DE10324424A1

DE10324424A1 - Reibungsbremse mit mechanischer Selbstverstärkung und Verfahren zu ihrer Betätigung

Info

Publication number: DE10324424A1
Application number: DE10324424A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Baumann; Dirk Hofmann; Herbert Vollert; Willi Nagel; Andreas Henke; Bertram Foitzik; Bernd Goetzelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16
Also published as: FR2855574B1; US7172056B2; US20040238294A1; JP2004360907A; FR2855574A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse (10) mit einem ersten Reibbremsbelag (16), der zum Bremsen durch Schwenken eines Stützhebels (20) gegen eine Bremsscheibe (14) drückbar ist. Die Erfindung schlägt vor, einen Bremssattel (12) als Schwimmsattel auszubilden und eine Stelleinrichtung (34) vorzusehen, mit der ein zweiter Reibbremsbelag (18) quer zur Bremsscheibe (14) verstellbar ist. Auf diese Weise lässt sich ein Stützwinkel (alpha) und damit eine Höhe der Selbstverstärkung der Scheibenbremse (10) ändern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibungsbremse mit mechanischer Selbstverstärkung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Reibungsbremse gerichtet.

Eine derartige Reibungsbremse ist bekannt aus der DE 101 05 752 A1 . Die bekannte Reibungsbremse ist als elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse ausgebildet. Sie weist einen Reibbremsbelag auf, der schwenkbar an einem Stützelement angelenkt ist, das seinerseits schwenkbar an einem Widerlager in einem Bremssattel angelenkt ist. Zum Betätigen der Reibungsbremse ist das Stützelement schwenkbar, wodurch der Reibbremsbelag an einer Bremsscheibe zur Anlage kommt, die einen Bremskörper bildet. Das Stützelement stützt den Reibbremsbelag unter einem Stützwinkel schräg zur Bremsscheibe ab. Durch die schräge Abstützung des Reibbremsbelags bewirkt eine von der drehenden Bremsscheibe auf den Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft eine Kraftkomponente quer zur Bremsscheibe, d. h. eine Andruckkraft, mit der der Reibbremsbelag gegen die Bremsscheibe gedrückt wird. Ein Teil der zum Bremsen aufzubringenden Andruckkraft wird somit über das Stützelement aufgebracht und nur der übrige Teil der Andruckkraft muss von einer Betätigungseinrichtung aufgebracht werden. Das Stützelement kann deswegen als Selbstverstärkungseinrichtung aufgefasst werden. Der Stützwinkel, unter dem das Stützelement den Reibbremsbelag schräg zur Bremsscheibe abstützt bestimmt eine Höhe der Selbstverstärkung. Ist der Stützwinkel verstellbar, so ist damit auch die Höhe der Selbstverstärkung verstell- und einstellbar.

Erläuterung und Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Reibungsbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Stelleinrichtung auf, mit der ein Abstand des Widerlagers vom Bremskörper einstellbar ist. Bei Ausbildung der Reibungsbremse als Scheibenbremse mit einem Schwimmsattel kann die Stelleinrichtung ähnlich einer Verschleißnachstelleinrichtung auf einer dem einen – ersten – Reibbremsbelag abgewandten Seite einer Bremsscheibe angeordnet sein, die den Bremskörper bildet, und einen zweiten Reibbremsbelag quer zur Bremsscheibe bewegen, wobei unter quer auch eine Bewegung mit einer Komponente quer zur Bremsscheibe zu verstehen ist. Auf diese Weise wird mittelbar der Abstand des Widerlagers von der den Bremskörper bildenden Bremsscheibe eingestellt. Dies ist Gegenstand des Anspruchs 5. Die erfindungsgemäße Reibungsbremse ist allerdings nicht auf derartige Scheibenbremsen beschränkt, sie lässt sich beispielsweise auch an Scheibenbremsen mit Festsattel oder an sonstigen Bremsenbauformen wie beispielsweise Trommelbremsen verwirklichen, wobei hier konstruktionsbedingt der Abstand des Widerlagers vom Bremskörper unmittelbar verstellt werden muss.

Das Stützelement der erfindungsgemäßen Reibungsbremse muss nicht zwingend auf Druck beansprucht sein, es kann auch auf Zug beansprucht sein.

Konstruktion und Funktion der das Stützelement aufweisenden Selbstverstärkungseinrichtung bleiben dabei prinzipiell unverändert.

Durch die Einstellung des Abstandes zwischen dem Widerlager und dem Bremskörper lässt sich der Stützwinkel verändern, unter dem das Stützelement den Reibbremsbelag beim Bremsen schräg zum Bremskörper abstützt. Auf diese Weise ist die Höhe der Selbstverstärkung verstell- und einstellbar. Es lässt sich auch bei sich änderndem Reibwert zwischen dem Reibbremsbelag und dem Bremskörper stets eine Selbstverstärkung einstellen, die nahe an einer Blockiergrenze liegt. Zum Andrücken des Reibbremsbelags muss deswegen von der Betätigungseinrichtung eine vergleichsweise kleine Betätigungskraft aufgebracht werden. Es ist deswegen eine vergleichsweise leistungsschwache und damit leichte und kleinbauende Betätigungseinrichtung verwendbar, die allerdings für eine hohe Dynamik eine hohe Stellgeschwindigkeit haben sollte. Im Unterschied dazu sollte die Stelleinrichtung eine hohe Stellkraft aufbringen können um den Abstand des Widerlagers vom Bremskörper und damit die Selbstverstärkung auch bei hoher Andruckkraft des Reibbremsbelags an den Bremskörper verstellen zu können. Dafür genügt für die Stelleinrichtung eine niedrige Stellgeschwindigkeit, sie kann deswegen ebenfalls vergleichsweise leistungsschwach sein.

Die Erfindung hat somit den Vorteil, dass sie mit vergleichsweise leistungsschwacher Betätigungseinrichtung und Stelleinrichtung eine Reibungsbremse mit hoher Dynamik (Zuspanngeschwindigkeit) und großer, bis zum Blockieren reichender Bremskraft ermöglicht.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.

Die Stelleinrichtung ist gemäß Anspruch 2 vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet, worunter auch ein Umschalten der Stelleinrichtung in einen Sperrzustand verstanden werden soll. Die Stelleinrichtung behält dadurch ihre einmal angenommene Position unverändert bei ohne dass sie bestromt werden muss.

Anspruch 3 sieht eine Schwenkwinkelbegrenzung des Stützelements vor. Die Reibungsbremse kann dadurch mit der Stelleinrichtung zugespannt werden und bildet damit eine Feststellbremse.

Die Ansprüche 5 bis 7 haben vorteilhafte Verfahren zur Betätigung einer Reibungsbremse, wie sie in den Ansprüchen 1 bis 4 angegeben ist, zum Gegenstand.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematisierte und vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Reibungsbremse mit Blickrichtung radial zu einem Bremskörper.
Erläuterung des Ausführungsbeispiels
Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Reibungsbremse ist als Scheibenbremse 10 ausgebildet. Sie weist einen Bremssattel 12 auf, der als Schwimmsattel ausgebildet ist, d. h. er ist quer zu einer Bremsscheibe 14, die einen Bremskörper bildet, verschieblich. Im Bremssattel 12 sind ein erster Reibbremsbelag 16 und ein zweiter Reibbremsbelag 18 angeordnet, zwischen denen sich die Bremsscheibe 14 befindet.
Der erste Reibbremsbelag 16 stützt sich über einen Stützhebel 20 am Bremssattel 12 ab. Der erste Reibbremsbelag 16 ist mittels einer Zapfenlagerung 22 schwenkbar an einem der Bremsscheibe 14 zugewandten Ende des Stützhebels 20 angelenkt. Der Stützhebel 20 seinerseits stützt sich mittels eines Zapfenlagers 24 schwenkbar am Bremssattel 12 ab. Dieses Zapfenlager 24 bildet ein Widerlager für den Stützhebel 20 am Bremssattel 12 und wird nachfolgend auch als solches bezeichnet werden. Der Stützhebel 20 lässt sich allgemein auch als Stützelement bezeichnen. Der Stützhebel 20 bildet eine Selbstverstärkungseinrichtung der Scheibenbremse 10, die weiter unten im Rahmen der Funktion der Scheibenbremse 10 noch zu erläutern sein wird.
Zu Ihrer Betätigung weist die Scheibenbremse 10 eine Betätigungseinrichtung 25 auf, die einen Elektromotor 26 mit einem Ritzel 28 umfasst, welches mit einem Tellerzahnradsegment 30 kämmt, welches an einem dem ersten Reibbremsbelag 16 fernen Ende des Stützhebels 20 angebracht ist. Tellerzahnradsegment 30 bedeutet, dass sich eine Verzahnung nicht über einen Vollkreis sondern nur über einen begrenzten Kreisbogenabschnitt erstreckt. In der Zeichnung befindet sich die Verzahnung des Tellerzahnradsegments 30 auf einer dem Betrachter abgewandten Seite des Stützhebels 20 und ist deswegen mit Strichlinien angedeutet. Im Bereich des Tellerzahnradsegments 30 ist der Stützhebel 20 hammerförmig ausgebildet, um das Tellerzahnradsegment unterzubringen. Das Ritzel 28 des Elektromotors 26 ist größtenteils vom Tellerzahnradsegment 30 verdeckt und deswegen ebenfalls mit Strichlinien angedeutet. Zur Betätigung der Scheibenbremse 10 wird der Stützhebel 20 mittels des Elektromotors 26 verschwenkt, wodurch der erste Reibbremsbelag 16 in Anlage an die Bremsscheibe 14 gelangt und gegen diese gedrückt wird. Dies wird weiter unten im Rahmen der Funktion der Scheibenbremse 10 noch genauer zu erläutern sein.
Der Bremssattel 12 weist zwei Anschläge 32 auf, gegen die Enden des Tellerzahnradsegments 30 des Stützhebels 20 stoßen, wenn der Stützhebel 20 entsprechend weit verschwenkt wird. Die Anschläge 32 bilden eine Schwenkwinkelbegrenzung für den Stützhebel 20, sie begrenzen einen Schwenkwinkel des Stützhebels 20 in beiden Schwenkrichtungen.
Der zweite Reibbremsbelag 18 ist mit einer Stelleinrichtung 34 quer zur Bremsscheibe 14 verstellbar. Die Stelleinrichtung 34 weist einen Elektromotor 36 auf, der als sog. Hohlwellenmotor ausgebildet ist, d. h. er weist eine Hohlwelle 38 auf, die seinen Rotor bildet. Statorwicklungen des Elektromotors 36 der Stelleinrichtung 34 sind mit 40 bezeichnet. In die Hohlwelle 38 des Elektromotors 36 ist eine Mutter 42 drehfest eingepresst, die mit einer Spindel 44 in Eingriff steht. Die Mutter 42 und die Spindel 44 bilden einen Spindeltrieb 46 zur Umsetzung einer rotatorischen Antriebsbewegung des Elektromotors 36 in eine translatorische Bewegung zum Verschieben des zweiten Reibbremsbelags 18 quer zur Bremsscheibe 14, der an einem der Bremsscheibe 14 zugewandten Ende der Spindel 44 angeordnet ist. Der Spindeltrieb 46 ist selbsthemmend ausgebildet. Die Mutter 42 des Spindeltriebs 46 stützt sich über ein Axialkugellager 48 drehbar am Bremssattel 12 ab.
Da der Bremssattel 12 als Schwimmsattel ausgebildet und quer zur Bremsscheibe 14 verschiebbar ist lässt sich durch Verstellen des zweiten Reibbremsbelags 18 mit der Stelleinrichtung 34 ein Abstand des Zapfenlagers 24, mit der Stützhebel 20 schwenkbar am Bremssattel 12 angelenkt ist, von der Bremsscheibe 14 einstellen. Das Zapfenlager 24 bildet wie bereits gesagt das Widerlager des Stützhebels 20 am Bremssattel 12.
Grundsätzlich können zur Betätigung der Scheibenbremse 10 wahlweise einer der beiden Reibbremsbeläge 16, 18 gegen die Bremsscheibe 14 gedrückt werden. Der jeweils andere Reibbremsbelag 16, 18 wird aufgrund der Ausbildung des Bremssattels 12 als Schwimmsattel durch eine Querverschiebung des Bremssattels 12 gegen die Bremsscheibe 14 gedrückt. Vorgesehen ist die Betätigung der Scheibenbremse 10 durch Schwenken des Stützhebels 20 mit dem Elektromotor 26. Liegt der erste Reibbremsbelag 16 an der drehenden Bremsscheibe 14 an, übt die Bremsscheibe 14 eine Reibungskraft auf den ersten Reibbremsbelag 16 parallel zur Bremsscheibe 14 aus. Über die Abstützung des ersten Reibbremsbelags 16 durch den in einem Stützwinkel α schräg zur Bremsscheibe 14 stehenden Stützhebel 20 bewirkt die von der drehenden Bremsscheibe 14 auf den ersten Reibbremsbelag 16 ausgeübte Reibungskraft eine Andruckkraft des Reibbremsbelags 16 gegen die Bremsscheibe 14 zusätzlich zu einer Andruckkraft, die mittels des Elektromotors 26 durch Schwenken des Stützhebels 20 aufgebracht wird. Es ergibt sich eine Selbstverstärkung, es muss nur ein Teil der zum Bremsen erforderlichen Andruckkraft vom Elektromotor 26 aufgebracht werden. Die Höhe der Selbstverstärkung ist abhängig vom Stützwinkel α, je kleiner der Stützwinkel α desto größer die Selbstverstärkung.
Der Stützwinkel α wird durch eine Bewegung des zweiten Reibbremsbelags 18 mit der Stelleinrichtung 34 quer zur Bremsscheibe 14 eingestellt, wobei durch die Bewegung des zweiten Reibbremsbelags 18 quer zur Bremsscheibe 14 wie oben erläutert letztendlich der Abstand des Zapfenlagers 24, welches das Widerlager für den Stützhebel 20 am Bremssattel 12 bildet, von der Bremsscheibe 14 eingestellt bzw. verstellt wird. Erfindungsgemäß wird mit der Stelleinrichtung 34 die Selbstverstärkung der Scheibenbremse 10 hoch eingestellt um die Scheibenbremse 10 mit niedriger Betätigungskraft und Betätigungsenergie mit dem Elektromotor 26 betätigen zu können. Dabei wird ein Sicherheitsabstand von einer Selbsthemmung der Scheibenbremse 10 eingehalten, die zu einem Blockieren der Bremsscheibe 14 führen würde. Die Betätigungseinrichtung 25 lässt sich daher vergleichsweise leistungsschwach ausführen. Sie weist vorzugsweise eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit auf um die Scheibenbremse 10 schnell zuspannen, lösen und die Bremskraft schnell ändern zu können. Da sich die Selbstverstärkung der Scheibenbremse 10 mit der Stelleinrichtung 34 an unterschiedliche Reibwerte anpassen lässt ist es nicht notwendig, die Betätigungseinrichtung 25 mit hohen Leistungsreserven für niedrige Reibwerte zwischen dem ersten Reibbremsbelag 16 und der Bremsscheibe 14 beispielsweise bei Nässe oder Erwärmung auszubilden.
Da der Spindeltrieb 46 der Stelleinrichtung 34 selbsthemmend ist muss die Stelleinrichtung 34 nur zum Bewegen des zweiten Reibbremsbelags 18 bestromt werden. Um die Stelleinrichtung 34 auch bei mit hoher Zuspannkraft betätigter Scheibenbremse 10 verstellen zu können wird sie vorzugsweise mit hoher Stellkraft, also insbesondere großer Untersetzung des Spindeltriebs 46 ausgelegt. Da der Stellweg gering ist genügt eine vergleichsweise niedrige Bewegungsgeschwindigkeit der Stelleinrichtung 34, sie kann damit ebenfalls mit vergleichsweise niedriger Leistung ausgebildet werden.
Ist beispielsweise wegen Nässe von vornherein mit einem niedrigeren Reibwert zwischen dem ersten Reibbremsbelag 16 und der Bremsscheibe 14 zu rechnen wird von vornherein mit der Stelleinrichtung 34 eine höhere Selbstverstärkung eingestellt, d. h. der Stützwinkel α wird durch einen größeren Abstand des das Widerlager für den Stützhebel 20 bildenden Zapfenlagers 24 von der Bremsscheibe 14, also letztendlich durch ein Entfernen des zweiten Reibbremsbelags 18 von der Bremsscheibe 14, eingestellt. Erhöht sich der Reibwert während des Bremsens beispielsweise durch Trocknen wird die Selbstverstärkung verringert indem durch Bewegen des zweiten Reibbremsbelags 18 mit der Stelleinrichtung 34 auf die Bremsscheibe 14 zu der Stützwinkel α vergrößert wird. Synchron zur Bewegung des zweiten Reibbremsbelags 18 wird der Stützhebel 20 mit der Betätigungseinrichtung 25 verschwenkt. Verringert sich der Reibwert zwischen dem ersten Reibbremsbelag 16 und der Bremsscheibe 14 während einer Bremsung beispielsweise durch Erwärmung der Bremsscheibe 14 und des ersten Reibbremsbelags 16 wird der Stützwinkel α durch Wegbewegen des zweiten Reibbremsbelags 18 von der Bremsscheibe 14 verkleinert und die Selbstverstärkung der Scheibenbremse 10 dadurch erhöht. Auch in diesem Fall wird der Stützhebel 20 mit der Betätigungseinrichtung 25 entsprechend verschwenkt um die Bewegung des zweiten Reibbremsbelags 18 auszugleichen.
Eine Verringerung oder Erhöhung des Reibwerts während einer Bremsung ist erkennbar durch eine sich verringernde oder steigende Bremskraft ohne Veränderung der Betätigungskraft der Scheibenbremse 10. Eine abnehmende oder steigende Bremskraft ist feststellbar durch eine abnehmende oder zunehmende Verzögerung eines gebremsten Fahrzeugs, die einhergeht mit einer langsamer oder schneller abnehmenden Raddrehzahl. Letzteres ist mit Raddrehsensoren feststellbar, die bei Fahrzeugen mit Blockierschutzregelung (ABS) vorhanden sind. Fahrzeuge mit einer Fahrdynamikregelung weisen einen Beschleunigungssensor auf, mit denen die Änderung der Verzögerung beim Bremsen messbar ist. Ist keiner der genannten Sensoren vorhanden, kann ein Bremskraftsensor an der Scheibenbremse 10 vorgesehen werden (nicht dargestellt).
Hat sich während einer Bremsung der Reibwert geändert und ist deswegen die Stelleinrichtung 34 verstellt worden sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor die Stelleinrichtung 34 zeitabhängig auf ihren Ursprungswert rückzustellen. Der Rückstellzeit liegt eine Abschätzung beispielsweise der Abkühlung der Bremsscheibe 14 oder ihrer Nässebeaufschlagung zugrunde.
Bei einer Fahrtrichtungsumkehr (Übergang zur Rückwärtsfahrt), die beispielsweise ebenfalls mit Drehrichtungssensoren oder durch Einlegen eines Rückwärtsgangs feststellbar ist, wird der zweite Reibbremsbelag 18 mit der Stelleinrichtung 34 von der Bremsscheibe 14 entfernt und der Stützhebel 20 mit der Betätigungseinrichtung 25 über seine zur Bremsscheibe 14 senkrechte Stellung hinweg in eine der umgekehrten Drehrichtung der Bremsscheibe 14 schräg entgegengerichtete Stützrichtung verschwenkt. Anschließend wird der zweite Reibbremsbelag 18 der Bremsscheibe 14 wieder angenähert.
Zur Verwirklichung einer Feststellbremsfunktion wird der Stützhebel 20 soweit verschwenkt, dass er an einem der Anschläge 32 anliegt und die Scheibenbremse 10 wird mit der Stelleinrichtung 34 zugespannt, die durch ihre Ausbildung mit hoher Stellkraft eine zur Verwirklichung der Feststellbremsfunktion ausreichend hohe Bremskraft aufzubringen in der Lage ist. Durch die selbsthemmende Ausbildung des Spindeltriebs 46 der Stelleinrichtung 34 bleibt die aufgebrachte Bremskraft bei stromloser Stelleinrichtung 34 (und stromloser Betätigungseinrichtung 25) aufrechterhalten. Der Stützhebel 20 kann mit dem Elektromotor 26 oder mit der Stelleinrichtung 34 gegen den Anschlag 32 verschwenkt werden.

Claims

Reibungsbremse mit mechanischer Selbstverstärkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Reibbremsbelag, der schwenkbar an einem Stützelement angelenkt ist, das seinerseits schwenkbar an einem Widerlager angelenkt ist und den Reibbremsbelag beim Bremsen unter einem Stützwinkel schräg zu einem zu bremsenden Bremskörper abstützt, und mit einer Betätigungseinrichtung, mit der das Stützelement schwenkbar und der Reibbremsbelag dadurch gegen den Bremskörper drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (10) eine Stelleinrichtung (34) aufweist, mit der ein Abstand des Widerlagers (24) vom Bremskörper (14) einstellbar ist.
Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (34) selbsthemmend ist.
Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (20) eine Schwenkwinkelbegrenzung (32) aufweist.
Reibungsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (10) eine Scheibenbremse mit einem Schwimmsattel (12) ist, die einen zweiten Reibbremsbelag (18) auf einer dem einen – ersten – Reibbremsbelag (16) abgewandten Seite einer den Bremskörper bildenden Bremsscheibe (14) aufweist, und dass die Stelleinrichtung (34) den zweiten Reibbremsbelag (18) quer zur Bremsscheibe (14) bewegt.
Verfahren zur Betätigung einer Reibungsbremse, die eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung mit verstellbarer Selbstverstärkung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstverstärkung so eingestellt wird, dass die Reibungsbremse (10) mit maximaler Betätigungskraft bis an eine Blockiergrenze gebremst werden kann.
Verfahren zur Betätigung einer Reibungsbremse, die eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung mit verstellbarer Selbstverstärkung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstverstärkung während einer Bremsung verstellt wird, wenn sich ein Reibwert zwischen dem Reibbremsbelag (16) und dem Bremskörper (14) ändert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung der Bremsung die Selbstverstärkung zeitabhängig wieder in Richtung ihrer ursprünglichen Höhe verstellt wird.