DE102015213866B3

DE102015213866B3 - Feststell-Scheibenbremssattel

Info

Publication number: DE102015213866B3
Application number: DE102015213866.6A
Authority: DE
Inventors: Ulrike Kurze; Elmar Schöps
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2035-07-23

Abstract

Ein Feststell-Scheibenbremssattel ohne hydraulische Betätigungsmittel und ohne Betriebsbremsmittel umfasst eine Baugruppe mit einem Aktuatorgehäuse 3 und mit einer elektromechanischen Stelleinheit 4 die eine Elektromotor-Getriebe-Baugruppe 5 beinhaltet. Es besteht die Aufgabe, eine effizient verbesserte by-wire-Aktuatorik zur Feststellung von Kraftfahrzeugen vorzulegen, die besser an Kundenbedürfnisse angepasst ist, und vereinfacht darstellbar ist. Die Aufgabe wird durch einen selbständigen Feststellbrems-Scheibenbremssattel gelöst wobei das Betätigungselement 13 mit einem stromlos selbsthemmend ausgebildeten Untersetzungsgetriebe kooperiert, und wobei das Betätigungselement 13 als verschiebbar im Aktuatorgehäuse 3 geführt aufgenommene Wand mit einem Boden 16 und mit einer Wandung 17 ausgebildet ist, die gemeinsam mit einem elastisch eingespannten Dichtungselement 18 in dem Aktuatorgehäuse 3 einen drucklosen Fluidbehälter 15 begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radbremse in Gestalt von einem Feststell-Scheibenbremssattel. Kombinierte durch Fremdkraft by-wire betätigbare Scheibenbremssättel welche eine Betriebs- und auch eine Feststellfunktion ausführen sind bekannt. Die Erfindung geht aus von einem Feststell-Scheibenbremssattel mit den Merkmalen vom Oberbegriff vom Patentanspruch 1, wie er aus der DE 10 2011 102 860 A1 hervorgeht. Dieser rein elektrisch betreibbare Feststell-Scheibenbremssattel erfordert für die Feststellfunktion eine zusätzliche Schlingfederkupplung.
Bekannte integrierte Stelleinheiten umfassen eine elektrische Schnittstelle für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, mit einem Aktuatorgehäuse in dem zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkende Reibbeläge begrenzt verschiebbar angeordnet sind, wobei einer der Reibbeläge mittels eines Betätigungselementes durch die Stelleinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Aktuatorgehäuse aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Stelleinheit aus einem Elektromotor, einem wirkungsmäßig zwischen dem Elektromotor und dem Betätigungselement angeordneten ersten Untersetzungsgetriebe sowie einem zwischen dem Elektromotor und einem Teil des ersten Untersetzungsgetriebes angeordneten zweiten Untersetzungsgetriebe besteht, und wobei die Stelleinheit über die Schnittstelle mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist, die insbesondere mit einem zugeordneten Taster oder Schalter der Ansteuerung der Stelleinheit dient.
Eine elektrisch fremdbetätigt by-wire also entkoppelt angesteuerte Radbremse vom Scheibenbremstyp ist aus der US 4,809,824 A bekannt. Deren elektromechanische Stelleinheit erfüllt eine Betriebsbremsfunktion und eine Feststellbremsfunktion in kombinierter Art und Weise. Dadurch sind hydraulische Hochdruckanschlüsse sowie hydraulisch betätigte Kolben rationalisiert. Die bekannte elektromechanische Stelleinheit ist mit entsprechendem Aufwand verbunden, weil unter anderem drei elektrische Peripherieschnittstellen zwecks Steuerung und/oder Regelung sämtlicher Funktionen erforderlich sind. Zudem ist die Bremse stromlos offen gestaltet.
Die DE 196 01 983 C1 beschreibt ein elektrisches Betriebsbremssystem mit integrierter Feststellbremsfunktion, so dass Gewicht, Wartungsaufwand und Komplexität reduziert ist.
Zur Ausbildung einer einfach aufgebauten, dauerhaft stromlos selbsthemmenden, Feststellbremseinrichtung ist bei einer elektromotorisch betätigbaren sowie grundsätzlich stromlos offen gestalteten Radbremse nach der DE 197 50 420 A1 eine Stelleinheit mit einem Gehäuse und mit einem Deckel für ein gesondertes Klinkenrad mit mehreren Sperrklingen sowie für einen motorischen Sperrklinkenantrieb einschließlich einer zusätzlichen, gesonderten, Schnittstelle dafür erforderlich.
Eine Stelleinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach der DE 10 2004 012 355 A1 umfasst eine einzige elektrische Schnittstelle in Form von einem Flansch zwischen Elektromotor und Getriebegehäuse einschließlich integrierter elektronischer Steuereinheit. Irgendeine Feststellbremsfunktion oder Einrichtung ist jedoch nicht ersichtlich.
Aus der DE 10 2006 025 704 B3 geht eine spezielle by-wire Parkbremsstelleinheit zur Seilzugbetätigung (Cable-Puller) für zwei Radbremsen hervor. Zwecks Effizienzsteigerung verfügt mindestens ein Teil von der Seilzugkraftübertragungseinrichtung über eine Kammer die mit einer fluiddichten Umhüllung umgeben ist, und wobei die Kammer mit Schmierstoff gefüllt ist, so dass Reibungs- und Alterungsverluste innerhalb der Stelleinheit minimiert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte by-wire-Feststellbremsanlage für eine elektromechanisch betätigbare Radbremse vom Scheibenbremstyp vorzulegen, die besser an Kundenbedürfnisse angepasst ist, vereinfacht darstellbar ist, und wobei die Nachteile vom vorbekannten Stand der Technik in besonders effizienter und auch wartungsfreundlicher Art und Weise vermieden sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Betätigungselement mit einem stromlos selbsthemmend ausgebildeten Untersetzungsgetriebe kooperiert, und wobei der Fluidbehälter mit einer verschließbaren Wartungsöffnung versehen ist, um eine Fluidergänzung und/oder einen Fluidaustausch zu gestatten. Dadurch ist eine Fluidergänzung oder auch ein Fluidwechsel gestattet, ohne das Betätigungselement/die Wand entfernen zu müssen.
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Teilbelagscheibenbremse mit rationalisierten Schnittstellen zur Peripherie sowie mit ausschließlicher Konzentration auf die Feststellbremsfunktion vorgeschlagen (Stand-Alone-Feststellbremse), wobei zugleich verbesserte rückstellende Eigenschaften ermöglicht sind, ohne auf eine stromlos gehemmte Feststellbremsbetätigung zu verzichten. Planmäßig ist lediglich eine elektrische Schnittstelle an der elektromechanisch betätigbaren Feststellbremsscheibenbremse notwendig, die jedoch nebenbei über den Vorteil von wesentlich verbesserten Löseeigenschaften verfügt, nachdem das Betätigungselement über das Dichtungselement stromlos rückstellbar im Aktuatorgehäuse gelagert ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass einige erprobte und bewährte Komponenten von hydraulischen Scheibenbremsen gewissermaßen zweckentfremdet, d. h. effizient umgenutzt werden können, ohne dass eine vollständige Neukonstruktion für sämtliche Bauteile erforderlich wäre.
Indem die Erfindung für die Feststellbremsfunktion eine eigene selbständige Bremsaktuatorik vorschlägt, wird den bekannten synergistischen Ansätzen eine Absage erteilt. Denn die zweckgerichtete Spezifikation erlaubt eine rationalisierte Konstruktion der Feststellbremsvorrichtung, wobei durch die Priorisierung auch Abstand von der herkömmlichen Bauweise der kombiniert betätigbaren elektromechanischen Feststellbremsen genommen wird. Mit besonderem Vorteil wird Automobilkunden zudem eine wegweisende Systemvereinfachung eingeräumt, nachdem insbesondere die Fertigungstiefe beim Fahrzeughersteller unmittelbar reduziert ist, weil beispielsweise eine Infrastruktur für eine Druckmittelbefüllung und/oder Druckmittelentlüftung bei Fahrzeughersteller entfällt.
Wenn zwecks hermetischer Abdichtung vom Betätigungselement ein elastisch reversibel deformierter O-Ring in einer Nut einer Bohrung im Aktuatorgehäuse aufgenommen ist, und der O-Ring an einer weitgehend glatten Napfaußenwandung aufsitzt, können Rückstellkräfte auf das Betätigungselement übertragen werden. Restbremsmoment ist reduziert.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist dem Dichtungselement in Richtung Umgebungsatmosphäre eine Staubschutzmanschette mit einem Rollbalg vorgeschaltet, welche einerseits in einer Aufnahme am Aktuatorgehäuse fest aufgenommen ist, und andererseits innen in eine Radialnut der Wandung eingeknöpft ist.
Im Bereich einer mechanischen Schnittstelle zwischen dem Fluidbehälter vom Aktuatorgehäuse und der Stelleinheit ist ein, einen Spalt fluiddicht versperrender, O-Ring so eingefügt, das das Fluid stets sicher in dem Fluidbehälter gehalten ist, ohne in den Elektromotor eintreten zu können. Mit anderen Worten ist es alternativ möglich, den Fluidbehälter über den Bereich der Untersetzungsgetriebe auszudehnen, mit dem vorteilhaften Ergebnis, dass das Untersetzungsgetriebe fluidisch geschmiert sein kann.
In zusätzlicher Abwandlung der Erfindung kann ein Druckausgleich für Verdrängungsbewegung ermöglicht sein. Beispiels-weise ist der Fluidbehälter flüssigkeitsdicht aber gasdurchlässig mittelbar oder unmittelbar mit der Umgebungsatmospäre verbunden, um die Effizienz der Bremse beim Ein- und Ausfahren des Betätigungselementes weiter zu steigern. In bauraumsparender Weiterbildung bietet sich ein Kanal an, welcher die Umgebungsatmospäre mit dem Fluidbehälter verbindet, und wobei in diesen Kanal eine gasdurchlässige sowie flüssigkeitsdichte Membran eingefügt ist. Beispielsweise ist die Membran mit einem Sitz am Aktuatorgehäuse oder am Gehäuse der Stelleinheit fixiert.
Vorteilhafter Weise umfasst das Fluid wenigstens einen aktiven Wirkstoffbestandteil zur Pflege elastomerer Dichtungswerkstoffe, um ein Verkleben, nachlassende Dichtungswirkung oder ähnliche Nachteile über die Betriebsdauer der Betätigungsvorrichtung zu vermeiden.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 Explosionszeichnung vom Feststell-Scheibenbremssattel,
2 Explosionszeichnung zur Darlegung von Einzelheiten im und am Aktuatorgehäuse, und
3 Schnitt längs der Achse A in 1.
Eine elektromechanisch by-wire fremdbetätigbare Feststell-Kraftfahrzeugteilbelagscheibenbremse 1 vom Faustsatteltyp um-fasst eine Betätigungseinheit 2 mit Aktuatorgehäuse 3 und Stelleinheit 4 enthaltend Elektromotor-Getriebe-Baugruppe 5 zur axial gerichteten Bremsbetätigung unter axialer Beaufschlagung von zwei Reibbelägen 6, 7 in Richtung Reibflächen eines rotierenden Reibrings (Bremsscheibe) 8. Das Aktuatorgehäuse (Bremsssattelgehäuse) 3 ist an einem fahrzeugfest gelagerten Halter 9 axial verschiebbar geführt angeordnet. Aufgeprägte Bremskräfte werden über den Halter 9 in das Fahrzeug eingeleitet. Am Aktuatorgehäuse 3 ist die elektromechanische Stelleinheit 4 austauschbar angeflanscht. Die Stelleinheit 4 ist als Elektromotor-Getriebe-Baueinheit 5 mit einer elektrischen Schnittstelle 10 in Richtung Steuereinheit (ECU) 11 aufgebaut und verkörpert den elektromechanischen Antriebsstrang. Neben dem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor sind dabei mehrere Getriebestufen, darunter auch ein Wandler 12 zur Wandlung einer rotatorischen Antriebsdrehbewegung in eine translatorische Abtriebsbewegung vom Betätigungselement 13 vorgesehen. Bevorzugt ist der Wandler 12 als Gewindegetriebe, insbesondere als Wälzkörpergewindegetriebe, zwecks Bauraumgewinn ohne Wälzkörperumlauf, ausgebildet. Der Antriebs-Getriebestrang ist stromlos selbsthemmend ausgebildet, damit die aktivierte Parkbremsfunktion stromlos aufrechterhalten werden kann. Dies erfolgt bevorzugt anhand einer eingefügten Schneckenradstufe mit entsprechend dimensioniertem Reibkegel.
Das Aktuatorgehäuse 3 verfügt vorzugsweise über ein rohrförmig, endseitig offen, gebohrtes Gehäuse welches gießtechnisch urgeformt ist, und die Aufnahmebohrung 14 zur verschiebbaren Aufnahme und Führung vom Betätigungselement 13 als quasidrucklos verschiebbare Wandung sowie zur Ausbildung von dem abgeschlossenen Fluidbehälter 15 beinhaltet. Der Fluidbehälter 15 ist als flüssigkeitsdicht abgeschlossen gestalteter, fluidgefüllter Raum ausgebildet, welcher einerseits von dem Betätigungselement 13 und andererseits von der angeflanschten Stelleinheit 4 begrenzt ist. Dabei hat die fluidische Füllung des ausgebildeten Reservoirs keinerlei druckkraftübertragende Funktion sondern dient primär der Schmierung sowie dem Korrosionsschutz als auch der Erhaltung (Elastizität) der beteiligten Elastomerteile, wie insbesondere der Pflege der beteiligten O-Ringe aus elastomerem Werkstoff.
Das Betätigungselement 13 hat Napfform und verfügt über einen kreisförmigen Boden 16 und eine anschließende zylindrische Wandung 17. Die glatte zylindrische Wandung 17 ist von dem Dichtungselement 18 radial elastisch beaufschlagt. Das Dichtungselement 18 ist in einer Nut 19 vom Aktautorgehäuse 3 ortsfest aufgenommen. Das Betätigungselement 13 wird über den Getriebeantriebsstrang direkt translatorisch mit der auszuführenden Stellbewegung in Relation zum Aktuatorgehäuse 3 verlagert. Zur Abdichtung vom Fluidbehälter 15 können zusätzlich weitere Dichtungselemente vorgesehen sein. Deren Platzierung ist vorzugsweise zur gegenseitig elastischen Versperrung von Spalten zwischen Fluidbehälter 15, Betätigungselement 13, Aktuatorgehäuse 3 und Umgebungsatmosphäre U. Dem Dichtungselement 18 kann zwischen Aktuatorgehäuse 3 und Betätigungselement 13 eine Schutzkappe 20 mit einer elastisch-rollbalgartigen Membran vorgeschaltet sein. Außen ist die Schutzkappe 20 in einer Aufnahme 27 vom Aktuatorgehäuse 3 fixiert. Radial innen ist die Schutzkappe 20 mit einem Wulst 21 in eine Radialnut 22 der Wandung 17 eingeknöpft. Damit ist der Fluidbehälter 15 reibringseitig vollständig hermetisch dicht vorgesehen. Eine mechanische Schnittstelle 28 zwischen Aktuatorgehäuse 3 und Stelleinheit ist gleichfalls fluidisch abgedichtet vorgesehen. Dazu ist ein Spalt zwischen Aktuatorgehäuse 3 und Stelleinheit 4 durch einen gesonderten O-Ring 29 versperrt. Also ist das Flüssigkeitsreservoir vollständig innerhalb der Radbremse eingeschlossen, gekapselt und das Betätigungselement 13 dient als verschiebbare Wandung zur entsprechend druckfreien Begrenzung des Flüssigkeitsbehälters 15. Zu Wartungszwecken kann am Aktuatorgehäuse 3 eine verschließbare Wartungsöffnung 30 angebracht sein, die es erlaubt, das Fluid in der Fluidkammer 15 auszutauschen oder zu ergänzen.
Zur Vermeidung unnötiger Verdrängungsverluste also zum Druckausgleich vom Fluidbehälter 15 kann dieser bauraumsparend mittelbar oder unmittelbar über eine flüssigkeitsdichte Kanalverbindung 23 an die Umgebungsatmosphäre U angeschlossen sein. Dadurch ist Flüssigkeitsaustritt verhindert. Eine entsprechend flüssigkeitsdichte und gasdurchlässige Membran 24 kann mit einem Sitz 25 im Aktuatorgehäuse 3 oder in der Stelleinheit 4 integriert sein. Alternativ ist es möglich, im Fluidbehälter 15 eine Elastizität vorzusehen, oder die Fluidfüllung kompressibel auszubilden. In weiterer Alternative erfolgt ein Druckausgleich über die elektrische Schnittstelle 10 und die elektrische Verbindungsleitung 26 in Richtung ECU 11.
Das Fluid im Fluidbehälter 15 der Radbremse kann jeweils unabhängig voneinander oder aber in beliebiger Kombination chemisch funktionelle Bestandteile enthalten. In diese Zusammenhang ist es sinnvoll, ein Konservierungsmittel, einen Schaumverhinderer, einen Korrosionsinhibitor und eine Kombination der beschriebenen Bestandteile zur Pflege der benetzten Bauteile und Komponenten der Kraftfahrzeugteilbelagscheibenbremse vorzusehen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbremssystem kann zwecks Wahrnehmung der Feststellbremsfunkton die erfindungsgemäßen Feststell-Scheibenbremssättel aufweisen, während die notwendige Betriebsbremsfunktion durch gesondert dazu vorgesehene sowie elektromechanisch oder elektrohydraulisch betätigbare Radbremsvorrichtungen wahrgenommen wird. Im Ergebnis wird ein einfach installierbares Bremssystem bei günstiger Schnittstellenverteilung erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeugteilbelagscheibenbremse
2: Betätigungseinheit
3: Aktuatorgehäuse
4: Stelleinheit
5: Elektromotor-Getriebe-Einheit (MGU)
6: Reibbelag
7: Reibbelag
8: Reibring
9: Halter
10: (elektrische) Schnittstelle
11: elektronische Steuereinheit (ECU)
12: Wandler
13: Betätigungselement
14: Aufnahmebohrung
15: Fluidbehälter
16: Boden
17: Wandung
18: Dichtungselement
19: Nut
20: Schutzkappe
21: Wulst
22: Radialnut
23: Kanal
24: Membran
25: Sitz
26: Verbindungsleitung
27: Aufnahme
28: (mechanische) Schnittstelle
29: O-Ring
30: Wartungsöffnung
A: Achse
Ax: axialrichtung
R: Radialrichtung
U: Umgebungsatmosphäre

Claims

Feststell-Scheibenbremssattel der rein elektromechanisch durch Fremdkraft by-wire betätigt ist, ohne hydraulische Betätigungsmittel, umfassend eine Baugruppe mit einem Aktuatorgehäuse (3) und mit einer elektromechanischen Stelleinheit (4) die eine Elektromotor-Getriebe-Baugruppe (5) beinhaltet, und zur Fremdbetätigung von einem Betätigungselement (13) dient, das Betätigungselement (13) als verschiebbar im Aktuatorgehäuse (3) geführt aufgenommene Wand mit einem Boden (16) und mit einer Wandung (17) ausgebildet ist, die gemeinsam mit einem elastisch eingespannten Dichtungselement (18) in dem Aktuatorgehäuse (3) einen Fluidbehälter (15) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (13) mit einem stromlos selbsthemmend ausgebildeten Untersetzungsgetriebe kooperiert, und wobei der Fluidbehälter (15) mit einer verschließbaren Wartungsöffnung (30) versehen ist, um eine Fluidergänzung und/oder einen Fluidaustausch zu gestatten.
Feststell-Scheibenbremssattel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch reversibel deformiert eingespannte Dichtungselement (18) in einer Nut (19) einer Aufnahmebohrung (14) im Aktuatorgehäuse (3) aufgenommen ist, und dass das Dichtungselement (18) auf der glatten Wandung (17) radial aufsitzt.
Feststell-Scheibenbremssattel nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtungselement (18) in Richtung Umgebungsatmospäre (U) eine Schutzkappe (20) mit einem Rollbalg vorgeschaltet ist, welche einerseits in einer Aufnahme (27) fest am Aktuatorgehäuse (3) aufgenommen ist, und andererseits in die Nut (22) der Wandung (17) eingeknöpft ist.
Feststell-Scheibenbremssattel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Schnittstelle (28) zwischen dem Fluidbehälter (15) und einem Gehäuse der Stelleinheit (4) ein, einen Spalt fluiddicht versperrender, O-Ring (29) so eingefügt ist, das das Fluid nicht in den Elektromotor gelangt.
Feststell-Scheibenbremssattel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidbehälter (15) flüssigkeitsdicht aber luftdurchlässig mit der Umgebungsatmosphäre U verbunden ist.
Feststell-Scheibenbremssattel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal (23) vorgesehen ist, welcher die Umgebungsatmosphäre U mit dem Fluidbehälter (15) verbindet, und wobei in den Kanal (23) eine gasdurchlässige sowie flüssigkeitsdichte Membran (24) eingefügt ist.
Feststell-Scheibenbremssattel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (23) mit einem Sitz (25) am Aktuatorgehäuse (3) oder am Gehäuse der Stelleinheit (4) fixiert ist.
Feststell-Scheibenbremssattel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid wenigstens eine chemische Wirkstoffkomponente zur Korrosionsvermeidung, Entschäumung, Schmierung und/oder Pflege der Bauteile wie insbesondere der Dichtungselemente (18) aufweist.
Kraftfahrzeugbremssystem unter Verwendung wenigstens eines Feststell-Scheibenbremssattels mit den Merkmalen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1–8, zur exklusiven Wahrnehmung einer Feststellbremsfunktion im Systemverbund mit gesondert sowie elektrohydraulisch und/oder elektromechanisch betätigbaren Radbremsaktuatoren die zur Ausführung von einer Betriebsbremsfunktion vorgesehen sind.