DE19807432A1 - Antrieb für eine elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse - Google Patents
Antrieb für eine elektrisch betätigbare FahrzeugbremseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine elektrisch be
tätigbare Fahrzeugbremse nach dem Oberbegriff eines der An
sprüche 1, 8 oder 9.
In DE 195 43 098 C2 ist eine elektrisch betätigbare Fahrzeug
bremse beschrieben. Bei dieser bekannten Bremsanlage ist die
elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse als Scheibenbremse aus
gebildet, deren Bremsbacken mit Hilfe eines als elektrischer
Antrieb dienenden Elektromotors an die Bremsscheibe anpreßbar
sind. Ferner ist der Elektromotor über ein in Verschieberich
tung der Reibelemente angeordnetes Spindelgetriebe in Form
einer aus DE 37 39 059 bekannten Planeten-Wälz-Gewinde-
Spindel mit einem auf die Bremsbacke einwirkenden, axial ver
schiebbar gelagerten Kolben verbunden.
Diese bekannte Planeten-Wälz-Gewinde-Spindel weist geringe
Reibwerte auf und ermöglicht eine verhältnismäßig hohe
Kraftübersetzung, so daß im allgemeinen die zum Betätigen von
Fahrzeugbremsen erforderliche Kraft in nur einer Getriebestu
fe erreicht werden kann. Aufgrund ihres Funktionsprinzips ist
bei diesem Spindelgetriebe jedoch nachteilig, daß die Über
tragung der Tangentialkräfte von Spindelstange auf Wälz- oder
Rollkörper und von diesen auf die Spindelmutter schlupfbehaf
tet ist. Somit hat die bekannte Planeten-Wälz-Gewinde-Spindel
eine nicht genau definierte Steigung und folglich auch keine
konstante Kraftübersetzung.
Für den Betrieb einer Bremse muß jedoch die Kraft, mit wel
cher Bremsbacken an eine Bremsscheibe gepreßt werden, bekannt
sein. Wird ein solches, nicht steigungstreues Spindelgetriebe
verwendet, so kann weder die Position noch die Geschwindig
keit, noch die auf den Bremsbelag wirkende Kraft aus den Mo
torparametern, wie Strom, Drehmoment, Drehzahl und Motorstel
lung, ermittelt werden.
Um solche für eine Steuerung/Regelung notwendigen Größen zu
ermitteln, werden folglich zusätzliche Sensoren und Auswerte
einheiten benötigt, die zum einen teuer sind und zum anderen
einen zusätzlichen technischen Aufwand bedeuten. Außerdem be
nötigen die Sensoren im bremsscheibennahen Bereich Bauraum,
der dort stark eingeengt ist. Ferner treten aufgrund der Nähe
zur Bremsscheibe hohe Temperaturen auf. Die Sensoren müßten
demzufolge hitzebeständig und frei von einer Temperaturdrift
sein oder aber thermisch abgeschirmt werden. Dies ist jedoch
nur mit hohem technischen und finanziellen Aufwand zu errei
chen.
Ferner gibt es bereits einige getriebetechnische Lösungsvor
schläge zum Aufbau eines kompakten, elektrisch betätigbaren
Bremsaktors. Mit keinem der bis jetzt bekannt gewordenen Lö
sungsansätze ist es bisher gelungen, aus der Drehbewegung des
Antriebsmotors in Form eines Elektromotors zum Betätigen ei
ner Bremse erforderliche, besonders hohe Kräfte zu erzeugen.
Gemäß der Erfindung sollen daher unter Verwenden eines Spin
delantriebs als Direktantrieb, d. h. ohne eine zusätzliche da
zwischen geschaltete Getriebestufe, oder aber eines Spin
delantriebs mit einem vorgeschalteten Getriebe niedriger
Übersetzung entweder zum Zuspannen einer Bremse erforderliche
Kräfte mit einer exakt definierten Steigung oder besonders
hohe Kräfte zum Zuspannen einer Bremse mit einer weniger ex
akten Steigung erzeugt werden.
Gemäß der Erfindung ist, wenn zum Zuspannen einer Bremse er
forderliche Kräfte mit einer exakt definierten Steigung er
zeugt werden sollen, ein Antrieb für eine elektrisch betätig
bare Fahrzeugbremse mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 zu verwenden, oder, wenn sehr hohe Kräfte zum
Zuspannen einer Bremse erzeugt werden müssen, ist ein Antrieb
für eine elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse mit den Merk
malen im kennzeichnenden Teil einer der Ansprüche 8 oder 9
einzusetzen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand von auf einen der Ansprüche 1, 8 oder 9 unmittel
bar oder mittelbar rückbezogenen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer aus DE 195 40 634 C1
bekannten steigungstreuen Planeten-Wälz-Getriebe-Spindel (die
nachstehend der Einfachheit halber häufig als SPWG-Spindel
bezeichnet ist), um eine schnelle Drehbewegung eines Elektro
motors bei niedrigem Drehmoment in eine Axialbewegung mit der
benötigten Kraft auf einen Reibbelag einer Fahrzeugbremse um
zuwandeln, ermöglicht eine Kraftübersetzung in einer oder
zwei Getriebestufen bei konstanter Steigung und somit einen
Rückschluß auf Größen, wie Kraft, Position und Beschleunigung
am Reibbelag aus den bekannten bzw. meßbaren Größen des Mo
tors bzw. motorisch bewegten Teilen des Spindelgetriebes, wie
Strom, Schrittweite, Winkelposition, Winkelgeschwindigkeit,
Winkelbeschleunigung, Drehmoment u. ä.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung der aus DE 195 40 634 C1
bekannten Getriebetechnik der steigungstreuen Planeten-
Wälz-Gewinde-Spindeln kann die Zuspannkraft von einem Elek
tromotor auf einen Reibbelag eines Bremsaktors einer elek
trisch betätigbaren Fahrzeugbremse steigungsgetreu und somit
ohne Schlupf übertragen werden.
Zum Betätigen der Bremse wird ein kompakter Elektromotor ein
gesetzt, der geringes Gewicht und kleines Bauvolumen aufweist
und somit unmittelbar an der Radbremse vorgesehen werden
kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Läufer
des Motors mit der Spindelmutter der SPWG-Spindel drehfest
verbunden. Hierbei ist die Spindelstange verdrehgesichert
und ihrerseits direkt mit dem Betätigungskolben der Bremse
verbunden, welcher den Reibbelag gegen die Bremsscheibe
preßt.
Durch Einsatz der SPWG-Spindel lassen sich sehr kleine Sy
stemsteigerungen bei gleichzeitiger Steigungstreue realisie
ren, was mit anderen Spindeltypen prinzipbedingt nicht reali
sierbar ist. So lassen sich beispielsweise Steigungen im Be
reich von 0,2 mm steigungstreu realisieren. Somit kann mit ei
ner einzigen Übersetzungsstufe das begrenzte Drehmoment des
Antriebsmotors steigungstreu in ausreichende Längskräfte zum
Zuspannen der Bremse umgewandelt werden.
Um den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes zu erhöhen und um die
Verlustleistung sowie die Losbrechmomente/Reibmomente der La
ger zu verringern, ist es vorteilhaft und sinnvoll, ein nied
rig übersetzendes einstufiges Getriebe mit geringem Gewicht,
jedoch mit hohem Wirkungsgrad und kompakter Bauweise zwischen
dem Antriebsmotor und dem Spindelgetriebe vorzusehen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist der Elektromotor drehfest mit der Spindelstange der SPWG-
Spindel verbunden, wobei deren Spindelmutter auf den Brems
kolben wirkt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist
der Innendurchmesser des Läufers des Elektromotors so bemes
sen, daß in dem Läufer die Spindelstange untergebracht werden
kann und somit eine Nachstellbewegung ermöglicht ist. Durch
diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist obendrein
die Baulänge des Bremsaktors reduziert, da die Spindelstange
innerhalb des Rotors/Läufers angeordnet ist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er
findung ist der Innendurchmesser des Rotors des Elektromotors
so bemessen, daß er die Spindelmutter einer SPWG-Spindel auf
nehmen kann, welche drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Bei
dieser Ausführungsform wirkt dann die Spindelstange auf den
Bremskolben. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Baulänge
des Bremsaktors reduziert.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann
der Läufer des Elektromotors drehfest mit einem Getriebe ver
bunden sein, dessen Abtriebswelle wiederum die Spindelstange
der SPWG-Spindel ist. Auch in dieser Ausführungsform wirkt
dann deren Spindelmutter auf den Bremskolben, wodurch insge
samt der Wirkungsgrad des Bremsaktors erhöht werden kann.
Der erfindungsgemäße Antrieb weist somit eine besonders kom
pakte und leichte Bauweise auf und hat insbesondere ein fe
stes Übertragungsverhältnis. Obendrein besteht der erfin
dungsgemäße Antrieb nur aus wenigen Bauteilen und läßt in
vorteilhafter Weise eine Bestückung mit gegebenenfalls erfor
derlicher Sensorik zu. Schließlich besitzt der erfindungsge
mäße Antrieb aufgrund der geringen, in ihm auftretenden Rei
bungsverluste einen hohen Wirkungsgrad.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines aus DE 27 18 888 C2 be
kannten Schraubspindelantriebs, um eine schnelle Drehbewegung
eines Elektromotors bei niedrigem Drehmoment in eine Axialbe
wegung umzuwandeln, ermöglicht es, eine besonders hohe Kraft
auf einen Reibbelag einer Fahrzeugbremse in einer Getriebe
stufe oder in einer Getriebestufe mit vorgeschaltetem Getrie
be niedriger Übersetzung aufzubringen.
Mit dem aus DE 27 18 888 C2 bekannten Spindel trieb kann auf
grund der Tatsache, daß zwischen Planetenrollen und einer
Spindelmutter die Kraft über die gleichen Rillenprofilierun
gen übertragen wird wie die zwischen den Planetenrollen und
dessen Spindelstange wirkenden Krafts eine besonders hohe
Tragfähigkeit im Vergleich zu anderen Spindelgetrieben er
reichbar ist. Obendrein wird, wenn dem aus DE 27 18 888 C2
bekannten Spindel trieb ein Getriebe niedriger Übersetzung
vorgeschaltet wird, keine nennenswerte zusätzliche Baulänge
für die dadurch geschaffene Kraftübertragung benötigt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh
rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeich
nungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a eine teilsweise aufgeschnittene steigungstreue Plane
ten-Wälz-Gewinde-(SPWG-)Spindel;
Fig. 1b eine Modifizierung der teilweise aufgeschnittenen
Planeten-Wälz-Gewinde-(SPWG-)Spindel von Fig. 1a;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen teilweise auf
geschnittenen Bremsaktor mit einem Antrieb und einer
SPWG-Spindel nach Fig. 1a oder 1b, gemäß der Erfin
dung;
Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine teilweise aufge
schnittene, erste alternative Ausführungsform des er
findungsgemäßen Antriebs eines Bremsaktors;
Fig. 4 in perspektivischer Darstellung eine teilweise aufge
schnittene, zweite alternative Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Antriebs eines Bremsaktors;
Fig. 5 in perspektivischer Darstellung eine teilweise aufge
schnittene, dritte alternative Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Antriebs eines Bremsaktors;
Fig. 6 in perspektivischer Darstellung eine teilweise aufge
schnittene, vierte alternative Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Antriebs eines Bremsaktors;
Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Wirkungs
gradverbesserung bei Einsatz eines Getriebes nach
Fig. 2;
Fig. 8 in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt einen
Schraubspindelantrieb, und
Fig. 9 eine Endansicht oder eine Draufsicht des Schraubspin
delantriebs nach Fig. 8.
Die SPWG-Spindel 12 weist in der Ausführungsform der Fig. 1a
im Gegensatz zu an sich bekannten Bewegungsschrauben eine
Spindelstange 16 auf, die mit einem ein- oder mehrgängigen
Feingewinde versehen und von einer Anzahl walzenförmiger
Rollkörper 28 umgeben ist. Die Rollkörper 28 sind in beliebi
ger Anzahl und in gleichmäßigen bzw. ungleichmäßigen Abstän
den planetenartig angeordnet. In der in Fig. 1a wiedergegebe
nen SPWG-Spindel 12 sind beispielsweise acht Rollkörper 28
vorgesehen. Die Roll- oder Wälzkörper 28 weisen eine dem
Feingewinde 17 der Spindelstange 16 entsprechende Rillenpro
filierung auf.
Eine in die Spindelstange 16 eingeleitete Kraft wird von dem
ein- oder mehrgängigen Spindelstangen-Feingewinde 17 auf ab
schnittsweise ausgebildete Rillenprofile 29 der Anzahl Roll-
oder Wälzkörper 28 übertragen.
Über in den Roll- oder Wälzkörpern 28 vorgesehene, im Quer
schnitt V-förmig ausgeführte Führungsrillen 29' mit balligen
oder geraden Flanken wird die Kraft mittels Gleitkontakt auf
eine Anzahl Führungsringe 30 oder einen Führungskörper 30'
mit ringförmig umlaufenden Führungsrillen 31' übertragen. Die
Führungsringe 30 bzw. der Führungskörper 30' sind in der
Spindelmutter 14 durch Kugel- oder Rollenlagerringe gelagert,
so daß zwischen den Führungsringen 30 bzw. dem Führungskörper
30' und der Spindelmutter 14 keine in Umfangsrichtung auftre
tenden Kräfte bzw. Drehmomente übertragen werden können.
Zur Kontaktlagerung der Roll- oder Wälzkörper 28 und um den
Abstand der Roll- oder Wälzkörper 28 zueinander konstant zu
halten, sind Kugel oder Rollenlager 32 vorgesehen. Die Kugel-
oder Rollenlager 32 sind über Zapfen 33 und Buchsen 34 direkt
in der Spindelmutter 14 gehalten und die den Kugel oder Rol
lenlagern 32 gegenüberliegeneden Kugel- oder Rollenlager 32'
sind über Zapfen und Buchsen in der Spindelabdeckung 35 ge
halten.
Aufgrund des Vorsehens der vorstehend beschriebenen Führungs
ringe 30 bzw. des Führungskörpers 30' sowie der Kugel- oder
Rollenlager 32 und 32' kann zwischen dem Feingewinde 17 der
Spindelstange 16 und den Führungsrillen 29' der Roll- oder
Wälzkörper 28 kein Schlupf auftreten. Ebenso sind durch
Schlupf bedingte oder aus anderen Gründen auftretende Stei
gungsfehler ausgeschlossen.
In Fig. 1b ist eine Modifizierung der in Fig. 1a wiedergegebe
nen, teilweise aufgeschnittenen steigungstreuen Planeten-
Wälz-Gewinde-(SPWG-)Spindel 12' dargestellt, bei welcher im
Unterschied zu der Ausführungsform in Fig. 1a in einem Füh
rungskörper 30'' eine schraubenlinienförmige Führungsrille
31'' ausgebildet ist. Hierbei sind in Fig. 1b in dem obersten
Abschnitt der schraubenlinienförmigen Führungsrille 31'' zur
Verdeutlichung keine Kugeln wie in den darunterliegenden bei
den Abschnitten der schraubenlinienförmigen Führungsrille 31'
eingetragen. Abgesehen von dem unterschiedlichen Verlauf der
schraubenlinienförmigen Führungsrille 31'' im Unterschied zu
den kreisförmig umlaufenden Führungsrillen 31' in Fig. 1a ist
die Ausführung der SPWG-Spindel 12' identisch mit derjenigen
der SPWG-Spindel 12 in Fig. 1a und ein nach dem Kugel- oder
Wälzkörper-Umlaufprinzip arbeitendes Spindelgetriebe geschaf
fen, das gleichzeitig als Lager dient.
Bei der Ausführungsform der SPWG-Spindel 12' ist die Axialbe
wegung zwischen der Spindelmutter 14' und dem Führungskörper
30'', in dem die spirallinienförmig verlaufende Führungsrille
31'' ausgebildet ist, durchaus erwünscht. Je nachdem, ob die
Axialbewegung zwischen der Spindelmutter 14' und dem Füh
rungskörper 30'' gleich oder gegenläufig ist, ist bei einer
gleichläufigen Drehbewegung von Spindelmutter 14' und Füh
rungskörper 30'' ein die Steigungen der beiden Elemente 14'
und 30'' summierendes Getriebe und damit ein Getriebe mit ei
ner verhältnismäßig hohen Steigung erhalten, während bei ei
ner gegenläufigen Drehbewegung zwischen der Spindelmutter 14'
und dem Führungskörper 30'' ein die Steigungen voneinander
subtrahierendes Getriebe mit einer entsprechenden niedrigen
Steigung geschaffen ist.
In Fig. 2 ist ein in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneter,
teilweise aufgeschnittener Bremsaktor 2 dargestellt, wobei im
oberen Teil von Fig. 2 ein Elektromotor 4 und im unteren Teil
ein Bremsbelag in Form eines Reibbelags 36 wiedergegeben
sind. Der Elektromotor 4 weist einen Läufer 6 und einen Stän
der 8 sowie dazwischen einen Luftspalt 10 auf. Der Elektromo
tor 4 steht über die steigungstreue Planeten-Wälz-Gewinde-
(SPWG-)Spindel 12 mit einem an einem Bremskolben 24 befestig
ten Bremsbelag 36 in Wirkverbindung. Aus Gründen der Bauraum
ersparnis ist bei der Ausführungsform in Fig. 2 die Spindel
mutter 14 über eine mit ihr fest verbundene Spindelabdeckung
35 angetrieben und nicht die Spindelstange 16. Die Spindelab
deckung 35 ist wiederum drehfest mit dem Läufer 6 des Motors
4 verbunden.
Die Achse der Spindelabdeckung 35 ist in der in Fig. 2 darge
stellten Ausführungsform gleichzeitig die Achse des Elektro
motors 4. Die Spindelmutter 14 und somit auch der Läufer 6
des Elektromotors sind an ihrem motorseitigem Ende mittels
eines Lagers 18 abgestützt, welches in Fig. 2 als ein Schräg
kugellager ausgebildet ist. Die mit dem Läufer 6 drehfest
verbundene Abdeckung 35 ist mit einem Gegenflansch 40 fest
verbunden. Der Gegenflansch 40 wiederum ist mittels eines Ra
diallagers 20 und eines Axiallagers (Drucklagers) 22 abge
stützt, welches in der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 2
als Axial-Rollenlager ausgeführt ist. Die Abstützung ist er
forderlich, da die gesamten, über die Spindelabdeckung 35
übertragenen Axialkräfte abgestützt werden müssen.
Der Bremsaktor 2 mit der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausfüh
rungsform funktioniert folgendermaßen: Der Elektromotor 4
treibt über die Spindelabdeckung 35 die Spindelmutter 14 an.
Dadurch wird die drehfeste Spindelstange 16 zusammen mit dem
am Bremskolben 24 befestigten Bremsbelag vorgetrieben und ge
gen die Bremsscheibe 38 gepreßt oder er wird von dieser aus
zurückgefahren.
Der am Bremsbelag 36 auftretende Verschleiß kann durch Nach
stellen des Bremskolbens 24 mit dem an ihm befestigten Reib
belag 36 gegenüber der Spindelmutter 14 um einen in Fig. 2
durch einen beidseitig mit Spitzen versehenen Pfeil angegebe
nen Nachstellweg 26 nachgestellt werden; der Nachstellweg 26
liegt bei der Ausführungsform der Fig. 3 in der Größenordnung
von etwa 37 mm. Der Hub des Bremskolbens 24 und damit des an
dem Bremskolben befestigten Reibbelags 36 kann je nach Stärke
der Betätigung und nach Steifigkeit des Bremssattels 42 in
der Ausführungsform der Fig. 2 bis zu 2 mm betragen.
Die in der Fig. 3 dargestellte, erste alternative Ausführungs
form des erfindungsgemäßen Antriebs für einen Bremsaktor 2
weist einen mit einem Bremsbelag (Reibbelag) 36 verbundenen
Elektromotor 4 auf. Der Elektromotor 4, der einen Läufer 6
und einen Ständer 8 und dazwischen einen Luftspalt 10 auf
weist, steht ebenfalls über eine steigungstreue Planeten-
Wälz-Gewinde-(SPWG-)Spindel 12 mit dem Bremsbelag 36 in Wirk
verbindung.
In der ersten alternativen Ausführungsform ist jedoch aus
Gründen der Bauraumersparnis die Spindelmutter 14 ebenfalls
innerhalb des Läufers 6 angeordnet und mit diesem drehfest
verbunden. Auch in der ersten alternativen Ausführungsform
ist wiederum die Spindelmutter 14 angetrieben und nicht die
Spindelstange 16. Die Achse der Spindelmutter 14 ist hier
gleichzeitig die Achse des Elektromotors 4.
Die Spindelmutter 14 und somit auch der Läufer 6 des Elektro
motors 4 sind an ihrem bremsbelagseitigen Ende mittels eines
Radiallagers 18, welches ein Schrägkugellager ist, und an ih
rem entgegengesetzten Ende mittels eines weiteren Radialla
gers 20 abgestützt, welches ebenfalls ein Schrägkugellager
ist (Die Axialkräfte können allerdings auch über ein zusätz
liches Axiallager wie in Fig. 2 abgestützt werden). Diese Ab
stützung ist erforderlich, da die gesamten, über die Spindel
mutter 14 übertragenen Axialkräfte abgestützt werden müssen.
Die Funktionsweise der ersten alternativen Ausführungsform
eines Antriebs des Bremsaktors 2 entspricht der Funktionswei
se des anhand von Fig. 2 und 2 beschriebenen Antriebs des
Bremsaktors. Auch der auftretende Verschleiß des Bremsbelags
36 kann ebenfalls wiederum um etwa 37 mm nachgestellt werden
und auch der Hub des Bremskolben 24 kann je nach Stärke oder
Betätigung und Steifigkeit des Bremssattels 42 bis zu 2 mm be
tragen. Die SPWG-Spindel 12 ist genauso ausgeführt wie anhand
der Fig. 2 und 2 beschrieben ist. Ebenso wird eine in die
Spindelstange 16 eingeleitete Kraft von dem ein- oder mehr
gängigen Spindelstangen-Feingewinde 17 auf abschnittsweise
ausgebildete Rillenprofile 29 mehrerer Roll- oder Wälzkörper
28 übertragen.
Ferner können analog der anhand von Fig. 2 und 2 beschriebenen
Ausführungsform zwischen den Führungsringen 30 bzw. dem Füh
rungskörper 30' und der Spindelmutter 14 in Umfangsrichtung
auftretende Kräfte oder Drehmomente übertragen werden. Auch
die Kontaktlagerung der Roll- oder Wälzkörper sowie das Ein
halten eines konstanten Abstands der Roll- oder Wälzkörper 28
zueinander erfolgt auf dieselbe Weise wie in Verbindung mit
der Ausführungsform der Fig. 2 und 2 beschrieben ist.
Aufgrund des Vorsehens der Führungsringe 30 bzw. des Füh
rungskörpers 30' sowie der Kugel- oder Rollenlager 32 und 32'
kann auch hier zwischen dem Spindelstangen-Feingewinde 17 und
den Führungsrillen 29' der Roll- oder Wälzkörper 28 kein
Schlupf auftreten. Ebenso sind, wie bei der ersten, anhand
von Fig. 2 und 2 beschriebenen Ausführungsform durch Schlupf
bedingte oder aus anderen Gründen auftretende Steigungsfehler
ausgeschlossen.
Die in Fig. 4 dargestellte, zweite alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Antriebs des Bremsaktors 2 unterschei
det sich von der anhand von Fig. 3 beschriebenen, ersten al
ternativen Ausführungsform dadurch, daß in der zweiten al
ternativen Ausführungsform aus Gründen der Verringerung der
rotatorisch bewegten Massen die Spindelstange 16 innerhalb
des Läufers 6 angeordnet und mit diesem drehfest verbunden
ist. In der zweiten alternativen Ausführungsform wird daher
die Spindelstange 16 und nicht die Spindelmutter 14 angetrie
ben.
Ferner ist in der zweiten alternativen Ausführung die Achse
der Spindelstange 16 gleichzeitig die Achse des Elektromotors
4. Statt der Spindelmutter 14 in der ersten alternativen Aus
führungsform wird in der zweiten alternativen Ausführungsform
die Spindelstange 16 und somit auch der Läufer 6 des Elektro
motors an ihrem einen Ende mittels eines Radiallagers 18,
beispielsweise in Form eines Kugellagers, und mittels eines
Axiallagers 20 abgestützt, das beispielsweise ein Kegelrol
lenlager ist. Auch diese Abstützung ist wiederum erforder
lich, da die gesamten über die Spiegelstange 16 übertragenen
Axialkräfte abgestützt werden müssen.
Die Funktionsweise des Bremsaktors 2 mit dem Antrieb gemäß
der zweiten alternativen Ausführungsform ist folgende: Der
Elektromotor 4 treibt diesmal die Spindelstange 16 an, wo
durch die drehfeste Spindelmutter 14 und der am Bremskolben
24 befestigte Bremsbelag 36 vorgetrieben und gegen die Brems
scheibe 38 gepreßt oder von dieser aus zurückgefahren wird.
Im Unterschied zu der ersten alternativen Ausführungsform
wird der auftretende Verschleiß des Bremsbelags 36 durch
Nachstellen des Bremskolbens 24 mit dem daran befestigten
Reibbelag 36 gegenüber der Spindelstange 16 um einen eben
falls in der Größenordnung von etwa 37 mm liegenden Nachstell
weg nachgestellt.
Da die SPWG-Spindel 12 genauso aufgebaut ist wie bei den vor
stehend beschriebenen Ausführungsformen wird auch die in die
Spindelstange 16 eingeleitete Kraft auf dieselbe Weise auf
abschnittsweise ausgebildete Rillenprofile mehrerer Roll-
oder Wälzkörper 28 übertragen. Da auch die Führungsringe 30
bzw. der Führungskörper 30' in analoger Weise gelagert sind,
können ebenfalls keine in Umfangsrichtung auftretende Kräfte
oder Drehmomente übertragen werden. Genauso kann zwischen dem
Feingewinde 17 der Spindelstange 16 und den Führungsrillen
29' der Roll- oder Wälzkörper 28 kein Schlupf auftreten und
es sind auch durch Schlupf bedingte Steigungsfehler ausge
schlossen.
In der in Fig. 5 dargestellten, dritten alternativen Ausfüh
rungsform wird im Unterschied zu der anhand von Fig. 4 be
schriebenen, zweiten alternativen Ausführungsform aus Gründen
der Verbesserung des Wirkungsgrades die Drehbewegung des
Elektromotors 4 durch ein Getriebe 9 in eine Drehbewegung ge
ringer Drehzahl untersetzt. In der dritten alternativen Aus
führungsform nach Fig. 5 ist die Spindelstange 16 über das Ge
triebe 9 angetrieben und nicht die Spindelmutter 14. Hierbei
ist die Achse der Antriebswelle des Getriebes 9 gleichzeitig
die Achse des Elektromotors. Von den vorstehend angeführten
Unterschieden abgesehen, entspricht die dritte alternative
Ausführungsform der anhand von Fig. 4 beschriebenen zweiten
alternativen Ausführungsform.
In der Funktionsweise unterscheidet sich ein gemäß der drit
ten alternativen Ausführungsform ausgelegter Antriebs für den
Bremsaktor 2 dadurch, daß der Elektromotor 4 das Getriebe 9
antreibt und dieses die Drehbewegung des Elektromotors 4 un
tersetzt. Ferner ist der Abtrieb des Getriebes 9 drehfest mit
der Spindelstange 16 verbunden. Dadurch wird auch in der
dritten alternativen Ausführungsform die drehfeste Spindel
mutter zusammen mit dem am Bremskolben 24 befestigten Brems
belag 36 vorgetrieben und gegen die Bremsscheibe gepreßt oder
von dieser zurückgefahren. Auftretender Verschleiß am Brems
belag wird auf dieselbe Weise nachgestellt, wie anhand der
vorstehenden Ausführungsformen beschrieben ist. Der Aufbau
der SPWG-Spindel 12 und deren Funktionsweise sind genau die
selben wie vorstehend anhand der ersten alternativen Ausfüh
rungsform ausführlich dargelegt ist.
In der in Fig. 6 dargestellten, vierten alternativen Ausfüh
rungsform ist ebenfalls wie bei der der anhand von Fig. 4 be
schriebenen, zweiten alternativen Ausführungsform aus Gründen
der Verringerung der rotorisch bewegten Massen die Spindel
stange 16 innerhalb des Läufers 6 angeordnet und mit diesem
drehfest verbunden. Auch in der vierten alternativen Ausfüh
rungsform wird die Spindelstange 16 und nicht die Spindelmut
ter 14 angetrieben.
Ebenso ist die Achse der Spindelstange 16 auch wiederum
gleichzeitig die Achse des Elektromotors 4. Die Spindelstange
16 und somit auch der Läufer des Elektromotors 4 sind zwi
schen der Spindel 12 und dem Elektromotor 4 mit einem Ra
diallager 18, beispielsweise in Form eines Kugellagers und
mit einem Axiallager 20 abgestützt, welches auch in der vier
ten alternativen Ausführungsform ein Kugelrollenlager ist.
Die Abstützung ist ebenfalls wieder erforderlich, da die ge
samten über die Spindelstange 16 übertragenen Axialkräfte ab
gestützt werden müssen.
Im übrigen ist die Funktionsweise der vierten alternativen
Ausführungsform dieselbe, wie sie beispielsweise anhand der
zweiten alternativen Ausführungsform beschrieben ist. Ebenso
ist der Aufbau der SPWG-Spindel 12 derselbe, wie in den vor
stehend beschriebenen Ausführungsformen. Ferner wird auch
auftretender Verschleiß am Bremsbelag auf die gleiche Weise
und in demselben Umfang nachgestellt.
In Fig. 7 sind in einer dreidimensionalen Graphik auf der vom
Nullpunkt in Fig. 7 schräg nach links verlaufenden Achse die
Steigung in mm pro Umdrehung auf der vom Nullpunkt in Fig. 7
ausgehenden schräg nach rechts und senkrecht zur Steigungs
achse verlaufenen Achse die Axialkraft in kN und auf der in
Fig. 7 vertikal verlaufenden Achse der Wirkungsgrad aufgetra
gen. Wie der Graphik von Fig. 7 zu entnehmen ist, wird bei ei
ner Steigung von 2,5 mm pro Umdrehung ein Wirkungsgrad von et
wa 0,96 erreicht.
In Fig. 8 und 9 hat eine Spindelstange 100 drei Gewindegänge
mit einem spitzen Winkel von 90°. Drei Roll- oder Wälzkörper
110 weisen über ihre ganze Länge ringförmige Zähne 110' auf.
Die ringförmigen Zähne 110' der Roll- oder Wälzkörper 110 ha
ben die gleiche axiale Teilung wie das Gewinde 100' der Spin
delstange 100, und die Form der Zähne 110' der Roll- oder
Wälzkörper 110 entspricht der Form der Gewindegänge 100'.
Eine zylindrische Spindelmutter 120 weist in einer Bohrung
eine Vielzahl von inneren Ringnuten 120' auf, welche über die
ganze Länge der Spindelmutter 120 angeordnet sind. Die Ring
nuten 120' der Spindelmutter 120 haben die gleiche axiale
Teilung wie die ringförmigen Zähne 110 der Roll- oder Wälz
körper 110 und eine Form, welche zu derjenigen der ringförmi
gen Zähne 110' der Roll- oder Wälzkörper 110 komplementär
ist. Die Spindelmutter 120 hat die gleiche Anzahl von Ringnu
ten 120' wie die Zahl der Zähne 110' jedes Roll- oder Wälz
körpers 110.
Obwohl jeder Roll- oder Wälzkörper an jedem Ende einen kurzen
Drehzapfen 130 aufweist, sind diese für den Betrieb des
Schraubspindeltriebs nicht unbedingt erforderlich und sie
sind lediglich vorgesehen, um die Rollen 110 in die in Fig. 9
wiedergegebene Stellung beim Zusammenbau zu bringen. Der in
Fig. 8 und 9 dargestellte Schraubspindelantrieb ist in sehr
vielen Fällen anwendbar, bei welchen eine Drehbewegung in ei
ne lineare bzw. axiale Bewegung umzuwandeln ist und umge
kehrt.
Entsprechend der in Fig. 5 dargestellten dritten alternativen
Ausführungsform bei welcher die SPWG-Spindel verwendet ist,
kann aus Gründen der Verbesserung des Wirkungsgrades die
Drehbewegung eines Elektromotors auch bei Verwenden des aus
DE 27 18 888 C2 bekannten Spindeltriebs durch ein in der Wir
kung dem Getriebe 9 in Fig. 5 entsprechendes Getriebe in eine
Drehbewegung geringer Drehzahl untersetzt werden. Auch in
diesem Fall wird analog der Ausführungsform nach Fig. 5 die
Spindelstange 100 über das Getriebe angetrieben. Hierbei ist
dann ebenfalls die Achse der Antriebswelle des Getriebes
gleichzeitig die Achse des Elektromotors. Im übrigen gelten
dieselben Überlegungen die hinsichtlich der Funktionsweise
der dritten in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform angeführt
sind.
Claims (10)
1. Antrieb für eine elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse,
deren Reibelemente mit Hilfe eines Elektromotors (4) an eine
Bremsscheibe (38) anpreßbar sind, wobei der Elektromotor (4)
über ein in Verschieberichtung der Reibelemente wirkendes
Spindelgetriebe mit Axialführung und Verdrehsicherung mit ei
nem auf die Reibelemente einwirkenden, axial verschiebbar ge
lagerten Bremskolben (24) verbunden ist, dadurch gekennzeich
net, daß
als Spindelgetriebe eine an sich bekannte steigungstreue Pla neten-Wälz-Gewinde-(SPWG-)Spindel (12) verwendet ist, welche besteht aus
einer Spindelstange (16), einer diese umgebenden Spindelmut ter (14) und einer Anzahl dazwischen angeordneter Wälz- oder Rollkörper (28) mit zum Gewinde (17) der Spindelstange (16) passenden Rillenprofilen (29), wobei die Wälz- oder Rollkör per (28) über eine Anzahl wälzgelagerter Führungsringe (30) oder über einen Führungskörper (30') axial und über zwischen den Roll- oder Wälzkörpern (28) angeordnete Lager (32) zumin dest in Umfangsrichtung gelagert sind, und die Wälz- oder Rollkörper (28) dadurch relativ zur Spindelmutter (14) und zueinander in einem fest vorgegebenen Abstand angeordnet sind.
als Spindelgetriebe eine an sich bekannte steigungstreue Pla neten-Wälz-Gewinde-(SPWG-)Spindel (12) verwendet ist, welche besteht aus
einer Spindelstange (16), einer diese umgebenden Spindelmut ter (14) und einer Anzahl dazwischen angeordneter Wälz- oder Rollkörper (28) mit zum Gewinde (17) der Spindelstange (16) passenden Rillenprofilen (29), wobei die Wälz- oder Rollkör per (28) über eine Anzahl wälzgelagerter Führungsringe (30) oder über einen Führungskörper (30') axial und über zwischen den Roll- oder Wälzkörpern (28) angeordnete Lager (32) zumin dest in Umfangsrichtung gelagert sind, und die Wälz- oder Rollkörper (28) dadurch relativ zur Spindelmutter (14) und zueinander in einem fest vorgegebenen Abstand angeordnet sind.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achse der Spindelmutter (14) gleichzeitig Achse des Elektro
motors (4) ist und im Inneren des Läufers (6) des Elektromo
tors (4) angeordnet ist.
3. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Läufer (6) des Elektromotors (4) ein Ge
triebe (9) nachgeordnet ist.
4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn
zeichnet durch ein in die Spindelmutter (14) integriertes Ku
gel- oder Wälzlager, durch welches die Führungsringe (30)
oder der Führungskörper (30') bezüglich der Spindelmutter
(14) gelagert sind bzw. ist.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet
durch ein in die Spindelmutter (14) integriertes, nach dem
Kugelumlaufprinzip arbeitendes Spindelgetriebe.
6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen den Führungsringen (30) bzw. dem Führungskörper (30')
und der Spindelmutter (14) eine Kugelumlaufspindel vorgesehen
ist.
7. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flanken der Wälz- oder Rollkörper
(28) und/oder die Flanken des Feingewindes der Spindelstange
(16) mit einer Balligkeit versehen sind.
8. Antrieb für eine elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse,
deren Reibelemente mit Hilfe eines Elektromotors (4) an eine
Bremsscheibe (38) anpreßbar sind, wobei der Elektromotor (4)
über ein in Verschieberichtung der Reibelemente wirkendes
Spindelgetriebe mit Axialführung und Verdrehsicherung mit ei
nem auf die Reibelemente einwirkenden, axial verschiebbar ge
lagerten Bremskolben (24) verbunden ist, dadurch gekennzeich
net, daß
als Spindelgetriebe ein an sich bekannter Schraubspindeltrieb verwendet ist, welcher aus einer Spindelstange (100) mit ei nem mehrgängigen, mindestens dreigängigen Gewinde (100'), ei ner diese umgebende Spindelmutter (120) und einer Anzahl von dazwischen angeordneten, ringförmig verlaufende Zähne (110') aufweisenden Roll- oder Wälzkörper (110) besteht, wobei die Anzahl der Roll- oder Wälzkörper (110) gleich der Anzahl der Gewindegänge (100') der Gewindestange (100) ist und die ring förmig verlaufenden Zähne (110') der Roll- oder Wälzkörper (110) gleichzeitig in das Gewinde (100') der Spindelstange (100) und die Ringnuten (120') der Spindelmutter (120) ein greifen.
als Spindelgetriebe ein an sich bekannter Schraubspindeltrieb verwendet ist, welcher aus einer Spindelstange (100) mit ei nem mehrgängigen, mindestens dreigängigen Gewinde (100'), ei ner diese umgebende Spindelmutter (120) und einer Anzahl von dazwischen angeordneten, ringförmig verlaufende Zähne (110') aufweisenden Roll- oder Wälzkörper (110) besteht, wobei die Anzahl der Roll- oder Wälzkörper (110) gleich der Anzahl der Gewindegänge (100') der Gewindestange (100) ist und die ring förmig verlaufenden Zähne (110') der Roll- oder Wälzkörper (110) gleichzeitig in das Gewinde (100') der Spindelstange (100) und die Ringnuten (120') der Spindelmutter (120) ein greifen.
9. Antrieb für eine elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse,
deren Reibelemente mit Hilfe eines Elektromotors (4) an eine
Bremsscheibe (38) anpreßbar sind, wobei der Elektromotor (4)
über ein in Verschieberichtung der Reibelemente wirkendes
Spindelgetriebe mit Axialführung und Verdrehsicherung mit ei
nem auf die Reibelemente einwirkenden, axial verschiebbar ge
lagerten Bremskolben (24) verbunden ist, dadurch gekennzeich
net, daß
als Spindelgetriebe ein an sich bekannter Schraubspindeltrieb verwendet ist, welcher besteht aus
einer ringförmig Profilierungen aufweisenden Spindelstange, einer diese umgebenden Spindelmutter mit mehrgängigem, minde stens dreigängigem Gewinde und einer Anzahl dazwischen ange ordneter, ringförmig verlaufende Zähne aufweisende Roll- oder Wälzkörper (110), wobei die Anzahl der Roll- oder Wälzkörper (110) gleich der Anzahl der Gewindegänge der Spindelmutter ist und ringförmig verlaufende Zähne (110') der Roll- oder Wälzkörper (110) gleichzeitig in das mehrgängige Gewinde der Spindelmutter und die ringförmig verlaufenden Profilierungen der Spindelstange eingreifen.
als Spindelgetriebe ein an sich bekannter Schraubspindeltrieb verwendet ist, welcher besteht aus
einer ringförmig Profilierungen aufweisenden Spindelstange, einer diese umgebenden Spindelmutter mit mehrgängigem, minde stens dreigängigem Gewinde und einer Anzahl dazwischen ange ordneter, ringförmig verlaufende Zähne aufweisende Roll- oder Wälzkörper (110), wobei die Anzahl der Roll- oder Wälzkörper (110) gleich der Anzahl der Gewindegänge der Spindelmutter ist und ringförmig verlaufende Zähne (110') der Roll- oder Wälzkörper (110) gleichzeitig in das mehrgängige Gewinde der Spindelmutter und die ringförmig verlaufenden Profilierungen der Spindelstange eingreifen.
10. Antrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Gewindegänge ein Vielfaches der Anzahl der
Roll- oder Wälzkörper beträgt.
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