseteilen 1, 1', 1'', 1'" besteht. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind jeweils nicht alle Komponenten des Bremssattels 32 in den Figuren schematisch dargestellt.
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Das in 14 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel entspricht in seinem prinzipiellen Aufbau dem zweiten Ausführungsbeispiel aus 5a). Im Unterschied bildet ein Bremssattelgehäuseteil 1 den äußeren Teil des Bremssattelgehäuses, welches u.a. den Brückenabschnitt 28 umfasst. An Bremssattelgehäuseteil 1 ist ein Bremssattelgehäuseteil 1' angebracht, welches das innere Stirnende des Bremssattelgehäuses mit der (innere) Stirnfläche 36 bildet, an welcher Motorgehäuse 37 und (nicht dargestellt) Getriebe 6 angeordnet sind. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel umfasst der Bremssattel 32 optional ein Mittel zur Bestimmung der Zuspannkraft mit einem optionalen Auslenkungselement 41 und einem optionalen Nachweismittel 42, welches an Schaltungsträger 3 angebracht ist.
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Bei dem in 15 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel wird der äußere Teil des Bremssattelgehäuses durch mehrere Bremssattelgehäuseteile 1', 1'' und 1''' gebildet. Der innere Teil des Bremssattelgehäuses wird durch das Bremssattelgehäuseteil 1 gebildet, welches auch die Stirnseite 36 umfasst, an welcher Motorgehäuse 37 und (nicht dargestellte) Getriebe 6 angebracht sind. Getriebe 26 (nicht dargestellt) ist im Bremssattelgehäuseteil 1 integriert. Die Bremssattelgehäuseteile 1, 1', 1" und 1''' werden beispielsgemäß durch Befestigungselemente 47 (z.B. Schrauben) aneinander befestigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sattelgehause
- 2
- Elektromotor
- 3
- Schaltungstrager einer elektronischen Steuereinheit
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Anschlussstecker
- 6
- zweites Getriebe
- 7
- Rotor
- 8
- Zahnrad
- 9
- Motorritzel
- 10
- Motorlagesensor
- 11
- Magnet
- 12
- Metallstift
- 12'
- Einpressverbinder
- 13
- Verbinderbauteil zum elektrischen Anschluss des Elektromotors
- 14
- Anschlusskontakt
- 15
- Lagerplatte des Elektromotors
- 16
- Stator
- 17
- Motorwelle
- 18
- Verriegelungsmagnet
- 19
- Anker des Verriegelungsmagnets
- 20
- Ausnehmung im Rotor
- 21
- Verriegelungsbolzen
- 22
- Dichtung
- 23
- Verstemmung oder Einrollung
- 24
- Ritzel des ersten Getriebes
- 25
- Lager
- 26
- erstes Getriebe
- 27
- Führungshülse
- 28
- Bruckenabschnitt
- 29
- Reibbelag
- 30
- Gewindemutter
- 31
- Gewindespindel
- 32
- Bremssattel
- 33
- Trennmittel
- 34
- Reibbelagsträger
- 35
- Sattelschenkel
- 36
- Stirnseite
- 37
- Motorgehäuse
- 38
- Radiallager
- 39
- elektronische Bauteile
- 40
- Bohrung
- 41
- Auslenkungselement
- 42
- Nachweismittel
- 43
- Dampfungsmittel
- 44
- Lagernut
- 45
- elastisches Material
- 46
- Feder
- 47
- Befestigungselement
- 48
- Lager
