DE102019134424A1

DE102019134424A1 - Festsattelbremse mit elektromechanisch-hydraulischer Kraftübertragung

Info

Publication number: DE102019134424A1
Application number: DE102019134424.7A
Authority: DE
Inventors: Tobias Lorenz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-17
Also published as: US20230025413A1; CN114761699B; CN114761699A; WO2021122162A1

Abstract

Eine Festsattelbremse mit einer kombinierten elektromechanisch/hydraulischen Kraftübertragung weist auf: einen Bremssattel; eine Bremsscheibe; eine an oder in dem Bremssattel angeordnete erste Bremskolbenvorrichtung, die eingerichtet ist, anhand zumindest eines Bremskolbens unmittelbar oder mittelbar eine erste Anpresskraft auf eine ihr zugeordnete erste Seitenfläche der Bremsscheibe zu übertragen; eine an oder in dem Bremssattel angeordnete zweite Bremskolbenvorrichtung, die eingerichtet ist, anhand zumindest eines Bremskolbens unmittelbar oder mittelbar eine zweite Anpresskraft auf eine ihr zugeordnete und der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche der Bremsscheibe zu übertragen; und einen an oder in dem Bremssattel angeordneten elektromechanischen Aktuator, der konfiguriert ist, bei seiner Betätigung sowohl auf die erste Bremskolbenvorrichtung als auch auf die zweite Bremskolbenvorrichtung jeweils eine Kraft auszuüben, welche durch die jeweilige Bremskolbenvorrichtung zumindest anteilig als jeweilige erste bzw. zweite Anpresskraft auf die jeweils zugeordnete Seitenfläche der Bremsscheibe weiter übertragen wird. Dabei sind der Aktuator und die zweite Bremskolbenvorrichtung zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator auf die zweite Bremskolbenvorrichtung hydraulisch miteinander gekoppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festsattelbremse, insbesondere zum Bremsen eines Fahrzeugrads, bei der eine kombinierte elektromechanisch/hydraulische Kraftübertragung zum Einsatz kommt.
Auf dem Gebiet der Scheibenbremsen sind mehrere verschiedene Bremsentypen bekannt. Dazu gehört insbesondere die sogenannte Festsattelbremse, die sich dadurch auszeichnet, dass bei ihr der die Bremskolben tragende Bremssattel fest, d.h. im Wesentlichen unbeweglich, an der Radaufhängung fixiert ist. Deshalb werden, insbesondere im Gegensatz zum weiteren Bremsentyp der sogenannten Schwimm- oder Faustsattelbremse, bei der der Bremssattel beweglich mit der Radaufhängung verbunden ist, auf beiden Seiten der Bremsscheibe Bremskolben benötigt, die unmittelbar oder, insbesondere über jeweilige Bremsbeläge, mittelbar per Anpresskraft auf die Bremsscheibe einwirken.
Bei herkömmlichen Scheibenbremsen erfolgt die Kraftübertragung auf den bzw. die Bremskolben typischerweise auf hydraulischem Wege. Dabei wird eine Druckerzeugungsvorrichtung, wie etwa ein Bremspedal oder ein damit gekoppelter Bremskraftverstärker, dazu eingesetzt, eine Hydraulikflüssigkeit in einem durch den Bremssattel verlaufenden Hydraulikkanal während des Bremsvorgangs mit Druck zu beaufschlagen, sodass die Hydraulikflüssigkeit wiederum auf die an diesen Hydraulikkanal gekoppelten Bremskolben eine Anpresskraft ausübt. Diese Anpresskraft wird über die Bremskolben und einen gegebenenfalls damit verbundenen Bremsbelag auf die Bremsscheibe übertragen, um diese abzubremsen. Ein vereinfachtes Funktionsprinzip einer solchen herkömmlichen Scheibenbremse ist am Beispiel einer hydraulischen Festsattelbremse in 1 illustriert.
Daneben sind auch rein elektromechanische Bremstypen bekannt, vor allem zur Verwendung als Feststellbremsen, bei denen entweder der Bremsimpuls, die Übertragung der benötigten Energie oder die Betätigung der Bremsglieder (z. B. Bremsbacken) elektrisch und ohne Verwendung eines Hydraulikkreises erfolgt.
Im Rahmen der Auslegung elektromechanischer Bremssysteme wird u.a. eine Reduzierung von Gewicht und Größe sowie die Verbesserung des Erscheinungsbildes des Bremssattels angestrebt. Wird anstelle eines hydraulischen Systems ein elektromechanischer Aktor zum Antrieb der/des Bremskolben(s) eingesetzt, so verändern sich jedoch in der Regel auch die Gestaltungsanforderungen an den gesamten Bremssattel. Bei einer Festsattelbremse entsteht dabei das Problem, dass auf beiden Seiten der Bremsscheibe zumindest ein elektromechanischer Aktor zur Verschiebung der Bremskolben angebracht werden muss. Dies erfordert zusätzlichen Bauraum (welcher nicht immer verfügbar ist) und erhöht das Gewicht des Bremssattels. Gegenüber anderen Auslegungen von Bremssätteln (wie z.B. Schwimmsattel, Faustsattel) besitzt der Festsattel zudem ästhetische Vorteile.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine noch weiter verbesserte Festsattelbremse anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Festsattelbremse, insbesondere zum Bremsen eines Fahrzeugrads. Sie weist auf: (i) einen Bremssattel; (ii) eine Bremsscheibe; (iii) eine an oder in dem Bremssattel angeordnete erste Bremskolbenvorrichtung, die eingerichtet ist, anhand zumindest eines Bremskolbens unmittelbar oder (insbesondere über zumindest einen Bremsbelag) mittelbar eine erste Anpresskraft auf eine ihr zugeordnete erste Seitenfläche der Bremsscheibe zu übertragen; (iv) eine an oder in dem Bremssattel angeordnete zweite Bremskolbenvorrichtung, die eingerichtet ist, anhand zumindest eines Bremskolbens unmittelbar oder (insbesondere über zumindest einen Bremsbelag) mittelbar eine zweite Anpresskraft auf eine ihr zugeordnete und der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche der Bremsscheibe zu übertragen; und (v) einen an oder in dem Bremssattel angeordneten elektromechanischen Aktuator, der konfiguriert ist, bei seiner Betätigung sowohl auf die erste Bremskolbenvorrichtung als auch auf die zweite Bremskolbenvorrichtung jeweils eine Kraft auszuüben, welche durch die jeweilige Bremskolbenvorrichtung zumindest anteilig als jeweilige erste bzw. zweite Anpresskraft auf die jeweils zugeordnete Seitenfläche der Bremsscheibe weiter übertragen wird. Dabei sind der Aktuator und die zweite Bremskolbenvorrichtung zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator auf die zweite Bremskolbenvorrichtung hydraulisch miteinander gekoppelt.
Die genannte Kraftausübung von dem Aktuator auf die erste Bremskolbenvorrichtung kann dabei unmittelbar oder mittelbar erfolgen, während die Kraftausübung von dem Aktuator auf die zweite Bremskolbenvorrichtung mittelbar über die hydraulische Kopplung erfolgt.
Unter einem „elektromechanischen Aktuator (bzw. gleichbedeutend „Aktor“)‟ im Sinne der Erfindung ist eine antriebstechnische Vorrichtung zu verstehen, die ein elektrisches Signal in mechanische Bewegungen bzw. Veränderungen physikalischer Größen, wie insbesondere Druck, umsetzt und damit aktiv in einen gesteuerten Prozess eingreifen kann. Insbesondere sind elektrisch angesteuerte Stellglieder, wie etwa Spindel- oder Schneckenantriebe, piezoelektrische Wandler und Pumpen, jeweils elektromechanische Aktuatoren im Sinne der Erfindung. Der Aktuator kann insbesondere als Baueinheit bzw. Baugruppe ausgebildet und somit als Ganzes handhabbar und insbesondere austauschbar sein. Das elektrische Signal kann insbesondere auch erst im Aktuator selbst erzeugt werden, etwa durch Wandlung eines empfangenen optisch oder drahtlos übermittelten Steuersignals in ein korrespondierendes elektrisches Steuersignal.
Unter einer „Bremskolbenvorrichtung“ im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, die einen oder mehrere Bremskolben aufweist, die zur unmittelbaren oder (insbesondere über einen oder mehrere zugeordnete Bremsbeläge) mittelbaren Krafteinwirkung auf eine Bremsscheibe konfiguriert sind. Die Bremskolbenvorrichtung kann insbesondere als Baueinheit bzw. Baugruppe ausgebildet und somit als Ganzes handhabbar und insbesondere austauschbar sein.
Bei der erfindungsgemäßen Festsattelbremse kommt somit eine Kombination aus einem elektromechanischen Antrieb und einem hydraulischen Antrieb für die Bremskolbenvorrichtungen zum Einsatz. Insbesondere im Falle einer Fahrzeugbremse, kann dabei bevorzugt wird die außenseitige Bremskolbenvorrichtung allein über eine hydraulische Ankopplung an den vorort in der Bremse selbst an oder in dem Bremssattel angeordneten elektromechanischen Aktuator angesteuert. So lassen sich insbesondere einer oder mehrere der folgenden Vorteile realisieren:

(a) Gegenüber einer herkömmlichen hydraulischen Festsattelbremse gemäß dem in 1 illustrierten Wirkprinzip, wird eine signalbasierte Ansteuerung, insbesondere eine elektrische Ansteuerung der Festsattelbremse ermöglicht, was insbesondere auch im Zusammenhang mit sogenannten „Brake-by-Wire“-Anwendungen zum Einsatz kommen kann.
(b) Gegenüber Festsattelbremsen, bei denen auf beiden Seiten der Bremsscheiben jeweils ein Aktuator zur Betätigung der auf der entsprechenden Seite jeweils angeordneten Bremskolbenvorrichtung vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil, dass auf einen der beiden Aktuatoren verzichtet werden kann und somit auf der entsprechenden Seite auch der Bauraumbedarf deutlich reduziert werden kann.
(c) Gegenüber den bekannten Schwimm- bzw. Faustsattelbremsen lässt sich insbesondere eine Gewichtseinsparung und ein geringerer Bauraumbedarf, insbesondere auf der Außenseite einer Fahrzeugbremse in radialer Richtung auf die Felge zu, realisieren. Diese Möglichkeit beruht insbesondere darauf, dass bei Schwimm- bzw. Faustsattelbremsen das Bremssattelgehäuse (Faust) typischerweise massiver und somit schwerer ausgeführt werden muss. Zudem können sich aufgrund des Funktionsprinzips der Festsattelbremse gegenüber der Faustsattelbremse in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen elektromechanisch-hydraulischen Antrieb ästhetisch Vorteile ergeben, welche bei Fahrzeugen insbesondere dann zum Tragen kommen, wenn „offene“ Felgen für die Fahrzeugräder verwendet werden, die einen direkten Blick auf die Bremse, insbesondere auf deren Außenseite, ermöglichen.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Festsattelbremse beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Aktuator relativ zur Bremsscheibe auf derselben Seite der Festsattelbremse angeordnet, wie die erste Bremskolbenvorrichtung. Auf diese Weise kann insbesondere die Bauform und vor allem der Bauraumbedarf für den auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite liegenden Teil der Bremse, bevorzugt ist dies ihr außenseitiger Teil, optimiert werden, da hier kein Aktuator erforderlich ist und somit dafür kein zusätzlicher Bauraum beansprucht wird. Insbesondere ist es möglich, den Aktuator in die erste Bremskolbenvorrichtung selbst zu integrieren und somit eine weitere Bauraumoptimierung zu erreichen.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist zur hydraulischen Kopplung des Aktuators an die zweite Bremskolbenvorrichtung ein Hydraulikkanal vorgesehen, der zumindest abschnittsweise innerhalb des Bremssattels verläuft. Auch dies dient wiederum der Ausbildung einer möglichst bauraumoptimierten Ausgestaltung der Festsattelbremse.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist auch die erste Bremskolbenvorrichtung zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator auf die erste Bremskolbenvorrichtung mit dem Aktuator hydraulisch gekoppelt. Zudem lässt sich so auf einfache Weise eine praktisch gleichzeitige Aktivierung beider Bremskolbenvorrichtungen zur Optimierung der Bremswirkung und zur Vermeidung einer übermäßigen Abnutzung der Bremse erreichen.
Dazu können insbesondere gemäß einigen Ausführungsformen der Aktuator sowie die beiden Bremskolbenvorrichtungen zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator auf die Bremskolbenvorrichtungen an einen gemeinsamen Hydraulikkanal hydraulisch gekoppelt sein. Eine durch den Aktuator bewirkte Druckbeauftragung des Fluids im Fluidkanal wirkt somit gleichermaßen und, zumindest im Wesentlichen, simultan auf beide Bremskolbenvorrichtungen.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist stattdessen oder zusätzlich die erste Bremskolbenvorrichtung mit dem Aktuator zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator auf die erste Bremskolbenvorrichtung mechanisch oder elektromechanisch auf solche Weise kraftgekoppelt, dass bei dieser Kraftausübung zugleich die Kraftausübung von dem Aktuator auf die zweite Bremskolbenvorrichtung über deren hydraulische Koppelung mit dem Aktuator bewirkt wird. Das hat insbesondere den Vorteil, dass die erste Anpresskraft, zumindest im Wesentlichen, unabhängig von einer potentiellen Fehlfunktion der zur Ansteuerung der zweiten Bremskolbenvorrichtung eingesetzten Hydraulikkopplung erfolgt, was dazu beitragen kann, die Betriebssicherheit der Bremse zu erhöhen. Insbesondere kann die Festsattelbremse hierbei so ausgestaltet sein, dass im Rahmen der Kraftkopplung das Ausüben der Kraft auf die erste Bremskolbenvorrichtung unmittelbar durch den Aktuator selbst erfolgt. Darüber hinaus sind jedoch auch Lösungen möglich, bei denen die mechanische oder elektromechanische Kraftkopplung nur mittelbar, insbesondere über ein oder mehrere Zwischenelemente oder über ein oder mehrere, insbesondere elektrische oder magnetische Felder, oder eine Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Möglichkeiten erfolgt. Gemäß einigen dieser Ausführungsformen ist der Aktuator mittels eines Spindeltriebs oder eines Piezoelements oder einer Pumpe zur Krafterzeugung ausgebildet.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist die erste Bremskolbenvorrichtung zwei mittels eines zwischen ihnen liegenden Fluids hydraulisch miteinander kraftgekoppelte Kolben auf. So lässt sich einerseits eine Kraftwirkung durch die erste Bremskolbenvorrichtung auf die Bremsscheibe und zugleich eine Kraftkopplung über das Fluid zur zweiten Bremskolbenvorrichtung erreichen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform dazu weist die erste Bremskolbenvorrichtung einen Teleskopbremskolben auf, der einen relativ zur Bremsscheibe beweglich angeordneten Hohlkolben mit einem darin relativ zu dem Hohlkolben beweglich angeordneten Innenkolben aufweist. Der Innenraum des Hohlkolbens definiert zusammen mit der Bodenfläche des Innenkolbens eine mit der zweiten Bremskolbenvorrichtung hydraulisch gekoppelte Fluidkammer innerhalb des Hohlkolbens. Der Teleskopbremskolben ist dabei mit dem Aktuator so kraftgekoppelt, dass bei der Betätigung des Aktuators über den Innenkolben eine Druckbeaufschlagung eines in der Fluidkammer befindlichen Fluids erfolgt, die zum einen über den Hohlkolben die erste Anpresskraft auf die Bremsscheibe und zum anderen über die hydraulisch gekoppelte zweite Bremskolbenvorrichtung die zweite Anpresskraft auf die Bremsscheibe bewirkt. Bei dieser ersten Ausführungsform lässt sich aufgrund des geringen Platzbedarfs des Teleskopbremskolbens bei gleichem Hub des Bremskolbens eine besonders kleine Bauform erreichen.
Bei einer dazu alternativen zweiten Ausführungsform dazu sind die zwei Kolben in Reihe geschaltet und der Zwischenraum zwischen den beiden Kolben definiert eine mit der zweiten Bremskolbenvorrichtung hydraulisch gekoppelte Fluidkammer innerhalb der ersten Bremskolbenvorrichtung für das Fluid. Ein erster der beiden Kolben ist mit dem Aktuator so kraftgekoppelt, dass bei der Betätigung des Aktuators über diesen ersten Kolben eine Druckbeaufschlagung des in der Fluidkammer befindlichen Fluids erfolgt, die zum einen über den zweiten der Kolben die erste Anpresskraft auf die Bremsscheibe und zum anderen über die hydraulisch gekoppelte zweite Bremskolbenvorrichtung die zweite Anpresskraft auf die Bremsscheibe bewirkt. Bei dieser Ausführungsform lässt sich insbesondere eine geringe Komplexität der Festsattelbremse erreichen. Dies kann insbesondere zu erfolgen, dass beide Kolben innerhalb eines gemeinsam genutzten einzigen Zylinders beweglich angeordnet sind. Sie können insbesondere so angeordnet sein, dass sie koaxial innerhalb der Zylinders entlang von dessen Längsrichtung translatorisch verschiebbar sind.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Aktuator an eine elektrische Leitung angeschlossen, die sowohl zur Energieversorgung des Aktuators als auch zu seiner Ansteuerung dient. Auch dies kann vorteilhaft dazu genutzt werden, die Komplexität und die Bauraumbedürfnisse für die Festsattelbremse weiter zu reduzieren.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Festsattelbremse nach dem ersten Aspekt der Erfindung, insbesondere nach einer oder mehreren der vorgenannten Ausführungsformen.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für den zweiten Aspekt der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt:

1 schematisch, ein vereinfachtes Funktionsprinzip einer herkömmlichen hydraulischen Festsattelbremse aus dem Stand der Technik;
2 schematisch den Aufbau einer Festsattelbremse gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 schematisch den Aufbau einer Festsattelbremse gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
4 schematisch ein Kraftfahrzeug, dessen Fahrwerk mit Festsattelbremsen gemäß 2 (oder alternativ gemäß 3) ausgerüstet ist.

Die nachfolgend erläuternden verschiedenen Festsattelbremsen werden jeweils, ohne dass dies als Einschränkung zu verstehen wäre, am Beispiel einer Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug beschrieben, da dies einen besonders relevanten Anwendungsfall darstellt.
Die in 1 illustrierte herkömmliche hydraulische Festsattelbremse weist einen fest mit einer Radaufhängung des zu bremsenden Rades verbundenen Bremssattel 115, eine Bremsscheibe 120 sowie beidseitig davon, d. h. sowohl auf einer Innenseite 105 als auch auf einer Außenseite 110 der Festsattelbremse 100, jeweils eine Bremskolbenvorrichtung auf. Diese weist einen Bremskolben 125a bzw. 125b sowie einen daran befestigten Bremsbelag 130a bzw. 130b auf, wobei der jeweilige Bremskolben 125a bzw. 125b in einem durch den Bremssattel 125 gebildeten zylinderförmigen Hohlraum beweglich und mittels einer oder mehrerer Dichtungen 128 abgedichtet angeordnet ist.
Zur Betätigung der Bremse wird über eine Hydraulikleitung ein geeignetes Fluid, beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit, etwa ein für den Betrieb einer Festsattelbremse eines Fahrzeugs geeignetes Hydrauliköl, unter einem Druck p in einen in dem Bremssattel 115 ausgebildeten Hydraulikkanal 135 gepresst. Der Druck p kann insbesondere durch ein Bremspedal oder einen zwischengeschalteten Bremskraftverstärker auf bekannte Weise erzeugt werden. Der Hydraulikkanal 135 ist zudem als Verbindung zwischen den beiden zylinderförmigen Hohlräumen ausgebildet, in denen die Bremskolben 125a bzw. 125b angeordnet sind. In jedem dieser Hohlräume stellt der jeweilige nicht von dem zugehörigen Bremskolben 125a bzw. 125b selbst eingenommene Volumenbereich eine Fluidkammer 140a bzw. 140b dar. Durch die Beaufschlagung des Fluids mit dem Druck p pflanzt sich dieser durch das Fluid im Hydraulikkanal 135 auf beiden Seiten der Festsattelbremse 100 in die entsprechende Fluidkammer 140a bzw. 10b fort, und wird dort auf die Rückseite des jeweiligen Bremskolbens 125a bzw. 125b übertragen. Der jeweilige Bremskolben 125a bzw. 125b wird dadurch veranlasst, den auf seiner Vorderseite angebrachten Bremsbelag 130a bzw. 130b mit einer, zumindest im Wesentlichen, dem Druck p entsprechenden Antriebskraft gegen die Bremsscheibe 120 zu pressen, um diese und somit eine damit gekoppelte Achse mit daran befestigtem Fahrzeugrad abzubremsen.
Bei diesem bekannten Typ einer Festsattelbremse ist somit ein im Wesentlichen symmetrischer Aufbau vorgesehen, bei dem die Ansteuerung und Energieversorgung der Festsattelbremse 100 insgesamt allein hydraulisch erfolgt und entsprechend auf beiden Seiten 105 und 110 der Festsattelbremse 100 jeweils ein ausschließlich hydraulisch betätigter Bremskolben vorgesehen ist.
Die in den beiden nachfolgenden 2 und 3 illustrierten Ausführungsformen 200 bzw. 300 einer erfindungsgemäßen Festsattelbremse beruhen dagegen auf einem hybriden Betriebskonzept, bei dem die Festsattelbremse nicht hydraulisch, sondern über ein Signal, das insbesondere ein elektrisches, optisches oder drahtloses Signal sein kann, angesteuert wird. Ein als Teil der Festsattelbremse selbst vorgesehener elektromechanischer Aktuator dient, durch dieses Signal gesteuert, als Betätigungselement für die Festsattelbremse.
Der Aufbau der Festsattelbremse ist dabei nicht mehr im Wesentlichen symmetrisch, sondern asymmetrisch. Auf der einen Seite, bevorzugt der Innenseite, der Festsattelbremse wirkt der Aktuator auf ein erstes Kolbenelement, welches mit einem zweiten Kolbenelement hydraulisch gekoppelt ist, um die Wirkung des Aktuators auf dieses zu übertragen. Das zweite Kolbenelement wiederum trägt einen Bremsbelag, und wird bei der Betätigung der Bremse aufgrund der auf diesen wie beschrieben übertragenen Kraftwirkung des Aktuators zum Abbremsen der Bremsscheibe gegen diese gepresst. Zur Betätigung des Bremskolbens der anderen Seite der Festsattelbremse, d. h. bevorzugt der Außenseite, wird dagegen der auf der ersten Seite erzeugte hydraulische Druck ähnlich wie bei der herkömmlichen Festsattelbremse gemäß 1 über einen Hydraulikkanal übertragen.
Auf diese Weise kann die zweite Seite, also insbesondere die Außenseite, der Feststellbremse weiterhin platzoptimiert ausschließlich hydraulisch angetrieben sein, während die Feststellbremse insgesamt anstelle einer hydraulischen Ansteuerung und Energieversorgung eine Signalansteuerung erhält und über eine eigene, hydraulikunabhängige Energieversorgung zur Betätigung des Aktuators verfügt.
Die in 2 illustrierte ersten Ausführungsform 200 der erfindungsgemäßen Festsattelbremse weist einen fest mit einer Radaufhängung des zu bremsenden Rades (nicht dargestellt) verbundenen Bremssattel 215, eine Bremsscheibe 220 sowie beidseitig davon, d. h. sowohl auf einer Innenseite 205 als auch auf einer Außenseite 210 der Festsattelbremse 200 jeweils eine Bremskolbenvorrichtung auf, die im einfachsten Fall nur einen Bremskolben sowie einen daran befestigten Bremsbelag 230a bzw. 230b aufweist. Es sind jedoch gleichermaßen auch Bremskolbenvorrichtungen einsetzbar, die jeweils selbst eine Mehrzahl von Bremskolben aufweisen und auch die Verwendung mehrerer Bremsbeläge pro Bremskolben ist möglich.
Der Bremskolben der ersten Seite 205, die vorzugsweise die Innenseite der Fahrzeugbremse bildet, ist als Teleskopbremskolben ausgebildet, der insbesondere einen Hohlkolben 227 sowie einen darin koaxial beweglich gelagerten Innenkolben 226 aufweist. Der Hohlkolben 227 wiederum ist in einer zylinderförmigen Aussparung des Bremssattels 215 beweglich angeordnet und darin über Dichtringe 228 abgedichtet. Auf der zweiten Seite 210, die vorzugsweise die Außenseite der Fahrzeugbremse bildet, ist dagegen in einer zylinderförmigen Aussparung des Bremssattels 215 ein herkömmlicher hydraulisch betätigter Bremskolben 225 vorgesehen, der in seinem Aufbau im Wesentlichen demjenigen der Bremskolben 125a bzw. 125b aus 1. auch für den Bremskolben 225 kann auf ähnliche Weise wie für den Hohlkolben 227 eine Dichtung vorgesehen sein (nicht dargestellt), die insbesondere in Form eines oder mehrerer Dichtringe ausgebildet sein kann.
Zudem ist als Teil der Festsattelbremse 200 ein elektromechanischer Aktuator 245 vorgesehen, der am Bremssattel 215 fixiert und mit der Rückseite des Innenkolbens 226 kraftgekoppelt ist, um auf diesen eine - insbesondere mechanische, elektrische oder magnetische - Kraftwirkung übertragen zu können. Der elektromechanische Aktuator 245 ist über ein Signal, welches insbesondere elektrisch oder optisch sein kann, ansteuerbar und verfügt zudem über eine, insbesondere elektrische, Energieversorgung, welche insbesondere über eine elektrische Leitung 250 zur Verfügung gestellt werden kann. Im Falle einer elektrischen Ansteuerung kann diese Leitung 250 zugleich als Ansteuerungsleitung für den Aktuator 245 dienen, wozu beispielsweise ein einer Energieversorgungsgleichspannung überlagertes Wechselspannungssignal eingesetzt werden kann.
Außerdem ist ein mit einem Hydraulikfluid gefüllter Hydraulikkanal 235 vorgesehen. Er verbindet eine innerhalb des Hohlkolbens 227 durch dessen Innenwand und die Vorderseite des Innenkolbens 226 definierte erste Fluidkammer 240a mit einer auf der zweiten Seite der Bremse 200 in der zylinderförmigen Aussparung für den Bremskolben 225 durch die Innenwand dieser Aussparung und die Rückseite des Bremskolbens 225 definierten zweiten Fluidkammer 240b und stellt somit eine hydraulische Kopplung der beiden Fluidkammern 240a, b bereit. Zur Herstellung oder Verbesserung der hydraulischen Kopplung des Hydraulikkanals 235 mit der im Inneren des Hohlkolben 227 befindlichen ersten Fluidkammer 240a können in der Wandung des Hohlkolbens 227 ein oder mehrere Durchlässe für das Hydraulikfluid vorgesehen sein.
Wird nun der Aktuator 245 angesteuert und somit betätigt, so übt er eine Kraft auf den Innenkolben 226 aus, die diesen veranlasst, sich innerhalb des Hohlkolbens 227 in Richtung zur Bremsscheibe 220 zu bewegen und dabei auf das in der Fluidkammer 240a vorhandene Hydraulikfluid einen erhöhten Druck auszuüben. Diese Druckerhöhung bewirkt dabei zum einen, dass der Hohlkolben 227 sich ebenfalls in Richtung Bremsscheibe 220 bewegt und dabei den Bremsbelag 230a auf diese presst. Zum anderen pflanzt sich die Druckerhöhung über das in dem Hydraulikkanal 235 befindliche Hydraulikfluid zur zweiten Fluidkammer 240b fort und führt dort auf gleiche Weise, wie bereits vorausgehend zu 1 beschrieben, zu einer Krafteinwirkung auf die Rückseite des Bremskolbens 225. Diese Krafteinwirkung veranlasst den Bremskolben 225 wiederum, den Bremsbelag 230b gegenläufig zur Bewegungsrichtung des Bremsbelags 230a gegen die Bremsscheibe 220 zu pressen. Insgesamt wird so die Bremsscheibe 220 beidseitig durch die Krafteinwirkung der Bremsbeläge 230a und 230b abgebremst.
Die in 3 illustrierte zweite Ausführungsform 300 der erfindungsgemäßen Festsattelbremse weist einen fest mit einer Radaufhängung des zu bremsenden Rades (nicht dargestellt) verbundenen Bremssattel 315, eine Bremsscheibe 320 sowie beidseitig davon, d. h. sowohl auf einer Innenseite 305 als auch auf einer Außenseite 310 der Festsattelbremse 300, jeweils eine Bremskolbenvorrichtung auf. Diese Bremskolbenvorrichtung weist im einfachsten Fall nur einen Bremskolben sowie einen daran befestigten Bremsbelag 330a bzw. 330b auf. Es sind jedoch wie bei der Bremse 200 gleichermaßen auch Bremskolbenvorrichtungen einsetzbar, die selbst eine Mehrzahl von Bremskolben aufweisen und auch die Verwendung mehrerer Bremsbeläge pro Bremskolben ist möglich.
Der Bremskolben der ersten Seite 305, die vorzugsweise die Innenseite der Fahrzeugbremse bildet, ist hier speziell als Reihenschaltung zweier über eine dazwischenliegende erste Fluidkammer 340a hydraulisch gekoppelter einzelner Kolben 326 und 327 ausgebildet, die koaxial in einer zylinderförmigen Aussparung des Bremssattels 315 beweglich angeordnet und darin über Dichtringe 328 abgedichtet. Auf der zweiten Seite 310, die vorzugsweise die Außenseite der Fahrzeugbremse bildet, ist dagegen in einer zylinderförmigen Aussparung des Bremssattels 215 ein herkömmlicher hydraulisch betätigter Bremskolben 325 vorgesehen, der in seinem Aufbau im Wesentlichen demjenigen des Bremskolbens 225 aus 1 entspricht. Auch für den Bremskolben 325 kann wie für den Bremskolben 225 eine Dichtung vorgesehen sein (nicht dargestellt), die insbesondere in Form eines oder mehrerer Dichtringe ausgebildet sein kann.
Zudem ist als Teil der Festsattelbremse 300 ein elektromechanischer Aktuator 345 vorgesehen, der am Bremssattel 315 fixiert und mit der Rückseite eines ersten Kolbens 226 der in Reihe geschalteten Kolben kraftgekoppelt ist, um auf diesen eine - insbesondere mechanische, elektrische oder magnetische - Kraftwirkung übertragen zu können. Der elektromechanische Aktuator 345 ist über ein Signal, welches insbesondere elektrisch oder optisch sein kann, ansteuerbar und verfügt zudem über eine, insbesondere elektrische, Energieversorgung, welche beispielsweise über eine elektrische Leitung 350 zur Verfügung gestellt werden kann. Im Falle einer elektrischen Ansteuerung, kann diese Leitung 350 zugleich als Ansteuerungsleitung für den Aktuator 345 dienen, wozu beispielsweise ein einer Energieversorgungsgleichspannung überlagertes Wechselspannungssignal eingesetzt werden kann.
Außerdem ist ein mit einem Hydraulikfluid gefüllter Hydraulikkanal 335 vorgesehen. Er verbindet die erste Fluidkammer 340a mit einer auf der zweiten Seite der Bremse 300 in der zylinderförmigen Aussparung für den Bremskolben 325 durch die Innenwand dieser Aussparung und die Rückseite des Bremskolbens 325 definierten zweiten Fluidkammer 340b und stellt somit eine hydraulische Kopplung der beiden Fluidkammern 340a, b bereit.
Wird nun der Aktuator 345 angesteuert und somit betätigt, so übt er eine Kraft auf den ersten Kolben 326 aus, die diesen veranlasst, sich innerhalb des Zylinders in Richtung zur Bremsscheibe 320 zu bewegen und dabei auf das in der Fluidkammer 340a vorhandene Hydraulikfluid einen erhöhten Druck auszuüben. Diese Druckerhöhung bewirkt dabei zum einen, dass der zweite Kolben 327 sich ebenfalls in Richtung Bremsscheibe 320 bewegt und dabei den Bremsbelag 330a auf diese presst. Zum anderen pflanzt sich die Druckerhöhung über das in dem Hydraulikkanal 335 befindliche Hydraulikfluid zur zweiten Fluidkammer 340b fort und führt dort auf gleiche Weise, wie bereits vorausgehend zu 1 und 2 beschrieben, zu einer Krafteinwirkung auf die Rückseite des Bremskolbens 325. Diese Krafteinwirkung veranlasst den Bremskolben 325 wiederum, den Bremsbelag 330b gegenläufig zur Bewegungsrichtung des Bremsbelags 330a gegen die Bremsscheibe 320 zu pressen. Insgesamt wird so die Bremsscheibe 320 beidseitig durch die Krafteinwirkung der Bremsbeläge 330a bzw. 330b abgebremst.
Wie in 4 illustriert, können die erfindungsgemäßen Festsattelbremsen, insbesondere gemäß den in 2 oder 3 illustrierten Ausführungsformen, beispielsweise als Fahrzeugbremsen für ein Kraftfahrzeug an dessen Radaufhängungen vorgesehen sein, um die Räder des Fahrzeugs zu bremsen. Es ist insbesondere auch denkbar, dass dabei verschiedenen Bremstypen eingesetzt werden, beispielsweise die Bremsen aus 2 für die Vorderräder und die Bremsen aus 3 für die Hinterräder.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

100: herkömmliche hydraulische Festsattelbremse
105: erste Seite der Festsattelbremse 100, auf Fahrzeuginnenseite
110: zweite Seite der Festsattelbremse 100, auf Fahrzeugaußenseite
115: Bremssattel
120: Bremsscheibe
125a, b: Bremskolben
128: Dichtungen, insbesondere Dichtringe130a, b Bremsbeläge
135: Hydraulikkanal
140a, b: Fluidkammern
200: Festsattelbremse gemäß einer ersten Ausführungsform
205: erste Seite der Festsattelbremse 200, auf Fahrzeuginnenseite
210: zweite Seite der Festsattelbremse 200, auf Fahrzeugaußenseite
215: Bremssattel
220: Bremsscheibe
225: Bremskolben
226: Innenkolben
227: Hohlkolben
228: Dichtungen, insbesondere Dichtringe
230a, b: Bremsbeläge
235: Hydraulikkanal
240 a, b: Fluidkammern
245: elektromechanischer Aktuator
250: elektrische Leitung zur Energieversorgung/Ansteuerung des Aktuators 245
300: Festsattelbremse gemäß einer zweiten Ausführungsform
305: erste Seite der Festsattelbremse 300, auf Fahrzeuginnenseite
310: zweite Seite der Festsattelbremse 300, auf Fahrzeugaußenseite
315: Bremssattel
320: Bremsscheibe
325: Bremskolben
326: erster Kolben
327: zweiter Kolben
328: Dichtungen, insbesondere Dichtringe
330a, b: Bremsbeläge
335: Hydraulikkanal
340 a, b: Fluidkammern
345: elektromechanischer Aktuator
350: elektrische Leitung zur Energieversorgung/Ansteuerung des Aktuators 345
400: Fahrzeug, hier beispielhaft ein Kraftfahrzeug

Claims

Festsattelbremse (200; 300), aufweisend: einen Bremssattel (215; 315); eine Bremsscheibe (220; 320); eine an oder in dem Bremssattel (215; 315) angeordnete erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227; 326, 327), die eingerichtet ist, anhand zumindest eines Bremskolbens (227; 327) unmittelbar oder mittelbar eine erste Anpresskraft auf eine ihr zugeordnete erste Seitenfläche der Bremsscheibe (220; 320) zu übertragen; eine an oder in dem Bremssattel (215; 315) angeordnete zweite Bremskolbenvorrichtung (225; 325), die eingerichtet ist, anhand zumindest eines Bremskolbens unmittelbar oder mittelbar eine zweite Anpresskraft auf eine ihr zugeordnete und der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche der Bremsscheibe (220; 320) zu übertragen; und einen an oder in dem Bremssattel (215; 315) angeordneten elektromechanischen Aktuator (245; 345), der konfiguriert ist, bei seiner Betätigung sowohl auf die erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227; 326, 327) als auch auf die zweite Bremskolbenvorrichtung (225; 325) jeweils eine Kraft auszuüben, welche durch die jeweilige Bremskolbenvorrichtung zumindest anteilig als jeweilige erste bzw. zweite Anpresskraft auf die jeweils zugeordnete Seitenfläche der Bremsscheibe (220; 320) weiter übertragen wird; wobei der Aktuator (245; 345) und die zweite Bremskolbenvorrichtung (225; 325) zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator (245; 345) auf die zweite Bremskolbenvorrichtung (225; 325) hydraulisch miteinander gekoppelt sind.
Festsattelbremse (200; 300) nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (245; 345) relativ zur Bremsscheibe (220; 320) auf derselben Seite der Festsattelbremse (200; 300) angeordnet ist, wie die erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227; 326, 327).
Festsattelbremse (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei zur hydraulischen Kopplung des Aktuators (245; 345) an die zweite Bremskolbenvorrichtung (225; 325) einen Hydraulikkanal (235; 335) vorgesehen ist, der zumindest abschnittsweise innerhalb des Bremssattels (215; 315) verläuft.
Festsattelbremse (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei auch die erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227; 326, 327) zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator (245; 345) auf die erste Bremskolbenvorrichtung mit dem Aktuator (245; 345) hydraulisch gekoppelt ist.
Festsattelbremse (200; 300) nach Anspruch 4, wobei der Aktuator (245; 345) sowie die beiden Bremskolbenvorrichtungen zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator (245; 345) auf die Bremskolbenvorrichtungen an einen gemeinsamen Hydraulikkanal (235; 335) hydraulisch gekoppelt sind.
Festsattelbremse (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227; 326, 327) mit dem Aktuator (245; 345) zur Bewirkung der Kraftausübung von dem Aktuator (245; 345) auf die erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227; 326, 327) mechanisch oder elektromechanisch auf solche Weise kraftgekoppelt ist, dass bei dieser Kraftausübung zugleich die Kraftausübung von dem Aktuator (245; 345) auf die zweite Bremskolbenvorrichtung (225; 325) über deren hydraulische Koppelung mit dem Aktuator (245; 345) bewirkt wird.
Festsattelbremse (200; 300) nach Anspruch 6, wobei der Aktuator (245; 345) mittels eines Spindeltriebs oder eines Piezoelements zur Krafterzeugung ausgebildet ist.
Festsattelbremse (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227; 326, 327) zwei mittels eines zwischen ihnen liegenden Fluids hydraulisch miteinander kraftgekoppelte Kolben (226 und 227 bzw. 326 und 327) aufweist.
Festsattelbremse (200) nach Anspruch 8, wobei: die erste Bremskolbenvorrichtung (226, 227) einen Teleskopbremskolben aufweist, der einen relativ zur Bremsscheibe (220) beweglich angeordneten Hohlkolben (227) mit einem darin relativ zu dem Hohlkolben (227) beweglich angeordneten Innenkolben (226) aufweist; der Innenraum des Hohlkolbens (227) zusammen mit der Bodenfläche des Innenkolbens (226) eine mit der zweiten Bremskolbenvorrichtung (225) hydraulisch gekoppelte Fluidkammer (240a) innerhalb des Hohlkolbens (227) definiert; und der Teleskopbremskolben mit dem Aktuator (245) so kraftgekoppelt ist, dass bei der Betätigung des Aktuators (245) über den Innenkolben (226) eine Druckbeaufschlagung eines in der Fluidkammer (240a) befindlichen Fluids erfolgt, die zum einen über den Hohlkolben (227) die erste Anpresskraft auf die Bremsscheibe (220) und zum anderen über die hydraulisch gekoppelte zweite Bremskolbenvorrichtung (225) die zweite Anpresskraft auf die Bremsscheibe (220) bewirkt.
Festsattelbremse (300) nach Anspruch 8, wobei: die zwei Kolben (326, 327) in Reihe geschaltet sind; der Zwischenraum zwischen den beiden Kolben (326, 327) eine mit der zweiten Bremskolbenvorrichtung (325) hydraulisch gekoppelte Fluidkammer (340a) innerhalb der ersten Bremskolbenvorrichtung für das Fluid definiert; und einer erster der beiden Kolben mit dem Aktuator (345) so kraftgekoppelt ist, dass bei der Betätigung des Aktuators (345) über diesen ersten Kolben (326) eine Druckbeaufschlagung des in der Fluidkammer (340a) befindlichen Fluids erfolgt, die zum einen über den zweiten der Kolben (327) die erste Anpresskraft auf die Bremsscheibe (320) und zum anderen über die hydraulisch gekoppelte zweite Bremskolbenvorrichtung (325) die zweite Anpresskraft auf die Bremsscheibe (320) bewirkt.
Festsattelbremse (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (245; 345) an eine elektrische Leitung (250; 350) angeschlossen ist, die sowohl zur Energieversorgung des Aktuators (245; 345) als auch zu seiner Ansteuerung dient.
Fahrzeug (400) mit einer Festsattelbremse (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche.