DE60314206T2

DE60314206T2 - Elektrisch betätigte Scheibenbremsenanordnung

Info

Publication number: DE60314206T2
Application number: DE60314206T
Authority: DE
Inventors: Craig Alan Dayton Osterday; Michele M. New Carlisle Fiste; Garry J. Troy Hill
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: US6991075B2; EP1384914A3; US20040168866A1; US7182183B2; EP1384914A2; DE60314206D1; US20040016606A1; EP1384914B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein Scheibenbremsenanordnungen mit zwei oder mehreren axial entlang einer Nabe gleitbaren Bremsscheiben und insbesondere die Mittel zur Betätigung der Gleitbewegung solcher Scheiben.
Hintergrund der Erfindung
Elektrisch betätigte Scheibenbremssysteme sind bekannt, bei denen ein elektrischer Aktuator verwendet wird, um Bremsbeläge in und außer Eingriff mit einer einzelnen Scheibe zu bringen, die an einer drehbaren Nabe befestigt ist. Typischerweise werden elektrische Systeme mit einer Stromversorgung von 24 Volt oder höher verwendet, um die Kraft zu erbringen, die notwendig ist, um eine relative Drehbewegung zwischen einer einzelnen Scheibenbremsenanordnung und einem Paar gegenüberliegender Bremsbeläge zu verhindern. Es muss ein Elektromotor verwendet werden, der, abgesehen davon, dass er eine beträchtliche Stromversorgung benötigt, auch die notwendigen Kräfte ausüben kann. Daher wird zusätzlich zu der Stromversorgung von 24 Volt oder höher typischerweise ein ziemlich großer Elektromotor verwendet, um die Bremskräfte zu erzeugen, die in einer einzelnen befestigten Scheibenbremsenanordnung erforderlich sind. Als solches sind elektrisch betätigte Bremssysteme aufgrund der Größe und den Anforderungen eines geeigneten elektrischen Aktuators nicht breit angenommen worden.
Ferner sind Bremssysteme vom Gleitscheibentyp bekannt, bei denen eine oder mehrere Bremsscheiben auf einer sich drehenden Nabe abgestützt sind und sich mit der Nabe drehen sowie axial entlang der Nabe gleiten. Hydraulisch betätigte Bremsbeläge werden in und außer Eingriff mit der (den) Gleitscheibe(n) gebracht, um eine selektive Bremsaktion zu bewirken.
Elektrisch betätigte Gleitscheiben-Bremssysteme werden gewöhnlich in Flugzeugen verwendet, wie in EP 1084949 und FR 2819469 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Scheibenbremsenanordnung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Da das Gleitscheiben-Bremssystem der Erfindung mehrere gleitende Bremsscheiben verwendet und daher mehrere Bremsflächen bietet, betragen die von dem elektrischen Aktuator benötigten Kräfte die Hälfte oder weniger der Kräfte, die benötigt werden, um Systeme mit einer einzelnen befestigten Scheibe vom Stand der Technik zu betätigen. Folglich kann ein vergleichbar kleinerer elektrischer Aktuator verwendet werden, was zu einer Gesamtreduktion der Baugröße des Bremssystems führt. Der kleinere elektrische Aktuator hat auch eine relativ niedrigere Spannungsanforderung und als solches zieht dieser weniger der verfügbaren elektrischen Energie aus dem Fahrzeug ab.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter offensichtlich, wenn in Verbindung mit der folgenden aus führlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen betrachtet, in denen
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer elektrisch betätigten Gleitscheiben-Bremsenanordnung gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine vergrößerte Teilquerschnittansicht der Scheibenbremsenanordnung ist, die in einer betätigten Stellung gezeigt wird;
3 eine vergrößerte Teilansicht ähnlich 2 ist, die aber in einer unbetätigten Stellung gezeigt wird;
4 eine Teilquerschnittansicht ist, die allgemein entlang der Linie 4-4 von 2 geschnitten ist und den sekundären Aktuator in der unbetätigten Stellung zeigt;
5 eine Ansicht ähnlich der von 4 ist, aber in der betätigten Stellung gezeigt;
6 eine Teilvorderansicht ist, die Merkmale der Scheiben und Nabe zeigt; und
7 eine Teilquerschnittansicht ist, die allgemein entlang der Linie 7-7 von 2 geschnitten ist.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein Fahrzeug 10, das mit einer elektrisch betätigten Scheibenbremsenanordnung 12 ausgestattet ist, die gemäß einer derzeit bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung gebaut ist. Zusätzlich auf 2 und 3 Bezug nehmend, weist die Scheibenbremsenanordnung 12 eine Nabe 14 auf, die um eine Achse 16 drehbar ist. Die Nabe 14 stützt mindestens ein Paar Scheiben 18, 19 zur relativen axialen Bewegung entlang der Achse 16 und zur gemeinsamen Drehung mit der Nabe 14 um die Achse 16 ab. Eine nicht drehbare Stützkonstruktion 24 stützt eine Vielzahl von Reibelementen oder Bremsbelägen 26 ab, die in einer relativen axialen Bewegung in und außer Reibungsbremseingriff mit den Scheiben 18, 19 gebracht werden. Ein primärer elektrischer Aktuator 28 ist auf der Stützkonstruktion 24 benachbart zu mindestens einem der Reibelemente 26 angebracht und ist bei Betätigung betriebsbereit, um die Reibelemente 26 in und außer Reibungsbremseingriff mit den Scheiben 18, 19 zu bringen.
Die Stützkonstruktion 24 der Scheibenbremsenanordnung 12 umfasst einen Stützkörper 30 mit einem Gelenkabschnitt 32, einen Brückenabschnitt 34 und einen Endplattenabschnitt 36. Der Gelenkabschnitt 32 weist eine Öffnung 38 auf, die in einem Befestigungsflansch 40 des Gelenkabschnitts 32 zur Aufnahme einer Strebe (nicht gezeigt) gebildet ist. Die Öffnung 38 weist eine Achse 42 auf, um die sich die Scheibenbremsenanordnung 12 auf der Strebe dreht. Eine Öffnung 44 ist in einem unteren Abschnitt 46 des Gelenkabschnitts 32 ausgebildet, um einen Stift eines Kugelgelenks auf einer Verbindungsstange (nicht gezeigt) aufzunehmen. Ein Armabschnitt 48 erstreckt sich seitlich aus dem Gelenkabschnitt 32 und weist eine Öffnung 50 zur Aufnahme einer Schienenstange (nicht gezeigt) auf, um der Scheibenbremsenanordnung 12 zu ermöglichen, sich um die Achse 42 zu drehen, um Räder des Fahrzeugs 10 zu drehen.
Eine allgemein zylindrische Kolbenbohrung 54 ist in dem Gelenkabschnitt 32 ausgebildet und nimmt einen Kolben 56 zur Hin- und Herbewegung darin auf. Eine Motorkammer 58 ist vorzugsweise benachbart und vor zugsweise allgemein konzentrisch zu der Kolbenkammer 54 ausgebildet und mit einer Unterseite 60 der Kolbenkammer 54 flächengleich. Die Motorkammer 58 nimmt einen Motor 62 auf, der funktionsfähig mit dem Kolben 56 zur Hin- und Herbewegung des Kolbens 56 in der Kolbenkammer 54 gekoppelt ist. Eine Durchlassöffnung 64 erstreckt sich in die Motorkammer 58 und bietet einer entsprechenden Verkabelung 66 für den Motor 62 Platz. Eine Senkung 68 stützt einen sekundären Aktuator 72 ab, der betätigt wird, um den Kolben 56 unabhängig von der Betätigung des primären Aktuators 28 selektiv zu bewegen. Weitere Einzelheiten betreffend den Bau und der Funktion der Aktuatoren 28, 72 sind nachstehend beschrieben.
Der Brückenabschnitt 34 der Scheibenbremsenanordnung 12 weist ein von dem Gelenkabschnitt 32 beabstandetes Ende 73 sowie vorzugsweise ein Paar Gewindebefestigungselementöffnungen auf, um das Befestigen des Brückenabschnitts 34 an dem Gelenkabschnitt 32 mit einem Paar Befestigungselemente 74 zu erleichtern. Eine Oberseite 76 des Brückenabschnitts 34 weist vorzugsweise ein Paar Befestigungselementöffnungen auf, die ermöglichen, dass eine Federvorrichtung 80 an die Oberseite 76 des Brückenabschnitts 34 mit einem Paar Befestigungselemente 82 befestigt wird. Der Brückenabschnitt 34 weist ein Paar gegenüberliegende Seiten 84 auf, die eine allgemein abgestufte Gleitbahn 86 darstellen, wie am besten in 7 gezeigt, entlang der eine Vielzahl von Bremsbelaganordnungen, die hier als eine innere, dazwischenliegende und äußere Bremsbelaganordnung 88, 89, 90 gezeigt werden, axial gleiten. Es ist offensichtlich, dass die Gleitbahn in einer Vielzahl von Formen und Konturen ausgebildet werden kann, und dass die Gleitbahn nicht eine allgemein abgestufte Kontur, wie hier gezeigt, aufweisen muss.
Die Reibelemente oder Bremsbeläge 26 sind an den Bremsbelaganordnungen 88, 89, 90 befestigt, und die Bremsbelaganordnungen werden von der Gleitbahn 86 des Brückenabschnitts 34 zur relativen axialen Bewegung entlang des Brückenabschnitts 34 gleitbar abgestützt. Wird der primäre Aktuator 28 betätigt, werden die Bremsbeläge 26 gleitend in Reibungseingriff mit den Scheiben 18, 19 gebracht, wie am besten in 2 gezeigt, und wenn nicht betätigt, werden die Bremsbeläge 26 gleitend außer Reibungseingriff mit den Scheiben 18, 19 gebracht, wie am besten in 3 gezeigt. Die an der Oberseite 76 des Brückenabschnitts 34 befestigte Federvorrichtung 80 übt eine Kraft auf die Bremsbelaganordnungen 88, 89, 90 aus, um diese davon abzuhalten, auf dem Brückenabschnitt 34 zu klappern.
Die Nabe 14 ist allgemein zylindrisch und weist eine Außenfläche 92 mit einer Vielzahl von axialen Kerben oder Nuten 94 auf, die sich vorzugsweise über die Länge der Außenfläche 92 erstrecken. Die Nabe 14 wird von dem Gelenkabschnitt 32 zur relativen Drehung daran drehbar abgestützt.
Die Scheiben 18, 19 weisen bevorzugt sich nach innen erstreckende Zapfen oder Vorsprünge 96 auf, die gleitbar in den Nuten 94 in der Nabe 14 aufgenommen sind, wie am besten in 6 gezeigt, zur relativen axialen Bewegung entlang zumindest eines Teils der Länge der Nabe 14. Die Scheiben 18, 19 sind zwischen den Bremsbelägen 26 aufgenommen und weisen gegenüberliegende Seiten auf, die jeweils Bremsflächen 100 darstellen, die von den Bremsbelägen 26 selektiv in Eingriff genommen werden. Während die Vorsprünge 96 der Scheiben 18, 19 den Scheiben ermöglichen, frei in den Nuten 94 der Nabe axial zu gleiten, nehmen die Vorsprünge 96 die Nabe 14 in einer Umlaufrichtung in Eingriff und sorgen für eine gemeinsame Drehung der Scheiben 18, 19 mit der Nabe 14. In anderen Worten, die Vorsprünge stellen in der Tat eine Zahnverbindung zwi schen den Scheiben 18, 19 und der Nabe 14 bereit und ermöglichen den Scheiben 18, 19 axial entlang der Nabe 14 zu gleiten, während die Scheiben 18, 19 gegen eine relative Drehung auf der Nabe 14 abgestützt werden, so dass sich die Scheiben 18, 19 mit der Nabe 14 drehen.
Der Elektromotor 62 treibt eine kugelumlaufspindelartige Vorrichtung des in dem Shirai et al. erteilten US-Patent Nr. 6,282,971 B1 gezeigten allgemeinen Typs an. Wie im Fachgebiet für Kugelumlaufspindeln wohl bekannt, weist die Kugelumlaufspindel einen drehbaren Schraubenabschnitt 104 und einen Mutterabschnitt 106 auf. Der Schraubenabschnitt 104 wird von dem Motor 62 angetrieben und erstreckt sich in eine Bohrung 102 des Kolbens 56. Die Mutter 106 ist in der Bohrung 102 befestigt und trägt eine Vielzahl von sich mehrfach drehbaren Kugeln 107, die mit den schraubenförmigen Kugelrillen der Schraube 104 zusammenarbeiten, um eine axiale Bewegung der Mutter 106 und folglich des Kolbens 56 entlang der Schraube 104 in Antwort auf das Drehen der Schraube 104 in die eine oder andere Richtung zu bewirken. Der Kolben 56 weist Halter 109 auf, die sich in axiale Führungen 111 des Gelenkabschnitts 32 zur Stützung des Kolbens 56 gegen Drehung in der Kolbenbohrung 54 während der Drehung der Schraube 104 erstrecken. 2 zeigt den Kolben 56 in einer ausgefahrenen, betätigten Stellung, in der der Kolben 56 nach außen in Kontakt mit dem Bremsbelag 88 bewegt wird, wobei der Bremsbelag 88 und der Bremsbelag 89 zusammen mit den Scheiben 18, 19 axial nach außen und in einen gestapelten Reibekontakt mit einander gegen den auf der Brücke 34 angebrachten befestigten Endklotz 90 geschoben werden. Das Umkehren der Schraubendrehung 104 mit dem Elektromotor 62 bewegt die Mutter 106 in die entgegengesetzte Richtung zurück, wodurch der Kolben 56 veranlasst wird, sich in die in 3 gezeigte eingefahrene, unbetätigte Stellung zu bewegen.
Eine Welle des Motors 62 bildet den Schraubenabschnitt 104 und erstreckt sich vorzugsweise durch den elektrischen Motor 62, so dass sich ein Ende 110 des Schraubenabschnitts 104 über ein Ende 112 des Elektromotors 62 hinaus erstreckt. Ein Antriebsmechanismus, der hier als ein Abtriebszahnrad 114 gezeigt wird, ist vorzugsweise benachbart zum Ende 110 des Schraubenabschnitts 104 zum Eingriff und zur Ausrückung mit dem sekundären Aktuator 72 angebracht. Das Abtriebszahnrad 114 wird hier als ein Geradstirnrad gezeigt, obwohl es anerkannt werden sollte, dass das Abtriebszahnrad 114 jede Zahnradart sein kann, um eine funktionsfähige Verbindung mit dem sekundären Aktuator 72 zu erleichtern. Der elektrische Motor 62 des primären Aktuators 28 ist über eine primäre Steuereinheit 118 mit dem Fahrzeug verbunden, so dass wenn ein Nutzer den primären Aktuator 28 betätigt, ein Signal, vorzugsweise von einem Bremspedal 119, an die primäre Steuereinheit 118 und dann an den Elektromotor 62 gesendet wird, um den primären Aktuator 28 zu betätigen, wodurch die Bremsbeläge 26 in Reibungseingriff mit den Scheiben 18, 19 gebracht werden. Vorzugsweise wird der Elektromotor durch eine Stromversorgung von 12 Volt oder niedriger versorgt, wie üblicherweise als Stromversorgung in Kraftfahrzeugen bereitgestellt.
Vorzugsweise ist der sekundäre Aktuator 72 funktionsfähig mit dem Kolben 56 über eine sekundäre Steuereinheit 124 verbunden, wie in 1, 4 und 5 gezeigt, und kann unabhängig von dem Elektromotor 62 entweder elektrisch oder mechanisch betätigt werden. Der sekundäre Aktuator 72 ist bei Betätigung betriebsbereit, um den Kolben 56 in Richtung der inneren Bremsbelaganordnung 88 zu bewegen und die Bremsbeläge 26 in Reibungseingriff mit den Scheiben 18, 19 unabhängig von dem primären Aktuator 28 zu bringen. Der sekundäre Aktuator 72 weist einen Antriebsmechanismus auf, der hier als ein Antriebsrad 120 gezeigt wird, das als zahnstangenartiges Zahnrad dargestellt ist, mit Zähnen 122, um das Ab triebszahnrad 114 in und außer Eingriff zu nehmen. Wenn in einer unbetätigten Stellung, wie am besten in 4 gezeigt, bleiben die Zähne 122 auf dem Antriebsrad 120 in einer von dem Abtriebszahnrad 114 losgelösten Stellung, wodurch dem Schraubenabschnitt 104 und dem Abtriebszahnrad 114 ermöglicht wird, sich frei in Bezug auf das Antriebsrad 120 zu drehen. Wie jedoch in 5 gezeigt, greifen die Zähne 122 auf dem Antriebsrad 120 auf lineare Weise in das Abtriebszahnrad 114 ein, wenn der sekundäre Aktuator 72 betätigt ist. Die Linearbewegung der Stange 120 während sich diese im Eingriff mit dem Stirnrad 114 befindet verursacht, dass sich der Schraubenabschnitt 104 dreht, wodurch verursacht wird, dass sich der Kolben 56 in der Kolbenkammer 54 hin- und herbewegt, um zu erleichtern, dass die Bremsbeläge 26 in und außer Reibungseingriff mit den Scheiben 18, 19 gebracht werden.
Der sekundäre Aktuator 72 kann als Notbremse verwendet werden, die die Funktion des primären Aktuators 28 aufhebt.
Selbstverständlich sind angesichts der vorstehenden Lehre viele Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es versteht sich daher von selbst, dass die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche anders betrieben werden kann als speziell beschrieben. Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.

Claims

Scheibenbremsenanordnung (12), umfassend: eine Nabe (14), die um eine Achse (16) drehbar ist; mindestens ein Paar Bremsscheiben (18, 19), die auf der Nabe (14) zur Drehung mit derselben und zur axialen Gleitbewegung in Bezug auf die Nabe (14) entlang der Achse (16) abgestützt sind und gegenüberliegende Seiten aufweisen, die Bremsflächen (100) darstellen; eine nicht drehbaren Stützkonstruktion (24); eine Vielzahl von Reibelementen (26), die durch die nicht drehbare Stützkonstruktion (24) zur relativ axialen Bewegung in und außer Reibungsbremseneingriff mit den Bremsflächen (100) gestützt werden; einen Kolben (56), der von einer unbetätigten Stellung in eine betätigte Stellung bewegbar ist, um die Gleitbewegung der Vielzahl von Reibelementen (26) und der Bremsscheiben (18, 19) zu bewirken; sowie einen primären elektrischen Aktuator (28), der auf der nicht drehbaren Stützkonstruktion (24) benachbart zu mindestens einem der Vielzahl von Reibelementen (26) angebracht und bei Betätigung betriebsbereit ist, um den Kolben (56) in eine betätigte Stellung zu be wegen und die Vielzahl von Reibelementen (26) und die Bremsscheiben (18, 19) gleitend in Reibungsbremseneingriff miteinander zu bringen; dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremsenanordnung ferner einen sekundären Aktuator (72) umfasst, der mit dem Kolben (56) funktionsfähig gekoppelt und bei Betätigung betriebsbereit ist, um den Kolben (56) in die betätigte Stellung unabhängig von der Betätigung des primären elektrischen Aktuators (28) zu bewegen, wobei der sekundäre Aktuator (72) einen Antriebsmechanismus (120) umfasst, der zwischen einer eingerückten und einer nicht eingerückten Stellung in und außer funktionsfähigen Eingriff mit dem Kolben (56) bewegbar ist, und wobei der Antriebsmechanismus (120) eine Zahnstange (120) umfasst.
Scheibenbremsenanordnung (12) nach Anspruch 1, bei der der primäre elektrische Aktuator (28) einen Elektromotor (62) umfasst.
Scheibenbremsenanordnung (12) nach Anspruch 2, bei der der Elektromotor (62) mit 12 Volt oder niedriger arbeitet.
Scheibenbremsenanordnung (12) nach Anspruch 1, bei der der Kolben (56) eine Bohrung (102) aufweist, und der primäre elektrische Aktuator (28) einen Schraubenabschnitt (104) umfasst, der um eine Achse drehbar ist, wenn der primäre elektrische Aktuator (28) betätigt wird, wobei der Schraubenabschnitt (104) wenigstens teilweise in der Bohrung (102) des Kolbens (56) aufgenommen ist, die den Schraubenabschnitt (104) mit dem Kolben (56) funktionsfähig verbindet, um die Bewegung des Kolbens (56) zu bewirken.
Scheibenbremsenanordnung (12) nach Anspruch 1, bei der der sekundäre Aktuator (72) mechanisch betätigt wird, um den Kolben (56) zwischen der betätigten und unbetätigten Stellung zu bewegen.
Scheibenbremsenanordnung (12) nach Anspruch 1, bei der der sekundäre Aktuator (72) einen Elektromotor umfasst.
Scheibenbremsenanordnung (12) nach Anspruch 1, bei der der Antriebsmechanismus (120) ein Zahnrad (114) umfasst, das mit der Zahnstange (120) in Eingriff gebracht werden kann.
Fahrzeug (10) mit einer Scheibenbremsenanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.