DE19605988A1 - Device for actuating a wheel brake of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Sie ist zusätzlich zu einer vorhandenen, hydraulischen Bremsbetätigungseinrichtung oder auch als allein vorhandene Bremsbetätigungseinrichtung vorgesehen.The invention relates to a device for actuating a Wheel brake of a vehicle with the features of the generic term of claim 1. It is in addition to an existing, hydraulic brake actuator or as only existing brake actuator is provided.
Aus der US-PS 4 995 483 ist eine derartige Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse bekannt. Diese weist einen Antriebsmotor auf, der über ein Getriebe und zusätzlich über einen Zahnradantrieb einen Rollengewindetrieb antreibt, der die rotatorische Antriebsbewegung des Antriebsmotors in eine Linearbewegung zur Bremsbetätigung umsetzt. Der Rollengewindetrieb weist eine Gewindespindel auf, auf der nach Art von Planetenrädern eines Planetengetriebes umlaufende Planetenrollen angeordnet sind, die ein Gewinde aufweisen, das in das Gewinde der Spindel des Rollengewindetriebs eingreifen. Die Planetenrollen werden von einer Mutter umschlossen, deren Innengewinde in das Gewinde der Planetenrollen eingreift. Eine rotierende Antriebsbewegung der Mutter oder der Spindel bewirkt eine Umlaufbewegung der Planetenrollen in der Mutter um die Spindel herum, der eine Rotation der Planetenrollen um ihre Längsachsen überlagert ist. Die Bewegung der Planetenrollen bewirkt eine axiale Verschiebung der Spindel gegenüber der Mutter, die zur Bremsbetätigung genutzt wird.Such a device is known from US Pat. No. 4,995,483 Applying a wheel brake known. This has one Drive motor on, via a gearbox and additionally via a gear drive drives a roller screw that the rotary drive movement of the drive motor in one Implemented linear movement for brake actuation. Of the Roller screw drive has a threaded spindle on which in the manner of planet gears of a planetary gear revolving planetary rollers are arranged, which are a thread have, which in the thread of the spindle of Intervene roller screw. The planetary roles are from a nut enclosed, the internal thread in the thread the planetary rollers engages. A rotating one The drive movement of the nut or spindle causes one Orbital movement of the planet rollers in the mother around the Spindle around which rotates the planetary rollers around their Longitudinal axes is superimposed. The movement of the planetary rollers causes an axial displacement of the spindle relative to the Mother used for brake application.
Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie aufgrund der notwendigen Getriebe- und Zahnraduntersetzung groß baut und daher nicht im Innenraum einer Felge eines Fahrzeugs unterbringbar ist. Des weiteren ist die bekannte Vorrichtung schwer, so daß die ungefederte Masse am Rad groß wird, was die Fahreigenschaften des Fahrzeugs verschlechtert. Weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist deren hohe mechanische Reibung und damit verbunden ihr schlechter Wirkungsgrad, der einen verhältnismäßig leistungsstarken Antriebsmotor erforderlich macht, was den Platzbedarf der bekannten Vorrichtung und deren Masse vergrößert und im Falle eines Elektromotors als Antriebsmotor eine hohe Stromaufnahme bedeutet.The known device has the disadvantage that it is due to builds the necessary gear and gear reduction large and therefore not in the interior of a rim of a vehicle can be accommodated. Furthermore, the known device heavy, so that the unsprung mass on the wheel is big, what the driving characteristics of the vehicle deteriorate. Further The disadvantage of the known device is its high mechanical Friction and the associated poor efficiency a relatively powerful drive motor requires what the space requirement of the known Device and its mass enlarged and in the case of a Electric motor as the drive motor has a high current consumption means.
Der Rollengewindetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist Planetenrollen mit einer Grobprofilierung und einem Feinprofil auf. Die Grobprofilierung ist beispielsweise in Form von Einstichen umlaufend ohne Steigung ausgeführt. Sie greift in eine grobkomplementäre Innenprofilierung der Mutter ein, die ebenfalls keine Steigung aufweist. Die Grobprofilierung bewirkt einen Formschluß in axialer Richtung zwischen der Mutter und den planetenrollen, es findet keine Axialbewegung zwischen Mutter und Planetenrollen statt. Das als Mutter bezeichnete Teil des Rollengewindetriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist strenggenommen keine Mutter, da ihre Profilierung umlaufend ohne Steigung ausgebildet, also kein Gewinde ist.The roller screw drive of the device according to the invention has planetary rollers with a rough profile and a Fine profile on. The rough profile is, for example, in Form of recesses all around without slope. she engages in a roughly complementary inner profile of the mother a, which also has no slope. The Coarse profiling causes a form fit in the axial direction between the mother and the planetary rollers, there is none Axial movement takes place between the nut and planet rollers. The part of the roller screw drive of the Strictly speaking, the device according to the invention is not one Mother, because her profile is all-round without a slope trained, so there is no thread.
Mit ihrem Feinprofil greifen die Planetenrollen in axialer Richtung formschlüssig in ein Spindelprofil der Spindel ein. Dabei hat zumindest das Spindelprofil oder das Feinprofil der Planetenrollen eine Steigung, ist also als Gewinde ausgebildet. Beim Abwälzen der Planetenrollen auf der Spindel durch rotierenden Antrieb der Mutter oder der Spindel wird die Spindel bezüglich der Planetenrollen und damit auch bezüglich der Mutter in axialer Richtung bewegt. Die Reibung des Rollengewindetriebs ist infolge der Wälzbewegung der Planetenrollen klein, der Wirkungsgrad also hoch.With their fine profile, the planetary rollers grip axially Form-fitting direction in a spindle profile of the spindle. At least the spindle profile or the fine profile has Planetary pitch is a pitch, so it is a thread educated. When rolling the planetary rollers on the spindle by rotating the nut or spindle the spindle with respect to the planetary rollers and thus also moved in the axial direction with respect to the nut. The friction the roller screw is due to the rolling motion of the Planetary rollers small, so the efficiency is high.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß ihr Rollengewindetrieb eine große Untersetzung zuläßt, so daß ein vergleichsweise schwacher und damit kleiner Antriebsmotor zur Bremsbetätigung ausreicht. Die Zwischenschaltung eines Getriebes erübrigt sich, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr kompakt, klein und mit geringem Gewicht hergestellt werden kann.The device according to the invention has the advantage that you Roller screw allows a large reduction, so that a comparatively weak and therefore small drive motor for Brake actuation is sufficient. Interposing a Transmission is unnecessary, so that the invention Device very compact, small and light in weight can be manufactured.
Ist nur das Feinprofil der Planetenrollen oder nur das Spindelprofil als Gewinde, und das jeweils andere dieser beiden Profile ohne Steigung ausgebildet, so muß das Feinprofil von Planetenrolle zu Planetenrolle um die Teilung geteilt durch die Anzahl der Planetenrollen bezüglich der Grobprofilierung der Planetenrollen versetzt sein, um den Eingriff der Planetenrollen sowohl in der Mutter als auch auf der Spindel zu ermöglichen.Is it just the fine profile of the planetary rollers or just that Spindle profile as thread, and the other of these trained both profiles without a slope, so it must Fine profile from planetary roller to planetary roller around the division divided by the number of planetary roles with respect to Coarse profiling of the planetary rollers can be offset by the Engagement of the planet rollers both in the mother and on to allow the spindle.
Es können auch das Feinprofil der Planetenrollen und das Spindelprofil als Gewinde ausgebildet sein. Durch Wahl der Durchmesserverhältnisse von Planetenrollen zu Gewindespindel läßt sich das Untersetzungsverhältnis des Rollengewindetriebs, also das Verhältnis der rotierenden Antriebsbewegung zur Linearbewegung der Bremsbetätigung in weiten Bereichen variieren. Um das Untersetzungsverhältnis noch weiter zu vergrößern, können die Steigung des Feinprofils der Planetenrollen und des Spindelprofils gleich- oder entgegengesetzt orientiert sein. Dadurch läßt sich ein beliebig großes Untersetzungsverhältnis erzielen. Die Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes zwischen Antriebsmotor und Rollengewindetrieb erübrigt sich. Dadurch läßt sich eine sehr leichte und sehr kompakte Vorrichtung zur Bremsbetätigung aufbauen.It can also the fine profile of the planetary rollers and that Spindle profile can be designed as a thread. By choosing the Diameter ratios of planetary rollers to threaded spindles can the reduction ratio of the Roller screw drive, i.e. the ratio of the rotating Drive movement for linear movement of the brake actuation in vary widely. About the reduction ratio to enlarge the slope of the Fine profile of the planetary rollers and the spindle profile the same or be oppositely oriented. This allows one achieve any reduction ratio. The Interposition of a reduction gear between The drive motor and roller screw are not necessary. Thereby can be a very light and very compact device for Install brake actuation.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung.The subclaims relate to advantageous refinements and Developments of the invention specified in the main claim.
Vorzugsweise ist der Antriebsmotor ein Elektromotor (Anspruch 2). Es kommen beispielsweise aber auch ein hydraulischer oder pneumatischer Antriebsmotor in Frage.The drive motor is preferably an electric motor 2). But there is also a hydraulic or pneumatic drive motor in question.
Da kein Untersetzungsgetriebe benötigt wird, kann der Antriebsmotor gemäß Anspruch 3 unmittelbar auf der Spindel oder auf der Mutter angebracht werden, um Baugröße und Gewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter zu verkleinern.Since no reduction gear is required, the Drive motor according to claim 3 directly on the spindle or be attached to the mother to size and Weight of the device according to the invention further downsize.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die beiden Figuren zeigen Achsschnitte durch zwei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen.The invention is described below with reference to two in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. The both figures show axis sections through two Embodiments of devices according to the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Betätigung einer Radbremse umfaßt einen Elektro-An triebsmotor 12 und einen Rollengewindetrieb 14. Sie ist in eine zweistückige Bremszange 16 eingebaut und drückt bei Betätigung zwei Bremsbeläge 18 gegen eine Bremsscheibe 19, von der nur ein äußeres Bruchstück dargestellt ist.The illustrated in Fig. 1, device 10 of the invention for actuating a wheel brake comprising an electric drive motor at 12, and a roller screw drive 14. It is installed in a two-piece brake caliper 16 and, when actuated, presses two brake pads 18 against a brake disc 19 , of which only an outer fragment is shown.
Der Rollengewindetrieb 14 umfaßt eine sog. Mutter 20, eine koaxial in der Mutter 20 befindliche Gewindespindel 22 sowie mehrere Planetenrollen 24, die sich in einem zylindrischen Zwischenraum zwischen der Mutter 20 und der Gewindespindel 22 befinden. Die Planetenrollen 24 sind wie Planetenräder eines Planetengetriebes um die Spindel 22 herum angeordnet und wälzen bei rotierendem Antrieb der Mutter 20 auf der Gewindespindel 22 ab.The roller screw drive 14 comprises a so-called nut 20 , a threaded spindle 22 located coaxially in the nut 20 and a plurality of planetary rollers 24 which are located in a cylindrical space between the nut 20 and the threaded spindle 22 . The planet rollers 24 are arranged like planet gears of a planetary gear around the spindle 22 and roll with a rotating drive of the nut 20 on the threaded spindle 22 .
Die Planetenrollen 24 sind mit einem Feinprofil 26 in Form umlaufender Rillen ohne Steigung versehen. Die Rillen des Feinprofils 26 sind komplementär zu einem Feingewinde 28 der Gewindespindel 22, mit dem sie in Eingriff stehen. Auf diese Weise besteht ein Formschluß in axialer Richtung zwischen der Spindel 22 und den Planetenrollen 24. Aufgrund des Feingewindes 28 verschiebt sich die Spindel 22 gegenüber den Planetenrollen 24, wenn diese infolge rotierenden Antriebs der Mutter 20 auf der Spindel 22 umlaufen.The planetary rollers 24 are provided with a fine profile 26 in the form of circumferential grooves without a slope. The grooves of the fine profile 26 are complementary to a fine thread 28 of the threaded spindle 22 , with which they are in engagement. In this way, there is a positive connection in the axial direction between the spindle 22 and the planet rollers 24 . Due to the fine thread 28 , the spindle 22 moves relative to the planetary rollers 24 when they rotate on the spindle 22 as a result of the rotating drive of the nut 20 .
Zusätzlich zu ihrem Feinprofil 26 weisen die Planetenrollen 24 eine Grobprofilierung 30 in Form umlaufender Einstiche auf, die tiefer sind als das Feinprofil 26 und das Feinprofil 26 in Abständen unterbrechen. Mit der Grobprofilierung 30 stehen die Planetenrollen 24 in Eingriff mit einer komplementären, groben Innenprofilierung 32 der Mutter 20. Die grobe Innenprofilierung 32 der Mutter 20 ist ebenfalls umlaufend ohne Steigung ausgebildet. Die grobe Innenprofilierung 32 ist also kein Gewinde, das Teil 20 genaugenommen keine Mutter. Durch den Eingriff der Grobprofilierung 30 der Planetenrollen 24 in die grobe Innenprofilierung 32 der Mutter 20 besteht ein Formschluß in axialer Richtung. Da weder die Grobprofilierung 30 der Planetenrollen 24 noch die grobe Innenprofilierung 32 der Mutter 20 eine Steigung aufweisen, bewegen sich die Planetenrollen 24 in axialer Richtung nicht gegenüber der Mutter 20, auch wenn diese rotierend angetrieben wird.In addition to their fine profile 26 , the planetary rollers 24 have a coarse profile 30 in the form of circumferential recesses which are deeper than the fine profile 26 and interrupt the fine profile 26 at intervals. With the coarse profiling 30 , the planetary rollers 24 are in engagement with a complementary, coarse inner profiling 32 of the nut 20 . The coarse inner profile 32 of the nut 20 is also formed all round without a slope. The coarse inner profile 32 is therefore not a thread, the part 20 strictly speaking not a nut. Due to the engagement of the coarse profile 30 of the planetary rollers 24 in the coarse inner profile 32 of the nut 20, there is a positive connection in the axial direction. Since neither the coarse profiling 30 24 nor the rough inner profile 32 of the nut 20 have a slope of the planetary rollers, the planetary rollers 24 does not move in the axial direction relative to the nut 20, even if it is rotationally driven.
Durch rotierenden Antrieb der Mutter 20 werden die Planetenrollen 24 zu einer umlaufenden Abwälzbewegung um die Spindel 22 herum angetrieben, wobei sie diese in axialer Richtung verschieben. Die axiale Verschiebung der Spindel 22 dient dazu, einen der beiden Bremsbeläge 18 gegen die Bremsscheibe 19 zu drücken. Über die Bremszange 16 wird der andere Bremsbelag 18 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 19 gedrückt und die Scheibenbremse auf diese Weise betätigt. Durch rotierenden Antrieb der Mutter 20 in entgegengesetzter Richtung wird die Scheibenbremse wieder gelöst. Aufgrund der großen Untersetzung des Rollengewindetriebs 14 genügt ein verhältnismäßig leistungsschwacher Antriebsmotor 12 ohne Zwischenschaltung eines Getriebes zur Bremsbetätigung.By rotating the nut 20 , the planetary rollers 24 are driven to rotate around the spindle 22 , whereby they move them in the axial direction. The axial displacement of the spindle 22 serves to press one of the two brake pads 18 against the brake disc 19 . The other brake pad 18 is pressed against the other side of the brake disc 19 via the brake caliper 16 and the disc brake is actuated in this way. The disc brake is released again by rotating the nut 20 in the opposite direction. Due to the large reduction of the roller screw drive 14 , a relatively low-power drive motor 12 is sufficient to actuate the brake without the interposition of a gear.
Die Mutter 20 ist mit zwei Radial-Kugellagern 34 in der Bremszange 16 gelagert. Über ein Axial-Kugellager 36 stützt sie sich bei der Bremsbetätigung in axialer Richtung gegen die Bremszange 16 ab.The nut 20 is mounted in the brake caliper 16 with two radial ball bearings 34 . Via an axial ball bearing 36 , it is supported in the axial direction against the brake caliper 16 when the brake is actuated.
Die Mutter 20 des Rollengewindetriebs 14 ist zugleich Rotor des Elektro-Antriebsmotors 12. In ihren Außenumfang sind Magnetpole 38 eingebettet. Ein Stator mit Blechpaketen 40 und Statorwicklungen 42 ist in die Bremszange 16 verdrehsicher eingesetzt. Es ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau der Bremszange 16, der nicht nennenswert größer ist als hydraulisch betätigte Einkolben-Bremszangen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 läßt sich somit gut in einer Felge eines Fahrzeugrades unterbringen.The nut 20 of the roller screw 14 is also the rotor of the electric drive motor 12 . Magnetic poles 38 are embedded in its outer circumference. A stator with laminated cores 40 and stator windings 42 is inserted in the brake caliper 16 so that it cannot rotate. The result is a very compact structure of the brake caliper 16 , which is not significantly larger than hydraulically operated single-piston brake calipers. The device 10 according to the invention can thus be accommodated well in a rim of a vehicle wheel.
Bei der in Fig. 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Vorrichtung 43 ist ein Rotor 44 des Elektro-Antriebsmotors 12 mit der Spindel 22 starr verbunden und die Mutter 20 des Rollengewindetriebs 14 drückt bei der Bremsbetätigung gegen den Bremsbelag 18. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Spindel 22 im Innern eines Bechers, in den sie an ihrem der Bremsscheibe 20 abgewandten Stirnseite einstückig übergeht. Der Becher bildet den Rotor 44 des Antriebsmotors 12, er umgreift die Mutter 20 des Rollengewindetriebs 14. In seine Umfangswand sind die Magnetpole 38 des Elektro-Antriebsmotors 12 eingebettet. Im übrigen ist die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 43 gleich wie die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 aufgebaut und funktioniert in gleicher Weise. Für übereinstimmende Teile sind gleiche Bezugszeichen verwendet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die entsprechenden Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.In the device 43 according to the invention shown in FIG. 2, a rotor 44 of the electric drive motor 12 is rigidly connected to the spindle 22 and the nut 20 of the roller screw drive 14 presses against the brake lining 18 when the brake is actuated. In this embodiment of the invention, the spindle 22 is located in the interior of a cup, into which it merges in one piece on its end face facing away from the brake disk 20 . The cup forms the rotor 44 of the drive motor 12 , it engages around the nut 20 of the roller screw drive 14 . The magnetic poles 38 of the electric drive motor 12 are embedded in its peripheral wall. Otherwise, the device 43 according to the invention shown in FIG. 2 has the same structure as the device 10 shown in FIG. 1 and functions in the same way. The same reference numerals are used for matching parts. To avoid repetition, reference is made to the corresponding explanations for FIG. 1.
Claims (4)
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