DE10320907A1

DE10320907A1 - Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse

Info

Publication number: DE10320907A1
Application number: DE2003120907
Authority: DE
Inventors: Benedikt Ohlig; Leo Gilles
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-10
Also published as: DE10320907B4

Abstract

Bei einer elektrohydraulisch betätigbaren Fahrzeugbremse (10) mit einem Gehäuse (12) und einem in dem Gehäuse (12) aufgenommenen Bremskolben (14), an dem ein Bremsbelag (16) angebracht ist, ist vorgesehen, dass der Bremskolben (14) mit dem Gehäuse (12) eine Fluidkammer (30) begrenzt, welche mit Hydraulikfluid beschickbar ist, so dass der Bremskolben (14) hydraulisch innerhalb des Gehäuses (12) entlang einer Kolbenlängsachse (A) verlagerbar ist, und dass der Bremskolben (14) vermittels einer motorisch angetriebenen Blockiereinrichtung (34) bezüglich des Gehäuses (12) arretierbar ist. Ferner ist eine Blockiereinrichtung (34) in der Fluidkammer (30) angeordnet.

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse aufgenommenen Bremskolben, an dem ein Bremsbelag angebracht ist, wobei der Bremskolben mit dem Gehäuse eine Fluidkammer begrenzt, welche mit Hydraulikfluid beschickbar ist, so dass der Bremskolben hydraulisch innerhalb des Gehäuses entlang einer Kolbenlängsachse verlagerbar ist, und wobei der Bremskolben vermittels einer motorisch angetriebenen Blockiereinrichtung bezüglich des Gehäuses arretierbar ist.

Derartige elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremsen sind bereits bekannt. So zeigt beispielsweise die gattungsbildende EP 0 551 397 B1 eine Fahrzeugbremse, welche in einer Betriebsbremssituation wie eine gewöhnliche Fahrzeugbremse hydraulisch betätigbar ist, indem eine dem Bremskolben zugeordnete Fluidkammer mit Hydraulikfluid beschickt wird oder entleert wird. Dem Bremskolben ist ferner zur Realisierung einer Parkbremsfunktion eine Betätigungsstange zugeordnet, welche über einen Gewindetrieb innerhalb des Gehäuses verlagerbar ist. Diese Betätigungsstange ragt aus einer von der Fluidkammer abgetrennten Antriebskammer durch eine Wand der Fluidkammer in diese hinein und greift an dem Bremskolben an. Je nach Betriebssituation der Bremse wird die Betätigungsstange durch eine ihr zugeordnete Antriebseinrichtung verlagert. Dies führt dazu, dass sie weiter in die Fluidkammer hinein verschoben oder aus dieser heraus gezogen wird. Um die Fluidkammer abzudichten, ist es erforderlich, die Betätigungsstange in einer dynamischen Dichtung innerhalb der die Fluidkammer begrenzenden Wand zu führen. Dies hat allerdings Nachteile insbesondere deshalb, weil derartige dynamische Dichtungen einerseits kostenintensiv und andererseits fehleranfällig sind. Selbst kleinste Leckagen im Bereich dieser Dichtung führen zu einem Druckabfall im Bremssystem und damit zu einer Beeinträchtigung der Bremswirkung. Darüber hinaus baut die in der EP 0 551 397 B1 gezeigte Lösung verhältnismäßig groß, da die Fluidkammer und die der Antriebseinrichtung zugeordnete Kammer voneinander getrennt ausgebildet sind.

Schließlich ist eine verhältnismäßig aufwändige Lageranordnung erforderlich, um die auftretenden Axialkräfte aufnehmen zu können.

Die US 5,348,123 zeigt darüber hinaus in 3 eine elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse. Bei dieser Fahrzeugbremse erfolgt die Kraftübertragung auf den Bremskolben ausschließlich hydraulisch. Selbst bei einer Parkbremsfunktion muss daher ein verhältnismäßig hoher Hydraulikdruck in dem Hydrauliksystem aufrechterhalten werden. Darüber hinaus baut auch die in diesem Dokument gezeigte Lösung verhältnismäßig groß und erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand für eine zuverlässige Abdichtung der Fluidkammer sowie zur Lagerung der einzelnen Komponenten, um die auftretenden Axialkräfte aufnehmen zu können.

Aufgabe und erfindungsgemäße Lösung

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse bereitzustellen, welche bei einfachem und kostengünstigem Aufbau eine zuverlässige Funktion gewährleistet und zusätzlich klein baut.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse der eingangs bezeichneten Art gelöst, bei welcher die Blockiereinrichtung in der Fluidkammer angeordnet ist. Durch diese konstruktive Maßnahme kann einerseits verhindert werden, dass zwei Kammern, nämlich eine Fluidkammer und eine davon getrennte der Blockiereinrichtung zugeordnete Kammer vorzusehen sind, was zu einem großvolumigen Aufbau führen würde. Darüber hinaus kann mit dieser konstruktiven Maßnahme erreicht werden, dass unerwünschte Dichtungsmaßnahmen aufgrund von zueinander bewegten Komponenten vermieden werden können, die sich sowohl innerhalb der Fluidkammer als auch außerhalb der Fluidkammer verlagern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Blockiereinrichtung einen in der Fluidkammer ausgebildeten Elektromotor aufweist. Dadurch ist es möglich, lediglich die elektrischen Zuführungen zur Ansteuerung des Elektromotors in die Fluidkammer hineinzuführen. Da sich die Zuführleitungen allerdings nicht bezüglich des Gehäuses verlagern, reicht es aus, diese statisch abzudichten, was gegenüber der vorstehend bezüglich des Standes der Technik erläuterten dynamischen Abdichtung von zueinander bewegten Teilen verhältnismäßig unproblematisch ist. Der Elektromotor kann als Bürstenmotor oder als bürstenloser Motor ausgebildet sein. Da der Elektromotor in der Fluidkammer ausgebildet ist und daher in Hydraulikfluid arbeitet, wird er zusätzlich geschmiert, was dessen Lebensdauer verlängert. Vorzugsweise ist der Elektromotor als Innenläufermotor ausgebildet.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor des Elektromotors mit einem Gewindetrieb gekoppelt ist, wobei ein Blockierelement der Blockiereinrichtung unter Vermittelung des Gewindetriebs relativ zu dem Gehäuse verlagerbar ist und auf den Bremskolben zustellbar sowie von diesem entfernbar ist. Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Fahrzeugbremse wie eine herkömmliche hydraulische Bremse zu betreiben und die Blockiereinrichtung beispielsweise lediglich in Parkbremssituationen zu aktivieren. Der Gewindetrieb weist hierfür ein selbsthemmendes Gewinde auf, so dass ein selbsttätiges Verlagern einzelner Komponenten des Gewindetriebs durch auf diesen einwirkende Axialkräfte verhindert werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist bezüglich des Gewindetriebs vorgesehen, dass er ein relativ zu dem Gehäuse festgelegtes Gewinde aufweist, mit welchem ein mit dem Rotor drehfest gekoppeltes Gegengewinde in gewindemäßigem Eingriff steht, wobei bei einer Rotordrehung das Blockierelement auf den Bremskolben zustellbar sowie von diesem entfernbar ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich auch der Gewindetrieb innerhalb der Fluidkammer befindet, so dass auch die einzelnen zueinander bewegten Komponenten des Gewindetriebs durch Hydraulikfluid geschmiert werden und damit deren Lebensdauer erhöht sowie der zur Bewegung erforderliche Kraftaufwand durch Reibungsminimierung reduziert werden kann.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gewinde als Innengewinde in dem Gehäuse ausgebildet ist und dass das Gegengewinde auf einer mit dem Rotor drehfest gekoppelten Gewindespindel ausgebildet ist. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass der Stator des Elektromotors in einer Statorbuchse ausgebildet ist, welche relativ zu dem Gehäuse drehfest, jedoch mit der Gewindespindel translatorisch verlagerbar ausgebildet ist. Schließlich kann ferner vorgesehen sein, dass die Gewindespindel über eine Stützhülse zur Kraftübertragung mit der Statorbuchse sowie dem Bremskolben koppelbar oder gekoppelt ist. Bei dieser Erfindungsvariante verlagert sich der gesamte Motor entlang der mit der Kolbenlängsachse zusammenfallenden oder zu dieser parallelen Motorlängsachse, da sowohl der Rotor mit der Spindel gekoppelt ist als auch der Stator über die Statorbuchse zur gemeinsamen translatorischen Bewegung mit der Spindel gekoppelt ist. Diese Verlagerung des Elektromotors zusammen mit der Spindel in axialer Richtung hat den Vorteil, dass keine aufwändigen Axiallageranordnungen vorzusehen sind, welche eine Übertragung von Axialkräften zwischen translatorisch bewegten Teilen und dem Rotor des Motors gewährleisten müssen. Es ist lediglich erforderlich, ausreichend lange und flexible Zuleitungen zu dem Motor vorzusehen, welche die translatorische Bewegung der gesamten Motorkomponenten ausgleichen können. Dies kann beispielsweise durch flexible Zuleitungskabel ausreichender Länge gewährleistet werden, welche ebenfalls in der Fluidkammer geschützt untergebracht sind. Für dieses Ausführungsbeispiel bietet sich ein Bürstenmotor an, wobei gleichermaßen ein bürstenloser Motor eingesetzt werden kann.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse ein Gewindebolzen festgelegt ist, mit welchem eine Gewindemutter relativ zu dem Gehäuse verlagerbar in gewindemäßigem Eingriff steht, wobei der Rotor des Elektromotors mit der Gewindemutter drehfest gekoppelt jedoch auf dieser translatorisch verlagerbar ist. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass der Stator des Elektromotors in einer Statorbuchse ausgebildet ist, welche in dem Gehäuse festgelegt ist. Darüber hinaus kann bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Statorbuchse mit dem Rotor des Elektromotors zusammenwirkt, so dass dieser innerhalb des Gehäuses in einer vorbestimmten Axialposition gehalten wird. Hinsichtlich der Kopplung von Gewindemutter und Bremskolben kann bei dieser Erfindungsvariante vorgesehen sein, dass die Gewindemutter mit einem das Blockierelement bildenden Kontaktkopf ausgebildet ist, welcher mit dem Bremskolben in Anlage bringbar ist.

Diese Erfindungsvariante hat den Vorteil, dass sie noch kleiner baut als die vorangehend diskutierte Ausführungsform mit translatorisch bewegtem Motor. Bei dieser Erfindungsvariante bleibt der Elektromotor in einer bezüglich der Kolbenlängsachse vorbestimmten Axialposition, was durch die Statorbuchse erreicht wird. Wiederum ist keine aufwändige Lageranordnung zur Entkopplung von Motor und axial beweglichen Teilen erforderlich. Dies wird dadurch erreicht, dass der Rotor mit der Gewindemutter drehfest gekoppelt ist, jedoch relativ zu dieser axial beweglich ist. Eine derartige Kopplung kann beispielsweise durch eine Kerbverzahnung erreicht werden, deren Zähne in Richtung der Motorlängsachse und damit in Richtung der translatorischen Bewegung der Mutter verlaufen. Auch diese Erfindungsvariante bietet den Vorteil, dass lediglich statische Dichtungen zum Einsatz kommen, beispielsweise im Bereich der elektrischen Zuleitungen zu dem Motor oder im Bereich eines den Gewindebolzen aufweisenden Bauteils, welches in das Gehäuse eingeschraubt ist. Als Motor wird vorzugsweise ein bürstenloser Motor verwendet, welcher an seinem Stator eine Viel zahl verschiedener separat ansteuerbarer Spulen und auf seinem Rotor eine Permanentmagnetenanordnung aufweist.

Hinsichtlich des Betriebs der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse kann vorgesehen sein, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben durch Beschicken und Entleeren der Fluidkammer mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses verlagerbar ist und dass in einer Parkbremssituation zunächst der Bremskolben durch Beschicken der Fluidkammer mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses verlagert wird, sodann das Blockierelement auf den Bremskolben zugestellt wird, vorzugsweise in Anlage mit diesem gebracht wird, und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement von dem Bremskolben freigegeben wird, sodann das Blockierelement über die Blockiereinrichtung von dem Bremskolben entfernt wird und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird.

Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremse wird also bevorzugt in einer Betriebsbremssituation, d.h. in einer Situation, in welcher während der Fahrt des Fahrzeugs abgebremst werden muss, hydraulisch betätigt. Dies bedeutet, dass in herkömmlicher Weise in die Fluidkammer Hydraulikfluid eingeführt wird, um darin den Druck zu erhöhen und letztendlich dadurch den Bremskolben auf eine Bremsscheibe hin zu verlagern. Nach Beendigung der Betriebsbremssituation wird wieder Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt und damit Druck abgebaut. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Bremse in herkömmlicher Weise mit einer Schwimmsattelanordnung ausgebildet sein kann, so dass auf eine Bremsscheibe doppelseitig Bremsdruck ausgeübt werden kann.

In einer Parkbremssituation, in welcher das Fahrzeug beispielsweise nach dessen Abstellen, dauerhaft gebremst werden soll, um ein unbeabsichtigtes Bewegen einzelner Räder zu vermeiden, wird wiederum der Bremskolben zunächst hydraulisch verlagert, so dass er in entsprechender Weise auf die Bremsscheibe zugestellt wird. Ist ein gewünschter Bremsdruck erreicht, so wird die Blockiereinrichtung zugestellt, indem das Blockierelement an den Bremskolben angelegt wird. Dies erfolgt mittels des Elektromotors entsprechend den vorstehend geschilderten Erfindungsvarianten. Sobald ein Kontakt zwischen Blockierelement und Bremskolben hergestellt ist, wird die Bestromung des Elektromotors beendet. Das Blockierelement liegt nun an dem Bremskolben an. Sodann wird Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt, so dass sich der darin vorhandene Hydraulikdruck abbaut. Aufgrund der Grundelastizität der Bremsbeläge sowie eines Rückstellmechanismus, beispielsweise einer Spreizfeder, welche auf den Bremskolben zum Zwecke seiner Rückstellung wirkt, verlagert sich dieser tendenziell von der Bremsscheibe weg zurück zu seiner Ausgangssstellung. Dieser Rückstellbewegung wirkt allerdings sofort die selbsthemmende Eigenschaft des Gewindes des Gewindetriebs entgegen. Dies bedeutet, dass es aufgrund des Druckabbaus innerhalb der Fluidkammer zwar zu einem geringen Abfall der Anpresskraft des Bremskolbens an die Bremsscheibe kommt. Die verbleibende Anpresskraft ist aber immer noch groß genug, um die Bremsscheibe vermittels des nun über die Blockiereinrichtung positionsblockierten Bremskolbens festzuhalten. Somit hält der Bremskolben in einer Parkbremssituation die Bremsscheibe unter Vermittlung der Blockiereinrichtung fest. Im Anschluß kann der in der Fluidkammer herrschende Hydraulikdruck soweit reduziert werden, dass das Hydrauliksystem weitgehend entlastet ist.

Soll nun die Parkbremssituation wieder beendet werden, d.h. soll die Blockierwirkung der Blockiereinrichtung aufgehoben werden, so ist es erforderlich, den Gewindetrieb aus seinem selbsthemmenden Zustand herauszuführen. Hierzu muss zunächst der die Selbsthemmung bewirkende Kontakt zwischen Bremskolben und Blockierelement kurzzeitig im Wesentlichen aufgehoben werden, zumindest soweit, dass der Elektromotor das Blockierelement von dem Bremskolben weg bewegen kann. Dies kann dadurch erreicht werden, dass zunächst die Fluidkammer mit Hydraulikfluid zur Druckerhöhung beschickt wird. Dadurch verlagert sich der Bremskolben tendenziell wieder zur Bremsscheibe hin und von der Blockiereinrichtung weg. Wird dies erreicht, so wird – wie vorstehend dargelegt – die Blockiereinrichtung vermittels des Gewindetriebs von dem Bremskolben entfernt und anschließend wiederum Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt, so dass sich der Bremskolben unter Wirkung des Rückstellmechanismus, beispielsweise der Spreizfeder, in seine bremswirkungsfreie Ausgangsposition zurückbewegen kann.

Mit der vorstehend in allgemeiner Weise beschriebenen Erfindung ist es möglich, eine zuverlässige Fahrzeugbremse bereitzustellen, welche in einer Betriebsbremssituation in an sich herkömmlicher und bewährter Weise hydraulisch betätigbar ist und in einer Parkbremssituation das Hydrauliksystem entlastet. Diese Entlastung kann dadurch erreicht werden, dass ein verhältnismäßig leistungsschwacher Elektromotor verwendet wird, der lediglich geringe Axialkräfte überwinden muss, um das Blockierelement auf dem Bremskolben zuzustellen bzw. von diesem zu entfernen. Ein entsprechend leistungsschwach ausgebildeter Elektromotor kann auch entsprechend klein dimensioniert werden, so dass die gesamte Anordnung verhältnismäßig kleinvolumig ausge bildet werden kann. Dies verbessert die Einbausituation der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse. Darüber hinaus können Dichtungsprobleme vermieden werden, da die zueinander bewegte Teile allesamt in der Fluidkammer angeordnet sind und dadurch dynamische Dichtungen zur Realisierung der Blockiereinrichtung vermieden werden können.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betätigen einer elektrohydraulisch betätigbaren Fahrzeugbremse der vorstehend beschriebenen Art. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben durch Beschicken und Entleeren der Fluidkammer mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses verlagerbar ist und dass in einer Parkbremssituation zunächst der Bremskolben durch Beschicken der Fluidkammer mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses verlagert wird, sodann das Blockierelement auf den Bremskolben zugestellt, vorzugsweise in Anlage mit diesem gebracht, wird und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird.

Ferner kann bei diesem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement von dem Bremskolben freigegeben wird, sodann das Blockierelement über die Blockiereinrichtung von dem Bremskolben entfernt wird und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer Hydraulikfluid aus der Fluidkammer abgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse;
2 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse; und
3 einen Graphen zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Bremse.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
In 1 ist eine erfindungsgemäße Fahrzeugbremse im Längsschnitt gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst ein Gehäuse 12, in welchem ein Bremskolben 14 in Richtung einer Kolbenlängsachse A verlagerbar geführt ist. Der Bremskolben 14 ist auf seiner in 1 linken Seite mit einem Bremsbelag 16 gekoppelt. Dem Bremsbelag 16 gegenüberliegend ist ein weiterer Bremsbelag 18 vorgesehen, der in einem gegenüber dem Bremsträger 19 schwimmend verlagerbaren Bremssattel 20 fest angebracht ist. Zwischen den Bremsbelägen 16 und 18 ist eine nicht gezeigte Bremsscheibe vorgesehen.
Der Bremskolben 14 ist mit einem hohlzylindrischen Abschnitt 22 in einer zylindrischen Aufnahme 24 in dem Gehäuse aufgenommen, wobei eine Dichtung 26 eine abgedichtete Führung des hohlzylindrischen Abschnitts 22 in der zylindrischen Aufnahme 24 in dem Gehäuse 12 gewährleistet. Darüber hinaus ist der Bremskolben 14 vermittels eines flexiblen Balgs 28 mit dem Gehäuse 12 verbunden, so dass keine Schmutzpartikel oder dergleichen zwischen Gehäuse 12 und Bremskolben 14 gelangen können. Der Bremskolben 14 ist in der zylindrischen Aufnahme 24 gegen Verdrehen um die Längsachse A gesichert. Der Bremskolben 14 und das Gehäuse 12 schließen eine mit Hydraulikfluid gefüllte Fluidkammer 30 ein. Diese Fluidkammer 30 ist über einen Fluidanschluss von einem nicht gezeigten steuerbaren Hydrauliksystem mit Hydraulikfluid beschickbar.
In der Fluidkammer 30 ist eine Blockiereinrichtung 34 vorgesehen. Die Blockiereinrichtung 34 umfasst einen Elektromotor 36 mit einem Stator 38 und einem innerhalb des Stators 38 ausgebildeten Rotor 40. Der Stator 38 ist in einer Statorbuchse 42 fixiert und umfasst eine Mehrzahl von Permanentmagneten. Die Statorbuchse 42 ist innerhalb des hohlzylindrischen Abschnitts 22 des Bremskolbens 14 in Richtung der Längsachse A translatorisch verlagerbar, jedoch über eine Außenverzahnung drehfest mit dem hohlzylindrischen Abschnitt 22 gekoppelt. Der Rotor 40 ist an seinem in 1 linken Ende in einer Lagerscheibe 44 mit einer Welle 46 drehbar aufgenommen, wobei die Lagerscheibe 44 in die Statorbuchse 42 eingepresst ist und damit in dieser fixiert ist. An seinem in 1 rechten Ende ist die Welle 46 des Rotors 40 verhältnismäßig lang ausgebildet. Auf dem Rotor 40 sitzen eine Mehrzahl von Spulen, welche über Zuleitungen 48 angesteuert werden. Die Zuleitungen 48 sind mit einem Komutator 50 verbunden, welcher über mechanisch flexible Zuleitungen 52 ausreichender Länge mit einer Steckerbuchse 54 gekoppelt ist. Über der Steckerbuchse 54 lässt sich der Elektromotor 36 elektrisch ansteuern und bestromen. Der Komutator 50 umfasst ein rotierendes Teil 58 und ein feststehendes Teil 60. Zwischen dem rotierenden Teil 58 und dem feststehenden Teil 60 wirkt eine Bürstenbrücke in herkömmlicher Weise zur Übertragung von elektrischem Strom von den Zuleitungen 52 zu den rotierenden Spulen auf dem Rotor 40.
An ihrem in 1 rechten Ende weist die Welle 46 einen außenprofilierten Zapfen 62 auf, mit welchem die Welle 46 in eine Spindel 64 mit Außengewinde drehfest eingebracht ist. Die Spindel 64 steht in gewindemäßigem Eingriff mit einem Innengewinde 66, welches in dem Gehäuse 12 eingebracht ist. Die Spindel 64 ist über eine Schulter 68 mit einer Stützhülse 70 zu einer gemeinsamen translatorischen Bewegung in Richtung der Längsachse A gekoppelt. Jedoch sind die Spindel 64 und die Stützhülse 70 drehentkoppelt. Die Stützhülse 70 ist wiederum über eine Außenverzahnung gegenüber dem Gehäuse 12 drehfest, jedoch in diesem in Richtung der Längsachse A translatorisch verschiebbar. Über die Schulter 68 und die Stützhülse 70 lässt sich eine translatorische Bewegung der Spindel 64 entlang der Längsachse A in 1 in Richtung nach links auf den Kolben 14 übertragen. Anders gesagt lässt sich die Stützhülse 70 mit ihrer in 1 gezeigten linken Stirnfläche 72 in Anlage mit der korrespondierenden Stirnfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 22 des Kolbens 14 bringen und von dieser erntfernen. Schließlich sei erwähnt, dass die Stützhülse 70 mit der Statorbuchse 42 über Verbindungselemente 74 gekoppelt ist.
Die Fahrzeugbremse entsprechend 1 funktioniert wie folgt:
In einer Betriebsbremssituation, in welcher eine zwischen den Bremsbelägen 16 und 18 befindliche (in 1 nicht gezeigte) rotierende Bremsscheibe abzubremsen ist, wird die Fluidkammer 30 in herkömmlicher Weise mit Hydraulikfluid beschickt, so dass sich der Bremskolben 14 in 1 entlang der Längsachse A nach links verschiebt und dabei beide Bremsbeläge 16 und 18 unter Vermittlung der Schwimmsattelanordnung 20 auf die nicht gezeigte Bremsscheibe drückt. Nach Beendigung der Betriebsbremssituation, d.h. dann, wenn keine Bremswirkung mehr auf die Bremsscheibe ausgeübt werden soll, wird aus der Fluidkammer 30 Hydraulikfluid abgeführt, so dass die Fahrzeugbremse 10 wieder die in 1 gezeigte Stellung einnimmt.
Soll allerdings ausgehend von der in 1 gezeigten Position, beispielsweise beim Abstellen eines Fahrzeugs, eine Parkbremsfunktion (Feststellbremsfunktion) aktiviert werden, so geschieht Folgendes. Zunächst werden wie vorstehend in Bezug auf die Betriebsbremssituation beschrieben, die Fluidkammer 30 mit Hydraulikfluid beschickt und die Bremsbeläge 16 und 18 auf die nicht gezeigte Bremsscheibe zugestellt und mit hinreichender Anpresskraft an diese angepresst. Dabei bewegt sich der Bremskolben 14 aus seiner in 1 gezeigten Position nach links. Bei dieser Bewegung entfernt sich der hohlzylindrische Abschnitt 22 von der Stützhülse 70. Durch Einstellung eines geeigneten Hydraulikdrucks wird der Bremskolben 14 mit einer bestimmten Klemmkraft auf die nicht gezeigte Bremsscheibe gedrückt.
Dies ist schematisch aus 3 ersichtlich. 3 zeigt nämlich sowohl den Hydraulikdruck – in punktierter Linie – als auch die Klemmkraft – in durchgezogener Linie – während der Aktivierung und Deaktivierung der Parkbremsfunktion der Fahrzeugbremse gemäß 1. Der Hydraulikdruck wird zur Aktivierung auf das Niveau p_p angehoben und erreicht dieses zum Zeitpunkt t₁. Gleichzeitig steigt die mit durchgezogener Linie gezeichnete Klemmkraft auf einen Wert F₁. In diesem Zustand wirkt auf die nicht gezeigte Bremsscheibe eine Klemmkraft F₁, welche größer ist als die zur Realisierung der Parkbremsfunktion erforderliche Klemmkraft F_p.
Nach Erreichen dieser Position des Bremskolbens 14 wird der Elektromotor 36 aktiviert. Dabei dreht sich der Rotor 40 und treibt die Spindel 64 rotatorisch an. Diese dreht sich innerhalb des Innengewindes 66 und bewegt sich dadurch in 1 entlang der Längsachse A nach links. Sie drückt über die Schulter 68 auf die Stützhülse 70 und verschiebt diese ebenfalls in 1 in Richtung der Längsachse A nach links. Dadurch nähert sich die Stirnfläche 62 wieder der ihr gegenüberliegenden Stirnfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 22 des Bremskolbens 14 an und legt sich schließlich an diese an.
Der translatorischen Bewegung der Spindel 64 und der Stützhülse 70 folgt der Motor 36. Im einzelnen wird die Statorbuchse 42 über die Stützhülse 70 nach links verlagert. Gleichermaßen wird der Rotor 40 in entsprechender Weise durch die Spindel 64 nach links verschoben. Die translatorische Bewegung der Stützhülse 70 sowie des Motors 36 endet dann, wenn die Stirnfläche 62 sich wieder in Anlage mit der ihr gegenüberliegenden Stirnfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 22 befindet. Sodann stoppt der Elektromotor 36 automatisch. Er ist derart leistungsschwach ausgelegt, dass er eine weitere Verlagerung in 1 nach links unter Wirkung der Spindel 64 innerhalb des Gewindes 66 nicht bewirken kann.
Dieser Zustand der erneuten Anlage der Stützhülse 70 an dem hohlzylindrischen Abschnitt 22 entspricht dem Zeitpunkt t₂ gemäß 3.
Ist dieser Zustand erreicht, wird Hydraulikfluid aus der Fluidkammer 30 abgeführt, wobei sich die Bremsscheiben 16 und 18 aufgrund ihrer Eigenelastizität und eines nicht gezeigten Rückstellmechanismus tendenziell auseinanderbewegen. Dies führt dazu, dass der Bremskolben 14 mit seinem hohlzylindrischen Abschnitt 22 auf die Stützhülse 70 gedrückt wird, welche ihrerseits über die Schulter 68 auf die Spindel 64 drückt. Das Außengewinde der Spindel 64 sowie das Innengewinde 66 des Gehäuses 12 sind derart ausgebildet, dass sie bei axialer Belastung selbsthemmend sind. Dies bedeutet, dass die von den Bremsbelägen 16 und 18 herrührenden über den Bremskolben 14 und die Stützhülse 70 auf die Spindel 64 ausgeübten Axialkräfte eine Hemmung der Spindel 64 in dem Außengewinde 66 bewirken. Die Spindel 64 blockiert also eine Axialbewegung der gesamten Anordnung in 1 nach rechts. Bis diese Hemmungswirkung eintritt fällt die Klemmkraft zunächst ab.
Der Klemmkraftabfall ist in 3 mit dem Verlauf der durchgezogenen Linie zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ gezeigt. Sobald die Klemmkraft den Wert F_p erreicht, ist die Selbsthemmungswirkung voll wirksam, so dass keine weitere Verlagerung des Bremskolbens 14 in 1 nach rechts erfolgen kann. Sodann erfolgt ein weiterer Abbau des Hydraulikdrucks in der Fluidkammer 30 bis dieser schließlich zum Zeitpunkt t₄ den Wert Null erreicht.
In diesem Zustand befindet sich die Fahrzeugbremse in ihrem Parkbremszustand, d.h. der Bremskolben 14 ist durch die Blockiereinrichtung 34 nahe des Gehäuses 12 arretiert, wobei die Bremsbeläge 16 und 18 mit hinreichend großer Klemmkraft F_p auf die Bremsscheibe drücken.
Zum Lösen des Parkbremszustands und zur Freigabe der Bremsscheibe ist es nun erforderlich, den Hydraulikdruck innerhalb der Fluidkammer 30 zunächst wieder zu erhöhen. Ausgehend vom Zeitpunkt t₅ gemäß 3 wird der Hydraulikdruck wieder auf den Wert p_p erhöht. Bei Erreichen des Zeitpunkts t₆ erreicht die über den Hydraulikdruck in der Fluidkammer 30 ausgeübte Klemmkraft der Bremsbeläge 16 und 18 auf die Bremsscheibe den Klemmkraftwert F_p. Bei weiter ansteigendem Druck erhöht sich auch die Klemmkraft F_p auf den Kraftwert F₂, der bei Erreichen des Hydraulikdrucks p_p zum Zeitpunkt t₆ erreicht wird. In diesem Zustand ist die Selbsthemmungswirkung des Außengewindes zur Spindel 64 in Zusammenwirkung mit dem Innengewinde 66 aufgehoben, so dass der Elektromotor 36 wieder wirksam werden kann.
Der Elektromotor 36 wird angesteuert und dreht sich derart, dass er die Spindel 64 in 1 entlang der Längsachse A nach rechts in das Innengewinde 66 hineindreht. Dabei verlagert sich der Rotor 40 zusammen mit der Spindel 64 ebenfalls nach rechts. Über die Lagerscheibe 44 und die Statorhülse 42 wird auch die Stützhülse 70 in 1 nach rechts gedrückt, so dass sich die Stirnfläche 72 von der ihr gegenüberliegenden Stirnfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 22 entfernt. Schließlich nimmt die Anordnung bestehend aus Motor 36, Statorhülse 42, Lagerscheibe 44 und Stützhülse 70 zusammen mit der Spindel 64 die in 1 gezeigte Position ein.
Dieser Zustand wird gemäß 3 zum Zeitpunkt t₈ erreicht. Dabei wird der Hydraulikdruck p_p innerhalb der Fluidkammer 30 weiter aufrechterhalten. Sobald die Stützhülse 70 wieder in ihre in 1 gezeigte Position zurückbewegt wurde, kann Hydraulikfluid aus der Fluidkammer 30 abgeführt werden und der Hydraulikdruck in der Fluidkammer 30 abgebaut werden. Dies geschieht ausgehend vom Zeitpunkt t₉ bis hin zum Zeitpunkt t₁₀ gemäß 3. Dies bedeutet, dass bei gelöster Blockiereinrichtung 34 nunmehr auch der Hydraulikdruck in der Fluidkammer 30 abgebaut wird, so dass die Bremse wieder ihren in 1 gezeigten relaxierten Ausgangszustand einnehmen kann.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse 110. Zur Erleichterung der Beschreibung und zur Vermeidung von Wiederholungen sollen für gleichartige oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen wie bei der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 verwendet werden, jedoch mit der Ziffer "1" vorangestellt. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform aus 1 beschrieben.
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in der Ausführung der Blockiereinrichtung. In die Fluidkammer 130 ragt ein in dem Gehäuse 112 abgedichtet festgelegter Gewindebolzen 180. Mit dem Außengewinde des Gewindebolzens 180 steht ein korrespondierendes Innengewinde eines Blockierelements 182 in Eingriff. Das Blockierelement 182 ist mit einem Kontaktkopf 184 versehen, mit welchem es in eine korrespondierende Ausnehmung 186 in dem Bremskolben 114 eingreifen kann. Das Blockierelement 182 umfasst ferner einen im Wesentlichen zylindrischen Schaft 188, in dessen Hohlraum das vorstehend angesprochene Innengewinde ausgebildet ist. Auf dem Außenumfang des zylindrischen Schafts 188 ist dieser mit einer Kerbverzahnung versehen, deren Kerben in Richtung der Längsachse A verlaufen. Mit der Kerbverzahnung steht eine Rotorhülse 190 in Eingriff. Die Rotorhülse 190 ist demnach drehfest mit dem Blockierelement 182 gekoppelt, lässt sich jedoch in Richtung der Längsachse A auf dem Schaft 188 relativ zu dem Blockierelement 182 verschieben. Auf der Rotorhülse 190 ist eine Mehrzahl von Permanentmagneten 192 fest angebracht. Diese Permanentmagneten 192 sind von einer Mehrzahl von Spulenanordnungen 194 umgeben, die im Inneren einer Statorhülse 196 angeordnet sind. Die Statorhülse 196 ist mit ihrem in 2 gezeigten rechten Ende fest in das Gehäuse 112 eingepresst. Die Statorhülse 196 weist an ihrem in 2 linken Ende einen Flansch 198 auf, mit welchem sie an der Rotorhülse 190 angreift und diese in einer festen axialen Position bezüglich des Gehäuses 112 hält.
2 ist ferner zu entnehmen, dass Zuleitungen 152 über ein Zuleitungselement 199 den einzelnen Spulen der Spulenanordnungen 194 zugeführt werden.
Die Fahrzeugbremse 110 gemäß 2 funktioniert genauso wie die Fahrzeugbremse 10 gemäß 1 bezüglich ihrer Aktivierung bzw. Deaktivierung. Hierzu sei auch auf den Graph gemäß 3 verwiesen. Im Einzelnen wird der Aktivierung der Blockiereinrichtung, d.h. dann, wenn der Bremskolben 114 bereits auch in 2 nach links verlagert wurde und auf die Bremsscheiben drückt, der Motor 136 bestromt, so dass sich der Rotor 140 relativ zu dem Stator 138 dreht. Aufgrund der durch die Keilverzahnung realisierten Drehkopplung von Rotorhülse 190 und Schaft 188 wird das Blockierelement 182 drehangetrieben. Dabei bewegt es sich aufgrund der gewindemäßigen Kopplung mit dem Gewindebolzen 180 zugleich in Richtung der Längsachse A translatorisch in 2 nach links. Es wird somit mit seinem Kontaktkopf 184 auf den Bremskolben 114 zu verlagert bis es schließlich diesen kontaktiert. Während dieser translatorischen Bewegung des Blockierelements 182 in Richtung der Längsachse A verharren die Motorkomponenten, Stator 138 und Rotor 140, jedoch in ihrer in 2 gezeigten Axiallage. Insbesondere wird der Rotor 140 durch die Statorhülse 196, d.h. durch deren Flansch 198, in der in 2 gezeigten Axialposition gehalten. Sobald der Kontaktkopf 184 in Kontakt mit der Ausnehmung 186 gelangt und sich an diese anlegt, folgt keine weitere Zustellbewegung mehr, da der Motor entsprechend leistungsschwach ausgelegt ist. Wie vorstehend mit Bezug auf 3 erläutert, wird nun der Druck innerhalb dieser Hydraulikdruckkammer 130 abgebaut, so dass der Bremskolben 114 auf das Blockierelement 182 in 2 nach rechts drückt. Dies führt wiederum zu einer Selbsthemmungswirkung der zwischen Blockierelement 182 und Gewindebolzen 180 zusammenwirkenden Gewinde. Dadurch blockiert die Biockiereinrichtung 136 eine weitere Axialbewegung des Kolbens 114.
Auch das Lösen der Feststellbremse folgt wie mit Bezug auf 3 erläutert. Wiederum wird der Hydraulikdruck innerhalb der Hydraulikfluidkammer 130 erhöht, so dass es zu einer mechanischen Entkopplung zwischen dem Kontaktkopf 184 und der Ausnehmung 186 kommt, wobei die Selbsthemmungswirkung aufgehoben wird. Sodann wird das Blockierelement 182 über den Motor zurückgefahren. Schließlich kann wieder Hydraulikfluid aus der Fluidkammer 130 abgelassen werden, so dass die Bremse ihren in 2 gezeigten Zustand einnehmen kann.
Mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde eine Fahrzeugbremse erläutert, welche in einer Betriebsbremssituation in herkömmlicher Weise hydraulisch betätigt werden kann und in einer Parkbremssituation elektromechanisch betätigt werden kann. Die Vorteile der Ausführungsbeispiele liegen darin, dass der Motor relativ leistungsschwach ausgelegt werden kann, da er kaum Last aufnehmen muss, dass keine dynamischen Fluiddichtungen erforderlich sind, da sämtliche zueinander bewegten Teile innerhalb der Fluidkammer angeordnet sind, und dass die gesamte Fahrzeugbremse relativ kompakt und kleinvolumig ausgebildet werden kann.

Claims

Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10; 110) mit – einem Gehäuse (12; 112) und – einem in dem Gehäuse (12; 112) aufgenommenen Bremskolben (14; 114), an dem ein Bremsbelag (16; 116) angebracht ist, wobei der Bremskolben (14; 114) mit dem Gehäuse (12; 112) eine Fluidkammer (30; 130) begrenzt, welche mit Hydraulikfluid beschickbar ist, so dass der Bremskolben (14; 114) hydraulisch innerhalb des Gehäuses (12; 112) entlang einer Kolbenlängsachse (A) verlagerbar ist, und wobei der Bremskolben (14; 114) vermittels einer motorisch angetriebenen Blockiereinrichtung (34; 134) bezüglich des Gehäuses (12; 112) arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (34; 134) in der Fluidkammer (30; 130) angeordnet ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10; 110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (34; 134) einen in der Fluidkammer (30; 130) ausgebildeten Elektromotor (36; 136) aufweist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10; 110) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (36; 136) als Innenläufermotor ausgebildet ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10; 110) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (40; 140) des Elektromotors (36; 136) mit einem Gewindetrieb (64, 66; 180, 182) gekoppelt ist, wobei ein Blockierelement (70; 182) der Blockiereinrichtung (34; 134) unter Vermittelung des Gewindetriebs (64, 66; 180, 182) relativ zu dem Gehäuse (12; 112) verlagerbar ist und auf den Bremskolben (14; 114) zustellbar sowie von diesem entfernbar ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10; 110) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindetrieb (64, 66; 180, 182) ein relativ zu dem Gehäuse festgelegtes Gewinde (66; 180) aufweist, mit welchem ein mit dem Rotor (40; 140) drehfest gekoppeltes Gegengewinde (64; 182) in gewindemäßigem Eingriff steht, und wobei bei einer Rotordrehung das Blockierelement (42; 182) auf den Bremskolben (14; 114) zustellbar sowie von diesem entfernbar ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (66) als Innengewinde in dem Gehäuse (12) ausgebildet ist und dass das Gegengewinde auf einer mit dem Rotor (40) drehfest gekoppelten Gewindespindel (64) ausgebildet ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (38) des Elektromotors (36) in einer Statorbuchse (42) ausgebildet ist, welche relativ zu dem Gehäuse (12) drehfest, jedoch mit der Gewindespindel (64) translatorisch verlagerbar ausgebildet ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (64) über eine Stützhülse (70) zur Kraftübertragung mit der Statorbuchse (42) sowie dem Bremskolben (14) koppelbar oder gekoppelt ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (110) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (112) ein Gewindebolzen (180) festgelegt ist, mit welchem eine Gewindemutter (182) relativ zu dem Gehäuse (112) verlagerbar in gewindemäßigem Eingriff steht, wobei der Rotor (140) des Elektromotors (136) mit der Gewindemutter (182) drehfest gekoppelt jedoch auf dieser translatorisch verlagerbar ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (110) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (138) des Elektromotors (136) in einer Statorbuchse (196) ausgebildet ist, welche in dem Gehäuse (112) festgelegt ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (110) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbuchse (196) mit dem Rotor (140) des Elektromotors (136) zusammenwirkt, so dass dieser innerhalb des Gehäuses (112) in einer vorbestimmten Axialposition gehalten ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (110) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement mit der Gewindemutter (182) und einem Kontaktkopf (184) ausgebildet ist, welcher mit dem Bremskolben (114) in Anlage bringbar ist.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10; 110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben (14; 114) durch Beschicken und Entleeren der Fluidkammer (30; 130) mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses (12; 112) verlagerbar ist und dass in einer Parkbremssituation zunächst der Bremskolben (14; 114) durch Beschicken der Fluidkammer (30; 130) mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses (12; 112) verlagert wird, sodann das Blockierelement (70; 182) auf den Bremskolben (14; 114) zugestellt, vorzugsweise in Anlage mit diesem gebracht, wird und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer (30; 130) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (30; 130) abgeführt wird.
Elektrohydraulisch betätigbare Fahrzeugbremse (10; 110) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer (30; 130) mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement (70; 182) von dem Bremskolben (14; 114) freigegeben wird, sodann das Blockierelement (70; 182) über die Blockiereinrichtung (34; 134) von dem Bremskolben (14; 114) entfernt wird und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer (30; 130) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (30; 130) abgeführt wird.
Verfahren zum Betätigen einer elektrohydraulisch betätigbaren Fahrzeugbremse (10; 110) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsbremssituation der Bremskolben (14; 114) durch Beschicken und Entleeren der Fluidkammer (30; 130) mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses (12; 112) verlagerbar ist und dass in einer Parkbremssituation zunächst der Bremskolben (14; 114) durch Beschicken der Fluidkammer (30; 130) mit Hydraulikfluid innerhalb des Gehäuses (12; 112) verlagert wird, sodann das Blockierelement (70; 182) auf den Bremskolben (14; 114) zugestellt, vorzugsweise in Anlage mit diesem gebracht, wird und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer (30; 130) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (30; 130) abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auflösen der Parkbremssituation die Fluidkammer (30; 130) mit Hydraulikfluid beschickt wird, bis das Blockierelement (70; 182) von dem Bremskolben (14; 114) freigegeben wird, sodann das Blockierelement (70; 182) über die Blockiereinrichtung (34; 134) von dem Bremskolben (14; 114) entfernt wird und schließlich für einen Druckabbau in der Fluidkammer (30; 130) Hydraulikfluid aus der Fluidkammer (30; 130) abgeführt wird.