DE19955080A1 - Electromechanical operating system motor vehicle parking brake operated includes electric motor and threaded driving mechanism - Google Patents
Electromechanical operating system motor vehicle parking brake operated includes electric motor and threaded driving mechanismInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse für Kraft fahrzeuge, umfassend eine Radbremse, wobei die die Radbrem se betätigende Betätigungseinheit einen Elektromotor sowie einen Gewindetrieb aufweist. Dabei wirkt die Betätigungs einheit über ein Kraftübertragungselement unmittelbar mit der Radbremse zusammen.The invention relates to an actuating unit for a Electromechanically actuated parking brake for power Vehicles comprising a wheel brake, the wheel brake se actuating actuator an electric motor as well has a screw drive. The actuation works unit directly with a power transmission element the wheel brake together.
Eine derartige Betätigungseinrichtung für eine elektrome chanisch betätigbare Feststellbremse ist z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 14 046 A1 bekannt. Dem Offenbarungsgehalt der erwähnten Veröffentlichung ist eine Trommelbremse zu entnehmen, die zusammen mit einer Betäti gungseinheit eine Baugruppe bildet. Dabei enthält die Betä tigungseinheit einen Elektromotor sowie ein Untersetzungs getriebe und wirkt zur Einleitung der Betätigungskraft über eine Kraftübertragungselement auf die Trommelbremse ein. Da die maximal erreichbare Leistung im Elektromotor bzw. das erreichbare Untersetzungsverhältnis im Getriebe begrenzt ist, ist auch die Leistungsfähigkeit der Betätigungseinheit beschränkt. Dies bezieht sich im Falle einer Feststellbrem sung vor allem auf die maximale Betätigungskraft der Trom melbremse sowie die Betätigungsdynamik. So wird für die ge nannte Anordnung insbesondere das langsame Lösen der elek tromechanisch betätigten Feststellbremse mittels der Betä tigungseinheit als nachteilig empfunden.Such an actuator for an electrome The mechanically operated parking brake is e.g. B. from the German patent application DE 197 14 046 A1 known. The The disclosure content of the publication mentioned is one Take drum brake together with an actuator unit forms an assembly. The Betä an electric motor and a reduction gear gear and acts to initiate the actuating force a power transmission element on the drum brake. There the maximum achievable power in the electric motor or that achievable reduction ratio in the gearbox is limited is also the performance of the actuator limited. This applies in the case of a parking brake solution above all on the maximum operating force of the trom brake and the actuation dynamics. So for the ge called arrangement in particular the slow release of the elek tromechanically operated parking brake using the actuators perceived as a disadvantage.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Betä tigungseinheit für eine elektromechanisch betätigbare Fest stellbremse der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, die bei hoher Zuverlässigkeit bzw. Funktionssicherheit eine hohe Betätigungsdynamik insbesondere beim Lösen der Fest stellbremse aufweist.It is therefore an object of the present invention a bet unit for an electromechanically operated fixed propose a parking brake of the type mentioned at the beginning, the one with high reliability or functional reliability high actuation dynamics especially when loosening the hard has parking brake.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombi nation des Patentanspruches 1 gelöst. Danach umfaßt die Be tätigungseinheit der elektromechanisch betätigbaren Fest stellbremse einen Elektromotor sowie einen Gewindetrieb, wobei die Betätigungseinheit mittels eines Kraftübertra gungselementes mit der Radbremse zusammenwirkt. Der Gewin detrieb zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromo tors in eine Translationsbewegung des Kraftübertragungsele mentes ist selbstlösend ausgeführt und über eine Kupplung an den Elektromotor gekoppelt. Damit läßt sich bei ge schlossener Kupplung unmittelbar ein Drehmoment vom Elek tromotor in den Gewindetrieb einleiten. Die Kupplung wie derum wirkt mit einer an den Elektromotor gekoppelten Spreizeinrichtung zusammen, die eine Öffnung der Kupplung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors be wirkt. In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromo tors bzw. vom Zustand der Kupplung ist der selbstlösende Gewindetrieb somit an den Elektromotor gekoppelt. Dabei ist die Kupplung in "Zuspann-Drehrichtung" des Elektromotors geschlossen und in "Löse-Drehrichtung" geöffnet. Insgesamt wird dadurch eine elektrische Betätigung der Radbremse er möglicht und gleichzeitig eine Erhaltung des aktuellen Be tätigungsstatus der Feststellbremse bei Stromausfall ge währleistet.This object is achieved by the combination of features nation of claim 1 solved. Thereafter, the Be actuating unit of the electromechanically actuated hard parking brake an electric motor and a screw drive, the actuating unit by means of a force transmission tion element cooperates with the wheel brake. The win drive to implement the rotational movement of the electromo tors in a translational movement of the power transmission element mentes is self-releasing and has a coupling coupled to the electric motor. This allows ge closed clutch immediately a torque from the elec Introduce the tromotor into the screw drive. The clutch like therefore works with one coupled to the electric motor Spreader together, which is an opening of the clutch depending on the direction of rotation of the electric motor works. Depending on the direction of rotation of the electromo tors or the condition of the clutch is the self-releasing Screw drive thus coupled to the electric motor. It is the clutch in the "application direction of rotation" of the electric motor closed and opened in the "release direction of rotation". All in all is an electrical actuation of the wheel brake possible and at the same time a preservation of the current Be Parking brake operation status in the event of a power failure ensures.
Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Betätigungseinheit einen Gesamtwirkungsgrad von we niger als 50% aufweist, d. h. bei Gesamtbetrachtung selbsthemmend ausgebildet ist. Es erweist sich jedoch als vorteilhaft, bei selbsthemmender Auslegung der gesamten Be tätigungseinheit die Einzelkomponenten der Betätigungsein heit (Elektromotor, Untersetzungsgetriebe, Übertragungsele mente etc.) mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad zu ver sehen, um die Motorleistung optimal auszunutzen. Durch die Selbsthemmung in der Betätigungseinheit wird der jeweilige Betätigungsstatus der elektromechanischen Feststellbremse im stromlosen Zustand gehalten.To concretize the idea of the invention, that the actuator has an overall efficiency of we less than 50%, d. H. when viewed as a whole is self-locking. However, it turns out to be advantageous, with self-locking design of the entire loading the individual components of the actuation unit unit (electric motor, reduction gear, transmission element elements etc.) with the highest possible efficiency see to make optimal use of the engine power. Through the The respective self-locking in the actuation unit Operating status of the electromechanical parking brake kept in a de-energized state.
Die Spreizeinrichtung ist bezogen auf die Motorachse vor teilhaft als kostengünstig herstellbarer Axialfreilauf aus gebildet, der in Abhängigkeit von der Drehrichtung ("Zuspannen"/"Lösen") des Elektromotors die Kupplung zwi schen Elektromotor und Gewindetrieb öffnet bzw. geschlossen hält. Dabei wirkt der Axialfreilauf in Zuspann-Drehrichtung des Elektromotors als einfaches Axiallager. In Löse- Drehrichtung blockiert der Axialfreilauf und vergrößert gleichzeitig seine axialen Abmessungen, um die Kupplung zu öffnen. Alternativ zum Axialfreilauf kann als Spreizein richtung auch eine Kugelrampe, ein Raumnocken, ein zusätz liches Gewinde oder eine analoge Anordnung Verwendung fin den. The spreader is based on the motor axis partly as an inexpensive to produce axial freewheel formed depending on the direction of rotation ("Apply" / "Release") of the electric motor the clutch between electric motor and screw drive opens or closes holds. The axial freewheel acts in the direction of application of the electric motor as a simple axial bearing. In release Direction of rotation blocks the axial freewheel and increases at the same time its axial dimensions to the clutch to open. As an alternative to the axial freewheel can be used as a spreader direction also a ball ramp, a space cam, an additional Lich thread or an analog arrangement use fin the.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Axialfreilauf zur Umsetzung eines Überlastschutzes über eine Rutschkupp lung an ein Gehäuse der Betätigungseinheit gekoppelt. Damit ist während des Lösens der Feststellbremse, d. h. bei bloc kiertem Axialfreilauf eine Drehung des Elektromotors mit samt Axialfreilauf gegenüber der gehäusefesten Rutschkupp lung möglich.In a further development of the invention, the axial freewheel to implement overload protection via a slip clutch tion coupled to a housing of the actuating unit. In order to is while releasing the parking brake, d. H. at bloc Kiert axial freewheel a rotation of the electric motor with including axial freewheel compared to the housing-fixed slip clutch possible.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß der Gewindetrieb zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung des Kraftüber tragungselementes, eine bezüglich des Gehäuses der Betäti gungseinheit verdrehfeste Spindel sowie eine drehbare Spin delmutter aufweist. Dabei führt die Spindel eine Translati onsbewegung aus und ist mit dem Kraftübertragungselement verbunden.An advantageous embodiment of the invention provides that the screw drive to implement the rotational movement of the Electric motor into a translational movement of the force support element, one with respect to the housing of the actuator unit, a torsion-proof spindle and a rotatable spin has delmutter. The spindle performs a translati on movement and is with the power transmission element connected.
Bevorzugt ist die Kupplung als Reibkonus-Kupplung zwischen der Spindelmutter und einem Abtriebsrad ausgebildet, wobei das Abtriebsrad in einer kraftübertragenden Verbindung mit einem Rotor des Elektromotors steht. Alternativ könnte die Reibkonus-Kupplung auch durch eine Lamellen-, Reib- oder Zahnkupplung ersetzt werden.The clutch is preferably a friction cone clutch between the spindle nut and an output gear, wherein the driven gear in a force-transmitting connection a rotor of the electric motor. Alternatively, the Friction cone clutch also by a plate, friction or Tooth coupling to be replaced.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Spindelmutter und dem Abtriebsrad ein Radial freilauf angeordnet, der in Abhängigkeit von der Relativbe wegung zwischen Spindelmutter und Abtriebsrad eine Drehung zuläßt bzw. die Spindelmutter gegenüber dem Abtriebsrad blockiert. Der Radialfreilauf ermöglicht somit unter Umge hung der Reibkonus-Kupplung eine Koppelung der Spindelmut ter an das Abtriebsrad. Beispielsweise wird somit im Stö rungsfall innerhalb des Gewindetriebes eine "Notlöse- Funktion" sichergestellt.According to an advantageous development of the invention a radial between the spindle nut and the driven gear arranged freewheeling depending on the Relativbe movement between the spindle nut and the driven gear one turn permits or the spindle nut opposite the driven gear blocked. The radial freewheel thus enables under reverse hung the friction cone coupling a coupling of the spindle nut ter on the driven gear. For example, in Stö case within the screw drive an "emergency release Function ".
Als Antriebsmotoren für die Betätigungseinheit der erfin dungsgemäßen Feststellbremse kommen insbesondere elektro nisch kommutierte DC-Elektromotoren oder DC-Bürstenmotoren in Frage. Die erwähnten Motorarten sind zur Erzeugung hoher Drehmomente aus dem Stillstand besonders geeignet.As drive motors for the actuation unit of the inventions Parking brake according to the invention come in particular electro niche commutated DC electric motors or DC brush motors in question. The engine types mentioned are high for generating Torques from standstill are particularly suitable.
Um eine erhebliche Reduzierung des vom Elektromotor aufzu bringenden erforderlichen Antriebsmoments zu erreichen ist zwischen dem Elektromotor bzw. dessen Rotor und dem Gewin detrieb ein Untersetzungsgetriebe angeordnet, das insbeson dere als Harmonic-Drive- oder Pulsatorgetriebe ausgeführt ist. Im Falle eines Pulsatorgetriebes ist ein mit dem Rotor des Elektromotors verbundenes Pulsatorrad vorgesehen. Dabei greift das Pulsatorrad mit einer Verzahnung sowohl in einen ersten gehäusefesten Zahnkranz der Betätigungseinheit als auch in einen zweiten Zahnkranz des Abtriebsrades. Die Ver wendung der oben genannten Getriebearten ergibt besonders hohe Untersetzungsverhältnisse.To significantly reduce the electric motor required driving torque is to be achieved between the electric motor or its rotor and the profit gear arranged a reduction gear, in particular designed as harmonic drive or pulsator gear is. In the case of a pulsator gearbox, there is one with the rotor the pulsator wheel connected to the electric motor. there engages the pulsator wheel with a toothing in both first housing-fixed gear rim of the actuation unit as also in a second ring gear of the driven gear. The Ver Use of the gear types mentioned above results in particular high reduction ratios.
Eine besonders einfache Ausführung einer elektromechani schen Feststellbremse ergibt sich für eine Trommelbremse. Die Trommelbremse kann dabei vorzugsweise als übliche Duo- Servo-Bremse ausgeführt sein, die über einen Seilzug als Kraftübertragungselement mit der Betätigungseinheit in Ver bindung steht. Grundsätzlich läßt sich die erfindungsgemäße Betätigungseinheit aber auch bei Scheibenbremsen als elek tromechanischen Feststellbremsen umsetzen.A particularly simple version of an electromechanical Parking brake results for a drum brake. The drum brake can preferably be used as a conventional duo Servo brake to be designed as a cable Power transmission element with the actuator in Ver bond stands. Basically, the invention Actuating unit but also with disc brakes as elek Implement tromechanical parking brakes.
Weitere Merkmale und Vorteile der elektromechanisch betä tigbaren Feststellbremse nach der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einem Ausführungsbei spiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:Other features and advantages of electromechanically actuated Tigbaren parking brake according to the invention arise an execution example from the following description game with reference to the accompanying drawing. In the drawing shows:
Fig. 1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Betäti gungseinheit der elektromechanisch betätigbaren Feststellbremse im Schnitt, Fig. 1 shows an embodiment of an inventive Actuate the supply unit of the electromechanically actuated parking brake in section,
Fig. 2 zwei Schnittdarstellungen der Betätigungseinheit aus. Fig. 1 im zugespannten bzw. gelösten Betäti gungsstatus der Feststellbremse, und Fig. 2 from two sectional views of the actuator. Fig. 1 in the tensioned or released Actuate supply status of the parking brake, and
Fig. 3 eine vergrößerte räumliche Prinzipdarstellung ei nes Abtriebsrades mit Axialfreilauf. Fig. 3 is an enlarged spatial schematic representation of egg Nes driven gear with axial freewheel.
Die in der Zeichnung dargestellte Betätigungseinheit 1 ist Bestandteil einer elektromechanisch betätigbare Feststell bremse und wirkt mittels eines als Seilzug 2 ausgebildeten Kraftübertragungselementes 2 auf eine nicht gezeigte Rad bremse ein. Dabei ist die gezeigte Betätigungseinheit be sonders zum Zusammenwirken mit einer an sich bekannten, nicht gezeigten Trommelbremse, vorzugsweise einer Duo- Servo-Trommelbremse geeignet. In einem solchen Fall ist der Seilzug 2 unmittelbar mit einem Spreizelement verbunden, das in der Lage ist die Bremsbacken der Trommelbremse gegen eine Bremstrommel zu drücken. Dadurch wird mittels des Seilzuges 2 die Betätigungs- bzw. Lösekraft in die Trommel bremse eingeleitet. Alternativ dazu ist es grundsätzlich möglich die gezeigte Betätigungseinheit 1 auch mit anderen Typen von Radbremsen zu kombinieren, z. B. mit einer Schei benbremse.The operation unit 1 illustrated in the drawing is part of a brake electromechanically actuated parking and acts by means of a cable 2 designed as a force-transmitting element 2 to a not shown wheel brake a. The actuating unit shown is particularly suitable for cooperation with a known drum brake, not shown, preferably a duo-servo drum brake. In such a case, the cable 2 is connected directly to an expansion element which is able to press the brake shoes of the drum brake against a brake drum. As a result, the actuating or releasing force is introduced into the drum brake by means of the cable 2 . Alternatively, it is basically possible to combine the actuating unit 1 shown with other types of wheel brakes, e.g. B. with a Schei brake.
Die Betätigungseinheit 1 umfaßt im wesentlichen einen Elek tromotor 3 mit einem Untersetzungsgetriebe 4, der über eine Kupplung 5 mit einem Gewindetrieb 6 gekoppelt ist. Zur Öff nung der Kupplung 5 in bestimmten Betriebszuständen ist ei ne als Axialfreilauf 7 ausgeführte Spreizeinrichtung 7 vor gesehen, die über eine Rutschkupplung 8 mit dem Gehäuse 9 der Betätigungseinheit 1 gekoppelt ist. Zusätzlich ist zur Drehmomentübertragung für bestimmte Betriebsfälle ein Ra dialfreilauf 10 vorgesehen, der zwischen dem Untersetzungs getriebe 4 und dem Gewindetrieb 6 angeordnet ist. Zur elek trischen Versorgung der Betätigungseinheit ist eine Leitung 11 vorgesehen die vorteilhaft in einen gegenüber dem Gehäu se 9 abgedichteten Deckel 12 integriert ist.The actuating unit 1 essentially comprises an electric motor 3 with a reduction gear 4 , which is coupled via a coupling 5 to a screw drive 6 . Publ to the clutch 5 voltage in certain operating states is egg ne designed as axial freewheel 7 spreading means 7 before seen, that is coupled via a slip clutch 8 with the housing 9 of the actuator. 1 In addition, a Ra dial freewheel 10 is provided for torque transmission for certain operating cases, which is arranged between the reduction gear 4 and the screw 6 . For the electrical supply of the actuating unit, a line 11 is provided which is advantageously integrated into a cover 12 sealed with respect to the housing 9 .
Der im dargestellten Beispiel gezeigte Elektromotor 3 ist als ein elektronisch kommutierbarer Motor 3 ausgeführt, wo bei Fig. 1 eine Ausführung als Gleichstrom-(DC)- Bürstenmotor 3 zeigt. Grundsätzlich sind jedoch neben den beschriebenen bzw. gezeigten Motorausführungen auch andere Motorvarianten zur Umsetzung der Erfindung denkbar. Der DC- Bürstenmotor 3 aus den Figuren umfaßt einen Kommutator 13 mit zugehörigen Bürsten 14, einen Rotor 15 mit Wicklung 16 sowie gehäusefeste Permanentmagnete 17. Der Rotor 15 ist als Hohlwellenrotor 15 ausgeführt und mittels Gleitlagere lementen 18 gegenüber dem innenliegenden Gewindetrieb 6 ge lagert. Ein Ende des Rotors 15 weist einen exzentrischen Ansatz 19 auf, der in ein Untersetzungsgetriebe 4 ein greift.The electric motor 3 shown in the example shown is designed as an electronically commutatable motor 3 , where in FIG. 1 an embodiment as a direct current (DC) brush motor 3 is shown. Basically, however, in addition to the engine designs described or shown, other engine variants for implementing the invention are also conceivable. The DC brush motor 3 from the figures comprises a commutator 13 with associated brushes 14 , a rotor 15 with winding 16 and permanent magnets 17 fixed to the housing. The rotor 15 is designed as a hollow shaft rotor 15 and by means of Gleitlagere lementen 18 against the inner screw 6 ge superimposed. One end of the rotor 15 has an eccentric shoulder 19 which engages in a reduction gear 4 .
Wie Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, ist das darin gezeigte Untersetzungsgetriebe 4 als ein Pulsatorgetriebe 4 ausge bildet, dessen außenverzahntes Pulsatorrad 20 über den ex zentrischen Ansatz 19 mit dem Rotor 15 verbunden ist. Durch den exzentrischen Ansatz 19 wird somit bei Rotordrehung ei ne exzentrische Drehbewegung in das Pulsatorrad 20 einge leitet. Das Pulsatorrad wiederum stützt sich an einem ge häusefesten und innenverzahnten Ring 21 ab. Durch gleich zeitiges Eingreifen des Pulsatorrades 20 in ein ebenfalls innenverzahntes Abtriebsrad 22 wird hierbei entsprechend des Zähnezahlunterschiedes zwischen Ring 21 und Abtriebsrad 22 eine Untersetzung bzw. eine Drehmomentwandlung herbeige führt. Selbstverständlich lassen sich analog zum hier be schriebenen auch andere Untersetzungsgetriebe einsetzen, die ein ähnlich hohes Untersetzungsverhältnis liefern (z. B. Harmonic-Drive-Getriebe). Letztlich kann durch ein lei stungsfähiges Untersetzungsgetriebe die Motorleistung er wünscht klein gehalten werden bzw. es lassen sich hohen Zu spannkräfte an der Feststellbremse realisieren.As can be seen further Fig. 1, the reduction gear 4 is shown therein forms out as a harmonic drive 4, the externally toothed pulsator 20 is connected via the ex-centric approach 19 to the rotor 15. Through the eccentric approach 19 ei ne eccentric rotary motion is thus introduced into the pulsator wheel 20 when the rotor rotates. The pulsator wheel in turn is supported on a housing-fixed and internally toothed ring 21 . By simultaneous intervention of the pulsator 20 in a likewise internally toothed driven gear 22 , a reduction or a torque conversion is brought about in accordance with the difference in the number of teeth between ring 21 and driven gear 22 . Of course, other reduction gears that provide a similarly high reduction ratio (e.g. harmonic drive gears) can be used in the same way as described here. Ultimately, a powerful reduction gear can be used to keep the engine output low, or high clamping forces can be achieved on the parking brake.
Über eine Kupplung 5 steht das Abtriebsrad 22 in drehmo mentübertragender Verbindung mit einer Spindelmutter 23 ei nes Gewindetriebes 6. Dabei ist die Kupplung 5 als Reibko nus-Kupplung 5 zwischen dem Abtriebsrad 22 und der Spindel mutter 23 ausgebildet und bezogen auf die Motorachse 24 axial aufspreizbar.Via a clutch 5 , the driven gear 22 is in torque-transmitting connection with a spindle nut 23 egg nes screw drive 6th The clutch 5 is designed as a Reibko clutch 5 between the driven gear 22 and the spindle nut 23 and axially expandable based on the motor axis 24 .
Der Gewindetrieb 6 ist als selbstlösender Spindeltrieb 6 mit einer drehbaren Spindelmutter 23 und einer drehfest im Gehäuse 9 aufgenommenen Gewindespindel 25 ausgeführt. Der Verdrehsicherung der Gewindespindel 25 dient dazu eine sich im Gehäuse 9 abstützende Verdrehhülse 26. Dadurch ist die Gewindespindel 25 zwar drehfest jedoch axial verschiebbar im Gehäuse gelagert. Die Spindelmutter 23 hingegen ist mit tels zweier Wälzlager 27, 28 gegenüber dem Gehäuse 9 dreh bar gelagert. Allgemein bewirkt der Gewindetrieb 6 eine Um wandlung der vom Rotor 15 bzw. Untersetzungsgetriebe 4 ein geleiteten Rotationsbewegung der Spindelmutter 23 in eine translatorische Bewegung der Gewindespindel 25. Diese Translationsbewegung wird durch das Kraftübertragungsele ment 2 bzw. den Seilzug 2 in die nicht gezeigte Spannvor richtung der Radbremse weitergeleitet.The threaded drive 6 is designed as a self-releasing spindle drive 6 with a rotatable spindle nut 23 and a threaded spindle 25 accommodated in a rotationally fixed manner in the housing 9 . To prevent the threaded spindle 25 from rotating, a rotating sleeve 26 is supported in the housing 9 . As a result, the threaded spindle 25 is mounted in the housing in a rotationally fixed but axially displaceable manner. The spindle nut 23, however, is rotatably supported by means of two roller bearings 27 , 28 relative to the housing 9 . In general, the screw drive 6 causes a conversion of the rotor 15 or reduction gear 4, a guided rotational movement of the spindle nut 23 into a translational movement of the threaded spindle 25 . This translational movement is passed through the force-transmitting element 2 or the cable 2 in the not shown Spannvor direction of the wheel brake.
Zur Öffnung der Reibkonus-Kupplung 5 ist eine als Axial freilauf 7 ausgebildete axiale Spreizeinrichtung 7 vorgese hen. Diese besteht im wesentlichen aus zwei zueinander drehbaren Ringen 29, 30 zwischen denen in einem Käfig 31 Wälzkörper 32 (z. B. Kugeln, Rollen etc.) sowie Spreizkör per 33 angeordnet sind. Somit wirkt der Axialfreilauf 7 drehrichtungsabhängig entweder wie ein Axiallager oder wie ein Bauteil zur Drehmomentübertragung.The opening of the friction cone clutch 5 is formed as an axial free running axial spreading 7 7 vorgese hen. This consists essentially of two mutually rotatable rings 29 , 30 between which 31 rolling elements 32 (z. B. balls, rollers etc.) and Spreizkör by 33 are arranged in a cage. The axial freewheel 7 thus acts, depending on the direction of rotation, either as an axial bearing or as a component for torque transmission.
Ferner ist ein Radialfreilauf 10 vorgesehen, der zwischen der Spindelmutter 23 und dem Abtriebsrad 22 angeordnet ist. Auch der Radialfreilauf 10 wirkt drehrichtungsabhängig ent weder wie ein übliches Radiallager oder aber wie ein drehmomentübertragendes Bauteil. In Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen Abtriebsrad 22 und Spindelmutter 23 besteht somit die Möglichkeit der Koppelung der Spindel mutter 23 an das Abtriebsrad 22 unabhängig von der Reibko nus-Kupplung 5.Furthermore, a radial freewheel 10 is provided, which is arranged between the spindle nut 23 and the driven gear 22 . The radial freewheel 10 also acts, depending on the direction of rotation, either as a conventional radial bearing or as a torque-transmitting component. Depending on the relative movement between the driven gear 22 and spindle nut 23, the possibility of coupling of the spindle nut 23 thus consists of the driven gear 22 regardless of the Reibko nus coupling. 5
Im folgenden wird die Funktion der Betätigungseinheit 1 für die unterschiedlichen Betriebszustände der elektromechani schen Feststellbremse insbesondere anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.The function of the actuating unit 1 for the different operating states of the electromechanical parking brake is explained in more detail below, in particular with reference to FIGS . 2 and 3.
Zum Zuspannen der Feststellbremse wird der kommutierbare Elektromotor 3 in Zuspanndrehrichtung betrieben, wobei die Drehbewegung durch das Pulsatorgetriebe 4 untersetzt auf das Abtriebsrad 22 übertragen wird. Durch einander zugehö rige konische Reibflächen 34 der geschlossenen Reibkonus- Kupplung 5 überträgt sich die Rotationsbewegung vom Ab triebsrad 22 auf die Spindelmutter 23. Das sichere Übertra gen des Antriebsdrehmomentes durch die Reibkonus-Kupplung 5 auf die Spindelmutter 23 wird mittels einer auf die Reibko nus-Kupplung 5 wirkenden Axialkraft gewährleistet, die durch eine erste Tellerfeder 35 aufgebracht wird. Die erste Tellerfeder 35 muß dabei derart dimensioniert sein, daß das maximale Motordrehmoment bei geschlossener Reibkonus- Kupplung 5 noch auf die Spindelmutter 23 übertragbar ist. Die Rotationsbewegung der Spindelmutter 23 wird mittels der selbstlösenden Gewindespindel 25 in eine Translationsbewe gung der Gewindespindel 25 bzw. des Seilzuges 2 umgewan delt. Über den Seilzug 2 bzw. ein ähnliches Kraftübertra gungselement 2 wird die Betätigungskraft für die Feststell bremsung in die Radbremse eingeleitet.To apply the parking brake, the commutatable electric motor 3 is operated in the direction of tightening, the rotational movement being reduced by the pulsator gear 4 and transmitted to the driven gear 22 . By mutually associated conical friction surfaces 34 of the closed friction cone clutch 5 , the rotational movement is transmitted from the drive gear 22 to the spindle nut 23 . The safe transmission of the drive torque through the friction cone clutch 5 to the spindle nut 23 is ensured by means of an axial force acting on the Reibko clutch 5 , which is applied by a first plate spring 35 . The first plate spring 35 must be dimensioned such that the maximum motor torque can still be transferred to the spindle nut 23 when the friction cone clutch 5 is closed. The rotational movement of the spindle nut 23 is converted by means of the self-releasing threaded spindle 25 into a translation movement of the threaded spindle 25 or the cable 2 . About the cable 2 or a similar force transmission element 2 , the actuating force for the parking brake is initiated in the wheel brake.
Da der Elektromotor in seiner Leistungsfähigkeit begrenzt ist und eine hohe Untersetzung innerhalb der Betätigungs einheit 1 realisiert wird, ist unter Umständen die Zuspann geschwindigkeit der elektromechanischen Feststellbremse un zureichend. In solchen Fällen ist es vorteilhaft die elek tromechanische Feststellbremse mit der Funktionalität einer hydraulischen Betriebsbremsanlage zu kombinieren. Zum ra schen Zuspannen der Radbremsen beim "schnellen Parken" wird die Zuspannkraft zunächst über die Betriebsbremsanlage in die Radbremsen eingeleitet. Daher kann die Betätigungsein heit 1 eine längere Zeitdauer zum Spannen benötigen. Erst nachdem auch die Betätigungseinheit 1 die erforderliche Zu spannkraft der Radbremse aufgebracht hat, wird die hydrau lische Unterstützung durch die Betriebsbremsanlage ausge schaltet.Since the electric motor is limited in its performance and a high gear reduction within the actuating unit 1 is realized, the application speed of the electromechanical parking brake may be insufficient. In such cases, it is advantageous to combine the electromechanical parking brake with the functionality of a hydraulic service brake system. For rapid application of the wheel brakes during "fast parking", the application force is first introduced into the wheel brakes via the service brake system. Therefore, the actuating unit 1 may take a longer time to tighten. Only after the actuating unit 1 has applied the required tensioning force of the wheel brake, the hydraulic support by the service brake system is switched off.
Bei zugespannter Radbremse wirkt eine axiale Kraftkomponen te über den Seilzug 2 auf die selbstlösend ausgelegte Ge windespindel 25 ein, die ihrerseits versucht die Spindel mutter 23 zu drehen. Durch die geschlossene Reibkonus- Kupplung 5 wird das anstehende Feststellbremsmoment über die Spindelmutter 23 und das Abtriebsrad 22 in das Pulsa torgetriebe 4 eingeleitet. Dabei werden die Einzelkomponen ten der Betätigungseinheit 1, wie z. B. Gewindetrieb, Reib konus-Kupplung, Pulsatorgetriebe, hinsichtlich ihrer Teil wirkungsgrade derart ausgelegt, daß das Produkt der Teil wirkungsgrade einen Gesamtwirkungsgrad für die Betätigungs einheit von unter 50% ergibt. Die Einzelwirkungsgrade kön nen jedoch durchaus über 50% liegen. Damit liegt bei Be trachtung der kompletten Betätigungseinheit 1 insgesamt Selbsthemmung vor. Daraus resultierend ergibt sich auch im stromlosen Zustand eine sichere Erhaltung des zugespannten Betätigungsstatus der Radbremse. When the wheel brake is applied, an axial force component acts via the cable 2 on the self-releasing threaded spindle 25 , which in turn tries to turn the spindle nut 23 . Due to the closed friction cone clutch 5 , the parking brake torque is introduced via the spindle nut 23 and the driven gear 22 into the pulsator 4 . The individual components of the actuation unit 1 , such as. B. screw drive, friction cone clutch, pulsator gear, designed in terms of their partial efficiencies such that the product of the partial efficiencies gives a total efficiency for the actuation unit of less than 50%. However, the individual efficiencies can well be over 50%. Thus, when considering the complete actuation unit 1, there is a total of self-locking. This results in a safe maintenance of the applied actuation status of the wheel brake even when de-energized.
Beim Umschalten des Elektromotors von "Zuspannen" auf "Halten des zugespannten Zustandes" entsteht ein geringer Verdrehwinkel innerhalb der Betätigungseinheit 1, der auf das Spiel zwischen Verdrehhülse 26 und Gewindespindel 25 sowie auf die Torsionssteifigkeiten der Spindelmutter 23 und des Pulsatorgetriebes 4 zurückzuführen ist. Um eine Ak tivierung der axialen Spreizfunktion des Axialfreilaufes 7 und somit Öffnung der Reibkonus-Kupplung 5 zu verhindern, ist der erste Ring 30 des Axialfreilaufes 7 über axiale Vorsprünge 36 an das Abtriebsrad 22 gekoppelt. Die Vor sprünge 36 erstrecken sich dazu in zugehörige Taschen 37 des Abtriebsrades 22, wobei die Taschen 37 in Umfangsrich tung größere Abmessungen aufweisen als die Vorsprünge 36. Dadurch wird ein tangentiales Spiel zwischen Abtriebsrad 22 und dem ersten Ring 30 des Axialfreilaufes 7 geschaffen, das ein geringfügiges Verdrehen von Ring 30 und Abtriebsrad 22 zuläßt. Erst wenn die Flanken der Vorsprünge 36 und der Taschen 37 wieder aneinanderliegen besteht eine drehmo mentübertragende Verbindung zwischen Abtriebsrad 22 und er stem Ring 30. Insgesamt wird durch die tangential spielbe haftete Verbindung vom Pulsatorgetriebe 4 mit dem Axial freilauf 7 ein axiales Aufstellen der Spreizkörper 33 in nerhalb des Axialfreilaufes 7 verhindert und somit die Reibkonus-Kupplung 5 geschlossen gehalten. Der zugespannte Betätigungsstatus (siehe auch Fig. 2a) der elektromechani schen Feststellbremse bleibt somit aufgrund der Selbsthem mung in der Betätigungseinheit 1 in jedem Fall erhalten.When switching the electric motor from "clamping" to "holding the clamped state" there is a small angle of rotation within the actuating unit 1 , which is due to the play between the rotating sleeve 26 and the threaded spindle 25 and to the torsional stiffness of the spindle nut 23 and the pulsator gear 4 . In order to prevent activation of the axial spreading function of the axial freewheel 7 and thus opening of the friction cone clutch 5 , the first ring 30 of the axial freewheel 7 is coupled via axial projections 36 to the driven wheel 22 . Before the jumps 36 extend into associated pockets 37 of the driven gear 22 , the pockets 37 having larger dimensions in the circumferential direction than the projections 36 . This creates a tangential play between the driven gear 22 and the first ring 30 of the axial freewheel 7 , which permits a slight twisting of the ring 30 and the driven gear 22 . Only when the flanks of the projections 36 and the pockets 37 rest against each other is there a torque-transmitting connection between the driven gear 22 and he stem ring 30 . Overall, an axial installation of the expander 33 in the nerhalb Axialfreilaufes 7 is prevented by the tangential spielbe adhered connection from the harmonic drive 4 with the axial free running 7 and hence the friction cone clutch 5 is held closed. The applied actuation status (see also Fig. 2a) of the electromechanical parking brake's thus remains in any case due to the self-locking in the actuation unit 1 .
Das Lösen der Radbremse bei Beendigung der Feststellbrem sung wird durch eine Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 3 eingeleitet, wodurch zunächst die Flanken der Vorsprünge 36 bzw. der Taschen 37 in Umfangsrichtung wieder in Kontakt treten. Dies bewirkt eine Verbindung von Abtriebsrad 22 und erstem Ring 30 des Axialfreilaufes 7, die eine Übertragung von Drehmomenten zuläßt. In Lösedrehrichtung des Elektromo tors 3 wirkt der Axialfreilauf 7 allgemein als axiale Spreizeinrichtung und erzeugt eine der ersten Tellerfeder 35 entgegengesetzte Kraft. Im einzelnen werden der erste 30 und der zweite Ring 29 des Axialfreilaufes 7 in Lösedreh richtung relativ zueinander verdreht, so daß sich die Spreizkörper 33 zwischen den beiden Ringen 29, 20 axial aufrichten und die axiale Ausdehnung des Axialfreilaufes 7 vergrößern. Weiterhin wird bei aufgestellten Spreizkörpern 33 eine relative Verdrehung der beiden Ringe 29, 30 zuein ander verhindert, so daß der Axialfreilauf 7 blockiert ist. Infolge der Spreizwirkung des Axialfreilaufes 7 wird das Abtriebsrad 22 axial gegen die erste Tellerfeder 35 ver schoben und öffnet die Reibkonus-Kupplung 5 zwischen Ab triebsrad 22 und Spindelmutter 23 um einen Weg s. Das durch die Zuspannkraft der Feststellbremse verursachte Rück stelldrehmoment wirkt nun auf den selbstlösenden Gewinde trieb 6 ein und führt zu einem schlagartigen Verdrehen der Spindelmutter 23 gegenüber der Gewindespindel, da der Ge windetrieb 6 bei geöffneter Reibkonus-Kupplung 5 vom Pulsa torgetriebe 4 bzw. Elektromotor 3 abgekoppelt ist. Die Rad bremse bzw. Trommelbremse wird dadurch sehr schnell gelöst.The release of the wheel brake at the end of the Feststellbrem solution is initiated by a reversal of the direction of rotation of the electric motor 3 , whereby first the flanks of the projections 36 and the pockets 37 come into contact again in the circumferential direction. This causes a connection of the driven gear 22 and the first ring 30 of the axial freewheel 7 , which allows a transmission of torques. In the release direction of the electric motor 3, the axial freewheel 7 generally acts as an axial spreader and generates a force opposite to the first plate spring 35 . In detail, the first 30 and the second ring 29 of the axial freewheel 7 are rotated relative to one another in the release direction, so that the expansion bodies 33 between the two rings 29 , 20 straighten up axially and increase the axial extent of the axial freewheel 7 . Furthermore, a relative rotation of the two rings 29 , 30 to each other is prevented when the expansion bodies 33 are set up, so that the axial freewheel 7 is blocked. As a result of the spreading effect of the axial freewheel 7 , the driven gear 22 is pushed axially against the first plate spring 35 and opens the friction cone clutch 5 between the driven gear 22 and the spindle nut 23 by a path s. The restoring torque caused by the application force of the parking brake now acts on the self-releasing threaded drive 6 and leads to an abrupt rotation of the spindle nut 23 with respect to the threaded spindle, since the threaded drive 6 with the friction cone clutch 5 open from the pulsator mechanism 4 or electric motor 3 is uncoupled. The wheel brake or drum brake is released very quickly.
Zum vollständigen Lösen der Radbremse bzw. um ein Lösen auch bei Störungsfällen zu ermöglichen, wird der Elektromo tor 3 während des gesamten Lösevorganges in Lösedrehrich tung betrieben. Das dadurch anliegende Antriebsdrehmoment in Löserichtung muß über den in Lösedrehrichtung blockier ten Axialfreilauf 7 abgefangen werden. Dazu ist eine Rutschkupplung 8 vorgesehen, bestehend aus einem Reibele ment 38, einem Axiallager 39, einem Distanzstück 40 und ei ner zweiten Tellerfeder 41, mittels der der Axialfreilauf 7 am Gehäuse 9 abgestützt ist. Das Reibelement 38 ist ver drehfest, beispielsweise durch Kleben, mit dem Gehäuse 9 verbunden, wobei der zweite Ring 29 des Axialfreilaufes 7 über einander zugehörige Reibflächen 42 an das Reibelement 38 gekoppelt ist. Im einzelnen wird der zweite Ring 29 durch die Federkraft der zweiten Tellerfeder 41 an die Reibfläche 42 des Reibelementes 38 gedrückt. Da während des Lösevorganges der blockierte Axialfreilauf 7 über die Rutschkupplung 8 am Gehäuse 9 abgestützt ist, wird die Drehbewegung des Abtriebsrades 22 bzw. des Elektromotors 3 solange blockiert, bis das abzustützende Drehmoment größer als das Rutschmoment zwischen Axialfreilauf 7 und Reibele ment 38 ist. Erst danach gleitet der Axialfreilauf 7 auf der Reibfläche 42 des Reibelementes 38 und der Elektromotor 3 kann wieder zusammen mit dem Abtriebsrad 22 in Lösedreh richtung rotieren.To completely release the wheel brake or to enable it to be released even in the event of a malfunction, the electric motor 3 is operated in the release direction during the entire release process. The resulting drive torque in the release direction must be intercepted via the axial freewheel 7 , which is blocked in the release direction. For this purpose, a slip clutch 8 is provided, consisting of a Reibele element 38 , an axial bearing 39 , a spacer 40 and egg ner second plate spring 41 , by means of which the axial freewheel 7 is supported on the housing 9 . The friction element 38 is non-rotatably connected, for example by gluing, to the housing 9 , the second ring 29 of the axial freewheel 7 being coupled to the friction element 38 via friction surfaces 42 belonging to one another. In detail, the second ring 29 is pressed by the spring force of the second plate spring 41 against the friction surface 42 of the friction element 38 . Since the blocked axial freewheel 7 is supported via the slip clutch 8 on the housing 9 during the release process, the rotational movement of the driven wheel 22 or the electric motor 3 is blocked until the torque to be supported is greater than the slip torque between the axial freewheel 7 and Reibele element 38 . Only then does the axial freewheel 7 slide on the friction surface 42 of the friction element 38 and the electric motor 3 can again rotate together with the driven gear 22 in the release direction.
Die Rutschkupplung 8 erfüllt damit vorteilhaft eine Doppel funktion. Zu Beginn des Lösevorganges der elektromechani schen Feststellbremse muß solange ein Rutschen des zweiten Ringes 29 des Axialfreilaufes 7 an der Reibfläche 42 des Reibelementes 38 verhindert werden, bis der Axialfreilauf 7 durch Aufstellen der Spreizkörper 33 (siehe Fig. 2b) seinen axialen Spreizweg zurückgelegt hat. Erst danach darf der blockierte Axialfreilauf 7 bei Erreichen eines bestimmten Rutschmomentes an der Rutschkupplung 8 durchrutschen. Diese Doppelfunktion erfordert es, daß sich das an den Reibflä chen 42 anliegende Rutschmoment während des Lösevorganges verringert. Die Reduzierung des Rutschmomentes ergibt sich aus der axialen Spreizbewegung des Axialfreilaufes 7, die zunächst das axiale Lüftspiel zwischen dem ersten Ring 30 des Axialfreilaufes 7 und dem Abtriebsrad 22 aufbraucht und darüber hinaus eine axiale Auslenkung der ersten Tellerfe der 35 bewirkt. Die beiden Tellerfedern 35, 41 wirken somit mit unterschiedlichem Vorzeichen axial auf den aufgespreiz ten und blockierten Axialfreilauf 7 ein. Dadurch wir insge samt während des Lösevorganges die Anpreßkraft an den ein ander zugehörigen Reibflächen 42 reduziert.The slip clutch 8 thus advantageously fulfills a double function. At the beginning of the release process of the electromechanical parking brake, slipping of the second ring 29 of the axial freewheel 7 on the friction surface 42 of the friction element 38 must be prevented until the axial freewheel 7 has covered its axial expansion path by setting up the expansion body 33 (see FIG. 2b). Only then is the blocked axial freewheel 7 allowed to slip on the slip clutch 8 when a certain slip torque is reached. This double function requires that the applied to the Reibflä Chen 42 slipping torque is reduced during the release process. The reduction in the slip torque results from the axial spreading movement of the axial freewheel 7 , which first uses up the axial clearance between the first ring 30 of the axial freewheel 7 and the driven gear 22 and also causes an axial deflection of the first Tellerfe of 35 . The two plate springs 35 , 41 thus act with different signs axially on the spread and blocked axial freewheel 7 . As a result, we reduce the total contact pressure on the other associated friction surfaces 42 during the release process.
Beim oben beschriebenen Lösevorgang der Betätigungseinheit 1 entkoppelt der Radialfreilauf 10 das vom Elektromotor 3 angetriebene Antriebsrad 22 von der Spindelmutter 23, so lange die Drehrichtung des Radialfreilaufes 10 vorliegt, d. h. solange die Drehzahl nSpindelmutter der Spindelmutter 23 hö her als die Drehzahl nAbtriebsrad des Abtriebsrades 22 ist (nSpindelmutter < nAbtriebsrad). Ein solcher Zustand ergibt sich unmittelbar zu Beginn des Lösevorganges. Dreht die Spindel mutter 23 nach dem Entspannen der Radbremse wieder langsa mer als das Abtriebsrad 22 (nSpindelmutter < nAbtriebsrad), so blockiert der Radialfreilauf 10 (Sperrichtung) und die Spindelmutter 23 ist an die Drehbewegung des Abtriebsrades 22 in Löserichtung gekoppelt und zwar unabhängig von der Reibkonus-Kupplung 5. Daraus resultierend kann die Gewinde spindel 25 vollends über den Elektromotor 3 gelöst bzw. axial entspannt werden.The above-described releasing operation of the operating unit 1 of the radial freewheel decouples 10 driven by the electric motor 3 driving wheel 22 of the spindle nut 23, as long as the direction of rotation of the radial free wheel 10 is present, as long as the rotational speed that is n spindle nut of the spindle nut 23 hö ago than the rotational speed n output gear of the driven gear 22 is (n spindle nut <n driven gear ). Such a state occurs immediately at the beginning of the release process. If the spindle nut 23 rotates after releasing the wheel brake again more slowly than the driven gear 22 (n spindle nut <n driven gear ), the radial freewheel 10 blocks (locking direction) and the spindle nut 23 is coupled to the rotary movement of the driven gear 22 in the release direction and is independent from the friction cone coupling 5 . As a result, the threaded spindle 25 can be completely loosened or axially relaxed via the electric motor 3 .
Durch die Funktion des einseitig blockierenden Radialfrei laufes 10 sowie der Rutschkupplung 8 zwischen Reibelement 38 und Axialfreilauf 7 wird einerseits das vollständige Lö sen der Radbremse gewährleistet und andererseits kann auch beim Teilausfall (z. B. Gewindetrieb, Reibkonus-Kupplung etc.)der schnellösenden Betätigungseinheit 1 ein sicheres Lösen der Radbremse realisiert werden.The function of the one-sided blocking radial free running 10 and the slip clutch 8 between the friction element 38 and the axial freewheel 7 ensures that the wheel brake is completely released on the one hand and the quick-release actuating unit can also function in the event of partial failure (e.g. screw drive, friction cone coupling etc.) 1 a safe release of the wheel brake can be realized.
Selbstverständlich läßt sich die beschriebene Betätigungs einheit 1 nicht nur im Kombination mit einer Trommelbremse umsetzen. Vielmehr sind auch andere Bremsenbauarten denk bar, die zusammen mit der obigen Betätigungseinheit 1 eine elektromechanische Feststellbremsbetätigung gestatten.Of course, the described actuation unit 1 can not only be implemented in combination with a drum brake. Rather, other types of brakes are also conceivable, which, together with the above actuating unit 1, permit an electromechanical parking brake actuation.
Grundsätzlich läßt sich neben dem ausführlich erläuterten Axialfreilauf 7 als axiale Schalteinrichtung auch eine Ku gelrampe, ein Raumnocken, ein zusätzlicher Gewindetrieb oder ein elektromagnetisches Halteglied (Magnat mit Gesper re) verwenden. Außerdem könnte die Reibkonus-Kupplung 5 al ternativ z. B. durch eine Lamellen-, Reib- oder Zahnkupp lung ersetzt werden.Basically, in addition to the detailed axial freewheel 7 as an axial switching device, a Ku gel ramp, a space cam, an additional screw drive or an electromagnetic holding member (Magnat with Gesper re) can be used. In addition, the friction cone clutch 5 al ternatively z. B. be replaced by a lamella, friction or toothed clutch development.
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