DE19741865C1 - Bremsaktuator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremsaktuator, umfassend einen Elektromotor, eine Umsetzeinrichtung zur Umsetzung der Rota­ tionsbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung, und ein Hydraulikgetriebe zur Übertragung der Linearbewegung der Umsetzeinrichtung auf einen Zustellkolben einer Bremse.

Eine zunehmende Verkehrsdichte im Straßenverkehr erfordert Systeme, die einerseits zur Sicherheit und andererseits zur Entlastung des Fahrers beitragen. Der Trend in der Automobil­ industrie geht dabei in Richtung des sogenannten autonomen Fahrens. Zukünftig soll der Fahrer durch sogenannte "by wire- Systeme" unterstützt und in vielen Fahrsituationen durch Intelligente Systeme entlastet werden. Eine wesentliche Voraus­ setzung derartiger Systeme ist deren elektrische Ansteuer­ barkeit.

Bei bekannten Bremsanlagen werden überwiegend hydraulische oder pneumatische Übertragungs- und Verstärkungseinrichtungen eingesetzt, durch welche der Fahrer eines Fahrzeugs direkt den Bremseneingriff einer Radbremse vorgibt. Um bei derartigen Systemen fahrerunabhängige Bremseingriffe, beispielsweise für eine Abstandsregelung, ein Antiblockiersystem, ein Anti­ schlupfregelungssystem o. dgl. zu ermöglichen, ist neben der notwendigen Versorgung mit einem verhältnismäßig hohen Druck ein hoher Aufwand an Bauteilen, beispielsweise Ventilen u. dgl., erforderlich.

Aus diesem Grunde sind seit einiger Zeit elektrisch betätigbare Radbremsen bekannt, welche nicht nur eine direkte, unmittelbare Ansteuerung der Bremse ermöglichen, sondern insbesondere auch gegenüber hydraulischen oder pneumatischen Bremsanlagen weitaus weniger Einzelteile erfordern.

Aus der DE 195 19 308 A1 geht beispielsweise ein Bremsaktuator mit einem Getriebe hervor, welcher einen Elektromotor als Antriebselement, eine Umsetz­ einrichtung zum Umsetzen der Rotationsbewegung des Elektromo­ tors in eine Linearbewegung und ein Hydraulikgetriebe zur Übertragung der Linearbewegung der Umsetzeinrichtung auf einen Reibbelag einer Bremse umfaßt.

Dies wird bei dem Hydraulikge­ triebe mit einer als Spindel ausgebildeten Umsetzeinrichtung dadurch realisiert, daß die Spindelmutter mit dem Elektromotor und die Spindelstange mit einem Hydraulikkolben des Hydraulik­ getriebes kraftschlüssig verbunden sind und daß der Elektromo­ tor zur Aufnahme des Spindelhubs mit einer Hohlwelle ausgestat­ tet ist. Der Hydraulikkolben ist bei diesem Bremsaktuator in einer abgeschlossenen Hydraulikkammer angeordnet. Vorteilhaft bei diesem Bremsaktuator ist die kompakte Bauform.

Um bei einer elektromechanischen Radbremse unterschiedliche Einstellgeschwindigkeiten und Zuspannkräfte einer Spanneinrich­ tung durch einen Elektromotor zu realisieren, sind bei einer anderen, aus der DE 43 12 524 A1 hervorgehenden Radbremse Kupplungen vorgesehen, die elektromagnetisch schaltbar sind. Auch bei dieser Radbremse wird durch einen Spindelantrieb eine Zustellung der Bremse erreicht.

Eine derartige Bremse erfordert eine Vielzahl von aufwendigen und oft störanfälligen Bauteilen. Des weiteren können mit derartigen Getrieben in vielen Fällen die maximal erforderli­ chen Zuspannkräfte an den Bremsbelägen der Radbremse nicht aufgebracht werden. Schließlich ist auch problematisch, daß die in diesen Bremsen verwendeten Getriebe auf Störkräfte, z. B. Querkräfte, reagieren und nur eine mangelhafte dynamische Regelbarkeit besitzen. Außerdem können derartige Getriebe in vielen Fällen aufgrund von beschränkten Einbauraumsituationen an vielen Radträgern nicht verwendet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brems­ aktuator der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß mit möglichst wenig störanfälligen Bauteilen auf sehr kleinem Bauraum eine elektrisch ansteuerbare Zustellung einer Bremse mit unterschiedlichen Zustellgeschwindigkeiten und Zuspann­ kräften ermöglicht wird. Dabei soll das relativ geringe Drehmo­ ment eines Elektromotors in eine große axiale Kraft zur Zustel­ lung der Bremsbeläge gewandelt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Bremsaktuator der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hydrau­ likgetriebe wenigstens zwei voneinander unabhängig in einer Hydraulikkammer axial verschiebliche Hydraulikkolben umfaßt, deren erster über ein erstes Mitnehmerelement der Umsetzein­ richtung von dem Elektromotor direkt betätigbar ist und deren zweiter über eine durch ein ansteuerbares Kupplungselement von dem ersten mitnehmbares zweites Mitnehmerelement der Umsetz­ einrichtung betätigbar ist.

Dadurch, daß zwei Hydraulikkolben vorgesehen sind, deren erster direkt von dem Elektromotor über ein erstes Mitnehmerelement und deren zweiter von einem zweiten Mitnehmerelement, welches über ein Kupplungselement von dem ersten Mitnehmerelement mitnehmbar ist, mit diesem betätigbar sind, können nicht nur unterschied­ liche Betätigungsgeschwindigkeiten, sondern insbesondere auch unterschiedliche Betätigungskräfte, welche die beiden als Primärkolben ausgelegten Hydraulikkolben auf den als sekundärer Hydraulikkolben ausgelegten Zustellkolben ausüben.

Um auf einfache Weise eine elektrische Ansteuerbarkeit zu ermöglichen, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, daß das Kupplungs­ element eine elektromagnetische Reibungskupplung ist, die auf elektrischem Wege ansteuerbar ist.

Eine besonders vor­ teilhafte, da wenig Einzelteile erfordernde und einfach zu realisierende Ausführungsform sieht vor, daß den Hydraulik­ kolben Spindelantriebe zugeordnet sind, die von den Mitnehmer­ elementen betätigbar sind.

Um unterschiedliche Zustellgeschwindigkeiten zu realisieren, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Spindelgewinde der Spin­ delantriebe unterschiedliche Steigungen aufweisen.

Um darüber hinaus unterschiedliche Zuspannkräfte auf technisch möglichst einfach zu realisierende Weise zu erzielen, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß die Hydrau­ likkolben unterschiedliche Kolbenflächen aufweisen, die auf den Zustellkolben unterschiedliche Kräfte ausüben.

Es versteht sich allerdings, daß die Hydraulikkolben auch die gleiche Fläche aufweisen können. In diesem Falle könnten unterschiedliche Kräfte durch Einzel- oder Gesamtansteuerung der Hydraulikkolben realisiert werden, so daß der Zustellkolben mit zwei unter­ schiedlichen Kräften beaufschlagt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Hydraulik­ kolben nebeneinander angeordnet sind.

Eine andere Ausführungsform, die insbesondere einen äußerst kompakten Aufbau ermöglicht, sieht vor, daß die Hydraulikkolben koaxial ineinander liegen.

Auch hinsichtlich der Ausbildung der Mitnehmerelemente sind die unterschiedlichsten Ausführungsformen denkbar.

Eine Ausführungsform sieht vor, daß das erste Mitnehmerelement eine mit einem Spindelaußengewinde des ersten Hydraulikkolbens in Eingriff stehendes zentrales Spindelinnen­ gewinde aufweisende erste Scheibe ist, die mit einer Außenver­ zahnung in ein auf der Motorwelle des Elektromotors angeord­ netes Zahnrad eingreift. Diese außenverzahnte Scheibe ist aufgrund ihrer Ausbildung Teil eines Untersetzungsgetriebes in Form eines Stirnradgetriebes, das eine Rotation der Motorwelle untersetzt auf einen Spindelantrieb überträgt, der wiederum eine Axialverschiebung des ersten Hydraulikkolbens erzeugt.

Insbesondere hinsichtlich eines sehr kompakten Aufbaus ist dabei vorgesehen, daß das zweite Mitnehmer­ element eine parallel zur ersten angeordnete zweite Scheibe ist, die an einem angeformten, zylindrischen Ansatz ein mit einem Spindelinnengewinde des zweiten Hydraulikkolbens in Eingriff stehendes Spindelaußengewinde aufweist, wobei zwischen der ersten und der zweiten Scheibe die Kupplung angeordnet ist.

Um die Lager der ersten und zweiten Scheibe ebenfalls sehr kompakt zu gestalten, ist hierbei vorzugsweise vorgesehen, daß die erste und zweite Scheibe aneinander und jeweils einerseits an einer Hälfte eines die gesamte Umsetzeinrichtung und das Hydraulikgetriebe aufnehmenden Gehäuses, andererseits an einer Führung der Hydraulikkolben drehbeweglich gelagert sind.

Um eine Notfallfunktion des Bremsaktuators beispielsweise bei einer Selbsthemmung der Spindelantriebe der beiden Hydraulikkolben sicherzustellen, ist vorgesehen, daß die Hydraulikkammer über ein unabhängig von dem Elek­ tromotor und der Kupplung ansteuerbares Ventil mit einem zuschaltbaren Reservoir verbunden ist.

Hierdurch wird beispielsweise bei einem Ausfall des Elektromotors oder der Reibungskupplung eine Entlastung der Hydraulikkolben dadurch ermöglicht, daß durch das separat ansteuerbare Ventil das Reservoir geöffnet wird, wodurch Hydraulikflüssigkeit abströmen und den Druck in der Hydraulikkammer abbauen kann.

Andererseits kann durch Öffnen des Ventils erreicht werden, daß Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir in die Hydraulikkammer einfließt, um beispielsweise Bremsscheiben- oder Bremsbelagver­ schleiß zu kompensieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators nach der Erfindung, und

Fig. 2 schematisch und teilweise weggebrochen eine Schnittdar­ stellung durch ein mittels eines Ventils zuschaltbaren Reser­ voir für Hydraulikfluid des in Fig. 1 dargestellten Aktuators.

Ein Aktuator für eine Radbremse eines Kraftfahrzeugs, darge­ stellt in Fig. 1, umfaßt ein aus zwei Gehäusehälften 14, 15 gebildetes Gehäuse, an dessen einer Hälfte 15 ein Elektromotor 2 an einem Flansch befestigt ist.

In dem Gehäuse 14, 15 ist eine Umsetzeinrichtung mit zwei Mitnehmerelementen in Form von zwei parallel zueinander an­ geordneten Scheiben 3, 4 vorgesehen, welche von dem Elektromo­ tor 2 antreibbar sind.

Die erste Scheibe 3 weist eine Außenverzahnung auf, mit welcher sie in ein auf der Motorwelle des Elektromotors 2 angeordnetes Zahnrad 2a eingreift. Das Zahnrad 2a und die Scheibe 3 bilden so ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Stirnradgetriebes. Die Scheibe 3 weist ferner ein zentral angeordnetes axiales Spindelinnengewinde auf, welches mit einem Spindelaußengewinde 10a eines Kolbens 10 in Eingriff steht. Das an der Scheibe 3 angeordnete Spindelinnengewinde und das Spindelaußengewinde 10a des Kolbens 10 bilden zusammen einen ersten Spindelantrieb, durch welchen eine Drehbewegung der Scheibe 3 in eine Axialver­ schiebung des ersten Kolbens 10 umgewandelt wird.

Die parallel zur ersten Scheibe 3 an dieser über Wälzlager 7 drehbeweglich gelagerte zweite Scheibe 4 weist an einer zylin­ drischen Anformung ein Spindelaußengewinde 4a auf, welches in ein Spindelinnengewinde eines zweiten Kolbens 11 eingreift, so daß eine Drehbewegung der zweiten Scheibe 4 zu einer Axialver­ schiebung des zweiten Kolbens 11 führt. Während die erste Scheibe 3 direkt von dem Elektromotor 2 angetrieben wird und hierdurch auf die oben beschriebene Weise eine Axialverschie­ bung des Kolbens 10 erzeugt, wird die zweite Scheibe 4 über eine elektrisch ansteuerbare Reibungskupplung durch die erste Scheibe 3 mitgenommen. Hierzu ist nahe des Umfangs der zweiten Scheibe 4 wenigstens ein, beispielsweise ringförmiger, Elek­ tromagnet 9 vorgesehen, welcher bei Beaufschlagung mit einem Strom über ein Kupplungselement 5 zwischen der ersten Scheibe 3 und der zweiten Scheibe 4 eine Reibschlüssige Verbindung herstellt. Die elektromagnetische Reibungskupplung 9, 5 ist von einem (nicht dargestellten) Steuergerät unabhängig von der Ansteuerung des Elektromotors ansteuerbar. Durch diese Anord­ nung wird eine bedarfsweise Axialverschiebung des zweiten Kolbens 11 durch die zweite Scheibe 4 und den ihr zugeordneten Spindelantrieb ermöglicht.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist die erste Scheibe 3 an der einen Gehäusehälfte 15 durch ein Lager 6, beispielsweise ein Kugellager, gelagert, wohingegen die zweite Scheibe 4 an einer Kolbenführung 12 durch ein Lager 8, beispielsweise wiederum ein Kugellager, gelagert ist. Auf diese Weise wird ein äußerst kompakter Aufbau mit möglichst wenig Einzelteilen erzielt.

Zwischen dem Kolben 11 und der Kolbenführung 12 sowie zwischen dem Kolben 11 und dem Kolben 10 sind jeweils Dichtungen 20 angeordnet, welche eine dichte Gleitverschiebung der beiden Kolben 10, 11 ineinander und des Kolbens 11 in der Kolbenfüh­ rung 12 ermöglichen.

Die in Fig. 1 dargestellten Hydraulikkolben 11, 12 weisen unterschiedliche Kolbenflächen auf, so daß der Zustellkolben 1 durch Betätigen dieser beiden Hydraulikkolben 11, 12 mit unterschiedlich hohen Kräften beaufschlagt werden kann.

Um unterschiedliche Zustellgeschwindigkeiten zu erzielen, ist vorgesehen, daß die den beiden Kolben 10, 11 zugeordneten Spindelantriebe unterschiedliche Steigungen der Spindelinnen- bzw. Spindelaußengewinde aufweisen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der dem zweiten Hydraulikkol­ ben 11 zugeordnete Spindelantrieb eine schnelle Zuspannung ermöglicht, wohingegen der dem ersten Hydraulikkolben 10 zugeordnete Spindelantrieb eine hohe Übersetzung aufweist, wodurch ein starkes Zuspannen mit Hilfe dieses kleineren Hydraulikkolbens 10 möglich ist.

Durch ein "Durchfahren" des ersten Kolbens 10 an den Zustell­ kolben 1 wird ein mechanischer Durchgriff und hierdurch eine Feststellbremsbetätigung ermöglicht. In diesem Falle muß in der Hydraulikkammer 21, in der sich die beiden Hydraulikkolben 10, 11 bewegen, Volumen abgebaut werden. Dies geschieht dadurch, daß durch ein Ventil 17 ein Reservoir 18 geöffnet wird, in das die in der Hydraulikkammer 21 befindliche Hydraulikflüssigkeit zurück expandiert.

Außerdem kann eine Betätigung des Ventils 17 außerdem dann vorgenommen werden, wenn es erwünscht ist, aus dem Reservoir 18 Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammer 21 einströmen zu lassen, um beispielsweise je nach Grund eines Verschleißes der Bremsscheiben/Bremsbeläge das vergrößerte Volumen der Hydrau­ likkammer 21 mit Hydraulikfluid zu füllen.

Die Hydraulikkammer 21 und das Reservoir 18 weisen vorzugsweise eine Lebensdauerbefüllung auf, so daß der obenbeschriebene Bremsaktuator und die Bremse, in der er zum Einsatz kommt, "trockene" und daher besonders umweltfreundliche Bauteile sind.

Claims (11)

1. Bremsaktuator, umfassend einen Elektromotor (2), eine Umsetzeinrichtung zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors (2) in eine Linearbewegung und ein Hydrau­ likgetriebe zur Übertragung der Linearbewegung der Umsetz­ einrichtung auf einen Zustellkolben (1) einer Bremse, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikgetriebe wenig­ stens zwei voneinander unabhängig in ein er Hydraulikkammer (21) axial verschiebliche Hydraulikkolben (10; 11) umfaßt, deren erster Hydraulikkolben (10) über ein erstes Mit­ nehmerelement (3) der Umsetzeinrichtung von dem Elektromotor (2) direkt betätigbar ist und deren zweiter Hydraulikkol­ ben (11) über eine durch ein ansteuerbares Kupplungsele­ ment von dem ersten Mitnehmerelement mitnehmbares zweites Mitnehmerelement (4) der Umsetzeinrichtung betätigbar ist.

2. Bremsaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement eine elektromagnetische Reibungskupp­ lung (9, 5) ist.

3. Bremsaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß den Hydraulikkolben (10; 11) Spindelantriebe (3, 10a; 4, 4a) zugeordnet sind, die von den Mitnehmerelementen (3; 4) betätigbar sind.

4. Bremsaktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelantriebe jeweils Spindelgewinde unterschiedli­ cher Steigungen aufweisen.

5. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkolben (10; 11) unter­ schiedliche Kolbenflächen aufweisen.

6. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkolben (10; 11) nebenein­ ander angeordnet sind.

7. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkolben (10; 11) koaxial inein­ ander angeordnet sind (Fig. 1).

8. Bremsaktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mitnehmerelement eine mit einem Spindelaußen­ gewinde (10a) des ersten Hydraulikkolbens (10) in Eingriff stehende, ein zentrales Spindelinnengewinde aufweisende erste Scheibe (3) ist, die mit einer Außenverzahnung in, ein auf der Motorwelle des Elektromotors (2) angeordnetes Zahnrad (2a) eingreift (Fig. 1).

9. Bremsaktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mitnehmerelement eine parallel zu der ersten angeordnete zweite Scheibe (4) ist, die an einem zylindrischen Ansatz ein mit einem Spindel­ innengewinde des zweiten Hydraulikkolbens (11) in Ein­ griff stehendes Spindelaußengewinde (4a) aufweist, wobei zwischen der ersten und der zweiten Scheibe (3; 4) die elektromagnetische Reibungskupplung (9, 5) wirksam ist (Fig. 1).

10. Bremsaktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, die erste und die zweite Scheibe (3; 4) aneinander und jeweils einerseits an einer Hälfte (15) eines die gesamte Umsetzeinrichtung und das Hydraulikgetriebe aufnehmenden Gehäuses, andererseits an einer Führung (12) der Hydrau­ likkolben (10; 11) drehbeweglich gelagert sind (Fig. 1).

11. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkammer (21) mit einem über ein unabhängig von dem Elektromotor (2) und dem Kupplungselement ansteuerbares Ventil (17) zuschaltbaren Reservoir (18) verbunden ist (Fig. 2).