DE602004002378T2

DE602004002378T2 - Elektromechanischer linearspindelantrieb für feststellbremse

Info

Publication number: DE602004002378T2
Application number: DE602004002378T
Authority: DE
Inventors: Andreas Geyer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: DE602004002378D1; US20060201758A1; KR20060039850A; WO2005005212A1; EP1581416A1; JP2009513407A; CN1717351A; US7337882B2; ITTO20030106U1; EP1581416B1; CN100408395C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen linearen elektromechanischen Schneckenaktuator für eine feststellbare Bremse eines Kraftfahrzeugs.
Anstelle des traditionellen, manuell betätigten Hebels, der auf einen oder zwei, an den feststellbaren Bremsen eines Kraftfahrzeugs angeschlossenen Bowdenzügen eine Zugbewegung aufbringt, wurde vor kurzem vorgeschlagen, diese Zugbewegung mittels eines elektromagnetischen Aktuators zu bewirken (siehe z.B. US2002/0100647 A1).
Die FR-A-2 812 056 offenbart ein System für das feststellbare Bremsen eines Kraftfahrzeugs, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist, und einen elektromechanischen Aktuator, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 6 definiert ist. Andere feststellbare Bremssysteme, bei denen elektromechanische Aktuatoren verwendet werden, sind aus der EP-A-1 211 149 und der GB-A-2 304 838 bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines linearen Aktuators, der in der Lage ist, eine Zugbewegung für eine maximale Verschiebbarkeit von ungefähr 40 mm rasch (in weniger als 1,0–1,5 Sekunden) auf die Bowdenzüge aufzubringen, und zwar in einer nicht rückfahrbaren Weise (das heißt, fähig, die aufgebrachte Bremskraft bei Fehlen eines Entriegelungsbefehls aufrechtzuerhalten) und fähig ist, eine starke Zugkraft in der Größenordnung von etwa 3600 N auszuüben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines starken und verlässlichen linearen Aktuators, der leicht zu montieren und aus einer minimalen Anzahl von Bestandteilen gebildet ist.
Eine weitere besondere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Aktuators, der solcherart ist, dass beim Aufbringen der Bremskraft der durch den Aktuator führende Weg der Kräfte und Reaktionen eine minimale Anzahl von Bestandteilen umfasst.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile, die nachfolgend besser zu verstehen sind, werden erfindungsgemäß durch ein Bremssystem und durch einen Aktuator gemäß den angeschlossenen Ansprüchen erzielt.
Nun folgt eine Beschreibung der strukturellen und funktionellen Merkmale einiger bevorzugter, aber nicht einschränkend gedachter Ausführungsformen eines Bremssystems und eines Aktuators gemäß der Erfindung; auf die angeschlossenen Zeichnungen wird Bezug genommen, wobei:
1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug ist, das mit einem Bremssystem ausgestattet ist, welches einen erfindungsgemäßen Aktuator aufweist;
2 eine Längsschnitt-Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators ist;
3 eine Längsschnitt-Ansicht gemäß der Linie III-III der 2 ist;
4 eine perspektivische Ansicht des Aktuators der 2 und 3 ist; und
5 eine Längsschnitt-Ansicht einer Variante des erfindungsgemäßen Aktuators ist.
Zuerst auf 1 bezugnehmend umfasst ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs die feststellbaren Bremsen B1 und B2, die mit den Hinterrädern W1 und W2 eines Kraftfahrzeugs V verbunden sind. Jede feststellbare Bremse wird durch einen entsprechenden Bowdenzug C1, C2 betätigt, welcher an einem Verteiler R eingespannt ist, der zum Betätigen der Bremsen in Richtung des Pfeils A gezogen werden muss, und zwar durch ein Stangenübertragungselement 11 an der Ausgangsseite eines im Allgemeinen mit 10 bezeichneten und in den 2 bis 4 dargestellten, linearen elektromechanischen Aktuators.
Der Aktuator 10 weist ein im Wesentlichen zylindrisches steifes Gehäuse 12 auf, das eine zentrale Längsachse x definiert, welche sich mit der Betriebsrichtung der Stange 11 deckt. Das Gehäuse 12 wird vorteilhafterweise durch das Verbinden zweier Körper 12a, 12b gebildet, wobei der eine Körper 12a, der sich auf der Seite, wo die Stange 11 austritt, befindet, steif ist, während der komplementäre Körper 12b, der bei der Verwendung keinen nennenswerten Belastungen ausgesetzt werden muss, dünner sein kann.
Im Inneren des Gehäuses ist ein Elektromotor 13 mit einer dazugehörigen Reduktionseinheit 14 montiert, deren Drehelement an der Ausgangsseite einen radialen Flansch 15 umfasst, der um die Mittelachse x des Aktuators drehbar ist. Der Flansch 15 trägt eine Mehrzahl von Axialstiften 16, beispielsweise drei oder vier parallele Stifte, die in gleichen Abständen winkelförmig um die Achse x angeordnet sind.
Der Kopf- oder Ausgangsteil 12a des Gehäuses 12 hat eine querverlaufende Endstirnwand 17, die eine zentrale Öffnung 18 aufweist, durch die sich die Stange 11 erstreckt. An der Innenseite des Kopfteils 12a des Gehäuses ist eine Metallbuchse 19 befestigt, die innen mit einem Trapezgewinde 20 versehen ist, in welches das Außengewinde 21 eines röhrenförmigen Mutterelements 22 eingreift, das ein trapezförmiges Innengewinde 23 aufweist, welches zum Außengewinde 21 entgegengesetzt und koaxial ist. Das Mutterelement 22 wirkt in der Art eines Gewindes mit der Stange 11 zusammen, die einen axial inneren (oder proximalen) Abschnitt 11a mit einem Trapezgewinde 24, das mit dem Innengewinde 23 der Mutter kongruent ist, und einen axial eher äußeren (oder distalen) Abschnitt 11b mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist. Wie z.B. in 4 gezeigt wird, weist der distale Abschnitt 11b, der sich durch die Öffnung 18 in der Querwand 17 des Gehäuses erstreckt, eine prismatische Form auf oder besitzt eine oder mehrere flache Oberflächen 11c, deren Funktion nachstehend beschrieben wird, und einen Endabschnitt 11d zur Verbindung mit dem Verteiler R. Wie zu sehen ist, wirken die Stange und die Mutter zusammen, indem sie eine Teleskopbewegung in Bezug auf das fixierte Gehäuse ausführen. Als Alternative zu dem dargestellten Beispiel könnte das Gewinde 20, das mit dem Gehäuse 12 fest verbunden ist, in einem Stück mit dem Gehäuse und nicht durch ein separates Element (die Buchse 19) gebildet sein.
Das Mutterelement 22 besitzt einen Basisabschnitt in Form eines radialen Flansches 25, in dem axial ausgerichtete Durchgangsöffnungen 26 gebildet sind, in welche die vom Drehelement 15 getragenen Stifte 16 verschiebbar eingreifen.
Im Bereich der Austrittsöffnung 18 für die Stange 11 weist das Gehäuse Mittel auf, um die Drehung der Stange um die Längsachse des Aktuators zu verhindern. Diese Antirotationsmittel können durch die Öffnung 18 selbst gebildet sein, die eine nicht kreisrunde Form aufweisen kann, welche mit dem Querschnitt des distalen Abschnitts 11b der Stange 11 übereinstimmt. Alternativ könnten die Antirotationsmittel einen oder mehrere Gewindestifte 27 umfassen (2), die durch Zusammenwirken mit den flachen Oberflächen 11c der Stange 11 eine Drehung derselben verhindern.
Bei der in 5 dargestellten, alternativen Ausführungsform umfasst das Drehelement 15 an der Ausgangsseite einen zylindrischen Sitz, der innen liegende, axiale Rillen 15a aufweist. Ein genuteter peripherer Abschnitt 26a des Flansches 25 der Mutter 22 rastet entlang dieser Rillen verschiebbar ein.
Bei Aktivierung des Elektromotors 13 bewirkt das einen Flansch aufweisende Bauglied 15 eine Drehung der Mutter 22 relativ zu der mit Gewinde versehenen Buchse 19 und zu dem Gehäuse 12, so dass die Mutter eine Schraubenbewegung um die und entlang der Längsachse x ausführt. Infolge des eine Rotation verhindernden Eingriffs zwischen der Stange und dem Gehäuse und wegen dem Innengewindestück zwischen der Mutter und der Stange, die, wie dargelegt, die entsprechenden Gewinde 23 und 24 aufweisen, welche zu jenen 20, 21 des Außengewindestücks zwischen der Mutter 22 und dem Gehäuse entgegengesetzt sind, bewirkt die Drehung der Mutter eine rasche lineare Verschiebung (ohne Drehung) der Stange 11, die rasch zur Innenseite des Aktuators hin eingezogen wird, wodurch die Bowdenzüge C1, C2 betätigt werden, welche die feststellbaren Bremsen B1, B2 steuern. Während der Schraubenbewegung um die Achse x nähert sich die Mutter 22 mit ihrem Flansch 25 dem Drehflansch 15 (oder bewegt sich fort von diesem, abhängig von der vom Motor übermittelten Drehrichtung), indem sie auf den Axialstiften 16 gleitet (oder – in der Variante der 5 – entlang der axialen Rillen 15a gleitet).
Es ist zu erkennen, dass aufgrund des von den beiden Gewindestücken geleisteten Beitrags die Geschwindigkeit der linearen Verschiebung der Stange 11 sehr hoch ist und die feststellbaren Bremsen daher rasch aktiviert werden können, und zwar trotz der Tatsache, dass die Gewinde kleine Neigungswinkel (vorzugsweise von weniger als 14° und noch bevorzugter von ungefähr 8°) haben, um das System nicht rückfahrbar zu machen. Wegen des Verschleißes zwischen den beweglichen Teilen des Aktuators ist es wünschenswert, dass die Stange in der Lage ist, die eingezogene Stellung, die sie eingenommen hat, beizubehalten und eine Situation zu vermeiden, in der die Stange bei Fehlen eines Steuerbefehls vom Gehäuse entfernt werden könnte, beispielsweise wenn das Fahrzeug V an einem Hang geparkt ist.
Die Reaktionskräfte, die während der Bremsung auf den Aktuator zurückübertragen werden, können nach außen (auf einen feststehenden Bestandteil des Fahrzeugs) abgeleitet werden, und zwar über einen Flansch 28, der in der Nähe des Bereichs gebildet ist, wo die Stange aus dem steifen Abschnitt 12a des Gehäuses tritt, oder alternativ, wie in 3 mit gestrichelter Linie dargestellt ist, über die querverlaufende Stirnwand 17 des Gehäuses, die als Kontrollfläche für eine steife Hülse S fungiert, welche die Stange umgibt und an ihrem gegenüberliegenden Ende an einer (nicht dargestellten) Stelle, die entfernt vom Aktuator liegt, am Fahrzeug befestigt ist. Diese Variante ermöglicht vorteilhafterweise das Anordnen des Aktuators an jeglicher Stelle im Fahrzeug, nämlich sogar dort, wo keine besonders steifen Verankerungspunkte vorhanden sind.
Infolge der Nähe der Gewindeelemente zu den Kontrollteilen oder -flächen 17 und 28 beeinflusst der Weg der Kräfte, die auf den Aktuator einwirken, wenn dieser aktiviert wird, wenige Bauglieder (die Stange, die Mutter, die Gewindebuchse und das Gehäuse), und diese Kräfte werden zur Außenseite des Aktuators hin abgeleitet, ohne die Reduktionseinheit 14 oder den Elektromotor 13 zu belasten. Dies ist vorteilhaft, wenn in Betracht gezogen wird, dass die Bremskräfte (in einer Größenordnung von ungefähr 3600 N) unweigerlich den Abstand zwischen den Übertragungselementen der Reduktionseinheit und dem Motor vergößern und dadurch die Lebensdauer des Aktuators verringern würden. Die geringe Anzahl von Baugliedern, die von den Bremskräften betroffen werden, definiert stattdessen eine äußerst kurze kinematische Kette, welche die Verlässlichkeit des Aktuators im Zeitablauf sicherstellt.

Claims

System für das feststellbare Bremsen eines Kraftfahrzeugs, umfassend: zumindest ein biegsames Kabel (C1, C2) zum Übertragen einer Bremsbetätigungskraft auf zumindest eine feststellbare Bremse (B1, B2) und einen linearen elektromechanischen Aktuator (10) des Schneckentyps, welcher Folgendes umfasst: – ein steifes feststehendes Gehäuse (12), das eine Längsachse (x) definiert, – Motormittel (13, 14), um eine Drehbewegung um die Achse (x) auf ein Drehelement (15) aufzubringen, – eine Längsstange (11) mit einem Mittel (11d) für die Verbindung mit dem biegsamen Kabel (C1, C2), einem ersten Abschnitt (11a), der mit einem Gewinde (24) versehen ist und mit dem Innengewinde (23) einer Mutter (22) zusammenwirkt, und einem zweiten Abschnitt (11b), der einen nicht kreisförmigen Querschnitt (11c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) Folgendes umfasst: – ein röhrenförmiges Mutterelement (22), das während der Rotation mit dem Drehelement (15) gekoppelt ist und ein Außengewinde (21), das mit einem fest mit dem Gehäuse (12) verbundenen Gewinde (20) zusammenwirkt, um die Mutter entlang dieser Achse zu bewegen, und ein Innengewinde (23), das dem Außengewinde (21) entgegengesetzt ist, aufweist, sowie – Antirotationsmittel (18, 27), die zwischen dem Gehäuse (12) und dem zweiten Abschnitt (11b) der Stange (11) zusammenarbeiten, um die Drehung der Stange um die Achse zu verhindern, so dass die Stange (11) entlang dieser Achse der Länge nach verschiebbar ist, und zwar als Reaktion auf die durch die Motormittel (13, 15) bewirkte Drehbewegung.
Bremssystem gemäß Anspruch 1, wobei das steife Gehäuse (12a) in einem Bereich in der Nähe des Gewindes (20), das fest mit diesem verbunden ist, Kontrollmittel (28, 17) aufweist, um Kräfte und Reaktionen auf das Fahrzeug zu übertragen, die von der Stange (11) zum Aktuator (10) übermittelt werden, wenn der Aktuator betätigt wird.
Bremssystem gemäß Anspruch 2, wobei das Gehäuse (12) des Aktuators (10) einen steiferen Abschnitt (12a) umfasst, welcher die Kontrollmittel (28, 17) bildet und an einem weniger steifen Abschnitt (12b) befestigt ist.
Bremssystem gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Kontrollmittel einen Flansch (28) umfassen, der in der Nähe des Bereichs, wo die Stange (11) aus dem Gehäuse tritt, vom Gehäuse (12a) gebildet wird.
Bremssystem gemäß Anspruch 2, wobei die Kontrollmittel eine steife, quer verlaufende Stirnwand (17) des Gehäuses umfassen, welche als Kontrollfläche für eine steife, die Stange (11) umgebende Hülse (S) fungieren kann.
Linearer elektromechanischer Aktuator des Schneckentyps, umfassend: – ein steifes feststehendes Gehäuse (12), das eine Längsachse (x) definiert, – Motormittel (13, 14), um eine Drehbewegung um die Achse (x) auf ein Drehelement (15) aufzubringen, – eine Längsstange (11) mit einem Mittel (11d) für die Verbindung mit einem biegsamen Kabel (C1, C2), einem ersten Abschnitt (11a), der mit einem Gewinde (24) versehen ist und mit dem Innengewinde (23) einer Mutter (22) zusammenwirkt, und einem zweiten Abschnitt (11b), der einen nicht kreisförmigen Querschnitt (11c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) Folgendes umfasst: – ein röhrenförmiges Mutterelement (22), das während der Rotation mit dem Drehelement (15) gekoppelt ist und ein Außengewinde (21), das mit einem fest mit dem Gehäuse (12) verbundenen Gewinde (20) zusammenwirkt, um die Mutter entlang dieser Achse zu bewegen, und ein Innengewinde (23), das dem Außengewinde (21) entgegengesetzt ist, aufweist, sowie – Antirotationsmittel (18, 27), die zwischen dem Gehäuse (12) und dem zweiten Abschnitt (11b) der Stange (11) zusammenarbeiten, um die Drehung der Stange um die Achse zu verhindern, so dass die Stange (11) entlang dieser Achse der Länge nach verschiebbar ist, und zwar als Reaktion auf die durch die Motormittel (13, 15) bewirkte Drehbewegung.
Aktuator gemäß Anspruch 6, wobei die Antirotationsmittel zumindest ein Element (27) umfassen, das quer im Gehäuse angeordnet ist, um mit zumindest einer im Wesentlichen flachen Oberfläche (11c) des zweiten Abschnitts (11b) der Stange (11) zusammenzuwirken, um die Drehung der Stange um die Achse (x) zu verhindern.
Aktuator gemäß Anspruch 6, wobei die Antirotationsmittel eine nicht kreisförmige Öffnung (18) aufweisen, die in einer Querwand (17) des Gehäuses (12a) gebildet ist und mit dem zweiten Abschnitt (11b) der Stange (11), welcher einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist, zusammenwirken kann, um die Drehung der Stange um die Achse (x) zu verhindern.
Aktuator gemäß Anspruch 6, umfassend eine Mehrzahl von Längsstiften (16), die zwischen dem Drehelement (15) und dem Mutterelement (22) dahingehend wirken, die Mutter (22) während der Rotation mit dem Drehelement (15) zu fixieren und der Mutter bei der Translation eine Längsbewegung bezüglich des Drehelements (15) zu ermöglichen.
Aktuator gemäß Anspruch 9, wobei die Längsstifte (16) vom Drehelement (15) getragen werden und verschiebbar in entsprechende, durch das Mutterelement (22) gebildete Längssitze (26) eingreifen.
Aktuator gemäß Anspruch 6, umfassend eine genutete Kupplung (15a, 26a) zwischen dem Drehelement (15) und dem Mutterelement (22), um die Mutter (22) während der Rotation mit dem Drehelement (15) zu fixieren und der Mutter bei der Translation eine Längsbewegung bezüglich des Drehelements (15) zu ermöglichen.
Aktuator gemäß Anspruch 6, wobei das fest mit dem Gehäuse (12) verbundene Gewinde (20) und das übereinstimmende Außengewinde (21) der Mutter (22) Trapezgewinde sind.
Aktuator gemäß Anspruch 6, wobei das fest mit dem Gehäuse verbundene Gewinde (20) durch eine an der Innenseite des Gehäuses (12) befestigte Buchse (19) gebildet ist.
Aktuator gemäß Anspruch 6, wobei das Innengewinde (23) der Mutter (22) und das übereinstimmende Gewinde (24) der Stange (11) Trapezgewinde sind.
Aktuator gemäß Anspruch 6, wobei das Innengewinde (23) und das Außengewinde (21) der Mutter (22) koaxial sind.