DE102019203100A1

DE102019203100A1 - Reibungsbremse für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019203100A1
Application number: DE102019203100.5A
Authority: DE
Inventors: Kristijan Tarandek; I-Che Chiang; Hans-Jörg Feigel; Josko Kurbasa
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibungsbremse für ein Fahrzeug, umfassend ein Drückelement zum Drücken eines Bremsklotzes (6) gegen eine Reiboberfläche, eine Getriebeeinheit, die eine Eingangswelle (13) hat und eingerichtet ist zum Umsetzen einer Drehbewegung der Eingangswelle (13) in eine translatorische Bewegung des Drückelements, und einen elektrischen Motor (1), der eingerichtet ist zum Betätigen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in einer ersten Drehrichtung und zum Lösen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung. Gemäß der Erfindung umfasst die Reibungsbremse einen Freilaufmechanismus (22), der so zwischen dem elektrischen Motor (1) und der Getriebeeinheit angeordnet ist, dass ein selbstblockierender Effekt des Freilaufmechanismus (22) eine Drehung der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung verhindert oder hemmt, wobei der Freilaufmechanismus (22) eingerichtet ist zum Aufheben des selbstblockierenden Effekts, wenn eine Drehung der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung durch den elektrischen Motor (1) angetrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibungsbremse für ein Fahrzeug, umfassend einen elektrischen Motor zum Betätigen und Lösen der Reibungsbremse.
Genauer betrifft die Erfindung eine Reibungsbremse, umfassend ein Drückelement zum Drücken eines Bremsklotzes gegen eine Reiboberfläche, eine Getriebeeinheit, die eine Eingangswelle hat und eingerichtet ist zum Umsetzen einer Drehbewegung der Eingangswelle in eine translatorische Bewegung des Drückelements, und einen elektrischen Motor, der eingerichtet ist zum Betätigen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle der Getriebeeinheit in einer ersten Drehrichtung und zum Lösen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle der Getriebeeinheit in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung.
Reibungsbremsen dieser Art können zum Beispiel als integrierte Parkbremsen verwendet werden. Eine übliche Bremse dieses Typs ist im Dokument US 2007/0062769 A1 gezeigt. Ein Nachteil dieser Bremse und ähnlicher aus dem Stand der Technik bekannter Bremsen ist, dass der zum Betätigen der Bremse verwendete Motor relativ stark sein muss und einen hohen Leistungsbedarf hat, weil er einen durch eine Reibung eines Getriebes zwischen dem elektrischen Motor und dem Drückelement verursachten Widerstand überwinden muss, während diese Reibung verhältnismäßig groß ist und sein muss, um zu verhindern, dass die Bremse sich löst, wenn ein dem elektrischen Motor zum Betätigen der Bremse zugeführter Strom abgeschaltet wird, obwohl nicht vorgesehen ist, die Bremse zu lösen. Das ist eine typische Situation für eine Parkbremse.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Reibungsbremse vorzuschlagen, die effizient durch einen elektrischen Motor betätigt werden kann, so dass eine Leistungsaufnahme des elektrischen Motors auch dann niedrig gehalten werden kann, wenn die Reibungsbremse eine verhältnismäßig hohe Anpresskraft erzeugen soll.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel durch eine Reibungsbremse für ein Fahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch erreicht. Verschiedene Ausführungsformen eines Reibungsbremssystems dieser Art können zusätzlich die Merkmale der abhängigen Ansprüche aufweisen.
Die vorgeschlagene Reibungsbremse für ein Fahrzeug umfasst ein Drückelement zum Drücken eines Bremsklotzes gegen eine Reiboberfläche, eine Getriebeeinheit, die eine Eingangswelle hat und eingerichtet ist zum Umsetzen einer Drehbewegung der Eingangswelle in eine translatorische Bewegung des Drückelements, und einen elektrischen Motor, der eingerichtet ist zum Betätigen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle der Getriebeeinheit in einer ersten Drehrichtung und zum Lösen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle der Getriebeeinheit in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung, und einen Freilaufmechanismus, der so zwischen dem elektrischen Motor und der Getriebeeinheit angeordnet ist, dass ein selbstblockierender Effekt des Freilaufmechanismus eine Drehung der Eingangswelle der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung verhindert oder hemmt, so dass die Eingangswelle nicht durch eine auf das Drückelement wirkende Gegenkraft einer Anpresskraft der Reibungsbremse in der zweiten Drehrichtung gedreht werden kann, wobei der Freilaufmechanismus eingerichtet ist zum Aufheben des selbstblockierenden Effekts, wenn eine Drehung der Eingangswelle der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung durch den elektrischen Motor angetrieben wird.
Der Freilaufmechanismus ist also so angeordnet, dass er in einem Freilaufmodus ist, wenn die Eingangswelle der Getriebeeinheit in der ersten Drehrichtung gedreht wird, während ein selbstblockierender Effekt eine Drehung der Eingangswelle der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung verhindert oder hemmt, solange der selbstblockierende Effekt des Freilaufmechanismus nicht aufgehoben wird. Ein Aufheben des selbstblockierenden Effekts, wie gefordert, wenn der elektrische Motor angetrieben wird, die Eingangswelle in der zweiten Drehrichtung zu drehen, um die Reibungsbremse zu lösen, lässt sich einfach durch einen Mechanismus zum Bewegen oder Lösen eines den selbstblockierenden Effekt des Freilaufmechanismus verursachenden Elements erreichen. Der Begriff „Freilaufmechanismus“ ist als alle Vorrichtungen mit der hier beschriebenen Funktionalität umfassend zu verstehen, unabhängig davon, wie diese im Detail gestaltet sind. Wie bereits angedeutet, kann der Begriff „selbstblockierender Effekt“ in diesem Zusammenhang als selbstblockierend im engeren Sinn des Wortes verstanden werden, das heißt als die jeweilige Bewegung vollständig blockierend, oder in einem weiteren Sinn auch einen Effekt umfassend, der die Bewegung durch signifikante Erhöhung einer Reibung oder eines Widerstands hemmt, das heißt durch signifikante Minderung eines Wirkungsgrads des Mechanismus.
Eine Wirkung der Erfindung ist, dass der Freilaufmechanismus eine unbeabsichtigte Bremslösung auch dann verhindern kann, wenn eine Übertragung zwischen dem elektrischen Motor und dem Drückelement sehr leichtlaufend gestaltet ist, das heißt mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Das erlaubt dem elektrischen Motor, sehr effizient zu arbeiten, was impliziert, dass er eine hohe Anpresskraft der Reibungsbremse auch dann erzeugen kann, wenn er relativ schwach ausgelegt ist und/oder mit einem relativ niedrigen Steuerstrom versorgt wird. Der elektrische Motor kann also kleiner und mit einem niedrigeren Gewicht ausgeführt sein als in vergleichbaren üblichen Reibungsbremsen. Eine andere Wirkung ist, dass eine Leistungsaufnahme des elektrischen Motors und daher der Reibungsbremse verhältnismäßig gering gehalten werden kann.
Die Getriebeeinheit kann ein Untersetzungsgetriebe umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Untersetzungsgetriebe zwischen dem elektrischen Motor und dem Freilaufmechanismus angeordnet sein. Irgendein solches Untersetzungsgetriebe kann hilfreich sein zum Erhöhen einer Anpresskraft der Reibungsbremse, die unter Verwendung des gegebenen elektrischen Motors erzeugt werden kann und zum Reduzieren einer Geschwindigkeit des Drückelements bei einer gegebenen bestimmten Ausgangsdrehgeschwindigkeit des elektrischen Motors. Das Untersetzungsgetriebe kann ein Planetengetriebe oder ein(en) Zahnriementrieb sein oder umfassen. Jede Komponente, die hier als „zwischen“ dem elektrischen Motor und der Getriebeeinheit oder dem Freilaufmechanismus angeordnet beschrieben ist, ist als funktionell - nicht notwendigerweise räumlich - zwischen diesen, also irgendwo in einem Antriebsstrang oder Triebstrang zwischen dem elektrischen Motor und der Getriebeeinheit bzw. dem Freilaufmechanismus, angeordnet zu verstehen.
Die Getriebeeinheit und/oder das Untersetzungsgetriebe und/oder jedes der Untersetzungsgetriebe ist so gestaltet, dass eine den elektrischen Motor funktionell mit dem Drückelement verbindende Übertragung umfassend die Getriebeeinheit und jedes zwischen dem elektrischen Motor und der Getriebeeinheit vorgesehenes Untersetzungsgetriebe einen Wirkungsgrad von mehr als 50%, typischerweise mehr als 80%, hat, wenn der Freilaufmechanismus im Freilaufmodus ist oder durch den elektrischen Motor angetrieben wird. Das verbessert eine Effizienz der Reibungsbremse im Hinblick auf die Leistungsaufnahme. Die Getriebeeinheit und jedes andere Getriebe entsprechend zu gestalten, verursacht keine Schwierigkeiten. Das ist jedoch nur deshalb möglich, weil eine unbeabsichtigte Bremslösung durch den Freilaufmechanismus verhindert wird.
Eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad hoch zu halten, ist es, die Getriebeeinheit als Kugelgewindetrieb oder als einen Kugelgewindetrieb umfassend zu gestalten. Die Getriebeeinheit kann jedenfalls eine mit einem Gewinde versehene Welle umfassen, die zum Bewegen der Mutter gedreht werden kann, wobei die mit einem Gewinde versehene Welle mit der Eingangswelle identisch oder damit in einem Stück sein kann. Die Mutter kann Teil der Getriebeeinheit und eingerichtet sein, mit dem Drückelement in Eingriff zu kommen, oder sie kann identisch mit oder Teil von dem Drückelement sein.
Wenn der Freilaufmechanismus im selbstblockierenden Modus ist, also wenn die Gegenkraft der Anpresskraft die Eingangswelle der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung zu rotieren drängt, ist die genannte Übertragung, die den elektrischen Motor mit dem Drückelement funktionell verbindet und die die Getriebeeinheit und jedes zwischen dem elektrischen Motor und der Getriebeeinheit vorgesehenes Untersetzungsgetriebe umfasst, entweder vollständig blockiert oder hat zumindest einen viel kleineren Wirkungsgrad, so dass die genannte Gegenkraft nicht stark genug ist, die Eingangswelle in der zweiten Drehrichtung zu bewegen. Der Wirkungsgrad der Übertragung kann in diesem Fall zum Beispiel kleiner als 50% sein, typischerweise zwischen 35% und 0.
Der Freilaufmechanismus kann ein festes Element mit einer Kontaktoberfläche, einen mit der Eingangswelle der Getriebeeinheit verbundenen und möglicherweise einstückig mit der Eingangswelle der Getriebeeinheit gebildeten Rotor und mindestens ein beweglich in einem Spalt zwischen dem Rotor und der Kontaktoberfläche des festen Elements eingeordnetes Klemmelement umfassen, so dass der selbstblockierende Effekt des Freilaufmechanismus erreicht werden kann, indem das mindestens eine Klemmelement eine Bewegung des Rotors relativ zu dem festen Element verhindert oder hemmt, wenn ein in der zweiten Drehrichtung wirkendes Drehmoment von der Eingangswelle der Getriebeeinheit auf den Rotor übertragen wird. Das kann das mindestens eine Klemmelement tun durch Herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor und dem Klemmelement sowie zwischen dem Klemmelement und der Kontaktoberfläche des festen Elements, insbesondere wenn das Klemmelement eine Rolle oder ein Keil ist, oder alternativ durch Formschluss, insbesondere wenn es eine Klinke ist und wenn die Kontaktoberfläche gestuft oder sägezahnförmig ist. Typischerweise umfasst der Freilaufmechanismus mindestens zwei oder drei der Klemmelemente. Das mindestens eine Klemmelement wird so angeordnet sein, dass es den Rotor freigibt, so dass der Freilaufmechanismus im Freilaufmodus ist, wenn der Rotor in der ersten Drehrichtung gedreht wird. Wie bereits erwähnt, kann das Klemmelement oder jedes davon zum Beispiel ein Keil, eine Rolle oder eine Klinke sein. Wenn die Klemmelemente Keile oder Rollen sind, wird eine die Klemmelemente kontaktierende Oberfläche des Rotors typischerweise eine Flanke für jedes der Klemmelemente umfassen. Das feste Element oder der Rotor kann einen äußeren Ring des Freilaufmechanismus bilden, wobei der Rotor bzw. des feste Element innerhalt des äußeren Rings angeordnet und das mindestens eine Klemmelement im selbstblockierenden Modus des Freilaufmechanismus in radialer Richtung gedrückt wird. Insbesondere wird die die Klemmelemente kontaktierende Oberfläche des Rotors, wenn der äußere Ring durch das feste Element gebildet wird, in diesem Fall innerhalb des äußeren Rings angeordnet sein. Die Anordnung kann jedoch auch umgekehrt sein. Alternativ kann das mindestens eine Klemmelement eingerichtet sein, im selbstblockierenden Modus in axialer Richtung gedrückt zu werden.
Wenn der Freilaufmechanismus in dieser Weise gestaltet ist, kann eine Funktion des Freilaufmechanismus verbessert werden, wenn das mindestens eine Klemmelement gegenüber dem Rotor federbelastet wird, so dass es in Richtung einer Position vorgespannt ist, in der der Freilaufmechanismus den selbstblockierenden Effekt hat, also in eine dem selbstblockierenden Modus des Freilaufmechanismus entsprechende Position gedrängt wird.
Der Freilaufmechanismus kann außerdem ein drehbares Drehmomentübertragendes Element umfassen, das eingerichtet ist zum Übertragen eines Drehmoments vom elektrischen Motor auf den Rotor, wobei ein Spiel zwischen dem Drehmoment-übertragenden Element und dem Rotor eine begrenzte Relativdrehung zwischen dem Drehmoment-übertragenden Element und dem Rotor erlaubt und wobei das Drehmoment-übertragende Element eingerichtet, das mindestens eine Klemmelement so zu kontaktieren und zu bewegen, dass es gelöst - also aus der Position, in der der Freilaufmechanismus den selbstblockierenden Effekt hat, heraus bewegt - wird, wenn das Drehmoment-übertragende Element in der zweiten Drehrichtung relativ zum Rotor gedreht wird. Typischerweise sind das Drehmoment-übertragende Element und der Rotor koaxial angeordnet.
Der Freilaufmechanismus kann außerdem mindestens einen exzentrischen Antriebsstift zum Übertragen des Drehmoments vom Drehmoment-übertragenden Element auf den Rotor umfassen, wobei der mindestens eine Antriebsstift Teil des Drehmoment-übertragenden Elements oder der Rotors ist oder an einem davon befestigt ist und wobei er in ein Loch hineinragt, das - zumindest in einer Richtung - einen größeren Durchmesser als der Antriebsstift hat, um das genannte Spiel sicherzustellen. Typischerweise gibt es mindestens zwei oder drei der Antriebsstifte und eine entsprechende Zahl von Löchern, in die die Antriebsstifte hineinragen. Der mindestens eine Antriebsstift und das Loch können, müssen jedoch nicht einen kreisförmigen Querschnitt haben. Insbesondere könnte das Loch stattdessen eine längliche Form haben. The Antriebsstift oder die Antriebsstifte können Teil des Drehmoment-übertragenden Elements oder daran befestigt und das oder die entsprechende Loch bzw. Löcher im Rotor vorgesehen sein oder umgekehrt.
Das Drehmoment-übertragende Element kann mindestens einen Auslösemitmehmer aufweisen, um so gegen das mindestens eine Klemmelement zu drücken, dass es gelöst wird, wenn das Drehmoment-übertragende Element in der zweiten Drehrichtung relativ zum Rotor gedreht wird, also um es aus der Position, in der der Freilaufmechanismus den selbstblockierenden Effekt hat, herauszudrücken, wenn das Drehmoment-übertragende Element innerhalb der Grenzen des genannten Spiels in der zweiten Drehrichtung relativ zum Rotor gedreht wird. Wenn der Freilaufmechanismus mehr als eines der Klemmelemente aufweist, sollte das Drehmoment-übertragende Element für jedes der Klemmelemente einen Auslösemitnehmer haben.
Das Drückelement der vorgeschlagenen Reibungsbremse kann ein beweglich in einem Radbremszylinder angeordneter Bremskolben sein. Die Reibungsbremse kann zum Beispiel eine Trommelbremse sein. In diesem Fall kann die Reiboberfläche eine innere Oberfläche einer Bremstrommel sein. In anderen Fällen wird die Reibungsbremse eine Scheibenbremse sein, und die Reiboberfläche wird eine Oberfläche einer Bremsscheibe sein. Im letztgenannten Fall kann der Radbremszylinder Teil eines Bremssattels sein, wer eine Anpresskraft auf einen zweiten Bremsklotz überträgt, wenn der Bremskolben den erstgenannten Bremsklotz gegen die genannte Reiboberfläche drückt, so dass der zweite Bremsklotz gegen eine gegenüberliegende zweite Reiboberfläche der Bremsscheibe gedrückt wird.
Wenn die Reibungsbremse einen Radbremszylinder hat und wenn das Drückelement, wie oben beschrieben, ein beweglich darin angeordneter Bremskolben ist, kann die Reibungsbremse insbesondere eine durch Beaufschlagen einer Bremsflüssigkeit innerhalb des Radbremszylinders mit Druck betätigbare hydraulische Betriebsbremse umfasst.
Insbesondere in diesem Fall kann die Reibungsbremse eine integrierte Parkbremse umfassen. Allgemeiner kann die vorgeschlagene Reibungsbremse eine durch den elektrischen Motor betätigbare elektrische Parkbremse sein oder umfassen und/oder sie kann eine durch den elektrischen Motor betätigbare und lösbare elektro-mechanische Bremse sein, die als Betriebsbremse dient.
Die Reibungsbremse kann auch eine Steuereinheit zum Versorgen des elektrischen Motors mit einem von einem Bremsbefehl abhängigen Steuerstrom umfassen. In diesem Fall kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Steuerstrom auf null oder einen Wert von weniger als 10% eines maximalen Steuerstroms zum Betätigen der Reibungsbremse zu reduzieren, wenn eine Anpresskraft der Reibungsbremse dem Bremsbefehl zufolge konstant zu halten ist. Unabhängig davon, ob die so angesteuerte Reibungsbremse als Parkbremse oder als Betriebsbremse verwendet wird, ist das wegen des selbstblockierende Effekts des Freilaufmechanismus möglich und hilft, eine Leistungsaufnahme des elektrischen Motors niedrig zu halten.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben.

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Reibungsbremse für ein Fahrzeug,
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Freilaufmechanismus, der Teil der in 1 gezeigten Reibungsbremse ist,
3 zeigt eine Explosionszeichnung des gleichen Freilaufmechanismus,
4 zeigt eine Explosionsansicht des gleichen Freilaufmechanismus aus einer Richtung betrachtet,
5 zeigt eine Rückansicht des gleichen Freilaufmechanismus in einem Freilaufmodus, wenn die Reibungsbremse betätigt wird,
6 zeigt eine entsprechende Ansicht des gleichen Freilaufmechanismus in einem selbstblockierenden Modus, wenn die Reibungsbremse in einem betätigten Zustand gehalten wird,
7 zeigt eine entsprechende Ansicht des gleichen Freilaufmechanismus in einem Zustand, in dem ein selbstblockierender Effekt des Freilaufmechanismus aufgehoben ist, wenn die Reibungsbremse gelöst wird, und
8 zeigt ein Diagramm, das einen Steuerstrom eines elektrischen Motors einer Reibungsbremse des in den 1 bis 7 gezeigten Typs und eine Anpresskraft dieser Reibungsbremse illustriert.

1 zeigt eine Reibungsbremse für ein Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Auto. Diese Reibungsbremse ist eine Scheibenbremse, die sowohl elektromechanisch als auch hydraulisch betätigt werden kann. Insbesondere enthält diese Reibungsbremse eine integrierte Parkbremse, die durch einen elektrischen Motor 1 betätigt und gelöst werden kann, wobei der Motor 1 in 1 nur schematisch gezeigt ist. Die Reibungsbremse kann auch als hydraulische Betriebsbremse genutzt werden, die durch Beaufschlagen einer Bremsflüssigkeit innerhalb eines Radbremszylinders 2 mit Druck betätigt werden kann. Zu diesem Zweck hat der Radbremszylinder eine Einlassöffnung 3 für die Bremsflüssigkeit.
Eine Reibungsbremse wie die in 1 gezeigte und weiter unten genauer beschriebene könnte mit nur geringfügigen Modifikationen auch als elektro-mechanische Betriebsbremse verwendet werden. In diesem Fall ist die Einlassöffnung 3 natürlich nicht notwendig und kann weggelassen werden.
Der Radbremszylinder 2 ist Teil eines Bremssattels 4 der Reibungsbremse. Ein Bremskolben 5 ist beweglich in dem Radbremszylinder 2 angeordnet und dient als Drückelement zum Drücken eines ersten Bremsklotzes 6 gegen eine Reiboberfläche einer Bremsscheibe 7. Ein elastischer Dichtungsring 8 ist in einer Nut in einer Innenwand 9 des Radbremszylinders 2 angeordnet. Der Dichtungsring 8 dichtet einen Spalt zwischen dem Bremskolben 5 und der Innenwand 9 ab und hilft, den Bremskolben 5 zurückzuziehen, wenn die Reibungsbremse gelöst wird. Der Bremssattel 4 hat zwei Finger 10, die über einen Verbindungsabschnitt 11 des Bremssattels mit dem Radbremszylinder 2 verbunden sind und die eine Anpresskraft auf einen zweiten Bremsklotz 12 der Reibungsbremse ausüben, wenn der Bremskolben 5 den ersten Bremsklotz 6 gegen die Reiboberfläche drückt, wodurch der zweite Bremsklotz 12 gegen eine zweite Reiboberfläche an einer gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 7 gedrückt wird.
Die Reibungsbremse umfasst eine Getriebeeinheit zum Umsetzen einer Drehbewegung einer Eingangswelle 13 der Getriebeeinheit in eine translatorische Bewegung des Bremskolbens 5. Zu diesem Zweck umfasst die Getriebeeinheit einen Kugelgewindetrieb mit einer mit einem Gewinde versehenen Welle 14 und einer Mutter 15. Die mit einem Gewinde versehene Welle 14 hat eine spiralförmige Laufbahn 16, wobei eine Vielzahl von Kugeln 17 in der spiralförmigen Laufbahn 16 und einer entsprechenden Gewindebahn der Mutter 15 angeordnet ist. So kann die Mutter 15 durch Drehen der mit einem Gewinde versehenen Welle 14 vor- und zurückbewegt werden. Die Mutter 15 kann mit dem Bremskolben 5 in Eingriff kommen, wenn eine Einrückfläche 18 der Mutter 15 mit einer Angriffsfläche 19 in Kontakt kommt.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Getriebeeinheit ein Planetengetriebe 20 als Untersetzungsgetriebe zwischen der Eingangswelle 13 und der mit einem Gewinde versehenen Welle 14, so dass die mit einem Gewinde versehene Welle 14 mit einer geringeren Geschwindigkeit rotiert als die Eingangswelle 13. In einer vereinfachten Version der Getriebeeinheit könnte die mit einem Gewinde versehene Welle 14 mit der Eingangswelle 13 identisch und in einem Stück ohne irgendein Untersetzungsgetriebe dazwischen ausgeführt sein.
Die Reibungsbremse kann durch Antreiben der Eingangswelle 13 und dadurch der mit einem Gewinde versehenen Welle 14 der Getriebeeinheit in einer ersten Drehrichtung aktiviert und durch Antreiben der Eingangswelle 13 und dadurch der mit einem Gewinde versehenen Welle 14 der Getriebeeinheit in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gelöst werden. Das geschieht durch den elektrischen Motor 1, so dass die Mutter 15 und dadurch der Bremskolben 5 gegen den Bremsklotz 6 gedrückt wird, wenn eine Ausgangswelle 21 des elektrischen Motors 1 in der ersten Drehrichtung gedreht wird, während die Mutter 15 zum Lösen der Reibungsbremse in eine entgegengesetzte Richtung zurückgezogen wird, wenn die Ausgangswelle 21 in der zweiten Drehrichtung gedreht wird.
Zwischen dem elektrischen Motor und der Getriebeeinheit ist ein Freilaufmechanismus 22 so angeordnet, dass ein selbstblockierender Effekt des Freilaufmechanismus 22 eine Drehung der Eingangswelle 13 der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung verhindert oder hemmt, so dass die Eingangswelle 13 nicht durch eine Gegenkraft einer auf den Bremskolben 5 wirkenden Anpresskraft der Reibungsbremse in der zweiten Drehrichtung gedreht werden kann, wenn die Reibungsbremse aktiviert und die Mutter 15 mit dem Kolben 5 in Eingriff ist. Der Freilaufmechanismus 22 ist in einem Freilaufmodus, wenn die Eingangswelle 13 der Getriebeeinheit in der ersten Drehrichtung gedreht wird.
Außerdem ist der Freilaufmechanismus 22, wie unten detaillierter beschrieben, eingerichtet zum Aufheben des selbstblockierenden Effekts, wenn eine Drehung der Eingangswelle 13 der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung durch den elektrischen Motor 1 angetrieben wird. Der Freilaufmechanismus 22 ist jedoch in einem eine Drehung der Eingangswelle 13 der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung verhindernden selbstblockierenden Modus, solange der selbstblockierende Effekt des Freilaufmechanismus 22 nicht aufgehoben wird. Daher kann der Freilaufmechanismus 22 jede unbeabsichtigte Bremslösung verhindern, obwohl eine Übertragung zwischen der Ausgangswelle 21 des elektrischen Motors 1 und der Mutter 15 oder dem Bremskolben 5 sehr leichtlaufend gestaltet ist, das heißt mit einem sehr hohen Wirkungsgrad von in diesem Fall ungefähr 85 %.
Ein Zahnriementrieb ist zwischen dem elektrischen Motor 1 und dem Freilaufmechanismus 22 als zusätzliches Untersetzungsgetriebe angeordnet. Dieses zusätzliche Untersetzungsgetriebe umfasst einen Zahnriemen 23, der ein kleineres Zahnrad 24, das auf der Ausgangswelle 21 befestigt ist, mit einem größeren Zahnrad an einer äußeren Oberfläche eines Drehmoment-übertragenden Elements 25 des Freilaufmechanismus 22 verbindet.
Die genannte Übertragung mit einem Wirkungsgrad von ungefähr 85 % umfasst die Getriebeeinheit mit dem Kugelgewindetrieb und dem Planetengetriebe 20 sowie das zusätzliche Untersetzungsgetriebe, das durch den Zahnriementrieb gegeben ist.
Ein weiteres Detail, das in 1 erkennbar ist, ist eine Stützfeder 26, die durch einen Kragen 27 der mit einem Gewinde versehenen Welle 14 und durch ein Federstützelement 28, das innerhalb des Radbremszylinders 2 montiert und an dem Bremssattel 4 befestigt ist, abgestützt ist. Die Stützfeder 26 spannt die mit einem Gewinde versehene Welle 14 mit ihrem Kragen 27 in Richtung einer hinteren Öffnung des Radbremszylinders 2 so vor, dass diese hintere Öffnung sicher geschlossen ist. Außerdem kann eine Scheibenfeder 29, die in einer Nut 30 in einer Innenwand des Bremskolbens 5 sitzt und durch ein Lager 31 an einer Oberfläche der Mutter 15 abgestützt ist, eine zurückziehende Bewegung des Bremskolbens 5 unterstützen, wenn die Reibungsbremse gelöst wird.
Wie in den 2 bis 7 detaillierter zu sehen ist, umfasst der Freilaufmechanismus 22 ein festes Element 32, das ringförmig ist und einen äußeren Ring oder eine äußere Lauffläche des Freilaufmechanismus 22 bildet, einen mit der Eingangswelle 13 der Getriebeeinheit verbundenen und in einem Stück damit gebildeten und innerhalb des äußeren Rings oder der äußeren Lauffläche angeordneten Rotor 33 und drei Klemmelemente 34, die beweglich in einem Spalt zwischen dem Rotor 33 und einer Kontaktoberfläche des festen Elements 32 angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Klemmelemente 34 Keile. Alternativ könnten sie als Rollen oder Klinken gestaltet sein.
Der selbstblockierende Effekt des Freilaufmechanismus 22 wird erreicht, indem die Klemmelemente 34 eine Bewegung des Rotors 33 relativ zu dem festen Element 32 verhindern, wenn ein in der zweiten Drehrichtung wirkendes Drehmoment von der Eingangswelle 13 der Getriebeeinheit auf den Rotor 33 übertragen wird. Das tun die Klemmelemente 34, indem sie im selbstblockierenden Modus in eine radiale Richtung gedrückt werden und dadurch zwischen der Kontaktoberfläche des festen Elements 32 und einer äußeren Oberfläche des Rotors 33 klemmen und eine kraftschlüssige Verbindung herstellen. Um das zu ermöglichen, ist die äußere Oberfläche des Rotors 33 gestuft und weist drei Flanken auf, eine für jedes der Klemmelemente 34.
In drei Vertiefungen in der äußeren Oberfläche des Rotors 33 sind drei Federn 35 angeordnet, um die Klemmelemente 34 relativ zum Rotor 33 federzubelasten, so dass die Klemmelemente 34 in Richtung einer Position vorgespannt sind, die dem selbstblockierenden Modus des Freilaufmechanismus 22 entspricht.
Das Drehmoment-übertragende Element 25 des Freilaufmechanismus ist ein koaxial mit dem Rotor 33 angeordnetes Rad zum Übertragen von Drehmoment von der Ausgangswelle des elektrischen Motors 1 auf den Rotor 33. Ein Spiel zwischen dem Drehmoment-übertragenden Element 25 und dem Rotor 33 erlaubt eine begrenzte Relativdrehung zwischen dem Drehmoment-übertragenden Element 25 und dem Rotor 33. Außerdem ist das Drehmoment-übertragende Element 25 eingerichtet, die Klemmelemente 34 so zu kontaktieren und zu bewegen, dass sie gelöst werden, das heißt aus einer Position herausbewegt werden, die dem selbstblockierenden Modus entspricht, in dem der Freilaufmechanismus 22 den selbstblockierenden Effekt hat, wenn das Drehmoment-übertragende Element 25 gegenüber dem Rotor 33 in der zweiten Drehrichtung gedreht wird.
Um das vom elektrischen Motor 1 kommende und über den Zahnriementrieb 23 auf das Drehmoment-übertragende Element 25 übertragene Drehmoment auf den Rotor 33 zu übertragen, hat das Drehmoment-übertragende Element 25 drei exzentrische Antriebsstifte 36, die in entsprechende Löcher 37 im Rotor 33 hineinragen. Die Löcher 37 haben einen größeren Durchmesser als die Antriebsstifte 36, um das genannte Spiel sicherzustellen. In dieser speziellen Ausführungsform haben die Antriebsstifte 36 und die Löcher 37 kreisförmige Querschnitte. In alternativen Ausführungsformen könnten die Löcher eine längliche Form haben oder könnten die Antriebsstifte Teil des Rotors 33 anstelle des Drehmoment-übertragenden Elements 25 sein oder daran befestigt sein, mit den entsprechenden Löchern 37 dann im Drehmoment-übertragenden Element 25 anstelle des Rotors.
Um die Klemmelemente 34 zu lösen, hat das Drehmoment-übertragende Element 25 drei Auslösemitnehmer 38, von denen jedes eingerichtet ist zum Drücken gegen eines der Klemmelemente 34, so dass von diesen alle gelöst werden, wenn das Drehmoment-übertragende Element 25 relativ zum Rotor in der zweiten Drehrichtung gedreht wird.
5 zeigt den Freilaufmechanismus 22 im Freilaufmodus, wenn die Reibungsbremse betätigt ist. Wie hier sichtbar ist, liegen die Antriebsstifte 36 so an Begrenzungen der Löcher 37 am Rotor 33 an, dass das Drehmoment vom Drehmoment-übertragenden Element 25 auf den Rotor 33 übertragen werden kann und dass sich beide in der ersten Drehrichtung drehen werden, die in 5 im Uhrzeigersinn ist.
6 zeigt den Freilaufmechanismus 22 im selbstblockierenden Modus, der sicherstellt, dass die Reibungsbremse auch dann in einem betätigten Zustand gehalten wird, wenn, wie in 6 angedeutet, kein Drehmoment durch die Antriebsstifte 26 auf den Rotor 33 übertragen wird. In diesem Zustand sind die Klemmelemente 34 zwischen der Kontaktoberfläche des festen Elements 32 und dem Rotor eingeklemmt, so dass der Rotor nicht in der zweiten Drehrichtung, das heißt gegen den Uhrzeigersinn in 6, gedreht werden kann, auch wenn der Rotor 33 durch die Gegenkraft der auf den Bremskolben 5 wirkenden Anpresskraft der Reibungsbremse in dieser Weise zu drehen gedrängt wird.
7 zeigt den gleichen Freilaufmechanismus 22 in einem Zustand, in dem die Reibungsbremse durch Drehen des Rotors 33 in der zweiten Drehrichtung, das heißt gegen den Uhrzeigersinn in 6, gelöst wird, wobei diese Drehung verursacht wird, indem der elektrische Motor 1 das Drehmoment-übertragende Element 25 mit den Antriebsstiften 36 in diese Richtung dreht. In diesem Zustand ist der selbstblockierende Effekt des Freilaufmechanismus 22 aufgehoben, weil die Auslösemitnehmer 38 die Klemmelemente aus der Position herausdrücken, in der sie den selbstblockierenden Effekt verursachen, sobald das Drehmoment-übertragende Element 25 innerhalb der Grenzen des Spiels zwischen dem Drehmoment-übertragenden Element 25 und dem Rotor 33 gegenüber dem Rotor in der zweiten Drehrichtung gedreht wird, wobei der Grund für das genannte Spiel ist, dass der Durchmesser der Löcher 37 größer ist als der Durchmesser der Antriebsstifte 36.
Wie in 1 schematisch dargestellt, umfasst die Reibungsbremse eine Steuereinheit 39 zum Versorgen des elektrischen Motors 1 mit einem von einem Bremsbefehl abhängigen Steuerstrom I. Die Steuereinheit 39 ist eingerichtet, den Steuerstrom I auf null oder zumindest einen Wert von weniger als 5 % eines maximalen Stroms I_max zum Aktivieren der Reibungsbremse zu reduzieren, wenn die Anpresskraft F der Reibungsbremse dem Bremsbefehl zufolge konstant zu halten ist. Das ist in 8 veranschaulicht, die ein Diagramm mit einer ersten Kurve 40, die die Anpresskraft F während eines Bremsvorgangs als Funktion der Zeit darstellt, und mit einer zweiten Kurve 41, die den Steuerstrom I ebenfalls als Funktion der Zeit während desselben Bremsvorgangs darstellt, zeigt. Eine gestrichelte Linie zeigt, wie der Steuerstrom I in einer entsprechenden Reibungsbremse ohne den Freilaufmechanismus 22 aussehen müsste, wenn der Wirkungsgrad der Übertragung zwischen der Ausgangswelle 21 des elektrischen Motors 1 und der Mutter 15 gleich gehalten wäre. Eine gepunktete Linie zeigt, wie der Steuerstrom in einer entsprechenden Reibungsbremse ohne den Freilaufmechanismus 22 aussehen müsste, wenn der Wirkungsgrad der Übertragung zwischen der Ausgangswelle 21 und der Mutter 15 reduziert wird, um eine Art selbstblockierenden Effekt allein durch Reibung in der Getriebeeinheit oder irgendeinem der Untersetzungsgetriebe zwischen dem elektrischen Motor 1 und der Mutter 15 zu erhalten. Das Diagramm zeigt deutlich, dass ein beträchtlicher Betrag elektrischer Energie durch den selbstblockierenden Effekt des Freilaufmechanismus 22 eingespart wird, weil der Steuerstrom I während des Bremsvorgangs auf null reduziert werden kann, während der maximale Steuerstrom I_max wegen des hohen Wirkungsgrads der Übertragung zwischen der Ausgangswelle 21 des elektrischen Motors 1 und der Mutter 15 relativ klein ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0062769 A1 [0003]

Claims

Reibungsbremse für ein Fahrzeug, umfassend ein Drückelement zum Drücken eines Bremsklotzes (6) gegen eine Reiboberfläche, eine Getriebeeinheit, die eine Eingangswelle (13) hat und eingerichtet ist zum Umsetzen einer Drehbewegung der Eingangswelle (13) in eine translatorische Bewegung des Drückelements, und einen elektrischen Motor (1), der eingerichtet ist zum Betätigen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in einer ersten Drehrichtung und zum Lösen der Reibungsbremse durch Antreiben der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse einen Freilaufmechanismus (22) umfasst, der so zwischen dem elektrischen Motor (1) und der Getriebeeinheit angeordnet ist, dass ein selbstblockierender Effekt des Freilaufmechanismus (22) eine Drehung der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung verhindert oder hemmt, wobei der Freilaufmechanismus (22) eingerichtet ist zum Aufheben des selbstblockierenden Effekts, wenn eine Drehung der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit in der zweiten Drehrichtung durch den elektrischen Motor (1) angetrieben wird.
Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Untersetzungsgetriebe von der Getriebeeinheit umfasst und/oder zwischen dem elektrischen Motor (1) und dem Freilaufmechanismus (22) angeordnet ist.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine den elektrischen Motor (1) mit dem Drückelement verbindende Übertragung einen Wirkungsgrad von mehr als 50% hat.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit ein(en) Kugelgewindetrieb ist oder umfasst und/oder dass das mindestens eine Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe (20) oder ein(en) Zahnriementrieb ist oder umfasst.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufmechanismus (22) ein festes Element (32) mit einer Kontaktoberfläche, einen mit der Eingangswelle (13) der Getriebeeinheit verbundenen Rotor und mindestens ein beweglich in einem Spalt zwischen dem Rotor (33) und der Kontaktoberfläche des festen Elements (32) eingeordnetes Klemmelement (34) umfasst.
Reibungsbremse nach einem der Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Klemmelement (34) gegenüber dem Rotor (33) federbelastet ist, so dass es in Richtung einer Position vorgespannt ist, in der der Freilaufmechanismus (22) den selbstblockierenden Effekt hat.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufmechanismus (22) ein drehbares Drehmoment-übertragendes Element (25) umfasst, das eingerichtet ist zum Übertragen eines Drehmoments vom elektrischen Motor (1) auf den Rotor (33), wobei ein Spiel zwischen dem Drehmoment-übertragenden Element (25) und dem Rotor(33) eine begrenzte Relativdrehung zwischen dem Drehmoment-übertragenden Element (25) und dem Rotor (33) erlaubt und wobei das Drehmoment-übertragende Element (25) eingerichtet, das mindestens eine Klemmelement (34) so zu kontaktieren und zu bewegen, dass es gelöst wird, wenn das Drehmoment-übertragende Element (25) in der zweiten Drehrichtung relativ zum Rotor (33) gedreht wird.
Reibungsbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufmechanismus (22) mindestens einen exzentrischen Antriebsstift (36) zum Übertragen des Drehmoments vom Drehmoment-übertragenden Element (25) auf den Rotor (33) umfasst, wobei der mindestens eine Antriebsstift (36) Teil des Drehmoment-übertragenden Elements (25) oder der Rotors (33) ist oder an einem davon befestigt ist und wobei er in ein Loch (37) hineinragt, das einen größeren Durchmesser als der Antriebsstift (36) hat, um das genannte Spiel sicherzustellen.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment-übertragende Element (25) mindestens einen Auslösemitmehmer (38) aufweist, um so gegen das mindestens eine Klemmelement (34) zu drücken, dass es gelöst wird, wenn das Drehmoment-übertragende Element (25) in der zweiten Drehrichtung relativ zum Rotor (33) gedreht wird.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückelement ein beweglich in einem Radbremszylinder (2) angeordneter Bremskolben (5) ist.
Reibungsbremse nach einem der Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine durch Beaufschlagen einer Bremsflüssigkeit innerhalb des Radbremszylinders (2) mit Druck betätigbare hydraulische Betriebsbremse umfasst.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine durch den elektrischen Motor (1) betätigbare elektrische Parkbremse ist oder umfasst und/oder dass sie eine als Betriebsbremse dienende elektro-mechanische Bremse ist.
Reibungsbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit (39) zum Versorgen des elektrischen Motors (1) mit einem von einem Bremsbefehl abhängigen Steuerstrom umfasst, wobei die Steuereinheit (39) eingerichtet ist, den Steuerstrom auf null oder einen Wert von weniger als 10% eines maximalen Steuerstroms zum Betätigen der Reibungsbremse zu reduzieren, wenn eine Anpresskraft der Reibungsbremse dem Bremsbefehl zufolge konstant zu halten ist.