DE19853721A1

DE19853721A1 - Bremsaktuator

Info

Publication number: DE19853721A1
Application number: DE19853721A
Authority: DE
Inventors: Stefan A Drumm
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 1999-06-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremsaktuator, insbesondere für Fahrzeugbremsen, der einen Stellantrieb und eine dem Stellantrieb nachgeordnete Getriebeanordnung mit einem Antriebselement und einem mit diesem zusammenwirkenden Abtriebselement zur Verstellung eines Bremsbetätigungs elements enthält.

Ein derartiger Bremsaktuator ist z. B. aus der DE 195 08 253 A1 bekannt. Dort ist zur elektromechanischen Verstellung eines Bremskolbens ein Spindel-Mutter-Getriebe mit einer auf den Bremskolben wirkenden Gewindespindel und einer durch einen Elektromotor angetriebenen Spindelmutter vorgesehen. Durch diesen Zustellantrieb können relativ große Zustellwege, aber nur geringe Bremskräfte übertragen werden. Damit auch größere Bremskräfte übertragbar sind, ist bei diesem bekannten Bremsaktuator zwischen die Gewindespindel und den Bremskolben ein zusätzlicher piezoelektrischer oder magnetostriktiver Zustellantrieb eingebaut. Eine derartige Lösung ist allerdings vergleichsweise aufwendig und erfordert einen zusätzlichen Stellantrieb.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bremsaktuator der eingangs genannten Art zu schaffen, der die reibungsarme Übertragung auch größerer Bremskräfte ohne zusätzlichen Stellantrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Stellantrieb und dem Antriebselement der Getriebeanordnung oder zwischen dem Abtriebselement und dem Bremsbetätigungselement mindestens ein Rampenlager zwischengeschaltet ist.

Der erfindungsgemäße Bremsaktuator zeichnet sich durch große lastfrei fahrbare Verstellwege sowie hohe Axialkräfte und ein geringes Reibmoment auch unter Last aus. Durch die Erfindung wird eine einwandfreie Funktion des Bremsaktuators auch bei der Bereitstellung hoher Betätigungskräfte gewährleistet, bei der auf Grund von Haftreibung keine Relativbewegung zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebselement stattfindet.

Zweckmäßige Ausführungsformen und/oder Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführung enthält das Rampenlager eine mit dem Stellantrieb in Antriebsverbindung stehende Rampe und eine mit dem Antriebselement der Getriebeanordnung in Verbindung stehende Gegenrampe, zwischen denen mindestens ein Wälzkörper angeordnet ist. Die Rampe und Gegenrampe können eine oder mehrere Rampenflächen aufweisen.

Die Getriebeanordnung ist zweckmäßigerweise ein Spindel- Mutter-Getriebe, das als Antriebselement z. B. die durch einen Motor angetriebene Spindelmutter und als Abtriebselement die zugehörige Gewindespindel aufweist. Es kann aber auch die Gewindespindel angetrieben und die Spindelmutter das Abtriebselement sein.

Ein beim Nachstellen und Zuspannen des Spindeltriebs gleichbleibendes Übersetzungsverhältnis kann dadurch erreicht werden, daß die Steigung des Rampenlagers an die Steigung der Gewindespindel angepaßt ist.

Damit bei eventuell auftretenden Schrägstellungen des Bremskolbens bzw. Bremsbetätigungselements keine Querkräfte oder Kippmomente auf das Spindel-Mutter-Getriebe wirken, ist bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung eine biegeelastische Kupplung zwischen dem Rampenlager und dem Antriebselement der Getriebeanordnung vorgesehen. Die Kupplung soll axiale Kräfte und Momente übertragen und gegen radiale Kräfte und Momente nachgiebig sein. Eine Eliminierung nicht axialer Kräfte und Momente kann auch dadurch erreicht werden, daß das Abtriebselement der Getriebeanordnung über ein Polster z. B. aus einem nicht kompressiblen, gegen Scherung nachgiebigen Medium mit dem Bremsbetätigungselement verbunden ist.

Der erfindungsgemäße Bremsaktuator ist sowohl für elektrisch und/oder mechanisch betätigbare Bremsen als auch für kombinierte elektromechanisch und hydraulisch betätigbare Bremsen einsetzbar.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremsaktuators für eine Fahrzeugbremse im Schnitt;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremsaktuators für eine Fahrzeugbremse im Schnitt;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremsaktuators für eine Fahrzeugbremse im Schnitt;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremsaktuators für eine Fahrzeugbremse im Schnitt; und

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremsaktuators für eine Fahrzeugbremse im Schnitt.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Fahrzeugbremse 1 enthält ein Gehäuse 2 in Form einer Spannfaust, das z. B. in einem nicht gezeigten feststehenden Halter verschiebbar geführt ist. An dem Gehäuse 2 und einem in diesem verschiebbaren Bremsbetätigungselement 3 sind Bremsbeläge 4 bzw. 5 zur Anlage an zwei gegenüberliegenden Seiten einer Bremsscheibe 6 angeordnet. Das in dieser Ausführung becherförmige Bremsbetätigungselement 3 ist durch einen Bremsaktuator 7 verstellbar und innerhalb des Gehäuses 2 durch nicht im einzelnen gezeigte Maßnahmen gegen Verdrehen gesichert. Mit Hilfe des Bremsaktuators 7 kann der Bremsbelag 4 gegen die Bremsscheibe 6 gedrückt werden, wobei durch die Reaktionskraft auch das Gehäuse 2 verschoben und der Bremsbelag 5 gegen die Bremsscheibe 6 gedrückt wird.

Der Bremsaktuator 7 enthält einen Stellantrieb 8 und eine diesem nachgeordnete Getriebeanordnung 9, die bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ein Spindel-Mutter-Getriebe ist. Der Stellantrieb 8 kann z. B. ein Elektromotor sein, dessen Drehbewegung über das Spindel-Mutter-Getriebe 9 in eine translatorische Bewegung zur Verschiebung des Betätigungselements 3 umgewandelt wird. Der Stellantrieb 8 kann auch ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe aufweisen.

Das Spindel-Mutter-Getriebe 9 weist eine mit dem Betätigungselement 3 verbundene Gewindespindel 10 und eine dazugehörige Spindelmutter 11 auf, die mit dem Stellantrieb 8 über eine Kupplung 12 und ein Rampenlager 13 verbunden ist. Das Rampenlager 13 wird durch eine mit mehreren Rampenflächen versehene Rampe 14 an der Stirnseite einer mit dem Stellantrieb 8 in Antriebsverbindung stehenden Spindel mutterhülse 15 und eine entsprechende Gegenrampe 16 mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern 17 gebildet. Die Gegenrampe 16 ist über eine Drehfeder 18 in Richtung der Rampe 14 vorgespannt. Die mit dem Stellantrieb 8 in Antriebsverbindung stehende Spindelmutterhülse 15 ist im Gehäuse 2 über ein Lager 19 verdrehbar gelagert.

Die zwischen der Gegenrampe 16 und der Spindelmutter 11 vorgesehene Kupplung 12 ist derart ausgebildet, daß sie eine reibungsarme Übertragung der Bremskräfte von der Spindel mutter 11 auf die Gewindespindel 10 auch bei z. B. durch Aufbiegungen der Spannfaust bedingten kleinen Schief stellungen des Bremsbetätigungselements ermöglicht. Die Kupplung 12 kann z. B. eine biegeelastische Kupplung oder eine andere geeignete Ausgleichskupplung sein, die eine Winkelverlagerung der Spindelmutter 11 bezüglich der Gegenrampe 16 erlaubt.

Wenn bei der gezeigten Ausführung die Spindelmutterhülse 15 durch den Stellantrieb 8 zur Anlage der Bremsbeläge 4 und 5 an die Bremsscheibe 6 verdreht wird, nimmt diese zunächst die Spindelmutter 11 über das durch die Drehfeder 18 fixierte Rampenlager 13 mit, wobei die Gewindespindel 10 und das mit ihr verbundene Bremsbetätigungselement 3 verschoben wird. Sobald durch die ansteigende Axialkraft das Reibmoment zwischen der Gewindespindel 10 und der Spindelmutter 11 größer wird als die Vorspannung der Drehfeder 18, bleibt die Spindelmutter 11 stehen. Bei weiterer Drehung der Spindelmutterhülse 15 wird das Rampenlager 13 verdreht und somit axial gespreizt. So wird eine weitere Zuspannung ohne von der Zuspannkraft abhängige Reibmomente erreicht. Durch die Kupplung 12 zwischen der Spindelmutter 11 und dem Rampenlager 13 wird die Axialkraft gleichmäßig auf die z. B. als Rollen ausgebildeten Wälzkörper 17 des Rampenlagers 13 und die Rollen des Lagers 19 für die Spindelmutterhülse 15 verteilt.

Die Rampensteigung des Rampenlagers 13 ist zweckmäßigerweise auf die Steigung des Spindel-Mutter-Getriebes 9 abgestimmt, so daß das Übersetzungsverhältnis beim Nachstellen und Zuspannen gleich ist.

Um das Bremsbetätigungselement zum aktiven Einstellen des Lüftungsspiels zurückzufahren, kann eine nicht dargestellte zusätzliche Feder vorgesehen werden, durch welche die Gewindespindel 10 zurückgedrückt wird.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Brems aktuators 7 gezeigt, der im wesentlichen wie der in Fig. 1 gezeigte Bremsaktuator aufgebaut ist. Die der Ausführung von Fig. 1 entsprechenden Bauteile sind mit denselben Bezugs zeichen versehen. Allerdings ist bei dieser Ausführung innerhalb der Spindelmutterhülse 15 eine Zugmutter 20 verdrehfest angeordnet, die in Eingriff mit der Gewinde spindel 10 steht. Zwischen der Spindelmutterhülse 15 und der Zugmutter 20 ist eine Druckfeder 21 derart angeordnet, daß die Gewindespindel 10 in Zugrichtung beaufschlagt ist. Dadurch wird gewährleistet, daß die mit der Spindelmutter 11 über die Kupplung 12 verbundene Gegenrampe 16 in Richtung der Rampe 14 beaufschlagt wird.

Eine in Fig. 3 dargestellte weitere Ausführungsform eines Bremsaktuators 7 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 2 durch einen am vorderen Ende der Gewindespindel 10 angeordneten Spindelkopf 22, der über ein Polster 23 aus einem nicht kompressiblen, gegen Scherung nachgiebigen Medium auf einen Bremskolben 24 als Bremsbetätigungselement wirkt. Der Spindelkopf 22 greift über einen seitlichen Ansatz 25 in eine Nut 26 im Gehäuse 2 ein und ist dadurch gegen Verdrehen gesichert. Der Spindelkopf 22 ist außerdem über einen das Polster 23 einschließenden flexiblen Ring 27 mit dem Druckkolben 24 verbunden. Durch diese Ausführung wird auch bei einer leichten Kippbewegung des Bremskolbens eine optimale Kraftübertragung von der Gewindespindel 10 auf den Bremskolben 24 ermöglicht, ohne daß dabei Querkräfte oder Kippmomente auf das Spindel-Mutter-Getriebe wirken. Das Polster 23 übernimmt im wesentlichen die Funktion der Kupplung in den Ausführungen von Fig. 1 und 2. Somit kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 auf eine derartige Kupplung verzichtet werden. Die Gegenrampe 16 kann daher unmittelbar an der Spindelmutter 11 angeordnet sein.

In Fig. 4 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Bremsaktuator 7 für eine kombinierte mechanisch und hydraulisch betätigbare Bremse gezeigt. Bei dieser Bremse ist in einem Gehäuse 28 ein becherförmiger Bremskolben 29 verschiebbar und über eine Dichtung 30 abgedichtet geführt. In dem Gehäuse 28 ist ferner eine nach hinten durch eine Endwand 31 abgeschlossene kappenförmige Rampe 32 über Lager 33 und 34 verdrehbar gelagert. Die Rampe 32 ist ferner über eine Dichtung 35 gegenüber dem Gehäuse 28 abgedichtet. Die Rampe 32 begrenzt zusammen mit dem Gehäuse 28 und dem becherförmigen Bremskolben 29 eine Druckkammer 36, zu der ein Hydraulikanschluß 37 im Gehäuse 28 führt. Durch eine Beaufschlagung der Druckkammer mit einem Hydraulikdruck ist der Bremskolben 29 hydraulisch verstellbar. Die Rampe 32 weist an der Innenseite ihrer Endwand 31 eine Rampenfläche 38 auf. An einer innerhalb einer von der Rampe 32 gebildeten Hülse axial beweglichen Gegenrampe 39 ist eine der Rampenfläche 38 entsprechende Gegenfläche 40 gebildet. Zwischen der Rampe 32 und der Gegenrampe 39 sind Wälzkörper 41 angeordnet. Die Rampe 32 bildet mit der Rolle 41 und der Gegenrampe 39 ein Rampenlager 42, das bei einer relativen Verdrehung von Rampe 32 und Gegenrampe 39 zu einer Axialverschiebung der Gegenrampe 39 führt. Die Gegenrampe 39 wird durch eine zwischen dieser und der Rampe 32 eingespannte Druckfeder 43 in Richtung der Endwand 31 der Rampe 32 beaufschlagt. In der Gegenrampe 39 wird eine Gewindespindel 44 über eine Tellerfeder 45 abgestützt gehalten. Die Gewindespindel 44 steht in Eingriff mit einer hülsenförmigen Spindelmutter 46, die über eine Tellerfeder 47 abgestützt in dem Bremskolben 29 gehaltert ist. Innerhalb der hülsen förmigen Spindelmutter 46 ist ferner eine Mutter 48 ange ordnet, die mit der Gewindespindel 44 in Eingriff steht. Sie weist einen seitlichen Ansatz 49 auf, der zur Verdreh sicherung in eine seitliche Nut 50 in der Spindelmutter 46 eingreift. Zwischen der Mutter 48 und der Spindelmutter 46 ist eine Druckfeder 51 eingespannt, durch die das Spindel- Mutter-Getriebe vorgespannt wird. Die Rampe 32 ist durch einen nicht dargestellten Stellantrieb wie z. B. einen Elektromotor antreibbar. Durch die beiden Tellerfedern 45 und 47 kann die Stellenergie gespeichert werden, die bei einem geparkten Fahrzeug bereitgehalten werden muß, um ein durch Abkühlen der Bremsbeläge bedingtes Schrumpfen der Bremsbeläge auszugleichen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Bremse kann der Bremskolben 29 sowohl hydraulisch als auch mechanisch bzw. elektro mechanisch betätigt werden. Bei einer Verdrehung der Rampe 32 wird auch hier zunächst die Gegenrampe 39 mitgenommen und dabei der Bremskolben 29 über das Spindel-Mutter-Getriebe bis zur Anlage der Bremsbeläge an einer Bremsscheibe verstellt. Sobald durch die ansteigende Axialkraft das Reibmoment zwischen der Gewindespindel 44 und der Spindelmutter 46 größer wird als das Moment, das sich durch das Zusammenspiel der vorgespannten Druckfeder Druckfeder 43 mit dem Rampenlager 42 ergibt, bleibt die Gewindespindel 46 stehen und bei weiter Drehung der Rampe 32 wird das Rampenlager 42 axial gespreizt und der Druckkolben 29 vorgeschoben.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 lediglich dadurch, daß die Rampe durch einen Schneckentrieb angetrieben wird. Die Rampe 32 weist hierzu an ihrem Außenumfang eine Verzahnung 52 auf, die mit einer Antriebsschnecke 53 in Eingriff steht.

Bei den in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungen wird keine automatisch-mechanische Nachstellvorrichtung benötigt. Bei jeder mechanisch betätigten Bremsung wird das Lüftungsspiel mit Hilfe der Gewindespindel neu eingestellt. Eine hydraulische und elektromechanische Bremsung können nach Belieben überlagert werden. Durch Überwachung des Verstell weges des mechanischen Antriebs wie z. B. durch Erfassung der Anzahl an Motorumdrehungen kann auf die Spindelposition und damit auf den Verschleiß der Bremsbeläge geschlossen werden. Darüber hinaus kann das bei konventionellen Kombi-Bremsen mit automatisch-mechanischer Nachstellung erforderliche Spezial werkzeug zum Wechseln der Bremsbeläge entfallen. Durch entsprechende elektrische Ansteuerung kann der Bremskolben in seine Ausgangsposition verfahren werden.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Beschreibung erläuterten und in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiele beschränkt. So sind z. B. auch mehrere Rampenlager denkbar, die hintereinandergeschaltet sind. Neben den beschriebenen Betriebs-Scheibenbremsen und der z. B. als elektromechanische Feststellbremse in Kombination mit einer hydraulischen Betriebsbremse konzipierten Kombi-Bremse ist der erfindungsgemäße Bremsaktuator auch für andere Bremsen einsetzbar.

Claims

1. Bremsaktuator, insbesondere für Kraftfahrzeugbremsen, der einen Stellantrieb (8) und eine dem Stellantrieb nachgeordnete Getriebeanordnung (9) mit einem An triebselement (11; 44) und einem mit diesem zusammen wirkenden Abtriebselement (10; 46) zur Verstellung eines Bremsbetätigungselements (3; 24; 29) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stellantrieb (8) und dem Antriebselement (11; 44) der Getriebeanordnung (9) oder zwischen dem Abtriebselement und dem Bremsbe tätigungselement mindestens ein Rampenlager (13; 42) zwischengeschaltet ist.

2. Bremsaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rampenlager (13; 42) eine mit dem Stellantrieb (8) in Antriebsverbindung stehende Rampe (14; 32) und eine mit dem Antriebselement (11; 44) der Getriebe anordnung (9) in Verbindung stehende Gegenrampe (16; 39) enthält, zwischen denen mindestens ein Wälzkörper (17; 38) angeordnet ist.

3. Bremsaktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe (14; 32) und die Gegenrampe (16; 39) eine oder mehrere Rampenflächen aufweisen.

4. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeanordnung (9) ein Spindel-Mutter-Getriebe ist, das als Antriebselement eine Spindelmutter (11) oder eine Gewindespindel (44) und als Abtriebselement eine zugehörige Gewindespindel (10) bzw. Spindelmutter (46) enthält.

5. Bremsaktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Rampe (14; 32) und der Gegenrampe (16; 39) an die Steigung der Gewindespindel (44; 46) angepaßt ist.

6. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe (14; 32) und die Gegenrampe (16; 39) über eine Feder (18; 21; 43) gegeneinander verspannt sind.

7. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenrampe (16) durch eine Drehfeder (18) gegen die Rampe (14) verspannt ist.

8. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenrampe (16; 39) über eine Druckfeder (21; 43) gegen die Rampe (14; 32) verspannt ist.

9. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rampenlager (13; 42) über eine Kupplung (12) mit dem Antriebselement (11; 44) der Getriebeanordnung (9) verbunden ist.

10. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebselement (10; 46) der Getriebeanordnung (9) über ein Polster (23) aus einem nicht kompressiblen, gegen Scherung nachgiebigen Medium mit dem Bremsbetätigungselement (24) verbunden ist.

11. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsbetätigungselement eine ein mit dem Abtriebselement (10; 46) der Getriebeanordnung (9) gekoppelter und hydraulisch betätigbarer Druckkolben (29) ist.

12. Bremsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe (32) über einen Schneckentrieb (52, 53 )verstellbar ist.