DE19741867C1 - 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 Voraussetzung der­ artiger Systeme ist die elektrische Ansteuerbarkeit.

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, z. B. für eine Abstandsregelung o. dgl., zu ermöglichen, ist neben der notwen­ digen Versorgung mit einem verhältnismäßig hohen Druck ein hoher Aufwand an Bauteilen, beispielsweise Ventilen u. dgl., erforderlich.

Aus diesem Grunde sind 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 Umsetzeinrichtung zum Umsetzen der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung und ein Hydraulikgetriebe zur Übertragung der Linearbewegung der Umsetzeinrichtung auf einen Reibbelag einer Bremse umfaßt.

Dies wird bei dem bekannten Hydraulikgetriebe mit einer als Spindel ausgebildeten Umsetzeinrichtung dadurch realisiert, daß die Spindelmutter mit dem Elektromotor und die Spindelstange mit einem Hydraulikkolben des Hydraulikgetriebes kraftschlüssig verbunden sind und daß der Elektromotor zur Aufnahme des Spindelhubs mit einer Hohlwelle ausgestattet ist. Der Hydrau­ likkolben ist bei diesem Bremsaktuator in einer abgeschlossenen Hydraulikkammer angeordnet.

Vorteilhaft bei diesem Bremsaktuator ist die kompakte Bauform, problematisch ist jedoch, daß bei einer Selbsthemmung des Getriebes eine Gefahr für den Fahrer und die Umwelt daraus entsteht, daß die Bremse in zugespannter Stellung verharren würde, woraus eine unbeherrschbare Fahrsituation resultiert.

Um bei einer elektromechanischen Radbremse unterschiedliche Zustellgeschwindigkeiten und Zuspannkräfte einer Spanneinrich­ tung mittels eines Elektromotors zu realisieren, sind bei einer bekannten, 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. Problematisch ist auch bei dieser Bremse eine Selbsthemmung des Getriebes. Darüber hinaus erfordert eine derartige Bremse eine Vielzahl von aufwendigen und oft störanfälligen Bauteilen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brems­ aktuator der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß mit möglichst wenigen störanfälligen Bauteilen einerseits eine elektrisch ansteuerbare Zustellung einer Bremse mit unter­ schiedlichen Zustellgeschwindigkeiten und Zuspannkräften ermöglicht wird, andererseits eine Selbsthemmung des Getriebes und/oder der Umsetzeinrichtung ausgeschlossen wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Bremsaktuator der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umsetz­ einrichtung wenigestens zwei von dem Elektromotor antreibbare Verstellelemente umfaßt, durch die wenigstens zwei Hydraulik­ kolben des Hydraulikgetriebes unabhängig voneinander auf eine Hydraulikkammer wirken, die bedarfsweise mit einem drucklosen Reservoir verbindbar ist.

Durch die wenigstens zwei unabhängig voneinander betätigbaren Hydraulikkolben des Hydraulikgetriebes wird eine Zustellung der Bremse mit einerseits unterschiedlichen Zustellgeschwindigkeiten und andererseits unterschiedlichen Zuspannkräften ermöglicht. Dadurch, daß die Hydraulikkammer, auf die die Hydraulikkolben wirken, bedarfsweise mit einem Reservoir verbindbar ist, wird jeder­ zeit ein Rückstellen des Zustellkolbens und damit ein Öffnen der Bremse durch Verbindung der Hydraulikkammer mit dem Reservoir ermöglicht. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn unter hohen erzeugten Bremsdrücken in der Hydraulikkammer eine Selbsthemmung der Verstellelemente und dadurch auch der Hydraulikkolben auftritt.

In diesem Falle expandiert vor einem Zurückstellen des Zustell­ kolbens die in der Hydraulikkammer befindliche Hydraulikflüs­ sigkeit in das Reservoir.

Umgekehrt kann aber auch durch Verbindung der Hydraulikkammer mit dem Reservoir ein Ausgleich eines Volumenzuwachses der Hydraulikkammer, der beispielsweise bei einem Bremsscheiben- und Bremsbelagverschleiß entsteht, vorgenommen werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die insbesondere auch eine elektrische Ansteuerung ermöglicht, sieht vor, daß die Hydraulikkammer mit dem Reservoir über ein unabhängig von dem Elektromotor ansteuerbares Ventil verbindbar ist, und Hydraulikkammer, Ventil und Reservoir ein gegenüber der Umge­ bung geschlossenes System bilden.

Dadurch, daß Hydraulikkammer, Ventil und Reservoir ein gegenüber der Umgebung geschlossenes System bilden, das vorzugsweise mit einer Lebensdauerbefüllung ver­ sehen ist, wird des weiteren ein "trockener" und dadurch besonders umweltfreundlicher Bremsaktuator ermöglicht.

Um die Sicherheit der Bremse zu erhöhen und um insbesondere sicherzustellen, daß auch bei Ausfall des Elektromo­ tors ein Öffnen der Bremse möglich ist, können der Elektromotor und das Ventil über zwei getrennte, voneinander unabhängige Stromkreise angesteuert werden.

Eine technisch einfach und mit wenigen Bautei­ len zu realisierende Ausführung sieht vor, daß die den beiden Hydraulikkolben zugeordneten Verstellelemente Spindelantriebe sind, die von zwei unabhängig voneinander durch den Elektromotor antreibbaren Mitnehmer­ elementen betätigbar sind.

Um einen kompakten Aufbau des gesamten Bremsaktuators und damit der gesamten Radbremse zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das erste Mitnehmer­ element eine mit einem Spindelaußengewinde des ersten Hydrau­ likkolbens in Eingriff stehende, ein zentrales Spindelinnenge­ winde aufweisende erste Scheibe ist, die mit einer Außenver­ zahnung in ein auf der Motorwelle des Elektromotors angeord­ netes Zahnrad eingreift. Diese außenverzahnte Scheibe ist somit Teil eines Untersetzungsgetriebes in Form eines Stirnradgetrie­ bes, welches eine Rotation der Motorwelle untersetzt auf einen Spindelantrieb überträgt, der wiederum zu einer Axialverschie­ bung des ersten Hydraulikkolbens führt.

Dabei ist vorgesehen, daß das zweite Mit­ nehmerelement eine parallel zur ersten angeordnete zweite Scheibe ist, die an einem angeformten zylindrischen Ansatz ein mit einem Spindelinnengewinde des zweiten Hydrau­ likkolbens in Eingriff stehendes Spindelaußengewinde aufweist und von der ersten Scheibe durch eine ansteuerbare elektroma­ gnetische Reibungskupplung mitnehmbar ist.

Durch die ansteuerbare elektromagnetische Reibungskupplung wird dabei auf einfache Weise eine von der Betätigung des ersten Hydraulikkolbens unabhängige Zuschaltung des zweiten Hydraulik­ kolbens auf einen einzigen Elektromotor ermöglicht. Es ist daher ein weiterer Elektromotor oder eine andere Antriebsquelle zur Betätigung des zweiten Hydraulikkolbens nicht erforderlich.

Um die Lager der ersten und zweiten Scheibe möglichst kompakt zu gestalten, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, daß die erste und zweite Scheibe aneinander und jeweils an einer Hälfte eines die gesamte Umsetzungseinrichtung und das hydraulische Getriebe aufnehmen­ den Gehäuses bzw. an einer Führung des Hydraulikkolbens beweglich gelagert sind. Hierdurch reduziert sich auch die Anzahl der Teile des Bremsaktuators wesentlich, da zum einen das Gehäuse, zum andern die Führung der Hydraulikkolben Be­ standteil der Lager sind, so daß weitere Lagerelemente entfal­ len können.

Die zeichnerische Darstellung eines Ausführungsbeispiels liegt der nachfolgenden Beschreibung zugrunde.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bremsaktuators und

Fig. 2 schematisch und teilweise weggebrochen eine Schnittdar­ stellung durch ein mittels eines Ventils zuschaltbares Reser­ voir für Hydraulikfluid des in Fig. 1 dargestellten Brems­ 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 vorgesehen, welche zwei Mitnehmerelemente in Form von parallel zueinander angeordneten Scheiben 3, 4, die von dem Elektromotor 2 antreib­ bar sind, umfaßt. Die erste Scheibe 3 weist eine Außenver­ zahnung auf, mit welcher sie in ein auf der Motorwelle des Elektromotors 2 angeordnetes Zahnrad 2a eingreift. Das Zahnrad 2a und die erste Scheibe 3 bilden auf diese Weise ein Unterset­ zungsgetriebe in Form eines Stirnradgetriebes. Die erste Scheibe 3 weist ein zentral angeordnetes axiales Spindelinnen­ gewinde auf, welches mit einem Spindelaußengewinde 10a eines Kolbens 10 in Eingriff steht. Das an der ersten Scheibe 3 angeordnete Spindelinnengewinde und das Spindelaußengewinde 10a des Kolbens 10 bilden zusammen ein erstes Verstellelement in Form eines Spindelantriebs, durch welchen eine Drehbewegung der Scheibe 3 in eine Axialverschiebung des Kolbens 10 umgewandelt wird.

Die parallel zu der 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 weiteren, zweiten Kolbens 11 eingreift, so daß eine Drehbewegung der zweiten Scheibe 4 zu einer Axialverschiebung des zweiten Kolbens 11 führt. Das Spindelaußengewinde 4a und das Spindelinnengewinde des zweiten Kolbens 11 bilden zusammen ein weiteres, zweites Verstell­ element in Form eines Spindelantriebs.

Nahe des Umfangs der zweiten Scheibe 4 ist wenigstens ein beispielsweise ringförmiger Elektromagnet 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 ansteuerbar, so daß die zweite Scheibe 4 bedarfs­ weise von der ersten Scheibe 3 mitnehmbar ist, wodurch eine Axialverschiebung des zweiten Kolbens 11 durch die zweite Scheibe 4 und deren Spindelantrieb unabhängig von einer Axial­ verschiebung des ersten Kolbens 10 durch den Elektromotor 2 möglich ist.

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 ebenfalls ein Kugellager, gelagert ist. Auf diese Weise wird ein äußerst kompakter Aufbau aus 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 sowohl der beiden Kolben 10, 11 ineinander, als auch des Kolbens 11 in der Kolbenführung 12 ermöglichen.

Wie aus Fig. 1 und insbesondere Fig. 2 hervorgeht, ist an einer Gehäusehälfte 14 ein Reservoir 18 angeordnet, welches mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt ist. Es ist hervorzuheben, daß diese Befüllung eine Lebensdauerbefüllung ist, so daß ein Auswechseln des Hydraulikfluids nicht erforderlich ist und insoweit ein "trockener" und damit äußerst umweltfreundlicher Bremsaktuator vorliegt.

Das Reservoir 18 ist mit einer Hydraulikkammer 21, in welcher die beiden Kolben 10, 11 axialverschieblich sind, über einen Kanal 16 verbunden, der durch ein elektromagnetisch betätigba­ res Ventil 17 öffen- und schließbar ist. Wie aus Fig. 2 her­ vorgeht, ist der Ventilkörper 17c durch einen Elektromagneten 17a entgegen der Rückstellkraft einer Rückstellfeder 17b betätigbar.

Das Ventil 17 und der Elektromotor 2 weisen voneinander ge­ trennt ansteuerbare Stromkreise auf, so daß auch bei einem Ausfall des Elektromagneten 2 noch eine Betätigung des Ventils 17 möglich ist. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn der Elektromagnet 2 in einem Zustand ausfällt, in dem der Bremsaktuator betätigt ist und sich die Radbremse im Brems­ eingriff befindet obwohl an den Elektromotor 2 bereits wieder Signale zum Zurückfahren der Kolben 10, 11 gegeben werden. In diesem Falle wird durch das Ventil 17 das Reservoir 18 geöff­ net, und die in der Hydraulikkammer 21 befindliche Hydraulik­ flüssigkeit expandiert zurück in das Reservoir 18, wodurch eine Rückstellung des als Sekundärkolben ausgelegten Zustellkolbens 1 erfolgt.

Eine Betätigung des Ventils 17 erfolgt außerdem beispielsweise zum Ausgleich des Bremsscheiben- und Bremsbelagsverschleißes.

Durch Öffnen des Ventils 17 und ein hierdurch bewirktes Ein­ strömen des Hydraulikfluids aus dem Reservoir 18 in die Hydrau­ likkammer 21 wird das aufgrund des Verschleißes vergrößerte Volumen der Hydraulikkammer 21 mit Hydraulikfluid ausgefüllt.

Zusammenfassend gesagt ermöglicht der oben dargestellte Brems­ aktuator nicht nur einen hohen Wirkungsgrad aufgrund der Stirnradstufe zwischen Elektromotor 2 und Scheibe 3, welche direkt einen ersten Hydraulikkolben 10 über einen Spindel­ antrieb betätigt, sowie eine bedarfsweise von der Betätigung des ersten Hydraulikkolbens 10 unabhängige Betätigung des zweiten Hydraulikkolbens 11 über eine von der ersten Scheibe 3 über eine elektromagnetisch ansteuerbare Reibungskupplung 9, 5 mitnehmbare zweite Scheibe 4 und einen ihr zugeordneten Spin­ delantrieb, sondern auch eine von der Betätigung durch den Elektromotor 2 unabhängige Betätigung des Zustellkolbens 1 durch gesteuertes Öffnen des Ventils 17 und dadurch Vergrößern des Volumens der Hydraulikkammer 21 durch Zuschalten des Reservoirs 18 zur Hydraulikkammer 21. Hierdurch können nicht nur Verschleißerscheinungen der Bremse kompensiert werden, sondern es wird auch eine Notlauffunktion des Bremsaktuators ermöglicht.

Claims (8)

1. Bremsaktuator, umfassend einen Elektromotor (2), eine Umsetzeinrichtung zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors (2) in eine Linearbewegung und ein Hydraulikge­ triebe zur Übertragung der Linearbewegung der Umsetzeinrichtung auf einen Zustellkolben (1) einer Bremse, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umsetzeinrichtung wenigstens zwei von dem Elek­ tromotor (2) antreibbare Verstellelemente umfaßt, durch die wenigstens zwei Hydraulikkolben (10, 11) des Hydraulikgetriebes, unabhängig voneinander auf eine Hydraulikkammer (21) wirken, die bedarfsweise mit einem Reser­ voir (18) verbindbar ist.

2. Bremsaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkammer (21) mit dem Reservoir (18) über ein unabhängig von dem Elektromotor (2) ansteuerbares Ventil (17) verbindbar ist und Hydraulikkammer (21), Ventil (17) und Reservoir (18) ein gegenüber der Umgebung geschlossenes System bilden.

3. Bremsaktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) und das Ventil (17) zwei getrennte, voneinander unabhängig ansteuerbare Stromkreise aufweisen.

4. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Hydraulikkolben (10; 11) zugeordneten Verstellelemente Spindelantriebe sind, die von zwei unabhängig voneinander durch den Elektromotor (2) antreib­ baren Mitnehmerelementen (3; 4) betätigbar sind.

5. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hydraulikkolben (10; 11) und deren Spindelantriebe koaxial angeordnet sind.

6. Bremsaktuator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Mitnehmerelement eine mit einem Spindel­ außengewinde (10a) des ersten Hydraulikkolbens (10) in Ein­ griff 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).

7. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 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 Eingriff stehendes Spindelaußengewinde (4a) aufweist und von der ersten Scheibe (3) durch eine steuerbare elektromagnetische Rei­ bungskupplung (9, 5) mitnehmbar ist.

8. Bremsaktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Scheibe (3; 4) aneinander und jeweils an einer Hälfte (15) eines die gesamte Umsetzeinrichtung und das Hydraulikgetriebe aufnehmenden Gehäuses bzw. an einer Führung (11) der Hydraulkolben (10, 11) drehbeweglich gelagert sind.