DE102014223021A1

DE102014223021A1 - Kugelgewindetrieb und kombinierte Fahrzeugbremse mit diesem Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102014223021A1
Application number: DE102014223021.7A
Authority: DE
Inventors: Stefanie Oeder; Bernhard Wiesneth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Kugelgewindetrieb (1a), mit einer auf einer Gewindespindel (2) angeordneten Gewindemutter (3), mit Kugeln (4), die in einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen, von der Gewindespindel (2) und der Gewindemutter (3) gebildeten Gewindegang angeordnet sind, wobei die Kugeln (4) zwischen zwei Anschlägen (23, 24) im Gewindegang begrenzt beweglich angeordnet sind, wobei ein Federelement (10) zwischen den Kugeln (4) und einem Anschlag (23) angeordnet ist und bei einem lastfreien Betätigen des Getriebes (1) ein Rutschen der Kugel (4) ermöglicht und bei einem Betätigen des Kugelgewindetriebes (1a) unter Last ein Abrollen der Kugel (4) bewirkt und wobei zwischen zwei einander benachbarten Kugeln (4) mindestens einen starren Trennkörper (25) vorgesehen ist, das die Reibkraft zwischen den Kugeln (4) untereinander beim Betätigen des Getriebes (1) reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb und kombinierte Fahrzeugbremse mit diesem Kugelgewindetrieb.
Aus WO09053359 A1 ist ein Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Die die Kugelkette trennenden Zwischenfederelemente können unter Belastung durch die anliegenden Kugeln ausgelenkt werden und die Reibung der Kugelkette im Kugelgewindetrieb unerwünscht erhöhen. Aufgabe war es, einen Kugelgewindetrieb und kombinierte Fahrzeugbremse mit diesem Kugelgewindetrieb anzugeben, bei denen dieser Nachteil vermieden ist.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Kugelgewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer Fahrzeugbremse mit hydraulisch betätigbarer Betriebsbremse und elektromechanisch betätigbarer Feststellbremse und
2 einen in der Fahrzeugbremse nach 1 einsetzbaren Kugelgewindetrieb zur Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung.
Die in 1 dargestellte hydraulische Fahrzeugbremse weist einerseits eine hydraulisch betaetigbare Betriebsbremse und andererseits eine elektromechanisch betaetigbare Feststellbremse auf. Die Fahrzeugbremse ist im gezeigten Beispiel als Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgeführt, deren durch eine hydraulische Betätigung hervorgerufene Funktion dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann wohlbekannt ist und deswegen nicht näher erläutert zu werden braucht. Der Betätigung der Feststellbremse dient ein elektromechanischer Aktuator 7 bzw. Elektromotor 7, der zusammen mit einem zweistufigen Getriebe, der erforderlichen Sensorik sowie einer elektronischen Steuereinheit 22 in einem Antriebsmodul 21 integriert ist. Die oben erwähnte Fahrzeugbremse weist weiterhin ein Bremsgehäuse bzw. einen Bremssattel 20 auf, welcher den äußeren Rand einer nicht dargestellten Bremsscheibe und zwei auf beiden Seiten der Bremsscheibe angeordnete Bremsbeläge 26, 27 umgreift. Das Bremsgehäuse 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 Kolbenlängsachse A zur Bremsscheibe hin verschiebt. Dadurch wird der dem Bremskolben 5 zugewandte Bremsbelag 27 gegen die Bremsscheibe gedrückt, wobei als Reaktion das Bremsgehäuse 20 sich in der entgegen gesetzten Richtung verschiebt und dadurch auch den anderen Bremsbelag 26 gegen die Bremsscheibe drückt.
Wie bereits erwähnt wurde, ist eine Feststellbremsvorrichtung zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen elektromechanisch betaetigbar und wirkt ebenfalls auf den Bremskolben 5. Dazu ist ein Getriebe 1 vorgesehen, das die Rotationsbewegung des elektromechanischen Aktuators 7 bzw. Elektromotors 7 in eine Translationsbewegung umsetzt und eine Betätigung des Bremskolbens 5 entlang der Achse A bewirkt. Das Getriebe 1 wird auch als Kugelgewindetrieb 1a bezeichnet.
Das Getriebe 1 wird im Wesentlichen durch eine Gewindespindel 2 und eine Gewindemutter 3 gebildet, die über Kugeln 4 miteinander in Verbindung stehen. Die Kugeln 4 sind als Kugeln ausgebildet. Ein mit der Gewindespindel 2 verbundener Schaft 17 ragt an der der Bremsscheibe abgewandten Seite aus dem Bremsgehäuse 20 heraus und wird unter Zwischenschaltung eines zweistufigen Untersetzungsgetriebes von dem vorhin erwähnten elektromechanischen Aktuator 7 angetrieben. Dabei sind Mittel zum Abdichten des Betriebsdruckraums 6 in der Bohrung des Bremsgehäuses 20, durch die der Schaft 17 ragt, vorgesehen. Die auf die Gewindespindel 2 übertragene Rotationsbewegung wird über die Kugeln 4, die sich im Gewindegang zwischen Gewindespindel 2 und Gewindemutter 3 befinden, auf die Gewindemutter 3 übertragen, die eine Translationsbewegung in Richtung der Achse.
A vollzieht. Dadurch wird auch der Bremskolben 5 betätigt, an dem sich die Gewindemutter 3 abstützt. Gleichzeitig wird die Gewindespindel 2 von einer Stufenbohrung 30 im Bremsgehäuse 20 aufgenommen und stützt sich über einen mit der Spindel 2 verbundenen Kragen 19 und ein Axiallager 18 am Bremsgehäuse 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 Feststellbremsvorganges verantwortlich.
Beim Lösen der Feststellbremsvorrichtung wird der Elektromotor 7 entsprechend in der Gegenrichtung betrieben und die Gewindemutter 3 und damit auch der Bremskolben 5 vollziehen eine Bewegung in der Zeichnung nach rechts. Die Bremsbeläge 26, 27 sind nicht mehr mit der Bremsscheibe in Kontakt und der Feststellbremsvorgang ist beendet.
Der vorhin erwähnte Elektromotor 7 und das zweistufige Getriebe werden von einem zum Antriebsmodul 21 gehörenden Gehäuse 28 aufgenommen, das mit einem Gehäusedeckel 28a verschließbar ist. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das zweistufige Getriebe als Schneckengetriebe 11, 12 ausgebildet. Schneckengetriebe sind eine Kategorie der Schraubwälzgetriebe, bei denen im Gegensatz zu den Wälzgetrieben auch ein Gleitanteil in der Bewegung vorhanden ist. Aufgebaut ist ein solches Schneckengetriebe aus einem schraubenförmig verzahnten Rad, einer Schnecke, und einem darin kämmenden schrägverzahnten Rad, dem Schneckenrad.
Die erste Getriebestufe, das heißt das erste Schneckengetriebe 11, ist eingangsseitig mit der Ausgangswelle 8 des Elektromotors 7 verbunden, während die zweite Getriebestufe, das heißt das zweite Schneckengetriebe 12, ausgangsseitig mit dem Schaft 17 bzw. mit dem Getriebe 1 bzw. 2, 3 verbunden ist. Wie es dargestellt ist, ist eine erste Schnecke 13 auf die Ausgangswelle 8 des Elektromotors 7 aufgesteckt und kaemmt ein erstes Schneckenrad 14. Auf das Drehzentrum des ersten Schneckenrads 14 ist eine zweite Schnecke 15 aufgesteckt und wird von diesem in Rotation versetzt. Die zweite Schnecke 15 wiederum kämmt ein zweites Schneckenrad 16, das drehfest mit dem Schaft 17 verbunden ist und den Schaft 17 gemeinsam mit dem Getriebe 1 in Rotation versetzt und dabei eine translatorische Bewegung des Bremskolbens 5 erzeugt. Damit die auf diese Weise eingestellte Zuspannkraft während eines Feststellbremsvorganges erhalten bleibt, ist das zweite Schneckengetriebe 12 selbsthemmend ausgeführt.
Bei einer Betätigung des Getriebes 1 unter Last rollen die Kugel 4 im Gewindegang ab. Dadurch wird ein verhältnismäßig hoher Wirkungsgrad von 85 Prozent bis 95 Prozent erreicht, bzw. bei Berücksichtigung der Reibungsverluste am Axiallager 18 75 percent bis 85 percent. Bei einem lastfreien Betätigen des Getriebes 1 rutschen die Kugel 4 dagegen, d.h. bis der dem Bremskolben 5 zugeordnete Bremsbelag 34 an der nicht dargestellten Bremsscheibe anliegt, rutschen die Kugeln 4, weil es sich hierbei um eine nahezu lastfreie Betätigung handelt. Erst unter Last beginnen die Kugeln 4 zu wälzen bzw. abzurollen. Das Getriebe 1 wirkt also gleichzeitig als Nachstellung falls die Bremsbeläge 26, 27 verschlissen sind. Der Verzicht auf eine separate Nachstelleinrichtung bzw. die Integration von Nachstelleinrichtung und Betätigungseinrichtung in ein einziges Bauteil ist besonders kostengünstig und gleichzeitig robust. Damit das Abrollen der Kugeln 4 unter Last und das Rutschen bei lastfreier Betätigung des Getriebes 1 stets möglich ist, ist ein Federelement 10 vorgesehen, das einen Wälzweg zum Abrollen der Kugeln 4 vorhält. Dabei kann es jedoch vorkommen, dass die Kugeln 4 gegeneinander gedrückt werden und beim Abrollen aneinander reiben. Die Reibung zwischen den Kugeln 4 untereinander verschlechtert den Wirkungsgrad des Getriebes 1, sodass Trennkörper 25 zwischen den Kugeln 4 angeordnet sind, die den Anpressdruck zwischen den Kugeln 4 verringern und somit die Reibkraft zwischen den Kugeln 4 reduziert. Je mehr Kugel 4 im Getriebe 1 verwendet werden, umso mehr Trennkörper 25 werden eingesetzt, sodass das Verhältnis der Anzahl der Kugel 4 zur Anzahl der Trennkörper 25 konstant ist.
Die Anzahl und Lage der Trennkörper 25 kann variiert werden, um die Reibung zwischen den Kugeln 4 effektiv zu reduzieren. Bei der in 2 dargestellten Ausführung sind die Trennkörper 25 gleichmäßig zwischen den Kugeln 4 verteilt, d.h. nach einer vorab bestimmten Anzahl von Kugeln 4 wird der nächste Trennkörper 25 angeordnet. Durch diese Maßnahme wird eine gleichmäßige Reduzierung der Reibkraft zwischen den Kugeln (4) untereinander realisiert.
Die Zwischenfederelemente sind, wie in 2 dargestellt, durch Schraubendruckfedern gebildet. Es sind aber auch beispielsweise Elastomerfedern denkbar.
Die Kugeln 4 sind zwischen zwei Anschlägen 23, 24 im Gewindegang begrenzt beweglich angeordnet, wobei das vorhin genannte Federelement 10 zum Vorhalten einer Wälzweges für die Kugeln 4 zwischen den Kugeln und dem ersten Anschlag 23 angeordnet ist. Der erste Anschlag 23 weist daher eine Auflagefläche für das Federelement 10 auf. Ein zweites, nicht dargestelltes Federelement ist zwischen den Kugeln 4 und dem anderen Anschlag 24 angeordnet und dient als sogenannte Vordruckfeder. Diese Vordruckfeder stützt sich am zweiten Anschlag 24 ab, der eine Anschlagfläche für das nicht dargestellte Vordruckfederelement aufweist. Beide Anschläge 23, 24 sind kraftschlüssig mit der Gewindemutter 3 verbunden oder einteilig mit der Gewindemutter 3 ausgebildet.
Durch das Aufnehmen von Trennkörpern 25 zwischen den Kugeln 4 wird also die Reibung zwischen den Kugeln 4 untereinander reduziert und damit der Wirkungsgrad des Getriebes 1 verbessert und gleichzeitig der Verschleiß der Kugel 4 minimiert. Diese Trennkörper sind aus einem nichtelastischen Kunststoff gebildet, so dass ein unerwünschtes Ausknicken des Trennkörpers und ein reibungserhöhender Kontakt des Trennkörpers mit der Gewindespindel und / oder der Gewindespindel vermieden ist.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: Gewindespindel
3: Gewindemutter
4: Kugel
5: Bremskolben
6: hydraulischer Betriebsdruckraum
7: elektromechanischer Aktuator
8: Ausgangswelle
9: Bremszylinder
10: Federelement
11: erstes Schneckengetriebe
12: zweites Schneckengetriebe
13: erste Schnecke
14: erstes Schneckenrad
15: zweite Schnecke
16: zweites Schneckenrad
17: Schaft
18: Axiallager
19: Kragen
20: Bremssattel
21: Antriebsmodul
22: Steuereinheit
23: erster Anschlag
24: zweiter Anschlag
25: Trennkörper
26: Bremsbelag
27: Bremsbelag
28: Gehäuse
28a: Gehäusedeckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 09053359 A1 [0002]

Claims

Kugelgewindetrieb (1a), mit einer auf einer Gewindespindel (2) angeordneten Gewindemutter (3), mit Kugeln (4), die in einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen, von der Gewindespindel (2) und der Gewindemutter (3) gebildeten Gewindegang angeordnet sind, wobei die Kugeln (4) zwischen zwei Anschlägen (23, 24) im Gewindegang begrenzt beweglich angeordnet sind, wobei ein Federelement (10) zwischen den Kugeln (4) und einem Anschlag (23) angeordnet ist und bei einem lastfreien Betätigen des Getriebes (1) ein Rutschen der Kugel (4) ermöglicht und bei einem Betätigen des Kugelgewindetriebes (1a) unter Last ein Abrollen der Kugel (4) bewirkt und wobei zwischen zwei einander benachbarten Kugeln (4) mindestens einen starren Trennkörper (25) vorgesehen ist, das die Reibkraft zwischen den Kugeln (4) untereinander beim Betätigen des Getriebes (1) reduziert.
Kugelgewindetrieb (1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Federelement vorgesehen ist, das zwischen den Kugeln (4) und dem anderen Anschlag (24) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb (1a) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Anzahl der Kugel (4) zur Anzahl der Trennkörper (25) konstant ist.
Kugelgewindetrieb (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkörper (25) gleichmäßig zwischen den Kugeln (4) verteilt sind, um eine gleichmäßige Reduzierung der Reibkraft zwischen den Kugeln (4) untereinander zu realisieren.
Kombinierte Fahrzeugbremse Kugelgewindetrieb (1a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkörper (25) als Trennkugeln ausgebildet sind, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kugeln ist.
Kugelgewindetrieb (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, die starren Trennkörper (25) aus Kunststoff gebildet sind
Kombinierte Fahrzeugbremse mit einem Kugelgewindetrieb (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die eine hydraulisch betaetigbare Betriebsbremse und eine elektromechanisch betaetigbare Feststellbremsvorrichtung aufweist, wobei in einem Bremsgehäuse (20) ein hydraulischer Betriebsdruckraum (6) von einem Bremskolben (5) begrenzt ist, der zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben (5) zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse (A) betaetigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben (5) mittels eines Kugelgewindetriebes (1) wirkt, indem das Kugelgewindetriebe (1) die Rotationsbewegung eines elektromechanischen Aktuators (7) in eine Translationsbewegung umsetzt und eine Betätigung des Bremskolbens (5) zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen bewirkt und in der betätigten Stellung hält.