DE19938656B4 - Elektrisch ansteuerbare Bremsbetätigungsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrisch ansteuerbare Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Linearantrieb, der mindestens eine Magnetspule und einen beweglichen Anker enthält. Um einen einfachen Aufbau zu erreichen und Bremskraft in der erforderlichen Größe zu erzeugen, wird vorgeschlagen, dass der Anker 5 auf einen ersten Kolben 9 wirkt, der in einem ersten Zylinder 8 verschiebbar ist, dass ein zweiter, vorzugsweise größerer Kolben 20, der in einem zweiten Zylinder 19 verschiebbar ist, auf den Bremsbelag 21 wirkt, und dass der erste und der zweite Zylinder (8 und 19) miteinander verbunden und mit Flüssigkeit gefüllt sind. Eine bevorzugte Ausführungsform enthält eine Schnüffelbohrung 15, die den ersten Zylinder 8 im Ruhezustand mit einem Vorratsbehälter für die Flüssigkeit verbindet.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrisch ansteuerbare Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Linearantrieb, der mindestens eine Magnetspule und einen beweglichen Anker enthält, sowie einen Bremssattel mit einer derartigen Betätigungsvorrichtung.
- Die Vorrichtung ist Teil eines Bremssystems, das von Fachleuten üblicherweise „brake by wire" genannt wird. Eine solche Bremsbetätigungsvorrichtung ist aus
DE 4418397 C2 bekannt. Hier wird ein elektrischer Linearantrieb verwendet, der unmittelbar auf den Bremsbelag wirkt und dessen Schubstange aus magnetostriktivem Werkstoff besteht und im Stator durch einen Festsitz gehalten ist. - Bei elektrischer Beaufschlagung verringert sich der Durchmesser des Kerns, so dass eine Verschiebung möglich ist. Die Lösung erfordert bei begrenzter Auswahl eine sorgfältige Herstellung des Werkstoffes des Kerns sowie wegen des Festsitzes des Kerns im Stator, der unter den widrigen Betriebsbedingungen, denen ein Bremssattel ausgesetzt ist – Hitze, Nässe, Salze – jahrelang gewährleistet sein muss, höchste Anforderungen an konstruktive Ausbildung und Fertigung. Beim Anlegen des Bremsbelages an der Scheibe muss, weil keinerlei Übersetzung vorgesehen ist, die volle Kraft zur Verfügung stehen, was eine sehr hohe Stromaufnahme erfordert. Aus diesen Gründen ist die Lösung im rauhen Alltagsbetrieb sicherlich mit Problemen behaftet.
-
DE 2431863 A1 zeigt eine Bremsbetätigungsvorrichtung, bei der ein Kolben vom Nocken eines Hebelarms betätigt wird. Die zur Betätigung erforderliche Kraft wird dadurch aufgebracht, dass beim Einschalten des Elektromagneten der Elektromagnet von der Bremsscheibe angezogen wird und dadurch versucht sich mit der Nabe zu drehen. - Eine weitere Bremsbetätigungsvorrichtung ist aus
DE 19519308 C2 bekannt. Hier findet ein Elektromotor Verwendung, der über einen Spindeltrieb ein Hydraulikgetriebe antreibt, was bedeutet, dass die Energie zwei Mal umgewandelt wird mit den entsprechenden Verlusten und dass die Einheit sehr aufwendig ist. Außerdem muss der Belagverschleiß durch Nachrücken des Primärkolbens des Hydraulikgetriebes ausgeglichen werden, was einen großen Weg und eine entsprechende Baulänge erforderlich macht. - Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine elektrisch ansteuerbare Bremsbetätigungsvorrichtung vorzuschlagen mit einem herkömmlichen Linearantrieb, die einfach im Aufbau ist und bei der die Bremskraft in jeder erforderlichen Größe zur Verfügung steht.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Hub des Ankers nur zum Anlegen der Bremsbeläge an die Bremsscheibe zu verwenden und die Abnutzung der Beläge durch andere Mittel zu kompensieren.
- Die erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtung hat den Vorteil, durch die Verwendung eines Linearantriebs einfach im Aufbau und durch die hydraulische Kraftübersetzung innerhalb weiter Grenzen problemlos an die jeweiligen Betriebsbedingungen anpassbar zu sein. Der Antrieb kann im einfachsten Fall eine Magnetspule mit Anker sein. Die Erfindung schließt jedoch auch andere bekannte Linearantriebe ein, bei denen der Anker stets beweglich ist, z. B. Linearmotoren, die zusätzliche Permanentmagnete beinhalten, oder Proportionalmagnete.
- Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist, einen solchen einfachen und platzsparenden Antrieb zu kombinieren mit einem hydraulischen Kraftverstärker, indem der Anker einen ersten Kolben, den Geberkolben, verschiebt, der Flüssigkeit verdrängt, wodurch der zweite größere Kolben, der Nehmerkolben, den Bremsbelag gegen die Scheibe drückt. Die hydraulische Kraftverstärkung besteht aus lauter bewährten Elementen und die gesamte Vorrichtung macht komplizierte und teure Übersetzungsgetriebe und mechanische Bauteile zur Kraftverstärkung überflüssig. Denkbar ist sowohl eine Anordnung, bei der die Bremsung durch die elektromagnetische Kraft und der Rückzug durch eine Feder bewirkt wird, als auch eine Anordnung, bei der die Verschiebung des Ankers in beiden Richtungen durch je eine Magnetspule erfolgt. Die Letztgenannte hat den Vorteil, dass durch die gleichzeitige Erregung beider Spulen in unterschiedlicher Stärke die auf den ersten Kolben wirkende Kraft sehr fein dosierbar ist.
- Die Erregung der Magnetspulen erfolgt vorzugsweise durch ein Steuergerät, das die Größe der Kraft bestimmt durch die Größe der Spannung oder des Stromes oder durch die intermittierende zeitliche Abfolge dieser Größen oder durch jede andere mögliche bekannte Art und Weise. Das Steuergerät berücksichtigt dabei sowohl den Wunsch des Fahrers, es verhindert aber auch das Blockieren oder das Durchdrehen eines Rades und/oder verarbeitet weitere Signale von Sensoren.
- Die Ausführung enthält eine Schnüffelbohrung, die den ersten Zylinder mit einem Vorratsbehälter verbindet und die unmittelbar vor der Primärdichtung des Geberkolbens in den Druckraum mündet. Auf diese Weise ist in unbetätigtem Zustand der Bremse der Druckraum stets mit dem Vorratsbehälter verbunden und Volumenschwankungen der Flüssigkeit durch Temperaturunterschiede können sich ausgleichen. Besonders vorteilhaft ist es, den Druckraum gegen den zweiten Kolben, den Nehmerkolben, auf die bei hydraulischen Scheibenbremsen übliche Art und Weise mit einem Dichtring von rechteckigem Querschnitt abzudichten, wobei der besagte Kolben im unbetätigten Zustand in seiner axialen Lage gehalten wird.
- Der Dichtring sorgt in bekannter Weise durch seine definierte, axiale elastische Verformbarkeit dafür, dass der Kolben den Bremsbelag von der Scheibe zurückzieht und dessen Abnützung ausgleicht, wobei Flüssigkeit vom Behälter über das Schnüffelloch nachströmt. Der Geberkolben kann somit immer in die Ausgangsstellung zurückfahren und es braucht nur der zum Anlegen der Bremsbeläge notwendige Hub vorgesehen werden, was eine kurze Baulänge ermöglicht.
- Der Vorratsbehälter selbst kann an der Vorrichtung direkt angebracht sein. In vielen Fällen ist es jedoch zweckmäßiger, ihn als getrennte Einheit an entfernter geeigneter Stelle anzubauen und durch eine Schlauchleitung mit der Schnüffelbohrung der Vorrichtung zu verbinden.
- Die Bremsbetätigungsvorrichtung kann erfindungsgemäß Teil eines Bremssattels für eine Scheibenbremse sein, und zwar vorzugsweise eines sogenannten Schwimmsattels.
- Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 einen Schnitt durch eine Bremsbetätigungsvorrichtung. -
2 einen Schnitt durch eine andere Betätigungsvorrichtung. -
3 einen Schnitt durch einen Bremssattel mit der Bremsbetätigungsvorrichtung entsprechend2 . - Die Bremsbetätigungsvorrichtung in
1 hat ein Gehäuse1 und eine in ihm gehalterte ringförmige Magnetspule2 mit einer elektrischen Zuleitung3 . In der einseitig geschlossenen Bohrung4 des Gehäuses1 ist ein Anker5 gelagert, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser und der somit in Längsrichtung der Bohrung4 beweglich ist. Stange6 ist auf ihrer einen Seite fest mit dem Anker verbunden. - In einem Zylindergehäuse
7 , das mit dem Gehäuse1 zusammengebaut ist, befindet sich ein erster Zylinder8 , in dem ein erster Kolben9 verschieblich gelagert ist. Der Zylinder8 ist durch eine Bohrung10 mit der Bohrung4 des Gehäuses1 verbunden. Durch diese Bohrung10 hindurch erstreckt sich die Stange6 , die an ihrem anderen Ende fest mit dem ersten Kolben9 verbunden ist. Anker5 , Kolben9 und Stange6 bilden somit eine Einheit, alle Teile bewegen sich gemeinsam. Gegen den Anker5 drückt außerdem eine Feder11 , die sich am Zylindergehäuse7 abstützt, so dass dieser stets am Boden12 der Bohrung4 des Gehäuses1 anliegt, sofern keine elektromagnetische Kraft auf ihn einwirkt. Damit nimmt auch der über die Stange6 mit dem Anker5 verbundene Kolben9 in unbetätigtem Zustand eine genau definierte, immer gleiche Lage ein. - Der erste Kolben
9 ist in bekannter Weise mit einer Primärdichtung13 und einer Sekundärdichtung14 versehen. Unmittelbar vor der Primärdichtung13 mündet die Schnüffelbohrung15 in den ersten Zylinder8 , zwischen den beiden Dichtungen die Nachlaufbohrung16 . Beide Bohrungen durchdringen die Wand des Gehäuses9 und enden entweder in einem Raum17 , der mit einem Anschlussstutzen18 verbunden ist, von dem aus ein nicht dargestellter Schlauch zu einem separaten Vorratsbehälter für Flüssigkeit führt, oder sie enden direkt in dem unmittelbar an der Bremsbetätigungsvorrichtung angebauten Vorratsbehälter30 für die Flüssigkeit, wie in2 dargestellt. - Das Zylindergehäuse
7 enthält weiterhin den zweiten Zylinder19 , der im Durchmesser in der Regel größer ist als der erste Zylinder8 und vorzugsweise konzentrisch angeordnet ist. In dem zweiten Zylinder ist ein zweiter Kolben20 verschieblich gelagert, der auf den Bremsbelag21 wirkt. - Die beiden Zylinder
8 und19 bilden einen gemeinsamen Druckraum, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. Der Druckraum wird durch die Dichtung22 nach außen abgedichtet. Sie ist in bekannter Weise als Vierkantring gestaltet und hat durch ihre Elastizität in Zusammenhang mit der Form der sie aufnehmenden Nut die Fähigkeit, den Kolben20 nach erfolgter Bremsung um ein bestimmtes Maß zurückzuziehen und gleichzeitig für seine Nachstellung zu sorgen, falls der Belag21 abgenützt wird. In diesem Fall vergrößert sich der Druckraum und die zusätzlich benötigte Flüssigkeit wird über die Schnüffelbohrung15 aus dem Vorratsbehälter nachgesaugt. - Die Wirkungsweise ist folgende:
Wird die Magnetspule2 unter Spannung gesetzt und vom Strom durchflossen, so wird der Anker5 angezogen, der erste Kolben9 wird (in1 ) nach links bewegt, wobei die Primärdichtung13 die Schnüffelbohrung15 überfahrt, so dass der Druckraum abgeschlossen ist. Der zweite Kolben20 bewegt sich mit dem Bremsbelag21 ebenfalls nach links, wobei sein Weg entsprechend dem Verhältnis der Flächen der beiden Zylinder8 und19 kleiner und die erzeugte Kraft größer wird. Wird die Erregung der Magnetspule2 aufgehoben, so schiebt die Feder11 den Anker zurück und drückt ihn gegen den Boden12 , der Kolben9 nimmt seine ursprüngliche Lage ein. Unabhängig davon wird der Kolben20 von der Dichtung22 um den vorgegebenen Betrag, das Lüftspiel zurückgezogen. - In
2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Rückführung des Systems Anker5 , Kolben9 und Stange6 nicht durch die Feder11 , sondern durch eine zweite Magnetspule31 mit einer Zuleitung32 erfolgt. Beide Magnetspulen2 und31 sind im beidseitig offenen Gehäuse33 eingebaut. Das Gehäuse ist an seinem freien Ende durch einen Deckel34 verschlossen, der den Anschlag für den Anker5 bildet. Das Zylindergehäuse35 enthält den Vorratsbehälter30 , kann jedoch statt dessen genauso wie die Ausführung in1 mit einem Anschlußstutzen18 und einem entfernt angebauten Behälter versehen sein. -
3 zeigt einen Bremssattel für eine Scheibenbremse mit einer Bremsbetätigungsvorrichtung, wie sie in2 dargestellt ist. Das Zylindergehäuse40 , an das das Gehäuse33 angebaut ist, enthält einen die Bremsscheibe41 umgreifenden Arm42 , an dem ein zweiter Bremsbelag43 befestigt ist. Der Bremssattel ist in bekannter Weise als Schwimmsattel ausgebildet. Wenn bei Betätigung der Bremse der Kolben20 den Belag21 gegen die Bremsscheibe41 drückt, so verschiebt sich der in nicht dargestellten, sich senkrecht zur Bremsscheibe erstreckenden Führungen gehaltene Schwimmsattel in Folge der Reaktionskraft nach rechts (in3 ), bis der Bremsbelag43 ebenfalls an der Bremsscheibe41 anliegt und diese somit zwischen den beiden Bremsbelägen21 und43 eingespannt und durch die Reibung abgebremst wird. - Genauso ist es möglich, eine Scheibenbremse mit der Bremsbetätigungsvorrichtung entsprechend
1 auszurüsten. Auch ein Festsattel mit zwei derartigen Bremsbetätigungsvorrichtungen ist denkbar.
Claims (7)
- Elektrisch ansteuerbare Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Linearantrieb, der mindestens eine Magnetspule und einen beweglichen Anker enthält, wobei der Anker (
5 ) auf einen koaxial angeordneten ersten Kolben (9 ) wirkt, der in einem ersten Zylinder (8 ) verschiebbar ist, ein zweiter größerer Kolben (20 ), der in einem zweiten Zylinder (19 ) verschiebbar ist, auf den Bremsbelag (21 ) wirkt, und der erste und der zweite Zylinder (8 und19 ) miteinander verbunden und mit Flüssigkeit gefüllt sind, wobei der erste Zylinder (8 ) durch eine Schnüffelbohrung (15 ) mit einem Vorratsbehälter (30 ) für die Flüssigkeit verbunden ist und die Primärdichtung (13 ) des ersten Kolbens (9 ) bei dessen Betätigung die Mündung der Schnüffelbohrung (15 ) in den Zylinder (8 ) überfährt. - Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Anker (
5 ) in Richtung zum ersten Kolben (9 ) durch die Kraftwirkung der Magnetspule (2 ) und in Gegenrichtung durch die Kraft einer Feder (11 ) bewegt wird. - Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Anker in der einen Richtung durch die Kraftwirkung einer ersten Magnetspule (
2 ) und in der anderen Richtung durch die Kraftwirkung einer zweiten Magnetspule (31 ) bewegt wird. - Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Kolben (
20 ) im zweiten Zylinder (19 ) durch eine Dichtung (22 ) mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt in seiner axialen Lage gehalten ist. - Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Vorratsbehälter (
30 ) für die Flüssigkeit unmittelbar an der Bremsbetätigungsvorrichtung angebaut ist. - Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Vorratsbehälter (
30 ) für die Flüssigkeit eine getrennte Einheit bildet und mit der Bremsbetätigungsvorrichtung durch eine Schlauchleitung verbunden ist. - Bremssattel für eine Scheibenbremse, mit mindestens einer Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche.
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