DE102021212784B3 - Kombinierte Radbremse eines Fahrzeugs einschließlich Vorrichtung zur Betätigung von Betriebsbremse und Feststellbremse - Google Patents

Kombinierte Radbremse eines Fahrzeugs einschließlich Vorrichtung zur Betätigung von Betriebsbremse und Feststellbremse Download PDF

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Betätigung einer Radbremse eines Fahrzeuges mit einer einem Spindelgetriebe (1) aufweisenden Zuspanneinrichtung sind zwei Elektromotoren (9, 13) vorgesehen, wobei der erste Elektromotor (9) über ein erstes Getriebe (7) bidirektional auf das Spindelgetriebe (1) einwirkt. Um bei einer Feststellbremsung die einmal erreichte Position der Zuspanneinrichtung zu fixieren, ist ein zweiter Elektromotor (13) über ein zweites Getriebe (10), welches ein selbsthemmendes Schneckenradgetriebe (15) aufweist, und über wenigstens eine unidirektional in der Betätigungsrichtung wirkende, lösbare Kupplung mit dem Spindelgetriebe (1) gekoppelt.Die Kupplung besteht aus einem Nocken (16) an einer Ausgangswelle (6) des ersten Getriebes (7) und einem Stift (17) an einem Ausgangselement des Schneckenradgetriebes (15). Da der Nocken (16) nicht über den Stift (17) hinaus zurückgedreht werden kann, wird so eine Raststellung für die Zuspanneinrichtung definiert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Radbremse eines Fahrzeugs einschließlich Vorrichtung zur Betätigung von Betriebsbremse und Feststellbremse mit einer ein Spindelgetriebe aufweisenden Zuspanneinrichtung, mit einem ersten Elektromotor, der zur Betätigung der Zuspanneinrichtung über ein erstes Getriebe bidirektional mit dem Spindelgetriebe gekoppelt ist, und mit einem zweiten Elektromotor, der ebenfalls zur Betätigung der Zuspanneinrichtung mit dem Spindelgetriebe gekoppelt ist nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein entsprechendes Betriebsverfahren.
  • Zuspanneinrichtungen mit zwei Elektromotoren sind bekannt. Dabei dient gemäß der EP 0 900 342 B1 der erste Elektromotor einer Betriebsbremsung und der zweite Elektromotor des Einstellens des Lüftspiels bzw. des Nachstellens des Lüftspiels nach einer Bremsbelagabnutzung. Die DE 10 2018 111 573 A1 bezieht sich auf eine ausfallsicher ausgelegte elektronische Parkbremse wobei für die Feststellfunktion zwei gesonderte Elektromotorantriebe vorgesehen sind.
  • Gemäß der DE 196 11 910 A1 wird der zweite Elektromotor genutzt, um bei einer Betriebsbremsung das Lüftspiel schnell zu überwinden, und der erste Elektromotor, um nach Überwindung des Lüftspiels die nötige Bremskraft aufzubauen. Dazu ist der erste Elektromotor fest mit dem Sonnenrad eines Umlaufrädergetriebes gekoppelt, während der zweite Elektromotor dessen Hohlrad antreibt. Ein selbsthemmendes Spindelgetriebe ist wiederum fest mit den Planetenrädern des Umlaufrädergetriebes gekoppelt. Die Selbsthemmung des Spindelgetriebes erlaubt im Prinzip eine Feststellbremsung. Um die Radbremse bei einer Feststellbremsung im Notfall aber lösen zu können, muss aber mindestens einer der Elektromotoren die Spindel verfahren können. Das funktioniert aber nur, wenn der andere Elektromotor das Drehmoment abstützen kann. Daher müssen beide Elektromotoren entweder eine Selbsthemmung aufweisen, was mit einem schlechten Wirkungsgrad verbunden ist, oder es ist doch zusätzlich eine gesonderte Feststellbremse notwendig.
  • Die DE 197 41 869 A1 zeigt eine ähnliche Zuspanneinrichtung, wobei der zweite Elektromotor auch einer Feststellbremsung dient. Der erste Elektromotor dreht über ein Zahndifferenzgetriebe ein Rampengetriebe. Damit kann ein kurzer linearer Hub eines Bremskolbens erzeugt werden, der für eine Bremsung, aber nicht für eine Verschleißnachstellung ausreicht. Der zweite Motor treibt über ein Stirnradgetriebe ein Spindelgetriebe an, das ebenfalls mit dem Bremskolben linear gekoppelt ist. Die jeweils erzeugten Linearbewegungen des Bremskolbens addieren sich. Eine Feststellbremsung wird durch Selbsthemmung mindestens eines der beiden Antriebe erreicht. Falls der Antrieb des ersten Motors nicht selbsthemmend ist, muss dieser für eine Feststellbremsung bis zum Endanschlag zurückfahren, während der zweite Antrieb vorwärts fährt.
  • Die erwähnten Zuspanneinrichtungen sehen dazu vor, dass beide Elektromotoren in bidirektionaler Weise auf ein Spindelgetriebe einwirken, also fest mit diesem gekoppelt sind.
  • Bei einer Feststellbremsung ist es notwendig, die erreichte Spannkraft in der Radbremse zu erhalten, ohne dass der Elektromotor, der die Zuspannkraft zuvor erzeugt hat, weiterhin in Betrieb bleibt und mit Strom versorgt wird. Dazu werden allgemeine Klinken vorgesehen, die die Zuspanneinrichtung blockieren, sobald die für eine Feststellbremsung benötigte Zuspannkraft aufgebaut worden ist.
  • In bestimmten Situationen ist es aber notwendig, die Zuspanneinrichtung entweder nachzuspannen oder zum Teil zu lösen.
  • Ein Nachspannen wird zum Beispiel notwendig, wenn die Feststellbremsung bei heißen Bremsen erfolgt, und die Reibelemente sich während der Feststellung abkühlen und sich dadurch zusammenziehen.
  • In einem solchen Fall wird die Verrieglung gelöst, damit der für die Feststellbremsung zuständige Elektromotor, die Zuspanneinrichtung erneut in eine Spann- oder ggf. auch in eine Löserichtung betätigen kann. Das Problem bei dieser Konstruktion ist, dass die Radbremse vollständig gelöst werden würde, wenn in diesem verriegelungsfreien Moment die Stromversorgung ausfällt.
  • Die Erfindung beruht auf dem Problem, eine weiterentwickelt sowie sicher verbesserte Radbremse mit Betriebsbremse und Feststellbremse zu schaffen, die auch bei einem Nachspannen oder Nachlösen sicherstellt, dass die Radbremse sich nicht vollständig löst, falls der Strom für den Betätigungsmotor dabei ausfallen sollte.
  • Die Aufgabe wird für eine kombinierte Kraftfahrzeugradbremse anhand der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Da der zweite Elektromotor, der für die Feststellbremsung zuständig ist, über ein selbsthemmendes Getriebe mit dem Spindelgetriebe gekoppelt ist, kann sich in keinem Fall die Feststellbremsung lösen, da selbst bei einem stromlosen zweiten Elektromotor die Selbsthemmung des Getriebes dies verhindert.
  • Durch die in Betätigungsrichtung wirkende Kupplung wird erreicht, dass der erste Elektromotor unabhängig von dem zweiten Elektromotor die Zuspanneinrichtung bei einer Betriebsbremsung betätigen kann. Wenn der erste Elektromotor nämlich die Zuspanneinrichtung betätigt, löst sich die Kupplung.
  • Um eine bidirektionale Kupplung des ersten Elektromotors mit dem Spindelgetriebe zu erreichen, ist vorgesehen, dass eine Ausgangswelle des ersten Getriebes fest mit einer Spindelstange des Spindelgetriebes verbunden ist.
  • Ein Ausgangselement des zweiten Getriebes ist koaxial zur Ausgangswelle des ersten Getriebes angeordnet und mit der Ausgangswelle über einen Mitnehmer gekoppelt. Dieser Mitnehmer stellt die in Betätigungsrichtung wirkende Kupplung dar.
  • Um dies zu realisieren, ist das Ausgangselement des zweiten Getriebes als Stirnzahnrad ausgeführt, das die Ausgangswelle konzentrisch umgibt, wobei von der Ausgangswelle radial nach außen ein Nocken und vom Stirnzahnrad ein Stift absteht, der an den Nocken anlegbar ist. Wird bei einer Feststellbremsung das Stirnzahnrad betätigt, wird der erste Elektromotor stromlos mitgenommen.
  • Der Stift kann entweder in axialer oder in radialer Richtung vom Stirnzahnrad abstehen.
  • Da das zweite Getriebe selbsthemmend ist, verharrt die Zuspanneinrichtung in einer einmal erreichten Position. Dies ist auch der Fall, wenn ein Nachspannen oder Nachlösen notwendig wird. In diesem Fall wird der zweite Elektromotor entweder in Betätigungsrichtung oder gegen die Betätigungsrichtung bewegt, wobei er jeweils in einer blockierten Stellung verbleibt, wenn er stromlos gestellt wird.
  • Für eine einfachere Konstruktion der Anordnung kann das Stirnzahnrad auf der Ausgangswelle drehbar gelagert werden.
  • In diesem Fall bietet es sich auch an, wenn das zweite Getriebe ein selbsthemmend ausgelegtes Schneckenradgetriebe aufweist.
  • Für die bisher beschriebene Funktionsweise reicht es aus, wenn die Kupplung unidirektional in Betätigungsrichtung wirkt. Der zweite Elektromotor kann aber auch genutzt werden, um die Radbremse zu lösen. Dazu sieht die Erfindung vor, dass der zweite Elektromotor auch über eine in Löserichtung wirkende, lösbare Kupplung mit dem Spindelgetriebe gekoppelt ist, wobei zwischen den beiden Kupplungspositionen ein kupplungsfreier Leerweg vorliegt.
  • Der Leerweg stellt sicher, dass nicht jedes Lösen der Kupplung aus der Betätigungsposition zu einem Lösen der Radbremse führt. Erst muss der Leerweg überwunden werden, damit die Kupplung in Löserichtung wirkt und die Radbremse löst.
  • Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Betätigung der oben beschriebenen kombinierten Radbremse laut Patentanspruch 8 und in vorteilhafter Weiterbildung entsprechend der Merkmale von Patentanspruch 9.
  • Erfindungsgemäß wird bei einer Betriebsbremsung zumindest der erste Elektromotor und für eine Feststellbremsung zumindest der zweite Elektromotor betätigt, wobei das erste Getriebe bei einem stromlosen ersten Elektromotor drehend über die geschlossene Kupplung mitgenommen wird und beim Erreichen der benötigten Spannkraft der erste und der zweite Elektromotor stromlos gestellt werden. Bei einer Betriebsbremsung kann natürlich auch der zweite Elektromotor betätigt werden, der dann dem ersten Elektromotor nachfolgt, wobei der Stift am Stirnzahnrad in steter Anlage am Nocken an der Ausgangswelle des ersten Elektromotors verbleibt.
  • Bei einer Feststellbremsung kann zusätzlich zum zweiten Elektromotor auch der erste Elektromotor eingeschaltet werden. Wesentlich ist aber, dass der zweite Elektromotor das Stirnzahnrad so weit nachführt, dass der Stift zur Anlage an den Nocken gelangt und somit ein Rückdrehen der Ausgangswelle des ersten Elektromotors verhindert.
  • Zum Nachspannen oder Nachlösen der Radbremse während einer Feststellbremsung wird zumindest der zweite Elektromotor betätigt, wobei das erste Getriebe bei einem stromlosen ersten Elektromotor drehend über die geschlossene Kupplung mitgenommen wird und beim Erreichen der benötigten Spannkraft der erste und zweite Elektromotor erneut stromlos gestellt werden.
  • Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
    • 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zuspanneinrichtung und
    • 2 einen Querschnitt entlang der Linie ll-ll in 1 mit Sicht auf eine Kupplung.
  • Die Zuspanneinrichtung weist ein Spindelgetriebe 1 auf, das aus einer Spindelstange 2 und einer Spindelmutter 3 besteht, die mit einem Kolben 4 verbunden ist und gegen eine Drehung gesichert in einer fahrzeugfesten Hülse 5 gelagert ist. Eine Drehung der Spindelstange 2 hat somit zur Folge, dass die Spindelmutter 3 zusammen mit dem Kolben 4 aus der Hülse 5 in axialer Richtung herausgeschoben wird. Der Kolben 4 ist - was hier nicht dargestellt ist - an einem Reibelement einer Radbremse angelegt. Bei dem Reibelement handelt es sich zum Beispiel um den Bremsbelag einer Scheibenbremse oder um die Bremsbacke einer Trommelbremse. Das Reibelement wird bei einer Trommelbremse gegen eine Bremstrommel bzw. bei einer Scheibenbremse gegen eine Bremsscheibe gedrückt, wodurch das Fahrzeug entweder aus einer Bewegung heraus abgebremst (Betriebsbremsung) oder gegen ein Wegrollen (Feststellbremsung) gesichert wird.
  • Um Reibungskräfte in dem Spindelgetriebe 1 klein zu halten, kann es als Kugelumlaufgetriebe ausgebildet werden.
  • Die Spindelstange 2 ist einstückig mit einer Ausgangswelle 6 eines ersten Getriebes 7 ausgeführt. Hierbei handelt es sich um ein Sonnenradgetriebe, das über ein Vorlegegetriebe 8 von einem ersten Elektromotor 9 angetrieben wird.
  • Das erste Getriebe 7 ist so ausgelegt, dass mit einem langsam laufenden Elektromotor hohe Drehmomente erreicht werden, so dass bei einer Betriebsbremsung eine ausreichende Bremskraft erzeugt werden kann.
  • Des Weiteren ist ein zweites Getriebe 10 vorgesehen. Dazu ist koaxial zu der Ausgangswelle 6 des ersten Getriebes 7 ein Stirnzahnrad 11 auf der Ausgangswelle 6 gelagert. Wie aus der 2 hervorgeht, kämmt in dem Stirnzahnrad 11 ein Schneckenzahnrad 12, das von einem zweiten Elektromotor 13 angetrieben wird. Auch hier wird ein Sonnenradgetriebe 14 dem Schneckenzahnrad 12 vorgeschaltet. Entscheidend ist aber, dass ein aus dem Stirnzahnrad 11 und dem Schneckenzahnrad 12 bestehendes Schneckenradgetriebe 15 selbsthemmend ausgelegt ist.
  • Von der Ausgangswelle 6 steht radial ein Nocken 16 ab, der sich vor der Seitenfläche des Stirnzahnrades 11 befindet. Um eine Kupplung des zweiten Getriebes 10 mit der Ausgangswelle 6 zu realisieren, steht ein Stift 17 in axialer Richtung seitlich von dieser Seitenfläche ab, wobei sich der Stift 17 und der Nocken 16 auf einem gleichen Radius im Bezug zur Achse der Ausgangswelle 6 befinden. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann der Stift 17 auch in radialer Richtung vom Stirnzahnrad 11 abstehen, das dazu z. B. konzentrisch und im Abstand zur Ausgangswelle 6 gelagert wird.
  • Bei einer Betriebsbremsung wird der erste Elektromotor 9 eingeschaltet, so dass sich die Ausgangswelle 6 gemäß der 2 gegen den Uhrzeigersinn dreht, wobei sich der Nocken 16 von dem Stift 17 entfernt, so dass unabhängig von einer Betätigung des zweiten Elektromotors 13, eine Betriebsbremsung erfolgt. Bei einer vollständigen Drehung würde zwar der Nocken 16 wieder den Stift 17 erreichen, dies kann aber verhindert werden, wenn der Hub des Spindelgetriebes 1 so ausgelegt ist, dass eine 360° Drehung der Spindelstange 2 ausreicht, die Radbremse zu betätigen.
  • Für eine Feststellbremsung werden beide Elektromotoren 9, 13 oder aber wenigstens der zweite Elektromotor 13 betätigt. In diesem Fall folgt der Stift 17 dem Nocken 16 bzw. schiebt diesen vor sich her, so dass der Stift 17 in Anlage an dem Nocken 16 und bei einer Stromlosstellung beider Elektromotoren 9, 13, die Ausgangswelle 6 und das Stirnzahnrad 11 in ihrer dann erreichten Position verbleiben. Das Stirnzahnrad 11 kann sich nicht zurückdrehen, weil das selbsthemmend ausgelegte Schneckenradgetriebe 15 dies verhindert. Ein Zurückdrehen der Ausgangswelle 6 wird verhindert, weil der Nocken 16 mit einer Seite (die rechte Seite in der Darstellung der 2) am Stift 17 anliegt.
  • Um die Reibelemente nachzuführen bzw. zu lösen, werden beide Elektromotoren 9, 13 eingeschaltet, wobei nach einem erneuten Abschalten der Elektromotoren 9, 13 das Spindelgetriebe 1 in der neuen nachgespannten bzw. teilgelösten Stellung durch die Selbsthemmung des Schneckenradgetriebes 15 verbleibt. Bei einem Ausfall der Stromversorgung des zweiten Elektromotors, behält das Spindelgetriebe 1 seine bis dahin erreichte Stellung, so dass die Radbremse jedenfalls nicht vollständig gelöst wird.
  • Der zweite Elektromotor 13 kann auch genutzt werden, um eine festsitzende Radbremse zu lösen, wenn der erste Elektromotor ausgefallen sein sollte. Dazu wird der zweite Elektromotor 13 in Löserichtung gedreht, so dass der Stift 17 einen 360° Leerweg durchfährt, bis er sich an die andere Seite des Nockens 16 (die linke Seite in der Darstellung der 2) anlegt und das Stirnzahnrad 11 in Löserichtung bewegt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Spindelgetriebe
    2
    Spindelstange
    3
    Spindelmutter
    4
    Kolben
    5
    Hülse
    6
    Ausgangswelle
    7
    erstes Getriebe
    8
    Vorlegegetriebe
    9
    erster Elektromotor
    10
    zweites Getriebe
    11
    Stirnzahnrad
    12
    Schneckenzahnrad
    13
    zweiter Elektromotor
    14
    Sonnenradgetriebe
    15
    Schneckenradgetriebe
    16
    Nocken
    17
    Stift

Claims (9)

  1. Kombinierte Radbremse eines Fahrzeuges einschließlich Vorrichtung zur Betätigung mit einer ein Spindelgetriebe (1) aufweisenden Zuspanneinrichtung, mit einem ersten Elektromotor (9) der für die Betriebsbremsung zuständig ist, und der zur Betätigung der Zuspanneinrichtung über ein erstes Getriebe (7) bidirektional mit dem Spindelgetriebe (1) gekoppelt ist, und mit einem zweiten Elektromotor (13), der für die Feststellbremsung zuständig ist, und ebenfalls zur Betätigung der Zuspanneinrichtung mit dem Spindelgetriebe (1) gekoppelt ist, wobei der zweite Elektromotor (13) über ein selbsthemmendes zweites Getriebe (10) und eine in Betätigungsrichtung wirkende, lösbare Kupplung mit dem Spindelgetriebe (1) gekoppelt ist.
  2. Kombinierte Radbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangswelle (6) des ersten Getriebes (7) fest mit einer Spindelstange (2) des Spindelgetriebes (1) verbunden ist.
  3. Kombinierte Radbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangselement des zweiten Getriebes (10) koaxial zur Ausgangswelle (6) des ersten Getriebes (7) angeordnet und mit der Ausgangswelle (6) über einen Mitnehmer gekoppelt ist.
  4. Kombinierte Radbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangselement des zweiten Getriebes (10) als Stirnzahnrad (11) ausgeführt ist, das die Ausgangswelle (6) konzentrisch umgibt, wobei von der Ausgangswelle (6) radial nach außen ein Nocken (16) und vom Stirnzahnrad (11) ein Stift (17) absteht, der an den Nocken (16) anlegbar ist.
  5. Kombinierte Radbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnzahnrad (11) auf der Ausgangswelle (6) drehbar gelagert ist.
  6. Kombinierte Radbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Getriebe (10) ein selbsthemmend ausgelegtes Schneckenradgetriebe (15) aufweist.
  7. Kombinierte Radbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Elektromotor (13) auch über eine in Löserichtung wirkende, lösbare Kupplung mit dem Spindelgetriebe (1) gekoppelt ist, wobei zwischen den beiden Kupplungspositionen ein kupplungsfreier Leerweg vorliegt.
  8. Verfahren zur Betätigung einer kombinierten Radbremse umfassend Betriebsbremse und Feststellbremse gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Betriebsbremsung zumindest der erste Elektromotor (9) und für eine Feststellbremsung zumindest der zweite Elektromotor (13) betätigt wird, wobei das erste Getriebe (7) bei einem stromlosen ersten Elektromotor (9) drehend über die geschlossene Kupplung mitgenommen wird und beim Erreichen der benötigten Spannkraft der erste und zweite Elektromotor (9, 13) stromlos gestellt werden.
  9. Verfahren zur Betätigung einer kombinierten Radbremse gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Nachspannen oder Nachlösen der Radbremse während einer Feststellbremsung zumindest der zweite Elektromotor (13) betätigt wird, wobei das erste Getriebe (7) bei einem stromlosen ersten Elektromotor (9) drehend über die geschlossene Kupplung mitgenommen wird und beim Erreichen der benötigten Spannkraft der erste und zweite Elektromotor (9, 13) erneut stromlos gestellt werden.
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