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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben, der
auf wenigstens einen Reibbelag wirkt und aus einer Ruhestellung
in eine Betätigungsstellung
verschiebbar ist, in der der Bremskolben den Reibbelag gegen ein
mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied
der Fahrzeugbremse presst.
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Stand
der Technik
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Aus
der WO 99/05011 A2 ist eine derartige Fahrzeugbremse bekannt, bei
der ein Reibbelag mittels eines Bremskolbens durch Hydraulikdruck
gegen eine Bremsscheibe gepreßt
werden kann, um deren Drehung abzubremsen. Hierzu wird in üblicher
Weise Hydraulikfluid unter Druck in eine Hydraulikkammer eingeleitet.
Der Druck in der Hydraulikkammer führt dann zur Verschiebung des
Bremskolbens und damit des Reibbelags in Richtung auf die Bremsscheibe. Damit
diese bekannte Fahrzeugbremse nicht nur als Betriebsbremse, sondern
auch als Feststellbremse – auch
Parkbremse genannt – verwendet
werden kann, weist sie eine von einem Elektromotor angetriebene
Spindel/Mutter-Anordnung zum mechanischen Feststellen des Bremskolbens
in einem Zustand auf, in dem sich der Reibbelag in Eingriff mit der
Bremsscheibe befindet.
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Bei
einer derartigen Bremsanordnung besteht das Problem, dass bei einer
Betätigung
der Bremse die beim Zusammenwirken der Bremsscheibe mit den Reibbelägen entstehenden
Kräfte
auf den Bremskolben und die mit ihm verbundenen Bauteile übertragen
werden. Dies führt
zu Vibrationen und einer hohen Materialbeanspruchung und damit zu
einem starken Verschleiß der
Komponenten der Bremsanordnung.
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Die
DE 197 03 680 A1 betrifft
eine Scheibenbremse, die einen Bremskolben mit einem variablen Bremsteller
aufweist. Der Bremskolben umfasst einen Bremskolbenkörper mit
einer Vorstehung, in der eine kugelförmige Auflagefläche gebildet
ist. In der Auflagefläche
ist eine Gelenkkugel fest, verschiebbar oder verdrehbar gelagert,
die ihrerseits über
eine weitere kugelförmige
Aufnahmefläche
mit dem Bremsteller in Kontakt steht. Der Bremsteller weist eine sphärisch ausgebildete
Außenfläche auf
und ist beweglich in einem rotationssymmetrisch um die Vorstehung
des Bremskolben körpers
gebildeten und durch eine Außenwand
begrenzten Hohlraum aufgenommen. Da der Bremsteller bewegbar bzw.
verdrehbar an dem Bremskolbenkörper
angebracht ist, kann ein sich durch eine Aufbiegung eines Bremssattels
ausbildender Winkel durch den Bremsteller ausgeglichen werden, so
dass immer ein ganzflächiger Kontakt
eines Bremsbelags mit einer Bremsscheibe gewährleistet ist.
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Der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanordnung
bereitzustellen, bei der die vorstehend erläuterte Materialbeanspruchung und
der Verschleiß der
Komponenten der Bremsanordnung verringert sind.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Zur
Lösung
dieses Problems ist eine Fahrzeugbremse mit den Merkmalen des Anspruchs
1 ausgestaltet.
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Durch
die Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Bremskolbenabschnitt
wird die Übertragung
der bei einer Bremsbetätigung
auftretenden Kräfte
und Vibrationen von dem ersten auf den zweiten Kolbenabschnitt vermieden
oder zumindest verringert. Dies führt zu einer deutlich geringeren
Beanspruchung und somit zu einem geringeren Verschleiß der Bauteile
des Bremskolbens sowie der mit dem Kolben in Verbindung stehenden
Komponenten der Bremsanordnung. Durch die Ausführung einer Nickbewegung des
ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt kann bei der
erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse
die Einleitung von Kräften
und Vibrationen, die auftreten, wenn die bei einer Bremsbetätigung zusammenwirkenden
Flächen
der Bremsscheibe und des Reibbelags nicht exakt parallel zueinander
ausgerichtet sind, in den zweiten Kolbenabschnitt verhindert oder
zumindest verringert werden. Eine derartige Abweichung von der parallelen
Ausrichtung kann z. B. aus einer ungleichmäßigen Abnutzung der Reibbeläge oder
aus einer leichten Schrägstellung
der Bremsscheibe relativ zur Achse des Bremskolbens resultieren.
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Die
Relativbewegung zwischen zumindest einem Teil des ersten Bremskolbenabschnitts
und dem zweiten Bremskolbenabschnitt verhindert bzw. vermindert
eine Übertragung
der beim Zusammenwirken des Reibbelags mit der Bremsscheibe entstehenden
Querkräfte
auf den zweiten Kolbenabschnitt. Dadurch kann beispielsweise die
Beanspruchung und der Verschleiß einer äußeren Kolbenwand
und einer Führung
des Kolbens deutlich verringert werden. Bei dieser Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse
besteht des weiteren der große
Vorteil, dass der Wirkungsgrad der Bremse erhöht wird, weil beim Zusammenwirken
der Reibbeläge
mit der Bremsscheibe entstehende Querkräfte nicht über den Bremskolben übertragen
werden. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn
es sich um eine elektromechanische Bremse (EMB) handelt, bei der
die Rotationsbewegung eines Elektromotors mittels eines Mutter/Spindel-Getriebes
in die Translationsbewegung des Bremskolbens umgesetzt wird. Da
die Querkräfte
eliminiert bzw. kompensiert werden, wird außerdem das Risiko eines Verklemmens des
Mutter/Spindel-Getriebes zuverlässig
gemindert, so dass die für
eine Fahrzeugbremse sicherheitstechnisch wesentliche Eigenschaft
der Selbstlösung im
unbetätigten
Zustand gewährleistet
bleibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse
erfolgt die Nickbewegung in einer vorbestimmten Richtung in Bezug
auf die Kolbenachse.
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Vorzugsweise
ist in dem ersten Abschnitt des Bremskolbens ein Wälzlager
angeordnet. Dadurch kann ein mit dem Reibbelag verbundenes Teil
des ersten Kolbenabschnitts, das beispielsweise ein Teil eines Wälzlagergehäuses aber
auch eine unmittelbar mit dem Reibbelag verbundene Trägerplatte
sein kann, derart gelagert werden, dass es relativ zu dem zweiten
Kolbenabschnitt in einer Richtung quer zur Kolbenachse bewegbar
ist. Die bewegliche Lagerung über
das Wälzlager
ist insbesondere aufgrund der geringen Anlauf- und Lagerreibung
vorteilhaft.
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Das
in dem ersten Abschnitt des Bremskolbens angeordnete Wälzlager
ist vorzugsweise ein Nadellager. Das Nadellager zeichnet sich durch
seine Unempfindlichkeit gegen stoßartige Belastungen sowie die
aus dem geringen Durchmesser der Wälzkörper resultierende geringe
Baugröße aus.
Alternativ dazu kann das Wälzlager
auch ein Tonnenlager oder ein Kugellager sein.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse
umfasst das Wälzlager
ein zweiteiliges Lagergehäuse,
das von dem ersten und zweiten Teil des ersten Abschnitts gebildet
wird. Ein dem Reibbelag zugewandtes und z. B. mit einer Trägerplatte
für den
Reibbelag verbundenes Gehäuseteil
ist dann relativ zu dem zweiten Bremskolbenabschnitt im wesentlichen
quer zur Kolbenachse bewegbar.
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Ein
von dem Reibbelag abgewandtes Gehäuseteil des Wälzlagergehäuses ist
vorzugsweise als Gelenkkopf eines Gelenklagers ausgebildet. Der Gelenkkopf
kann beispielsweise die Form einer Kugelkalotte aufweisen. Bei einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse
ist ein dem ersten Bremskolbenabschnitt benachbarter Endabschnitt
des zweiten Bremskolbenabschnitts in Form einer Gelenkpfanne ausgebildet,
in der der Gelenkkopf gleitend gelagert ist. Durch diese Anordnung
wird auf einfache Art und Weise ermöglicht, dass der erste Bremskolbenabschnitt
relativ zu dem zweiten Bremskolbenabschnitt Nickbewegungen um die
Kolbenachse ausführen kann.
Der Gelenkkopf und die Gelenkpfanne können beispielsweise aus Stahl
bestehen. Die Gelenkpfanne und/oder der Gelenkkopf kann/können jedoch auch
eine aus einem geeigneten Kunststoff bestehende Gleitfläche aufweisen.
Der Endabschnitt des zweiten Bremskolbenabschnitts kann entweder
einstückig
mit dem verbleibenden Teil des zweiten Bremskolbenabschnitts ausgebildet
sein oder damit z. B. über
eine Presspassung oder dergleichen fest verbunden sein.
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Vorzugsweise
ist mindestens ein Verbindungselement zur beweglichen Verbindung
des ersten Bremskolbenabschnitts mit dem zweiten Bremskolbenabschnitt
vorhanden. Durch ein derartiges Verbindungselement können die
maximalen Relativbewegungen der beiden Kolbenabschnitte in der gewünschten
Weise festgelegt werden. Ein zu diesem Zweck geeignetes Verbindungselement
weist beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt
auf, dessen Schenkel in Nuten gelagert sind, die an einem Außenumfang
des ersten und des zweiten Kolbenabschnitts ausgebildet sind. Alternativ
dazu können sich
die Schenkel auch an dem ersten und dem zweiten Kolbenabschnitt
an ausgebildeten Vorsprüngen abstützen. Das
Verbindungselement kann sich über zumindest
einen Teil des Umfangs des ersten und des zweiten Bremskolbenabschnitts
erstrecken. Es können
jedoch auch mehrere Verbindungselemente um dem Umfang verteilt angeordnet
sein.
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Der
erste Bremskolbenabschnitt und der Endabschnitt des zweiten Bremskolbenabschnitts
können
als separat handhabbare Unterbaugruppe ausgeführt sein. Die Unterbaugruppe
kann dann vormontiert und anschließend, beispielsweise über eine Presspassung,
mit dem verbleibenden Teil des zweiten Bremskolbenabschnitts verbunden
werden.
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Vorteilhafterweise
bietet es sich an, die zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt
auftretende Relativbewegung messtechnisch zu erfassen. Dies kann
beispielsweise mittels eines Kraft- und/oder Wegsensors erfolgen.
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Insbesondere
dann, wenn die in Drehrichtung des Drehglieds auftretende Komponente
der Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt erfasst
wird, besteht der Vorteil, dass die Bremsumfangskraft und damit
das an dem Drehglied erzeugte Bremsmoment bestimmt werden kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse
wird im folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung
näher erläutert.
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Kurzbeschreibung
der Zeichung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse
im Längsschnitt.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Die
in 1 gezeigte und allgemein mit 10 bezeichnete
Fahrzeugbremse ist in bekannter Weise als Schwimmsattel-Scheibenbremse
ausgebildet, die ein Gehäuse 12 mit
einem im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Bremssattel 14 aufweist.
Der Schwimmsattel 14 übergreift
eine Bremsscheibe 16, die drehfest mit einem lediglich
teilweise gezeigten Achsstummel 18 verbunden ist. Zwei
jeweils auf einer Trägerplatte 20, 20' in (nicht weiter
veranschaulichten) Führungen
aufgenommene Reibbeläge 22, 22' sind auf beiden
Seiten der durch den Bremssattel 14 übergriffenen Bremsscheibe 16 angeordnet
und wirken bei einer Betätigung
der Bremse mit jeweils einer Seitenfläche 16', 16'' der
Bremsscheibe 16 zusammen.
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In
dem Gehäuse 12 befindet
sich eine Hydraulikkammer 24, in der ein Bremskolben 26 abdichtend
und entlang seiner Mittellängsachse
A verschieblich aufgenommen ist. Die Hydraulikkammer 24 steht
zur Versorgung mit Hydraulikfluid mit einer hier nicht dargestellten
Bremsdruckgebereinheit, beispielsweise einer über ein Bremspedal betätigbaren Bremskraftverstärker/Hauptzylindereinheit,
in Verbindung. Bei einer Betätigung
der Bremsdruckgebereinheit wird das Hydraulikfluid in der Hydraulikkammer 24 unter
Druck gesetzt, so dass sich der Bremskoben 26 entlang der
Achse A nach links verschiebt, um die Reibbeläge 22, 22' mit den Seitenfläche 16', 16'' der Bremsscheibe 16 in
Eingriff zu bringen. Da es sich bei der gezeigten Ausführungsform
um eine Schwimmsattelanordnung handelt, wird der Reibbelag 22 direkt
durch die Verschiebung des Bremskolbens 26 und der andere
Reibbelag 22' durch
die Wirkung einer vom Bremssattel 14 aufgebrachten Reaktionskraft
mit der Bremsscheibe 16 in Reibungseingriff gebracht. Wird
die Betätigung
der Bremsdruckgebereinheit beendet, kann Hydraulikfluid aus der Hydraulikkammer 24 wieder
zurück
in Richtung der Bremsdruckgebereinheit strömen, so dass sich der Bremskolben 26 entlang
der Achse A zurückverschiebt,
um die Reibbeläge 22, 22' außer Eingriff
mit der Bremsscheibe 16 zu bringen.
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Bei
einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform der Fahrzeugbremse
wird der Bremskolben nicht hydraulisch sondern mittels eines Elektromotors
betätigt.
Der Elektromotor weist einen fest angeordneten Stator und einen
darin umlaufenden Rotor auf. Im Innern des Rotors ist eine Innenverzahnung
angeordnet, die eine Drehung des Rotors auf einen Kranz mit einer
Außenverzahnung übertragen kann,
der drehfest auf dem Bremskolben angeordnet ist. Dadurch kann die
Drehbewegung des Elektromotors in eine Längsbewegung des Bremskolbens
umgesetzt werden.
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Bei
einer dritten, ebenfalls nicht veranschaulichten Ausführungsform
der Fahrzeugbremse ist der Bremskolben, wie oben beschrieben, hydraulisch
betätigbar.
Zusätzlich
ist in dem als Hohlkolben ausgeführten
Bremskolben eine von einem Elektromotor angetriebene Spindel/Mutter-Anordnung
angeordnet, die eine koaxial zu Kolbenachse angeordnete Spindel
mit einem Außengewinde
und eine im wesentlichen hülsenförmige Mutter
aufweist, welche mit einem zu dem Außengewinde passenden Innengewinde
versehen ist. Die Spindel/Mutteranordnung dient dazu, eine Drehbewegung
der Spindel in eine Translationsbewegung der Mutter umzusetzen.
Eine Drehung der Spindel bewirkt durch das Herausschrauben der Mutter
eine Verlängerung
der Spindel/Mutteranordnung, so dass die Mutter in Anlage an einen
Boden des Bremskolben gelangt und den Bremskolben verschiebt. Dadurch
werden die Reibbeläge
gegen die Seitenflächen
der Bremsscheibe gepreßt.
Ist dieser Zustand erreicht, kann der Elektromotor abgestellt werden,
da die Gewindepaarung der Spindel/Mutteranordnung selbsthemmend
ist und die erreichte Stellung der Spindel/Mutteranordnung auch nach
dem Abschalten des Elektromotors erhalten bleibt. Somit weist diese
Ausführungsform
der Fahrzeugbremse neben der hydraulischen Betriebsbremsfunktion
auch eine Feststellbremsfunktion auf.
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Der
Bremskolben 26 weist einen dem Reibbelag 22 zugewandten,
ersten Abschnitt 28 und einen von dem Reibbelag 22 abgewandten,
zweiten Abschnitt 30 auf. Der erste Abschnitt 28 umfasst
eine mit der Trägerplatte 20 des
Reibbelags 22 fest verbundene Abdeckung 32, die über ein
Nadellager 34 auf einem von dem Reibbelag 22 abgewandten
Gehäuseteil 36 gelagert
ist. Die Abdeckung 32 und das von dem Reibbelag 22 abgewandte
Gehäuseteil 36 bilden
somit ein zweiteiliges Lagerhäuse
des Nadellagers 34. Durch diese Anordnung ist die Abdeckung 32 relativ
zu dem zweiten Bremskolbenabschnitt 30 in einer Richtung
im wesentlichen quer zur Kolben achse A bewegbar. Dadurch wird die Übertragung von
Querkräften,
die auftreten, wenn die Reibbeläge 22, 22' gegen die Bremsscheibe 16 gepresst
werden, auf den zweiten Bremskolbenabschnitt 30 verhindert oder
zumindest verringert.
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Das
Gehäuseteil 36 weist
die Form einer Kugelkalotte auf und ist gleitend auf einem Endabschnitt 38 des
zweiten Bremskolbenabschnitts 30 gelagert, wobei der Endabschnitt 38 über eine
Presspassung fest mit einem verbleibenden Teil 39 des Kolbens 26 verbunden
ist. Das Gehäuseteil 36 und
der Endabschnitt 38 bilden somit ein aus einem Gelenkkopf und
einer Gelenkpfanne bestehendes Gelenklager, so dass der erste Kolbenabschnitt 28 relativ
zu dem zweiten Kolbenabschnitt 30 eine Nickbewegung um die
Kolbenachse A ausführen
kann. Dadurch wird die Einleitung von Kräften und Vibrationen, die auftreten, wenn
die bei einer Bremsbetätigung
zusammenwirkenden Flächen 16', 16'' der Bremsscheibe 16 und die
Reibbeläge 20, 20' nicht exakt
parallel zueinander ausgerichtet sind, in den zweiten Kolbenabschnitt 30 verhindert
oder zumindest verringert.
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Der
erste Bremskolbenabschnitt 28 und der zweite Bremskolbenabschnitt 30 sind
mittels eines Verbindungselements 40 miteinander verbunden, wobei
das Verbindungselement 40 einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt
aufweist. Ein Schenkel des Verbindungselements 40 ist in
einer am Außenumfang
der Abdeckung 32 ausgebildeten Nut 42 gelagert,
während
sich der andere Schenkel an einem an dem Endabschnitt 38 ausgebildeten
Vorsprung 44 abstützt.
Zur Abdichtung der Anordnung und zum Schutz vor Verschmutzung ist
ein Dichtelement 46 vorhanden. Das Dichtelement 46 ist
ebenfalls in der Nut 42 sowie in einer an einem Innenumfang
des Gehäuses 12 ausgebildeten
zweiten Nut 48 befestigt.