DE4418397C2 - Elektrische Bremsanlage für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bremsanlage für ein Fahrzeug mit einer elektrisch betätigbaren Bremsbetätigungsvorrichtung, deren elektrischer Antrieb ein stabförmiges Bremsbetätigungsglied mit einer Schubstange aus einem magnetostriktiven Werkstoff aufweist, das in einer zylindrischen Magnetspulenanordnung angeordnet ist.

Elektrische Bremssysteme für Fahrzeuge, die in der Fachsprache "brake-by-wire" genannt werden, zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, daß die Bremspedalstellung oder die auf ein Bremspedal ausgeübte Bremskraft mittels eines Sensors elektrisch erfaßt und über eine elektrische Signalverarbeitung elektrischen Stellmotoren am jeweiligen Bremselement als Steuersignale zugeführt werden. Aus der DE 42 29 042 A1 ist eine derartige Bremsanlage bekannt, bei der die Betätigung des Bremspedals vom einem Druckkraftsensor oder Lagesensor erfaßt und über eine elektronische Steuereinheit in entsprechende Steuersignale umgewandelt wird, die dem jeweiligen Elektromotor eines Bremselements zugeführt werden.

Die Antriebsleistung des Elektromotors wird mittels eines Untersetzungsgetriebes auf eine Spindel übertragen, von der ein Andrückkolben linear gegen einen Bremsbelag bewegt wird. Die Baugröße der aus Bremselement und Elektromotor bestehenden Bremsbetätigungsvorrichtung wird durch das Untersetzungs­ getriebe erheblich vergrößert. Auch die Mutter- Spindelvorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung in die notwendige Linearbewegung zum Anpressen des Bremsbelages gegen die Bremsfläche führt zu einer bestimmten Mindestbaugröße.

Aus der EP 0 296 703 B1 ist eine elektrische Bremsanlage zum Anpressen eines Bremsgliedes gegen ein zu bremsendes Teil bekannt, wobei die Bremsbetätigungsvorrichtung einen elektrisch ansteuerbaren Motor zur Erzeugung eines Drehmoments und einen Drehmomentwandler zur Umwandlung eines von diesem Motor erzeugten Drehmoments in eine auf das Bremsglied übertragene Andruckkraft zum Anpressen des Bremsgliedes gegen das zu bremsende Teil aufweist. Dabei wird vorgeschlagen, daß der Motor ein Ultraschallmotor ist, der einen Stator, einen Rotor und einen piezoelektrischen Schwinger aufweist, der auf dem Stator befestigt ist, um eine elastisch fortschreitende Welle zum Antrieb des Rotors zu erzeugen. Bei dieser Bremsbetätigungsvorrichtung weist der Drehmomentwandler ein geschwindigkeitsreduzierendes Getriebe zur Erhöhung des Drehmoments und einen linearen Wandelmechanismus zur Wandlung des Drehmoments in eine lineare Vorschubkraft auf.

Aus der WO 91/10082 A1, von der die Erfindung ausgeht, ist eine Bremsbetätigungsvorrichtung bekannt, bei der ein magnetostriktives Bremsbetätigungsglied in einer Magnetspulenanordnung angeordnet ist. In der Magnetspule wird ein pulsierendes Magnetfeld aufgebaut, unter dessen Einfluß sich das stabförmige Bremsbetätigungsglied beidseitig um einen bestimmten Betrag oszillierend ausdehnt. Der Betätigungsstab behält dabei seine symmetrische Lage zwischen den beiden Betätigungshebeln. Ein federbelasteter Keil wird in den Pulspausen zwischen Bremsbetätigungsstange und Betätigungshebel gedrückt und führt so zu einer mechanischen Selbsthemmung der in Eingriff stehenden Bremse.

Während der magnetischen Beaufschlagung des Bremsbetätigungsstabes dehnt dieser sich beidseitig aus und drückt die Hebel einer Bremszange auseinander, wodurch die Bremsklötze auf die Bremsscheibe zubewegt werden. Das oszillierende Ausdehnen des Bremsbetätigungsstabes wird über die Hebelübersetzung für die Bremsbetätigung ausgenutzt.

Auf der Tagung "Actuator ′92, 3rd International Conference on New Actuators", Bremen, 1992, ist ein Linearmotor vorgestellt worden, bei dem sich ein magnetostriktives bewegliches Element in Form einer Schubstange unter der Wirkung des magnetischen Wanderfeldes einer Magnetspulenanordnung insgesamt verschiebt und nicht nur - wie bei der bereits angesprochenen WO 91/10082 A1 - eine reine Längenänderung erfährt.

Hierzu ist das bewegliche Element im nicht magnetisch beaufschlagten Zustand in einer Statorröhre mit Festsitz gehalten. Das magnetische Wanderfeld führt dann durch abschnittsweise gesteuerte Einwirkung zu lokaler elastischer Durchmesser- Verringerung bei gleichzeitiger Streckung, wodurch in dem beweglichen Element elastische Wanderwellen und dadurch dessen "wurmartige" Linearbewegung hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Bremsbetätigungsvorrichtung mit einer Linearbewegung des Bremsgliedes zu schaffen, die in ihrem Aufbau vereinfacht ist und eine wesentlich geringere Baugröße ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die vom Linearmotor erzeugten elastischen Wanderwellen wirken auf ein linear verschiebbares Bauteil, das nach der Erfindung direkt mit dem Bremsglied gekoppelt oder selbst als Bremsglied, beispielsweise in Form einer Schubstange, ausgebildet ist. Unter Einwirkung der Wanderwellen wird die lineare Vorschubbewegung des Bremsgliedes ohne die Anordnung eines Untersetzungsgetriebes und Drehmomentwandlers direkt erzielt.

Die mit diesem Linearantrieb versehene Bremsbetätigungs­ vorrichtung ist ohne die Anordnung eines Untersetzungs­ getriebes oder Drehmomentwandlers in der Lage, den Bremsbelag direkt auf die Reibfläche zu pressen. Die an dem jeweiligen Fahrzeugrad anzubringende Bremsbetätigungsvorrichtung, der sogenannte Bremsaktor, kann eine wesentlich kleinere Bauweise einnehmen, so daß die elektrische Bremsbetätigungsvorrichtung auch in engen Einbauverhältnissen zur Anwendung kommen kann.

Weiter ist von Vorteil, daß bei einem Verschleiß der Bremse die Nachstellung mit der Schubstange des Linearmotors erfolgen kann. Es sind keine zusätzlichen mechanischen Bauteile für diese Verschleißnachstellung erforderlich. Es sind lediglich der elektronischen Steuereinheit Kenngrößen zuzuführen, aus denen der Bremsverschleiß abgeleitet werden kann. Eine geeignete Programmierung der elektronischen Steuereinheit führt dann zu einer entsprechenden Nachstellung des linear verschiebbaren Bremsgliedes.

Wird die Schubstange des Linearmotors mit dem Bremsbelag mechanisch verbunden, können bei entgegensetzter Betätigung des Linearmotors die Bremsbeläge von den Reibflächen auch abgehoben werden.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung weist das stabförmige Betätigungsglied an der aus magnetostriktivem Werkstoff bestehenden Schubstange in axialer, zur Bremsfläche gewandten Richtung einen fest angebrachten Stangenabschnitt aus einem duktilen Werkstoff auf. Dieser Abschnitt, beispielsweise aus einem geeigneten Stahl, weist ein gegenüber dem magnetostriktiven Werkstoff gesehen elastischeres Verhalten auf und trägt an seinem Ende den Bremsbelagträger. Die relativ spröde Schubstange des Läufers aus magnetostriktivem Werkstoff wird im wesentlichen in der Statorröhre geführt und geringer auf Biegung beansprucht. Schubstange und fest angebrachter Verlängerungsabschnitt können über eine geeignete Verklebung miteinander verbunden sein.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ausschnittsweise eine Scheibenbremse einer elektrisch betätigbaren Bremsanlage gezeigt. Im Axialschnitt ist eine Schubstange 1 gezeigt, die in einer Magnetspulenanordnung 2 eines elektrischen Linearmotors 3 als Läufer verschiebbar angeordnet ist. Diese Schubstange 2 besteht aus einem magnetostriktiven Werkstoff. Die Magnetspulenanordnung 2 ist im Gehäuse 4 der Scheibenbremse eingebaut.

Die Schubstange 1 ist an ihrem der Bremsscheibe 6 zugewandten Ende mit einem Stangenabschnitt 7 aus einem duktilen Stahl verbunden. Der Stangenabschnitt 7 ist stirnseitig mit einem Belagträger 8 verbunden, der den Bremsbelag 9 aufweist. Dieser Bremsbelag 9 ist bei einer Verschiebung der Schubstange 1 gegen die Bremsscheibe 6 anpreßbar. Bei einer Anpressung des mit der Schubstange 1 verbundenen Bremsbelages 9 wird der gegenüberliegende Bremsbelag 10, der in dem verschiebbaren Bremsgehäuse 4 aufgehängt ist, von der anderen Seite gegen die Bremsscheibe 6 gepreßt.

Der Antrieb der Schubstange 1 wird mittels des Linearmotors 3, der aus der Magnetspulenanordnung 2, einer Statorröhre 12 und der Schubstange 1 besteht, bewirkt. Eine geeignete elektrische Beaufschlagung der Magnetspulenanordnung 2 erzeugt ein elektromagnetisches Wanderfeld, das je nach seiner Richtung die Schubstange 1 aufgrund der entstehenden elastischen wanderwellen linear gegen die Bremsscheibe 6 oder von dieser fort bewegt.

Die Magnetspulen 2 werden in bekannter Weise über eine festverlegte Stromzuführung (in der Zeichnung nicht gezeigt) mit gegeneinander phasenverschobenen Wechselströmen erregt und erzeugen hierdurch ein magnetisches Wanderfeld, welches die Schubstange 1 durchsetzt. Die magnetischen Felder erzeugen elastische wanderwellen an der Schubstange 1 und dadurch eine Schubkraft in linearer Richtung, die zu einem linearen Verschieben der Schubstange 1 führt. Das hier aus Schubstange 1, Belagträger 8 und Bremsbelag 9 bestehende Bremsglied der Bremsbetätigungsvorrichtung wird über den Linearmotor direkt linear verstellt. Die erzielbare Linearbewegung kann die bei der Bremsbetätigung vorliegenden Wege überbrücken.

Claims (2)

1. Elektrische Bremsanlage für ein Fahrzeug mit einer elektrisch betätigbaren Bremsbetätigungsvorrichtung, deren elektrischer Antrieb ein stabförmiges Bremsbetätigungsglied mit einer Schubstange aus einem magnetostriktiven Werkstoff aufweist, das in einer zylindrischen Magnetspulenanordnung angegeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die bewegliche Schubstange in einer feststehenden Statorröhre (12) im Festsitz gehalten ist, daß die Magnetspulenanordnung ein Wanderfeld je nach der gewünschten Betätigungsrichtung der Bremse erzeugt, daß das Wanderfeld auf die magnetostriktive Bremsbetätigungsvorrichtung wirkt und elastische Wanderwellen erzeugt, so daß die Schubstange in der Statorröhre (12) vor- oder zurückgeführt wird.

2. Elektrische Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange des stabförmigen Bremsbetätigungsglieds eine der Bremsfläche (6) zugewandten Stangenabschnitt (7) aufweist, der aus einem duktilen Werkstoff, beispielsweise Stahl, besteht.