DE19945543A1 - Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse - Google Patents
Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare ScheibenbremseInfo
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Abstract
Es wird eine Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, die im wesentlichen aus einer Antriebseinheit (1) bzw. einem Elektromotor (10), einem Betätigungselement (7), mittels dessen einer (4) von zwei in einem Bremssattel verschiebbar angeordneten Reibbelägen (4, 5) mit einer Bremsscheibe (6) in Eingriff gebracht wird, sowie einem Untersetzungsgetriebe (2) besteht. Ein mit dem Elektromotor (10) zusammenwirkender Freilauf (35) erfüllt die Funktion einer Feststellbremse. DOLLAR A Um eine hohe Betriebssicherheit der Feststellbremse zu gewährleisten bzw. die Feststellbremse gegen äußere Einflüsse, insbesondere Schwingungen bzw. Vibrationen, unempfindlich zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Freilauf (35) derart ausgebildet ist, daß seine Klemmwirkung durch eine formschlüssige Drehmomentübertragung gewährleistet wird, und daß er im betätigten Zustand eine Drehbewegung eines Lagers (24) verhindert, in dem der Rotor (11) des Elektromotors (10) gelagert ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für eine
elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahr
zeuge, die an einem Bremssattel angeordnet ist, in dem zwei
mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe
zusammenwirkende Reibbeläge begrenzt verschiebbar
angeordnet sind, wobei einer der Reibbeläge mittels eines
Betätigungselementes durch die Betätigungseinheit direkt
und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom
Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Brems
scheibe in Eingriff bringbar ist, wobei die Betätigungsein
heit aus einem Elektromotor sowie einem wirkungsmäßig
zwischen dem Elektromotor und dem Betätigungselement
angeordneten Untersetzungsgetriebe besteht, und wobei ein
mit dem Elektromotor in Wirkverbindung stehender Freilauf
vorgesehen ist, der die Funktion einer Feststellbremse
erfüllt.
Eine derartige elektromechanische Betätigungseinheit ist
aus der EP 0 402 421 B1 bekannt. Bei der vorbekannten
Betätigungseinheit treibt der Elektromotor das
Untersetzungsgetriebe über den Freilauf an. Der Freilauf,
der eine reibschlüssige Drehmomentübertragung ermöglicht,
verhindert beim Auftreten von Reaktionskräften eine
Drehbewegung des Elektromotors in der seiner
Betätigungsrichtung entgegengesetzten Richtung bzw. in der
Löserichtung der Bremse und erfüllt somit die Funktion
einer Feststellbremse.
Als nachteilig wird bei der vorbekannten Betätigungseinheit
insbesondere das Funktionsprinzip des verwendeten Freilaufs
angesehen, dessen Klemmwirkung bei einer hochfrequenten
Anregung bzw. Schwingungsbelastung auf Grund eines
Mikrogleitvorgangs in Belastungsrichtung langsam nachgibt,
so daß die erforderliche Haltekraft nicht gewährleistet
werden kann. Dies bedeutet, daß ein derartiger Freilauf für
eine sicherheitstechnische Anwendung, bei der unter allen
Umständen die Haltewirkung aufrechterhalten werden muß, wie
z. B. im Betrieb einer Feststellbremse, ungeeignet ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
elektromechanische Betätigungseinheit der eingangs genann
ten Gattung vorzuschlagen, bei der ein ungewolltes Lösen
der Feststellbremse verhindert und somit eine Erhöhung
ihrer Betriebssicherheit erreicht wird. Außerdem soll eine
platzsparende, kompakte Bauweise der elektromechanischen
Betätigungseinheit erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Freilauf derart ausgebildet ist, daß seine Klemmwirkung
durch eine formschlüssige Drehmomentübertragung
gewährleistet wird, und daß er im betätigten Zustand eine
Drehbewegung eines Lagers verhindert, in dem der Rotor des
Elektromotors gelagert ist. Das Lager kann dabei
vorzugsweise als ein Kugellager, ein Nadellager oder ein
Rollenlager ausgeführt sein.
Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens sieht eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß der
Freilauf mit dem Lager eine Baugruppe bildet, wobei
sowohl der Außen- als auch der Innenring des Lagers
einseitig derart verlängert sind, daß sie mit dem
Klemmkörper des Freilaufs eine formschlüssige Verbindung
bilden. Durch diese Maßnahmen wird eine erhebliche Erhöhung
der Integrationsdichte erreicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
zeichnet sich dadurch aus, daß der Innenring des Lagers
eine Profilierung aufweist, die eine formschlüssige
Aufnahme des Klemmkörpers ermöglicht, während der Außenring
mindestens eine radiale Ausnehmung sowie eine daran
anschließende Schräge bzw. Rampe aufweist, die mit der
Profilierung mindestens einen den Klemmkörper aufnehmenden
Klemmspalt begrenzt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der
Klemmkörper mittels eines Federelementes in Richtung auf
die Ausnehmung zu vorgespannt. Das Federelement ist mit
Vorteil als ein Federring oder eine Blattfeder ausgebildet.
Eine einfach realisierbare, zuverlässig arbeitende
Betätigung der erfindungsgemäßen Feststellbremse wird nach
einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch erreicht,
daß der Freilauf mittels einer elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung betätigbar ist.
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung besteht dabei
vorzugsweise aus einem Elektromagneten sowie einem Stößel,
der mit dem Klemmkörper in kraftübertragenden Eingriff
bringbar ist, wobei der Elektromagnet als bistabiler
Elektromagnet ausgeführt ist.
Der Klemmkörper kann beispielsweise als eine Klemmrolle
oder eine Kugel ausgebildet sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des
Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß das
Untersetzungsgetriebe als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet
ist, wobei das Betätigungselement durch die Gewindemutter
des Kugelgewindetriebs gebildet ist.
Um eine erhebliche Reduzierung des vom Elektromotor aufzu
bringenden erforderlichen Antriebsmoments zu erreichen
erfolgt die Kraftübertragung zwischen dem Elektromotor und
dem Untersetzungsgetriebe mittels eines zweiten
Untersetzungsgetriebes.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes sind der Elektromotor, das (erste)
Untersetzungsgetriebe sowie das zweite
Untersetzungsgetriebe als mindestens zwei unabhängig
handhabbare Baugruppen ausgebildet, so daß der Elektromotor
außerhalb des Kraftflusses der Zuspannkraft angeordnet ist
und seine Funktion durch Störeinflüsse nicht beeinträchtigt
werden kann. Außerdem wird dadurch eine Entkopplung des
zweiten Untersetzungsgetriebes vom (ersten) Untersetzungs
getriebe erreicht, so daß, insbesondere wenn das zweite
Untersetzungsgetriebe als ein Planetengetriebe ausgebildet
ist, eine gleiche Position des Rotors des Elektromotors
gegenüber den Planetenrädern sowie der Planetenräder
gegenüber dem Hohlrad gewährleistet werden kann. Durch die
Ausbildung des zweiten Untersetzungsgetriebes als ein
Planetengetriebe wird eine erhebliche Reduzierung des vom
Elektromotor aufzubringenden erforderlichen Antriebsmoments
erreicht, wobei das Planetengetriebe ein nicht
reibungsbehaftetes Getriebe darstellt, in dem keine
Formänderungsarbeit geleistet werden muß und mit dem bei
geringem Bauraum ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor, das
erste Untersetzungsgetriebe sowie das zweite
Untersetzungsgetriebe als je eine selbständig handhabbare
Baugruppe ausgebildet sind. Eine derart aufgebaute
elektromechanische Betätigungseinheit zeichnet sich durch
einen hohen Wirkungsgrad, eine hervorragende Dynamik der
Bremsbetätigung sowie eine extrem kompakte Bauweise aus,
bei der hohe, massenbezogene Bremsmomente übertragen werden
können. Außerdem können die modular ausgeführten Baugruppen
separat gebaut und geprüft werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegen
standes ist vorgesehen, daß das zweite Untersetzungsgetrie
be auf der den Bremsbelägen abgewandten Seite des Elektro
motors angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird eine Ent
kopplung des zweiten Untersetzungsgetriebes vom ersten Un
tersetzungsgetriebe konstruktiv ermöglicht, so daß eine
Verformung des zweiten Untersetzungsgetriebes wirksam ver
hindert wird und innerhalb des Getriebes gleichbleibende
Spiele eingehalten werden können.
Eine höhere Übersetzung wird bei einer weiteren Ausgestal
tung des Erfindungsgegenstandes dadurch erreicht, daß das
zweite Untersetzungsgetriebe als ein Planetengetriebe,
vorzugsweise mit gestuften Planetenrädern ausgebildet ist.
Es ist jedoch auch durchaus denkbar, das zweite
Untersetzungsgetriebe als ein zweistufiges Diffe
renzplanetengetriebe auszubilden. Bei der letztgenannten
Getriebeart wird eine optimale Baulänge dadurch erreicht,
daß ein größeres Sonnenrad verwendet werden kann.
Eine Entkopplung des Kraftflusses von der Antriebseinheit
bzw. dem Elektromotor wird nach einem weiteren Erfindungs
merkmal dadurch gewährleistet, daß ein sich an einem den
Kugelgewindetrieb aufnehmenden Gehäuse abstützendes, die
Gewindemutter umgreifendes Führungsteil vorgesehen ist, an
dem sich die Gewindespindel axial abstützt. Die axiale
Abstützung der Gewindespindel erfolgt dabei unter
Zwischenschaltung eines Axiallagers mittels eines radialen
Bundes. Dadurch kann ein Lager mit kleinstem Durchmesser
verwendet werden.
Außerdem ist es besonders vorteilhaft, wenn am Führungsteil
Kraftmeßelemente vorgesehen sind, so daß Kraftmessungen am
nicht mitbewegten Teil, das einer definierten Verformung
unterliegt, vorgenommen werden können.
Durch eine zwischen der Gewindemutter und dem Führungsteil
angeordnete elastische Dichtung bzw. Manschette wird ein
wirksamer Schutz der Anordnung vor Verunreinigungen und
Eindringen von Wasser erreicht.
Eine andere vorteilhafte Ausführung des Erfindungs
gegenstandes sieht vor, daß das Sonnenrad des
Planetengetriebes am Rotor ausgebildet ist, während die
Planetenräder in einem mit der Gewindespindel in
kraftübertragender Verbindung stehenden Planetenkäfig
gelagert sind und aus einem mit dem Sonnenrad im Eingriff
stehenden ersten Planetenrad größeren Durchmessers sowie
einem mit einem Hohlrad im Eingriff stehenden zweiten
Planetenrad kleineren Durchmessers bestehen.
Eine Bauraumoptimierung wird bei der vorhin erwähnten Aus
führung dadurch erreicht, daß das Hohlrad des Planetenge
triebes durch eine Innenverzahnung gebildet ist, die in
einem Deckel ausgebildet ist, der ein Gehäuse des Planeten
getriebes bildet und am Gehäuse des Elektromotors angeord
net ist.
Eine wesentliche Vereinfachung der Montage der erfindungs
gemäßen Betätigungseinheit wird bei einer weiteren Ausge
staltung des Erfindungsgegenstandes dadurch erreicht, daß
die Kraftübertragung zwischen dem Planetenkäfig und der
Gewindespindel mittels einer formschlüssigen Steckverbin
dung erfolgt.
Eine kostengünstige Ausführung der erfindungsgemäßen Be
tätigungseinheit zeichnet sich dadurch aus, daß der Plane
tenkäfig im Deckel mittels eines Radiallagers gelagert ist.
Ein derartiges Planetengetriebe ist einfach herstellbar und
kann separat geprüft werden.
Dabei ist es sinnvoll, wenn die formschlüssige Steckverbin
dung torsionssteif, radial nachgiebig und biegeweich an den
Planetenkäfig angekoppelt ist. Durch diese Maßnahme erfolgt
eine wirksame Entkopplung von Störeinflüssen.
Die Gewindespindel kann vorzugsweise mehrteilig ausgeführt
sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsge
genstandes zeichnet sich dadurch aus, daß die Gewindemutter
an ihrem dem ersten Reibbelag abgewandten Ende mit einem
axialen Vorsprung versehen ist, der an einem an der Gewin
despindel ebenfalls in axialer Richtung ausgebildeten, in
Umfangsrichtung wirkenden Anschlag zur Anlage bringbar ist.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß insbesondere bei
einem fehlerbehafteten Lösevorgang, bei dem die Gewindemut
ter bis auf Anschlag zurückgedreht wird, kein Verspannen
bzw. Klemmen des ersten Untersetzungsgetriebes eintritt.
Der Elektromotor kann bei weiteren vorteilhaften Ausführun
gen der Erfindung als ein permanentmagneterregter, elektro
nisch kommutierter Elektromotor (bürstenloser Gleichstrom
motor) oder als ein geschalteter Reluktanzmotor (SR-Motor)
ausgeführt sein.
Die erwähnten Motorarten sind zur Erzeugung hoher Drehmo
mente im Stillstand besonders geeignet.
Um den Motor der Betätigungseinheit elektronisch zu kom
mutieren, ist es notwendig, ein Lageerkennungssystem vor
zusehen, das eine Erkennung der Position des Rotors des
Elektromotors relativ zum Stator ermöglicht und vorzugs
weise einen Hallsensor oder ein magnetoresistives Element
aufweist.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Ausführung der erfindungsgemäßen,
elektromechanischen Betätigungseinheit im Axial
schnitt,
Fig. 2 die Ausführung der bei der Betätigungseinheit
gemäß Fig. 1 verwendeten Feststellbrems
vorrichtung,
Fig. 3 die Feststellbremsvorrichtung gemäß Fig. 2 in
Ruhestellung in gebrochener Darstellung, und
Fig. 4 die Feststellbremsvorrichtung gemäß Fig. 2 in
betätigter Stellung in gebrochener Darstellung.
Die in der Zeichnung dargestellte, elektromechanische Be
tätigungseinheit nach der Erfindung dient der Betätigung
einer Schwimmsattel-Scheibenbremse, deren lediglich schema
tisch angedeuteter Bremssattel in einem nicht gezeigten
feststehenden Halter verschiebbar gelagert ist. Ein Paar
von Reibbelägen 4 und 5 ist im Bremssattel derart angeord
net, daß sie der linken und der rechten Seitenfläche einer
Bremsscheibe 6 zugewandt sind.
Nachstehend wird der in der Zeichnung rechts gezeigte Reib
belag 4 als erster Reibbelag und der andere, mit 5 bezeich
nete Reibbelag als zweiter Reibbelag bezeichnet. Während
der erste Reibbelag 4 mittels eines Betätigungselements 7
durch die Betätigungseinheit direkt mit der Bremsscheibe 6
in Eingriff bringbar ist, wird der zweite Reibbelag 5 durch
die Wirkung einer bei der Betätigung der Anordnung vom
Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft gegen die
gegenüberliegende Seitenfläche der Bremsscheibe 6 gedrückt.
Die erfindungsgemäße Betätigungseinheit, die mittels nicht
gezeigter Befestigungsmittel am Bremssattel angebracht ist,
weist einen modularen Aufbau auf und besteht im wesentli
chen aus drei selbständig handhabbaren Baugruppen bzw. Mo
dulen, und zwar aus einer Antriebseinheit 1, einem den er
sten Reibbelag 4 betätigenden ersten Untersetzungsgetriebe
2 und einem zwischen der Antriebseinheit 1 und dem ersten
Untersetzungsgetriebe 2 wirkungsmäßig geschalteten zweiten
Untersetzungsgetriebe 3.
Die vorhin erwähnte Antriebseinheit 1 besteht aus einem
Elektromotor 10, der im dargestellten Beispiel als ein per
manentmagneterregter, elektronisch kommutierter Motor aus
gebildet ist, dessen Stator 9 unbeweglich in einem Motor
gehäuse 8 angeordnet ist und dessen Rotor 11 durch einen
ringförmigen Träger 13 gebildet ist, der mehrere Permanent
magnetsegmente 14 trägt. Zwischen dem Elektromotor 10 und
dem vorhin erwähnten Betätigungselement 7 ist wirkungsmäßig
das erste Untersetzungsgetriebe 2 angeordnet, das im
gezeigten Beispiel als ein Kugelgewindetrieb 16 bis 21
ausgebildet ist, das in einem Getriebegehäuse 15 gelagert
ist, das auch einteilig mit dem vorhin erwähnten
Bremssattel ausgeführt sein kann. Der Kugelgewindetrieb
besteht dabei aus einer Gewindemutter 16 sowie einer
Gewindespindel 17, wobei zwischen der Gewindemutter 16 und
der Gewindespindel 17 mehrere Kugeln 18 angeordnet sind,
die bei einer Rotationsbewegung der Gewindespindel 17
umlaufen und die Gewindemutter 16 in eine axiale bzw.
translatorische Bewegung versetzen. Die Gewindemutter 16
bildet dabei vorzugsweise das vorhin erwähnte
Betätigungselement 7. Die vom Elektromotor 10 über das
zweite Untersetzungsgetriebe 3 angetriebene Gewindespindel
17 ist dabei vorzugsweise dreiteilig ausgebildet und
besteht aus einem mit der Gewindemutter 16 mittels der
vorhin erwähnten Kugeln 18 im Eingriff stehenden,
rohrförmigen ersten Spindelteil 19, einem ringförmigen
zweiten Spindelteil 20 sowie einem dritten Spindelteil 21.
Die Anordnung ist dabei vorzugsweise derart getroffen, daß
der Rotor 10 des Motors 11 unter Zwischenschaltung des
zweiten Untersetzungsgetriebes 3 das dritte Spindelteil 21
antreibt, während die Gewindemutter 16 sich am ersten
Reibbelag 4 abstützt.
Eine Reduzierung des erforderlichen Motormoments wird bei
der in der Zeichnung dargestellten Ausführung der Erfindung
durch zweckmäßige Integration eines Planetengetriebes 30-34
erreicht, das das vorhin erwähnte zweite Untersetzungs
getriebe 3 bildet. Das Planetengetriebe, das wirkungsmäßig
zwischen dem Rotor 11 und der Gewindespindel 17 angeordnet
ist, besteht aus einem Sonnenrad 30, das vorzugsweise durch
einen am Rotor 11 ausgebildeten, außen verzahnten Bereich
22 gebildet ist, mehreren gestuften Planetenrädern, von
denen zwei dargestellt und mit den Bezugszeichen 31 und 32
versehen sind, sowie einem Hohlrad 33. Die gestuften Plane
tenräder 31, 32, die in einem Planetenkäfig 34 gelagert
sind, weisen eine mit dem Sonnenrad 30 zusammenwirkende
erste Stufe sowie eine mit dem Hohlrad 33 zusammenwirkende
zweite Stufe auf, wobei die erste Stufe durch Zahnräder
31a, 32a größeren Durchmessers und die zweite Stufe durch
Zahnräder 31b, 32b kleineren Durchmessers gebildet sind.
Der vorhin erwähnte Planetenkäfig 34 ist dabei vorzugsweise
derart ausgeführt, daß sein zwischen den Lagerstellen der
Planetenräder 31, 32 und der Ankopplungsstelle der Gewinde
spindel 17 liegender Bereich sowohl ein geringes axiales
als auch radiales Spiel sowie einen geringen Winkelversatz
zuläßt und beispielsweise als eine Lamellenscheibe oder ein
Faltenbalg ausgebildet ist. Das Hohlrad 33 wird durch einen
innenverzahnten Bereich eines das Gehäuse des
Planetengetriebes bildenden Deckels 23 gebildet.
Die vorhin erwähnte Gewindemutter 16 des Kugelgewindetriebs
ist in einem topfförmigen Führungsteil 12 geführt bzw.
gelagert. Die Lagerung der Gewindemutter 16 im Führungsteil
12 erfolgt sowohl in ihrem dem ersten Reibbelag 4
zugewandten Bereich mittels eines im Führungsteil 12
angeordneten ersten Gleitringes 28 als auch in ihrem dem
Rebbelag 4 abgewandten Endbereich mittels eines auf der
Gewindemutter 16 angeordneten zweiten Gleitringes 29.
Weiterhin ist Fig. 1 zu entnehmen, daß das zweite
ringförmige Spindelteil 20 sich an einem innerhalb des
Führungsteils 12 angeordneten Axiallager 26 abstützt,
während das dritte Spindelteil 21 mittels einer
formschlüssigen Steckverbindung mit dem Planetenkäfig 34
des zweiten Untersetzungsgetriebes 3 verbunden ist.
Zu diesem Zweck ist das Ende des dritten Spindelteiles 21
beispielsweise als eine Torx-Verbindung oder ein Sechskant
ausgebildet, der in eine entsprechend geformte Öffnung im
Planetenkäfig 34 hineingeschoben wird. Dabei ist es
besonders vorteilhaft, wenn die formschlüssige
Steckverbindung torsionssteif, radial nachgiebig und
biegeweich an den Planetenkäfig 34 angekoppelt ist. Die
Ankopplung erfolgt mittels eines Außenringes 51 eines im
Deckel 23 vorgesehenen Radiallagers 50. Eine zwischen der
Gewindemutter 16 und dem Führungsteil 12 eingespannte
elastische Dichtung bzw. Dichtmanschette 27 verhindert ein
Eindringen von Verunreinigungen ins Innere des
Kugelgewindetriebs.
Außerdem ist es für eine einwandfreie Funktion der
erfindungsgemäßen Betätigungseinheit sinnvoll, wenn die
Gewindemutter 16 an ihrem dem Reibbelag 4 abgewandten Ende
mit einem nicht gezeigten axialen Vorsprung versehen ist,
der bei ihrem Zurückstellen mit einem am Umfang des zweiten
Spindelteiles 20 ausgebildeten Anschlag zusammenwirkt.
Durch Abstützen einer Seitenfläche des Vorsprungs am
Anschlag wird ein weiteres Zurückstellen der Gewindemutter
16 wirksam verhindert, so daß kein Verklemmen der beiden
Teile 16, 20 eintreten kann.
Um die aktuelle Position des Rotors 11 zu ermitteln ist ein
nicht näher dargestelltes Lageerkennungssystem 46
vorgesehen. Die Lageinformation wird dann mittels eines
Hallsensors oder eines magnetoresistiven Elements
ermittelt.
Um schließlich die Funktion einer Feststellbremse realisie
ren zu können weist die erfindungsgemäße Betätigungseinheit
elektromechanische Mittel auf, die, mit dem Rotor 11 des
Elektromotors 10 zusammenwirkend, sein Verriegeln ermögli
chen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die
elektromechanischen Mittel durch einen elektromagnetisch
betätigbaren Freilauf gebildet, der das Bezugszeichen 35
trägt und mit einem Radiallager 24 zusammenwirkt, in dem
der Rotor 11 gelagert ist. Die dem Freilauf 35 zugeordnete
elektrische Aktuatorik ist in der Art eines mechanischen
Flip-Flops aufgebaut, dessen Zustand bei jeder kurzen
Bestromung geändert wird.
Wie insbesondere Fig. 2 bis 4 zu entnehmen ist, sind
wesentliche Teile des Freilaufs 35 im oben erwähnten
Radiallager 24 integriert. Zu diesem Zweck sind sowohl der
Außenring 36 als auch der Innenring 37 des Radiallagers 24
einseitig derart verlängert, daß sie einen Ringraum
begrenzen, der einen Klemmkörper 38 aufnimmt, wobei durch
die besondere Gestaltung des verlängerten Bereichs der
Lagerringe 36, 37 eine formschlüssige Verbindung zwischen
den Lagerringen 36, 37 und dem Klemmkörper 38 gewährleistet
ist. Der Außenring 36 weist dabei vorzugsweise in seinem
mit dem Klemmkörper 38 zusammenwirkenden Bereich eine
radiale Ausnehmung 39 auf, die einseitig durch eine Schräge
bzw. Rampe 40 begrenzt wird, während der Innenring 37 mit
einer Profilierung 41 versehen ist, die der Kontur des
Klemmkörpers 38 entspricht und mit der Ausnehmung einen
Klemmspalt begrenzt. Der Klemmkörper 38, der als eine
Klemmrolle oder kugelförmig ausgeführt werden kann, wird
auf die vorhin erwähnte Ausnehmung 39 zu mittels eines
ringförmigen Federelementes 42 vorgespannt.
Der Betätigung des Freilaufs 36 dient eine
elektromagnetische Betätigungseinrichtung, die im gezeigten
Beispiel das Bezugszeichen 43 trägt. Die Betätigungs
einrichtung 43 besteht im wesentlichen aus einem bistabilen
Elektromagneten 44 sowie einem Stößel 45, der mit dem Anker
des Elektromagneten 44 zusammenwirkt und beim Aktivieren
des Elektromagneten 44 den Klemmkörper 38 radial verstellt.
Der Stößel 45 wird in einer rohrförmigen Führung 47
geführt, die an einem den Lager-Außenring 36 aufnehmenden,
im Motorgehäuse 8 angeordneten ringförmigen Aufnahmeteil 48
angeformt ist.
Es ist die folgende Funktionsabfolge vorgesehen:
Zunächst wird die elektromechanische Bremse auf das notwendige Spannkraftniveau zugespannt. Der Rotor 11 bzw. der Lager-Innenring 37 werden beim Zuspannen entgegen der Klemmrichtung des Freilaufs 35, d. h., in der Zeichnung nach rechts, bewegt. Wenn bei der Betätigung der Feststellbremse der Klemmkörper 38 durch Aktivieren des Elektromagneten 44 in Richtung auf die Profilierung 41 zu verstellt wird, rollt er auf der vorhin erwähnten Rampe 40 in den sich verjüngenden Klemmspalt. Wird nun der dem Elektromotor 10 zugeführte Strom reduziert, so versucht die Federkraft der zugespannten Bremse den Rotor 11 bzw. den Lager-Innenring 37 in Klemmrichtung zu verdrehen. Dadurch wird die Feststellbremse sicher verriegelt. Die betätigte Stellung der Feststellbremse ist in Fig. 4 dargestellt.
Zunächst wird die elektromechanische Bremse auf das notwendige Spannkraftniveau zugespannt. Der Rotor 11 bzw. der Lager-Innenring 37 werden beim Zuspannen entgegen der Klemmrichtung des Freilaufs 35, d. h., in der Zeichnung nach rechts, bewegt. Wenn bei der Betätigung der Feststellbremse der Klemmkörper 38 durch Aktivieren des Elektromagneten 44 in Richtung auf die Profilierung 41 zu verstellt wird, rollt er auf der vorhin erwähnten Rampe 40 in den sich verjüngenden Klemmspalt. Wird nun der dem Elektromotor 10 zugeführte Strom reduziert, so versucht die Federkraft der zugespannten Bremse den Rotor 11 bzw. den Lager-Innenring 37 in Klemmrichtung zu verdrehen. Dadurch wird die Feststellbremse sicher verriegelt. Die betätigte Stellung der Feststellbremse ist in Fig. 4 dargestellt.
Zum Lösen muß der Elektromotor 10 die Bremse nur ein wenig
zuspannen und der Elektromagnet 44 muß wiederum einmalig
betätigt werden, um den Stößel 45 nach oben zu bewegen. Der
dadurch entlastete Klemmkörper 38 wird durch die Kraft des
ihn vorspannenden Federelementes 42 in die Ausnehmung 39
des Lager-Außenringes 36 gedrückt und der Rotor 11 ist in
beiden Richtungen frei drehbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind
selbstverständlich auch zahlreiche Modifikationen denkbar.
So kann z. B. der als Antriebseinheit 1 dienende
Elektromotor als ein geschalteter Reluktanzmotor (SR-Motor)
ausgeführt werden. Vorstellbar sind auch andere
Ausführungen des Planetengetriebes, wie etwa ein
zweistufiges Differenzplanetengetriebe oder ein Getriebe,
dessen Planetenräder mit ihrer ersten Stufe mit einem
Sonnenrad und mit ihrer zweiten Stufe unter Zwischen
schaltung je eines Stirnrades mit einem Hohlrad im Eingriff
stehen. Denkbar sind selbstverständlich auch Getriebe, die
mittels eines verformbaren, gezahnten Ringes und einer
Exzentrizität große Untersetzungen erzielen.
Auch der Lager-Innenring ist mit verschiedensten
Profilierungen vorstellbar. Wichtig ist lediglich, daß der
Klemmkörper eine sichere Lage einnehmen kann. Das den
Klemmkörper vorspannende ringförmige Federelement braucht
nicht den ganzen Umfang zu umspannen. Es kann auch eine
Blattfeder vorgesehen werden, die nur in der Nähe des
Klemmkörpers verankert wird. Denkbar ist auch eine
Ausführung des Federelementes als sogenannte
"Übertotpunktfeder" (Knackfrosch).
Damit schließlich durch die Klemmwirkung keine Querkräfte
oder -verformungen wirken, können auch mehrere Klemmkörper
regelmäßig am Umfang angeordnet werden.
1
Antriebseinheit
2
Untersetzungsgetriebe
3
Untersetzungsgetriebe
4
Reibbelag
5
Reibbelag
6
Bremsscheibe
7
Betätigungselement
8
Motorgehäuse
9
Stator
10
Elektromotor
11
Rotor
12
Führungsteil
13
Träger
14
Permanentmagnetsegment
15
Getriebegehäuse
16
Gewindemutter
17
Gewindespindel
18
Kugel
19
Spindelteil
20
Spindelteil
21
Spindelteil
22
Bereich
23
Deckel
24
Radiallager
25
26
Axiallager
27
Dichtung
28
Gleitring
29
Gleitring
30
Sonnenrad
31
Planetenrad
31
a Planetenrad
31
b Planetenrad
32
Planetenrad
32
a Planetenrad
32
b Planetenrad
33
Hohlrad
34
Planetenkäfig
35
Freilauf
36
Außenring
37
Innenring
38
Klemmkörper
39
Ausnehmung
40
Schräge
41
Profilierung
42
Federelement
43
Betätigungseinrichtung
44
Elektromagnet
45
Stößel
46
Lageerkennungssystem
47
Führung
48
Aufnahmeteil
49
50
Radiallager
51
Außenring
Claims (37)
1. Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare
Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, die an einem
Bremssattel angeordnet ist, in dem zwei mit je einer Sei
tenfläche einer Bremsscheibe (6) zusammenwirkende
Reibbeläge (4, 5) begrenzt verschiebbar angeordnet sind,
wobei einer (4) der Reibbeläge (4, 5) mittels eines
Betätigungselementes (15) durch die Betätigungseinheit
direkt und der andere Reibbelag (5) durch die Wirkung
einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der
Bremsscheibe (6) in Eingriff bringbar ist, wobei die
Betätigungseinheit aus einem Elektromotor (10) sowie einem
wirkungsmäßig zwischen dem Elektromotor (10) und dem
Betätigungselement (15) angeordneten Untersetzungsgetriebe
(2) besteht, und wobei und wobei ein mit dem Elektromotor
(10) in Wirkverbindung stehender Freilauf (35) vorgesehen
ist, der die Funktion einer Feststellbremse erfüllt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (35) derart
ausgebildet ist, daß seine Klemmwirkung durch eine
formschlüssige Drehmomentübertragung gewährleistet wird,
und daß er im betätigten Zustand eine Drehbewegung eines
Lagers (24) verhindert, in dem der Rotor (11) des
Elektromotors (10) gelagert ist.
2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Freilauf (35) mit dem Lager (24) eine Baugruppe
bildet.
3. Betätigungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl der Außen- (36) als auch der Innenring (37) des
Lagers (24) einseitig derart verlängert sind, daß sie mit
dem Klemmkörper (38) des Freilaufs (35) eine
formschlüssige Verbindung bilden.
4. Betätigungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenring (37) des Lagers (24) eine Profilierung
(41) aufweist, die eine formschlüssige Aufnahme des
Klemmkörpers (38) ermöglicht, während der Außenring (36)
mindestens eine radiale Ausnehmung (39) sowie eine daran
anschließende Schräge bzw. Rampe (40) aufweist, die mit
der Profilierung (41) mindestens einen den Klemmkörper
(38) aufnehmenden Klemmspalt begrenzt.
5. Betätigungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmkörper (38) mittels eines Federelementes (42)
in Richtung auf die Ausnehmung (39) zu vorgespannt ist.
6. Betätigungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Federelement (42) als ein Federring ausgebildet
ist.
7. Betätigungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Federelement als eine Blattfeder ausgebildet ist.
8. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (35) mittels
einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (43)
betätigbar ist.
9. Betätigungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung (43) aus
einem Elektromagneten (44) sowie einem Stößel (45)
erfolgt, der mit dem Klemmkörper (38) in kraftüber
tragenden Eingriff bringbar ist.
10. Betätigungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromagnet (44) als bistabiler Elektromagnet
ausgeführt ist.
11. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (38) als eine
Klemmrolle ausgebildet ist.
12. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper kugelförmig
ausgeführt ist.
13. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (24) als ein
Kugellager, ein Nadellager oder ein Rollenlager ausgeführt
ist.
14. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektromotor (11)
und dem Untersetzungsgetriebe (2) ein zweites
Untersetzungsgetriebe (3) vorgesehen ist.
15. Betätigungseinheit nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromotor (11), das (erste)
Untersetzungsgetriebe (2) sowie das zweite
Untersetzungsgetriebe (3) als mindestens zwei unabhängig
handhabbare Baugruppen ausgebildet sind.
16. Betätigungseinheit nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromotor (11), das (erste)
Untersetzungsgetriebe (2) sowie das zweite Unter
setzungsgetriebe (3) als je eine selbständig handhabbare
Baugruppe ausgebildet sind.
17. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das (erste) Untersetzungs
getriebe (2) als ein Kugelgewindetrieb (16-18) ausgebildet
ist.
18. Betätigungseinheit nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (7) durch die
Gewindemutter (16) des Kugelgewindetriebs (16-18) gebildet
ist.
19. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Untersetzungs
getriebe (3) auf der den Bremsbelägen (4, 5) abgewandten
Seite des Elektromotors (10) angeordnet ist.
20. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche
14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite
Untersetzungsgetriebe (3) als ein Planetengetriebe
ausgebildet ist.
21. Betätigungseinheit nach Anspruch 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Untersetzungsgetriebe (3)
als ein Planetengetriebe mit gestuften Planetenrädern
(31, 32) ausgebildet ist.
22. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß ein die Gewindemutter (16) des
Kugelgewindetriebs (16-18) umgreifendes Führungsteil
(12) vorgesehen ist, das sich an dem den Kugelgewindetrieb
aufnehmenden Getriebegehäuse (15) abstützt und an dem sich
die Gewindespindel (17) ihrerseits axial abstützt.
23. Betätigungseinheit nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß die axiale Abstützung der
Gewindespindel (17) unter Zwischenschaltung eines
Axiallagers (26) mittels eines radialen Bundes (14)
erfolgt.
24. Betätigungseinheit nach Anspruch 22 oder 23, dadurch
gekennzeichnet, daß am Führungsteil Kraftmeßelemente
vorgesehen sind.
25. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche
17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
Gewindemutter (16) und dem Führungsteil (12) eine
elastische Dichtung (27) vorgesehen ist.
26. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 20 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (30) des
Planetengetriebes am Rotor (11) ausgebildet ist, während
die Planetenräder (31, 32) in einem mit der Gewindespindel
(17) in kraftübertragender Verbindung stehenden
Planetenkäfig (34) gelagert sind und aus je einem mit dem
Sonnenrad (30) im Eingriff stehenden ersten Planetenrad
(31a, 32a) größeren Durchmessers sowie je einem mit einem
Hohlrad (33) im Eingriff stehenden zweiten Planetenrad
(31b, 32b) kleineren Durchmessers bestehen.
27. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 20 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (33) des
Planetengetriebes durch eine Innenverzahnung gebildet ist,
die in einem Deckel (23) ausgebildet ist, der ein Gehäuse
des Planetengetriebes bildet und am Motorgehäuse (8) des
Elektromotors (10) angeordnet ist.
28. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 20 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung zwischen
dem Planetenkäfig (34) und der Gewindespindel (17) mittels
einer formschlüssigen Steckverbindung erfolgt.
29. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 20 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenkäfig (34) im
Deckel (23) mittels eines Radiallagers (50) gelagert ist.
30. Betätigungseinheit nach Anspruch 28 oder 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die formschlüssige Steckverbindung
torsionssteif, radial nachgiebig und biegeweich an den
Planetenkäfig (34) angekoppelt ist.
31. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche
18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, da die Gewindespindel
(17) mehrteilig ausgeführt ist.
32. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche
18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter
(16) an ihrem dem ersten Reibbelag (4) abgewandten Ende
mit einem Vorsprung versehen ist, der an einem an der
Gewindespindel (17) ausgebildeten, in Umfangsrichtung
wirkenden Anschlag zur Anlage bringbar ist.
33. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor
(11) als ein permanentmagneterregter, elektronisch
kommutierter Elektromotor ausgeführt ist.
34. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Elek
tromotor als ein geschalteter Reluktanzmotor ausgeführt
ist.
35. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Lageerkennungssystem (46) vorgesehen ist, das eine
Erkennung der Position des Rotors (11) ermöglicht.
36. Betätigungseinheit nach Anspruch 35, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lageerkennungssystem (46) einen
Hallsensor aufweist.
37. Betätigungseinheit nach Anspruch 35, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lageerkennungssystem (46) ein
magnetoresistives Element aufweist.
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