DE19650405A1 - Elektromechanische Radbremsvorrichtung - Google Patents
Elektromechanische RadbremsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische
Radbremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine derartige Radbremsvorrichtung ist bekannt aus der
WO 96/03301. Die bekannte Radbremsvorrichtung ist als
Scheibenbremse ausgebildet. Sie weist einen als Schwimmsattel
ausgebildeten Bremssattel auf, in dem zwei Reibbremsbeläge
beiderseits einer zwischen ihnen in Rotation versetzbaren
Bremsscheibe als Bremskörper angeordnet sind. Zum Andrücken
eines der beiden Reibbremsbeläge an die eine Seite der
Bremsscheibe weist die bekannte Radbremsvorrichtung einen
Spindeltrieb auf, dessen Gewindemutter von einem Elektromotor
rotierend antreibbar ist und dessen Gewindespindel gegen den
einen Reibbremsbelag drückbar ist. Der andere Reibbremsbelag
wird in an sich bekannter Weise durch beim Andrücken des
einen Reibbremsbelags auftretende Reaktionskräfte, die der
Schwimmsattel auf den anderen Reibbremsbelag überträgt, gegen
die andere Seite der Bremsscheibe gedrückt.
Zur Rückstellung der bekannten Radbremsvorrichtung im
Fehlerfall, d. h. bei Ausfall einer Steuerelektronik oder bei
Ausfall des Elektromotors oder seiner Stromversorgung, weist
die bekannte Radbremsvorrichtung eine Rückstellfeder in Form
einer Spiralfeder auf, die sich am Bremssattel abstützt und
an der Gewindespindel angreift. Diese Spiralfeder wird beim
Betätigen der Radbremsvorrichtung gespannt und löst die
Radbremsvorrichtung nach Beendigung einer Bremsung durch
Rückdrehen der Gewindespindel. Die bekannte Radbremsvor
richtung hat den Nachteil, daß ihre Rückstellfeder bei jeder
Bremsbetätigung gespannt wird, wozu Energie erforderlich ist,
wodurch der Wirkungsgrad der bekannten Radbremsvorrichtung
verringert ist. Hinzu kommt, daß die Federkraft der
Rückstellfeder beim Betätigen der Radbremsvorrichtung
zusätzlich von ihrem Elektromotor aufgegebracht und während
der Bremsung gehalten werden muß, der Elektromotor muß
dementsprechend stärker ausgelegt sein. Weiterer Nachteil
ist, daß die Rückstellfeder die Radbremsvorrichtung stets bis
in ihre voll zurückgestellte Ausgangsstellung zurückbewegt,
so daß ein Lüftspiel zwischen den Reibbremsbelägen und der
Bremsscheibe mit zunehmender Abnutzung der Reibbremsbeläge
größer wird. Dadurch vergrößert sich ein Zustellweg und
verlängert sich eine Zustellzeit bis die Reibbremsbeläge in
Anlage an die Bremsscheibe gelangen. Ebenso vergrößert sich
die Federkraft der Rückstellfeder, die zum Bremsen überwunden
werden muß mit zunehmender Abnutzung der Reibbremsbeläge, was
den Wirkungsgrad der Radbremsvorrichtung weiter verschlech
tert und einen ausreichend starken und standfesten
Elektromotor erforderlich macht.
Die erfindungsgemäße, elektromechanische Radbremsvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen selbsthem
mungsfreien Spindeltrieb auf, dessen Gewindespindel sich
durch Druck in axialer Richtung auf die Gewindespindel in
Drehung gegenüber der Spindelmutter versetzen und dadurch
axial verschieben läßt. Desweiteren sind erfindungsgemäß
sowohl die Spindelmutter als auch die Gewindespindel drehbar
gelagert, so daß eine Andruckkraft der Reibbremsbeläge an den
Bremskörper beim Bremsen, die eine Kraft in axialer Richtung
auf die Gewindespindel ausübt, diese in Rotation in der
Spindelmutter versetzt und dadurch eine Rückstellung der
erfindungsgemäßen Radbremsvorrichtung bewirkt, bis die
Reibbremsbeläge mit geringer, eine Restbremskraft bewirkender
Andruckkraft am Bremskörper anliegen, die eine nahezu freie
Drehbarkeit des Bremskörpers zuläßt. Dadurch ist das Lösen
der Radbremsvorrichtung bis auf eine akzeptable
Restbremskraft im Fehlerfall sichergestellt. Zur Betätigung
der Radbremsvorrichtung weist diese erfindungsgemäß eine
lösbare Drehsicherungseinrichtung auf, die eine Rotation der
Gewindespindel unterbindet und deren translatorische
Verschiebung in axialer Richtung durch rotierenden Antrieb der
Spindelmutter ermöglicht. Gelöst wird die Bremse durch
rotierenden Antrieb der Spindelmutter in entgegengesetzter
Richtung, so daß ein Lüftspiel zwischen Reibbremsbelag und
Bremskörper einstellbar ist. Ein Lösen der Drehsicherungs
einrichtung der Gewindespindel ist nur für den Fehlerfall
vorgesehen.
Erindungsgemäß ist es ebenso möglich, die Gewindespindel
anstelle der Gewindemutter rotierend anzutreiben und den
Reibbremsbelag mit der Spindelmutter anstelle der
Gewindespindel an den Bremskörper anzudrücken. In diesem Fall
greift die Drehsicherungseinrichtung an der Spindelmutter an.
Die erfindungsgemäße Radbremsvorrichtung hat den Vorteil, daß
ihre Drehsicherungseinrichtung, die ein Lösen der
Radbremsvorrichtung im Fehlerfall ohne den Elektromotor
ermöglicht, den Wirkungsgrad und die Funktion der
Radbremsvorrichtung nicht beeinflußt. Weiterer Vorteil ist,
daß das Lüftspiel zwischen Reibbremsbelag und Bremskörper mit
dem Elektromotor unabhängig von einer Abnutzung des
Reibbremsbelags stets auf den gleichen Wert einstellbar ist,
so daß sich Zustellweg und Zustellzeit nicht verlängern.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebene
Radbremsvorrichtung zum Gegenstand.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Radbremsvorrichtung
im Achsschnitt.
Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße,
elektromechanische Radbremsvorrichtung 10 ist als
Scheibenbremse ausgebildet. Sie weist einen Schwimmsattel 12
auf, in dem ein Paar Reibbremsbeläge 14 beiderseits einer
zwischen ihnen in Rotation versetzbaren Bremsscheibe 16
angebracht sind.
Zum Andrücken eines der beiden Reibbremsbeläge 14 an die
Bremsscheibe 16 weist die erfindungsgemäße Radbrems
vorrichtung 10 einen in ihren Schwimmsattel 12 eingebauten
Spindeltrieb 18 auf. Wegen der Reibungsarmut und eines hohen
Wirkungsgrades ist der Spindeltrieb 18 als Wälzgewindetrieb
in Form eines Rollengewindetriebs ausgebildet. Er weist eine
in einer Spindelmutter 20 koaxial einliegende Gewindespindel
22 und eine Anzahl Gewinderollen 24 auf, die in einem
Zwischenraum zwischen Spindelmutter 20 und Gewindespindel 22
angeordnet sind. Die Gewinderollen 24 stehen mit einem
Mutterngewinde 26 der Spindelmutter 20 und mit einem
Spindelgewinde 28 der Gewindespindel 22 in Eingriff. Durch
rotierenden Antrieb der Spindelmutter 20 werden die
Gewinderollen 24 zu einer umlaufenden Bewegung um die
Gewindespindel 22 herum wie Planetenräder eines
Planetengetriebes angetrieben. Während ihrer Umlaufbewegung
rollen die Gewinderollen 24 im Muttergewinde 26 und auf dem
Spindelgewinde 28 ab, sie führen während der Umlaufbewegung
um die Gewindespindel 22 herum eine Rotationsbewegung um ihre
eigene Achse aus. Über die umlaufenden Gewinderollen 24
bewirkt ein rotierender Antrieb der Spindelmutter 28 eine
translatorische Bewegung der Gewindespindel 22 in axialer
Richtung.
Zum rotierenden Antrieb der Spindelmutter 20 weist die
erfindungsgemäße Radbremsvorrichtung 10 einen Elektromotor 30
mit einer Schnecke 32 auf, die mit einer umlaufenden
Verzahnung 34 der Spindelmutter 20 kämmt. Anstelle des
Schneckengetriebes 32, 34 kann beispielsweise auch ein
Spiralkegelgetriebe vorgesehen werden (nicht dargestellt).
Der Elektromotor 30 ist als elektronisch kommutierbarer Motor
ausgebildet.
Die Spindelmutter 20 ist mit einem Paar Axial-Schrägrollen
lagern 36 drehbar im Schwimmsattel 12 gelagert und stützt
sich über die Schrägrollenlager 36 axial am Schwimmsattel 12
ab.
An einem der Bremsscheibe 16 zugewandten Stirnende der
Gewindespindel 22 ist einer der. Reibbremsbeläge 14
angeordnet. Eine Drehlagerung 38 zwischen der Gewindespindel
22 und dem Reibbremsbelag 14, die Druckkräfte in axialer
Richtung von der Gewindespindel 22 auf den Bremsbelag 14 und
in umgekehrter Richtung überträgt, ermöglicht eine Drehung
der Gewindespindel 22 gegenüber dem drehfesten Reibbremsbelag
14. Die Drehlagerung weist eine mit der Gewindespindel 22
einstückige Kalotte 40 auf, die in einer Halbkugelpfanne 42
größeren Durchmesser des Reibbremsbelags 14 einliegt. Die
Kalotte 40 bildet einen Lagerkopf, die Halbkugelpfanne 42
eine Lagerpfanne der Drehlagerung 38. Diese Drehlagerung 38
ist einfach in ihrem Aufbau und daher preiswert herstellbar.
Da nur im Fehlerfall, nicht aber beim vorgesehenen Betätigen
und Lösen der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 10, eine
Relativbewegung zwischen Gewindespindel 22 und Reibbremsbelag
14 stattfindet, ist eine Gleitlagerung als Drehlagerung 38
ausreichend, auf eine aufwendigere Wälzlagerung kann
verzichtet werden. Die Drehlagerung 38 mit der Kalotte 40 und
der Kugelpfanne 42 hat den Vorteil, daß sie in axialer
Richtung hohen Belastungen standhält und eine geringe Reibung
bei einer Drehbewegung zwischen Gewindespindel 22 und
Reibbremsbelag 14 aufweist. Es können auch ein von der
Kugelform abweichender Lagerkopf 40 und eine von der
Kugelform abweichende Lagerpfanne 42 Verwendung finden,
beispielweise Paraboloid- oder Ellipsenformen.
Zwischen dem an der Gewindespindel 22 angebrachten
Reibbremsbelag 14 und dem Schwimmsattel 12 ist eine
Dichtmanschette 44 angebracht, die die Gewindespindel 22 im
Bereich ihrer Kalotte 40 und die Halbkugelpfanne 42 des
Reibbremsbelags 14 umgreift und den Spindeltrieb 18 und den
Schwimmsattel 12 vor Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz
von der Bremsscheibenseite her schützt. Die Dichtman
schette 44 ist kreisförmig ausgebildet, ihr Ringquerschnitt
ist halbkreisbogenförmig. Anstelle der dargestellten
Dichtmanschette 44 kann beispielsweise auch eine nicht
dargestellte, die Form eines Faltenbalgs aufweisende
Dichtmanschette eingesetzt werden. Die Dichtmanschette 44 hat
neben ihrer Dichtfunktion die Aufgabe, den Reibbremsbelag 14
in axialer Richtung in Anlage an der Gewindespindel 22 zu
halten.
Der Spindeltrieb 18 der erfindungsgemäßen Radbremsvorrichtung
10 ist selbsthemmungsfrei ausgebildet, d. h. durch Druck in
axialer Richtung auf die Gewindespindel 22 läßt sich diese in
Rotation versetzten und bewegt sich dabei translatorisch in
axialer Richtung, sie "schraubt" sich aus der Spindelmutter
20 heraus. Zur Sicherung gegen Drehung der Spindelmutter 22
weist die Radbremsvorrichtung 10 eine lösbare Drehsicherungs
einrichtung 46 auf einer der Bremsscheibe 16 abgewandten
Seite des Spindeltriebs 18 auf: An einem der Bremsscheibe 16
abgewandten Stirnende weist die Gewindespindel 22 eine mit
ihr einstückige Kupplungsscheibe 48 auf, die in einer
Radialebene der Gewindespindel 22 angeordnet ist. Die
Kupplungsscheibe 48 weist eine Verzahnung 50 auf einer dem
Spindeltrieb 18 abgewandten Stirnseite auf, mit der sie mit
einer komplementären Verzahnung 52 einer Ankerscheibe 54 in
Eingriff steht.
Die Ankerscheibe 54 wird von einer Ringscheibenfeder 56, die
sich an einer Kupplungsträgerplatte 58 abstützt, in axialer
Richtung gegen die Kupplungsscheibe 48 gedrückt, wodurch die
beiden Verzahnungen 50, 52 miteinander in Eingriff gehalten
werden. Die Ringscheibenfeder 56 ist an mehreren Stellen
ihres Umfangs mit der Kupplungsträgerplatte 58 und mit der
Ankerscheibe 54 vernietet, so daß die Ankerscheibe 54 und die
Kupplungsträgerplatte 58 drehfest miteinander verbunden sind.
Mittels einer in die Kupplungsträgerplatte 58 eingelassenen
Wicklung 60 ist die Ankerscheibe 54 gegen die Kraft der
Ringscheibenfeder 56 an die Kupplungsträgerplatte 58
magnetisch anziehbar, wodurch die Verzahnungen 50, 52 außer
Eingriff kommen und die Kupplungsscheibe 48 mit der
Gewindespindel 22 frei drehbar wird. Die Kupplung 48, 54, 58
ist also stromlos geschlossen. Sie ist an eine von der
Stromversorgung des Elektromotors 30 unabhängige
Stromversorgung angeschlossen.
Drei um je 120 Grad versetzt zueinander, achsparallel zur
Gewindespindel 22 und radial außerhalb der Kupplungsscheibe
48 und der Ankerscheibe 54 am Schwimmsattel 12 angebrachte
Führungsbolzen 57 sind durch Gleitlagerbuchsen 59 der
Kupplungsträgerplatte 58 hindurchgesteckt, so daß die
Kupplungsträgerplatte 58 drehsicher und in axialer Richtung
verschiebbar im Schwimmsattel 12 geführt ist. Sie ist über
ein Kugellager 62 drehbar auf einem axial in die Gewinde
spindel 22 eingeschraubten Tellerbolzen 64 gelagert, dessen
Teller 66 die Kupplungsträgerplatte 58 in axialer Richtung
sichert. Die Kupplungsträgerplatte 58 und die Ankerscheibe 54
bewegen sich bei einer translatorischen Bewegung der
Gewindespindel 22 mit dieser mit.
Die Drehsicherungseinrichtung 46 wird hier als Kupplung und
nicht als Bremse bezeichnet, um sie deutlich von anderen
Teilen der Radbremsvorrichtung 10 zu unterschieden. Die
Kupplung 46 ist im dargestellten Ausführungsbeispiels als
formschlüssige Kupplung ausgebildet, die durch Bestromung
ihrer Wicklungen 60 ausgerückt wird. Die Betätigung der
Kupplung kann auch auf andere Weise, beispielsweise
mechanisch, erfolgen.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Radbremsvorrichtung 10 ist
folgende: Zum Betätigen wird die Spindelmutter 20 mit dem
Elektromotor 30 rotierend in einer Betätigungsdrehrichtung
angetrieben, so daß die Gewindespindel 22 translatorisch
axial in Richtung der Bremsscheibe 16 verschoben wird. Dabei
verhindert die stromlos eingerückte Kupplung 46 eine Rotation
der Gewindespindel 22. Die Gewindespindel 22 drückt den an
ihr angeordneten Reibbremsbelag 14 gegen eine Seite der
Bremsscheibe 16. Über eine Reaktionskraft wird der zweite
Reibbremsbelag 14 über den Schwimmsattel 12 in an sich
bekannter Weise an die andere Seite der Bremsscheibe 16
gedrückt. Die Bremsscheibe 16 wird gebremst, wobei eine
Bremskraft bzw. ein Bremsmoment dem mit dem Elektromotor 30
aufgebrachten Antriebsmoment proportional ist.
Zum Lösen der Radbremsvorrichtung 10 oder zum Verringern der
Bremskraft wird die Spindelmutter 20 mit dem Elektromotor 30
in entgegengesetzter Rückstelldrehrichtung angetrieben,
wodurch die Gewindespindel 22 translatorisch von der
Bremsscheibe 16 weg bewegt wird. Der an ihr angeordnete
Reibbremsbelag 14 wird über die Dichtmanschette 44 von der
Bremsscheibe 16 abgehoben. Die Gewindespindel 22 wird soweit
rückgestellt, daß ein unabhängig von einer Abnutzung der
Reibbremsbeläge 14 gleichbleibender Spalt zwischen den
Reibbremsbelägen 14 und der Bremsscheibe 16 bei nicht
betätigter Radbremsvorrichtung 10 besteht, das sog.
"Lüftspiel" der erfindungsgemäßen Radbremsvorrichtung 10
bleibt konstant.
Im Fehlerfall, d. h. bei Ausfall einer Steuerelektronik für
die erfindungsgemäße Radbremsvorrichtung 10, bei Ausfall
ihres Elektromotors 30 oder dessen Stromversorgung wird die
Kupplung 46 gelöst, indem ihre Wicklung 60 bestromt wird. Die
Gewindespindel 22 ist dadurch frei drehbar, sie wird von dem
an die Bremsscheibe 16 angedrückten Reibbremsbelag 14 in
axiale Richtung von der Bremsscheibe 16 weggedrückt, wodurch
sie, da das Spindelgetriebe 18 selbsthemmungsfrei ist, in
Rotation versetzt wird und sich translatorisch von der
Bremsscheibe 16 entfernt. Die Radbremsvorrichtung 10 wird
dadurch gelöst bis die Andruckkraft der Reibbremsbeläge 14 an
die Bremsscheibe 16 so gering ist, daß sie die Gewindespindel
22 aufgrund innerer Reibung des Rollengewindetriebs 18 nicht
weiter bewegt. Die Reibbremsbeläge 14 liegen mit geringer
Restkraft an der Bremsscheibe 16 an, es wirkt eine akzeptable
Restbremskraft der Radbremsvorrichtung 10 auf die
Bremsscheibe 16. Diese Restbremskraft ist so gering, daß die
Bremsscheibe 16 nahezu frei drehbar ist und ein mit der
Radbremsvorrichtung 10 ausgerüstetes Kraftfahrzeug gefahren
werden kann, ohne daß es zu einer Überhitzung der
Radbremsvorrichtung 10 kommt.
Claims (9)
1. Elektromechanische Radbremsvorrichtung für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor, mit einem
Spindeltrieb, der mit dem Elektromotor rotierend antreibbar
ist, und mit einem Reibbremsbelag, der mit dem Spindeltrieb
an einen Bremskörper andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spindeltrieb (18) selbsthemmungsfrei ist, daß eine
Spindelmutter (20) und eine Gewindespindel (22) des
Spindeltriebs (18) drehbar gelagert sind, und daß das den
Reibbremsbelag (14) an den Bremskörper (16) andrückende Teil
(20, 22) des Spindeltriebs (18) eine lösbare
Drehsicherungseinrichtung (46) aufweist.
2. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (30) ein
elektronisch kommutierbarer Motor ist.
3. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindeltrieb (18) ein
Wälzgewindetrieb, insbesondere ein Rollengewindetrieb ist.
4. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsicherungseinrichtung
eine schaltbare Kupplung (46) aufweist.
5. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (46) eine
Elektromagnetkupplung ist.
6. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 1
oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehsicherungseinrichtung (46) axial zum Spindeltrieb (18)
verschiebbar und gegen Verdrehen gesichert gelagert ist.
7. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 1
oder 3, gekennzeichnet durch eine Drehlagerung (38), die
zwischen dem den Reibbremsbelag (14) an den Bremskörper (16)
andrückenden Teil (22) des Spindeltriebs (18) und dem
Reibbremsbelag (14) angeordnet ist, die eine Drehbewegung
zwischen dem den Reibbremsbelag (14) an den Bremskörper (16)
andrückenden Teil (22) des Spindeltriebs (18) und dem
Reibbremsbelag (14) ermöglicht und die eine translatorische
Bewegung des den Reibbremsbelag (14) an den Bremskörper (16)
andrückenden Teils (22) des Spindeltriebs (18) in Richtung
des Reibbremsbelags (14) auf den Reibbremsbelag (14)
überträgt.
8. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagerung (18) einen
gerundeten Lagerkopf (40) aufweist, der in einer Lagerpfanne
(44) einliegt.
9. Elektromechanische Radbremsvorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine Dichtmanschette (44), die auf einer
dem Reibbremsbelag (14) zugewandten Seite des Spindeltriebs
(18) angeordnet ist, die den Spindeltrieb (18) gegen Nässe
und Verschmutzung schützt und die den Reibbremsbelag (14) in
Anlage an dem Teil (22) des Spindeltriebs (18) hält, das den
Reibbremsbelag (14) gegen den Bremskörper (16) drückt.
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