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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für eine elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse und eine elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse mit einer solchen Betätigungseinrichtung.
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Elektromechanisch betätigte Bremsen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt:
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Z.B. offenbart die
EP 2 715 181 B1 eine elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse, die unter Verwendung einer Schlingfederkupplung als Betriebsbremse und als Feststellbremse arbeitet.
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Die
DE 196 21 533 A1 offenbart eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Betätigungseinrichtung mit einem Elektro-Betriebsmotor zum Antreiben der Betätigungseinrichtung, einem Elektro-Nachstellmotor zur Einstellung eines Lüftspiels und einer Feststellbremseinrichtung.
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Die
DE 10 2017 123 266 A1 offenbart eine mechanische Bremsvorrichtung, die zwei in Reihe geschaltete Stellantriebe zur Bereitstellung einer Betriebsbremsfunktion und einer Verschleißnachstellung aufweist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Betätigungseinrichtung für eine elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse bereitzustellen, die in kompakter Bauform eine sichere Betriebsbremsfunktion und eine sichere Parkbremsfunktion gewährleistet.
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Ferner besteht die Aufgabe darin eine elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse mit einer solchen Betätigungseinheit bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden mit den Vorrichtungen gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9 gelöst.
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Geeignete Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung wird in einer elektromechanisch betätigbaren Kraftfahrzeugbremse zur Betätigung eines Bremsbelags eingesetzt und umfasst wenigstens ein Antriebselement, einen ersten Kraftübertragungsstrang F1, einen zweiten Kraftübertragungsstrang F2 und wenigstens ein Betätigungselement. Das Betätigungselement ist zur Betätigung eines Bremsbelags ausgestaltet. Die Betätigungseinrichtung ist in der Weise aufgebaut, dass das wenigstens eine Antriebselement Antriebsleistung wahlweise auf den ersten (F1) oder den ersten und den zweiten Kraftübertragungsstrang (F1, F2) übertragen kann. Die zwei Kraftübertragungsstränge F1 und F2 stehen mit dem wenigstens einen Betätigungselement in Wirkverbindung oder sind mit ihm in Wirkverbindung bringbar.
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Das Antriebselement kann eine Eingangswelle, einen Eingangsflansch oder ein ähnliches Element umfassen. Es ist so gestaltet, dass es eine Rotationsbewegung und/oder ein Drehmoment übertragen kann.
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Die Kraftübertragungsstränge F1, F2 und F3 (F3 siehe weiter unten) umfassen verschiedene Maschinenelemente und sind geeignet Antriebsleistung, d.h. Kräfte, Drehmomente und Bewegungen in Form von Rotation und/oder Translation zu übertragen. Unter Antriebsleistung ist auch eine Übertragung von Kräften, Drehmomenten und Bewegungen zu verstehen, die in einen statischen Zustand innerhalb der Kraftübertragungsstränge münden.
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Das Betätigungselement kann als Kolben, insbesondere als Bremskolben, ausgeführt sein. Jedenfalls ist es dazu geeignet eine Schubkraft auf einen Bremsbelag zu übertragen.
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Unter Wirkverbindung ist eine Verbindung zu verstehen, durch die Kräfte und/oder Drehmomente und/oder Bewegungen übertragen werden können.
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Der Vorteil der wahlweisen Aktivierung der Kraftübertragungsstränge liegt darin, dass unter Verwendung ein und desselben Antriebselementes sowohl eine Bremsbetätigung (Betriebsbremsfunktion), die über den ersten Kraftübertragungsstrang F1 erfolgt, als auch eine Verschleißnachstellung, die über den zweiten Kraftübertragungsstrang F2 erfolgt, möglich ist.
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Bevorzugt umfasst der erste Kraftübertragungsstrang F1 ein Rotations-Translations-Getriebe, mit welchem eine Rotationsbewegung des wenigstens einen Antriebselements in eine Translationsbewegung umgewandelt werden kann. Auch der zweite Kraftübertragungsstrang F2 umfasst vorzugsweise ein Rotations-Translations-Getriebe, mit welchem eine Rotationsbewegung des wenigstens einen Antriebselements in eine Translationsbewegung umgewandelt werden kann.
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Die Rotations-Translations-Getriebe können als Gewindespindelanordnung (Spindel-MutterAnordnung), Wälzkörper-Rampengetriebe oder alternativ ausgeführt werden.
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Vorzugsweise sind die Rotations-Translations-Getriebe des ersten, als auch des zweiten Kraftübertragungsstrangs F1 und F2 jeweils als Gewindespindelanordnung ausgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Rotations-Translations-Getriebe des ersten Kraftübertragungsstrangs F1 nicht selbsthemmend und das Rotations-Translations-Getriebe des zweiten Kraftübertragungsstrangs F2 selbsthemmend ausgeführt.
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Für die Bremsbetätigung in der Betriebsbremsfunktion erfolgt eine Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, mit welcher das Betätigungselement translatorisch bewegt wird. Bei Zurücknahme der Bremsbetätigung ist es notwendig, dass das Betätigungselement wieder teilweise oder ganz in die Ausgangslage leicht zurückgefahren werden kann. Hierfür kommt das nicht selbsthemmende Rotations-Translations-Getriebe des ersten Kraftübertragungsstrangs F1 zum Tragen. Für die Nachstellfunktion erfolgt ebenfalls eine Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, mit welcher das Betätigungselement translatorisch bewegt wird. Hierbei erfolgt zugleich eine Verstellung über das nicht selbsthemmende Rotations-Translations-Getriebe und über das selbsthemmende Rotations-Translations-Getriebe des zweiten Kraftübertragungsstrangs F2. Ist eine solche Verstellung erfolgt, bei der auch das selbsthemmende Rotations-Translations-Getriebe eine Translationsbewegung erzeugt hat, bleibt der entsprechend zurückgelegte Nachstellweg auch beim Lösen der Bremse aufgrund der Selbsthemmung erhalten. Mit zunehmenden Verschleiß eines zugehörigen Bremsbelags wandert dadurch die Ausgangsposition des Bremsbelags hin zu einem Bremskörper entsprechend dem Verschleiß.
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Die beiden Rotations-Translations-Getriebe können so angeordnet sein, dass innenliegend das Rotations-Translations-Getriebe des ersten Kraftübertragungsstrangs F1 als nicht selbsthemmende Gewindespindelanordnung ausgeführt ist und außenliegend das Rotations-Translations-Getriebe des zweiten Kraftübertragungsstrangs F2 als selbsthemmende Gewindespindelanordnung ausgeführt ist. Dabei ist das außenliegende Rotations-Translations-Getriebe so gestaltet, dass es einen Hohlraum aufweist, in dem das Rotations-Translations-Getriebe des ersten Kraftübertragungsstrangs F1 verbaut ist. Dadurch ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau.
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Vorzugsweise steht das wenigstens eine Antriebselement in der Weise mit den wenigstens zwei Kraftübertragungssträngen F1 und F2 in Wirkverbindung, dass bei einer Rotation des wenigstens einen Antriebselements in einem ersten Drehwinkelbereich A1 Antriebsleistung über den ersten Kraftübertragungsstrang F1 auf das wenigstens eine Betätigungselement übertragen wird und dass bei einer Rotation des wenigstens einen Antriebselements in einem zweiten Drehwinkelbereich A2 Antriebsleistung über den ersten und den zweiten Kraftübertragungsstrang F2 auf das wenigstens eine Betätigungselement übertragen wird. Die Drehwinkelbereiche sind so angeordnet, dass sich der zweite Drehwinkelbereich A2 an den ersten Drehwinkelbereich A1 anschließt. D.h. die Drehwinkelbereiche sind aufeinander folgend angeordnet.
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Dies kann mit einer Spielkupplung, die ein Antriebskupplungsteil und ein Abtriebskupplungsteil umfasst, realisiert werden. Das Antriebskupplungsteil kann in dem ersten Drehwinkelbereich A1 gedreht werden, ohne dass eine Drehmitnahme des Abtriebskupplungsteils erfolgt (Spiel). In dem ersten Drehwinkelbereich A1 leitet das Antriebskupplungsteil Antriebsleistung nur über den ersten Kraftübertragungsstrang F1 weiter. Überschreitet die Drehung des Antriebskupplungteils den ersten Drehwinkelbereich A1, erfolgt eine Drehmitnahme des Abtriebskupplungsteils und somit eine Antriebsleistungsübertragung über den zweiten Kraftübertragungsstrang F2 und parallel über den ersten Kraftübertragungsstrang F1. Das Spiel und die Drehmitnahme kann dabei bevorzugt so ausgeführt sein, dass eines der beiden Kupplungsteile eine Ausnehmung aufweist und das andere Kupplungsteil einen Vorsprung, der sich innerhalb der Ausnehmung bewegen kann. Diese Bewegung entspricht dem ersten Drehwinkelbereich A1. Überschreitet die Drehung des Antriebskupplungteils den ersten Drehwinkelbereich A1 kommt der Vorsprung mit einer Begrenzung der Ausnehmung in Kontakt, wodurch bei einer fortschreitenden Drehung des Antriebskupplungsteils eine Drehmitnahme des Abtriebskupplungsteils erfolgt. Die Ausnehmung und der Vorsprung sind zudem so ausgebildet, dass sie eine translatorische Relativbewegung zwischen dem Antriebskupplungsteil und dem Abtriebskupplungsteil zulassen. Der Einsatz einer solchen Spielkupplung gewährt einen zuverlässigen Wechsel zwischen den Kraftübertragungssträngen und somit auch eine zuverlässige Verschleißnachstellung.
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Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst das Antriebselement das Antriebskupplungsteil oder ist als ein Bauteil ausgebildet.
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Die Betätigungseinrichtung kann dabei vorzugsweise so aufgebaut sein, dass Antriebsleistung über den zweiten Kraftübertragungsstrang F2 nur erfolgt, wenn eine bestimmte Reaktionskraft, die das Betätigungselement bei Betätigung der Betätigungseinrichtung erfährt, nicht überschritten wird. Als Steuermechanismus kann dazu bevorzugt eine Federanordnung in der Betätigungseinrichtung so verbaut sein, dass die Federanordnung komprimiert wird und eine Spannung aufbaut, wenn bei Betätigung der Betätigungseinrichtung das Betätigungselement eine Reaktionskraft erfährt, die auf die Federanordnung übertragen wird. Eine solche Federanordnung ist störunanfällig und trägt zur Funktionssicherheit und zu einer zuverlässigen Verschleißnachstellung bei.
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Vorzugsweise umfasst die Betätigungseinrichtung wenigstens eine Schaltkupplung, wobei die Schaltkupplung in einem ersten Schaltmodus eine Leistungsübertragung von dem wenigstens einen Antriebselement auf den ersten und/oder den zweiten Kraftübertragungsstrang (F1, F2) zulässt und wobei die Schaltkupplung in einem zweiten Schaltmodus eine Leistungsübertragung von dem wenigstens einen Antriebselement auf einen dritten Kraftübertragungsstrang F3 zulässt, wobei der dritte Kraftübertragungsstrang F3 mit dem wenigstens einen Betätigungselement in Wirkverbindung steht oder in Wirkverbindung bringbar ist.
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Über den dritten Kraftübertragungsstrang F3 wird die Betätigungseinrichtung betätigt, um eine Kraftfahrzeugbremse in einen Parkbremsmodus zu bringen bzw. um die Parkbremsfunktion zu aktivieren.
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Vorzugsweise ist das Rotations-Translations-Getriebe des zweiten Kraftübertragungsstrangs F2 auch Bestandteil des dritten Kraftübertragungsstrangs F3, wobei das wenigstens eine Antriebselement in der Weise mit den wenigstens drei Kraftübertragungssträngen F1, F2 und F3 in Wirkverbindung steht oder in Wirkverbindung bringbar ist, dass bei einer Rotation des wenigstens einen Antriebselements in einem dritten Drehwinkelbereich A3, der sich an den ersten Drehwinkelbereich A1 anschließt, Antriebsleistung über den dritten Kraftübertragungsstrang F3 auf das wenigstens eine Betätigungselement übertragen wird.
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Sowohl der zweite Drehwinkelbereich A2, als auch der dritte Drehwinkelbereich A3 sind auf den ersten Drehwinkelbereich A1 folgend angeordnet. Die Drehwinkelbereiche A2 und A3 können gleich groß sein, sie können aber auch unterschiedlich groß sein. Ihre Größe ergibt sich jeweils aus den jeweiligen Betriebsbedingungen oder Randbedingungen beim Einsatz der Betätigungseinrichtung in einer Kraftfahrzeugbremse. Durch die Verwendung der Schaltkupplung ist es möglich dieselben Maschinenbauteile der Betätigungseinrichtung unterschiedlichen Kraftübertragungsstränge zuzuordnen. Dies führt zu einem kompakten Aufbau der Betätigungseinrichtung.
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Wird beim Betrieb der Betätigungseinrichtung in einer Kraftfahrzeugbremse Antriebsleistung über den dritten Kraftübertragungsstrang F3 geleitet, führt dies zu einer Aktivierung der Parkbremsfunktion durch die Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung in dem selbsthemmenden Rotations-Translations-Getriebe des dritten Kraftübertragungsstrangs F3. Die Antriebsleistung wird dabei so auf das mindestens eine Betätigungselement geleitet, dass durch die Einleitung der Antriebsleistung auf das wenigstens eine Betätigungselement dieses eine Reaktionskraft erfährt, welche in die Betätigungseinrichtung zurückwirkt und in dem selbsthemmenden Rotations-Translations-Getriebe eine Selbsthemmung hervorruft und somit Zurückfahren des wenigstens einen Betätigungselements blockiert.
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Vorzugsweise schaltet die Schaltkupplung drehmomentabhängig bei einem Schwellendrehmoment TK. Das wenigstens eine Antriebselement stellt ein Drehmoment TA bereit. In dem ersten Schaltmodus ist das Drehmoment TA des wenigstens einen Antriebselements kleiner als das Schwellendrehmoment TK. In dem zweiten Schaltmodus ist das Drehmoment TA des wenigstens einen Antriebselements größer als das Schwellendrehmoment TK.
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Um die Parkbremsfunktion einer Kraftfahrzeugbremse zu aktivieren wird im Vergleich zur Betriebsbremsfunktion ein höheres Bremsmoment und somit eine höhere Betätigungskraft des Betätigungselements benötigt. Somit ist die drehmomentabhängige Schaltung der Schaltkupplung von Vorteil.
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Bevorzugt ist die Schaltkupplung als selbstschaltende Kupplung ausgeführt.
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Vorzugsweise die die selbstschaltenden Kupplung in der Art einer Sicherheitskupplung, noch bevorzugter in der Art einer formschlüssigen Sicherheitskupplung ausgeführt.
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Die erfindungsgemäße elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse umfasst einen Bremsenaufbau, wenigstens einen Bremsbelag und wenigstens eine elektromechanische Betätigungseinheit, welche eine Betätigungseinrichtung gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen und einen motorischen Antrieb, welcher das wenigstens eine Antriebselement der Betätigungseinrichtung antreibt, aufweist.
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Der Motorische Antrieb umfasst vorzugsweise einen Elektromotor und ein Getriebe.
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Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbremse erfüllt eine Betriebsbremsfunktion und eine Parkbremsfunktion. Im Rahmen der Betriebsbremsfunktion ist sowohl die Bremsbetätigung, als auch eine Verschleißnachstellung vorgesehen. Die Verschleißnachstellung dient der Einstellung bzw. Nachstellung einer Grundposition des Bremsbelags relativ zu einem Bremskörper (Bremsscheibe oder Bremstrommel) um ein definiertes Lüftspiel zwischen Bremsbelag und Bremskörper zu aufrechtzuerhalten. Der erste Kraftübertragungsstrang F1 ist der Bremsbetätigung im Rahmen der Betriebsbremsfunktion zugeordnet. Der zweite Kraftübertragungsstrang F2 ist für die Verschleißnachstellung zuständig. Dementsprechend wird eine Antriebsleistung über den ersten und/oder den zweiten Kraftübertragungsstrang (F1, F2) zum Betätigungselement und somit zu dem wenigstens einen Bremsbelag hin übertragen. Das Betätigungselement ist mit dem wenigstens einen Bremsbelag gekoppelt, so dass Kräfte und Bewegungen von dem wenigstens einen Betätigungselement auf den wenigstens einen Bremsbelag geleitet werden und auch Reaktionskräfte, die der wenigstens eine Bremsbelag durch Bremskontakt mit der Bremsscheibe erfährt, zurück in die wenigstens eine Betätigungseinrichtung geleitet werden.
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Die Aktivierung der Parkbremsfunktion erfolgt, indem eine höhere Betätigungskraft aufgebaut wird. In diesem Fall erfolgt zunächst die Übertragung einer Antriebsleistung über den ersten Kraftübertragungsstrang F1 bis hin zur maximalen Zustellung des wenigstens einen Bremsbelags zu einem Bremskörper, die entsprechend einer maximalen Bremskraft innerhalb der Betriebsbremsfunktion vorgesehen ist. Wenn kein Bremsbelagsverschleiß auszugleichen ist, bewegt sich das Antriebselement bis dahin nur in dem ersten Drehwinkelbereich A1. Das Einleiten höherer Drehmomente über das wenigstens eine Antriebselement in die Betätigungseinrichtung führt dazu, dass die Schaltkupplung schaltet und die Antriebsleistung über den dritten Kraftübertragungsstrang F3 weiterleitet. Dies führt, wie bereits weiter oben beschrieben, zu einer Selbsthemmung des selbsthemmenden Rotations-Translations-Getriebes des dritten Kraftübertragungsstrangs F3 und zu einer Blockierung des wenigstens einen Betätigungselements.
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Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung eine erste Federanordnung auf, die bei einer Antriebsleistungsübertragung über den ersten Kraftübertragungsstrang F1 komprimiert wird und eine Federspannung aufbaut. Diese Federspannung wirkt auf die Schaltkupplung in der Weise, dass die Schaltkupplung ab einer bestimmten Federspannung auf den dritten Kraftübertragungsstrang F3 umschaltet. Eine solche Anordnung sorgt für ein sicheres und störunanfälliges Umschalten der Schaltkupplung.
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Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung eine zweite Federanordnung auf, die bei einer Antriebsleistung über den dritten Kraftübertragungsstrang F3 komprimiert wird und eine Federspannung aufbaut. Diese Federspannung wirkt zwischen dem selbsthemmenden Rotations-Translations-Getriebe des dritten Kraftübertragungsstrangs F3 und dem wenigstens einen Betätigungselement und führt zu einer Selbsthemmung dieses Rotations-Translations-Getriebes und zu einer statischen stabilen Festsetzung des wenigstens einen Betätigungselements.
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Alternativ oder zusätzlich zu der zweiten Federanordnung könnte der dritte Kraftübertragungsstrang F3 zwischen dem Rotations-Translations-Getriebe des dritten Kraftübertragungsstrangs F3 und dem wenigstens einen Betätigungselement so gestaltet sein, dass entsprechende Bauteile auf Block gefahren werden können, wodurch eine Reaktionskraft, die das wenigstens eine Betätigungselement erfährt, zurück in das Rotations-Translations-Getriebe geleitet werden können um dort die Selbsthemmung zu bewirken und dadurch auch die Blockierung des wenigstens einen Betätigungselements.
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Beide vorgenannten Alternativen führen in vorteilhafterweise zu einer sicheren Aktivierung der Parkbremsfunktion, bei welcher nach dem Aufbau der Bremskraft, diese durch die Selbsthemmung in dem selbsthemmenden Rotations-Translations-Getriebe stromlos aufrechterhalten werden kann, was für die Parkbremsfunktion notwendig ist.
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Vorzugsweise ist die die elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremse eine Scheibenbremse oder eine Trommelbremse.
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Anhand der schematischen Darstellungen der 1 bis 7 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung und der entsprechenden erfindungsgemäßen elektromechanisch betätigbaren Kraftfahrzeugbremse erläutert:
- 1 zeigt die elektromechanisch betätigbaren Kraftfahrzeugbremse in einer Schnittdarstellung
- 2a zeigt die Betätigungseinrichtung
- 2b zeigt die Betätigungseinrichtung mit ausgefahrenem Betätigungselement
- 3a zeigt die Betätigungseinrichtung ohne Gehäuse
- 3b zeigt die Betätigungseinrichtung ohne Gehäuse mit ausgefahrenem Betätigungselement
- 4a zeigt die Betätigungseinrichtung in einer Schnittdarstellung
- 4b zeigt die Betätigungseinrichtung mit ausgefahrenem Betätigungselement in einer Schnittdarstellung
- 5 zeigt die Betätigungseinrichtung mit anderer Winkellage des Antriebselements
- 6 zeigt die Schaltkupplung in Schnittdarstellung
- 7 zeigt die Kraftübertragungsstränge F1, F2 und F3
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Das Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, ist eine Scheibenbremse in Schwimmsattelausführung mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung (10), die als eine Einheit in den Bremsenaufbau (2) (hier Schwimmsattel) eingebaut ist. Auf der Antriebsseite (7) ist an das Antriebselement (20) ein motorischer Antrieb (Elektromotor mit Getriebe) (6) an angekoppelt, der das Antriebselement (20) antreibt. Der motorische Antrieb (6) und die Betätigungseinrichtung (10) gehören beide zur elektromagnetischen Betätigungseinheit (5). Das Gehäuse (11) der Betätigungseinrichtung (10) ist in dem Bremsenaufbau (2) fixiert. Auf der Bremsenseite (8) ist das Betätigungselement (50) mit dem Bremsbelag (3) gekoppelt und kann auf diesen Bewegungen und Kräfte übertragen. Über den Schwimmsattelaufbau wirken eingeleitete Kräfte und Bewegungen auch auf den Bremsbelag (4) übertragen.
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Der Aufbau der Betätigungseinrichtung (10) wird nachfolgend anhand der 2 bis 6, überwiegend anhand 2, beschrieben. Die Bezugszeichen sind der Übersichtlichkeit wegen nicht immer in allen Figuren eingetragen.
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Auf der Antriebsseite (7) der Betätigungsvorrichtung (10) ist das Antriebselement (20) in dem Gehäuse (11) rotierend über die Antriebselementlagerung (21) gelagert. Eine Antriebsschnittstelle (22) ragt dort durch das Gehäuse (11) hindurch. Auf der Bremsenseite hat das Gehäuse (11) eine zylindrische Öffnung, in welcher das Betätigungselement (50) translatorisch aus- und einfahrbar gelagert ist. Ein Führungselement (52) am Betätigungselement (50) und ein Führungsabschnitt (18) im Gehäuse dienen als Führung und verhindern ein Verdrehen des Betätigungselements (50) gegenüber dem Gehäuse (11). Die zylindrische Öffnung setzt sich ins Innere des Gehäuses weiter fort und geht dort in das Gehäuseinnengewinde (17) über.
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Das Antriebselement (20) erfüllt mehrere Funktionen. Es leitet die Antriebsleistung in die Betätigungseinrichtung (10) ein, es ist Teil der Schaltkupplung (12) und es ist Teil der Spielkupplung (77). Im Bereich der Antriebselementlagerung (21) ist das Antriebselement (20) scheibenförmig ausgebildet. In dem sich daran anschließenden Schaltkupplungsabschnitt (23) ist das Antriebselement (20) hohl ausgebildet. In dem hohlen Bereich ist die Antriebsspindel (30) mit einem Schaltkupplungsabschnitt (32), der ebenfalls Teil der Schaltkupplung (12) ist, aufgenommen und über die Antriebsspindellagerung (31) gegen das Antriebselement (20) rotierend gelagert und stützt sich axial gegen das Antriebselement (20) ab. An den Schaltkupplungsabschnitt (23) des Antriebselements (20) schließen sich der Vorsprung (25) an, der ebenfalls Teil des Antriebselements (20) ist.
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Die beiden Schaltkupplungsabschnitte (23, 32) überdecken sich konzentrisch mit einem innenliegenden Schaltkupplungsabschnitt (32) und einem außenliegenden Schaltkupplungsabschnitt (23). Beide Schaltkupplungsabschnitte (23, 32) weisen umlaufend mehrere Mitnehmersitze (24, 34) auf, wobei die Mitnehmersitze (32) in dem Schaltkupplungsabschnitt (32) der Antriebsspindel (30) als Vertiefungen ausgeführt sind, in welche die Mitnehmerelemente (16) nur leicht eintauchen und wobei die Mitnehmersitze (23) in dem Schaltkupplungsabschnitt (23) des Antriebselements (20) zwar beweglich geführt sind, diese aber im eingebauten Zustand nicht verlassen können. Ebenfalls konzentrisch überdeckend in dem Bereich der Schaltkupplungsabschnitte (23, 32) ist außenliegend ein ringförmiges Vorspannelement (13) angeordnet, welches die Mitnehmerelemente (16) in radial in Richtung der Mitnehmersitze (32) der Antriebsspindel drückt und diese vorspannt. Durch diese Vorspannung ergibt sich bis zu einem bestimmten Drehmoment, welches auf das Antriebselement (20) wirkt, eine Drehmitnahme der Antriebsspindel (30). Der Aufbau der Schaltkupplung (12) ist am besten aus 6 ersichtlich.
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Neben dem Schaltkupplungsabschnitt (32) weist die Antriebsspindel (30) einen Spindelabschnitt (33) auf, der in Richtung der Bremsenseite (8) ausgerichtet ist. Die Antriebsspindel (30) mit ihrem Spindelabschnitt (33) treibt eine Spindelmutter (40) an. Die Spindelmutter (40) weist ein Innengewinde (41), mit welchem sie mit der Antriebsspindel (30) nicht selbsthemmend in Wirkverbindung steht, einen Koppelbereich (43), wodurch die Antriebsspindel (30) drehfest mit dem Betätigungselement (50) gekoppelt ist, und einen Anlagebund (42) auf. Antriebsspindel (30) und Spindelmutter (40) bilden das Rotations-Rotations-Translations-Getriebe (14).
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Die Spindelmutter (40) ist in einer Bohrung (62) des Stellelements (60) angeordnet. Das Stellelement (60) weist einen Gewindeabschnitt (61) auf, der mit dem Gehäuseinnengewinde (17) selbsthemmend in Wirkverbindung steht. So bilden das Stellelement (60) mit seinem Gewindeabschnitt (61) und das Gehäuse (11) mit seinem Gehäuseinnengewinde (17) das Rotations-Translations-Getriebe (15). Das Stellelement (60) ist drehbar gegenüber der Spindelmutter (40) mittels einer Lageranordnung (76) in einem Lagerabschnitt (64) gelagert. Die Lageranordnung (76) lässt auch eine axiale Relativbewegung zwischen Spindelmutter (40) und Stellelement (60) zu. Mit seiner Druckseite (65) stützt sich das Stellelement (60) axial und drehbar in einer Mulde (53) des Betätigungselements (50) gegenüber diesem mittels eines Axiallagers (71) ab und steht auf diese Weise mit dem Betätigungselement (50) in Wirkverbindung. Die Druckseite (65) des Stellelements (60) weist eine Federelementanlage (66) auf. Die Abstützung zwischen Stellelement (60) und Betätigungselement (50) erfolgt ferner über eine Federanordnung (72), die zwischen der Federelementanlage (66) und der Mulde (53) des Betätigungselement (50) angeordnet ist. Die Bohrung (62) des Stellelements (60) vergrößert sich auf dem der Druckseite (65) gegenüberliegenden Ende und bildet so den Anlagebereich (63). Der Anlagebereich (63) des Stellelements (60) steht über die Federanordnung (75) mit dem Anlagebund (42) der Spindelmutter (40) in Wirkverbindung, da die Federanordnung (75) zwischen Anlagebereich (63) und Anlagebund (42) angeordnet ist.
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Der Gewindeabschnitt (61) des Stellelements (60) ist neben dem Vorsprung (25) des Antriebselements (20) ebenfalls Teil der Spielkupplung (77). Das Antriebselement (20) ist somit von der Funktion her gleichzeitig auch Antriebskupplungsteil der Spielkupplung (77) und das Stellelement (60) ist von der Funktion her gleichzeitig auch Abtriebskupplungsteil der Spielkupplung (77). Das Stellelement (60) weist im Gewindeabschnitt (61) eine Ausnehmung (67) auf. Der Vorsprung (25) greift in die Ausnehmung (67) hinein. Dadurch, dass der Vorsprung (25) Drehspiel in der Ausnehmung (67) hat, kann sich das Antriebselement (20) innerhalb des Spiels drehen und die Ausnehmung (67) gibt somit den ersten Drehwinkelbereich (A1) des Antriebselements (20) vor. Die Winkelöffnung der Ausnehmung (67) ist begrenzt durch die Anschläge (68, 69). Der Vorsprung (25) ist als Kreisringsegment ausgebildet, dessen Winkelerstreckung durch die Anschläge (26, 27) begrenzt ist. Solange sich das Antriebselement (20) mit seinem Vorsprung (25) innerhalb des Drehspiels dreht, erfolgt keine Drehmitnahme des Stellelements (60). Dreht das Antriebselement (20) weiter, dann kommt der Anschlag (26) mit dem Anschlag (69) in Kontakt und bei Weiterdrehung erfolgt eine Drehmitnahme des Stellelements (60). In axiale Richtung, bezogen auf die Mittelachse (MA) überdecken sich der Vorsprung (25) und die Ausnehmung (67) über eine bestimmte Länge, so dass die Drehmitnahme auch dann erfolgen kann, wenn das Antriebselement (20) und das Stellelement (60) in axialer Richtung ihre Position zueinander verändern. Bzw. durch diese Ausgestaltung ist eine Axialverschiebung von Stellelement (60) zu dem Antriebselement (20) bei Aufrechterhaltung der Kupplungsfunktion der Spielkupplung (77) möglich. Solche Axialverschiebungen kommen durch das Rotations-Translations-Getriebe (15) zustande.
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Wie in 7 gezeigt ist, kann Antriebsleistung des Antriebselements (20) über die Kraftübertragungsstränge F1, F2 und F3 zu dem Betätigungselement (50) geleitet werden. Die Betätigungseinrichtung (10) erfüllt drei Betriebsfunktionen: Die Betriebsbremsfunktion, die Verschleißnachstellung und die Parkbremsfunktion.
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Bei der Betriebsbremsfunktion wird die Antriebsleistung über den Kraftübertragungsstrang (F1) übertragen. Die Betriebsbremsfunktion dient dazu, das Fahrzeug im Fahrbetrieb abzubremsen. Bei der Betriebsbremsfunktion wird ein Drehmoment an das Antriebselement (20) angelegt und über das Antriebselement (20) weiter in die Betätigungseinrichtung (10) geleitet. Dabei wird das Antriebselement (20) innerhalb des Spiels der Spielkupplung (77), d.h. innerhalb des Drehwinkelbereichs A1 der gedreht. Die Schaltkupplung (12) befindet sich dabei in einem ersten Schaltmodus, bei dem die Antriebsleistung auf die Antriebsspindel (30) übertragen wird. Die Drehmitnahme erfolgt dabei über die Mitnehmerelemente (16), die in die Mitnehmersitze (34) der Antriebsspindel (30) eingreifen. Der Spindelabschnitt (33) treibt in dem nicht selbsthemmenden Rotations-Translations-Getriebe (14) die Spindelmutter (40) translatorisch an. Dabei wird die Federanordnung (75) komprimiert und baut eine Federkraft auf. Die Translationsbewegung der Spindelmutter (40) wird über Koppelbereich (43) der Spindelmutter (40) und den Koppelbereich (51) des Betätigungselements (50) auf das Betätigungselement (50) übertragen. In der Betriebsbremsfunktion wird damit das Lüftspiel zwischen Bremsbelag (3, 4) und Bremsscheibe überwunden und es kann eine Bremskraft auf die Bremsscheibe aufgebracht werden.
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Bei einem Bremsbelagverschleiß vergrößert sich das Lüftspiel in unerwünscht großem Maß. Zur Nachstellung der Bremsbeläge erfolgt die Übertragung der Antriebsleistung über den Kraftübertragungsstrang (F2). Wird die Betriebsbremsfunktion, wie zuvor beschrieben, aber bei vorhandenem Bremsbelagverschleiß aktiviert, ist das Lüftspiel zwischen Bremsbelag (3, 4) und Bremscheibe noch nicht überwunden, wenn das Spiel in der Spielkupplung (77) bereits überwunden ist und der Anschlag (26) mit dem Anschlag (69) in Kontakt gekommen ist. In diesem Zustand ist die Federkraft der Federanordnung (75) noch nicht so groß, dass die Schaltkupplung (12) in den zweiten Schaltmodus übergeht. Es erfolgt eine Drehmitnahme innerhalb des Drehwinkelbereichs (A2) des Stellelements (60), die ebenso zu einer translatorischen Bewegung des Stellelements (60) über das selbsthemmende Rotations-Translations-Getriebe (15) führt. Dabei wird gleichzeitig auch die Spindelmutter (40) über das Rotations-Translations-Getriebe (14) und somit auch das Betätigungselement (50) in gleichem Maße wie das Stellelement (60) translatorisch in Richtung der Bremsenseite (8) bis zur Überwindung des vergrößerten Lüftspiels bewegt. Wird die Antriebsleistung vom Antriebselement (20) zurückgenommen, bzw. wird das Betätigungselement (50) zurückgefahren, erfolgt das Zurückfahren nur über den Kraftübertragungsstrang (F1), d.h. über das Rotations-Translations-Getriebe (14). Die nachgestellte Position des Stellelements (60) bleibt aufgrund der Selbsthemmung erhalten.
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In der Parkbremsfunktion ist eine größere Bremskraft erforderlich um das Fahrzeug sicher im geparkten Zustand zu halten. Die Übertragung der Antriebsleistung erfolgt in der Parkbremsfunktion über den Kraftübertragungsstrang (F3). Bis zu einem bestimmten Drehmoment erfolgt die Übertragung der Antriebsleistung zunächst über den Kraftübertragungsstrang (F1). Dadurch, dass ein größeres Drehmoment eingebracht wird, legt die Spindelmutter (40) einen größeren translatorischen Weg zurück und die Federanordnung (75) wird stärker komprimiert. Dies führt dazu, dass ein größeres Reaktionsdrehmoment auf dem Schaltkupplungsabschnitt (23) der Antriebsspindel wirkt und die Mitnehmerelemente (16) ausrasten und die Kupplung so in den zweiten Schaltmodus übergeht. Das Antriebselement (20) kommt in den Drehwinkelbereich (A3). Das Rotations-Translations-Getriebe (14) wird außer Funktion gesetzt und über die Spielkupplung (77) wird das Stellelement (60) angetrieben und über das Rotations-Translations-Getriebe (15) translatorisch in Richtung Betätigungselement (50) bewegt. Dadurch wird die Federanordnung (72) zwischen der Druckseite (65) des Stellelements (60) und der Mulde (53) des Betätigungselements (50) komprimiert. Dies führt zum Aufbau einer Bremskraft, die aufgrund des selbsthemmenden Rotations-Translations-Getriebe (15) selbsterhaltend bestehen bleibt, auch wenn keine weitere elektrische Antriebsleistung in das System eingespeist wird.
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Über ein Zurückdrehen des Antriebselements (20) kann die statische Bremskraft wieder zurückgenommen werden.
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Die 2b, 3b und 4b zeigen jeweils die Betätigungseinrichtung (10) mit um die Strecke (V) maximal ausgefahrenem Betätigungselement (50). Dabei sind beide Rotations-Translations-Getriebe (14, 15) voll ausgefahren.
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In der 5 hat das Antriebselement (20) im Vergleich zu den 4a, 4b und 7 eine andere Drehwinkellage, so dass in 5 der Vorsprung (25) in voller Länge sichtbar ist. In den 4a, 4b und 7 ist dagegen der Gewindeabschnitt (61) des Stellelements (60) in Schnittdarstellung sichtbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2715181 B1 [0002]
- DE 19621533 A1 [0003]
- DE 102017123266 A1 [0004]
