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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsaktuatoreinheit und eine elektromechanische Bremse.
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Bei elektromechanischen Bremsen wird durch einen Bremskolben eine Zuspannkraft bewirkt, mittels der entsprechende Reibbeläge mit der Bremsscheibe in Eingriff gebracht werden. Bei ansteigender Kraftintensität der Zuspannkraft tritt das Phänomen der Verschiebung des Kraftangriffspunkts an der Bremsscheibe bzw. den Reibbelägen auf. Infolge der Elastizität des Bremsgehäuses der Bremse und den sich komprimierenden Reibbelägen verschiebt sich der Kraftangriffspunkt der Zuspannkraft in radialer Richtung. Ebenso verschiebt sich der Kraftangriffspunkt in tangentialer Richtung relativ zur Rotationsbewegung der Bremsscheibe. Als Folge verschiebt sich deshalb gleichermaßen der Kraftangriffspunkt der durch die Zuspannkraft bewirkten Reaktionskräfte, die durch das Bremsgehäuse aufgenommen werden. Dadurch kann der Antrieb, der die Linearverschiebung des Bremskolben bewirkt, bezüglich seiner Orientierung und Lagerung instabil werden. In anderen Worten treten durch außermittenmäßige Kraftanteile der Reaktionskräfte Winkelversatze zwischen Einzelkomponenten des Antriebs auf. Dies bewirkt erhöhten Verschleiß und eine nicht optimale Kraftgeometrie, sodass die bewirkten Zuspannkräfte nachteilig beeinflusst sind.
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Es besteht daher ein Bedürfnis, die Nachteile des Stands der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, von denen jeder für sich oder in (Sub-)Kombination Aspekte der Offenbarung darstellen kann. Einige Aspekte werden im Hinblick auf verschiedene Vorrichtungen erläutert. Die Merkmale sind aber wechselseitig zu übertragen.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Bremsaktuatoreinheit für eine elektromechanische Bremse bereitgestellt. Die Bremsaktuatoreinheit umfasst eine Spindel, eine Spindelmutter, einen Bremskolben, und ein die Spindel aufnehmendes Spindellager, das eine sphärische Lagerkontaktfläche hat, welches die axialen Reaktionskräfte der Spindel beim Betätigen der Bremse, insbesondere beim Schließen und/oder beim Öffnen der Bremse, aufnimmt.
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Unter einem „Schließen“ ist ein Betätigen der Bremse zu verstehen, bei dem die Zuspannkraft zumindest phasenweise erhöht wird; unter einem „Öffnen“ ist ein Betätigen der Bremse zu verstehen, bei dem die Zuspannkraft zumindest phasenweise zurückgenommen wird. Dabei kann ein Betätigen der Bremse aufeinanderfolgende Phasen des „Schließens“ und „Öffnens“ umfassen, beispielsweise im Rahmen einer Antiblockier-Regelung.
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Die so eingerichtete Bremsaktuatoreinheit ermöglicht vorteilhaft, außermittenmäßige Kraftanteile zu kompensieren. Durch die sphärische Lagerkontaktfläche wird eine Rückstellkraft in Richtung der Drehachse der Spindel bewirkt. Dadurch kann die Orientierung und Lagerung der Einzelkomponenten der Bremsaktuatoreinheit verbessert werden, insbesondere die Symmetrie bezüglich der Rotationsachse der Spindel. Insgesamt führt dies zu einer verbesserten Kraftbeaufschlagung des Bremskolbens und zu einem verringerten Verschleiß.
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Unter einer sphärischen Lagerkontaktfläche ist insbesondere eine Lagerfläche zu verstehen, die eine sphärische Kontur aufweist. Insbesondere kann die sphärische Lagerkontaktfläche konvex oder konkav geformt sein. Durch die Krümmung der sphärischen Lagerkontaktfläche wird dann eine Rückstellkraft in Richtung der Rotationsachse der Spindel bewirkt. Dabei gewährleistet die sphärische Kontur, dass die Rückstellkraft mit zunehmendem Abstand des Kraftangriffspunkts von der Drehachse der Spindel zunimmt. Das bedeutet, dass bei geeigneter Wahl des Kraftangriffspunkts größere Rückstellkräfte bewirkt werden, die die Spindel in eine Orientierung entlang der Rotationsachse zwingen.
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Bevorzugt weist das Spindellager eine Rotationssymmetrie auf. Dadurch kann das Spindellager bezüglich der Rotationsachse der Spindel allseitig gleich ausgeführt sein.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt weist die Bremsaktuatoreinheit einen Spindeltrieb auf. Mittels des Spieltriebs kann die drehgesperrte Spindelmutter in axialer Richtung verfahren werden. Da die Spindelmutter mit dem Bremskolben zusammenwirkt, kann der Bremskolben so zumindest einen Bremsbelag der Bremse mit einer Zuspannkraft beaufschlagen, sodass ein Reibschluss mit einer Bremsscheibe generiert werden kann. Das bedeutet, dass die Spindel um die Rotationsachse rotiert werden kann, und dass diese Rotation eine translatorische Bewegung der Spindelmutter entlang der axialen Richtung bewirkt, die an den Bremskolben weitergegeben wird, um Zuspannkräfte für zumindest einen Bremsbelag bereitzustellen. Infolge der erzeugten Zuspannkräfte treten Reaktionskräfte auf, die mittels der sphärischen Lagerkontaktfläche bezüglich der Rotationsachse der Spindel zentriert werden. Die auftretenden Querkräfte werden kompensiert.
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Die Spindelmutter kann insbesondere in axialer Richtung benachbart zum Bremskolben angeordnet sein. Dadurch wird die Kraftübertragung von der Spindelmutter über den Bremskolben auf den Bremsbelag vorteilhaft vereinfacht, da die Komponenten in axialer Richtung benachbart eingeordnet sind.
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Optional kann ein der Spindel zugrundeliegender Spindeltrieb eine Kugelumlaufspindel aufweisen. Bei einer Kugelumlaufspindel übertragen Kugeln die Kraft zwischen Spindel und Spindelmutter. Durch die rollende Bewegung der Kugeln sind bei einem Kugelgewindetrieb Reibung und Verschleiß reduziert.
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Die Kugelumlaufspindel ist selbsthemmungsfrei. Das bedeutet, dass sich die Spindelmutter aufgrund systemimmanenter Elastizitäten auch selbstständig in die komplett eingefahrene Stellung zurückverlagert, wenn sie nicht mehr aktiv mittels eines Motors, beispielsweise eines Elektromotors, in eine ausgefahrene Stellung beaufschlagt ist. Gleichfalls kann dann der Bremskolben in die komplett eingefahrene Stellung zurückverlagert werden, sobald die Spindelmutter nicht mehr beaufschlagt wird. In der komplett eingefahrenen Stellung des Bremskolbens ist die Zuspannkraft komplett zurückgenommen, so dass die Bremse komplett „geöffnet“ ist.
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Bevorzugt umfasst die Bremsaktuatoreinheit eine Topfhülse, die einen Boden aufweist und die den Bremskolben und die Spindelmutter zumindest teilweise in ihrem Innenraum aufnimmt. Der Innenraum bezieht sich dabei auf ein von der Seitenwand und dem Boden der Topfhülse eingeschlossenes freies Innenvolumen, das durch die Seitenwand und den Boden begrenzt wird. Da sowohl die Spindelmutter als auch der Bremskolben entlang der axialen Richtung verfahrbar sind, können diese Komponenten generell auch nur teilweise in dem Innenraum der Topfhülse angeordnet sein, und sich zumindest teilweise darüber hinaus erstrecken. Die Topfhülse gewährleistet, dass die Bremsaktuatoreinheit eine abgeschlossene Unterbaugruppe der Bremse darstellt, die gegenüber anderen Teilen der Bremse abgegrenzt, zum Beispiel auch abgedichtet werden kann. Dadurch wird auch der Montageaufwand verringert, da die Bremsaktuatoreinheit im Ganzen montierbar ist.
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Optional ist die Topfhülse in einem Bremsgehäuse der Bremsaktuatoreinheit verdrehsicher angeordnet. Beispielsweise kann ein Formschluss zwischen dem Bremsgehäuse und der Topfhülse vorgesehen sein, der eine Verdrehung der Topfhülse gegenüber dem Bremsgehäuse unterbindet.
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Der zur Verdrehsicherung der Topfhülse vorgesehene Formschluss kann eine Nut-Feder-Verbindung oder eine Tangential-Stift-Verbindung aufweisen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform stützt sich das Spindellager am Boden der Topfhülse ab. Die Topfhülse ist derart orientiert, dass das offene Ende in Richtung der Bremsscheibe und des Bremsbelags angeordnet ist, also bremsbelagseitig, und dass der Boden der Topfhülse in axialer Richtung entgegengesetzt dazu angeordnet ist. Das bedeutet, dass die erzeugten Zuspannkräfte in axialer Richtung entlang des offenen Endes der Topfhülse wirken während die in der Folge auftretenden Reaktionskräfte in Richtung des Bodens wirken. Dadurch, dass sich das Spindellager am Boden abstützt, ist das Spindellager somit entlang der Wirkungsrichtung der Reaktionskräfte zwischen dem Boden und der Spindel angeordnet. Dadurch kann das Spindellager die Reaktionskräfte besonders gut aufnehmen und die zentrierende Wirkung entfalten.
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Optional ist das Spindellager ein Axiallager, über das die axialen Reaktionskräfte der Spindel aufgenommen werden. Das Axiallager kann insbesondere ein Axialwälzlager umfassen. Das Axiallager gewährleistet die Rotierbarkeit der Spindel gegenüber der Topfhülse, ohne dass dabei ein erhöhtes Reibmoment auftritt.
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Das Spindellager kann insbesondere entgegengesetzt zur sphärischen Lagerkontaktfläche eine planare Kontaktfläche aufweisen, auf dem die Wälzkörper abwälzen. Dadurch gewährleistet das Spindellager mit der sphärischen Lagerkontaktfläche und der entgegengesetzten, planaren Kontaktfläche eine möglichst gleichmäßige Kontaktpressung zwischen den Wälzkörpern und dem Lagerring, weil die Rotationsfreiheitsgrade quer zur Rotationsachse der Spindel nicht entzogen werden und somit mikro- und makroskopische Winkelversatze, bzw. außermittige Krafteinwirkungen kompensiert werden können.
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Bevorzugt ist axial zwischen dem Boden der Topfhülse und den Wälzkörpern eine Lagerscheibe angeordnet ist, die durch Reibschluss und/oder Formschluss verdrehgesichert in der Topfhülse eingepresst ist. Die Topfhülse stellt aufgrund ihrer Geometrie ein komplexeres Bauteil als die Lagerscheibe dar. Durch die Lagerscheibe kann der Boden der Topfhülse vor Beschädigungen durch die Wälzkörper geschützt werden (wenn diese in unmittelbarem Kontakt mit dem Boden stünden). Im Bedarfsfall braucht so lediglich die Lagerscheibe oder das Axiallager ausgetauscht werden, nicht aber zwingend die Topfhülse.
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Die Lagerscheibe kann insbesondere zwei entgegengesetzte planare Kontaktflächen aufweisen, von denen eine in Kontakt mit dem Boden der Topfhülse steht und eine für die Abwälzung der Wälzkörper darauf vorgesehen ist. Es ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass der Fertigungsaufwand zum Gewährleisten der Güte der Kontaktfläche der Lagerscheibe zum Kontakt mit dem Axiallager geringer ist, als dies für den Boden der Topfhülse der Fall wäre.
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Bevorzugt weist die Bremsaktuatoreinheit ein Bremsgehäuse auf, in dem die Topfhülse, die Spindelmutter und der Bremskolben angeordnet sind. Die Topfhülse weist einen axialen Anschlag auf, mit dem sie sich beim Betätigen der Bremse am Bremsgehäuse abstützt. Dadurch können die Reaktionskräfte, ausgehend vom Boden der Topfhülse über die Seitenwand der Topfhülse auf das Bremsgehäuse übertragen werden. Somit wirkt das gesamte Bremsgehäuse als Kraftabstützvorrichtung bezüglich der abzufangenden Reaktionskräfte.
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Optional ist der Anschlag ein an der Topfhülse angeformter radialer Absatz oder ein an der Topfhülse angebrachtes Befestigungsmittel.
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Insbesondere kann der radiale Absatz integral mit einer Seitenwand der Topfhülse sein.
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Bevorzugt umfasst das Befestigungsmittel einen Sprengring. Der Sprengring kann beispielsweise in einer Radialnut der Topfhülse angeordnet sein. Der Sprengring kann auch mehrlagig sein.
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Besonders bevorzugt ist die Topfhülse axial in das Bremsgehäuse gesteckt und radial darin gelagert. Das bedeutet, dass das Bremsgehäuse eine Aussparung aufweist, die zumindest teilweise korrespondierend zur Außenkontur der Topfhülse ist. Dabei sind Fertigungstoleranzen und Spaltmaße zu berücksichtigen. Insgesamt wird so aber die Fertigung der Bremsaktuatoreinheit vereinfacht, da sich die Topfhülse in die Aussparung des Bremsgehäuses fügt.
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Optional ist eine Drehverriegelung zwischen der Topfhülse und der darin linear verschiebbar aufgenommenen Spindelmutter vorgesehen. Die Drehverriegelung erlaubt eine Linearverschiebung der Spindelmutter, verhindert aber eine Verdrehung der Spindelmutter relativ zur Topfhülse. Dadurch kann vermieden werden, dass die Spindelmutter, die zumindest mittelbar über den Bremskolben in Kontakt mit zumindest einem Bremsbelag steht, gegenüber dem Bremsbelag um die axiale Richtung rotiert. Eine solche Rotation würde den Kontakt, der durch den Bremskolben vermittelt wird, verschlechtern. Durch die Drehverriegelung wird der Kontakt zwischen dem Bremskolben und dem Bremsbelag also verbessert.
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Bevorzugt ist bremsbelagseitig eine Dichtung zwischen dem Bremskolben und der Topfhülse vorgesehen. Dadurch kann der von der Topfhülse bereitgestellte Innenraum gegenüber anderen Teilen des Bremsgehäuses abgedichtet werden. Insbesondere wird so der im Innenraum der Topfhülse angeordnete Spindeltrieb vor Verunreinigungen geschützt.
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Das Bremsgehäuse weist einen Bremssattel auf oder bildet diesen.
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Bevorzugt weist die Spindel bremsbelagseitig einen im Querschnitt verdickten Schaftabschnitt auf, der am Außenmantel einen Getriebegang der Spindel aufweist. Ferner weist die Spindel einen im Vergleich zum Schaftabschnitt im Querschnitt kleineren Antriebswellenfortsatz und einen Übergangsabschnitt zwischen dem Schaftabschnitt und dem Antriebswellenfortsatz auf. Die sphärische Lagerkontaktfläche liegt an einer komplementären Kontaktfläche am Übergangsabschnitt an. In anderen Worten variiert die radiale Ausdehnung der Spindel entlang der axialen Richtung, und zwar derart, dass die Spindel eine vergleichsweise geringe radiale Ausdehnung am dem, dem Bremsbelag entgegengesetzten Ende, aufweist, und eine vergleichsweise große radiale Ausdehnung am bremsbelagseitigen Ende. Da der Übergangsabschnitt der Spindel zwischen diesen Abschnitten angeordnet ist und eine Verjüngung der Spindel bezüglich der radialen Ausdehnung darstellt, kann die Außenoberfläche des Übergangsabschnitts vorteilhaft für einen Kontakt mit der sphärischen Lagerkontaktfläche genutzt werden.
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Das Gewinde kann insbesondere am bremsbelagseitigen verdickten Schaftabschnitt der Spindel vorhanden sein. Dadurch, dass der Kontakt zwischen der Spindel und dem Spindellager im Bereich des Übergangsabschnitts der Spindel vorgesehen ist, begrenzt das Spindellager den verdickten Schaftabschnitt in Richtung des Antriebswellenfortsatzes. Sofern der Kerndurchmesser des verdickten Schaftabschnitts kleiner ist als der Außendurchmesser des Spindellagers, wird durch das Spindellager gewährleistet, dass ein gesonderter Gewindeauslauf des Spindeltriebs in Richtung des Übergangsabschnitts vermieden werden kann. Dadurch lassen sich gerade bei großen Gewindesteigungen des Getriebegangs des Spindeltriebs Längenvorteile entlang der axialen Richtung verwirklichen. Ferner wird der Fertigungsaufwand der Bremsaktuatoreinheit verringert.
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Die komplementäre Kontaktfläche am Übergangsabschnitt kann insbesondere konvex oder konkav geformt sein.
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Vorteilhaft ist eine der beiden Kontaktflächen, also entweder die sphärische Lagerkontaktfläche oder die komplementäre Kontaktfläche des Übergangsabschnitts, konvex geformt, während die andere der beiden Kontaktflächen konkav geformt ist.
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Optional weist die sphärische Lagerkontaktfläche einen ersten Krümmungsradius auf und die komplementäre Kontaktfläche des Übergangsabschnitts einen zweiten Krümmungsradius. Vorteilhaft sind der erste Krümmungsradius und der zweite Krümmungsradius unterschiedlich. Das führt zu einem Linienkontakt (Kreislinie) zwischen der komplementären Kontaktfläche und der Lagerkontaktfläche, insbesondere im nicht-kraftbeaufschlagten Fall. Wird die Zuspannkraft erzeugt und treten deshalb die Reaktionskräfte auf, so bildet sich, ausgehend von dem Linienkontakt, bei zunehmender Kraft infolge elastischer Abplattungen der Oberflächen ein Flächenkontakt zwischen den Kontaktflächen aus. Zwischen den Kontaktflächen liegt also eine Schmiegung vor. So kann gewährleistet werden, dass die zentrierende Wirkung mit zunehmender Kraft stärker bewirkt wird.
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Bevorzugt weist zumindest ein erstes Zentrum des ersten oder des zweiten Krümmungsradius einen radialen Versatz relativ zu der jeweiligen Rotationsachse (Spindellager oder Spindel) auf. Durch den radialen Versatz wird die Kreislinie, die den Kontakt zwischen der sphärischen Lagerkontaktfläche und der komplementären Kontaktfläche des Übergangsabschnitts beschreibt, relativ zur Rotationsachse der Spindel bezüglich ihres Durchmessers vergrößert. Zudem wird auch der Kontaktwinkel zwischen den Kontaktflächen vergrößert. Eine Vergrößerung des Kontaktwinkels und des Durchmessers der Kreiskurve reduzieren die Kontaktpressung in der Kontaktzone. Dadurch wird der Verschleiß vorteilhaft verringert.
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Optional können auch beide Zentren des ersten und des zweiten Krümmungsradius einen radialen Versatz relativ zur Rotationsachse der Spindel aufweisen. Dadurch kann die Kreislinie, die den Kontakt beschreibt, zusätzlich bedarfsgerecht angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch eine elektromechanische Bremse mit einem Elektromotor zum Betätigen der Bremse, insbesondere zum Schließen und/oder zum Öffnen der Bremse, der mit der Spindelmutter drehmomentübertragend gekoppelt ist, und mit einer Bremsaktuatoreinheit wie zuvor beschrieben bereitgestellt.
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Die elektromechanische Bremse ist insbesondere eine Fahrzeugbremse.
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Optional weist die elektromechanische Bremse zumindest einen Bremsbelag und eine Bremsscheibe auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Fahrzeug mit einer elektromechanischen Bremse wie zuvor beschrieben bereitgestellt.
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Optional kann das Fahrzeug insbesondere ein Kraftfahrzeug, also ein Straßenfahrzeug, umfassen. Alternativ kann das Fahrzeug auch andere Fahrzeugtypen umfassen, beispielsweise Flugzeuge, Schiffe, Zweiräder, Motorräder, oder ähnliche. Insgesamt wird vorliegend unter einem Fahrzeug ein Gerät verstanden, das für den Transport von Gegenständen, Fracht oder Personen zwischen verschiedenen Zielen konfiguriert ist. Beispiele für Fahrzeuge sind landgestützte Fahrzeuge wie Kraftfahrzeuge, Elektro-Fahrzeuge, HybridFahrzeuge oder ähnliches, Schienenfahrzeuge, Flugzeuge oder Wasserfahrzeuge. Vorzugsweise können Fahrzeuge im vorliegenden Kontext als straßengebundene Fahrzeuge betrachtet werden, wie z. B. Autos, Lastwagen, Busse oder dergleichen.
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Sämtliche im Hinblick auf die verschiedenen Aspekte erläuterten Merkmale sind einzeln oder in (Sub-)Kombination mit anderen Aspekten kombinierbar.
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Die Offenbarung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- - 1 eine vereinfachte schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse mit einer erfindungsgemäßen Bremsaktuatoreinheit, und
- - 2 eine vereinfachte schematische Querschnittsansicht der Kontaktflächen des Spindellagers und der Spindel.
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Die nachstehende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern auf gleiche Elemente verweisen, ist als Beschreibung verschiedener Ausführungsformen des offengelegten Gegenstands gedacht und soll nicht die einzigen Ausführungsformen darstellen. Jede in dieser Offenbarung beschriebene Ausführungsform dient lediglich als Beispiel oder Illustration und sollte nicht als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen ausgelegt werden.
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Alle nachstehend in Bezug auf die Ausführungsbeispiele und/oder die begleitenden Figuren offengelegten Merkmale können allein oder in einer beliebigen Unterkombination mit Merkmalen der Aspekte der vorliegenden Offenbarung, einschließlich Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen, kombiniert werden, vorausgesetzt, die sich ergebende Merkmalskombination ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik sinnvoll.
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1 zeigt eine vereinfachte schematische Querschnittsansicht einer elektromechanischen Bremse 10 mit einer Bremsaktuatoreinheit 12.
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Die Bremse 10 umfasst ein Bremsgehäuse 14 mit einem Bremssattel 16. Der Bremssattel 16 umgibt eine Bremsscheibe 18, insbesondere einen Bremsscheibenrotor, der in axialer Richtung von zwei Bremsbelägen 20, 22 eingefasst wird. Der entlang der Rotationsachse 24 der Bremsaktuatoreinheit 12 innere Bremsbelag 20 wird durch die Bremsaktuatoreinheit 12 aktiv mit einer Zuspannkraft Fz beaufschlagt. Die Rotationsachse 24 der Bremsaktuatoreinheit 12 entspricht vorliegend (im Idealfall kompensierter Querkräfte) auch der Zylinderachse des Bremsgehäuses 14 und der Bremsscheibendrehachse der Bremsscheibe 18.
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Der axial verschiebliche Bremssattel 16 gewährleistet, dass der in axialer Richtung äußere Bremsbelag 22 ebenfalls mit der Zuspannkraft Fz beaufschlagt wird. Die Zuspannkraft Fz verteilt sich dabei im Wesentlichen betragsmäßig gleichmäßig auf den inneren Bremsbelag 20 und den äußeren Bremsbelag 22. So kann für beide Bremsbeläge 20, 22 in Folge der bereitgestellten Anpresskraft ein Reibschluss mit der Bremsscheibe 18 gewährleistet werden, welcher zum Verzögern oder Feststellen eines Fahrzeugs genutzt wird.
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Die Bremse 10 weist ferner eine elektromechanische Betätigungseinheit 26 auf, die genutzt wird, um zusammen mit der Bremsaktuatoreinheit 12 die Zuspannkraft Fz zu erzeugen. Relativ zur Bremsaktuatoreinheit 12 ist die elektromechanische Betätigungseinheit 26 entlang der Rotationsachse 24 entgegengesetzt zur Bremsscheibe 18 angeordnet. Die elektromechanische Betätigungseinheit 26 umfasst zumindest einen Elektromotor 28 und ein Untersetzungsgetriebe 30.
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Die Komponenten der elektromechanischen Betätigungseinheit 26 werden von dem Bremsgehäuse 14 aufgenommen, das als skelettartiger Rahmen aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein kann. Die elektromechanische Betätigungseinheit 26 bildet eine abgeschlossene, separat montierbare Unterbaugruppe 32 aus.
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Die Bremsaktuatoreinheit 12 umfasst eine Spindel 34 mit einem Antriebswellenfortsatz 36, einem bremsbelagseitigen Schaftabschnitt 38 und einem Übergangsabschnitt 40, der entlang der Rotationsachse 24 der Spindel 34 zwischen dem Antriebswellenfortsatz 36 und dem Schaftabschnitt 38 angeordnet ist. Der Durchmesser des Antriebswellenfortsatzes 36 der Bremsaktuatoreinheit 12 ist entlang der radialen Richtung geringer als der Durchmesser des Schaftabschnitts 38 entlang dieser Richtung. Entsprechend verjüngt sich die Spindel 34 bezüglich ihres Durchmessers im Bereich des Übergangsabschnitts 40.
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Die Bremsaktuatoreinheit 12 weist ferner eine Spindelmutter 42 auf. Der Spindeltrieb 44 der Bremsaktuatoreinheit 12 ist vorliegend als Kugelumlaufspindel ausgebildet, die selbsthemmungsfrei ist. Dabei umfasst der Spindeltrieb 44 ein Gewinde 46, in dem Kugeln 48 angeordnet sind und abrollen. Die Spindel 34 und die Spindelmutter 42 weisen einander korrespondierende Laufbahnteile auf, die zusammen das Gewinde 46 ausbilden. Die Kugeln 48 können entlang der Kugellaufbahnen 50 des Gewindes 46 eine translatorische Bewegung der Spindelmutter 42 entlang der Rotationsachse 24 gegenüber der Spindel 34 ermöglichen. Dazu sind die Kugellaufbahnen 50 zumindest teilweise im Schaftabschnitt 38 der Spindel 34 und der Spindelmutter 42 ausgebildet.
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Der Durchmesser der Kugellaufbahnen 50 entspricht unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen und benötigten Spaltmaßen dem Durchmesser der Kugeln 48.
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Dadurch, dass die Spindelmutter 42 und der Bremskolben 52 separate Bauteile sind, kann vorliegend darauf verzichtet werden Kugelrückführungen für die Kugeln 48 in der Spindel 34 integrieren zu müssen. So wird der Fertigungsaufwand für die Spindel 34 verringert.
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Durch die translatorische Bewegung der Spindelmutter 42 in Richtung der Bremsscheibe 18 wird der Bremskolben 52 in Richtung des inneren Bremsbelags 20 verfahren und gewährleistet so die aktive Beaufschlagung des inneren Bremsbelags 20 mit der Zuspannkraft Fz.
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Die Rotation der Spindel 34 wird dabei durch den Elektromotor 28 gewährleistet, der über das Untersetzungsgetriebe 30 mit dem Antriebswellenfortsatz 36 der Spindel 34 in Eingriff steht. Die Steigungen des Spindeltriebs 44, insbesondere der Kugellaufbahnen 50, führen dann dazu, dass die Rotation der Spindel 34 eine translatorische Bewegung der Spindelmutter 42 bewirkt. Diese Bewegung wird über den Bremskolben 52 an die Bremsbeläge 20, 22 vermittelt. Die erzeugte Zuspannkraft Fz ist dem Drehmoment, das am Antriebswellenfortsatz 36 durch den Elektromotor 28 und das Untersetzungsgetriebe 30 bewirkt wird, proportional.
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Die Bremsaktuatoreinheit 12 umfasst ferner eine Topfhülse 54, die eine Seitenwand 56 und einen Boden 58 aufweist. Das offene Ende der Topfhülse 54 ist entlang der Rotationsachse 24 bremsbelagseitig angeordnet. Das bedeutet, dass der Boden 58 am der Bremsscheibe 18 entgegengesetzten Ende der Topfhülse 54 angeordnet ist. Der Boden 58 weist ein Durchgangsloch 60 für den Antriebswellenfortsatz 36 der Spindel 34 auf, der darin mittels eines Radiallagers 62 gehalten wird.
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Die Topfhülse 54 ist mittels einer entlang der Rotationsachse 24 verschiebbar formschlüssigen Verbindung mit der elektromechanischen Betätigungseinheit 26 derart gekoppelt, dass das Untersetzungsgetriebe 30 gegenüber der Topfhülse 54 zentriert ist. Die verschiebbare formschlüssige Verbindung kann beispielsweise eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer Vielkeilverzahnung oder eine Nut-Feder-Verbindung umfassen.
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Durch die Seitenwand 56 und den Boden 58 ist ein Innenraum 64 der Topfhülse 54 definiert, in dem zumindest die Spindel 34, die Spindelmutter 42 und der Bremskolben 52 zumindest teilweise angeordnet sind. Durch die lineare Verschieblichkeit der Spindelmutter 42 und des Bremskolbens 52 können diese Komponenten auch zumindest teilweise außerhalb des Innenraums 64 angeordnet sein.
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Die Topfhülse 54 ermöglicht, die Bremsaktuatoreinheit 12 als separate Unterbaugruppe 66 auszubilden. Das Bremsgehäuse 14 weist für die Unterbaugruppe 66 einen korrespondierenden Aufnahmeraum 68 auf, in dem die Unterbaugruppe 66 positioniert werden kann und dadurch radial sowie axial darin gelagert ist.
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Die Spindelmutter 42 ist innerhalb der Bremsaktuatoreinheit 12 gegenüber dem Bremsgehäuse 14 und der Topfhülse 54 mittels einer Drehverriegelung 70 linear geführt und verdrehgesichert. Dazu kann die Topfhülse 54 eine Axialnut aufweisen, die in Eingriff mit einem Vorsprung an der Spindelmutter 42, der die Drehverriegelung 70 bildet, steht.
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Infolge der erzeugten Zuspannkraft Fz tritt entlang der Rotationsachse 24 eine der Zuspannkraft Fz entgegengesetzte Reaktionskraft Fr auf. Aufgrund der elastischen Aufdehnung der Komponenten der Bremse 10 kann generell ein Winkelversatz zwischen der Bremsscheibendrehachse und der Zylinderachse des Bremsgehäuses 14 auftreten, sodass die Reaktionskraft Fr außermittenmäßige Kraftanteile aufweist. Diese außermittenmäßigen Kraftanteile können zu einer Instabilität der Komponenten der Bremsaktuatoreinheit 12 entlang der radialen Richtung führen, insbesondere wenn der Kerndurchmesser des Spindeltriebs 44 kleiner ist als der Außendurchmesser eines Lagers, das die Reaktionskraft Fr aufnehmen soll.
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Deshalb umfasst die Bremsaktuatoreinheit 12 vorliegend ein rotationssymmetrisches, als Axiallager ausgeführtes Spindellager 72 mit einem Lagerring 73, der eine bremsbelagseitig angeordnete sphärische Lagerkontaktfläche 74 aufweist. Das Spindellager 72 steht in Kontakt mit dem Übergangsabschnitt 40 der Spindel 34, der eine zu der sphärischen Lagerkontaktfläche 74 komplementäre Kontaktfläche 76 aufweist.
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Der Lagerring 73 weist ferner eine planare Kontaktfläche 78 auf, die entlang der Rotationsachse 24 entgegengesetzt zur sphärischen Lagerkontaktfläche 74 angeordnet ist.
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Ferner weist die Bremsaktuatoreinheit 12 Wälzkörper 80 auf, die mit der planarer Kontaktfläche 78 in Kontakt steht.
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Zwischen dem Axiallager 80 und dem Boden 58 der Topfhülse 54 ist zusätzlich eine Lagerscheibe 82 angeordnet, die entlang der Rotationsachse 24 entgegengesetzte planare Kontaktflächen aufweist und in die Topfhülse 54 durch Reib- und/oder Formschluss verdrehsicher eingepresst ist. Eine der Kontaktflächen der Lagerscheibe 82 steht mit dem Boden 58 der Topfhülse 54 in Kontakt. Auf der anderen der beiden Kontaktflächen der Lagerscheibe 82 wälzen die Wälzkörper 80 ab.
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So wird die auftretende Reaktionskraft Fr von dem Schaftabschnitt 38 der Spindel 34 über den Übergangsabschnitt 40 auf die sphärische Lagerkontaktfläche 74 des Spindellagers 72 übertragen, und von dort aus über die Wälzkörper 80 und die Lagerscheibe 82 vom Boden 58 der Topfhülse 54 aufgenommen.
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Im Bereich des bremsbelagseitigen Endes der Topfhülse 54 weist diese einen mit der Seitenwand 56 integral ausgebildeten radial angeformten Absatz 84 auf, der als Anschlag 85 wirkt und mittels dem sich die Topfhülse 54 am Bremsgehäuse 14 abstützt. So wird die vom Boden 58 der Topfhülse 54 aufgenommene Reaktionskraft Fr über die Seitenwand 56 und den Anschlag 85 auf das Bremsgehäuse 14 übertragen.
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Der Absatz 84 kann optional auch durch einen Sprengring verwirklicht sein, der in einer Radialnut der Seitenwand 56 der Topfhülse 54 angeordnet ist.
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Um insbesondere den Spindeltrieb 44 zu schützen, weist die Topfhülse 54 ferner eine innenliegende Radialnut auf, in der eine Dichtung 86 angeordnet ist und die zwischen der Topfhülse 54 und dem Bremskolben 52 wirkt.
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Da der Außendurchmesser 88 des Spindellagers 72 größer ist als der Kerndurchmesser der Spindelmutter 42, kann vorteilhaft auf einen separaten Gewindeauslauf für die Spindelmutter 42 im Bereich des Schaftabschnitts 38 verzichtet werden. Die Funktion wird durch das Spindellager 72 verwirklicht. Dadurch kann entlang der Rotationsachse 24, also in axialer Richtung, Bauraum eingespart werden, insbesondere wenn die Kugellaufbahnen 50 des Spindeltriebs 44 hohe Gewindesteigungen aufweisen.
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2 zeigt eine vereinfachte schematische Querschnittsansicht der Kontaktflächen 74, 76 des Spindellagers 72 und der Spindel 34.
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Das Spindellager 72 weist entlang seiner Rotationsachse 90 bremsbelagseitig die sphärische Lagerkontaktfläche 74 und dazu entgegengesetzt die planare Kontaktfläche 78 zum Kontakt mit den Wälzkörpern 80 auf.
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Die sphärische Lagerkontaktfläche 74 weist einen ersten Krümmungsradius R1 auf.
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Die Spindel 34 weist entlang der Rotationsachse 24 zwischen dem Antriebswellenfortsatz 36 und dem Schaftabschnitt 38 den Übergangsabschnitt 40 auf, der eine zu der sphärischen Lagerkontaktfläche 74 komplementäre Kontaktfläche 76 aufweist.
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Die komplementäre Kontaktfläche 76 weist einen zweiten Krümmungsradius R2 auf.
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Im Idealfall (kompensierte Querkräfte) stimmt die Rotationsachse 90 des Spindellagers 72 mit der Rotationsachse 24 der Spindel 34 überein.
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Zumindest eine der sphärischen Lagerkontaktfläche 74 und der komplementären Kontaktfläche 76 ist konvex ausgeformt während die andere konkav ausgeformt ist.
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Der erste Krümmungsradius R1 und der zweite Krümmungsradius R2 können gleich sein, wodurch ein Flächenkontakt zwischen den Kontaktflächen 74, 76 bereitgestellt wird.
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Bevorzugt sind der erste Krümmungsradius R1 und der zweite Krümmungsradius R2 aber unterschiedlich, sodass im nicht-kraftbeaufschlagten Fall zwischen den Kontaktflächen 74, 76 ein Linienkontakt in Form einer Kreislinie 92 auftritt. Das Zentrum der Kreislinie 92 ist kongruent mit der Rotationsachse 24 der Spindel 34. Mit zunehmender Reaktionskraft Fr führen elastische Abplattungen der Kontaktflächen 74, 76 dazu, dass sich der Linienkontakt zu einem Flächenkontakt aufweitet.
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Um den Durchmesser der Kreislinie 92 bei halbem Kontaktwinkel 94 möglichst groß auszubilden, können das Zentrum 96 des ersten Krümmungsradius R1 und/oder das Zentrum 98 des zweiten Krümmungsradius R2 jeweils einen Versatz V1, V2 entlang der radialen Richtung bezüglich der jeweiligen Rotationsachse 90, 24 aufweisen. Ein solcher Versatz V1, V2 führt dazu, dass der Durchmesser der Kreislinie 92 vergrößert wird und der Kontakt zwischen den Kontaktflächen 74, 76 in radialer Richtung nach außen verlagert wird. Dadurch wird ermöglicht, dass betragsmäßig größere Rückstellkräfte in Richtung der Rotationsachsen 90, 24 generiert werden. Insbesondere führt die Vergrößerung des Kontaktwinkels 94 und des Durchmessers der Kreislinie 92 dazu, dass die Kontaktpressung in der Kontaktzone zwischen den Kontaktflächen 74, 76 verringert wird. Die zentrierende Wirkung der sphärischen Lagerkontaktfläche 74 des Spindellagers 72 wird dadurch verbessert.
