DE60220199T2

DE60220199T2 - Bremsnachsteller

Info

Publication number: DE60220199T2
Application number: DE60220199T
Authority: DE
Inventors: Wilfried Giering; Roy Lee Redford Hayford; Neil Henllys Williams; Juergen Dreher; Christos Southfield Kyrtsos; Gerald Oxford Anderson; David Centerville Brademeyer
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Systems LLC
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: EP1233202B1; US20020112927A1; DE60220199D1; US6481542B2; EP1793140A2; EP1233202A2; EP1793140A3; EP1233202A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Bremseneinstellvorrichtung für eine Schwerfahrzeugbremse, und die Erfindung betrifft insbesondere eine Bremseneinstellvorrichtung, die besonders zur Verwendung mit den bei Schwerfahrzeugbremsen normalerweise vorhandenen Kolben ausgelegt ist.
Scheibenbremsenbaugruppen weisen typischerweise einen Scheibenbremssattel auf, in dem ein Kolben angeordnet ist, um zwei Reibelemente oder Bremsklötze mit einem Rotor in Eingriff zu bringen. Wenn sich die Bremsklötze abnutzen, muss sich der Kolben weiter bewegen, um die Bremsklötze mit dem Rotor in Eingriff zu bringen. Demzufolge ist es wünschenswert, einen Bremseneinstellmechanismus vorzusehen, um bei Abnutzung der Bremsklötze jegliches Spiel in der Bremsenbaugruppe zu beseitigen. Wenn kein Bremseneinstellmechanismus verwendet wird, wird der Fahrer des Fahrzeugs leider gezwungen sein, das Bremspedal noch ein Stück weiter zu drücken, um die Abnutzung an den Bremsklötzen zu kompensieren, und wird vielleicht auch eine größere Kraft am Bremspedal bereitstellen müssen.
Personenfahrzeuge verwenden typischerweise hydraulische Bremszylinder, die einen einzigen Hydraulikkolben an jedem Bremssattel betätigen. Weil Personenfahrzeuge ein relativ geringes Fahrzeuggewicht haben, sind die Bremsenbaugruppen und Bremseneinstellmechanismen relativ einfach. Die JP 7-190111 , die den Oberbegriff von Anspruch 1 definiert, zeigt genau solch einen hydraulisch betätigten Bremssattel, bei dem eine Einstellvorrichtung zwischen dem Hydraulikkolben und einem der Bremsklötze angeordnet ist. Die JP 7-144636 zeigt eine Bremsvorrichtung, bei der das Spiel der Bremsklötze durch einen Motor beseitigt wird und die Bremsenanpresskräfte durch ein piezoelektrisches Element aufgebracht werden.
Bremsenbaugruppen für Schwerfahrzeuge weisen normalerweise mehrere Kolben auf, die durch einen Nocken betätigt werden, der durch einen pneumatischen Aktuator manipuliert wird. Die Bremsenbaugruppen für Schwerfahrzeuge sind relativ kompliziert im Vergleich zu Bremsenbaugruppen für Personenfahrzeuge. Hochleistungsbremsenbaugruppen enthalten typischerweise mechanische Bremseneinstellvorrichtungen, um die Kolben anzupassen, wenn sich die Bremsklötze abnutzen. Nichtmechanische Bremseneinstellvorrichtungen nach dem Stand der Technik sind ungeeignet für Bremsanwendungen bei Schwerfahrzeugen. Daher ist es wünschenswert, eine nichtmechanische Bremseneinstellvorrichtung zu entwickeln, die sich für die bei Schwerfahrzeugbremsen allgemein üblichen Kolben eignet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE
Die vorliegende Erfindung stellt eine Bremseneinstellvorrichtung für eine Fahrzeugbremse wie zum Beispiel für ein Schwerfahrzeug bereit. Die Bremseneinstellvorrichtung umfasst ein Bremsmodul, das ein elektrisches Signal zum Einstellen der Fahrzeugbremse erzeugt. Die Schwerfahrzeugbremse umfasst typischerweise zwei Kolben, die jeweils einen ersten und einen zweiten Abschnitt haben, die relativ zueinander bewegbar sind. Ein Reibelement bzw. Bremsklotz ist in der Nähe des zweiten Abschnitts angeordnet und von einer gewünschten Stellung in eine abgenutzte Stellung bewegbar, wenn sich die Bremsklötze während des Betriebs des Fahrzeugs abnutzen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sitzen der erste und der zweite Abschnitt mit Gleitsitz in einer Hülsenbaugruppe. Mindestens ein Einstellteil ist zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet. Das Einstellteil ist aus einem Material konstruiert, das sich in Reaktion auf ein elektrisches Signal ausdehnt, zum Beispiel aus einem magnetostriktiven oder piezoelektrischen Material. Das Einstellteil bewegt den zweiten Abschnitt relativ zu dem ersten Abschnitt und bringt die Bremsklötze von der abgenutzten Stellung wieder in die gewünschte Stellung. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste und der zweite Abschnitt aneinandergeschraubt und können relativ zueinander verdreht werden, um die Länge des Kolbens einzustellen. Die ersten Abschnitte der Kolben weisen an der Außenseite eine Vielzahl von Zähnen auf. Ein Zahnrad ist zwischen den Kolben angeordnet und verbindet die Zähne der ersten Abschnitte miteinander. Ein elektrischer Aktuator hat ein Abtriebsteil, das mit mindestens einem Abschnitt eines der Zähne der Kolben verbunden ist, um den ersten und den zweiten Abschnitt relativ zueinander zu drehen, um die Länge des Kolbens zu erhöhen. Auf diese Weise bringt der elektrische Aktuator den Bremsklotz von der abgenutzten Stellung in die gewünschte Stellung.
Demzufolge stellen die obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Bremseneinstellvorrichtung bereit, die für die bei Schwerfahrzeugbremsen allgemein üblichen Kolben geeignet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich; darin zeigen:
1 eine Endansicht einer Fahrzeugbremsenbaugruppe der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
2 eine Draufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
3A ein erstes Einstellteil zur Verwendung bei der Bremsenbaugruppe von 2;
3B ein zweites Einstellteil zur Verwendung bei der Bremsenbaugruppe von 2;
4 eine Draufsicht einer weiteren Bremseneinstellvorrichtung einer alternativen Ausführungsform im Querschnitt; und
5 eine Draufsicht noch einer weiteren Bremseneinstellvorrichtung einer alternativen Ausführungsform im Querschnitt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Fahrzeugbremse 10 ist in 1 dargestellt. Die Fahrzeugbremse 10 hat ein Gehäuse 12, das aus einem oder mehreren Abschnitten konstruiert sein kann. Ein Rotor 14 ist bei oder in einem Abschnitt des Gehäuses angeordnet und hat Bremsklötze 16, oder Reibelemente, die auf beiden Seiten der gebogenen Außenseiten des Rotors 14 angeordnet sind. Ein pneumatischer Aktuator 18, typischerweise eine Luftkammer, betätigt einen Bremsmechanismus 30, um die Bremsklötze 16 mit dem Rotor 14 in Eingriff zu bringen. Der Aktuator 18 bewegt eine Druckstange 20, um einen Hebel 22 um einen Drehpunkt zu drehen. Der Hebel 22 weist einen Nocken 24 mit einem Profil 25 auf, das mit dem Bremsmechanismus 30 zusammenwirkt, um die Bremsklötze 16 zu bewegen. Der Nocken 24 wird von einem Lagerbock 26 und mehreren Nadellagern 28 in dem Gehäuse 12 aufgenommen.
Wie in der Technik bekannt ist, ist das Gehäuse 12 durch Führungsstifte 34 auf einem Befestigungsteil gelagert, damit sich das Gehäuse 12 relativ zu dem Rotor 14 bewegen kann, wenn sich die Bremsklötze 16 abnutzen. Schwerfahrzeugbremsenbaugruppen umfassen typischerweise zwei Kolben 36, die die durch den Aktuator 18 erzeugte Kraft über die Druckstange 20 und den Hebel 22 auf die Bremsklötze 16 übertragen. Es versteht sich jedoch, dass jede geeignete Zahl von Kolben 36 verwendet werden kann. Die Kolben 36 sind nicht einfach einstückige, napfförmige Stanzteile wie sie für Personenwagen verwendet werden, sondern die Kolben 36 sind vielmehr relativ komplex und weisen einen ersten und einen zweiten Abschnitt 42, 44 auf, die relativ zueinander bewegbar sind. Dank der beweglichen Abschnitte 42, 44 kann die Länge der Kolben 36 angepasst werden, wenn sich die Bremsklötze 16 abnutzen. Bei den in 2 dargestellten Ausführungsformen sind die Kolben 36 durch eine Hülsenbaugruppe 38 in dem Gehäuse 12 aufgenommen, die in einem Lager 46 aufgenommen ist, das an dem Gehäuse 12 befestigt ist. Eine Platte 48 ist an einem Ende der Hülsenbaugruppe 38 befestigt, an dem ein Bremsklotz 16 befestigt ist. Die Hülse 38 ist mit Gleitsitz in dem Lager 46 aufgenommen, so dass die Hülse 38 in dem Lager 46 gleitet, wenn die Bremsen betätigt werden.
Die ersten Abschnitte 42 der Kolben 36 weisen jeweils eine Außenseite 50 mit einer Vielzahl von Zähnen 52 auf, die sich radial nach außen erstrecken. Ein Zahnrad 54 ist zwischen den Kolben 36 angeordnet, um die Kolben miteinander zu verbinden. Das heißt, wenn sich der erste Abschnitt 42 eines Kolbens 36 dreht, wird das Zahnrad 54 die Drehung auf den ersten Abschnitt 42 des anderen Kolbens 36 übertragen. Blöcke 43 sind zwischen dem ersten Abschnitt 42 und dem Profil 25 des Nockens 24 angeordnet, so dass sich der erste Abschnitt 42 während der Betätigung der Bremsen freier gegenüber dem Nocken 24 drehen kann.
Nach Betätigung der Bremsen müssen die Bremsklötze 16 wieder eingezogen werden, damit die Bremsklötze 16 nicht an dem Rotor 14 ziehen. Dazu wird eine Rückstellbaugruppe 60 verwendet, um die Kolben 36 einzuziehen. Die Rückstellbaugruppe 60 umfasst eine Platte 62 angrenzend an die Vielzahl von Zähnen 52. Eine Rückstellfeder 64 ist zwischen einem Abschnitt des Gehäuses 12 und der Platte 62 angeordnet. Die Rückstellfeder 64 bringt eine der Betätigungskraft entgegengesetzte Kraft auf die Platte 62 auf und leitet diese Kraft in die ersten Abschnitte 42 der Kolben 36 ein.
Bisher wurde eine mechanische Bremseneinstellvorrichtung verwendet, um die ersten Abschnitte 42 der Kolben 36 in Reaktion auf einen an einem Nocken angebrachten Stift in Drehung zu versetzen. Die vorliegende Erfindung nutzt bei einer Ausführungsform ein Einstellteil 68, das in einem durch den ersten und den zweiten Abschnitt 42, 44 definierten Hohlraum angeordnet ist. Aufgrund von Reibung und sonstigen Kräften in der Bremsenbaugruppe ist typischerweise eine Kraft von 500 N erforderlich, um den ersten und den zweiten Abschnitt 42, 44 relativ zueinander einzustellen. Darüber hinaus unterliegt jeder Kolben während der Betätigung der Bremsen einer Kompressionskraft von ungefähr 150 kN. Demzufolge sollte das Einstellteil 68 vorzugsweise eine Einstellkraft von ungefähr 500 N bereitstellen und dabei noch in der Lage sein, einer Kompressionskraft von ungefähr 150 kN standzuhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einstellteil 68 ein magnetostriktiver Aktuator. Solche magnetostriktiven Aktuatoren sind bei Firmen wie Etrema Products, Inc. erhältlich. Die magnetostriktiven Aktuatoren weisen eine magnetostriktive Stange 72 angrenzend an eine Magnetspule 74 auf. Das magnetostriktive Material der Stange 72 dehnt sich in Reaktion auf ein in der Magnetspule 74 erzeugtes Magnetfeld aus. Außerdem haben magnetostriktive Aktuatoren den Vorteil, dass sie ein Rückkopplungssignal bereitstellen, wenn sich die Last auf der magnetostriktiven Stange 72 ändert, indem sie eine Änderung in dem durch die Magnetspule 74 erzeugten Magnetfeld hervorrufen.
Im Betrieb wird bei Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs ein elektrisches Signal durch ein Steuermodul 76 erzeugt, um die Magnetspule 74 zu aktivieren und ein Magnetfeld zu erzeugen, damit sich die magnetoelektrische Stange 72 ausdehnt, um den ersten und den zweiten Abschnitt 42, 44 voneinander weg zu bewegen. Auf diese Weise bewegt das Einstellteil 68 den abgenutzten Bremsklotz 16 von einer abgenutzten Stellung W in eine gewünschte Stellung P, um unerwünschtes Spiel zwischen den Bremsklötzen 16 und dem Rotor 14 zu beseitigen. Unerwünschtes Spiel zwischen dem Bremsklotz 16 und dem Rotor 14 bedingt einen längeren Bremspedalweg seitens des Fahrers und möglicherweise eine größere Eingangskraft seitens des Fahrers, um dieselbe Bremsenanpresskraft für Bremsklötze 16 zu erzeugen, die sich in einer gewünschten Stellung befinden. Das Einstellteil 68 hat außerdem noch den Vorteil, dass es jegliche Kraft- oder Hubsensoren überflüssig macht, wodurch die Funktionsweise der Bremseneinstellvorrichtung vereinfacht wird.
Bei einer zweiten Ausführungsform, die in 3B dargestellt ist, kann das Einstellteil 68' ein oder mehr piezoelektrische Elemente oder Scheiben aufweisen, die in dem durch den ersten und den zweiten Abschnitt 42, 44 definierten Hohlraum angeordnet sind. Ähnlich wie das oben beschriebene magnetostriktive Material dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 78 in Reaktion auf ein von dem Steuermodul 76 erzeugtes und von dem Einstellteil 68' empfangenes elektrisches Signal aus.
Alternative Ausführungsformen von Bremseneinstellvorrichtungen sind in 4 und 5 dargestellt. Gemäß 4 ist ein elektrischer Aktuator 82 in dem Gehäuse 12 aufgenommen. Der elektrische Aktuator 82 weist ein Antriebsteil 84 mit einer Vielzahl von Zähnen auf. Die Zähne des Antriebsteils 84 stehen mit der Vielzahl von Zähnen 52 auf einem der ersten Abschnitte 42 an einem Kolben 36 in Eingriff. Wenn das Steuermodul 76 ein elektrisches Signal erzeugt, um den elektrischen Aktuator 82 zu betätigen, versetzt das Antriebsteil 84 einen der ersten Abschnitte 42 eines Kolbens 36 in Drehung und treibt den anderen ersten Abschnitt 42 des anderen Kolbens 36 über das Zahnrad 64 an. Auf diese Weise können die Kolben 36 verlängert oder verkürzt werden.
Der elektrische Aktuator 82 kann in Reaktion auf eine beliebige Zahl von Eingängen betätigt werden. Zum Beispiel kann der elektrische Aktuator 82 in Reaktion auf einen sich von dem Nocken 24 erstreckenden Stift 86 betätigt werden, der bei den mechanischen Bremseneinstellvorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendet wurde. Wenn sich die Bremsklötze abnutzen, muss sich der Nocken einen größeren Betrg um seinen Drehzapfen drehen, um den Bremsklotz 16 die größere Strecke zu dem Rotor 14 zu bewegen. Infolgedessen kann es wünschenswert sein, einen Sensor 88 im Bereich des Stiftes 86 vorzusehen, um die Lage des Stiftes zu erfassen. Wenn der Stift 86 einen Punkt erreicht, der anzeigt, dass sich die Bremsklötze 16 in einer abgenutzten Stellung W befinden, kann das Steuermodul 76 ein elektrisches Signal erzeugen, um den elektrischen Aktuator 82 zu betätigen, um das unerwünschte Spiel zwischen den Bremsklötzen 16 und dem Rotor 14 zu beseitigen. Es versteht sich jedoch, dass die Bremseneinstellvorrichtungen dieser Ausführungsform jederzeit betätigt und auf jede geeignete Weise gesteuert werden können.
Zum Beispiel kann die Fahrzeugbremsenbaugruppe einen Hubsensor 90 und einen Kraftsensor 92 aufweisen (siehe 1). Der Hubsensor 90 und der Kraftsensor 92 können längs jedes geeigneten Bauteils an der Bremsenbaugruppe 10 angeordnet sein, um die Bewegung der Bremsenbauteile, die den Kolben 36 bewegen, und die in der Bremsenbaugruppe 10 erzeugte Bremskraft zu messen. Die Sensoren 90 und 92 sind an das Steuermodul 76 angeschlossen. Wenn sich die Bremsklötze 16 beim Anlegen der Bremsen in einer gewünschten Stellung P befinden, wird in einer bestimmten Stellung des Bremshubs eine bestimmte Bremsenanpresskraft erzeugt. Demzufolge kann die Bremseneinstellvorrichtung betätigt werden, wenn durch den Kraftsensor 92 in der bestimmten Hubstellung eine niedrigere Bremsenanpresskraft erfasst wird. Die niedrigere Bremsenanpresskraft weist auf abgenutzte Bremsklötze 16 hin.
Gemäß 5 kann der elektrische Aktuator 94 zwischen den Kolben 36 und koaxial zu der Rückstellbaugruppe 60 angeordnet sein, um Platz zu sparen. Das Antriebsteil des elektrischen Aktuators 94 kann das Zahnrad 54 sein. Anders als bei der in 4 dargestellten Ausführungsform werden die ersten Abschnitte 42 der Kolben 36 beide direkt durch den elektrischen Aktuator 94 angetrieben. Ein weiteres Merkmal dieser Ausführungsform kann ein Drehstellungssensor 96 zum Erfassen der Drehzahl des elektrischen Aktuators 94 sein, damit festgestellt werden kann, wieviel die Bremsklötze 16 angepasst wurden, um die Abnutzung zu kompensieren. Diese Information kann in Verbindung mit anderen Brems- oder Fahrzeugsteuersystemen verwendet werden, um eine bessere Steuerung und Wartung des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die Erfindung wurde beispielhaft beschrieben, und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie im Sinne einer Beschreibung und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Ganz offensichtlich sind angesichts der obigen Lehre viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich.
Es versteht sich daher, dass die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche auch anders als speziell beschrieben praktiziert werden kann.

Claims

Bremseneinstellvorrichtung für eine Fahrzeugbremse (10), mit: einem Steuermodul (76), das ein elektrisches Signal zum Einstellen der Fahrzeugbremse erzeugt; einem Kolben (36) mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt (42, 44), die relativ zueinander bewegbar sind; einem Reibelement (16) in der Nähe des zweiten Abschnitts, das zwischen einer abgenutzten Stellung (W) und einer gewünschten Stellung (P) bewegbar ist; und mindestens einem Einstellteil (68, 68'), das zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellteil aus einem Material konstruiert ist, das sich in Reaktion auf ein elektrisches Signal ausdehnt, um den zweiten Abschnitt relativ zu dem ersten Abschnitt zu bewegen und das Reibelement wieder von der abgenutzten Stellung in die gewünschte Stellung zu bringen.
Bremseneinstellvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Hülsenbaugruppe (38) mit dem darin angeordneten Kolben umfasst, wobei die Hülsenbaugruppe zwischen dem Reibelement und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist.
Bremseneinstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Block (43) angrenzend an den ersten Abschnitt und einen Nocken (24) angrenzend an den Block umfasst, wobei der Nocken den Kolben und das Reibelement mit einer Bremskraft beaufschlagt.
Bremseneinstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einstellteil eine magnetostriktive Stange (72) umfasst und ferner eine Magnetspule (74) in der Nähe des Einstellteils aufweist, um in Reaktion auf das elektrische Signal ein Magnetfeld zu erzeugen.
Bremseneinstellvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das magnetostriktive Material Terfanol-D ist.
Bremseneinstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Einstellteil ein Rückkopplungssignal erzeugt, wenn eine vorbestimmte Einstellkraft erreicht ist.
Bremseneinstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach Anspruch 6, wenn dieser abhängig ist von einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Einstellteil eine piezoelektrische Scheibe (78) umfasst, die in Reaktion auf das elektrische Signal erregbar ist.
Bremseneinstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Block (43) in der Nähe des ersten Abschnitts und einen Nocken (24) angrenzend an den Block umfasst, wobei der Nocken den Kolben und das Reibelement mit einer Bremskraft beaufschlagt.
Bremseneinstellvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Nocken einen sich davon erstreckenden Stift (86) aufweist, der während des Aufbringens der Bremskraft mit dem Nocken bewegbar ist, und ferner einen Sensor (88) angrenzend an den Stift aufweist, um eine der Verschleißposition des Reibelements entsprechende Einstellposition des Stiftes zu erfassen, und wobei das Steuermodul das elektrische Signal erzeugt, wenn der Stift die Einstellposition erreicht.
Bremseneinstellvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Steuermodul das elektrische Signal bei einer ersten Betätigung des Nockens vor dem Aufbringen der Bremskraft erzeugt.
Bremseneinstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die ferner eine mit dem Nocken verbundene Druckstange (20) zum Bereitstellen der Bremskraft, einen Hubsensor (90) zum Ermitteln einer Betätigungsstrecke der Druckstange und einen Kraftsensor (92) zum Ermitteln der Bremskraft umfasst, wobei das Steuermodul das elektrische Signal erzeugt, wenn die Betätigungsstrecke einen vorbestimmten Wert bei einer vorbestimmten Bremskraft erreicht.
Bremseneinstellvorrichtung nach Anspruch 11, wobei sich der Hubsensor in der Nähe der Druckstange befindet, um eine tatsächliche Betätigungsstrecke der Druckstange zu ermitteln.