DE102021002443A1

DE102021002443A1 - Elektrische Parkbremse

Info

Publication number: DE102021002443A1
Application number: DE102021002443.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Steiner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2021-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Parkbremse (1) mit einem Bremskolben (5), einem Aktuator (6) mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei ein Ausgang des Getriebes mit einer Spindel (7) verbunden ist, welche über ein Gewinde mit einer Druckmutter (8) im Eingriff ist, die zum Ausüben einer Kraft auf den Bremskolben (5) angeordnet ist, wobei das Gewinde der Spindel (7) eine so hohe Steigung aufweist, dass keine Selbsthemmung auftritt, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist:- ein Hülsenfreilauf (9) mit einem Gehäuse (9.1), in dem eine Mehrzahl von Klemmrollen (9.2) angeordnet ist, die sich auf dem Gewinde der Spindel (7) abstützen,- einen Verriegelungskonus (11), in dem der Hülsenfreilauf (9) angeordnet ist,- einen Wellfederring (12), der in der Druckmutter (8) angeordnet ist und in dem der Verriegelungskonus (11) angeordnet ist,- einen Halte-Federring (13), der den Hülsenfreilauf (9) in einer Axialrichtung vom Bremskolben (5) weg in der Druckmutter (8) fixieren, und der den Verriegelungskonus (11) zum Bremskolben (5) hin vorspannt,- mindestens zwei Spannstifte (14), deren eines Ende jeweils mit dem Bremskolben (5) kontaktierbar ist während ein gegenüberliegendes Ende jeweils am Verriegelungskonus (11) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Parkbremse gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine häufig vorkommende Bauform elektrischer Parkbremsen umfasst einen Aktuator, in dem ein Elektromotor auf ein mehrstufiges Getriebe mit einer Übersetzung von ca. 1:200 wirkt. Der Ausgang des Getriebes ist mit einer Spindel verbunden, welche eine Druckmutter betätigt, die die Kraft auf einen Bremskolben einer Bremszange ausübt. Diese Spannkraft muss nach dem Abstellen des Fahrzeugs sicher aufrechterhalten werden, was durch die Selbsthemmung bei genügend kleiner Gewindesteigung erreicht wird. Die übliche Steigung der Spindel liegt ja nach Durchmesser bei 1,25 mm bis 2,5mm. Diese geringe Steigung ist bei den im Stand der Technik bekannten Konstruktionen notwendig, um durch Selbsthemmung ein Zurückdrehen und damit einen Verlust der Spannkraft zu vermeiden. Im Stand der Technik bekannte Spindeln haben einen Steigungswinkel von ca. 2,5°, was je nach Reibwert zu einem Wirkungsgrad von ca. 30% führt.
Die DE 10 2010 040 426 B4 beschreibt eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einer Betätigungseinheit und einem Bremssattel, wobei in dem Bremssattel zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkende Reibbeläge begrenzt verschiebbar angeordnet sind, wobei einer der Reibbeläge mittels eines Betätigungselementes durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit ein Getriebe mit einem drehbar gelagerten, rotatorisch antreibbaren ersten Getriebeelement und einem zweiten Getriebeelement, dessen Translationsbewegung auf den Reibbelag übertragen wird, umfasst, wobei zwischen dem ersten Getriebeelement und dem Bremssattel ein elastisches Abstützelement mit einer definierten Federkraft-Federweg-Kennlinie angeordnet ist, über welches sich das erste Getriebeelement an dem Bremssattel abstützt und durch welches bei einem Zuspannen der Bremse eine Verschiebung des ersten Getriebeelements ermöglicht wird, und dass in der Betätigungseinheit ein Weg- oder Positionssensor angeordnet ist, welcher eine Position oder Verschiebung des ersten Getriebeelements misst, wobei das Getriebe als ein Kugelgewindetrieb ausgeführt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte elektrische Parkbremse anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Parkbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße elektrische Parkbremse umfasst eine Bremsscheibe, einen Bremssattel, Bremsbeläge und einen Bremskolben, der auf mindestens einen der Bremsbeläge wirkt, um diesen an der Bremsscheibe anzudrücken. Ferner umfasst die elektrische Parkbremse einen Aktuator mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei ein Ausgang des Getriebes mit einer Spindel verbunden ist, welche über ein Gewinde mit einer Druckmutter im Eingriff ist, die zum Ausüben einer Kraft auf den Bremskolben angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist das Gewinde eine so hohe Steigung auf, dass keine Selbsthemmung auftritt. Ferner ist Folgendes vorgesehen:

- ein Hülsenfreilauf mit einem Gehäuse, in dem eine Mehrzahl von Klemmrollen angeordnet ist, die sich auf dem Gewinde der Spindel abstützen,
- ein als offener Ring ausgebildete Verriegelungskonus, in dem der Hülsenfreilauf angeordnet ist, wobei das Gehäuse des Hülsenfreilaufs an seiner Außenseite mit einer Konusfläche versehen ist, die komplementär zum Verriegelungskonus gebildet ist,
- ein Wellfederring, der in der Druckmutter angeordnet ist und in dem der Verriegelungskonus angeordnet ist,
- ein Halte-Federring, der eine Mehrzahl von in einer Radialrichtung nach innen ausgerichteten Nasen aufweist, die den Hülsenfreilauf in einer Axialrichtung vom Bremskolben weg in der Druckmutter fixieren, und der eine Mehrzahl von in Axialrichtung zum Bremskolben hinweisenden, federnden Armen aufweist, an denen der Verriegelungskonus anliegt,
- mindestens zwei Spannstifte, die in jeweiligen in Axialrichtung verlaufenden Längsführungen in der Druckmutter geführt sind und deren einen Endes mit dem Bremskolben kontaktierbar ist während ein gegenüberliegendes Ende jeweils am Verriegelungskonus anliegt.

Die erfindungsgemäße Lösung erhöht den Wirkungsgrad der Spindel und stellt dennoch die Hemmung gegen das Rückdrehen sicher.
Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen kann der Wirkungsgrad mit der erfindungsgemäßen Lösung erhöht werden. Wird der Steigungswinkel erhöht, beispielsweise von 2,5° auf 17,5°, so verdoppelt sich der Wirkungsgrad. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Steigung von 2,5mm auf 10mm angehoben wird. Damit verbunden ist die Anhebung der Mehrgängigkeit des Gewindes der Spindel, beispielsweise von 1 bis 2 auf 4, um eine Überbelastung der Gewindeflanken der Spindel zu vermeiden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Parkbremse,
2 eine schematische Ansicht einer Spindelanordnung,
3 eine schematische Ansicht der Spindelanordnung in einem Bremskolben, und
4 eine schematische Detailansicht der Spindelanordnung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen Parkbremse 1, umfassend eine Bremsscheibe 2, einen Bremssattel 3, der beispielsweise als ein Schwimmsattel ausgebildet ist, Bremsbeläge 4 und einen Bremskolben 5, der auf mindestens einen der Bremsbeläge 4 wirkt, um diesen an der Bremsscheibe 2 anzudrücken. Ferner ist ein Aktuator 6 vorgesehen, in dem ein Elektromotor (nicht dargestellt) auf ein mehrstufiges Getriebe (nicht dargestellt) wirkt. Der Ausgang des Getriebes ist mit einer Spindel 7 verbunden, welche eine Druckmutter 8 betätigt, die eine Kraft auf den Bremskolben 5 ausüben kann.
Die Spindel 7 ist mit einer hohen Steigung versehen, beispielsweise 10mm. Dadurch wird der Wirkungsgrad gegenüber einer im Stand der Technik bekannten Spindel mit einer Steigung von 2,5 mm etwa verdoppelt. Die durch die höhere Steigung hervorgerufene geringe Untersetzung wird im vorgeschalteten Getriebe angepasst.
Ein Rücklauf der Spindel 7 im Zuspannfall muss wegen infolge der höheren Steigung fehlender Selbsthemmung verhindert werden. Dies wird durch einen Hülsenfreilauf 9, auch Klemmrollenfreilauf genannt, erreicht.
2 ist eine schematische Ansicht einer Spindelanordnung 10, umfassend die Spindel 7 und die Druckmutter 8 sowie den Hülsenfreilauf 9. 3 ist eine schematische Ansicht der Spindelanordnung 10 im Bremskolben 5. 4 ist eine schematische Detailansicht der Spindelanordnung 10. Der Hülsenfreilauf 9 umfasst ein Gehäuse 9.1, in dem eine Mehrzahl von Klemmrollen 9.2 angeordnet ist. Wird auf das Gehäuse 9.1 ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung übertragen, so werden die Klemmrollen 9.2 infolge dabei entstehender radialer Kräfte in jeweiligen Aufnahmeräumen (nicht dargestellt) verkeilt, so dass sie gegen eine Oberfläche eines Innenteils, im vorliegenden Fall der Spindel 7, in einen Zustand der Selbsthemmung gelangen. Wird die Drehrichtung des Gehäuses 9.1 geändert, so hebt sich die Klemmung auf.
Die Klemmrollen 9.2 des Hülsenfreilaufs 9 stützen sich auf den Gewindeflanken der Spindel 7 ab. Das Gehäuse 9.1 des Hülsenfreilaufs 9 ist in einem Verriegelungskonus 11 angeordnet, der in einem Wellfederring 12 angeordnet ist, der in der Druckmutter 8 angeordnet ist. Das Gehäuse 9.1 des Hülsenfreilaufs 9 ist somit über den Verriegelungskonus 11 und der Wellfederring 12 gegen die Druckmutter 8 abgestützt.
Ferner ist in der Druckmutter 8 an deren vom Bremskolben 5 wegweisenden Ende ein Halte-Federring 13 befestigt, der eine Mehrzahl von beispielsweise vier in einer Radialrichtung nach innen ausgerichteten Nasen 13.1 aufweist, die den Hülsenfreilauf 9 in einer Axialrichtung vom Bremskolben 5 weg fixieren. In Axialrichtung zum Bremskolben 5 hin kann vorgesehen sein, dass der Hülsenfreilauf 9 durch einen Anschlag in der Druckmutter 8 gesichert ist. Das Gehäuse 9.1 des Hülsenfreilaufs 9 ist an seiner Außenseite mit einer Konusfläche versehen, die komplementär zum Verriegelungskonus 11 gebildet ist. Der Verriegelungskonus 11 ist mit einem Schlitz in Axialrichtung als ein offener Ring gebildet, so dass er in Axialrichtung auf der Konusfläche des Hülsenfreilaufs 9 verschiebbar ist, wobei der Verriegelungskonus 11 sich in Richtung vom Bremskolben 5 weg aufweitet. Der Halte-Federring 13 weist eine Mehrzahl von in Axialrichtung zum Bremskolben 5 hinweisenden, federnden Armen 13.2 auf, an denen der Verriegelungskonus 11 anliegt und somit in Richtung zum Bremskolben 5 hin vorgespannt wird. Der Hülsenfreilauf 9 kann sich sowohl in Freilaufrichtung als auch in Gegenrichtung drehen. Damit kann die Druckmutter 8 axial in beide Richtungen bewegt werden.
Ferner sind zwei oder mehr Spannstifte 14 vorgesehen, die in jeweiligen in Axialrichtung verlaufenden Längsführungen in der Druckmutter 8 geführt sind. Die Längsführungen ermöglichen, dass die Spannstifte 14 mit einem Ende den Bremskolben 5 kontaktieren, während ein gegenüberliegendes Ende jeweils am Verriegelungskonus 11 anliegt.
Wenn im Spannfall die Druckmutter 8 bis zum Bremskolben 5 bewegt wird, so gelangen die aus ihren Längsführungen ragenden Spannstifte 14 in Kontakt mit dem Bremskolben 5. Diese werden daher vom Bremskolben 5 weg in die Druckmutter 8 geschoben und bewegen ihrerseits den Verriegelungskonus 11, der sich infolge seiner Anordnung auf der Konusfläche des Hülsenfreilaufs 9 entgegen einer Radialkraft des Wellfederrings 12 aufweitet. Auf diese Weise wird der Hülsenfreilauf 9 über den Wellfederring 12 mit der Druckmutter 8 radial verspannt und kann somit ein Drehmoment übertragen, welches den Rücklauf der Spindel 7 verhindert. Durch den Freilauf wird der eigentliche Spannvorgang nicht behindert.
Die Radial-Kräfte des Wellfederrings 12, die Konuswinkel der Konusfläche des Hülsenfreilaufs 9 und des Verriegelungskonus 11 sowie die Reibwerte der jeweils ineinander liegenden Komponenten werden so abgestimmt, dass ein resultierendes Haltemoment Md1 größer ist als ein aus der Spindel 7 entstehendes rückdrehendes Moment.
Zum Lösen der Spindel 7 muss, da die Spindel 7 über den Hülsenfreilauf 9 gesperrt ist, die Einheit aus Elektromotor und Getriebe ein rückdrehendes Moment erzeugen, welches größer ist als die Differenz des Haltemoments Md1 und des Rückdrehmoments der Spindel 7. Da der Freilauf bei Rückdrehung verspannt ist, ist die Drehung der Spindel 7 im Freilauf nicht möglich, so dass sich kurzzeitig der Verriegelungskonus 11 im Wellfederring 12 dreht. Dabei werden durch den Rücklauf der Druckmutter 8 die Spannstifte 14 nicht mehr vom Bremskolben 5 in die Druckmutter 8 geschoben und erlauben daher eine Verschiebung des Verriegelungskonus 11 in Richtung des Bremskolbens 5. Diese Verschiebung erfolgt durch die federnden Arme 13.2 des Halte-Federrings 13. Der Verriegelungskonus 11 gelangt so aus dem Reibschluss mit dem Hülsenfreilauf 9 und dem Wellfederring 12. Daher kann sich die Druckmutter 8 wieder frei durch die Drehung der Spindel 7 axial vor und zurückbewegen, da die Klemmung über den Verriegelungskonus 11 aufgehoben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010040426 B4 [0003]

Claims

Elektrische Parkbremse (1), umfassend eine Bremsscheibe (2), einen Bremssattel (3), Bremsbeläge (4) und einen Bremskolben (5), der auf mindestens einen der Bremsbeläge (4) wirkt, um diesen an der Bremsscheibe (2) anzudrücken, ferner umfassend einen Aktuator (6) mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei ein Ausgang des Getriebes mit einer Spindel (7) verbunden ist, welche über ein Gewinde mit einer Druckmutter (8) im Eingriff ist, die zum Ausüben einer Kraft auf den Bremskolben (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde der Spindel (7) eine so hohe Steigung aufweist, dass keine Selbsthemmung auftritt, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: - ein Hülsenfreilauf (9) mit einem Gehäuse (9.1), in dem eine Mehrzahl von Klemmrollen (9.2) angeordnet ist, die sich auf dem Gewinde der Spindel (7) abstützen, - ein als offener Ring ausgebildeter Verriegelungskonus (11), in dem der Hülsenfreilauf (9) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (9.1) des Hülsenfreilaufs (9) an seiner Außenseite mit einer Konusfläche versehen ist, die komplementär zum Verriegelungskonus (11) gebildet ist, - ein Wellfederring (12), der in der Druckmutter (8) angeordnet ist und in dem der Verriegelungskonus (11) angeordnet ist, - ein Halte-Federring (13), der eine Mehrzahl von in einer Radialrichtung nach innen ausgerichteten Nasen (13.1) aufweist, die den Hülsenfreilauf (9) in einer Axialrichtung vom Bremskolben (5) weg in der Druckmutter (8) fixieren, und der eine Mehrzahl von in Axialrichtung zum Bremskolben (5) hin weisenden, federnden Armen (13.2) aufweist, an denen der Verriegelungskonus (11) anliegt, - mindestens zwei Spannstifte (14), die in jeweiligen in Axialrichtung verlaufenden Längsführungen in der Druckmutter (8) geführt sind und deren eines Ende mit dem Bremskolben (5) kontaktierbar ist während ein gegenüberliegendes Ende jeweils am Verriegelungskonus (11) anliegt.
Elektrische Parkbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Radial-Kräfte des Wellfederrings (12), Konuswinkel der Konusfläche des Hülsenfreilaufs (9) und des Verriegelungskonus (11) sowie die Reibwerte der jeweils ineinander liegenden Komponenten so abgestimmt sind, dass ein resultierendes Haltemoment größer ist als ein aus der Spindel 7 entstehendes rückdrehendes Moment
Fahrzeug, umfassend eine elektrische Parkbremse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.