DE10350085A1 - Messeinrichtung für eine elektro-mechanische Bremse - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor für eine elektromechanische Bremse. Der Kraftsensor besteht aus einem geschlossenen Ring mit einem C-förmigen Profil, das nach innen geöffnet ist. Die Krafteinleitung erfolgt entlang dem Innenumfang des Rings.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung für eine elektro-mechanische Bremse sowie eine elektromechanische Bremse für ein Kraftfahrzeug.
  • Bei elektro-mechanischen Bremsen im Bereich der Kraftfahrzeuge wird die Bremskraft elektromotorisch erzeugt und mechanisch auf die Bremsbacken übertragen. Bei elektromotorisch betätigten Scheibenbremsen wird der Kraftsensor in dem Kraftfluss angeordnet und dient dazu, die auf die Bremsscheibe ausgeübte Kraft genau zu messen, um eine entsprechende Ansteuerung des Motors vornehmen zu können.
  • Aus DE 101 51 561 A1 ist ein Kraftsensor für eine elektromechanische Bremse bekannt, der als Ring ausgebildet und mit drei in axialer Richtung vorstehenden Vorsprüngen versehen ist. Mittig zwischen den Vorsprüngen sind in radialer Richtung des Rings sich erstreckende Abstützbereiche ausgebildet. Die Einleitung der Kraft erfolgt über die axialen Vorsprünge, wobei die Reaktionskräfte über die Abstützbereiche eingeleitet werden. Dehnungsmessstreifenpaare sind zwischen axialen Vorsprüngen und Abstützbereichen auf dem Ringelement angeordnet. Bei einer Beaufschlagung des Kraftsensors mit der Bremskraft wird dieser wellenförmig verformt. Die Verformung wird von den Dehnungsmessstreifen und von einer Auswerteeinrichtung in die eingeleitete Bremskraft umgerechnet.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung für eine elektro-mechanische Bremse zu schaffen, die bei einfacher Herstellung möglichst ausreichend große Signale liefert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Messeinrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 sowie durch eine elektro mechanische Bremse mit den Merkmalen aus Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden jeweils den Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Messeinrichtung besitzt einen ringförmigen Kraftsensor sowie eine zugehörige Dehnungsmesseinrichtung. Der Kraftsensor besitzt die Form eines geschlossenen kreisförmigen Rings. Der Ring besitzt im Querschnitt ein C-förmiges Profil mit zwei parallel und beabstandet zueinander angeordneten Schenkeln. Im Gegensatz zu dem aus dem obigen Stand der Technik bereits bekannten ringförmigen Kraftsensor ist der erfindungsgemäße Kraftsensor nicht als ein im Querschnitt rechteckiger, sondern als ein im Querschnitt C-förmiger Ring ausgebildet. Die Krafteinleitung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Kraftsensor in die Schenkel, wodurch sich der Ring deformiert und der Abstand zwischen den Schenkelenden sich verringert. Die Dehnungsmesseinrichtung ist mindestens an einem der Schenkel angeordnet und erfasst die aufgrund der Biegung des Schenkels entstandene Dehnung. Die Dehnung des Schenkels kann dann mit an sich bekannten Verfahren in die Größe der eingeleiteten Kraft umgerechnet werden. Bevorzugt weisen die Schenkel in das Zentrum des Rings.
  • Die Verwendung eines C-Profils zur Kraftmessung liefert eine erheblich größere Genauigkeit der Signale und ermöglicht es, die bei einer elektro-mechanischen Bremse auftretenden Kräfte sehr zuverlässig zu messen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Übergang vom Grund des C-Profils zu den Schenkeln abgerundet. Vorzugsweise wird hierbei ein Krümmungsradius von ungefähr 1,5 mm eingesetzt. Der Ring besitzt Bereiche zum Einleiten einer zwischen einem Betätigungsorgan für eine Bremsbacke und einem Bremssattel der Bremse wirkenden Kraft, wobei die Bereiche zweckmäßigerweise an den freien Enden der Schenkel auf der Außenseite liegen. Die Bereiche zum Einleiten der Kraft verlaufen bevorzugt jeweils ringförmig entlang dem freien Ende der Schenkel.
  • Zum Messen der eingeleiteten Kraft ist eine Dehnungsmesseinrichtung neben dem Krafteinleitbereich auf der Außenseite des Schenkels angeordnet. Die Dehnungsmesseinrichtung wird in einer bevorzugten Ausgestaltung auf der zum Bremssattel weisenden Außenseite eines Schenkels angeordnet.
  • Die Dehnungsmesseinrichtung ist bevorzugt auf einem der Schenkel entlang dem Umfang angeordnet. Für eine Auswertung der Signale werden die Signale der über den Umfang verteilten Dehnungsmesseinrichtungen gemittelt.
  • Die Dehnungsmesseinrichtung besitzt Dehnungsmesswiderstände, die sich zweckmäßigerweise in radialer Richtung des Rings erstrecken. Die Signale der Dehnungsmesswiderstände werden parallel und/oder durch Reihenschaltung der Einzelwiderstände oder von Widerstandsbrücken herausgeführt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind als Dehnungsmesseinrichtung Silicium-Dehnungs-Messeinrichtungen (Silicon Strain Gages) vorgesehen. Solche Silicon Strain Gages sind beispielsweise aus WO 01/08227 bekannt. Hierbei handelt es sich um Halbleiter-Dehnungsmesser, die eine Widerstands-Trägerschicht und eine von dieser getragene Schicht aus elektrischleitendem Silicium aufweist. Ein besonderer Vorteil der Silicon Strain Gages besteht darin, da diese eine besonders geringe Dicke besitzen.
  • Bevorzugt besteht bei der Verwendung von Silicon Strain Gages der Kraftsensor aus einem ausscheidungshärtbaren Stahl. Vorzugsweise wird hier Stahl vom Typ 17-4PH oder Inconel 718 verwendet. Die Silicon Strain Gages werden bevorzugt mittels Bleiborat-Glaslot mit dem Kraftsensor verbunden.
  • Insgesamt erhält der Kraftsensor durch die Verwendung eines ausscheidungshärtbaren Stahls (PH-Stahl) eine deutlich größere Festigkeit. Im Vergleich zu den Stählen, die für die bekannte Dickschichtaufbringung der Dehnungsmesselemente geeignet sind, besitzt ein PH-Stahl mehr als die doppelte Festigkeit und Streckgrenze.
  • Alle PH-Stähle enthalten Nickel, um die Ausscheidungshärtung zu ermöglichen. Der Nickelgehalt senkt die Austentisierungstemperatur. Beim Abkühlen erfährt jeder Stahl bei Überschreiten der Austentisierungstemperatur eine Volumenänderung; liegt diese unterhalb der Erstarrungstemperatur einer aufprozessierten Widerstandsdickschicht, platzt die Schicht ab. Daher können PH-Stähle, trotz ihrer Festigkeit und großen Streckgrenze, nicht bei aufprozessierten Widerstands-Dickschichten eingesetzt werden.
  • Die Silicon Strain Gages, wie sie in WO 01/08227 beschrieben sind, werden mittels Bleiborat-Glaslot auf den Messring gebonden.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine elektromechanische Bremse mit einer vorstehend beschriebenen Messeinrichtung gelöst, wobei die Krafteinleitung in den Ring über Vorsprünge in dem Bremssattel erfolgt. Auch im zugehörigen zweiten Bereich zur Krafteinleitung erfolgt der Krafteintritt in den Ring bevorzugt über Vorsprünge an einem Betätigungselement für die Bremsbacken. Die Vorsprünge zur Einleitung der Kraft in die Messeinrichtung besitzen vorzugsweise eine ballige Auflagefläche. Bei einer ringförmig umlaufenden Krafteinleitung wird hierdurch ein kreisförmiger Krafteinleitungsbereich definiert.
    •
  • Die erfindungsgemäße Messeinrichtung sowie die elektromechanische Bremse werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine Prinzipskizze einer elektro-mechanischen Bremse,
  • 2 eine Detailansicht aus 1,
  • 3 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Kraftsensors,
  • 4 eine perspektivische Ansicht des geschnittenen Kraftsensors und
  • 5 eine bei dem Kraftsensor auftretende Verformung.
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer elektromechanischen Bremse für eine Bremsscheibe 10. Am äußeren Rand der Bremsscheibe 10 sind zwei Bremsbacken 12 und 14 auf gegenüberliegenden Seiten dieser angeordnet. Bremsbacke 12 ist an einen Bremssattel 16 montiert. Bremsbacke 14 ist an einem Druckstempel 18 gelagert. Der Druckstempel 18 besitzt ein Innengewinde und ist im Bereich seiner Verbindung mit der Bremsbacke 14 zu einem umlaufenden Flansch 20 aufgeweitet. Der Druckstempel 18 ist verschieblich in einer Hülse 22 gelagert. Die Hülse 22 ist durch eine Öffnung im Bremssattel 16 geführt. An ihrem zur Bremsbacke 14 weisenden Ende ist die Hülse 22 mit einem nach außen vorstehenden Flansch 24 versehen. Der Flansch 24 besitzt auf seiner von der Bremsbacke fortweisenden Seite einen Vorsprung 26, dessen freies Ende ballig abgerundet ist.
  • An seinem von der Bremsscheibe 10 fortweisenden Ende besitzt die Hülse 22 einen Boden 28, der mit einer zentralen Bohrung 30 versehen ist. In dem Druckstempel 18, der in der Hülse 22 angeordnet ist, verläuft in axialer Richtung eine Spindel 32, deren Schaft 34 aus der zentralen Bohrung 30 vorsteht. Das von dem Bremssattel fortweisende Ende des Schafts 34 ist mit einem Ritzel 36 versehen. Das Ritzel 36 wird von einem geeig net ausgebildeten Getriebe (nicht dargestellt gedreht, das von einem schematisch dargestellten Motor 38 angetrieben wird. Die Spindel 32 ist über Kugeln 40 in dem Druckstempel 18 gelagert.
  • Zwischen Hülse 22 und Bremssattel 16 ist ein ringförmiger Kraftsensor 42 angeordnet.
  • Im Betrieb wird auf das Ritzel 36 über den Motor ein Drehmoment ausgeübt, wodurch die Spindel 32 eine axiale Kraft auf den Druckstempel 18 ausübt. Hierdurch werden die Bremsbacken 12 und 14 mit der aufgebrachten Kraft gegen die Bremsscheibe 10 gepresst. Die Reaktionskraft des Druckstempels 18 wird durch die Lagerung der Spindel 32 in der Hülse 22 auf den Flansch 24 übertragen, wo diese Kraft auf den Kraftsensor 42 wirkt. Der Kraftsensor 42 erfährt seine Reaktionskraft von dem Bremssattel 16.
  • Wie in 2 dargestellt, besitzt auch der Bremssattel 16 einen Vorsprung 44, dessen Ende ballig ausgebildet ist. Wie aus 2 ersichtlich, erfolgt die Krafteinleitung in den Kraftsensor 42 über die Vorsprünge 26 und 44 ringförmig.
  • 3 und 4 zeigen den ringförmig ausgebildeten Kraftsensor. Auf seiner Innenseite besitzt der Ring eine umlaufende Nut 46, die zwei Schenkel 48 und 50 definiert. Wie in 4 dargestellt, ist vorzugsweise die Tiefe der Nut 46 derart gewählt, dass der Grund 52 des Rings eine größere Dicke als die beiden Schenkel 48 und 50 besitzt.
  • 5 zeigt schematisch die Funktionsweise des Kraftsensors 42. Das Kräftepaar 54 und 56 drückt die Schenkel 48 und 50 zusammen, so dass sich ihr Abstand von der Größe D auf die Größe d verringert. Die Verbiegung der Schenkel ruft auf ihren Außenseiten 58 und 60 eine Dehnung hervor, die durch ein Dehnungsmeßsystem 62 (vgl. 2) angegriffen wird. Aus der gemessenen Dehnung kann die Größe der eingeleiteten Kräfte 54, 56 berechnet werden.

Claims (18)

  1. Messeinrichtung für eine elektro-mechanische Bremse (EMB) in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kraftsensor (42) in Form eines geschlossenen Rings, der im Querschnitt ein C-förmiges Profil mit zwei parallel und beabstandet zueinander angeordneten Schenkeln (48, 50) aufweist, in die die Einleitung der zu messenden Kraft erfolgt, und mit einer Dehnungsmesseinrichtung (62), die auf einem der Schenkel (48, 50) angeordnet ist.
  2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (48, 50) zum Zentrum des Rings weisen.
  3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom Grund (52) des C-Profils zu den Schenkeln (48, 50) abgerundet ist, vorzugsweise mit einem Krümmungsradius von ungefähr 1,5 mm.
  4. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring Bereiche zum Einleiten einer zwischen einem Betätigungsorgan (18) für eine Bremsbacke (14) und einem Bremssattel (16) der Bremse wirkenden Kraft aufweist, wobei die Bereiche am freien Ende der Schenkel (48, 50) auf der Außenseite dieser liegen.
  5. Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche zum Einleiten der Kraft ringförmig entlang den freien Enden der Schenkel umlaufen.
  6. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesseinrichtung (62) neben einem der Krafteinleitungsbereiche auf der Außenseite des Schenkels angeordnet ist.
  7. Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesseinrichtung auf der zum Bremssattel weisenden Außenseite eines der Schenkel (50) angeordnet ist.
  8. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesseinrichtung (62) auf einem der Schenkel entlang dem Umfang angeordnet ist.
  9. Messeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Signale der Dehnungsmesseinrichtung (62) gemittelt werden.
  10. Messeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesseinrichtung (62) Dehnungswiderstände aufweist, die in radialer Richtung des Rings angeordnet sind.
  11. Messeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Dehnungswiderstände durch Parallel- und/oder Reihenschaltung von Einzelwiderständen oder von Widerstandsbrücken an eine Auswerteeinrichtung herausgeführt werden.
  12. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Dehnungsmesseinrichtung Silicium-Dehnungs-Messeinrichtungen (Silicon Strain Gages) vorgesehen sind.
  13. Messeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor aus einem ausscheidungshärtbaren Stahl hergestellt ist.
  14. Messeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der ausscheidungshärtbare Stahl vom Typ 17-4PH oder Inconel 718 ist.
  15. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Silicium-Dehnungs- Messeinrichtungen (Silicon Strain Gages) mittels Bleiborat-Glaslot mit dem Kraftsensor verbunden werden.
  16. Elektro-mechanische Bremse mit einer Messeinrichtung nach den Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Vorsprung (44) an dem Bremssattel (16) vorgesehen ist, über den die Krafteinleitung in den Ring erfolgt.
  17. Elektro-mechanische Bremse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Vorsprung (26) an dem Betätigungselement (22, 24) für eine der Bremsbacken (12, 14) vorgesehen ist, über den die Krafteinleitung in den Ring erfolgt.
  18. Elektro-mechanische Bremse nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (26, 44) zur Einleitung der Kraft an ihrer Anlagefläche ballig ausgebildet sind.
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