DE19628804B4

DE19628804B4 - Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse

Info

Publication number: DE19628804B4
Application number: DE19628804A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dr. Bill; Jürgen Balz; Vladimir Dusil
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: EP0912840A1; DE19628804A1; JP2000514540A; WO1998003801A1; US6158558A

Abstract

Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einem Bremssattel sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit, mit zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkenden, im Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen, wobei einer der Reibbeläge mittels eines Betätigungselementes durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit einen koaxial zum Betätigungselement angeordneten Elektromotor sowie ein wirkungsmäßig zwischen ihm und dem Betätigungselement angeordnetes Untersetzungsgetriebe aufweist, und wobei Mittel vorgesehen sind, die nach dem Betätigen des Elektromotors ein Rückdrehen seines Rotors bei anschließender Abschaltung des dem Elektromotor zugeführten Stroms verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel durch einen Elektromagneten (20 bzw. 21, 22) gebildet sind, dessen Anker (22) rotatorisch, längsverschiebbar an den Rotor (10) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremssattel sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit, mit zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkenden, im Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen, wobei einer der Reibbeläge mittels eines Betätigungselementes durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit einen koaxial zum Betätigungselement angeordneten Elektromotor sowie ein wirkungsmäßig zwischen ihm und dem Betätigungselement angeordnetes Untersetzungsgetriebe aufweist, und wobei Mittel vorgesehen sind, die nach dem Betätigen des Elektromotors ein Rückdrehen seines Rotors bei anschließender Abschaltung des dem Elektromotor zugeführten Stroms verhindern.

Eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse ist z.B. aus der DE 195 11 287 A1 bekannt. Die Betätigungseinheit der bekannten Scheibenbremse besteht aus einem Elektromotor, dessen Rotor mittels eines Rollengewindetriebs bzw. eines Planetengetriebes eine Gewindemutter antreibt. Die Drehbewegung der Gewindemutter wird auf eine Betätigungshülse übertragen bzw. bewirkt deren Axialverschiebung, durch die der der Betätigungseinheit zugeordnete Reibbelag in Eingriff mit der Bremsscheibe gebracht wird. Der Rollengewindetrieb wird dabei vorzugsweise vom Rotor des Elektromotors radial umgriffen. Als nachteilig werden bei der bekannten elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse insbesondere der verhältnismäßig beträchtliche Verbrauch elektrischer Energie sowie eine starke Erwärmung des Elektromotors empfunden, die insbesondere dann auftreten, wenn hohe Spannkräfte über einen längeren Zeitraum aufgebracht werden müssen.

Aus der US 4,836,338 ist eine elektromechanisch betätigbare Schwimmsattel-Scheibenbremse bekannt, deren Untersetzungsgetriebe als ein Planetengetriebe ausgebildet ist, das über einen Freilauf von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Verwendung des Freilaufs ist jedoch mit erheblichen Herstellungskosten verbunden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstig herstellbare, elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, die nach dem Aufbringen hoher Spannkräfte diese mit sehr geringen elektrischen Leistungen aufrechterhalten kann. Außerdem soll die Erwärmung des Elektromotors minimiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mittel durch einen Elektromagneten gebildet sind, dessen Anker rotatorisch, längsverschiebbar an den Rotor gekoppelt ist. Die Besonderheit eines derartigen Aktuators liegt in der Ausnutzung kleiner Luftspalte mit dem Resultat sehr hoher Anzugskräfte.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes steht der Anker in kraftübertragender Verbindung mit der Gewindemutter. Die Ankoppelung des Ankers an die Gewin demutter kann beispielsweise mittels einer formschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung erfolgen. Die formschlüssige Verbindung wird dabei vorzugsweise durch am Anker angeformte bzw. ausgebildete radiale Vorsprünge gebildet, die von in der Gewindemutter vorgesehenen Nuten aufgenommen wer den. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker und Gewindemutter erfolgt dagegen mittels Biegeblechstreifen, die eine begrenzte Relativverschiebung der beiden Teile zueinander in axialer Richtung ermöglichen. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass bei einem Energieausfall in der Bremsanlage der Elektromagnet – und damit die Haltefunktion der Bremse – immer den sicheren Zustand erreicht, so dass ein Blockieren der Bremse bei einem Energieausfall ausgeschlossen ist.

Eine Minimierung der dem Elektromagneten zugeführten elektrischen Leistung wird nach einem weiteren vorteilhaften Erfindungsmerkmal dadurch erreicht, dass die Wicklung der Elektromagnetenspule hochohmig ausgeführt ist.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine Ausführung der neuerungsgemäßen, elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse im Axialschnitt;
2. eine erste Ausführung der Verbindung zwischen der Gewindemutter und dem Anker, und
3 eine zweite Ausführung der Verbindung zwischen der Gewindemutter und dem Anker,
4 das Flußdiagramm der Funktion der neuerungsgemäßen Scheibenbremse.
Die in der Zeichnung dargestellte, elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach der Erfindung, die im gezeigten Beispiel als eine Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgebildet ist, besteht im wesentlichen aus einem in einem nicht gezeigten feststehenden Halter verschiebbar gelagerten Bremssattel 1 sowie einer Betätigungseinheit 2, deren Gehäuse 8 mittels nicht gezeigter Befestigungselemente am Bremssattel 1 befestigt ist. Ein Paar von Reibbelägen 4 und 5 ist im Bremssattel 1 derart angeordnet, dass sie der linken und der rechten Seitenfläche einer Bremsscheibe 3 zugewandt sind.
Nachstehend wird der in der Zeichnung rechts gezeigte Reibbelag 4 als erster Reibbelag und der andere, mit 5 bezeichnete Reibbelag als zweiter Reibbelag bezeichnet.
Während der erste Reibbelag 4 mittels eines Betätigungselements 30 durch die Betätigungseinheit 2 direkt mit der Bremsscheibe 3 in Eingriff bringbar ist, wird der zweite Reibbelag 5 durch die Wirkung einer bei der Betätigung der Anordnung vom Bremssattel 1 aufgebrachten Reaktionskraft gegen die gegenüberliegende Seitenfläche der Bremsscheibe 3 gedrückt.
Die vorhin erwähnte Betätigungseinheit 2 besteht aus einem Elektromotor 6, der im dargestellten Beispiel als ein permanentmagneterregter, elektronisch kommutierbarer (Torque-) Motor ausgebildet ist, essen Stator 9 unbeweglich im Gehäuse 8 angeordnet ist und dessen als eine Hohlwelle ausgebildeter Rotor 10 durch einen rohrförmigen Träger 28 gebildet ist, der mehrere Permanentmagnetsegmente 29 trägt. Zwischen dem Torque-Motor 6 und dem vorhin erwähnten, vorzugsweise koaxial zum Motor 6 angeordneten Betätigungselement 30 ist wirkungsmäßig ein Untersetzungsgetriebe 7 angeordnet, das im gezeigten Beispiel als ein Rollengewindetrieb 11 bis 14 ausgebildet ist.
Der Rollengewindetrieb besteht dabei aus einer Gewindemutter 11 sowie einer das vorhin erwähnte Betätigungselement bildenden Gewindespindel 14, wobei in der Gewindemutter 11 achsparallel Gewinderollen 12, 13 angeordnet sind, die bei einer Rotationsbewegung der Gewindemutter 11 sich ohne axiale Verschiebung planetenartig drehen und die Gewindespindel 14 in eine axiale Bewegung versetzen. Für eine radiale Führung der Gewinderollen 12, 13 sorgen zwei an deren Enden angeordnete Führungsscheiben 40 und nicht gezeigte Zahnkränze.
Die Anordnung ist dabei vorzugsweise derart getroffen, dass der Rotor 10 des Torque-Motors 6 drehfest, beispielsweise mittels einer Passfeder 39, mit der Gewindemutter 11 verbunden ist, während die Gewindespindel 14 unter Zwischenschaltung einer Kraftübertragungsplatte 24 den ersten Reibbelag 4 betätigt. Zwischen der Kraftübertragungsplatte 24 und dem ersten Reibbelag 4 ist vorzugsweise eine Verdrehsicherung 25 vorgesehen, die durch einen im Reibbelag 4 eingepressten Stift gebildet ist, der von einer in der Kraftübertragungsplatte 24 ausgebildeten Ausnehmung aufgenommen wird. Der Führung sowohl des Untersetzungsgetriebes 7 als auch der Hohlwelle bzw. des Rotors 10 dient ein am Bremssattel 1 sich abstützendes Radiallager, im gezeigten Beispiel ein Kreuzrollenlager 16, das aus einem mit dem Bremssattel 1 zusammenwirkenden, in 1 geteilt ausgeführten Lageraußenring 18, einem auf einer kragenförmigen radialen Erweiterung 15 der Gewindemutter 11 angeordneten Lagerinnenring 17 sowie mehreren, zwischen den beiden Lagerringen 17, 18 angeordneten Zylinderrollen 19 besteht. Die Lagerringe 17, 18 bilden vier rechtwinklig zueinander angeordnete Laufbahnen, die um 45° zur Lagerebene geneigt sind, bzw. zwei um 90° versetzte Laufbahnpaare, auf denen die Zylinderrollen 19 (in X-Anordnung) abwechselnd in einem der beiden Laufbahnpaare abwälzen. Da das verwendete Kreuzrollenlager 16 jede beliebige Kombina tion von Axial-, Radial- sowie Kippmomentbelastungen aufnehmen kann, kann auf ein zweites Lager verzichtet werden. Statt eines Kreuzrollenlagers kann auch ein Vierpunktlager Verwendung finden.
Um die Drehbewegung des Rotors 9 jederzeit verhindern sowie Steuersignale für eine Unterbrechung der Stromzufuhr zum Torque-Motor 6 gewinnen zu können, sind im Gehäuse 8 der Betätigungseinheit 2 elektromechanische Mittel 20 vorgesehen, die durch einen Elektromagneten gebildet sind. Der Elektromagnet 20 besteht seinerseits aus einer im Gehäuse 8 unbeweglich angeordneten Wicklung 21 sowie einem Anker 22, der rotatorisch an den Rotor 9 bzw. die Gewindemutter 11 so angekoppelt ist, dass er eine begrenzte Längsverschiebung in axialer Richtung durchführen kann.
Zur sicheren Erkennung einer Berührung zwischen den Reibbelägen 4, 5 mit der Bremsscheibe 3 sind die Reibbeläge 4, 5 mit Kontaktstiften 26 versehen. Der Innenraum des Gehäuses 8 wird einerseits durch einen im Bereich des Elektromagneten 20 am Gehäuse 8 angebrachten, die Wicklung 21 aufnehmenden Deckel 23 und andererseits durch eine elastische, membranartige Dichtung 27 vor Verunreinigungen, beispielsweise Spritzwasser, geschützt. Die Dichtung 27 ist dabei vorzugsweise zwischen dem Betätigungselement 30 bzw. der Gewindespindel 14 und einem am Lageraußenring 18 axial anliegenden Haltering 32 eingespannt.
Um schließlich die im Betrieb des Torque-Motors 6 entstehende Wärme wirksam an die Umgebung weiterleiten zu können, ist das Gehäuse 8 mit großflächigen Kühlrippen 33 versehen.
2 zeigt die vorhin erwähnte rotatorische Ankoppelung des Ankers 22 an die Gewindemutter 11, die vorzugsweise durch eine formschlüssige Verbindung der beiden Teile erfolgt. Zu diesem Zweck ist der Anker 22 mit zwei radial gegenüberliegend ausgebildeten Vorsprüngen 31 mit trapezförmigem Querschnitt versehen, die von zwei in der Wandung der zylindrischen Bohrung der Gewindemutter 11 entsprechend ausgebildeten Nuten 34 aufgenommen werden.
Bei der in 3 gezeigten Ausführung erfolgt die Ankoppelung des Ankers 22 an die Gewindemutter 11 mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, die im dargestellten Beispiel durch vier am Umfang gleichmäßig verteilte Biegeblechstreifen 35 gebildet ist, die über geeignete Befestigungsmittel an den vorhin erwähnten Teilen 11, 22 befestigt sind. Der für die Betätigung des Elektromagneten 20 erforderliche axiale Hub des Ankers 22 ist dabei durch die Elastizität der Blechstreifen 35 begrenzt.
Die Funktionsweise der neuerungsgemäßen Scheibenbremse ist dem in 4 dargestellten Flussdiagramm zu entnehmen.
Die Betätigung der Bremse wird mit dem Schritt 40 "Start" eingeleitet, in dem ein nicht gezeigtes Bremspedal betätigt wird. Ein ebenso nicht gezeigter, den Bremswunsch erfassender Sensor, beispielsweise ein Bremslichtschalter, erzeugt ein Steuersignal, das einer den Elektromotor 6 aktivierenden Elektronik zugeführt wird.
Im Schritt 41 erzeugt der durch die Elektronik angesteuerte Elektromotor 6 eine Spannkraft gemäß dem Bremswunsch, mit der ein Anlegen bzw. Andrücken der Beläge 4, 5 an die Bremsscheibe 3 erfolgt.
Im Schritt 42 "Bremswunschänderung?" wird abgefragt, ob nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit eine Bremswunschänderung stattgefunden hat oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so wird der Elektromagnet 20 im Schritt 43 "Motorbremse akti vieren " aktiviert und im Schritt 44 "Motorstromzufuhr unterbrechen" anschließend die Stromzufuhr zum Elektromotor 6 unterbrochen, so dass die am Anfang der Bremsung eingesteuerte Spannkraft aufrechterhalten wird.
Bei einer Änderung des Bremswunsches, beispielsweise einem Lösen der Bremse oder einer Erhöhung der Bremskraft, erfolgt im Schritt 45 "Motorbremse deaktivieren" ein Abschalten des dem Elektromagneten 20 zugeführten Stroms, so dass die Gewindemutter 11 freigegeben wird und eine Drehbewegung ausführen kann, die ein Verstellen der Gewindespindel 14 im gewünschten Sinne zur Folge hat.

Claims

Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einem Bremssattel sowie einer am Bremssattel angeordneten Betätigungseinheit, mit zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkenden, im Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen, wobei einer der Reibbeläge mittels eines Betätigungselementes durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungseinheit einen koaxial zum Betätigungselement angeordneten Elektromotor sowie ein wirkungsmäßig zwischen ihm und dem Betätigungselement angeordnetes Untersetzungsgetriebe aufweist, und wobei Mittel vorgesehen sind, die nach dem Betätigen des Elektromotors ein Rückdrehen seines Rotors bei anschließender Abschaltung des dem Elektromotor zugeführten Stroms verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel durch einen Elektromagneten (20 bzw. 21, 22) gebildet sind, dessen Anker (22) rotatorisch, längsverschiebbar an den Rotor (10) gekoppelt ist.
Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 1, wobei der Rotor des Elektromotors ringförmig ausgebildet ist, das Untersetzungsgetriebe radial umgreift und mit einer Gewindemutter zusammenwirkt, die ein axial verstellbares Betätigungselement betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (22) in kraftübertragender Verbindung mit der Gewindemutter (11) steht.
Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung des Ankers (22) an die Gewindemutter (11) mittels einer formschlüssigen Verbindung (31, 34) erfolgt.
Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung durch am Anker (22) angeformte bzw. ausgebildete radiale Vorsprünge (31) gebildet wird, die von in der Gewindemutter (11) vorgesehenen Nuten (34) aufgenommen werden.
Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung des Ankers (22) an die Gewindemutter (11) mittels einer kraftschlüssigen Verbindung (35) erfolgt.
Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker (22) und Gewindemutter (11) mittels Biegeblechstreifen (35) erfolgt, die eine begrenzte Relativverschiebung der beiden Teile (22, 11) zueinander in axialer Richtung ermöglichen.
Elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (21) des Elektromagneten (20) hochohmig ausgeführt ist.