DE102017203934A1

DE102017203934A1 - Vollscheibenbremse

Info

Publication number: DE102017203934A1
Application number: DE102017203934.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrike Meyer; Martin Semsch; Uwe Bach; Jens Hoffmann; Ahmed Sefo; Wolfgang Ritter; Martin Gädke; Holger von Hayn; Adrian Messner
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: DE102017203934B4

Abstract

Leichte Fahrzeuge mit elektromotorischen Antrieben werden in vorteilhafter Weise mit Rekuperationsbremsen versehen. Allerdings bestehen für bestimmte Bremssituationen (hohe Fahrzeugverzögerung, lang andauernde Bremsungen) die Forderungen, weiterhin auch eine Reibbremse zur Verfügung zu haben.
Diese brauchen nicht unbedingt in den Rädern angeordnet sein, sondern können auch mit dem Differential der Antriebsstange gekoppelt werden. Für diese Einsatzart sind schon Vollscheibenbremsen (oder Lamellenbremsen genannt) bekannt. Um eine Einbindung in eine elektronisch steuerbare Bremsanlage zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Vollscheibenbremse elektromotorisch betätigt wird, wozu die Betätigungseinrichtung der Vollscheibenbremse mittels einer Kugelumlaufspindel mit einem Elektromotor (15, 35) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollscheibenbremse mit einem Gehäuse mit wenigstens zwei Bremsscheiben, deren Zentren mit einer Welle verbindbar sind, zwei Druckscheiben, die gegensinnig zur Längsachse der Welle verdrehbar sind, einer auf den Winkelabstand der Druckscheiben reagierende Expandereinrichtung zwischen den Druckscheiben, die bei einer gegensinnigen Drehung der Druckscheiben diese voneinander beabstandet und jeweils gegen eine benachbarte Bremsscheibe drückt, und mit einer Spreizeinrichtung zum gegensinnigen Verdrehen der Druckscheiben.
Eine derartige Vollscheibenbremse ist z. B. in der DE 36 20 206 A1 oder in der DE 94 16 276 U1 beschrieben. Die Betätigung erfolgt in beiden Fällen mechanisch mittels einer Gabel bzw. eines Nockens.
Derartige Vollscheibenbremsen, auch Lamellenbremsen genannt, haben sich für schwere Fahrzeuge durchaus bewährt. Sie eignen sich aber nicht als ausschließliche Reibbremse für leichte Fahrzeuge, wie z. B. Personenkraftwagen.
Bei Personenkraftwagen zeigt sich aber die Tendenz, alternative Antriebe zum Verbrennungsmotor, wie z. B. Elektromotoren, einzusetzen. Für derart ausgerüstete Fahrzeuge stehen auch alternative Bremseinrichtungen, wie Rekuperationsbremsen, zur Verfügung. Es muss aber davon ausgegangen werden, dass für hohe Fahrzeugverzögerungen und für lang andauernde Bremsungen weiterhin Reibbremsen benötigt werden. Hierfür sind Vollscheibenbremsen, die vorzugsweise an der Eingangswelle oder den Ausgangswellen eines Differentials angesetzt werden können, durchaus geeignet.
Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, eine Betätigung für diese Art von Bremsen zu entwickeln, die den Einsatz von Vollscheibenbremsen im Pkw-Bereich ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Spreizeinrichtung über ein Spindelgetriebe mit einem Elektromotor gekoppelt ist.
Die elektromotorische Betätigung hat den Vorteil, dass die Vollscheibenbremse in eine elektronische Steuerung der Bremsanlage eingebunden werden kann.
Vorzugsweise weist die Spreizeinrichtung einen radial verstellbaren Keil auf, wobei der Keil über ein Spindelgetriebe mit einem Elektromotor gekoppelt ist.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Spindelgetriebe eine Kugelumlaufspindel ist, die eine Spindelstange und ein Muttergehäuse aufweist, das mit dem Keil verbunden ist, wobei das Muttergehäuse in einer am Gehäuse der Vollscheibenbremse befestigten Hülse nicht drehbar in radialer Richtung geführt ist und die Gewindestange über ein Stirnradgetriebe mit der Ausgangswelle des Elektromotors gekoppelt ist.
Um zu einem kompakten Aufbau der Betätigung zu gelangen, ist vorgesehen, dass die Ausgangswelle des Elektromotors parallel zur Kugelumlaufspindel angeordnet ist. Dabei ist der Elektromotor vorzugsweise neben der Hülse angeordnet, wobei sich auf den Stirnseiten des Elektromotors und der Hülse, die vom Gehäuse der Vollscheibenbremse wegweisen, ein Getriebegehäuse zur Aufnahme des Stirnradgetriebes befindet.
Bei einer solchen Anordnung kann das Getriebegehäuse vorzugsweise an seiner vom Elektromotor und der Hülse wegweisenden Seite einen Deckel aufweisen, so dass ein leichter Zugang zu dem Getriebe, dem Elektromotor und der Kugelumlaufspindel gegeben ist.
Eine andere Anordnung sieht vor, dass das Spindelgetriebe eine Kugelumlaufspindel ist, die eine Spindelstange und ein Muttergehäuse aufweist, wobei die Spindelstange an einer Stirnseite eines Kolbens in einer am Gehäuse der Vollscheibenbremse befestigten Hülse gedichtet geführt ist und dessen andere Stirnseite am Keil abgestützt ist.
Diese Anordnung kann insbesondere dann vorgesehen werden, wenn es sich bei der Vollscheibenbremse um eine in Öl laufende Vollscheibenbremse handelt, in diesem Fall dient der Kolben zur Abdichtung des Gehäuses der Vollscheibenbremse.
Bei dieser Ausführung befindet sich der Elektromotor vorzugsweise auf einem Ständer, der von der Hülse ausgeht und in etwa radial vom Gehäuse der Vollscheibenbremse fortweist. Neben dem Elektromotor befindet sich das hülsenförmige Gehäuse der Kugelumlaufspindel, wobei in dem Gehäuse der Kugelumlaufspindel das Muttergehäuse drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert und in einer Verlängerung der Achse des Kolbens die Spindelstange nicht drehbar geführt ist.
Bei dieser Anordnung kann die Spindelstange unmittelbar auf der Stirnseite des Kolbens einwirken.
Das Muttergehäuse ist mit der Ausgangswelle des Elektromotors über ein Stirnradgetriebe gekoppelt, wobei sich das Stirnradgetriebe zwischen dem Ständer und dem Elektromotor befindet.
Vorzugsweise bilden das Gehäuse des Elektromotors und der Kugelumlaufspindel eine bauliche Einheit.
Diese bauliche Einheit ist auf dem Ständer befestigt und kann von diesem gelöst werden. Somit können der Elektromotor, die Kugelumlaufspindel und das Stirnradgetriebe als einheitliche Komponente getrennt von der Vollscheibenbremse vormontiert werden.
Im Folgenden soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:

1 einen auf die Welle einer Vollscheibenbremse bezogenen Querschnitt zur Beschreibung der Vollscheibenbremse,
2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsanordnung der elektromotorischen Betätigung und
3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführung der elektromotorischen Betätigung.

In einem Bremsengehäuse 1, das von einer Welle 2 in axialer Richtung durchquert wird, befinden sich koaxial zur Welle 2 zwei Druckscheiben 3, 3', von denen eine Scheibe 3 von der Seite zu sehen ist. Vor und hinter den Druckscheiben 3, 3' befinden sich koaxial zur Welle 2 jeweils Bremsscheiben, die mit der Welle 2 drehfest verbunden sind und die aus Übersichtsgründen nicht dargestellt sind.
Die Druckscheiben sind gegensinnig gegenüber der Welle 2 verdrehbar, wobei ihr Drehwinkel durch Bolzen 4, 5 im Bremsengehäuse 1, die sich dazu an radiale Vorsprünge der Druckscheiben anlegen, begrenzt ist.
In der gezeigten Grundstellung, die einer gelösten Bremse entspricht, liegen die Druckscheiben 3, 3' mit ihren Vorsprüngen an den Bolzen 4, 5 an. An weiteren Vorsprüngen 12, 12' weisen die Druckscheiben 3, 3' einander zugewandte Bahnen auf. In den Zwischenraum zwischen den beiden Bahnen taucht ein Keil 11 ein, dessen Flanken direkt oder unter Zwischenlage von Rollelementen mit den Bahnen zusammenwirken. Sobald der Keil 11 in Richtung auf die Welle 2 verschoben wird, werden die beiden Vorsprünge 12, 12' auseinandergedrückt und die Druckscheiben 3, 3' in gegensinniger Richtung verdreht.
In jede Druckscheibe 3, 3' und in deren benachbarten Bremsscheibe befinden sich gegenüberliegende Vertiefungen mit einem rampenförmigen Boden, in denen je eine Kugel 6 liegt.
Werden die Druckscheiben 3, 3' durch die Betätigung des Keils 11 gegeneinander verdreht, laufen die Kugeln 6 zwangläufig die Rampen 7 hoch und drücken die beiden Druckscheiben 3, 3' auseinander. Auf diese Weise ist eine Expandereinrichtung realisiert.
Wenn die Druckscheiben 3, 3' in axialer Richtung auseinandergedrückt werden, legen sie sich an die Bremsscheiben an und drücken diese an Reibflächen im Bremsengehäuse 1 der Vollscheibenbremse. Grundsätzlich können auf jeder Seite mehrere Bremsscheiben vorgesehen sein, zwischen denen sich jeweils Reibscheiben befinden, die zwar axial verschiebbar, aber drehfest im Bremsengehäuse 1 angeordnet sind.
Die 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Betätigung der Spreizeinrichtung mit Hilfe eines Elektromotors 15. Dazu ist am Bremsengehäuse 1 der Vollscheibenbremse eine Hülse 16 angesetzt, in der das Muttergehäuse 17 der Kugelumlaufspindel in radialer Richtung geführt, aber gegen Verdrehung gesichert ist. Innerhalb des Muttergehäuses 17 erstreckt sich die Spindelstange 18 der Kugelumlaufspindel, die wegweisend von der Vollscheibenbremse aus der Hülse 16 herausragt. Das Muttergehäuse 17 ist topfförmig ausgeführt, wobei an ihrem Boden, der zum Bremsengehäuse 1 der Vollscheibenbremse weist, der Keil 11 befestigt ist. Mit der Betätigung der Kugelumlaufspindel wird somit der Keil 11 in Richtung auf die Vollscheibenbremse und in Betätigungsrichtung verschoben.
Zum Betätigen der Kugelumlaufspindel ist die Spindel-stange 18 über ein Stirnradgetriebe 20 mit einem Elektromotor 15 verbunden, der neben der Hülse 16 angeordnet ist. Seine Welle 21 verläuft dabei parallel zur Spindelstange 18.
Die von der Vollscheibenbremse wegweisenden Enden der Spindelstange 18 sowie der Elektromotorwelle 21 sind mit dem Stirnradgetriebe 20 verbunden, das in einem Getriebegehäuse 22, das von einem Deckel 23 verschlossen ist, untergebracht ist.
Das Gehäuse des Elektromotors 15 sowie das Getriebegehäuse 22 sind einstückig ausgeführt. Der Deckel 23 befindet sich auf der von der Vollscheibenbremse abgewandten Seite, so dass das Stirnradgetriebe 20 bei geöffnetem Deckel 23 zu Montage- und Reparaturzwecken leicht erreichbar ist.
Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in der 3 dargestellt. Demnach ist eine Hülse 30 im Anschluss an das Gehäuse 1 der Vollscheibenbremse vorgesehen. In dieser Hülse 30 ist ein Kolben 31 gedichtet geführt. In der Stirnseite des Kolbens 31, der zur Vollscheibenbremse weist, ist in einer Lagerpfanne ein Stößel 32 gelagert, der an seinem von der Lagerpfanne wegweisenden Ende in den Keil 11 übergeht. Diese Ausführung ist geeignet, wenn die Vollscheibenbremse als eine gekapselte, in einem Ölbad laufende Vollscheibenbremse ausgeführt ist.
In der Mantelfläche der Hülse befindet sich ein Anschluss zum Auffüllen des Öls im Gehäuse der Vollscheibenbremse.
An die Hülse 30 schließt seitlich ein Ständer 33 an, der in eine Plattform 34 übergeht. Der Ständer 33 kann vorzugsweise einstückig mit der Hülse 30 ausgeführt sein. Auf der Plattform 34 des Ständers 33 befindet sich ein Elektromotor 35, neben dem die Kugelumlaufspindel angeordnet ist. Diese besitzt ein Gehäuse 36, das einstückig mit dem Gehäuse des Elektromotors 35 ausgeführt sein kann.
In einem ersten Abschnitt des Gehäuses 36 der Kugelumlaufspindel ist das Muttergehäuse 37 der Kugelumlaufspindel drehbar, aber nicht verschiebbar gelagert.
Durch das Gehäuse 36 der Kugelumlaufspindel verläuft eine Spindelstange 38, die mit ihrem unteren Ende am Kolben 31 abgestützt ist und die mit ihrem oberen Ende in einen zweiten Abschnitt des Gehäuses 36 der Kugelumlaufspindel hinein reicht, der mit Längsrillen 39 zur drehgesicherten Längsführung der Spindelstange 38 versehen ist.
Ein Stirnradgetriebe 40 befindet sich bei dieser Anordnung zwischen der Plattform 34 und dem Elektromotor 35. Der erste Abschnitt des Gehäuses 36 der Kugelumlaufspindel befindet sich neben diesem Bereich, so dass das Stirnradgetriebe 40 mit dem Muttergehäuse 37 in einem antreibenden Eingriff steht. Der zweite Abschnitt des Gehäuses 36 der Kugelumlaufspindel befindet sich neben dem Elektromotor 35.
Bezugszeichenliste

1: Bremsengehäuse
2: Welle
3, 3': Druckscheiben
4: Bolzen
5: Bolzen
6: Kugeln
7: Rampen
11: Keil
12, 12': Vorsprünge
15: Elektromotor
16: Hülse
17: Muttergehäuse
18: Spindelstange
20: Stirnradgetriebe
21: Elektromotorwelle
22: Getriebegehäuse
23: Deckel
30: Hülse
31: Kolben
32: Stößel
33: Ständer
34: Plattform
35: Elektromotor
36: Gehäuse
37: Muttergehäuse
38: Spindelstange
39: Längsrillen
40: Stirnradgetriebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3620206 A1 [0002]
DE 9416276 U1 [0002]

Claims

Vollscheibenbremse mit einem Gehäuse (1) mit wenigstens zwei Bremsscheiben, deren Zentren mit einer Welle verbindbar sind, zwei Druckscheiben (3, 3'), die gegensinnig zur Längsachse der Welle verdrehbar sind, einer auf den Winkelabstand der Druckscheiben (3, 3') reagierende Expandereinrichtung zwischen den Druckscheiben (3, 3'), die bei einer gegensinnigen Drehung der Druckscheiben diese voneinander beabstandet und jeweils gegen eine benachbarte Bremsscheibe drückt, und mit einer Spreizeinrichtung zum gegensinnigen Verdrehen der Druckscheiben (3, 3'), dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinrichtung über ein Spindelgetriebe mit einem Elektromotor (15, 35) gekoppelt ist.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizeinrichtung einen radial verstellbaren Keil (11) aufweist, wobei der Keil (11) über ein Spindelgetriebe mit einem Elektromotor (15, 35) gekoppelt ist.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spindelgetriebe eine Kugelumlaufspindel ist, die eine Spindelstange (18) und ein Muttergehäuse (17) aufweist, das mit dem Keil (11) verbunden ist, wobei das Muttergehäuse (17) in einer am Gehäuse der Vollscheibenbremse befestigten Hülse (16) nicht drehbar in radialer Richtung geführt ist und die Gewindestange über ein Stirnradgetriebe (20) mit der Ausgangwelle des Elektromotors (15, 35) gekoppelt ist.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle des Elektromotors (15, 35) parallel zur Kugelumlaufspindel angeordnet ist.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (15, 35) neben der Hülse (16) angeordnet ist, und sich auf den Stirnseiten des Elektromotors (15, 35) und der Hülse (16), die vom Gehäuse der Vollscheibenbremse wegweisen, ein Getriebegehäuse (22) zur Aufnahme des Stirnradgetriebes (20, 40) befindet.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (22) an seiner vom Elektromotor (15, 35) und der Hülse (16, 30) wegweisenden Seite einen Deckel (23) aufweist.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spindelgetriebe eine Kugelumlaufspindel ist, die eine Spindelstange (18, 38) und ein Muttergehäuse (17) aufweist, wobei die Spindelstange (18, 38) an einer Stirnseite eines Kolben (31) abgestützt ist, der in einem am Gehäuse der Vollscheibenbremse befestigten Hülse (16, 30) gedichtet geführt ist und an dessen anderen Stirnseite der Keil (11) abgestützt ist.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der Hülse (16, 30) ein Ständer ausgeht, auf dessen freiem Ende ein Elektromotor (35) angeordnet ist, dass sich neben dem Elektromotor (35) das hülsenförmige Gehäuse (36) der Kugelumlaufspindel befindet, wobei in dem Gehäuse der Kugelumlaufspindel das Muttergehäuse (37) drehbar aber axial unverschiebbar gelagert und in einer Verlängerung der Achse des Kolbens (31) die Spindelstange nicht drehbar geführt ist.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Muttergehäuse (37) mit der Ausgangswelle des Elektromotors (35) über ein Stirnradgetriebe (40) gekoppelt ist, wobei sich das Stirnradgetriebe (40) zwischen dem Ständer und dem Elektromotor (35) befindet.
Vollscheibenbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) des Elektromotors (35) und der Kugelumlaufspindel eine bauliche Einheit bildet.