DE19803341A1 - Disc brake with electromechanical actuation unit - Google Patents

Disc brake with electromechanical actuation unit

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Abstract

The brake has a brake carrier, a floating caliper, two brake lining carriers and a linearly movable electromechanical actuator unit, e.g. an electric motor, mounted in the caliper which acts as the control drive for at least one brake lining carrier. The actuator unit's housing (1) is attached at one end to rotate with a brake lining carrier (2). A spindle (3) protrudes out of the other end of the housing and the caliper (4) acts as the thrust block (5) for the spindle. An Independent claim is also included for the application of the concept to other types of brakes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit einem Bremsträger, einem Schwimmsattel, zwei Bremsbelagträgern, einer Bremsscheibe und einer im Sattel angeordneten, in Zustellrichtung der Scheibenbremse verlängerbaren elektromechanischen Betätigungseinheit, die als Stellantrieb für zumindest einen Bremsbelagträger vorgesehen ist.The invention relates to a disc brake with a Brake carrier, a floating caliper, two brake pad carriers, a brake disc and one in the saddle, in Extension direction of the disc brake extendable electromechanical actuator that acts as an actuator is provided for at least one brake pad carrier.

Eine derartige Scheibenbremse ist beispielsweise aus der DE 195 11 287 A1 bekannt. Dabei ist die als Elektromotor ausgeführte Betätigungseinheit am Schwimmsattel befestigt. Der Elektromotor besitzt in einem Gehäuse mit Stator einen rohrförmig drehbar gelagerten Rotor und innerhalb des Rotors eine vom Rotor über eine Untersetzungsgetriebe antreibbare, axial verschiebliche nicht drehende Spindel, die als axialer Stellantrieb für einen der Bremsbelagträger vorgesehen ist. Da das für Scheibenbremsen zur Verfügung stehende Einbauvolumen im allgemeinen sehr begrenzt ist, müssen dafür vorgesehene elektromotorische Stellantriebe möglichst klein ausgebildet werden. Auf der anderen Seite bedarf es zur Erzeugung der notwendigen Stellkräfte selbstverständlich gewisser Motor-Mindestgrößen, denn die Stellkräfte müssen in kritischen Situationen auch sehr schnell aufgebaut werden, was eine gewisse Motor-Mindestleistung voraussetzt.Such a disc brake is for example from the DE 195 11 287 A1 known. This is as an electric motor executed actuator attached to the floating caliper. The electric motor has one in a housing with a stator tubular rotatably mounted rotor and within the rotor a driven by the rotor via a reduction gear, axially displaceable non-rotating spindle that acts as an axial Actuator for one of the brake pad carriers is provided. Because that is available for disc brakes Installation volume is generally very limited for this provided electromotive actuators as small as possible be formed. On the other hand, it requires Of course, generating the necessary actuating forces certain minimum engine sizes, because the actuating forces must be in critical situations are also set up very quickly, which requires a certain minimum engine power.

Um diese gegenläufigen Forderungen erfüllen zu können, sind elektromotorische Stellantriebe der eingangs genannten Art entwickelt worden, bei denen Stator, Rotor, Untersetzungsgetriebe und Spindel konzentrisch ineinander angeordnet sind. Es leuchtet ein, daß der Spindeldurchmesser bei dieser Konstruktionsweise nicht sehr groß sein darf, weil davon auch die Durchmesser der konzentrisch darum herum gelagerten Bauteile und letztlich der Außendurchmesser des Gehäuses abhängig sind.In order to be able to meet these contrary requirements, electromotive actuators of the type mentioned have been developed in which the stator, rotor, Reduction gear and spindle concentrically in one another  are arranged. It is obvious that the spindle diameter with this type of construction must not be very large, because of that also the diameter of the concentric around it stored components and ultimately the outer diameter of the Housing are dependent.

Das hat zur Folge, daß die Kraft zum Andrücken der Bremsbeläge an die Bremsscheibe nur über einen verhältnismäßig kleinen Flächenbereich auf den Bremsbelagträger übertragen werden- kann, was zwangsläufig zu einer ungleichmäßigen Beaufschlagung der gesamten verfügbaren Bremsbelagfläche mit Anpreßdruck führt. Außerdem wird die Spindel bei der bekannten Scheibenbremse noch durch schwer kalkulierbare Quer- und Biegekräfte beansprucht, wenn die Bremsbeläge sich ungleichmäßig abnutzen und wenn sich die Bremsbelagträger unter dynamischen Beanspruchungen quer zur Vortriebsrichtung der Spindel relativ zum Sattel bewegen. Im Hinblick auf die möglichst großflächige Übertragung der Stellkräfte auf einen der Bremsbelagträger und auf die mechanischen Belastungen kann die Spindel also im Durchmesser nicht so klein ausgeführt werden, wie es unter Berücksichtigung der erforderlichen Leistungsgröße des Motors sonst möglich wäre.As a result, the force to press the Brake pads on the brake disc only via one relatively small area on the Brake pad carrier can be transferred - which inevitably leads to an uneven loading of the whole available brake pad area with contact pressure. Furthermore the spindle is still used in the known disc brake difficult to calculate transverse and bending forces used when the brake pads wear unevenly and when the brake pad carriers under dynamic loads across to the direction of advance of the spindle relative to the saddle move. With regard to the largest possible area Transfer of the actuating forces to one of the brake pad carriers and the spindle can therefore withstand the mechanical loads not be as small in diameter as it is taking into account the required performance of the Engine would otherwise be possible.

Bei der Ausführungsform einer Scheibenbremse gemäß WO 97/13988 ist ein im Sattel geführtes Betätigungselement vorgesehen, das über eine große Fläche am Bremsbelagträger anliegt. Dieses Betätigungselement wird über eine axial nicht bewegliche, drehbare Spindel angetrieben. Der zugehörige Elektromotor ist axial gesehen neben dem Sattel angeordnet. Auf diese Weise erreicht man zwar eine große Kraftübertragungsfläche, muß aber in Kauf nehmen, daß Sattel und Stellantrieb zusammen eine sehr große axiale Erstreckung aufweisen, die bei vielen Anwendungsfällen unerwünscht oder gar unrealisierbar ist. Außerdem geht die großflächige Übertragung der Stellkräfte bei dieser Ausführungsform weitgehend verloren, wenn sich der Bremsbelag ungleichmäßig abnutzt.In the embodiment of a disc brake according to WO 97/13988 is an actuating element guided in the saddle provided that over a large area on the brake pad carrier is present. This actuator is axial non-moving, rotatable spindle driven. Of the associated electric motor is seen axially next to the saddle arranged. In this way you can achieve a great one Power transmission surface, but must accept that saddle and actuator together have a very large axial extent  have the undesirable or in many applications is even unrealizable. In addition, the large area goes Transmission of the actuating forces in this embodiment largely lost when the brake pad is uneven wears out.

Es besteht somit die Aufgabe, bei einer Scheibenbremse der eingangs genannten Art dafür zu sorgen, daß einerseits die Stellkraft über eine möglichst große Fläche auf den Bremsbelagträger übertragen werden kann, daß andererseits aber die Möglichkeiten zur Selbstjustierung zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe nicht eingeengt werden. Außerdem soll dafür gesorgt werden, daß die Belastung der Spindel durch Querkräfte möglichst klein gehalten werden kann, damit sie selbst im Durchmesser so klein wie möglich ausgeführt werden kann und die Baugröße des elektromechanischen Betätigungseinheit nur noch vom Leistungsbedarf der Bremsbetätigung und nicht auch noch von untergeordneten konstruktiven Randbedingungen abhängig ist.It is therefore the task of the disc brake to ensure that, on the one hand, the Force over the largest possible area on the Brake pad carrier can be transferred that on the other hand but the possibilities for self-adjustment between Brake pad and brake disc should not be restricted. Furthermore it should be ensured that the load on the spindle can be kept as small as possible by transverse forces so that they themselves run as small as possible in diameter can be and the size of the electromechanical Actuator only from the power requirement of Brake actuation and not also from subordinate ones constructive boundary conditions is dependent.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die elektromechanische Betätigungseinheit mit einer Stirnseite drehfest an einem Bremsbelagträger befestigt ist, daß aus der anderen Stirnseite der Betätigungseinheit eine die Gesamtlänge der Betätigungseinheit vergrößernde Spindel herausragt, die elektromechanisch aus der Betätigungseinheit ausfahrbar ist, und daß der Sattel als Widerlager für die Spindel ausgebildet ist.To solve this problem, the invention suggested that the electromechanical actuator with an end face rotatably on a brake pad carrier is attached that from the other end of the Actuator a the total length of the Actuating unit protruding spindle that can be extended electromechanically from the actuation unit, and that the saddle as an abutment for the spindle is trained.

Der Erfindung liegt die Erwägung zugrunde, daß man die größtmögliche Fläche zur Übertragung der Antriebskraft bei Stellantrieben dieser Art nutzen kann, wenn man das Gehäuse der elektromechanischen Betätigungseinheit nicht mit dem Sattel sondern mit einem der Bremsbelagträger verbindet. Außer der großflächigen Krafteinleitung wird dabei auch erreicht, daß auf den Bremsbelagträger, der im Sattel und Bremsträger beweglich geführt ist, keine unerwünschten Zwangskräfte ausgeübt werden, die das Bremsverhalten ungünstig beeinflussen könnten. Vorteilhafterweise wird dabei die Betätigungseinheit als kurzbauender, kompakter Elektromotor ausgeführt, der eine ausfahrbare Spindel zur Betätigung zumindest eines Bremsbelages aufweist. Erfindungsgemäß ist vielmehr vorgesehen, daß die elektromechanische Betätigungseinheit die gleichen "Freiheitsgrade" hat, wie der Bremsbelagträger. Damit sind die besten Voraussetzungen für ein großflächiges Anpressen der Bremsbeläge an die Bremsscheiben und für deren gleichmäßige Abnutzung gegeben.The invention is based on the consideration that the largest possible area for the transmission of the driving force Actuators of this type can be used if the housing  the electromechanical actuation unit not with the Saddle connects with one of the brake pad carriers. In addition to the large-scale application of force achieved that on the brake pad carrier in the saddle and Brake carrier is movably guided, no unwanted Coercive forces are exerted on the braking behavior could adversely affect. Advantageously the actuation unit as a short, compact Electric motor designed for an extendable spindle Has actuation of at least one brake pad. Rather, it is provided according to the invention that the electromechanical actuator the same Has "degrees of freedom", like the brake pad carrier. With that the best prerequisites for large-scale pressing the brake pads on the brake discs and for their given even wear.

Die aus der anderen Stirnseite des Gehäuses herausragende Spindel findet ihr Widerlager im Sattel, wobei zweckmäßigerweise ein "Kugellager" vorgesehen wird, bei dem die Übertragung unerwünschter Querkräfte auf die Spindel weitgehend ausgeschlossen werden können. Für den Fall, daß das Lösen der Bremse nicht über ein rückstellendes Federelement erfolgt, sondern durch Drehrichtungsumkehr der als Elektromotor ausgeführten Betätigungseinheit, muß das "Kugellager" selbstverständlich so ausgebildet sein, daß es nicht nur die Druckkräfte beim Zustellen der Bremse sondern auch die Zugkräfte beim öffnen der Bremse übertragen kann.The protruding from the other end of the housing Spindle you will find abutments in the saddle, whereby expediently a "ball bearing" is provided in which the transfer of undesirable lateral forces to the spindle can be largely excluded. In case that the brake release does not have a resetting Spring element takes place, but by reversing the direction of rotation as an electric motor operating unit, the "Ball bearings" should of course be designed so that it not only the pressure forces when applying the brake but also can also transmit the tensile forces when opening the brake.

Das Reaktionsmoment des Elektromotors bzw. der Betätigungseinheit wird über den Bremsbelagträger auf den Bremsträger und den Schwimmsattel übertragen. Dazu muß der Bremsbelagträger nicht anders gelagert werden als bisher üblich.The reaction torque of the electric motor or the Actuating unit is placed on the brake pad carrier Transfer the brake carrier and the floating caliper. To do this, the  Brake pad carriers are not stored differently than previously common.

Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß der Erfindungsgedanke nicht nur beim eingangs geschilderten
Scheibenbremsentyp anwendbar ist. Er kann ebenso gut bei anderen Ausführungsformen von Scheibenbremsen benutzt werden, wobei lediglich zu beachten ist, daß jeweils das Gehäuse der Betätigungseinheit mit dem einen Bremsbelagträger drehfest verbunden ist und daß die Spindel an dem Bauteil abgestützt ist, durch das der andere Bremsbelagträger zur Bremsbetätigung auf die Bremsscheibe zu, antreibbar ist. Weiterhin sind auch nicht ausschließlich elektromotorische Betätigungseinheiten durch abgedeckt sondern vielmehr alle Arten von Stellantrieben, die eine elektromechanische Betätigung der Bremsbeläge gestatten.Finally, it should be pointed out that the idea of the invention is not only as described in the introduction
Disc brake type is applicable. It can also be used in other embodiments of disc brakes, with the only requirement being that the housing of the actuating unit is connected to the one brake pad carrier in a rotationally fixed manner and that the spindle is supported on the component by which the other brake pad carrier is used to actuate the brake on the Brake disc too, can be driven. Furthermore, not only are electromotive actuation units covered by, but rather all types of actuators which permit electromechanical actuation of the brake pads.

Im einzelnen sind zweckmäßige Ausführungsformen des Erfindungsgedanken in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben. Weitere Einzelheiten werden anhand des in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:Expedient embodiments of the inventive concept are described in subclaims 2 to 9. Further details are explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. Show it:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Schwimmsattel und Fig. 1 shows a vertical section through a floating saddle and

Fig. 2 einen horizontalen Teilschnitt durch eine Scheibenbremse gemäß der Erfindung. Fig. 2 is a partial horizontal section through a disc brake according to the invention.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens liegt der linke Bremsbelagträger 2 an dem die nicht dargestellte Bremsscheibe übergreifenden Arm des Sattels 4 an, während der rechte Bremsbelagträger 2 mit dem Gehäuse 1 der als Elektromotor ausgeführten elektromechanischen Betätigungseinheit verbunden ist. Die vom Elektromotor axial antreibbare Spindel 3 ist in einem Widerlager 5 gestützt, das im Sattel 4 ausgebildet ist. Das Widerlager 5 hat zweckmäßigerweise die Form einer Kugelkalotte und das Ende der Spindel 3 ist dementsprechend kugelförmig ausgeführt. Für den Fall, daß die Rückstellung der Bremsbelagträger nicht über ein Federelement erfolgt, sondern durch Umkehrung der Drehrichtung des Elektromotors, muß das Widerlager 5 so ausgebildet sein, daß es außer den Druckkräften für die Zustellung der Bremse auch noch die Zugkräfte zum Lösen der Bremse übertragen kann. Zu diesem Zweck ist ein das kugelförmige Ende der Spindel 3 teilweise übergreifendes Joch 6 vorgesehen, das in für sich bekannter Weise mit dem Sattel 4 verbunden werden kann.In the embodiment of the inventive concept shown in Fig. 1, the left brake pad carrier 2 rests on the arm of the caliper 4 , which does not show the brake disc, while the right brake pad carrier 2 is connected to the housing 1 of the electromechanical actuation unit designed as an electric motor. The spindle 3, which can be driven axially by the electric motor, is supported in an abutment 5 , which is formed in the saddle 4 . The abutment 5 advantageously has the shape of a spherical cap and the end of the spindle 3 is accordingly spherical. In the event that the brake pad carrier is not reset via a spring element, but by reversing the direction of rotation of the electric motor, the abutment 5 must be designed such that it also transmits the tensile forces for releasing the brake in addition to the pressure forces for the delivery of the brake can. For this purpose, a yoke 6 partially overlapping the spherical end of the spindle 3 is provided, which can be connected to the saddle 4 in a manner known per se.

Im Teilschnitt gemäß Fig. 2 ist die komplette Scheibenbremse dargestellt, wobei das Gehäuse 1 des Elektromotors bzw. der elektromechanischen Betätigungseinheit stirnseitig wiederum mit einem der beiden Bremsbelagträger 2 verbunden ist. Die Spindel 3 ist über ein Widerlager 5 im Sattel 4 abgestützt, der seinerseits über die Bolzen 9 und die elastischen Lagerelemente 10 im Bremsträger 7 axial verschieblich und radial etwas beweglich gelagert ist. Der Bremsträger ist fest mit der Radaufhängung verbunden, die letztlich die von der Bremsscheibe 8 auf die Bremsbeläge 2a, die Bremsbelagträger 2 und den Bremsträger 7 ausgeübten Bremskräfte aufnimmt.The complete disc brake is shown in partial section according to FIG. 2, the housing 1 of the electric motor or the electromechanical actuation unit in turn being connected at the end to one of the two brake pad carriers 2 . The spindle 3 is supported by an abutment 5 in the caliper 4 , which in turn is axially displaceable and radially somewhat movable via the bolts 9 and the elastic bearing elements 10 in the brake carrier 7 . The brake carrier is firmly connected to the wheel suspension, which ultimately absorbs the braking forces exerted by the brake disc 8 on the brake pads 2 a, the brake pad carrier 2 and the brake carrier 7 .

Der Erfindungsgedanke ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Er kann auch auf andere Typen von Scheibenbremsen angewendet werden, wobei gleichermaßen die erwähnten Vorteile genutzt werden können, die darin bestehen, daß die Bremskraft großflächig auf den Bremsbelagträger übertragen werden kann und daß an der Spindel keine unerwünschten Querkräfte auftreten können. Durch die Befestigung des Gehäuses des Elektromotors bzw. der Betätigungseinheit an einem der beiden Bremsbelagträger ist ferner gewährleistet, daß auch auf den Bremsbelagträgern keine unerwünschten Kräfte übertragen werden können, die ein einseitiges Abnutzen der Bremsbeläge bewirken können.The inventive concept is not based on the one shown Embodiment limited. It can also be used on other types of disc brakes are applied, equally the advantages mentioned can be used in it exist that the braking force over a large area Brake pad carrier can be transferred and that at the  Spindle no unwanted transverse forces can occur. By fastening the housing of the electric motor or the actuating unit on one of the two brake pad carriers it is also ensured that also on the brake pad carriers no unwanted forces can be transmitted to the a can cause one-sided wear of the brake pads.

Claims (9)

1. Scheibenbremse mit einem Bremsträger, einem Schwimmsattel, zwei Bremsbelagträgern, einer Bremsscheibe und einer im Sattel angeordneten, linear verlängerbaren elektromechanischen Betätigungseinheit, die als Stellantrieb für zumindest einen Bremsbelagträger vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) der Betätigungseinheit mit einer Stirnseite drehfest an einem Bremsbelagträger (2) befestigt ist, daß die Spindel (3) aus der anderen Stirnseite des Gehäuses (1) herausragt und daß der Sattel (4) als Widerlager (5) für die Spindel (3) ausgebildet ist.1. Disc brake with a brake carrier, a floating caliper, two brake pad carriers, a brake disc and a linearly extendable electromechanical actuation unit arranged in the caliper, which is provided as an actuator for at least one brake pad carrier, characterized in that the housing ( 1 ) of the actuation unit with an end face is rotatably attached to a brake pad carrier ( 2 ), that the spindle ( 3 ) protrudes from the other end of the housing ( 1 ) and that the caliper ( 4 ) is designed as an abutment ( 5 ) for the spindle ( 3 ). 2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Betätigungseinheit als Elektromotor ausgeführt ist.2. Disc brake according to claim 1, characterized in that the electromechanical actuator as Electric motor is running. 3. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (5) als Kugelkalotte ausgebildet ist.3. Disc brake according to one of claims 1 or 2, characterized in that the abutment ( 5 ) is designed as a spherical cap. 4. Scheibenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Spindel (3) kugelförmig ausgebildet ist.4. Disc brake according to claim 3, characterized in that the end of the spindle ( 3 ) is spherical. 5. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (5) mit einem das kugelförmige Ende der Spindel (3) teilweise übergreifendem Joch (6) ausgestattet ist, so daß es als ein auf Druck und Zug beanspruchbares "Kugellager" benutzbar ist. 5. Disc brake according to one of claims 1 to 4, characterized in that the abutment ( 5 ) with a the spherical end of the spindle ( 3 ) partially overlapping yoke ( 6 ) is equipped, so that it as a stress and tension " Ball bearing "is usable. 6. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (3) zur Bremsbetätigung gegen die Rückstellkraft eines Federelementes axial antreibbar ist.6. Disc brake according to one of claims 1 to 5, characterized in that the spindle ( 3 ) for braking actuation against the restoring force of a spring element is axially driven. 7. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (3) zum Lösen der Bremse vom Rotor axial antreibbar ist.7. Disc brake according to one of claims 1 to 5, characterized in that the spindle ( 3 ) for releasing the brake from the rotor can be driven axially. 8. Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor über den Bremsbelagträger (2) im Bremsträger (7) und im Schwimmsattel (4) drehfest geführt ist.8. Disc brake according to one of claims 1 to 7, characterized in that the electric motor is rotatably guided via the brake lining carrier ( 2 ) in the brake carrier ( 7 ) and in the floating caliper ( 4 ). 9. Anwendung des Erfindungsgedankens auf andere Ausführungsformen von Scheibenbremsen mit der Maßgabe, daß jeweils das Gehäuse der Betätigungseinheit mit dem einen Bremsbelagträger drehfest verbunden ist und daß die Spindel an dem Bauteil abgestützt ist, durch das der andere Bremsbelagträger zur Bremsbetätigung auf die Bremsscheibe zu antreibbar ist.9. Application of the idea of the invention to others Embodiments of disc brakes with the proviso that in each case the housing of the actuating unit with the a brake pad carrier is rotatably connected and that the spindle is supported on the component by which the other brake pad carrier for brake actuation on the Brake disc is drivable.
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