DE102013200828A1 - Aktorik für eine Scheibenbremse - Google Patents

Abstract

Es ist eine Aktorik zum Betätigen einer Scheibenbremse mit einer bewegbaren Bremsbacke zum Verpressen einer Bremsscheibe zwischen der Bremsbacke und einer Gegenbremsbacke vorgesehen, die Aktorik umfassend einen Linearantrieb zum Erzeugen einer linearen Hubbewegung, ein Betätigungselement zum Bewegen der Bremsbacke zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung, wobei das Betätigungselement relativ zur Bremsbacke um eine Drehachse schwenkbar und durch die Hubbewegung des Linearantriebs betrieben ist, und ein Gehäuse, in dem der Linearantrieb und/oder das Betätigungselement zumindest teilweise untergebracht sind, wobei das Gehäuse separate Lagerungen zum Aufnehmen und zur axialen Führung der bewegbaren Bremsbacke und der Gegenbremsbacke aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Aktorik für eine Scheibenbremse sowie eine Scheibenbremse mit der erfindungsgemäßen Aktorik, insbesondere zur Anwendung in einem riemengetriebenen Startergenerator (RSG) für Start-Stopp-, Standklima- und Generatorbetrieb, wobei die Bremse insbesondere als eine elektromechanisch betätigte Hohlradbremse für eine solche Riemenscheibe ausgebildet werden kann.
• Aus der DE 101 48 961 A1 ist ein Riementrieb mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten bekannt, der über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Planetengetriebe weist ein Hohlrad auf, das mit Hilfe eines Bandfreilaufs gebremst werden kann, um ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe zu variieren. Nachteile gibt es allerdings bezüglich des Aufbaus einer Hohlradbremse in einem RSG mit Hinblick auf die hohe Teilanzahl und die Führungsgenauigkeit der Bremsbackenhälfte durch lange Toleranzketten.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, mit deren Hilfe einen neuen und verbesserten Aufbau einer Hohlradbremse in einem Riementrieb beziehungsweise einem riemengetriebenen Startergenerator (RSG) ermöglicht wird.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Aktorik für eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß ist eine Aktorik vorgesehen zum Betätigen einer Scheibenbremse mit einer bewegbaren Bremsbacke zum Verpressen einer Bremsscheibe zwischen der Bremsbacke und einer Gegenbremsbacke, die Aktorik umfassend einen Linearantrieb zum Erzeugen einer linearen Hubbewegung, ein Betätigungselement zum Bewegen der Bremsbacke zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung, wobei das Betätigungselement relativ zur Bremsbacke um eine Drehachse schwenkbar und durch die Hubbewegung des Linearantriebs betrieben ist, und ein Gehäuse, in dem der Linearantrieb und/oder das Betätigungselement zumindest teilweise untergebracht sind, wobei das Gehäuse separate Lagerungen zum Aufnehmen und zur axialen Führung der bewegbaren Bremsbacke und der Gegenbremsbacke aufweist.
• In diesem Zusammenhang sind die Lagerungen zur axialen Führung der Bremsbacke und der Gegenbremsbacke vorzugsweise unmittelbar am oder im Gehäuse ausgebildet, so dass die beim Bremsen erzeugten Kräfte direkt in das Gehäuse eingeleitet werden können. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Lagerung der Bremsbackenhälften kann eine im Aktor-Gehäuse integrierte Schwimmsattelführung für eine RSG-Hohlradbremse bereitgestellt werden, bei derer die Bremskräfte der Bremsbackenhälften separat im Wesentlichen direkt ins Gehäuse geleitet werden, ohne eine Sattelverschraubung zu belasten. Durch eine separate Führung der Bremsbackenhälften im Gehäuse kann die Gesamttoleranzkette im Schwimmsattel für die Führung reduziert und dadurch die Führungsgenauigkeit erhöht werden.
• Vorzugsweise sind sowohl der Linearantrieb als auch das Betätigungselement im Gehäuse der Aktorik untergebracht. Das heißt, die Aktorik ist vorzugsweise derart gestaltet, dass sie im Wesentlichen ein Gehäuse aufweist, in dem der Linearantrieb und das Betätigungselement untergebracht sind. Jedoch sind Abwandlungen vorstellbar, die getrennte Gehäuse-Einheiten umfassen aber dennoch das Konzept der separaten Lagerung und Führung der Bremsbackenhälfte darstellen könnten.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die separaten Lagerungen eine erste Lagerung zum Aufnehmen und zur axialen Führung der bewegbaren Bremsbacke und eine zweite Lagerung zum Aufnehmen und zur axialen Führung der Gegenbremsbacke. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erste Lagerung zwei parallel angeordnete, von einander beabstandete Aussparungen auf, wobei die zweite Lagerung ebenfalls zwei parallel angeordnete, von einander beabstandete Aussparungen aufweist. Vorzugsweise sind Führungsbuchsen in den Aussparungen der ersten und/oder zweiten Lagerungen vorgesehen. In diesem Zusammenhang weisen Bremsbacke und Gegenbremsbacke typischerweise Führungselemente – wie zum Beispiel Führungsstifte – auf, die in den jeweiligen Aussparungen beziehungsweise Führungsbuchsen der separaten Lagerungen aufgenommen werden können. Somit können zylindrisch gestaltete Verbindungsstücke eines Bremssattels gleichzeitig als Führungselemente dienen, so dass keine extra Führungsstifte benötigt werden, wodurch die Teileanzahl der Bremse insgesamt auch reduziert werden kann.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Linearantrieb ein Ausgangselement zum Übertragen der Hubbewegung in einer linearen Richtung auf, wobei das Ausgangselement des Linearantriebs derart im Eingriff mit dem Betätigungselement steht, dass die Hubbewegung des Ausgangselements eine Schwenkbewegung des Betätigungselements um die Drehachse erzeugt, um die Bremsbacke von ihrer Offenstellung zu ihrer Schließstellung zu bewegen. Besonders bevorzugt weist der Linearantrieb eine Mutter-Spindel-Einheit auf, die von einer elektrischen Maschine betrieben ist, wobei das Ausgangselement mit einer der Mutter-Spindel-Einheit zugehörenden Mutter, welche durch eine Spindel der Mutter-Spindel-Einheit bewegbar ist, verbunden ist, wobei die lineare Richtung parallel zur Achse der Spindel verläuft.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Aktorik ferner ein mit dem Betätigungselement operativ verbundenes Übertragungssystem zur Umsetzung einer Schwenkbewegung des Betätigungselements in eine Axialbewegung der Bremsbacke, wobei das Übertragungssystem insbesondere als Rampenmechanismus ausgebildet und im Gehäuse untergebracht ist. Ferner kann die erfindungsgemäße Aktorik eine zwischen dem Rampenmechanismus und der Bremsbacke angeordnete Nachstelleinrichtung zum Nachstellen eines verschleißbedingten Fehlabstands der Bremsbacke zur Gegenbremsbacke umfassen, wobei die Nachstelleinrichtung ebenfalls im Gehäuse untergebracht ist.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Scheibenbremse vorgesehen, mit einer Bremsbacke, einer insbesondere an einem Bremssattel montierten Gegenbremsbacke und einer Aktorik, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Betätigung der Scheibenbremse, wobei die Bremsbacke beweglich zwischen der Offenstellung und der Schließstellung sowie die Gegenbremsbacke am oder im Gehäuse der Aktorik separat gelagert und geführt sind.
• Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, einer mit der Antriebswelle über ein Planetengetriebe verbindbaren Riemenscheibe eines Riementriebs zum Antrieb von Nebenaggregaten und einer Scheibenbremse, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Bremsen eines Teils des Planetengetriebes, insbesondere eines Hohlrads des Planetengetriebes, zur Variation eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebswelle und der Riemenscheibe.
• Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
• 1: eine perspektivische Ansicht einer Scheibenbremse mit Aktorik gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• 2: eine perspektivische Schnittdarstellung der Scheibenbremse aus 1 entlang der Ebene II-II,
• 3: eine perspektivische Ansicht der Scheibenbremse aus 1 ohne Teile der Aktorik und ohne das Aktorgehäuse,
• 4: eine perspektivische Ansicht eines Bremssattels der Scheibenbremse aus 1,
• 5: eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der Scheibenbremse aus 1 und
• 6: eine perspektivische Ansicht der Scheibenbremse aus 1 ohne Seitenplatte.
• Die in 1 und 2 als Hohlradbremse ausgestaltete Bremsanlage beziehungsweise Scheibenbremse B für einen riemengetriebenen Starter-Generator (RSG) – nämlich für das Hohlrad einer Kurbelwellenriemenscheibe – weist eine Aktorik 1, eine Bremsbacke 2, eine Gegenbremsbacke 3, und einen mit der Gegenbremsbacke 3 verbundenen, schwimmenden Bremssattel 4 montiert an einem Aktorgehäuse 30 auf. Mit der Gegenbremsbacke 3 sowie der relativ zur Gegenbremsbacke 3 in einer Verstellrichtung V bewegbaren Bremsbacke 2 ist jeweils ein Reibbelag 5 verbunden, der während der Lebensdauer der Bremse B verschleißen kann. Die Bremsscheibe (nicht gezeigt) ist insbesondere mit dem Hohlrad verbunden, das Teil eines zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und einer Riemenscheibe eines Riementriebs zum Antrieb von Nebenaggregaten zwischengeschalteten Planetengetriebes zur Variation eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebswelle und der Riemenscheibe ist. Die Scheibenbremse B wird dadurch als Hohlradbremse für das Planetengetriebe zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe verwendet. Durch die Hohlradbremse kann auf das Hohlrad ein hinreichend großes Schleppmoment aufgebracht werden, um zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe eine Untersetzung von beispielsweise 3:1 bereit zu stellen. Wenn mit Hilfe eines Starters ein Drehmoment über die Riemenscheibe eingeleitet wird, kann dieses Übersetzungsverhältnis das Starten einer drehmomentstarken Brennkraftmaschine erleichtern.
• Die Aktorik 1 umfasst einen Linearantrieb 10 mit einer Mutter-Spindel-Einheit 11, die von einer elektrischen Maschine in Form eines Elektromotors 12 betrieben ist, sowie eine Betätigungseinrichtung 20 auf, mittels derer die Bremse B zum Verpressen der Bremsscheibe zwischen der bewegbaren Bremsbacke 2 und der Gegenbremsbacke 3 betätigt wird. Die Mutter-Spindel-Einheit 11 des Linearantriebs 10 umfasst eine Spindel 13 mit einem Außengewinde und eine Mutter 14 mit einem Innengewinde zur Verschraubung mit dem Außengewinde der Spindel 13. In diesem Zusammenhang ist die Mutter-Spindel-Einheit 11 drehbar gelagert in dem Gehäuse 30 und mittels des Elektromotors 12 um ihre Längsachse 15 drehbar. Dabei ist die Mutter 14 zur Übertragung einer linearen Bewegung (also, eine Hubbewegung H) bei einer Rotation der Spindel 13 um ihre Drehachse 15 ausgebildet. In diesem Zusammenhang hat die Mutter 14 der Mutter-Spindel-Einheit 11 ein lateral hervorstehendes Ausgangselement 16 zum Übertragen der axialen Hubbewegung H der Mutter 14 in einer linearen Richtung 17 (also, parallel zur Längs- oder Drehachse 15 der Spindel 13) auf die Betätigungseinrichtung 20.
• Wie auch aus den 2 und 3 ersichtlich, umfasst die Betätigungseinrichtung 20 ein als Bremshebel ausgestalteten Betätigungselement 21, dessen Kopf 22 derart im Eingriff mit dem Ausgangselement 16 der Mutter-Spindel-Einheit 11 steht, dass die Hubbewegung H der Mutter 14 und damit des Ausgangselements 16 in der Richtung 17 eine Schwenkbewegung des Hebels 21 durch einen Winkel α um die Drehachse A erzeugt. Mit Hilfe des um die Achse A schwenkbaren Bremshebels 21 wird die Bremsbacke 2 über einen zwischengeschalteten Rampenmechanismus (nicht gezeigt) entlang der Verstellrichtung V verschoben, um die Bremsbacke 2 von ihrer Offenstellung zu ihrer Schließstellung zu bewegen. In dieser Hinsicht ist ein mit dem Bremshebel 21 operativ verbundener Rampenmechanismus zur Umsetzung einer Schwenkbewegung α des Bremshebels 21 in eine Axialbewegung der Bremsbacke 2 entlang der Verstellrichtung V ausgebildet. Hierzu ist der Bremshebel 21 mit Hilfe eines Axiallagers und des Rampensystems drehbar um die Achse A gelagert. Ferner kann eine zwischen dem Rampenmechanismus und der Bremsbacke 2 angeordnete Nachstelleinrichtung zum Nachstellen eines verschleißbedingten Fehlabstands der Bremsbacke zur Gegenbremsbacke im Gehäuse 30 untergebracht sein. Wenn die Mutter 14 und damit das Ausgangselement 16 durch die gedrehte Spindel 13 über die gesamte Hubbewegung H zurück zu der in 2 gezeigten Ausgangsposition bewegt wird, wird auch der Bremshebel 21 durch eine im Bremssattel 4 integrierte Zentrier- und Rückstellvorrichtung 6 mit Rückstellfederung 7 durch den Winkel α der Schwenkbewegung zu seiner in der 2 gezeigten Position – also, in die Stellung „Bremse offen“ – zurückgedrückt.
• Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, sind Linearantrieb 10 und Bremshebel 21 im Gehäuse 30 der Aktorik 1 untergebracht. Bezugnehmend auf die 5 ist das Gehäuse 30 ohne Betätigungseinrichtung 20, ohne Bremssattel 4 und Gegenbremsbacke 3 und ohne bewegbare Bremsbacke 2 dargestellt. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass das Gehäuse 30 zwei separate Lagerungen 31, 34 zum Aufnehmen und zur axialen Führung der bewegbaren Bremsbacke 2 und der Gegenbremsbacke 3 aufweist. Das heißt, die Bremsbacke 2 und die Gegenbremsbacke 3 sind separat am bzw. im Gehäuse 30 gelagert und geführt, so dass das Gehäuse 30 sowohl die Bremsbacke 2 als auch die Gegenbremsbacke 3 trägt und beim Bremsen abstützt.
• In dieser Hinsicht – und mit Bezug auf die 3 bis 6 – weist das Gehäuse 30 eine erste Lagerung 31, die zwei parallel angeordnete, von einander beabstandete zylindrische Aussparungen bzw. Bohrungen 32 zum Aufnehmen und zur axialen Führung der bewegbaren Bremsbacke 2 umfasst, und eine zweite Lagerung 34 auf, die ebenfalls zwei parallel angeordnete, von einander beabstandete zylindrische Aussparungen bzw. Bohrungen 35 zum Aufnehmen und zur axialen Führung der Gegenbremsbacke 3 umfasst. Hierbei weist die Bremsbacke 2 zwei Führungsstifte 8 auf, die in den jeweiligen Aussparungen 32 der ersten Lagerung 31 aufgenommen werden; genauer gesagt, in deren Führungsbuchsen 33. Auf ähnlicher Weise dienen auch zylindrisch gestaltete Verbindungsstücke 9 des Bremssattels 4 in den Aussparungen 35 der zweiten Lagerung 34 als Führungselemente, so dass keine extra Führungsstifte benötigt werden, wodurch die Teileanzahl der Bremse insgesamt auch reduziert werden kann. Das heißt, die Verbindungshülsen 9 des Schwimmsattels 4, mittels derer zwei Bolzen 36 eine Seitenplatte 38 mit der Gegenbremsbacke 3 verbinden bzw. verschrauben, sind in den zylindrischen Aussparungen 35 aufgenommen, sodass die Gegenbremsbacke 3 damit separat am Gehäuse 30 gelagert und geführt ist.
• Durch die separate Lagerung der beiden Bremsbackenhälften 2, 3 des Schwimmsattels 4 im Aktorgehäuse 30 besitzen sowohl die Bremsbacke 2 als auch die Gegenbremsbacke 3 eine eigene Führung im Gehäuse 30, wodurch die Bremskräfte von den beiden Bremsbacken 2, 3 direkt ins Gehäuse 30 geleitet werden, ohne die Verschraubung 36 des Bremssattels 4 zu belasten. Durch die separate Führung der Backenhälften 2, 3 im Gehäuse 30 wird auch die Gesamttoleranzkette im Schwimmsattel 4 für die Führung reduziert und dadurch die Führungsgenauigkeit erhöht. Mit anderen Worten ergibt sich eine genauere Sattelführung durch eine kleinere Toleranzkette. Ferner werden kleinere Führungsbuchsen im Gehäuse 30 durch reduzierte Kraft gebraucht.
• Bezugszeichenliste

1

Aktorik

2

Bremsbacke

3

Gegenbremsbacke

4

Bremssattel

5

Reibbelag

6

Zentrier- und Rückstellvorrichtung

7

Rückstellfederung

8

Führungsstift

9

Verbindungsstücke bzw. -hülsen

10

Linearantrieb

11

Mutter-Spindel-Einheit

12

Elektromotor

13

Spindel

14

Mutter

15

Längs- bzw. Spindelachse

16

Ausgangselement

17

Lineare Richtung

20

Betätigungseinrichtung

21

Betätigungselement bzw. Bremshebel

22

Hebelkopf

30

Gehäuse

31

erste Lagerung

32

Aussparung bzw. Bohrung

33

Führungsbuchse

34

zweite Lagerung

35

Aussparung bzw. Bohrung

36

Bolzen bzw. Verschraubung des Bremssattels

38

Seitenplatte

B

Bremsanlage bzw. Scheibenbremse

A

Drehachse des Hebels

V

Verstellrichtung

α

Schwenkbewegung bzw. Winkelverdrehung des Hebels

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 10148961 A1 [0002]

Claims (10)

1. Aktorik (1) zum Betätigen einer Scheibenbremse (B) mit einer bewegbaren Bremsbacke (2) zum Verpressen einer Bremsscheibe zwischen der Bremsbacke (2) und einer Gegenbremsbacke (3), die Aktorik (1) umfassend einen Linearantrieb (10) zum Erzeugen einer linearen Hubbewegung (H), ein Betätigungselement (21) zum Bewegen der Bremsbacke (2) zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung, wobei das Betätigungselement (21) relativ zur Bremsbacke (2) um eine Drehachse (A) schwenkbar und durch die Hubbewegung (H) des Linearantriebs (10) betrieben ist, und ein Gehäuse (30), in dem der Linearantrieb (10) und/oder das Betätigungselement (21) zumindest teilweise untergebracht sind, wobei das Gehäuse (30) separate Lagerungen (31, 34) zum Aufnehmen und zur axialen Führung der bewegbaren Bremsbacke (2) und der Gegenbremsbacke (3) aufweist.
2. Aktorik (1) nach Anspruch 1, wobei sowohl der Linearantrieb als auch das Betätigungselement im Gehäuse untergebracht sind.
3. Aktorik (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lagerungen (31, 34) zur axialen Führung der Bremsbacke (2) und der Gegenbremsbacke (3) unmittelbar am oder im Gehäuse (30) ausgebildet sind, so dass die beim Bremsen erzeugten Kräfte direkt in das Gehäuse (30) eingeleitet werden können.
4. Aktorik (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die separaten Lagerungen (31, 34) eine erste Lagerung (31) zum Aufnehmen und zur axialen Führung der bewegbaren Bremsbacke (2) und eine zweite Lagerung (34) zum Aufnehmen und zur axialen Führung der Gegenbremsbacke (3) umfasst.
5. Aktorik (1) nach Anspruch 4, wobei die erste Lagerung (31) zwei parallel angeordnete, von einander beabstandete Aussparungen (32) aufweist, und wobei die zweite Lagerung (34) ebenfalls zwei parallel angeordnete, von einander beabstandete Aussparungen (35) aufweist, wobei Führungsbuchsen (33) vorzugsweise in den Aussparungen (32, 35) der ersten und/oder zweiten Lagerungen (31, 34) vorgesehen sind.
6. Aktorik (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Linearantrieb (10) ein Ausgangselement (16) zum Übertragen der Hubbewegung (H) in einer linearen Richtung (17) aufweist, und wobei das Ausgangselement (16) des Linearantriebs (10) derart im Eingriff mit dem Betätigungselement (21) steht, dass die Hubbewegung (H) des Ausgangselements (16) eine Schwenkbewegung (α) des Betätigungselements (21) um die Drehachse (A) erzeugt, um die Bremsbacke (2) von ihrer Offenstellung zu ihrer Schließstellung zu bewegen.
7. Aktorik (1) einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend ein mit dem Betätigungselement (21) operativ verbundenes Übertragungssystem zur Umsetzung der Schwenkbewegung (α) des Betätigungselements (21) in eine Axialbewegung der Bremsbacke (2), wobei das Übertragungssystem insbesondere als Rampenmechanismus ausgebildet und im Gehäuse (30) untergebracht ist.
8. Aktorik (1) nach Anspruch 7, ferner umfassend eine zwischen dem Rampenmechanismus und der Bremsbacke (2) angeordnete Nachstelleinrichtung zum Nachstellen eines verschleißbedingten Fehlabstands der Bremsbacke (2) zur Gegenbremsbacke (3), wobei die Nachstelleinrichtung ebenfalls im Gehäuse (30) untergebracht ist.
9. Scheibenbremse (B) mit einer Bremsbacke (2), einer insbesondere an einem Bremssattel (4) montierten Gegenbremsbacke (3) und einer Aktorik (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Betätigung der Scheibenbremse (B), wobei die Bremsbacke (2) beweglich zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung sowie die Gegenbremsbacke (3) am oder im Gehäuse (30) der Aktorik (1) separat gelagert und geführt sind.
10. Antriebsstrang für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, einem mit der Antriebswelle über ein Planetengetriebe verbindbaren Riemenscheibe eines Riementriebs zum Antrieb von Nebenaggregaten und einer Scheibenbremse (B) nach Anspruch 9 zum Bremsen eines Teils des Planetengetriebes, insbesondere eines Hohlrads des Planetengetriebes, zur Variation eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebswelle und der Riemenscheibe.

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