WO1999022157A1 - Lageranordnung - Google Patents

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WO1999022157A1 PCT/EP1998/006379 EP9806379W WO9922157A1 WO 1999022157 A1 WO1999022157 A1 WO 1999022157A1 EP 9806379 W EP9806379 W EP 9806379W WO 9922157 A1 WO9922157 A1 WO 9922157A1
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Alexander Zernickel
Johannes Lang
Jürgen Hartmann
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INA Wälzlager Schaeffler oHG
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    • F16H25/2252—Planetary rollers between nut and screw
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    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
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    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
    • F16C33/363—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces with grooves in the bearing-surfaces
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    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/20—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa
    • F16D2125/34—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa acting in the direction of the axis of rotation
    • F16D2125/40—Screw-and-nut

Definitions

  • the invention relates to a bearing arrangement for a device for actuating a vehicle brake, with a central threaded spindle, which is secured against rotation in a fixed housing and is arranged axially displaceable towards and away from a brake disc of the vehicle brake, and with a threaded spindle together with rolling elements surrounding inner ring, which is coupled on the face to the rotatable rotor of an electric motor and is rotatably held in the housing via an axial roller bearing and a radial roller bearing.
  • Such a known bearing arrangement disclosed in EP-OS 0 743 470 uses a planetary screw drive to convert the rotary movement of the motor rotor into a displacement movement of the spindle actuating the brake.
  • This makes it possible to generate a small spindle feed for a large power transmission to the brake disc in that the spindle is provided with a fine thread with a very small pitch, while the inner ring is designed as a spindle nut which has a coarse thread.
  • the rolling elements are designed as roller bodies. They are located in the annular space between the spindle and the spindle nut and orbit the spindle as a planet when the spindle nut rotates.
  • the known inner ring designed as a spindle nut is surrounded by a cup-shaped brake piston attached to the threaded spindle.
  • the cylinder jacket of the brake piston slides with its inner surface along the inner ring and with its outer surface along the inner wall of the bore of the stationary housing in which these components are arranged. This causes considerable energy losses due to friction.
  • the bearing of the inner ring in the housing is carried out via the coupled rotor of the electric motor, the rotor having two ball bearings as the radial bearing and a roller bearing as the axial bearing.
  • the invention has for its object to provide a bearing arrangement for the actuation device of the vehicle brake, with which a reduction in friction losses and consequently an improvement in the overall efficiency can be achieved.
  • the axial roller bearing of the inner ring is formed by a planetary drive, which as a planet has a plurality of rolling elements which are arranged between the inner ring and a bore wall of the housing.
  • the planets of the axial bearing can be balls, for each of which the inner ring and the bore wall have circular grooves in the circumferential direction and circular tracks in the longitudinal section.
  • the planets of the axial roller bearing can also be rollers with circular grooves running in the circumferential direction, which are in engagement with corresponding circular grooves of the inner ring and an outer ring fastened to the bore wall of the housing.
  • the radial roller bearing of the inner ring can be formed by two needle bearings, the needle sleeves of which bear against the bore wall and adjoin the end face of the outer ring of the axial bearing.
  • the rolling elements which are arranged within the inner ring and directly surround the threaded spindle, can be rollers with circular grooves running in the circumferential direction, which are in engagement both with a thread of the inner ring and with the thread of the threaded spindle.
  • balls it is also possible to use balls as rolling elements, which must then be in engagement with both a helical ball race of the inner ring and with a corresponding race of the threaded spindle.
  • axial bearing on a spindle basis The embodiment according to the invention with a threaded spindle and a bearing of its drive ring, which uses grooved planet rollers for its axial bearing, can be referred to as "axial bearing on a spindle basis”.
  • the drawing shows an axial section through a brake actuation device.
  • a threaded spindle 2 is axially displaceable but secured against rotation. It serves to act on a brake disc 3 via a brake pad 4.
  • a planetary drive is used with a coaxial inner ring 5 surrounding the threaded spindle 2 and several axially parallel rollers 6, which act as planets in the space between the inner ring 5 and the Threaded spindle 2 are arranged.
  • Each roller 6 has circular grooves on its circumference, with which it is engaged both with the thread of the threaded spindle 2 and with an internal thread which is formed on the inner surface of the inner ring 5.
  • the inner ring 5 is coupled on one end to the rotor of an electric motor 7, which is also located in the stationary housing 1.
  • the inner ring 5 therefore rotates in the housing 1 about its longitudinal axis and transmits its torque via the rollers 6 to the threaded spindle 2. Since the latter cannot rotate about its axis, it must rotate due to its thread which the rollers 6 engage, move axially.
  • the inner ring 5 is mounted in an axially parallel bore of the housing 1 both axially and radially.
  • the axial bearing is carried out with a planetary gear, several rollers 9 surrounding the inner ring 5 in the annular space between the inner ring 5 and a bore wall 8 of the housing 1 and thus acting as a planet.
  • rollers 9 run axially parallel to the inner ring 5 and, like the rollers 6, have circular grooves on the circumference with which they engage in corresponding circular grooves which are arranged on the outer surface of the inner ring 5. At the same time, each roller 9 engages with its circular grooves in corresponding circular grooves of an outer ring 10, which are formed on its inner surface.
  • the outer ring 10 bears against the bore wall 8 of the housing 1 and is fixed there axially and in the circumferential direction.
  • rollers 9 and the outer ring 10 are each provided only with circular grooves, that is to say they have no thread pitch, the rotation of the inner ring 5, which likewise has circular grooves on the outer surface, does not result in any axial movement of the rollers 9. However, an axial force can exceed the individual flanks are recorded on the circular grooves of the rollers 9 and the outer ring 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Eine Lageranordnung für eine Vorrichtung zur Betätigung einer Fahrzeugbremse weist eine zentrale Gewindespindel (2) auf, welche in einem ortsfesten Gehäuse (1) gegen Verdrehung gesichert sowie zu einer Bremsscheibe (3) der Fahrzeugbremse hin und von dort fort axial verschiebbar angeordnet ist. Sie ist außerdem mit einem die Gewindespindel (2) gemeinsam mit Wälzkörpern konzentrisch umgebenden Innenring (5) versehen, welcher an dem drehbaren Läufer eines Elektromotors (7) stirnseitig angekuppelt und mit diesem in dem Gehäuse (1) über ein Axialwälzlager und eine radiale Wälzlagerung drehbar gehalten ist. Erfindungsgemäß ist das Axialwälzlager des Innenringes (5) von einem Planetentrieb gebildet, der als Planeten mehrere Wälzkörper aufweist, welche zwischen dem Innenring (5) und einer zu dem Innenring (5) koaxialen Bohrungswand (8) des Gehäuses (1) angeordnet sind. Dadurch wird eine Verringerung der Reibungsverluste des Axialwälzlagers erzielt.

Description

Lageranordnung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Vorrichtung zur Betätigung einer Fahrzeugbremse, mit einer zentralen Gewindespindel, welche in einem ortsfesten Gehäuse gegen Verdrehung gesichert sowie zu einer Bremsscheibe der Fahrzeugbremse hin und von dort fort axial verschiebbar angeordnet ist, und mit einem die Gewindespindel gemeinsam mit Wälzkörpern umgebenden Innenring, welcher an dem drehbaren Läufer eines Elektromotors stirnseitig angekuppelt und in dem Gehäuse über ein Axialwälzlager und eine radiale Wälzlagerung drehbar gehalten ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine solche bekannte, in der EP-OS 0 743 470 offenbarte Lageranordnung verwendet zur Umwandlung der Drehbewegung des Motorläufers in eine Verschiebebewegung der die Bremse betätigenden Spindel einen Planetenge- windetrieb. Dieser ermöglicht es, für eine große Kraftübertragung auf die Bremsscheibe einen kleinen Spindelvorschub dadurch zu erzeugen, daß die Spindel mit einem feinen Gewinde mit sehr kleiner Steigung versehen ist, während der Innenring als Spindelmutter ausgebildet ist, der ein grobes Gewinde aufweist. Die Wälzkörper sind als Rollenkörper ausgeführt. Sie befinden sich in dem Ringraum zwischen der Spindel und der Spindelmutter und umkreisen bei der Drehung der Spindelmutter die Spindel als Planeten. Sie sind mit den Gewinden der Spindel und der Spindelmutter im Eingriff und benötigen daher jeweils zwei unterschiedliche Gewinde, ein feines Gewinde für den Eingriff an der Spindel und ein grobes Gewinde für den Eingriff an der Spindelmutter. Daher weist diese Anordnung den Nachteil eines sehr hohen Herstellungsaufwandes auf.
Der als Spindelmutter ausgebildete vorbekannte Innenring ist von einem an der Gewindespindel befestigten topfförmigen Bremskolben umgeben. Bei der axialen Bewegung der Gewindespindel gleitet der Zylindermantel des Bremskolbens mit seiner inneren Oberfläche an dem Innenring und mit seiner äußeren Oberfläche an der Innenwand der Bohrung des ortsfesten Gehäuses entlang, in welchem diese Bauteile angeordnet sind. Dadurch entstehen erhebliche Energieverluste infolge von Reibung.
Die Lagerung des Innenringes in dem Gehäuse ist über den angekuppelten Läufer des Elektormotors durchgeführt, wobei der Läufer als Radial lager zwei Kugellager und als Axiallager ein Rollenlager aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung für die Betäti- gungsvorrichtung der Fahrzeugbremse zu schaffen, mit welcher eine Verringerung der Reibungsverluste und demzufolge eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Axialwälzlager des Innenringes von einem Planetentrieb gebildet ist, der als Planeten mehrere Wälzkörper aufweist, welche zwischen dem Innenring und einer Bohrungswand des Gehäuses angeordnet sind.
Der Vorteil eines solchen Axiallagers, bei welchem die Axialkraft von mehreren Planeten übertragen wird, besteht darin, daß das Lagerreibmoment, vor allem bei sehr hohen Axiallasten, wesentlich geringer ausfällt, als bei einem vergleichbaren herkömmlichen Axiallager. Dies ist dadurch zu erklären, daß die auf- tretende Flächenpressung bei einem herkömmlichen Axial lager sehr viel größer ist.
Die Planeten des Axiallagers können Kugeln sein, für welche jeweils der Innen- ring und die Bohrungswand in Umfangsrichtung kreisförmige und im Längsschnitt kreisbogenförmige Nuten als Laufbahnen aufweisen.
Die Planeten des Axialwälzlagers können aber auch Rollen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Kreisrillen sein, welche sich mit entsprechenden Kreisril- len des Innenringes und eines an der Bohrungswand des Gehäuses befestigten Außenringes im Eingriff befinden.
Zur Erhöhung der Knickfestigkeit des Innenringes kann die radiale Wälzlagerung des Innenringes von zwei Nadellagern gebildet sein, deren Nadelhülsen an der Bohrungswand anliegen und an dem Außenring des Axiallagers stirnseitig angrenzen.
Die Wälzkörper, die innerhalb des Innenringes angeordnet sind und die Gewindespindel unmittelbar umgeben, können Rollen mit in Umfangsrichtung ver- laufenden Kreisrillen sein, die sich sowohl mit einem Gewinde des Innenringes als auch mit dem Gewinde der Gewindespindel im Eingriff befinden. Es ist aber auch möglich, hier als Wälzkörper Kugeln zu verwenden, die sich dann sowohl mit einer wendeiförmigen Kugellaufbahn des Innenringes als auch mit einer entsprechenden Laufbahn der Gewindespindel im Eingriff befinden müssen.
Die erfindungsgemäße Ausführung mit einer Gewindespindel und einer Lagerung ihres Antriebsringes, welche gerillte Planetenrollen für dessen axiale Lagerung verwendet, kann mit "Axiallager auf Spindelbasis" bezeichnet werden.
Versuche haben ergeben, daß im Bereich hoher Axialbelastungen die Reibmomente des Axiallagers auf Spindelbasis deutlich unterhalb der Werte für ein Axial-Schrägkugellager liegen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich die Axialkraft beim Axiallager auf Spindelbasis auf viele Kontaktpunkte verteilt. Hieraus resultieren kleinere Druckellipsen als beim Axial-Schrägkugellager. Zusätzlich nimmt die Größe der Druckellipsen beim Schrägkugellager aufgrund der Schmiegung zwischen Laufbahn und Wälzkörper bei Lasterhöhung stärker zu als beim Axiallager auf Spindelbasis, dessen Planetenflanken ballig ausge- führt sein können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch eine Bremsbetätigungsvorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In einem ortsfesten Gehäuse 1 einer Bremsbetätigungsvorrichtung ist eine Gewindespindel 2 axial verschieblich, aber gegen Drehung gesichert angeordnet. Sie dient zur Einwirkung auf eine Bremsscheibe 3 über einen Bremsbelag 4. Zur Erzeugung der Axialverschiebung der Gewindespindel 2 dient ein Planetentrieb mit einem die Gewindespindel 2 umgebenden koaxialen Innenring 5 und mehreren achsparallelen Rollen 6, die als Planeten in dem Zwischenraum zwischen dem Innenring 5 und der Gewindespindel 2 angeordnet sind. Jede Rolle 6 weist an ihrem Umfang Kreisrillen auf, mit denen sie sich sowohl mit dem Gewinde der Gewindespindel 2 als auch mit einem Innengewinde im Eingriff befindet, das an der inneren Oberfläche des Innenringes 5 ausgebildet ist.
Der Innenring 5 ist an einer Stirnseite an dem Läufer eines Elektromotors 7 angekuppelt, der sich ebenfalls in dem ortsfesten Gehäuse 1 befindet. Im eingeschalteten Zustand des Elektormotors 7 dreht sich daher der Innenring 5 in dem Gehäuse 1 um seine Längsachse und überträgt sein Drehmoment über die Rollen 6 auf die Gewindespindel 2. Da sich diese nicht um ihre Achse drehen kann, muß sie sich infolge ihres Gewindes, in welchem die Rollen 6 eingreifen, axial verschieben. Der Innenring 5 ist in einer achsparallelen Bohrung des Gehäuses 1 sowohl axial als auch radial gelagert. Erfindungsgemäß ist die axiale Lagerung mit einem Planetentrieb durchgeführt, wobei in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Innenring 5 und einer Bohrungswand 8 des Gehäuses 1 mehrere Rollen 9 den Innenring 5 umgeben und somit als Planeten wirken. Die Rollen 9 verlaufen achsparallel zu dem Innenring 5 und weisen ebenso, wie die Rollen 6, am Umfang Kreisrillen auf, mit denen sie in entsprechenden Kreisrillen eingreifen, welche an der Mantelfläche des Innenringes 5 angeordnet sind. Gleichzeitig greift jede Rolle 9 mit ihren Kreisrillen in entsprechenden Kreisril- len eines Außenringes 10 ein, die an dessen innerer Oberfläche ausgebildet sind. Der Außenring 10 liegt an der Bohrungswand 8 des Gehäuses 1 an und ist dort axial und in Umfangsrichtung festgelegt.
Da die Rollen 9 und der Außenring 10 jeweils nur mit Kreisrillen versehen sind, also keine Gewindesteigung haben, ergibt sich bei der Rotation des Innenringes 5, der an der äußeren Oberfläche ebenfalls Kreisrillen aufweist, keine axiale Bewegung der Rollen 9. Eine Axialkraft kann jedoch über die einzelnen Flanken an den Kreisrillen der Rollen 9 und des Außenringes 10 aufgenommen werden.
Für die radiale Lagerung des Innenringes 5 in dem ortsfesten Gehäuse 1 sind zwei Nadellager vorgesehen, deren Nadelhülsen 1 1 in der Bohrung des Gehäuses 1 axial vor und hinter dem Außenring 10 angeordnet sind und an der Bohrungswand 8 anliegen. Durch diese Ausbildung der radialen Lagerung des Innenringes 5 mit Hilfe von Nadellagern wird die Knickfestigkeit des Innenrin- ges 5 erhöht.
Bezugszahleniiste
ortsfestes Gehäuse Gewindespindel Bremsscheibe Bremsbelag Innenring Rolle Elektormotor Bohrungswand Rolle Außenring Nadelhülse

Claims

Patentansprüche
1 . Lageranordnung für eine Vorrichtung zur Betätigung einer Fahrzeugbremse, mit einer zentralen Gewindespindel (2), welche in einem ortsfesten Gehäuse (1 ) gegen Verdrehung gesichert sowie zu einer Bremsscheibe (3) der Fahrzeugbremse hin und von dort fort axial verschiebbar angeordnet ist, und mit einem die Gewindespindel (2) gemeinsam mit Wälzkörpern konzentrisch umgebenden Innenring (5), welcher an dem drehbaren Läufer eines Elektromotors (7) stirnseitig angekuppelt und mit diesem in dem Gehäuse (1 ) über ein Axialwälzlager und eine radiale Wälzlagerung drehbar gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialwälzlager des Innenringes (5) von einem Planetentrieb gebildet ist, der als Planeten mehrere Wälzkörper aufweist, welche zwischen dem Innenring (5) und einer zu dem Innenring (5) koaxialen Bohrungswand (8) des Gehäuses (1 ) angeordnet sind.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Planeten des Axialwälzlagers Rollen (9) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Kreisril- len sind, welche sich mit entsprechenden Kreisrillen des Innenringes (5) und eines an der Bohrungswand (8) des Gehäuses (1 ) befestigten Außenringes (10) im Eingriff befinden.
3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Wälzlagerung des Innenringes (5) von zwei Nadellagern gebildet ist, deren
Nadelhülsen (1 1 ) an der Bohrungswand (8) anliegen und an dem Außenring (10) des Axiallagers stirnseitig angrenzen.
4. Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die in- nerhalb des Innenringes (5) angeordneten Wälzkörper, welche die Gewindespindel (2) unmittelbar umgeben, Rollen (6) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Kreisrillen sind, die sich sowohl mit einem Gewinde des Innenringes (5) als auch mit dem Gewinde der Gewindespindel (2) im Eingriff befinden.
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