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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Fahrzeugbremsanlage ist insbesondere
für Kraftfahrzeuge
wie Personen- und Lastkraftwagen und Krafträder vorgesehen.
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Es
sind selbstverstärkende
elektromechanische Radbremsen bekannt. Beispielsweise offenbart die
DE 101 51 950 A1 eine
derartige Bremse, die als Scheibenbremse ausgebildet ist. Zum Andrücken eines
Reibbremsbelags weist die bekannte Radbremse eine elektromechanische
Betätigungseinrichtung mit
einem Elektromotor und einem Spindeltrieb als Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe
auf, mit dem der Reibbremsbelag verschiebbar und dadurch an eine
Bremsscheibe drückbar
ist. Der Reibbremsbelag liegt in einem Bremssattel ein, der in an
sich bekannter Weise als sog. Schwimmsattel ausgeführt ist,
d.h. er ist quer zur Bremsscheibe verschieblich. Ein zweiter Reibbremsbelag,
der auf einer gegenüberliegenden
Seite der Bremsscheibe wie der eine Reibbremsbelag im Bremssattel
einliegt, wird beim Andrücken
des einen Reibbremsbelags an die Bremsscheibe in an sich bekannter
Weise durch Querverschiebung des Bremssattels an die andere Seite
der Bremsscheibe gedrückt.
Es sind auch andere Konstruktionen elektromechanischer Betätigungseinrichtungen
bekannt.
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Zur
Selbstverstärkung
weist die bekannte Reibbremse einen Keilmechanismus mit einem auf einer
der Bremsscheibe angewandten Rückseite
des einen Reibbremsbelags angeordneten Keil auf, der sich an einer
Schrägfläche im Bremssattel
abstützt, die
mit einem einem Keilwinkel entsprechenden Winkel schräg zur Bremsscheibe
verläuft.
Zur Betätigung der
Bremse verschiebt die elektromechanische Betätigungseinrichtung den Reibbremsbelag
in einer Drehrichtung der Bremsscheibe, die sich in Richtung eines
enger werdenden Keilspalts zwischen der Schrägfläche und dem Bremssattel dreht.
Der Reibbremsbelagbewegt sich schräg im Keilwinkel auf die Bremsscheibe
zu und wird an diese gedrückt.
Eine von der drehenden Bremsschreibe auf den Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft
beaufschlagt den Reibbremsbelag in Richtung des enger werdenden
Keilspalts zwischen der Schrägfläche des Bremssattels
und der Bremsscheibe. Durch die Abstützung des Reibbremsbelags über den
Keil an der Schrägfläche übt die Schrägfläche dem
sog. Keilprinzip entsprechend eine Abstützkraft auf den Keil aus, die
eine Kraftkomponente quer zur Bremsscheibe aufweist. Diese Kraftkomponente
quer zur Bremsscheibe stellt eine Andruckkraft dar, die den Reibbremsbelag
zusätzlich
zu einer von der Betätigungseinrichtung
aufgebrachten Kraft an die Bremsscheibe andrückt und dadurch die Bremskraft
erhöht.
Es wird also nur ein Teil der zum Bremsen notwendigen Andruckkraft
von der Betätigungseinrichtung
aufgebracht, die übrige
Andruckkraft wird von der Selbstverstärkungseinrichtung bewirkt.
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Anstelle
eines Keilmechanismus kann beispielsweise auch ein Hebelmechanismus
mit einem Hebel vorgesehen werden, der den Reibbremsbelag beim Bremsen
in einem Winkel schräg
zur Bremsscheibe abstützt.
Ein Stützwinkel
des Hebels entspricht dabei einem Keilwinkel des Keilmechanismus.
Außer
mechanischen Selbstverstärkungseinrichtungen
sind beispielsweise auch hydraulische Selbstverstärkungseinrichtungen
bekannt. Auch ist die Erfindung nicht auf Scheibenbremsen als Radbremsen
beschränkt,
es können
auch andere Bremsenbauformen Verwendung finden.
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Ein
Selbstverstärkungsfaktor
ist bei einem Keilmechanismus unter der Annahme eines konstanten
Reibwerts konstant. Durch Verwendung einer Rampe anstelle eines
Keils, deren Rampenwinkel sich über
ihren Verlauf ändert,
lässt sich
die Selbstverstärkung
in Abhängigkeit
von einem Verschiebeweg des Reibbremsbelags und damit abhängig von einer
Betätigungs-,
Andruck- und Bremskraft ändern. Beispielsweise
wird durch einen großen
Rampenwinkel am Beginn der Rampe eine schnelle Zustellung am Anfang
einer Betätigung
der Radbremse und durch einen kleinen Rampenwinkel am Ende der Rampe
eine hohe Selbstverstärkung
bei großer
Andruck- und Bremskraft erreicht.
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Eine
weitere selbstverstärkende
elektromechanische Radbremse offenbart die
EP 953 785 A2 . Während die
vorstehend erläuterte
Radbremse als Teilbelag-Scheibenbremse
ausgebildet ist offenbart die genannte
EP 953 785 A2 eine Vollbelag-Scheibenbremse
mit einem Belagträgerring,
der koaxial zu einer Bremsscheibe auf deren einer Seite angeordnet
ist und der Reibbremsbeläge
auf seiner der Bremsscheibe zugewandten Seite trägt. Auf einer der Bremsscheibe
abgewandten Seite weist der Belagträgerring Keilelemente auf, die
sich an drehbar und ortsfest gelagerten Walzen abstützen. Durch Drehen
des Belagträgerrings
gelangen die Keilelemente in Anlage an die Walzen, wodurch der Belagträgerring
in Richtung der Bremsscheibe bewegt wird und die Reibbremsbeläge gegen
die Bremsscheibe gedrückt
werden. Auch hier ergibt sich die oben beschriebene Selbstverstärkung aufgrund
des Keilprinzips. Die Keilelemente weisen einander entgegengesetzt
schräge
Keilflächen
auf, so dass bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe der Belagträgerring
ebenfalls in umgekehrter Richtung, d.h. wieder in Drehrichtung der
Bremsscheibe gedreht wird.
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In
der Praxis verwendete selbstverstärkende elektromechanische Radbremsen
weisen stets eine Selbstverstärkungseinrichtung
für eine
und eine weitere Selbstverstärkungseinrichtung
für eine
umgekehrte Drehrichtung, also beispielsweise zwei einander entgegengesetzt
schräge
Keilelemente auf, um eine Selbstverstärkungswirkung für Vor- und
Rückwärtsfahrt
zu haben. Der Keilwinkel und damit die Selbstverstärkung kann
für Vor-
und Rückwärtsfahrt gleich
oder verschieden sein. Selbstverstärkungseinrichtungen für beide
Drehrichtungen haben den Nachteil, dass die Radbremse aufwendiger
in ihrer Konstruktion und damit teurer ist. Weiterer Nachteil ist,
dass der Reibbremsbelag zur Betätigung
der Radbremse immer in Drehrichtung verschoben werden muss um die
Selbstverstärkung
zu erzielen. Bei einer Verschiebung des Reibbremsbelags entgegen der
Drehrichtung der Bremsscheibe ergäbe sich ohne zweite Selbstverstärkungseinrichtung
eine Selbstschwächung
der Andruck- und der Bremskraft, d.h. die Betätigungseinrichtung müsste eine
höhere Betätigungskraft
zur Erzielung einer bestimmten Andruckkraft des Reibbremsbelags
gegen die Bremsscheibe aufbringen, als es ohne Selbstverstärkungseinrichtung
der Fall wäre.
Dies ist der Grund, weswegen für
die praktische Anwendung in Kraftfahrzeugen ausschließlich Radbremsen
mit Selbstverstärkung
in beiden Drehrichtungen der Bremsscheibe in Betracht gezogen werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist Fahrzeugrädern zugeordnete
selbstverstärkende
elektromechanische Radbremsen auf. Dabei sieht die Erfindung vor,
dass alle oder zumindest ein Teil der Radbremsen eine Selbstverstärkung nur
für eine
Fahrtrichtung aufweisen. Grundsätzlich
kann die Fahrzeugbremsanlage auch als sog. Hybridbremsanlage ausgeführt sein,
bei der nur ein Teil der Radbremsen elektromechanisch und andere
Radbremsen hydraulisch oder in sonstiger Weise nicht-elektromechanisch
betätigt
werden.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass durch Verwendung elektromechanischer
Radbremsen mit Selbstverstärkung
nur in einer Drehrichtung zumindest für einen Teil der Radbremsen
konstruktiv einfachere und deswegen preisgünstiger herstellbare Radbremsen
Verwendung finden. Die Fahrzeugbremsanlage ist dadurch preisgünstiger.
Weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass für Radbremsen mit Selbstverstärkung nur
in einer Drehrichtung keine Dreh- oder Fahrtrichtungserkennung zur
Betätigung der
Bremsen erforderlich ist, da der Reibbremsbelag zur Betätigung immer
in derselben Richtung verschoben wird. Zusätzlicher Vorteil der Erfindung
ist eine einfache Möglichkeit
der Verschleißnachstellung. Beim
Lösen der
Radbremsen wird der Reibbremsbelag so weit zurückgestellt, dass sich ein gewünschtes Lüftspiel,
d.h. ein gewünschter
Spalt zwischen dem Reibbremsbelag und der Bremsscheibe, einstellt.
Bei Verschleiß des
Reibbremsbelags wird der Reibbremsbelag also nicht bis in seine
ursprüngliche
Ausgangslage bei unverschließenem
Reibbremsbelag zurückbewegt.
Ein Betätigungsweg
zum Überwinden des
Lüftspiels
ist dadurch unabhängig
vom Verschleiß des
Reibbremsbelags und stets konstant. Eine Selbstschwächung bei
umgekehrter Drehrichtung wird bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsanlage
in Kauf genommen. Dies ist akzeptabel, weil beispielsweise bei Rückwärtsfahrt
wegen der dynamischen Achslastverlagerung an der Vorderachse eine
vergleichsweise geringe Bremskraft ausreicht. Dabei ist zu bedenken,
dass die Radbremsen für
Höchstgeschwindigkeit
bei Vorwärtsfahrt
ausgelegt werden müssen,
weswegen für
Rückwärtsfahrt,
die nur mit einem kleinen Bruchteil der Höchstgeschwindigkeit bei Vorwärtsfahrt
erfolgt, eine erheblich geringere Bremskraft völlig ausreichend ist.
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Anspruch
1 ist darauf gerichtet, dass einer Vorderachse eines Fahrzeugs zugeordnete
Radbremsen eine nur in Vorwärtsfahrtrichtung
wirksame Selbstverstärkung
aufweisen. Es weisen also die Radbremsen, die jedenfalls bei Personenkraftwagen die
höchste
Bremskraft aufbringen müssen,
eine Selbstverstärkung
nur in Vorwärtsfahrtrichtung
auf.
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Um
für Rückwärtsfahrt
ebenfalls eine Selbstverstärkungswirkung
zu erzielen sieht Anspruch 2 vor, dass einer Hinterachse zugeordnete
Radbremsen eine nur in Rückwärtsfahrtrichtung
wirksame Selbstverstärkung
aufweisen.
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Anspruch
3 sieht im Unterschied dazu vor, dass der Hinterachse zugeordnete
Radbremsen ebenso wie die der Vorderachse zugeordneten Radbremsen
eine nur in Vorwärtsfahrtrichtung
wirksame Selbstverstärkung
aufweisen. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung wird auf eine hohe Bremskraft in Vorwärtsfahrtrichtung
an beiden Fahrzeugachsen wert gelegt, da hier die größten Bremskräfte erforderlich
sind. Trotz der Selbstschwächung der
Radbremsen bei Rückwärtsfahrt
ist die Bremskraft für
Rückwärtsfahrt
ausreichend.
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Anspruch
4 sieht vor, dass einer Hinterachse zugeordnete Radbremsen in beiden
Fahrtrichtungen wirksame Selbstverstärkungseinrichtungen aufweisen.
Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung werden also für
die Hinterachse Radbremsen verwendet, die, wie in der Praxis üblich, eine
Selbstverstärkung in
beiden Fahrtrichtungen aufweisen. Dadurch weisen zumindest die Radbremsen
einer Achse eine Selbstverstärkungswirkung
auch bei Rückwärtsfahrt auf.
Es müssen
allerdings konstruktiv aufwendigere und teurere Radbremsen in Kauf
genommen werden.
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Die
Ausgestaltung gemäß Anspruch
5 sieht vor, dass einer Hinterachse zugeordnete Radbremsen keine
Selbstverstärkungseinrichtung
aufweisen. Hier ist also die Bremskraft der Radbremsen der Hinterachse
unabhängig
von einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Solche Radbremsen sind wegen
der fehlenden Selbstverstärkungseinrichtung
konstruktiv einfacher und damit preisgünstiger.
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Der
nebengeordnete Anspruch 8 sieht vor, dass einer Vorderachse zugeordnete
elektromechanische Radbremsen eine in beiden Fahrtrichtungen wirksame
Selbstverstärkung
aufweisen und dass einer Hinterachse zugeordnete Radbremsen eine
nur in einer Fahrtrichtung wirksame Selbstverstärkung aufweisen. Auch bei dieser
Ausgestaltung der Erfindung ist eine Selbstverstärkungswirkung bei Rückwärtsfahrt
an einer Fahrzeugachse, in diesem Fall an der Vorderachse, gegeben.
An der Hinterachse werden konstruktiv einfachere und preisgünstigere
Radbremsen verwendet. Ggf. können
die der Hinterachse zugeordneten Radbremsen auch ohne Selbstverstärkungseinrichtung
ausgeführt
sein.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die
Zeichnungen sind als vereinfachte Schemadarstellungen zu verstehen.
Es zeigen:
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1 eine selbstverstärkende elektromechanische
Scheibenbremse; und
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2 bis 6 Anordnungsmöglichkeiten selbstverstärkender
elektromechanischer Radbremsen an Vorder- und Hinterachse eines
Kraftwagens gemäß der Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die
in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Radbremse
ist als Scheibenbremse 10 ausgebildet. Sie weist einen
Schwimmsattel 12 auf, der quer zu einer Bremsscheibe 14 verschieblich
ist. Die Bremsscheibe 14 ist drehfest mit einem Fahrzeugrad 15 verbunden.
Im Bremssattel 12 liegen beiderseits der Bremsscheibe 14 zwei
Reibbremsbeläge 16, 18 ein, deren
einer Reibbremsbelag 16 zum Bremsen mit einer elektromechanischen
Betätigungseinrichtung 20 in
einer Umfangs- oder Drehrichtung der Bremsscheibe 14 verschiebbar
und deren anderer Reibbremsbelag 18 unverschieblich im
Bremssattel 12 angeordnet ist. Die Betätigungseinrichtung 20 weist einen
Elektromotor 22 auf, mit dem über einen Spindeltrieb 24 der
Reibbremsbelag 16 verschieblich ist. Der Reibbremsbelag 16 stützt sich über einen
Keil 26 an einer Schrägfläche 28 des
Bremssattels 12 ab, er ist mit der Betätigungseinrichtung 20 entlang
der Schrägfläche 28 verschiebbar.
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Zum
Bremsen wird der Reibbremsbelag 16 mit der Betätigungseinrichtung 20 entlang
der Schrägfläche 28 in
Richtung eines enger werdenden Keilspalts zwischen der Schrägfläche 28 und
der Bremsscheibe 14 verschoben. Der Reibbremsbelag 16 bewegt
sich dadurch auf die Bremsscheibe 14 zu und wird an diese
gedrückt.
Dabei wird der Bremssattel 12 in an sich bekannter Weise
quer zur Bremsscheibe 14 verschoben und drückt den
anderen Reibbremsbelag 18 an die andere Seite der Bremsscheibe 14,
die dadurch gebremst wird. Die Bremsscheibe 14 beaufschlagt
die beiden Reibbremsbeläge 16, 18 mit
einer Reibungskraft, die in Drehrichtung der Bremsscheibe 14 gerichtet
ist. Dreht sich die Bremsscheibe 14 in Richtung des enger
werdenden Keilspalts zwischen der Schrägfläche 28 und der Bremsscheibe 14,
bewirkt die von der drehenden Bremsscheibe 14 auf den an
sie gedrückten,
verschieblichen Reibbremsbelag 16 ausgeübte Reibungskraft durch die
Abstützung
an der Schrägfläche 28 nach
dem sog. Keilprinzip eine Kraft mit einer Komponente quer zur Bremsscheibe 14.
Diese Kraft drückt
den Reibbremsbelag 16 zusätzlich zur Betätigungseinrichtung 20 an
die Bremsscheibe 14, die Andruckkraft beider Reibbremsbeläge 16, 18 und
damit die Bremskraft wird erhöht.
Dieser Effekt wird als Selbstverstärkung bezeichnet. Die Scheibenbremse 10 weist
mit dem Keil 26, der sich an der Schrägfläche 28 des Bremssattels 12 abstützt, eine
mechanische Selbstverstärkungseinrichtung
mit einem Keilmechanismus auf. Dreht sich die Bremsscheibe 14 in umgekehrter
Drehrichtung bewirkt der Keilmechanismus eine Selbstschwächung, d.h.
eine Andruckkraft der Reibbremsbeläge 16, 18 an
die Bremsscheibe 14 und damit eine Bremskraft der Scheibenbremse 10 ist
geringer als sie ohne den Keilmechanismus wäre.
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Die 2 bis 6 zeigen verschiedene Anordnungsmöglichkeiten
einer selbstverstärkenden
elektromechanischen Radbremse 10, wie sie in 1 dargestellt ist, an Rädern 30, 32, 34, 36 eines
im übrigen
nicht dargestellten Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
Die Radbremsen des Personenkraftwagens müssen nicht zwingend die in 1 schematisch und vereinfacht
dargestellte Konstruktion aufweisen, es sind auch andere Bremsenkonstruktionen
bekannt und möglich.
Auch kann die Fahrzeugbremsanlage des Kraftwagens als Hybridbremsanlage
ausgebildet sein, d.h. sie weist beispielsweise zwei elektromechanische
Radbremsen 10, wie sie in 1 dargestellt
ist, an einer Fahrzeugachse und beispielsweise herkömmliche,
hydraulische Radbremsen an der anderen Fahrzeugachse auf. Eine Vorwärtsfahrtrichtung
des Kraftwagens ist in 2 bis 6 nach links angenommen und
mit einem Pfeil 38 dargestellt. Die Selbstverstärkungsrichtung
der Radbremsen der Räder 30, 32, 34, 36 ist
jeweils mit einem Dreieck 40 dargestellt. Die Radbremsen
selbst sind in 2 bis 6 nicht dargestellt.
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Bei
der in 2 dargestellten
Fahrzeugbremsanlage wirken einer Vorderachse 42 zugeordnete
Radbremsen in Vorwärtsfahrtrichtung
selbstverstärkend,
die einer Hinterachse 44 zugeordneten Radbremsen wirken
in Rückwärtsfahrtrichtung selbstverstärkend. Es
wirken also die Radbremsen der Vorderachse 42, die beim
Bremsen bei Vorwärtsfahrt
aufgrund einer Gewichtsverteilung des Kraftwagens und einer Gewichtsverlagerung
beim Bremsen die größte Bremskraft
aufzubringen haben, bei Vorwärtsfahrt
selbstverstärkend.
Obwohl die der Hinterachse 44 zugeordneten Radbremsen bei
Vorwärtsfahrt
selbstschwächend
wirken, reicht ihre Bremskraft aus, da die Radbremsen der Räder 34, 36 der Hinterachse 44 beim
Bremsen eine erheblich geringere Bremskraft aufbringen müssen. Bei
einer Rückwärtsfahrt
ist zum einen die Geschwindigkeit niedriger als bei Vorwärtsfahrt
und zum anderen kehrt sich die dynamische Achslastverteilung um,
so dass die Bremskraft der bei Rückwärtsfahrt
selbstschwächenden
Radbremsen der Räder 30, 32 der
Vorderachse ausreicht.
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Bei
der in 3 dargestellten
Fahrzeugbremsanlage wirken alle vier Radbremsen bei Vorwärtsfahrt
selbstverstärkend.
Dadurch ist eine hohe Bremskraft an allen vier Fahrzeugrädern 30, 32, 34, 36 bei
Vorwärtsfahrt
möglich.
Da bei Rückwärtsfahrt die
Fahrgeschwindigkeit niedriger ist und außerdem eine geringere Bremskraft
ausreicht ist eine ausreichende Bremsung des Kraftwagens mit den
bei Rückwärtsfahrt
selbstschwächenden
vier Radbremsen immer noch ausreichend.
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Bei
der in 4 dargestellten
Fahrzeugbremsanlage wirken die der Vorderachse 42 zugeordneten
Radbremsen bei Vorwärtsfahrt
selbstverstärkend.
Die der Hinterachse 44 zugeordneten Radbremsen weisen Selbst verstärkungseinrichtungen für beide
Drehrichtungen der Fahrzeugräder 34, 36 und
somit für
beide Fahrtrichtungen des Kraftwagens auf. Die in beiden Fahrtrichtungen
selbstverstärkenden,
der Hinterachse 44 zugeordneten Radbremsen sind in 4 durch zwei einander entgegengerichtete,
an ihren Grundseiten zusammengesetzte Dreiecke 46 symbolisiert.
Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugbremsanlage hat
den Vorteil, dass alle vier Radbremsen bei Vorwärtsfahrt, bei der die höchste Bremskraft
erforderlich ist, selbstverstärkend
wirken. Bei Rückwärtsfahrt
wirken die der Hinterachse 44 zugeordneten Radbremsen selbstverstärkend. Von
Nachteil ist der größere Aufwand von
Radbremsen, die Selbstverstärkungseinrichtungen
für beide
Drehrichtungen aufweisen. Es ist dazu bei der in 1 dargestellten Radbremse 10 ein zweiter
Keil 26 und eine zweite Schrägfläche 28 notwendig,
deren Schräge
denjenigen des dargestellten Keils 26 und der dargestellten
Schrägfläche 28 entgegengerichtet
ist.
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Bei
der in 5 dargestellten
Fahrzeugbremsanlage weisen nur die der Vorderachse 42 zugeordneten
Radbremsen eine Selbstverstärkungseinrichtung
auf, die bei Vorwärtsfahrt
wirksam ist. Die der Hinterachse 44 zugeordneten Radbremsen
weisen keine Selbstverstärkungseinrichtung
auf. Sie können
elektromechanisch oder beispielsweise auch hydraulisch oder pneumatisch
betätigbar
sein.
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Bei
der in 6 dargestellten
Fahrzeugbremsanlage weisen die der Vorderachse 42 zugeordneten
Radbremsen Selbstverstärkungseinrichtungen
für beide
Dreh- und Fahrtrichtungen auf. Die der Hinterachse 44 zugeordneten
Radbremsen weisen eine Selbstverstärkungseinrichtung nur für eine Dreh-
und Fahrtrichtung auf, im dargestellten Beispiel wirkt die Selbstverstärkung in
Vorwärtsfahrtrichtung.
Die der Hinterachse 44 zugeordneten Radbremsen können allerdings
auch umgekehrt eine nur bei Rückwärtsfahrt
wirksame Selbstverstärkungseinrichtung
oder gar keine Selbstverstärkungseinrichtung
aufweisen.