DE102011084190B4

DE102011084190B4 - Elektrisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse mit einer Feststellbremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011084190B4
Application number: DE102011084190.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Balz; Oleg Bauer; Ralf Scheib
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: DE102011084190A1

Abstract

Elektrisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse mit einer Feststellbremsvorrichtung, die in einem Antriebsstrang der Kraftfahrzeugbremse integriert vorgesehen ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Kraftfahrzeugbremse stromlos in einer Feststellbremsstellung zu halten, die Feststellbremsvorrichtung wenigstens einen drehfest angeordneten Dauermagneten (35a,b) sowie wenigstens ein Joch (36) aufweist, das in dem Antriebsstrang der Kraftfahrzeugbremse drehbar angeordnet ist, wobei das Joch (36) einen magnetischen Kreis schließt, wobei der Dauermagnet (35a,b) für eine stromlose Feststellbremsfunktion im Wesentlichen berührungslos mit dem Joch (36) kooperiert und das Joch (36) Bestandteil einer Welle (41) ist, wobei die Welle (41) als Motorwelle von dem Elektromotor (7a), oder als Getriebewelle von einem Untersetzungsgetriebe, ausgebildet ist, und wobei zumindest ein Sensor (S1-Sx) sowie eine elektronische Steuereinheit (22, ECU(EPB)) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse mit einer Feststellbremsvorrichtung. Eine rein elektrisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse mit Feststellbremsvorrichtung einschließlich Permanentmagnetreibbremse geht aus der DE 196 52 229 A1 hervor.
Bei hydraulisch und elektrisch „kombiniert“ betätigbaren Kraftfahrzeugbremsen ist beispielsweise in einem Bremsgehäuse ein hydraulischer Betriebsdruckraum von einem Bremskolben begrenzt, der zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse betätigbar ist, und wobei für eine Feststellbremsfunktion eine Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben mittels eines Getriebes wirkt, indem das Getriebe die Rotationsbewegung eines elektromechanischen Aktuators in eine Translationsbewegung umsetzt und eine Betätigung des Bremskolbens zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen bewirkt und in der betätigten Stellung hält, wobei das Getriebe eine Gewindespindel und eine Gewindemutter aufweist, die über mehrere Wälzkörper miteinander in Kontakt stehen. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe zur Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung mit einer Gewindespindel und einer Gewindemutter, die über mehrere Wälzkörper miteinander in Kontakt stehen.
Eine hydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse mit elektrisch betätigbarer Feststellbremsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 101 50 803 B4 bekannt. Bei der vorbekannten Fahrzeugbremse ist ein Getriebe vorgesehen, das nach dem Wirkprinzip einer Gewindemutter-Spindel-Anordnung eine Drehbewegung des Elektromotors in eine Längsbewegung des Bremskolbens zur Erzielung einer Feststellkraft umsetzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist diese Getriebeeinheit als sogenannte „Spindel-/Kugelumlaufbüchsenanordnung“ ausgebildet, die auch Kugelgewindetrieb oder Kugelumlaufspindel genannt wird. Diese Kugelgewindetriebe weisen eine Gewindespindel und eine Gewindemutter auf, die über mehrere Wälzkörper besonders reibungsarm miteinander in Kontakt stehen.
Daneben sind rein elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremsen bekannt. Für die Bewirkung einer stromlosen Feststellbremsfunktion wird für die beiden genannten Typen gleichermaßen eine stromlos selbsthemmende, integrierte Feststellbremsvorrichtung empfohlen, die in dem Antriebsstrang der Fahrzeugbremse integriert angeordnet ist.
Daneben gibt es elektromechanisch schaltbare Feststellbremsvorrichtungen. Der DE 197 50 420 A1 ist eine elektrisch betätigbare Bremse mit einem formschlüssig wirksamen Klinkenradmechanismus entnehmbar, und wobei zwei verschiebbare Sperrklinken durch einen Übertotpunktmechanismus fixierbar sind. Die Sperrklinken sind durch einen elektromotorischen Antrieb verlagerbar. Dabei ist die Feststellbremsfunktion so implementiert, dass die Betriebsbremsfunktion stets über die Feststellbremsfunktion dominiert. In jedem Fall ist die Feststellbremsfunktion mit Hilfe von einer Betriebsbremsbetätigung stromlos lösbar gestaltet.
Die DE 200 09 348 U1 bezieht sich auf allgemeine Industrie-Elektromotorenantriebe bzw. Maschinenentriebe die gänzlich ohne Spezifierung für Kraftfahrzeugbremsapplikationen vorliegen. Dabei ist primär eine selbsthaltende Fliekraftbremse für eine Welle vorgeschlagen, indem ein erstes mit der Welle drehverbundenes Bremselement unter Reibung an einem zweiten feststehenden Bremselement angreift, wenn die Welle still steht oder sich nur langsam dreht. Bei zunehmender Drehzahl der Welle wird das erste Bremselement durch die auf dieses einwirkende Fliehkraft von dem feststehenden zweiten Bremselement abgehoben, so dass die Fliekraftbremse unwirksam wird. Mit Rotation der Welle ist die Bremse berührungsfrei und damit verschleißfrei und verursacht zudem keine Verluste.Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugbremse mit einer verbesserten Feststellbremsvorrichtung vorzuschlagen, die besonders betriebssicher, kostengünstig-vereinfacht sowie verschleißresistent darstellbar ist, und einen Getriebewirkungsgrad nicht beeinträchtigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zusammen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist deren Einfachheit und gänzliche Verschleißfreiheit. Merkmale von Unteransprüchen ermöglichen eine Abschaltung der Selbsthemmung mit dem Vorteil, dass der Getriebewirkungsgrad verbessert ist. Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Merkmalen von Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugbremse mit hydraulisch betätigbarer Betriebsbremsfunktion und mit elektromechanisch betätigbarer Feststellbremsfunktion im Schnitt, und
2 Einzelheiten einer erfindungsgemäß zusätzlich im Antriebsstrang einer Kraftfahrzeugbremse integrierten Feststellbremsvorrichtung.

Eine Fahrzeugbremse weist einerseits eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremsfunktion und andererseits eine elektromechanisch betätigbare Bremsfunktion auf, die beim Beispiel als Feststellbremsfunktion ausgelegt ist. Diese kombiniert betätigbare Fahrzeugbremse ist gemäß 1 als Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgeführt. Zur Ausführung einer elektromechanischen Bremsfunktion dient ein elektromechanischer Aktuator 7 einschließlich Elektromotor 7a. Dazu gehört ein mehrstufiges, insbesondere zweistufiges Getriebe 1, Sensoren S1-Sx sowie eine elektronische Steuereinheit 22 (ECU(EPB)). Die oben erwähnte Fahrzeugbremse weist weiterhin ein Bremsgehäuse bzw. einen Bremssattel 20, 20' auf, welcher den äußeren Rand einer nicht dargestellten Bremsscheibe und zwei auf beiden Seiten der Bremsscheibe angeordnete Bremsbeläge 33, 34 umgreift. Das Bremssattel 20 bildet auf seiner Innenseite einen Bremszylinder 9, der einen Bremskolben 5 axial verschiebbar aufnimmt. In den zwischen Bremszylinder 9 und Bremskolben 5 gebildeten Betriebsdruckraum 6 kann zur Durchführung von Betriebsbremsungen Bremsflüssigkeit zugeführt werden, so dass sich ein Bremsdruck aufbaut, der den Bremskolben 5 axial entlang einer Achse X zur Bremsscheibe hin verschiebt. Dadurch wird der dem Bremskolben 5 zugewandte Bremsbelag 34 gegen die Bremsscheibe gedrückt. Als Reaktion kann sich der Bremssattel 20 in entgegen gesetzter Richtung verschieben, so dass auch der andere Bremsbelag 33 gegen die Bremsscheibe gedrückt wird.
Im Rahmen einer automatisch oder fahrerinitiierten elektromechanischen Bremsbetätigung wird der Elektromotor 7a bestromt, und die rotatorische Antriebsdrehbewegung wird mit Hilfe vom Getriebe 1 in eine Translationsbewegung vom Kolben 5 entlang der Achse X umgewandelt. Das Getriebe 1 kann neben den besagten zwei Getriebestufen zur Wandlung eine Spindel 2 und eine Gewindemutter 3 aufweisen, die über Wälzkörper 4 miteinander in Verbindung stehen. Die Wälzkörper 4 sind als Kugeln ausgebildet. Ein mit der Spindel 2 verbundener Schaft 17 ragt an der der Bremsscheibe abgewandten Seite aus dem Bremssattel 20 heraus und wird unter Zwischenschaltung vom Getriebe 1 angetrieben. Dabei sind Mittel zum Abdichten des Betriebsdruckraums 6 in der Bohrung des Bremssattels 20, durch die der Schaft 17 ragt, vorgesehen. Die auf die Spindel 2 übertragene Rotationsbewegung wird über die Wälzkörper 4, die sich im Gewindegang zwischen Spindel 2 und Gewindemutter 3 befinden, auf die Gewindemutter 3 übertragen, die eine Translationsbewegung in Richtung der Achse X vollzieht. Dadurch wird der Bremskolben 5 betätigt, an dem sich die Gewindemutter 3 abstützt. Gleichzeitig wird die Spindel 2 von einer Stufenbohrung 30 im Bremssattel 20 aufgenommen und stützt sich über einen, mit der Spindel 2 verbundenen, Kragen 19 und ein Axiallager 18 am Bremssattel 20 ab. Das Getriebe 1 setzt also die Drehbewegung des elektromechanischen Aktuators 7 in eine Linearbewegung um und ist für die Generierung der Zuspannkraft zur Durchführung eines elektromechanisch ausgeführten (Feststell-)Bremsvorganges verantwortlich.
Zum Lösen der elektromechanischen Bremsvorrichtung wird der Aktuator 7 reversiert betrieben und die Gewindemutter 3 und damit auch der Bremskolben 5 vollziehen eine Bewegung in der 1 nach rechts. Die Bremsbeläge 33, 34 stehen dadurch nicht mehr mit der Bremsscheibe in Kontakt und der Lösezustand der Feststellbremsvorrichtung ist hergestellt.
Obwohl die vorstehende, exemplarische Beschreibung primär am Beispiel einer kombiniert elektrisch und hydraulisch betätigbaren Kraftfahrzeugbremse erfolgt, ist eine Applikation der vorliegenden Erfindung bei den rein elektromechanisch betätigbaren Kraftfahrzeugbremsen ohne Weiteres denkbar. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um eine Schwimmsattel-Scheibenbremse, welche auf einem Halter verschiebbar angeordnet ist.
Die Erfindung sieht gemäß 2 vor, dass die integrierte Feststellbremsvorrichtung wenigstens einen drehfest angeordneten Dauermagneten 35 a,b und wenigstens ein drehbares Joch 36 aufweist, welche in den Antriebsstrang der Kraftfahrzeugbremse integriert angeordnet sind, und wobei das Joch 36 einen magnetischen Kreis von dem oder den Dauermagneten 35a,b schließt.
Dabei kooperiert der Dauermagnet 35a,b zur Darstellung der stromlosen Feststellbremsfunktion anhand seiner ausgesendeten Feldlinien im Wesentlichen berührungslos, also mit minimalem Luftspalt, mit den wenigstens zwei Polschuhen 37,38 von dem zugeordneten Joch 36 derart, dass durch permanente magnetische Anziehungskräfte eine berührungslose und völlig verschleißfreie Drehhemmung in dem Antriebsstrang der Kraftfahrzeugbremse umgesetzt ist, so dass die gewünschte stromlose Selbsthemmung mit minimaler Beeinträchtigung vom Wirkungsgrad des Untersetzungsgetriebe erfolgt. Der Dauermagnet 35a,b weist bevorzugt einen runden Querschnitt auf.
Mit Vorteil weist ein einziger Dauermagnet 35a,b eine bogenförmig-gekrümmte Hufeisenform auf, wobei Pole einander im Wesentlichen gegenüberliegend arrangiert sein können, und entgegengesetzt magnetisch gepolt sind. Alternativ kann eine paarweise-ganzzahlige, gerade, Vielzahl von Dauermagneten 35a,b vorgesehen sein, die magnetische Feldlinien aussenden.
Diese dauermagnetische Feststellbremsvorrichtung ist abschaltbar, indem ein entgegengesetzt gerichtetes magnetisches Feld aufprägbar ist. Mit Vorteil ist diese Abschaltfunktion elektromagnetisch realisiert, indem den Dauermagneten 35a,35b wenigstens eine bestrombare elektrische Spule 39,40 zugeordnet ist, und wobei die elektromagnetische Wirkung der bestromten elektrischen Spule 39,40 derart gerichtet vorgesehen ist, dass die Dauermagnetische Wirkung von dem Dauermagneten 35a,b neutralisiert ist, so dass die Selbsthemmung unterbleibt.
Wenn die elektrische Spule 39,40 zusätzlich elektrisch parallel zu wenigstens einer Spule vom Elektromotor 7a der Kraftfahrzeugbremse geschaltete ist, kann die Selbsthemmungsfunktion einfach automatisch, ohne gesonderte Steuereinheit, erfolgen, falls der Elektromotor 7a der Kraftfahrzeugbremse betrieben wird. Umgekehrt tritt mit der elektrischen Abschaltung von dem Elektromotor 7a wieder automatisch die gewünschte, stromlose, Selbsthemmungsfunktion ein.
Mit Kostenvorteil ist das Joch 36 Bestandteil einer Welle 41, und wobei zwei Dauermagneten 35a,b mit gegensätzlicher magnetischer Polung mit Luftspalt koaxial zu dem Joch 36, sowie zueinander diametral gegenüber liegend ausgerichtet vorgesehen sind. Dabei ist die Welle 41 primär als Motorwelle von dem Elektromotor 7a oder als Schaft 17 oder Getriebewelle vom Untersetzungsgetriebe ausbildbar.
Vorzugsweise ist die beschriebene Feststellvorrichtung in dem Antriebsstrang in einer Getriebestufe unmittelbar hinter dem Motor oder direkt bei dem Motor angeordnet, so dass eine besonders kurze elektrische Verbindung der Spule 39,40 ermöglicht ist.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: Spindel
3: Gewindemutter
4: Wälzkörper
5: Bremskolben
6: hydraulischer Betriebsdruckraum
7: elektromechanischer Aktuator
7a: Elektromotor
8: Motorwelle
9: Bremszylinder
11: Getriebestufe
12: Getriebestufe
17: Schaft
18: Axiallager
19: Kragen
20: Bremssattel
21: Antriebsmodul
22: Steuereinheit
28: Gehäuse
28a: Gehäusedeckel
30: Stufenbohrung
33: Bremsbelag
34: Bremsbelag
35a,b: Dauermagnet
36: Joch
37: Polschuh
38: Polschuh
39: Spule
40: Spule
41: Welle
CC: elektronischer Chassis Controller
ECU: Elektronisches Steuergerät
HMI: Mensch-Maschine-Schnittstelle
IPB: gemeinsame Steuereinheit
ST: Schnittstelle
X: Achse

Claims

Elektrisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse mit einer Feststellbremsvorrichtung, die in einem Antriebsstrang der Kraftfahrzeugbremse integriert vorgesehen ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Kraftfahrzeugbremse stromlos in einer Feststellbremsstellung zu halten, die Feststellbremsvorrichtung wenigstens einen drehfest angeordneten Dauermagneten (35a,b) sowie wenigstens ein Joch (36) aufweist, das in dem Antriebsstrang der Kraftfahrzeugbremse drehbar angeordnet ist, wobei das Joch (36) einen magnetischen Kreis schließt, wobei der Dauermagnet (35a,b) für eine stromlose Feststellbremsfunktion im Wesentlichen berührungslos mit dem Joch (36) kooperiert und das Joch (36) Bestandteil einer Welle (41) ist, wobei die Welle (41) als Motorwelle von dem Elektromotor (7a), oder als Getriebewelle von einem Untersetzungsgetriebe, ausgebildet ist, und wobei zumindest ein Sensor (S1-Sx) sowie eine elektronische Steuereinheit (22, ECU(EPB)) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (35a,b) wenigstens zwei Pole aufweist, und dass zwischen dem Joch (36) und den Polen jeweils ein geringer Luftspalt vorgesehen ist.
Kraftfahrzeugbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (35a,b) Hufeisenform aufweist.
Kraftfahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellbremsvorrichtung abschaltbar ist, indem dem Dauermagneten (35a,b) wenigstens eine bestrombare elektrische Spule (39,40) zugeordnet ist, und wobei die elektromagnetische Wirkung der bestromten elektrischen Spule (39,40) derart gerichtet vorgesehen ist, dass die Dauermagnetische Wirkung von dem Dauermagneten (35a,b) neutralisiert ist.
Kraftfahrzeugbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (39,40) elektrisch parallel geschaltet ist mit einem Elektromotor (7a) zum Antrieb der Kraftfahrzeugbremse.
Kraftfahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dauermagneten (35a,b) mit gegensätzlicher magnetischer Polung im Luftspalt koaxial zu dem Joch (36), sowie zueinander diametral gegenüber liegend, vorgesehen sind.
Kraftfahrzeugbremse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugbremse als Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgebildet ist, welche auf einem Halter verschiebbar angeordnet ist.