WO1997030295A1 - Vorrichtung zum betätigen einer radbremse eines fahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung zum betätigen einer radbremse eines fahrzeugs Download PDF

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Georg Blosch
Frank Schumann
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16H25/2247—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers
    • F16H25/2252—Planetary rollers between nut and screw

Definitions

  • the invention relates to a device for actuating a wheel brake of a vehicle with the features of the preamble of claim 1. It is provided in addition to an existing hydraulic brake actuation device or also as a brake actuation device available alone.
  • a rotating drive movement of the nut or the spindle causes a rotating movement of the planet rollers in the nut around the spindle, which is superimposed on a rotation of the planet rollers about their longitudinal axes.
  • the movement of the planetary rollers causes the spindle to move axially with respect to the nut, which is used for brake actuation.
  • the known device has the disadvantage that it builds large due to the necessary gear and gear reduction and can therefore not be accommodated in the interior of a rim of a vehicle. Furthermore, the known device is heavy, so that the unsprung mass on the wheel becomes large, which deteriorates the driving characteristics of the vehicle. Another disadvantage of the known device is its high mechanical friction and associated poor efficiency, which requires a relatively powerful drive motor, which increases the space requirement of the known device and its mass and in the case of an electric motor as drive motor means a high current consumption.
  • the roller screw drive of the device according to the invention has planetary rollers with a rough profile and a fine profile.
  • the rough profiling is carried out, for example, in the form of recesses all round without a slope. It engages in a roughly complementary inner profile of the nut e: n, which also has no slope.
  • the coarse profiling causes a form fit in the axial direction between the nut and the planet rollers, there is no axial movement between the nut and planet rollers.
  • the part of the roller screw drive of the device according to the invention, referred to as the nut is strictly none Mother, since her profiling is all-round without pitch 5, so there is no thread.
  • the planetary rollers engage positively in a spindle profile of the spindle in the axial direction. At least the spindle profile or the fine profile has
  • I Q planetary rollers an incline, so it is designed as a thread.
  • the device according to the invention has the advantage that its roller screw drive allows a large reduction, so that a Q comparatively weak and therefore small drive motor is sufficient for brake actuation.
  • the interposition of a transmission is unnecessary, so that the device according to the invention can be manufactured in a very compact, small and light-weight manner. 5
  • the fine profile of the planetary rollers or only the spindle profile is designed as a thread, and the other of these two profiles is designed without a pitch, the fine profile must be offset from planetary roller to planetary roller by the division 0 divided by the number of planetary rollers with respect to the rough profile of the planetary rollers, to enable the planetary rollers to engage both in the nut and on the spindle.
  • the fine profile of the planetary rollers and the spindle profile can also be designed as a thread.
  • the reduction ratio of the roller screw drive that is to say the ratio of the rotating ones, can be selected by selecting the diameter ratios of planetary rollers to threaded spindle Drive motion for linear movement of the brake actuation vary widely.
  • the slope of the fine profile of the planetary rollers and of the spindle profile can be oriented in the same or opposite direction. This allows an arbitrarily large reduction ratio to be achieved.
  • the drive motor and roller screw are not necessary. This allows a very light and very compact device for brake actuation to be constructed.
  • the drive motor is preferably an electric motor (claim 2).
  • the drive motor is preferably an electric motor (claim 2).
  • the drive motor can be mounted directly on the spindle or on the nut in order to further reduce the size and weight of the device according to the invention.
  • the device 10 for actuating a wheel brake shown in FIG. 1 comprises an electric drive motor 12 and a roller screw drive 14. It is in a two-piece brake caliper 16 installed and presses two brake pads 18 against a brake disc 19, of which only an outer fragment is shown.
  • the roller screw drive 14 comprises a so-called nut 20, a threaded spindle 22 located coaxially in the nut 20 and a plurality of planetary rollers 24 which are located in a cylindrical space between the nut 20 and the threaded spindle 22.
  • the planet rollers 24 are arranged like planet gears of a planetary gear around the spindle 22 and roll on the threaded spindle 22 when the nut 20 is rotating.
  • the planetary rollers 24 are provided with a fine profile 26 in the form of circumferential grooves without a slope.
  • the grooves of the fine profile 26 are complementary to a fine thread 28 of the threaded spindle 22, with which they are in engagement. In this way, there is a positive connection in the axial direction between the spindle 22 and the planet rollers 24. Because of the fine thread 28, the spindle 22 moves relative to the planet rollers 24 when they rotate on the spindle 22 as a result of the rotating drive of the nut 20.
  • the planetary rollers 24 have a coarse profile 30 in the form of circumferential recesses which are deeper than the fine profile 26 and interrupt the fine profile 26 at intervals.
  • the coarse profiling 30 With the coarse profiling 30, the planetary rollers 24 are in engagement with a complementary, coarse inner profiling 32 of the nut 20.
  • the coarse inner profiling 32 of the nut 20 is likewise designed to be circumferential without a slope.
  • the coarse inner profile 32 is therefore not a thread, the part 20 strictly speaking not a nut. Due to the engagement of the coarse profile 30 of the planetary rollers 24 in the coarse inner profile 32 of the nut 20, there is a positive connection in the axial direction. Since neither the rough profiling 30 of the Planetary rollers 24 still have the rough inner profile 32 of the nut 20 an incline, ⁇ ich move
  • Planetary rollers 24 in the axial direction not with respect to the nut 20, even if this is driven in rotation.
  • the rotating drive of the nut 20 drives the planetary rollers 24 in a circumferential rolling motion around the spindle 22, whereby they move them in the axial direction.
  • the axial displacement of the spindle 22 serves to press one of the two brake pads 18 against the brake disc 19.
  • the other brake pad 18 is pressed against the other side of the brake disc 19 via the brake caliper 16 and the disc brake is actuated in this way.
  • the disc brake is released again by rotating the nut 20 in the opposite direction. Due to the large reduction of the roller screw drive 14, a relatively low-power drive motor 12 is sufficient to actuate the brake without the interposition of a gear.
  • the nut 20 is mounted in the brake caliper 16 with two radial ball bearings 34. Via an axial ball bearing 36, it is supported in the axial direction against the brake caliper 16 when the brake is actuated.
  • the nut 20 of the roller screw drive 14 is also the rotor of the electric drive motor 12. Magnetic poles 38 are embedded in its outer circumference. A stator with laminated cores 40 and stator windings 42 is inserted in the brake caliper 16 so that it cannot rotate. The result is a very compact structure of the brake caliper 16, which is not significantly larger than hydraulically operated single-piston brake calipers.
  • the device 10 according to the invention can thus be accommodated well in a rim of a vehicle wheel.
  • the spindle 22 is located inside a cup into which it merges in one piece on its end face facing away from the brake disc 20.
  • the cup forms the rotor 44 of the drive motor 12, it engages around the nut 20 of the
  • roller screw drive 14 The magnetic poles 38 of the electric drive motor 12 are embedded in its peripheral wall. Otherwise, the device 43 according to the invention shown in FIG. 2 has the same structure as the device 10 shown in FIG. 1 and functions in the same way. The same reference numerals are used for matching parts. To avoid repetition, reference is made to the corresponding explanations for FIG. 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Betätigung einer Radbremse (18, 19) mit einem Elektro-Antriebsmotor (12) und einem Rollengewindetrieb (14). Um mit einem kleinen Antriebsmotor (12) auszukommen, schlägt die Erfindung vor, in einer Mutter (20) und auf einer Spindel (22) des Rollengewindetriebs (14) umlaufende Planetenrollen (24) mittels einer Grobprofilierung (30, 32) ohne Steigung in axialer Richtung in der Mutter (20) zu fixieren und die Spindel (22) über ein Feingewinde (28) anzutreiben, in das die Planetenrollen (24) mit einer Feinprofilierung (26) ohne Steigung eingreifen. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Mutter (20) zugleich als Rotor des Elektro-Antriebsmotors (12) auszubilden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse eines Fahrzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Sie ist zusätzlich zu einer vorhandenen, hydraulischen Bremsbetätigungseinrichtung oder auch als allein vorhandene Bremsbetätigungseinrichtung vorgesehen.
Aus der US-PS 4 995 483 ist eine derartige Vorrichtung zum Betätigen einer Radbrerase bekannt. Diese weist einen Antriebsmotor auf, der über ein Getriebe und zusätzlich über einen Zahnradantrieb einen Rollengewindetrieb antreibt, der die rotatorische Antriebsbewegung des Antriebsmotors in eine Linearbewegung zur Bremsbetätigung umsetzt. Der Rollengewindetrieb weist eine Gewindespindel auf, auf der nach Art von Planetenrädern eines Planetengetriebes umlaufende Planetenrollen angeordnet sind, die ein Gewinde aufweisen, das in das Gewinde der Spindel des Rollengewindetriebs eingreifen. Die Planetenrollen werden von einer Mutter umschlossen, deren Innengewinde in das Gewinde der Planetenrollen eingreift. Eine rotierende Antriebsbewegung der Mutter oder der Spindel bewirkt eine Umlaufbewegung der Planetenrollen in der Mutter um die Spindel herum, der eine Rotation der Planetenrollen um ihre Längsachsen überlagert ist. Die Bewegung der Planetenrollen bewirkt eine axiale Verschiebung der Spindel gegenüber der Mutter, die zur Bremsbetätigung genutzt wird.
Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie aufgrund der notwendigen Getriebe- und Zahnraduntersetzung groß baut und daher nicht im Innenraum einer Felge eines Fahrzeugs unterbringbar ist. Des weiteren ist die bekannte Vorrichtung schwer, so daß die ungefederte Masse am Rad groß wird, was die Fahreigenschaften des Fahrzeugs verschlechtert. Weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist deren hohe mechanische Reibung und damit verbunden ihr schlechter Wirkungsgrad, der einen verhältnismäßig leistungsstarken Antriebsmotor erforderlich macht, was den Platzbedarf der bekannten Vorrichtung und deren Masse vergrößert und im Falle eines Elektromotors alε Antriebsmotor eine hohe Stromaufnahme bedeutet.
Vorteile der Erfindung
Der Rollengewindetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist Planetenrollen mit einer Grobprofilierung und einem Feinprofil auf. Die Grobprofilierung ist beispielsweise in Form von Einstichen umlaufend ohne Steigung ausgeführt. Sie greift in eine grobkomplementäre Innenprofilierung der Mutter e:n, die ebenfalls keine Steigung aufweiεt. Die Grobprofilierung bewirkt einen Formschluß in axialer Richtung zwischen der Mutter und den Planetenrollen, es findet keine Axialbewegung zwischen Mutter und Planetenrollen statt. Das als Mutter bezeichnete Teil des Rollengewindetriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist strenggenommen keine Mutter, da ihre Profilierung umlaufend ohne Steigung 5 ausgebildet, also kein Gewinde ist.
Mit ihrem Feinprofil greifen die Planetenrollen in axialer Richtung formschlüssig in ein Spindelprofil der Spindel ein. Dabei hat zumindest das Spindelprofil oder das Feinprofil der
IQ Planetenrollen eine Steigung, ist also als Gewinde ausgebildet. Beim Abwälzen der Planetenrollen auf der Spindel durch rotierenden Antrieb der Mutter oder der Spindel wird die Spindel bezüglich der Planetenrollen und damit auch bezüglich der Mutter in axialer Richtung bewegt. Die Reibung
-|5 des Rollengewindetriebs ist infolge der Wälzbewegung der Planetenrollen klein, der Wirkungsgrad also hoch.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß ihr Rollengewindetrieb eine große Untersetzung zuläßt, so daß ein Q vergleichsweise schwacher und damit kleiner Antriebsmotor zur Bremsbetätigung ausreicht. Die Zwischenschaltung eines Getriebes erübrigt sich, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr kompakt, klein und mit geringem Gewicht hergestellt werden kann. 5
Ist nur das Feinprofil der Planetenrollen oder nur das Spindelprofil als Gewinde, und das jeweils andere dieser beiden Profile ohne Steigung ausgebildet, so muß das Feinprofil von Planetenrolle zu Planetenrolle um die Teilung 0 geteilt durch die Anzahl der Planetenrollen bezüglich der Grobprofilierung der Planetenrollen versetzt sein, um den Eingriff der Planetenrollen sowohl in der Mutter als auch auf der Spindel zu ermöglichen.
5 Es können auch das Feinprofil der Planetenrollen und das Spindelprofil als Gewinde ausgebildet sein. Durch Wahl der Durchmesserverhältnisse von Planetenrollen zu Gewindespindel läßt sich das Untersetzungsverhältnis des Rollengewindetriebs, also das Verhältnis der rotierenden Antriebsbewegung zur Linearbewegung der Bremsbetätigung in weiten Bereichen variieren. Um das Untersetzungsverhältniε noch weiter zu vergrößern, können die Steigung des Feinprofilε der Planetenrollen und des Spindelprofils gleich- oder entgegengesetzt orientiert sein. Dadurch läßt sich ein beliebig großes Untersetzungsverhältnis erzielen. Die 0 Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes zwischen
Antriebsmotor und Rollengewindetrieb erübrigt sich. Dadurch läßt sich eine sehr leichte und sehr kompakte Vorrichtung zur Bremsbetätigung aufbauen.
5 Die Unteranεprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung.
Vorzugsweise ist der Antriebsmotor ein Elektromotor (Anspruch 2). Es kommen beispielsweise aber auch ein hydraulischer oder Q pneumatiεcher Antriebεmotor in Frage.
Da kein Untersetzungsgetriebe benötigt wird, kann der Antriebsmotor gemäß Anspruch 3 unmittelbar auf der Spindel oder auf der Mutter angebracht werden, um Baugröße und 5 Gewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter zu verkleinern.
Zeichnung
0 Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die beiden Figuren zeigen Achsschnitte durch zwei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen.
5 Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Figur 1 dargestellte, erfindungsgemaße Vorrichtung 10 zur Betätigung einer Radbremse umfaßt einen Elektro- Antriebsmotor 12 und einen Rollengewindetrieb 14. Sie ist in eine zweistückige Bremszange 16 eingebaut und drückt bei Betätigung zwei Bremsbeläge 18 gegen eine Bremsscheibe 19, von der nur ein äußeres Bruchstück dargestellt ist.
Der Rollengewindetrieb 14 umfaßt eine sog. Mutter 20, eine koaxial in der Mutter 20 befindliche Gewindespindel 22 sowie mehrere Planetenrollen 24, die sich in einem zylindrischen Zwischenraum zwischen der Mutter 20 und der Gewindespindel 22 befinden. Die Planetenrollen 24 sind wie Planetenräder eines Planetengetriebes um die Spindel 22 herum angeordnet und wälzen bei rotierendem Antrieb der Mutter 20 auf der Gewindespindel 22 ab.
Die Planetenrollen 24 sind mit einem Feinprofil 26 in Form umlaufender Rillen ohne Steigung versehen. Die Rillen des Feinprofils 26 sind komplementär zu einem Feingewinde 28 der Gewindespindel 22, mit dem sie in Eingriff stehen. Auf diese Weise besteht ein Formschluß in axialer Richtung zwischen der Spindel 22 und den Planetenrollen 24. Aufgrund des Feingewindes 28 verschiebt sich die Spindel 22 gegenüber den Planetenrollen 24, wenn diese infolge rotierenden Antriebs der Mutter 20 auf der Spindel 22 umlaufen.
Zusätzlich zu ihrem Feinprofil 26 weisen die Planetenrollen 24 eine Grobprofilierung 30 in Form umlaufender Einstiche auf, die tiefer sind als das Feinprofil 26 und das Feinprofil 26 in Abständen unterbrechen. Mit der Grobprofilierung 30 stehen die Planetenrollen 24 in Eingriff mit einer komplementären, groben Innenprofilierung 32 der Mutter 20. Die grobe Innenprofilierung 32 der Mutter 20 ist ebenfalls umlaufend ohne Steigung ausgebildet. Die grobe Innenprofilierung 32 ist also kein Gewinde, das Teil 20 genaugenommen keine Mutter. Durch den Eingriff der Grobprofilierung 30 der Planetenrollen 24 in die grobe Innenprofilierung 32 der Mutter 20 besteht ein Formschluß in axialer Richtung. Da weder die Grobprofilierung 30 der Planetenrollen 24 noch die grobe Innenprofilierung 32 der Mutter 20 eine Steigung aufweisen, bewegen εich die
Planetenrollen 24 in axialer Richtung nicht gegenüber der Mutter 20, auch wenn diese rotierend angetrieben wird.
Durch rotierenden Antrieb der Mutter 20 werden die Planetenrollen 24 zu einer umlaufenden Abwälzbewegung um die Spindel 22 herum angetrieben, wobei sie diese in axialer Richtung verschieben. Die axiale Verschiebung der Spindel 22 dient dazu, einen der beiden Bremsbeläge 18 gegen die Bremsscheibe 19 zu drücken. Über die Bremszange 16 wird der andere Bremsbelag 18 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 19 gedrückt und die Scheibenbremse auf diese Weise betätigt. Durch rotierenden Antrieb der Mutter 20 in entgegengesetzter Richtung wird die Scheibenbremse wieder gelöst. Aufgrund der großen Untersetzung des Rollengewindetriebs 14 genügt ein verhältnismäßig leistungsschwacher Antriebsmotor 12 ohne Zwischenschaltung eines Getriebes zur Bremsbetätigung.
Die Mutter 20 ist mit zwei Radial-Kugellagern 34 in der Bremszange 16 gelagert. Über ein Axial-Kugellager 36 stützt sie sich bei der Bremsbetätigung in axialer Richtung gegen die Bremszange 16 ab.
Die Mutter 20 des Rollengewindetriebs 14 ist zugleich Rotor des Elektro-Antriebsmotorε 12. In ihren Außenumfang εind Magnetpole 38 eingebettet. Ein Stator mit Blechpaketen 40 und Statorwicklungen 42 ist in die Bremszange 16 verdrehsicher eingesetzt. Es ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau der Bremszange 16, der nicht nennenswert größer ist als hydraulisch betätigte Einkolben-Bremszangen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 läßt sich somit gut in einer Felge eines Fahrzeugrades unterbringen.
Bei der in Figur 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Vorrichtung 43 ist ein Rotor 44 des Elektro-Antriebsmotors 12 mit der Spindel 22 starr verbunden und die Mutter 20 des Rollengewindetriebs 14 drückt bei der Bremsbetätigung gegen den Bremsbelag 18. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung befindet εich die Spindel 22 im Innern eines Bechers, in den sie an ihrem der Bremsscheibe 20 abgewandten Stirnseite einstückig übergeht. Der Becher bildet den Rotor 44 des Antriebsmotors 12, er umgreift die Mutter 20 des
Rollengewindetriebε 14. In seine Umfangswand sind die Magnetpole 38 des Elektro-Antriebsmotors 12 eingebettet. Im übrigen ist die in Figur 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 43 gleich wie die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 10 aufgebaut und funktioniert in gleicher Weise. Für übereinstimmende Teile sind gleiche Bezugszeichen verwendet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die entsprechenden Ausführungen zu Figur 1 verwiesen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse eines Fahrzeugs, mit einem Antriebsmotor und mit einem Rollengewindetrieb, der eine rotierende Antriebsbewegung des Antriebsmotors in eine Linearbewegung zur Betätigung der Radbremse umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mutter (20) des Rollengewindetriebs (14) eine umlaufende, grobe Innenprofilierung (32) ohne Steigung aufweist, die in axialer Richtung formschlüssig in eine komplementäre Grobprofilierung (30) von Planetenrollen (24) des Rollengewindetriebs (14) eingreift und daß die Planetenrollen (24) ein Feinprofil (26) aufweisen, daε in axialer Richtung formschlüssig in ein Spindelprofil (28) einer Spindel (22) des Rollengewindetriebs (14) eingreift, wobei das Feinprofil (26) der Planetenrollen (24) oder das Spindelprofil (28) oder das Feinprofil (26) der Planetenrollen (24) und das Spindelprofil (28) als Gewinde ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (12) ein Elektromotor ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (12) unmittelbar auf der Spindel (22) oder auf der Mutter (20) angebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (20) des Rollengewindetriebs (14) als Rotor des Elektro-Antriebsmotors (12) ausgebildet ist.
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