DE19611911A1 - Bremsvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung nach der Gattung
des Hauptanspruchs.
Eine derartige Bremsvorrichtung ist bekannt aus der EP 0 520 525 B1.
Die bekannte Bremsvorrichtung weist einen
Elektromotor auf, der über ein Zahnradgetriebe eine
Reibungsbremse sowohl betätigt als auch wieder löst. Dies hat
den Nachteil, daß sich bei Ausfall des Elektromotors oder
seiner Stromversorgung die Reibungsbremse nicht, zumindest
nicht vollständig löst, d. h. es wirkt mindestens eine
erhebliche Restbremskraft an einem Fahrzeugrad. Hieraus
resultiert ein Giermoment, also ein am Fahrzeug wirksames
Drehmoment um dessen Hochachse, das die Fahrstabilität des
Fahrzeugs beeinträchtigt.
Hinzu kommt, daß die Höhe des Giermoments außer von der
Restbremskraft auch vom Reibwert zwischen Fahrzeugrad und
Fahrbahn abhängig ist und sich folglich mit dem
Fahrbahnzustand ändert. Bei niedrigem Reibwert oder bei
sprungartiger Änderung des Reibwertes neigt das Fahrzeugrad
zum Blockieren. Ist das betroffene Fahrzeugrad ein Vorderrad,
dann wird die Lenkbarkeit des Fahrzeugs eingeschränkt.
Desweiteren kann ein gebremstes Fahrzeugrad bei Kurvenfahrt
zum Schleudern des Fahrzeugs führen, ein blockiertes
Fahrzeugrad löst bei Kurvenfahrt mit hoher Wahrscheinlichkeit
ein Schleudern des Fahrzeugs aus.
Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs weist einen zweiten Elektromotor zum Lösen der
Reibungsbremse auf. Dies hat, insbesondere wenn beide
Elektromotoren an voneinander unabhängige Stromversorgungen
angeschlossen sind, den Vorteil, daß sich die Reibungsbremse
auch im Fehlerfall, womit ein Ausfall eines der beiden
Elektromotoren oder seiner Stromversorgung gemeint ist,
vollständig lösen läßt, d. h. es wirkt keine Restbremskraft
mehr, ein mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
bremsbares Fahrzeugrad ist frei drehbar. Lenkbarkeit und
Fahrstabilität des Fahrzeugs sind auch im Fehlerfall voll
gewährleistet.
Weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß im Fehlerfall
zumindest eine Teilbremskraft mit dem verbleibenden
Elektromotor aufbringbar ist, die Bremsvorrichtung fällt
keinesfalls vollständig aus.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung
zum Gegenstand.
Die beiden Elektromotoren können in ihrer Leistung und in
ihrem Drehmoment so ausgelegt werden, daß nur der erste eine
Maximalbremskraft erzeugt, die ausreicht, ein Fahrzeugrad
beispielsweise zu blockieren. Der zweite Elektromotor kann
schwächer ausgelegt werden, da er nur zum Lösen der
Reibungsbremse benötigt wird. Es können auch beide
Elektromotoren so ausgelegt werden, daß mit jedem von ihnen
die Maximalbremskraft erzeugbar ist (Anspruch 3). Dies hat
den Vorteil, daß die Bremsvorrichtung auch bei Ausfall eines
Elektromotors voll funktionsfähig bleibt.
Auch können die beiden Elektromotoren so ausgelegt sein, daß
jeder nur etwa die halbe, maximale Bremskraft aufbringt
(Anspruch 4). Zum Erzeugen der maximalen Bremskraft müssen
also beide Elektromotoren eingeschaltet werden. Dadurch
lassen sich notwendiger Bauraum und Gewicht der
erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung verringern. Weiterer
Vorteil ist, daß die Reibungsbremse im Fehlerfall immer noch
betätigbar ist, wenn auch nicht mit maximaler Bremskraft.
Gemäß Anspruch 5 weist die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
einen Rückstellwegsensor zum Ermitteln des Rückstellwegs von
Bremsbelägen beim Lösen der Reibungsbremse und damit des
Spalts zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe oder -trommel
auf. Damit läßt sich der Rückstellweg unabhängig von der
Abnutzung der Bremsbeläge auf einen konstanten Wert, also ein
definiertes Lüftspiel zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe
oder -trommel einstellen. Dies erbringt einen Dynamikgewinn
durch stets gleichbleibend kurzen Betätigungsweg und
gleichbleibend kurze Ansprechzeit beim Betätigen der
Reibungsbremse bis zum ersten Greifen auch bei zunehmender
Abnutzung ihrer Bremsbeläge. Desweiteren greifen alle
Radbremsen eines Fahrzeugs gleichzeitig und damit ab Beginn
einer Bremsung mit gleichmäßiger Bremskraftverteilung am
Fahrzeug, auch wenn die Bremsbeläge verschieden stark
abgenutzt sind. Das Fahrzeug wird nicht durch eine früher
wirkende Radbremse aus seiner Spur gebracht. Zusätzlicher
Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist, daß die
definierte Lüftspieleinstellung ohne aufwendige Mechanik
bewerkstelligt wird.
Ein Sperrgetriebe gemäß Anspruch 8, also ein Getriebe, das
keine Bewegung durch Kraft- oder Momentenbeaufschlagung an
seiner Antriebsseite zuläßt, sondern nur von seiner
Antriebsseite her antreib- und bewegbar ist, hat den Vorteil,
daß die Elektromotoren zum Konstanthalten der Bremskraft
nicht bestromt werden müssen. Dies bringt auch den Vorteil
mit sich, daß die Bremsvorrichtung als sich nicht
selbstlösende Feststellbremse verwendbar ist. Auch ein
selbsthemmendes Getriebe bringt die genannten Vorteile eines
Sperrgetriebes zumindest in begrenztem Umfang mit sich. Mit
selbsthemmendem Getriebe ist ein Getriebe gemeint, das eine
Bewegung durch Kraft- oder Momentenaufbringung nur zuläßt,
wenn die aufgebrachte Kraft oder das aufgebrachte Moment
einen Schwellenwert überschreitet. Selbsthemmende Getriebe
sind beispielsweise Zahnrad- oder Planetengetriebe. Diese
Getriebe erhöhen ein zum Drehen der unbestromten
Elektromotoren notwendiges Drehmoment zu ihrem Abtrieb hin um
den Faktor der Getriebeuntersetzung. Hinzu kommt eine innere
Reibung des selbsthemmenden Getriebes, zu deren Überwindung
auf der Abtriebsseite aufgrund der Getriebeuntersetzung ein
höheres Drehmoment als auf der Antriebsseite notwendig ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen
Bremsvorrichtung.
Die in der Zeichnung dargestellte, insgesamt mit 10
bezeichnete, erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist einen
Faust-Bremssattel 12 mit einem Paar Bremsbelägen 14 zum
Bremsen einer Bremsscheibe 16 auf, von der in der Zeichnung
nur ein Bruchstück dargestellt ist. Zum Andrücken der
Bremsbeläge 14 gegen die Bremsscheibe 16 ist in den
Bremssattel 12 ein Spindelgetriebe mit einer Gewindespindel
18 und einer Spindelmutter 20 eingebaut. Die Gewindespindel
18 drückt bei Bremsbetätigung gegen einen der beiden
Bremsbeläge 14 und eine Reaktionskraft drückt in an sich
bekannter Weise über den Bremssattel 12, den anderen
Bremsbelag 14 gegen die gegenüberliegende Seite der
Bremsscheibe 16.
Die Spindelmutter 20 ist mit zwei Radialkugellagern 22 im
Bremssattel 12 und in einem mit dem Bremssattel 12
beispielsweise durch Verschrauben verbundenen Deckel 24
drehbar gelagert. Sie stützt sich beim Andrücken der
Bremsbeläge 14 an die Bremsscheibe 16 über ein
Axialkugellager 26 gegen den Deckel 24 ab.
Die Spindelmutter 20 weist einen mit ihr einstückigen
Zahnkranz 28 auf, mit dem ein erstes Zahnrad 30 zum
rotierenden Antrieb der Spindelmutter 20 kämmt. Das erste
Zahnrad 30 ist drehfest auf einer Welle 32 eines Elek
tro-Rückstellmotors 34 angebracht.
Mit dem ersten Zahnrad 30 kämmt ein zweites Zahnrad 36, das
drehfest auf einer Welle 38 eines Elektro-Bremsbetätigungs
motors 40 angebracht ist. Beide Elektromotoren 34, 40 sind am
Deckel 24 des Bremssattels 12 angeflanscht. Die beiden
Zahnräder 30, 36 befinden sich in einem Hohlraum 42 zwischen
dem Deckel 24 und dem Bremssattel 12.
Im Ausführungsbeispiel sind die Wellen 32, 38 der
Elektromotoren 34, 40 parallel zur Gewindespindel 18
angeordnet und befinden sich in einer Ebene mit dieser, d. h.
der Betätigungsmotor 40 befindet sich bezüglich der
Gewindespindel 18 radial außerhalb des Rückstellmotors 34.
Selbstverständlich kann das zweite Zahnrad 36 des
Betätigungsmotors 40 auch an anderer Stelle des Umfangs in
das erste Zahnrad 30 des Rückstellmotors 34 eingreifen oder
an beliebiger Umfangsstelle mit dem Zahnkranz 28 der
Spindelmutter 20 kämmen, so daß sich die beiden
Elektromotoren 34, 40 nicht in einer Ebene 40 mit der
Gewindespindel 18 befinden und der Betätigungsmotor 40
geringeren Abstand zur Gewindespindel 18 hat. Auch können die
beiden Elektromotoren 34, 40 die Spindelmutter 20 über ein
nicht dargestelltes Winkelgetriebe antreiben. Diese Maßnahmen
dienen einem kompakten und insbesondere einem vorgegebenen
Einbauraum angepaßten Aufbau der erfindungsgemäßen
Bremsvorrichtung 10.
Zur Messung eines Rückstellwegs der Bremsbeläge 14 weist die
Bremsvorrichtung 10 eine Drehwinkelmeßeinrichtung 44 an der
Welle 32 des Rückstellmotors 34 auf. Mit ihm läßt sich der
Gesamtspalt zwischen den beiden Bremsbelägen 14 und der
Bremsscheibe 16 bei gelöster Reibungsbremse 14, 16, das sog.
Lüftspiel, ermitteln und einstellen. Da die Welle 32 des
Rückstellmotors 34 über das erste Zahnrad 30, den Zahnkranz
28 der Spindelmutter 20, die Spindelmutter 20 und die
Gewindespindel 18 mit dem von der Gewindespindel 18
betätigten Bremsbelag 14 verbunden ist, ist der Drehwinkel
der Welle 32 des Rückstellmotors 34 einem Zustellweg der
Bremsbeläge 14 zur Bremsscheibe 16 hin und einem Rückstellweg
weg von der Bremsscheibe 16 proportional.
Als Drehwinkelsensoren 44 kommen beispielsweise induktive,
kapazitive oder optische Meßvorrichtungen in Betracht, wie
sie in einer Vielzahl von Ausführungsformen an sich bekannt
sind. Vorteilhaft ist die Verwendung eines elektronisch
kommutierten Rückstellmotors 34, dessen elektronische
Kommutierung die Möglichkeit bietet, den Rückstellmotor 34
definiert rückdrehen zu lassen.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 10 ist
folgende: Zum Betätigen der Bremsvorrichtung 10 wird der
Betätigungsmotor 40 eingeschaltet und treibt über das zweite
und das erste Zahnrad 36, 30 die Spindelmutter 20 rotierend
an. Die Spindelmutter 20 setzt über die Gewindespindel 18 die
Rotationsbewegung in eine Verschiebebewegung um, welche den
in der Zeichnung rechts dargestellten Bremsbelag 14 gegen die
Bremsscheibe 16 drückt. Sobald dieser Bremsbelag 14 an der
Bremsscheibe 16 anliegt, drückt der als Schwimmsattel
ausgebildete Bremssattel 12 in an sich bekannter Weise den in
der Zeichnung links dargestellten Bremsbelag 14 gegen die
anderer Seite der Bremsscheibe 16.
Zum Lösen der Reibungsbremse 14, 16 wird der Rückstellmotor
34 eingeschaltet, der über das erste Zahnrad 30 die
Spindelmutter 20 in entgegengesetzter Richtung rotierend
antreibt und dadurch die Reibungsbremse 14, 16 wieder löst.
Mit der Drehwinkelmeßeinrichtung 44 wird der Drehwinkel des
Rückstellmotors 34 beim Lösen der Reibungsbremse ermittelt,
der dem Rückstellweg der Bremsbeläge 14 proportional ist. Die
Drehwinkelmeßeinrichtung 44 bildet also einen
Rückstellwegsensor für die Bremsbeläge 14. Der Rückstellmotor
34 wird nach Drehung um einen festgelegten Winkel, der im
Regelfall mehr als eine Umdrehung beträgt, abgeschaltet.
Dadurch wird ein definiertes Lüftspiel von ca. 0,1 mm-0,2
mm unabhängig von der Abnutzung der Bremsbeläge 14 und dem
Verschleiß der Bremsscheibe 16 erzielt. Eine Restbremskraft
nach Lösen der Bremsvorrichtung 10 ist Null, so daß bei
gelöster Bremsvorrichtung 10 die Bremsbeläge 14 nicht
abgenutzt werden, die Bremsvorrichtung 10 sich nicht
zusätzlich erwärmt und eine Fahrstabilität eines Fahrzeugs
nicht beeinträchtigt wird.
Die beiden Elektromotoren 34, 40 mit den beiden Zahnrädern
30, 36 und das Spindelgetriebe 18, 20 bilden ein
Sperrgetriebe. Dies bedeutet, daß sich die Reibungsbremse 14,
16 nicht selbsttätig nach Abschalten des Betätigungsmotors 40
löst, sondern nur durch Rückstellen mit dem Rückstellmotor 34
oder - im Fehlerfall - mit dem Betätigungsmotor 40. Dadurch
wird nur Strom zum Betätigen der Reibungsbremse 14, 16, zum
Vergrößern und Verringern der Bremskraft sowie zum Lösen der
Reibungsbremse 14, 16 benötigt. Beim Bremsen mit
gleichbleibender Bremskraft sind die Elektromotoren 34, 40
abgeschaltet oder es wird allenfalls der Betätigungsmotor 40
mit einem geringen Haltestrom beaufschlagt. Der
Stromverbrauch und eine Erwärmung der Elektromotoren 34, 40
ist infolgedessen gering.
Weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung ist
deren Verwendbarkeit als Feststellbremse: Dazu wird die
Bremsvorrichtung 10 mit dem Betätigungsmotor 40 betätigt und
anschließend der Strom abgeschaltet. Die Bremsvorrichtung 10
bleibt betätigt. Irgendwelche Feststellmittel werden nicht
benötigt. Als Sperrgetriebe anstelle des im
Ausführungsbeispiel verwendeten Spindelgetriebes 18, 20 kommt
beispielsweise auch ein Schneckengetriebe (nicht dargestellt)
in Betracht.
Auch ein selbsthemmendes Getriebe kann anstelle eines
Sperrgetriebes in Betracht kommen. Selbsthemmend bedeutet,
daß sich das Getriebe an seiner Abtriebswelle nur durch
Überwindung eines bestimmten Schwellendrehmoments bewegen
läßt. Selbsthemmende Getriebe können beispielsweise Zahnrad- oder
Planetengetriebe sein. Diese vergrößern ein zum Drehen
des stromlosen Elektromotors notwendiges Drehmoment um ihren
Untersetzungsfaktor an der Abtriebswelle. Hinzu kommt noch
die innere Reibung des selbsthemmenden Getriebes. Eine
bestimmte Bremskraft wird also auch mit einem selbsthemmenden
Getriebe bei unbestromten Elektromotoren aufrechterhalten.
Claims (9)
1. Bremsvorrichtung für Fahrzeuge, mit einer eine
Betätigungseinrichtung aufweisenden Reibungsbremse, welche
von einem ersten Elektromotor betätigbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Elektromotor (34)
aufweist, mit dem die Reibungsbremse (14, 16) lösbar ist.
2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beide Elektromotoren (34, 40) an zwei voneinander
unabhängige Stromversorgungen angeschlossen sind.
3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beide Elektromotoren (34, 40) so ausgelegt sind, daß mit
jedem von ihnen eine maximale Bremskraft erzeugbar ist.
4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Elektromotoren (34, 40) so ausgelegt sind, daß
zum Aufbringen einer maximalen Bremskraft beide
Elektromotoren (34, 40) notwendig sind.
5. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen Rückstellwegsensor (44) aufweist.
6. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß einer der beiden Elektromotoren (34, 40) ein
Gleichstrommotor ist mit einer Drehwinkelmeßeinrichtung (44)
ist.
7. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß einer der beiden Elektromotoren (34, 40) ein elektronisch
kommutierter Motor mit einer Drehwinkelmeßeinrichtung ist.
8. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie ein selbsthemmendes Getriebe
oder ein Sperrgetriebe (18, 20, 30, 34, 36, 40) aufweist.
9. Verfahren zum Betrieb einer Bremsvorrichtung nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Lösen der Reibungsbremse (14, 16) Bremsbeläge (14) um
einen festlegbaren Rückstellweg von einer Bremsscheibe (16),
Bremstrommel oder dgl. abgehoben werden.
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