DE102023211287A1

DE102023211287A1 - Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1), insbesondere vom Trommelbremstyp

Info

Publication number: DE102023211287A1
Application number: DE102023211287.6A
Authority: DE
Inventors: Falk Petzold; Stefan Pfeiffer; Lennart Guckes; Martin Gädke; Jens Hoffmann
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2023-11-14
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neuartige elektrisch betätigbare Kraftfahrzeugradbremse, insbesondere vom Trommelbremstyp, die stromlos gelöst mit einem elektrischen Radbremsaktuator für zwei an einem Bremsstator, insbesondere als Bremsankerplatte ausgebildete, drehfest sowie relativ zueinander aufspreizbar gelagerte Bremsbacken in Kooperation mit einem drehbar gelagerten Bremsrotor vorliegen. Es besteht ein grundsätzliches Bedürfnis nach einer elektrisch betätigbaren Betriebsbremse die mithin eine günstige Integration einer Feststellbremse ermöglicht, sowie für sämtliche Fahrzeugfahrtrichtungen d.h. Rotordrehrichtungen eine hohe Leistungsbereitschaft erlaubt, ohne freilich einen überhöhten aktuatorischen Aufwand für die elektromotorische Zuspannkrafterzeugung auszulösen.Die Aufgabe wir erstmals gelöst, indem vorzugsweise mit selbstverstärkter Anpressung von Bremsbacken, vorzusweise nach einem Keilbremsprinzip oder einem Servobremsprinzip, mit oder alternativ ohne elektrische Parkbremsmittel, der elektrische Radbremsaktuator mit Getriebe über eine Spreizvorrichtung zur Spreizung der Bremsbacken dient, und wobei das Getriebe oder zumindest eine Getriebestufe des Radbremsaktuators mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis ausgebildet ist.

Description

Breuer/Bill (Hrsg.), Bremsenhandbuch, 3. Auflage - ISBN-13 -978-3-8348-0064-0, Kapitel 1.3 - Bremse mit innerer Verstärkung, vgl. S. 4-5, empfiehlt für eine Fahrzeugbremse bei hoher Bremswirkung in Vorwärts-Drehrichtung eine sog. Duplex-Trommelbremse. Bei Rückwärtsfahrt ist deren Bremswirkung allerdings stark gemindert, nachdem zwei ablaufende Bremsbacken zum Einsatz kommen. Abhilfe ermögliche eine Duo-Duplexbremse mit zwei hydraulischen Doppelzylindern. Eine elektrisch-magnetisch betätigte Trommelbremse des Simplex-Prinzips ist bekannt aus US 1,880,061 A (sog. „Warner“-Bremse).
Es besteht ein Bedürfnis nach einer elektrisch betätigbaren Betriebsbremse die eine günstige Integration einer Feststellbremse ermöglicht, und für sämtliche Drehrichtungen hohe Leistungsbereitschaft erlaubt, ohne einen überhöhten Aufwand für die Zuspannkrafterzeugung auszulösen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß grundsätzlich anhand der Merkmalskombination des Anspruchs 1 erstmals gelöst. Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen gemeinsam mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. Die Zeichnung zeigt dabei verschiedene sehr schematisch formulierte denkbare Ausführungsformen der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung schlägt ganz prinzipiell eine neuartige konzeptionelle Umsetzung als eine elektrisch und oder magnetisch betätigbare Fahrzeugbetriebstrommelbremse, die sich für Vor- und Rückwärtsfahrbetrieb gleichermaßen eignet, in verschiedener Variation (d. h. ohne Parkbremsintegration oder mit elektrischer Parkbremsfunktion) jeweils in Verbindung mit einer neuartigen Getriebe-Spreizvorrichtung vor. Dabei ermöglicht die vorliegende Erfindung anhand von wenigstens einem eingefügten Übertragung- bzw. Getriebemittel sowohl für eine Bremsung bei Vorwärtsfahrtrichtung als auch für eine Bremsung bei Rückwärtsfahrtrichtung eine besonders günstig und auch synchronisiert regulierbare sowie verstärkte Bremsbetätigung für beide Bremsbacken. Dies schließt selbstverständlich den entsprechend synchronisierten Bremslösevorgang mit ein. Beide Bremsbacken sind für sämtliche Rotordrehrichtungen jeweils auflaufend (selbstverstärkend) abgestützt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung:
I. Duo Duplex I als Betriebsbremse - ohne Parkbremsfunktion
An der feststehenden Rückenplatte sind gegenüberliegend zwei Festlager für Bremsbacken angebracht, an denen sich jeweils eine der Bremsbacken abstützt. Beide Festlager dienen auch als Drehpunkt für zwei Einzelschwingen(blau), die durch eine Kurbel angetrieben werden. Die Kurbel kann als runder Vollmagnet ausgeführt sein oder als rundes Stanzblech, auf dem mehrere kleine Magnete angeordnet sind.
Wird der Vollmagnet oder werden die Magnete bestromt, wird eine Kopplung zwischen der sich drehenden Bremstrommel und der Kurbel erzeugt. Die in Umfangsrichtung wirkende Reibkraft an der Koppelstelle bewirkt die Mitnahme der Kurbel in Drehrichtung des Rades. Dadurch werden beide Schwingen(blau) ausgelängt und betätigen mittels zweier Bolzen beide Bremsbacken. Mit zunehmender Auslenkung der beiden Schwingen verändert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen Kurbel und Schwinge und bewirkt eine Erhöhung der Betätigungskraft auf beide Bremsbacken. Dies funktioniert auf gleicher Weise in beiden Drehrichtungen.
Als Antrieb für die Kurbel kann auch ein Motor mit Getriebe verwendet werden und ist damit von der Drehbewegung der Rades unabhängig.
II. Duo Duplex I als Betriebsbremse - mit integrierter Parkbremse
Funktionsweise Parkbremse:
Jede der beiden gegenüber angebrachten (blauen)Schwingen wird um eine weitere Schwinge(orange) ergänzt. Und zwar so, dass die hinzugefügte Schwinge(orange) über der vorhandenen Schwinge(blau) angebracht wird. Eine bisherige Einzelschwinge(blau) ist also nun eine Baugruppe bestehend aus 2 übereinanderliegenden Einzelschwingen(orange+blau), die über eine Feder gekoppelt und am jeweils gleichen Drehpunkt gelagert sind.
Je nach Antriebsrichtung der Kurbel(rosa), beispielsweise durch einen Elektromotor mit Getriebe, erfolgt die Mitnahme einer Baugruppe (bestehend aus 2 Einzelschwingen) entweder durch die untere oder obere Einzelschwinge der jeweiligen Baugruppe. Die Feder bewirkt als Koppelstelle, dass die nicht aktiv angetriebene Schwinge mitgeschleppt wird. Je nach Drehrichtung der Kurbel erfolgt auf diese Weise eine Auslenkung der beiden Baugruppen in unterschiedliche Richtungen und bewirkt damit, über den Kniehebel einer Schwinge, eine Spreizung der Bremsbacken und damit die Bremswirkung in Vorwärts- oder in Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs.
Die Auslenkung einer Schwinge ist abhängig vom Drehwinkel der Kurbel. Wird die Kurbel in rückwärtiger Fahrtrichtung über den Winkel für die maximale Spreizkraft gedreht, wird die Koppelfeder zusammengedrückt und erlaubt damit einen Extra-Drehwinkel bis in den Totpunkt der oberen Einzelschwinge. Bei einem Stopp des Antriebsmotors, bleibt die Schwinge in ihrer Auslenkung stehen, da, infolge des Totpunktes, kein rückwärtswirkendes Moment anliegt. Die Parkbremse ist betätigt. Ein angebrachter Anschlag an der oberen Einzelschwinge verhindert, dass der Winkel zum Erreichen des Totpunktes überschritten wird. Um die Parkbremse zu lösen, wird die Kurbel durch den Elektromotor in die andere Richtung gedreht.
III. Duo Duplex II als Betriebsbremse - ohne Parkbremse
Die Auslenkung der Schwingen ist wie beim Duo Duplex I Prinzip über eine elektrisch angetriebene Kurbel erfolgt.
Infolge des sehr hohes Übersetzungsverhältnisses kann auf ein zusätzliches Getriebe für die Aktuierung der Bremse komplett verzichtet werden. Mit diesem Prinzip kann eine Bremswirkung nur in Vorwärts- und in Rückwärtsfahrt erzielt werden. Es enthält bisher keine integrierte Parkbremse.
Mittel zur Verschleißnachstellung infolge Reibpartnerverschleiß können für sämtliche Vorschläge optional hinzugefügt sein. Dabei dürfen diese Nachstellmittel sowohl mechanisch als auch regelungstechnisch/softwareseitig oder nach Bedarf mechanisch und elektrisch (kombiniert) vorliegen.
Besondere Vorteile der Erfindung
Alle Lösungen basieren auf einem Duo Duplex Trommelbremsprinzip. Die Bremsbacken stützen sich an gegenüberliegenden Festlagern ab und arbeiten dadurch unabhängig voneinander. Dies funktioniert auf gleicher Weise in beiden Drehrichtungen. Der Vorteil der Duo Duplex Bremse gegenüber dem Duo-Servo Bremsenprinzip liegt in der deutlich kleineren Schwankungsbreite des C* (Bereich 1,2 bis 4). Die Regelbarkeit der einzelnen Radbremsmomente wird damit verbessert und gegebenenfalls reicht eine einfach regelungstechnische Steuerung (ohne regelungstechnischen Soll-Ist-Rückführkreis) aus.
Ein weiterer Vorteil der Vorschläge liegt in der symmetrischen Krafteinleitung durch 2 gegenüberliegende Hebel. Dadurch vereinfacht sich die Lagerung der Kurbel und reduziert die auftretenden Querkräfte auf ein Minimum.
Ein weiterer Vorteil liegt in dem sich ändernden Übersetzungsverhältnis des Kniehebels. Während eine bekannte Warner Magnetbremse nur für kleine Winkel mit konstantem Übersetzungsverhältnis ausgelegt ist, arbeitet die hier vorgestellte Idee mit einem veränderlichem Übersetzungsverhältnis. So dass bei großen Betätigungswinkeln auch große Bremsmomente erzeugt werden können.

• Durch das veränderliche Übersetzungsverhältnis zwischen Schwinge und Kurbel nimmt das erforderliche Drehmoment, um die Parkbremse einzulegen, kontinuierlich ab. Damit ist zum Lösen der Parkbremse nur ein kleines Moment erforderlich. Kein Rücktreibendes Moment in Totpunktlage
• Eine Koppelfeder nimmt Schrumpfkräfte beim Heißabstellen auf.
• Durch die hohe Übersetzung (Duo Duplex I) von Kurbel und Motorritzel fällt ein eventuell zusätzlich benötigtes Getriebe deutlich kleiner aus.
• Durch die sehr hohe Übersetzung (Duo Duplex II) von Kurbel und Motorritzel wird kein zusätzliches Getriebe benötigt.
- • Vorteile einer bevorzugten Weiterentwicklung umfassend einer elektrischen Aktuatorik (mit Getriebe) und mit einer elektromagnetischen Aktuatorik „Duo Duplex „Edition Deluxe“ mit sich ergänzenden Synergie-Effekten:
- • Magnetische Aktuatorik → sehr kleiner Elektromagnet nötig (d.h. „schwache Elektromagnetkräfte zur Betätigung erforderlich) → rationell + geringes Gewicht
- • Elektrische Getriebe-Aktuatorik → ein erforderliches Getriebe kann deutlich „kleiner“ (d.h. mit geringerem Über-/Untersetzungsverhältnis i ausgelegt werden) oder ggf. sogar ganz entfallen (Duo Duplex II)
- • Unter-/Übersetzung i des Getriebes lässt sich der gewünschten Brems-Spreizcharakteristik anpassen.
- • Das erforderliche Aktuator-Antriebsmoment kann mit dem Getriebe derart angepasst werden, dass bei hohen erforderliche Kräften, ein im Verhältnis kleines Aktuatormoment erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

1: Elektrische Kraftfahrzeugradbremse
2: elektrischer Radbremsaktuator
3: Bremsstator /Bremsankerplatte
4: Bremsbacke
5: Bremsbacke
6: Bremsrotor / Bremstrommel / Bremsscheibe
7: Parkbremsmittel
8: Getriebe/Spreizvorrichtung
9: Kurbeltrieb
10: Kurbel
11: Schwinge
12: zusätzlicher Feststellbremskurbeltrieb
13: Kniehebel/Totpunktverrastung
14: Elastoelement als Kupplungsmittel
15: Kurbelgetriebebaugruppe
16: elektrisches Sensormittel/elektrischer Bremslastsensor
17: drehrichtungsumkehrbarer Elektromotor
18: Mittel zur Verschleißkompensation
19: Bremsbackenrückstellfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 1880061 A [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Breuer/Bill (Hrsg.), Bremsenhandbuch, 3. Auflage - ISBN-13 -978-3-8348-0064-0, Kapitel 1.3 - Bremse mit innerer Verstärkung, vgl. S. 4-5 [0001]

Claims

Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1), insbesondere vom Trommelbremstyp, die stromlos gelöst mit einem elektrischen Radbremsaktuator (2) für zwei an einem Bremsstator (3), insbesondere als Bremsankerplatte ausgebildete, drehfest sowie relativ zueinander aufspreizbar gelagerte Bremsbacken (4,5) in Kooperation mit einem drehbar gelagerten Bremsrotor (6) vorliegen, vorzugsweise mit selbstverstärkter Anpressung von Bremsbacken (4,5) vorzusweise nach einem Keilbremsprinzip oder einem Servobremsprinzip, mit oder alternativ ohne elektrische Parkbremsmittel (7), wobei der elektrische Radbremsaktuator mit Getriebe (8) über eine Spreizvorrichtung (9) zur Spreizung der Bremsbacken (4,5) dient, und wobei das Getriebe (8) oder zumindest eine Getriebestufe des Radbremsaktuators (2) mit nicht konstantem, das heißt mit einem veränderlichen Übersetzungsverhältnis ausgebildet ist.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) mit einem, vergleichsweise in Bezug auf einen Betätigungsweg, linear anwachsenden Übersetzungsverhältnis vorgesehen ist.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) mit einem, vergleichsweise in Bezug auf einen Betätigungsweg, nichtlinear wie insbesondere progressiv, anwachsenden Übersetzungsverhältnis vorgesehen ist.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8), oder zumindest eine Getriebestufe, über wenigstens einen Kurbeltrieb (9) aufweisend Kurbel (10) und Schwinge (11) verfügt.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bremsbacke (4,5) eine eigene Kurbeltriebkomponente derart zugeordnet ist, dass als Folge der elektrischen Radbremsbetätigung eine synchrone Spreizung aller angelenkten Bremsbacken (4,5) vorliegt.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Radbremsaktuator (2) in einer Konfiguration als integrierte elektrische Feststellbremse mit wenigstens einem zusätzlichen Feststellbremskurbeltrieb (12) in Verbindung mit Kniehebelanlenkung sowie Totpunktverrastung (13) kooperiert.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte elektrische Feststellbremse über wenigstens ein Elastoelement (14) als Kupplungsmittel verfügt, welches bevorzugt in oder an einem oder mehreren Kurbeltrieben, ergo im Kraftfluss zwischen drehrichtungsumkehrbarem Elektromotor (17) und Bremsbacke (4,5) eingefügt ist.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) oder Getriebeteile, wie insbesondere bevorzugt ein oder mehrere Kurbeltriebe (9,12), als eine Kurbelgetriebebaugruppe (15) ausgebildet sind.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommelbremse über wenigstens ein elektrisches Sensormittel (16), wie insbesondere über einen elektrischen Drehsensor, der weiterhin vorzugsweise als ein optoelektrischer Sensor ausbildbar ist und/oder über einen elektrischen Bremslastsensor verfügt.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radbremsaktuator einen drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor (17) derart umfasst, so dass der Antrieb inclusive Selbstverstärkungseffekt dazu geeignet und bestimmt ist, unabhängig von einer Bremsrotordrehrichtungen mittels elektromotorischem Drehrichtungswechsel übereinstimmende Bremsleistung auf Bremsbacken (4,5) auszuüben.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel zur Verschleißkompensation (18) infolge Reibpartnerverschleiß vorgesehen ist, und wobei diese Kompensation insbesondere beispielhaft als zumindest eine dosiert gehemmt teleskopierbar definierte geteilte Strebe mit Einspannung zwischen Bremsbacken (4,5) und/oder als eine elektrisch-regelungstechnisch integriert ausgeprägte Kompensationsmaßnahme anhand mikroporzessorgestützter elektronischer Radbremsaktuatoransteuerung - ergo als eine Softwaremaßnahme - ausgebildet ist.
Elektrische Kraftfahrzeugradbremse (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Bremsbacken (4,5) zumindest eine Bremsbackenrückstellfeder (19) derart elastisch vorgespannt eingespannt ist, so dass die Bremsbacken (4,5) grundsätzlich zwecks Annäherung aufeinander zu streben und/oder der Radbremsaktuator (2) durch die Bremsbackenrückstellfeder (19) automatisch stromlos in eine unbetätigte rückwärtige Rückstellposition gelangt.