WO2007042358A1 - Elektromechanische bremse mit kraftspeicher und nachgeschalteter kraftübersetzungseinheit - Google Patents

Elektromechanische bremse mit kraftspeicher und nachgeschalteter kraftübersetzungseinheit Download PDF

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WO2007042358A1
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Akos Semsey
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Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical brake according to the preamble of patent claim 1, which is provided in ⁇ special, but not exclusive, for use in vehicles.
  • Electromechanical brakes only differ in the spread of the field of motor vehicles far ver ⁇ hydraulic or pneumatic brakes characterized in that the brake operating force is not hydraulic or pneuma ⁇ table, but is generated by electromechanical means.
  • Electromechanical motor vehicle brakes of the first generation tried to produce the necessary, significant brake actuation force by means of an electric motor to each wheel brake, which was usually followed by a reduction gear, so that the electric motor is not too large and thus too heavy.
  • Such solutions Lö ⁇ are so far never gone into production.
  • this object is achieved by an operatively connected to the electric actuator coupled reversible force accumulator which acts as together with a force transmission means that, for a taking place by means of the actuator betae ⁇ account the brake stored in the power storage power with increasing actuation of the actuator successively released in the power transmission device and converted by this into an actuation torque is that is indirectly or directly applicable transmitted to the friction lining, wherein the supply ⁇ Actuate the moment with increasing actuation of the actuator in a predetermined manner increases, and that a through d for a release of the brake en friction lining on the power transmission device retroactive, braking inherent restoring force recharges the power storage again.
  • the present invention is based on the idea that Need Beer ⁇ preferential brake force or the required Bremsbet2011i- To cover moment of inertia substantially with the force stored in the force memory and to let the electric actuator only a small proportion steer compared with the required brake actuation force or the required brake actuation torque.
  • "operatively coupled to the electric actuator reversible energy storage” is to be understood that automatically upon actuation of the electric actuator and the energy storage a force corresponding to the extent of actuation of the actuator to the power transmission device.
  • the respective force applied to the force transmission device which is composed of the proportion of the force originating from the energy accumulator and of the proportion of the force contributed by the electric actuator, is "amplified" by the force transmission device, by virtue of this force being transferred into an actuation element which is then gene on the friction lining übertra ⁇ , sen to the latter against the braked member to pres ⁇ is reacted.
  • the force transmission device is configured in such a way, for example by means of a variable lever arm, that the actuating torque increases with increasing actuation travel of the actuator in order to take account of the increased braking requirements which are associated with the increasing actuating travel of the actuator.
  • the force transmission device thus ensures that, despite substantially the same input force, applied by the interaction of the Kraftspei ⁇ chers with the electric actuator, the transmitted from the power transmission device on the friction lining réellebe ⁇ actuating torque increases with increasing actuation of the actuator without the electric Actuator must increase its operating force significantly.
  • the "rising in a predetermined manner actuating torque" means that you can specify by a corresponding design of the power transmission device a certain, desired course of the Nathansbetuschistus, such a course can be linearly increasing, but it can also be progressive or degressive.
  • each brake power supply one of the Actuate the ⁇ when actuated, opposing force builds up, the Inventions according to is used to recharge the energy storage when releasing the brake, so that in the energy storage power is available for a new braking operation.
  • the braking-inherent restoring force results from elastic deformation of the brake components involved in braking, e.g. Compression of the friction lining, expansion of a brake caliper in the case of an electromechanical brake in saddle design etc.
  • the electromechanical brake itself behaves like a spring, which is tensioned when the brake is actuated and released when the brake is released. wherein the relaxation process is used to recharge the energy storage.
  • the increase in the actuating torque predetermined by means of the variable lever arm of the force transmission device via the actuating travel of the actuator preferably compensates at least approximately for the braking-inherent restoring force increasing with the actuating travel.
  • the electric actuator can therefore be designed easily and with a small size.
  • the predetermined increase in the loading ⁇ foundedungsmoments is selected so that the rising of the actuation bremseninpitinpite restoring force is under-compensated, which means that the electric actuator voted a be ⁇ force component in the operating direction needs to be heading to the to achieve desired braking effect.
  • Falls at a thus designed electromechanical brake actuator of the e lectric from the brake open state falls forcibly ih ⁇ ren unconfirmed back.
  • Other exemplary embodiments are designed such that the braking-inherent restoring force increasing with the actuating travel is overcompensated, which means in normal braking operation that the electric actuator has a certain amount of force counter to that
  • Brake actuation direction must be controlled so that in total (only) the desired braking effect is achieved. If the electric actuator fails in such an exemplary embodiment, the electromechanical brake automatically assumes a closed, ie braking state. Such an interpretation is written for specific applications required by law ⁇ , eg for truck brakes.
  • the force transmission device is preferably a transmission with a variable lever arm, ie with a lever arm which becomes larger with increasing actuating travel of the actuator.
  • a transmission with a variable lever arm ie with a lever arm which becomes larger with increasing actuating travel of the actuator.
  • Any type of transmission which the aforementioned requirement ⁇ he filled, can be employed.
  • the braked member of the brake may be a rotatable member, such as a brake disc or a brake drum, it can but also be a linear member, between which and the brake takes place a relative movement.
  • springs that can be used individually or as a spring pack.
  • Such springs are already showing by itself (caused for example by its special geo ⁇ metry) the desired behavior of a rising with increasing betae ⁇ t Trentsweg operating torque.
  • the electromechanical brake according to the invention is a floating-type disc brake for a motor vehicle.
  • Figure 1 is a diagram of an electromechanical brake according to the invention, designed as a floating-blade disc brake for a motor vehicle, and
  • FIG. 1 the structural design of an off ⁇ execution example of an electro-mechanical brake is schematically represents 10 Darge ⁇ , which is designed here as a floating-caliper spot-type disc brake for a motor vehicle.
  • the brake 10 has a rotatable brake disk 12 which in the normal operating state of the brake fixed to the wheel of a not shown here vehicle is connected.
  • An arrow D indicates the main direction of rotation of the brake disk 12 during operation, ie the direction of rotation when moving forward.
  • the brake disc 12 is covered by a floating caliper 14, the disc parallel to the not shown rotational axis of the brake ⁇ 12 is slidably attached to an only indicated here brake carrier 16, which is connected in the installed state of the brake 10 with a vehicle-fixed component, usually measured using a Part of a suspension.
  • a first friction lining 18 by means of a first lining carrier plate 20, with which the friction lining 18 is fixedly connected, guided so that it can be moved to the brake disc 12 and away from it.
  • the carrier plate by means of an associated lining ⁇ 24 is attached to the floating caliper fourteenth
  • an electrical actuator 26 for example, an electric motor, which is about a drive ⁇ pinion 28 rotatably mounted in the brake carrier 16, externally toothed disc 30 is able to rotate.
  • a first pin 32 is fixed, on which a first sleeve 34 is rotatably mounted. Further, a second pin 36 is secured to the disc 30, on which a second sleeve 38 is rotatably mounted.
  • a distance M between the center of the first pin 32 and the axis of rotation of the disc 30 is greater than a distance N between the center of the second pin 36 and the axis of rotation of the disc 30th
  • the first pin 32 is connected via its sleeve 34 in contact with the one side of a displaceably guided piston 40, on the other side of a compression spring 42 acts, which is at least in the initial state of the brake 10 shown in Figure 1 in a compressed state.
  • the second pin 36 is in contact with an actuator via its sleeve 38.
  • wedge 44 which is relative to the first friction lining 18, more precisely its lining carrier plate 20, parallel to the brake disc 12 slidably mounted.
  • the actuating wedge 44 is supported in a likewise displaceably mounted manner at a wedge angle ⁇ on an abutment 46, which is attached to the floating caliper 14.
  • the two friction linings 18, 22 must be moved into contact with the brake disk 12.
  • the electric actuator 26 must rotate its drive pinion 28 in the counterclockwise direction and thereby apply a first actuation torque to the disc 30, which then begins to rotate in a clockwise direction.
  • This first actuation torque acts on the actuating wedge 44 via the second journal 36 or the sleeve 38 mounted rotatably on it.
  • the center point of the first journal 32 is on the line of action of the force of rotation of the disk 30 Force exerted by the spring 42 via the piston 40 on the first pin 32 (initial state).
  • the spring 42 exerts no actuating torque on the actuating wedge 44, since the lever arm of the spring force with respect to the actuating wedge 44 in this initial state is zero. Due to the initiated by the first operating moment
  • the force of the spring 42 provides the largest part of the respectively required actuating torque, while the electric actuator 26 only has to supply a small part of the required actuating torque.
  • the 42 serving as energy storage Fe ⁇ the 42 is designed so that it at maximum power transmission of the power transmission device, in the present case, when the disk 30 has rotated from its initial position by 90 degrees, is completely or at least almost fully relaxed ,
  • FIG. 2 shows a diagram in which the individual moments are plotted over the actuating angle of the actuator, more precisely the disk 30.
  • a first curve A shows the course of the braking inherent restoring force which builds up during a braking operation with increasing actuating travel or the restoring torque resulting from this force. Since this return torque is directed counter to the actuating torque, it has a negative sign.
  • a curve B shows the course of the actuation torque caused by the force of the spring 42 and the downstream force transmission device, which was referred to above as the second actuation torque.
  • This second operating torque is the course over its readiness ge ⁇ entire course of magnitude smaller than the restoring torque according illustrates the curve A.
  • a curve C of the electric actuator 26 via the operating angle Asked actuating torque which has been referred to above as the first operating torque.
  • the sum of the first and second ⁇ Actuate the resulting moment supply a magnitude value corresponding to the associated value of the restoring moment. It can be seen that the operating moment provided by the electric actuator 26 is in any case small compared to the actuating moment, which is generated by means of the force of the spring 42.
  • the electric actuator 26 can therefore be made small and lightweight.
  • the force profile shown in Figure 2 is merely exempla ⁇ driven and can be modified by a different interpretation of the energy accumulator and / or downstream of the power transmission device such as it is for a given application at vorteilhaftesten. While an exemplary ⁇ example has been described, in which the electric Ak ⁇ tuator 26 is heading for a small portion of the total operating torque, can be provided in other embodiments, that resulting from the energy storage and the downstream power transmission device operating torque resulting from the braking inherent restoring force restoring moment overcompensated, so that the electric Ak ⁇ tuator must apply a moment for controlling the braking operation, which is opposite to the actuating torque, which is exerted by means of energy storage and downstream power transmission device.
  • any other force transmission device can be used which provides a desired force transmission variable over the actuation path.
  • the operation of the first friction pad 18 is not limited solution 44 used in the manner shown, an actuating wedge, son ⁇ countries it may instead be present other means for actuating the or of the friction linings.
  • the power transmission device can act directly on a friction lining.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem abzubremsenden Glied (z.B. Bremsscheibe 12), wenigstens einem Reibbelag (18) zum reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied, und einem elektrischen Aktuator (26) zum Bewegen des Reibbelages (18) in reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied. Um eine solche elektromechanische Bremse (10) konstruktiv und energetisch vorteilhafter zu gestalten, ist ein betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator (26) gekoppelter, reversibler Kraftspeicher (z.B. Feder 42) vorgesehen, der so mit einer Kraftübersetzungseinrichtung (30, 32, 36) zusammenwirkt, dass bei einer mittels des Aktuators (26) erfolgenden Betätigung der Bremse (10) die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators (26) sukzessive an die Kraftübersetzungseinrichtung abgegeben und von dieser in ein mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators (26) auf vorgegebene Weise ansteigendes Betätigungsmoment umgesetzt wird, welches mittelbar oder unmittelbar auf den Reibbelag (18) übertragen wird. Bei einem Lösen der Bremse lädt eine über den Reibbelag (18) auf die Kraftübersetzungseinrichtung zurückwirkende, bremseninhärente Rückstellkraft den Kraftspeicher wieder auf.

Description

Beschreibung
Elektromechanische Bremse mit Kraftspeicher und nachgeschal¬ teter Kraftübersetzungseinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die ins¬ besondere, aber nicht ausschließlich, zur Verwendung in Fahrzeugen vorgesehen ist. Elektromechanische Bremsen unterschei- den sich von den auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge weit ver¬ breiteten hydraulischen oder pneumatischen Bremsen dadurch, dass die Bremsbetätigungskraft nicht hydraulisch oder pneuma¬ tisch, sondern auf elektromechanischem Wege erzeugt wird.
Elektromechanische Kraftfahrzeugbremsen der ersten Generation versuchten, die notwendige, erhebliche Bremsbetätigungskraft mittels eines Elektromotors an jeder Radbremse zu erzeugen, dem in der Regel ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet war, damit der Elektromotor nicht zu groß und damit zu schwer wird. Die gewählten, zum Teil sehr großen Untersetzungsverhältnisse im Bereich von 1:200 verschlechterten allerdings das dynamische Verhalten der Bremse stark, was solche Lösun¬ gen insgesamt unbefriedigend erscheinen ließ. Derartige Lö¬ sungen sind deshalb bisher auch nie in Serie gegangen.
Deutlich vielversprechender sind elektromechanische Bremsen mit Selbstverstärkung, da diese Art elektromechanischer Bremsen nur einen relativ kleinen elektrischen Aktuator benötigt und sich den Großteil der erforderlichen Bremsbetätigungs- kraft aus der kinetischen Energie des sich bewegenden, abzubremsenden Gliedes der Bremse holt, beispielsweise aus einer sich im Fahrzeugbetrieb drehenden Bremsscheibe. Die grund¬ sätzliche Funktionsweise solcher elektromechanischer Bremsen mit Selbstverstärkung ist im deutschen Patent 198 19 654 be- schrieben. Aufgrund des Funktionsprinzips können hohe Brems- betätigungskräfte allerdings nur dann erreicht werden, wenn sich ein Fahrzeug, in das eine solche elektromechanische Bremse mit Selbstverstärkung eingebaut ist, bewegt. Es besteht daher nach wie vor der Wunsch nach einer elektro- mechanischen Bremse, die zur Erzielung hoher Bremsbetäti- gungskräfte sowohl während einer Bewegung z.B. eines Fahrzeu- ges als auch im Stillstand, d.h. unabhängig davon, ob das ab¬ zubremsende Glied der Bremse sich in Bewegung befindet oder nicht sowie darüber hinaus unabhängig von der (Dreh) Richtung dieses Gliedes, einen nur kleinen elektrischen Aktuator benötigt. Generelle Vorteile elektromechanischer Kraftfahrzeug- bremsen sind die einfache Installierbarkeit bei der Fahrzeug¬ herstellung (bisher benötigte Hydraulikleitungen entfallen) und die problemlose Integrierbarkeit in die zur Ansteuerung und zum Betrieb der Bremse notwendigen elektronischen Steuerungen (Fahrerassistenzfunktionen wie ABS, ESP, EBV, EDS etc. sind ohne aufwändige Elektromagnetventile realisierbar) .
Ausgehend von einer elektromechanischen Bremse mit einem abzubremsenden Glied, wenigstens einem Reibbelag zum reib¬ schlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied, und einem elektrischen Aktuator zum Bewegen des Reibbelages in reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator gekoppelten, reversiblen Kraftspeicher, der so mit einer Kraftübersetzungseinrichtung zusammen- wirkt, dass bei einer mittels des Aktuators erfolgenden Betä¬ tigung der Bremse die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators sukzessive an die Kraftübersetzungseinrichtung abgegeben und von dieser in ein Betätigungsmoment umgesetzt wird, das mittelbar oder unmit- telbar auf den Reibbelag übertragen wird, wobei das Betäti¬ gungsmoment mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators auf vorgegebene Weise ansteigt, und dass bei einem Lösen der Bremse eine über den Reibbelag auf die Kraftübersetzungseinrichtung zurückwirkende, bremseninhärente Rückstellkraft den Kraftspeicher wieder auflädt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die benö¬ tigte Bremsbetätigungskraft bzw. das benötigte Bremsbetäti- gungsmoment im Wesentlichen mit der in dem Kraftspeicher gespeicherten Kraft abzudecken und den elektrischen Aktuator nur einen verglichen mit der benötigten Bremsbetätigungskraft bzw. dem benötigten Bremsbetätigungsmoment geringen Anteil zusteuern zu lassen. In diesem Zusammenhang ist "betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator gekoppelter reversibler Kraftspeicher" so zu verstehen, dass bei einer Betätigung des elektrischen Aktuators automatisch auch der Kraftspeicher eine Kraft entsprechend dem Ausmaß der Betätigung des Aktuators an die Kraftübersetzungseinrichtung abgibt. Die an der Kraftübersetzungseinrichtung jeweils anliegende Kraft, die sich aus dem Anteil der aus dem Kraftspeicher stammenden Kraft und aus dem Anteil der von dem elektrischen Aktuator beigesteuerten Kraft zusammensetzt, wird von der Kraftübersetzungsein- richtung "verstärkt", indem diese Kraft in ein Betätigungsmo¬ ment umgesetzt wird, welches dann auf den Reibbelag übertra¬ gen wird, um Letzteren gegen das abzubremsende Glied zu pres¬ sen. Die Kraftübersetzungseinrichtung ist dabei so ausgestaltet, beispielsweise mittels eines variablen Hebelarmes, dass das Betätigungsmoment mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators ansteigt, um den erhöhten Bremsanforderungen Rechnung zu tragen, die mit dem zunehmenden Betätigungsweg des Aktuators einhergehen. Die Kraftübersetzungseinrichtung sorgt also dafür, dass trotz im Wesentlichen gleicher Eingangs- kraft, aufgebracht durch das Zusammenwirken des Kraftspei¬ chers mit dem elektrischen Aktuator, das von der Kraftübersetzungseinrichtung auf den Reibbelag übertragene Ausgangsbe¬ tätigungsmoment mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators zunimmt, ohne dass der elektrische Aktuator seine Betäti- gungskraft signifikant erhöhen muss. Das "auf vorgegebene Weise ansteigende Betätigungsmoment" meint dabei, dass man durch eine entsprechende Auslegung der Kraftübersetzungseinrichtung einen bestimmten, gewünschten Verlauf des Ausgangsbetätigungsmomentes vorgeben kann. Ein solcher Verlauf kann linear ansteigend sein, er kann aber auch progressiv oder degressiv sein. Mit "bremseninhärenter Rückstellkraft" ist gemeint, dass jede Bremse bei ihrer Betätigung eine der Betäti¬ gungskraft entgegengerichtete Kraft aufbaut, die erfindungs- gemäß dazu benutzt wird, den Kraftspeicher beim Lösen der Bremse wieder aufzuladen, damit in dem Kraftspeicher Kraft für einen neuen Bremsvorgang zur Verfügung steht.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße elektromechanische
Bremse so ausgestaltet, dass ihr Kraftspeicher dann, wenn der elektrische Aktuator seinen maximalen Betätigungsweg erreicht hat, vollständig oder nahezu vollständig entleert ist. Zwar wäre ein Betreiben des Kraftspeichers auf Niveaus zwischen 100 % und beispielsweise 50 % der in ihm gespeicherten Kraft ebenfalls möglich, jedoch ist unter energetischen Gesichtspunkten eine vollständige oder nahezu vollständige Entleerung des Aktuators bei maximaler Bremsbetätigung günstiger. Ein solcher, energetisch günstiger Betrieb erfordert allerdings eine relativ hohe Kraftübersetzung durch die Kraftübersetzungseinrichtung im Bereich des maximalen Betätigungsweges des Aktuators, um das dann erforderliche hohe Bremsbetäti- gungsmoment erzielen zu können.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse resultiert die bremseninhärente Rückstellkraft aus einer elastischen Verformung der bei einer Bremsung beteiligten Bremsenbauteile, z.B. aus einer Komprimierung des Reibbelages, aus einer Aufweitung eines Bremssat- tels im Falle einer elektromechanischen Bremse in Sattelbauweise etc. Die elektromechanische Bremse selbst verhält sich demnach wie eine Feder, die bei einer Betätigung der Bremse gespannt und bei einem Lösen der Bremse wieder entspannt wird, wobei der Entspannungsvorgang dazu verwendet wird, den Kraftspeicher wieder aufzuladen.
Der mittels des variablen Hebelarms der Kraftübersetzungseinrichtung über den Betätigungsweg des Aktuators vorgegebene Anstieg des Betätigungsmoments kompensiert vorzugsweise zu- mindest ungefähr die mit dem Betätigungsweg ansteigende, bremseninhärente Rückstellkraft. Das bedeutet für den elekt¬ rischen Aktuator, dass dieser über seinen gesamten Betätigungsweg nur dazu in der Lage sein muss, eine Betätigungs- kraft liefern zu können, die verglichen mit der insgesamt benötigten Bremsbetätigungskraft bzw. dem insgesamt benötigten Bremsbetätigungsmoment klein ist. Der elektrische Aktuator kann demzufolge leicht und mit geringer Baugröße ausgeführt sein.
Bei manchen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen e- lektromechanischen Bremse ist der vorgegebene Anstieg des Be¬ tätigungsmoments so gewählt, dass die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rückstellkraft unterkompensiert wird, was bedeutet, dass der elektrische Aktuator einen be¬ stimmten Kraftanteil in Betätigungsrichtung zusteuern muss, um die gewünschte Bremswirkung zu erzielen. Fällt bei einer solchermaßen ausgelegten elektromechanischen Bremse der e- lektrische Aktuator aus, fällt die Bremse zwangsweise in ih¬ ren unbetätigten, offenen Zustand zurück. Andere Ausführungsbeispiele sind so gestaltet, dass die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rückstellkraft überkompensiert wird, was im normalen Bremsbetrieb bedeutet, dass der elekt- rische Aktuator einen gewissen Kraftanteil entgegen der
Bremsbetätigungsrichtung zusteuern muss, damit in Summe (nur) die gewünschte Bremswirkung erzielt wird. Fällt bei einem solchen Ausführungsbeispiel der elektrische Aktuator aus, nimmt die elektromechanische Bremse selbsttätig einen ge- schlossenen, d.h. bremsenden Zustand ein. Eine solche Auslegung ist für bestimmte Anwendungsfälle gesetzlich vorge¬ schrieben, z.B. für Lastwagenbremsen.
Bei allen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Bremse ist die Kraftübersetzungseinrichtung vorzugsweise ein Getriebe mit variablem Hebelarm, d.h. mit einem Hebelarm, der mit steigendem Betätigungsweg des Aktuators größer wird. Jegliche Art von Getriebe, welches die vorgenannte Anforderung er¬ füllt, kann zum Einsatz gelangen.
Das abzubremsende Glied der Bremse kann ein drehbares Glied sein, z.B. eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel, es kann aber auch ein lineares Glied sein, zwischen dem und der Bremse eine Relativbewegung stattfindet.
Als Kraftspeicher der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse eignen sich besonders komprimierte Federn, die einzeln oder als Federpaket eingesetzt werden können. Es existieren auch Federn, die eine geeignete Kraftübersetzungseinrichtung sozusagen bereits eingebaut haben, beispielsweise Teller¬ bzw. Membranfedern, wie sie heutzutage in Kraftfahrzeugkupp- lungen Verwendung finden. Solche Federn zeigen bereits aus sich heraus (bedingt beispielsweise durch ihre spezielle Geo¬ metrie) das gewünschte Verhalten eines mit zunehmendem Betä¬ tigungsweg ansteigenden Betätigungsmomentes.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße elektromechanische Bremse eine Schwimmsattel- Teilbelagscheibenbremse für ein Kraftfahrzeug.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromecha- nischen Bremse wird im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 ein Schema einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse, ausgestaltet als Schwimmsattel- Teilbelagscheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, und
Figur 2 ein Moment-Betätigungswinkel-Diagramm, welches einen beispielhaften Verlauf von in dem Ausführungsbei¬ spiel gemäß Figur 1 wirkenden Kräften veranschau- licht.
In Figur 1 ist schematisch der konstruktive Aufbau eines Aus¬ führungsbeispiels einer elektromechanischen Bremse 10 darge¬ stellt, die hier als Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.
Die Bremse 10 weist eine drehbare Bremsscheibe 12 auf, die im normalen Betriebszustand der Bremse fest mit dem Rad eines hier nicht gezeigten Fahrzeuges verbunden ist. Ein Pfeil D gibt die Hauptdrehrichtung der Bremsscheibe 12 im Betrieb an, d.h. die Drehrichtung bei Vorwärtsfahrt.
Die Bremsscheibe 12 wird überspannt von einem Schwimmsattel 14, der parallel zur nicht gezeigten Drehachse der Brems¬ scheibe 12 verschieblich an einem hier nur angedeuteten Bremsträger 16 befestigt ist, welcher im Einbauzustand der Bremse 10 mit einem fahrzeugfesten Bauteil verbunden ist, üb- licherweise mit einem Teil einer Radaufhängung. In dem Bremsträger 16 ist ein erster Reibbelag 18 mittels einer ersten Belagträgerplatte 20, mit der der Reibbelag 18 fest verbunden ist, derart geführt, dass er zur Bremsscheibe 12 hin und von dieser weg bewegt werden kann. Gegenüber dem ersten Reibbelag 18 ist auf der anderen Seite der Bremsscheibe 12 ein zweiter Reibbelag 22 angeordnet, der mittels einer zugehörigen Belag¬ trägerplatte 24 am Schwimmsattel 14 befestigt ist.
Zum Betätigen der Bremse 10 dient ein elektrischer Aktuator 26, beispielsweise ein Elektromotor, der über ein Antriebs¬ ritzel 28 eine im Bremsträger 16 drehbar gelagerte, außen verzahnte Scheibe 30 zu drehen vermag.
Auf der Scheibe 30 ist ein erster Zapfen 32 befestigt, auf dem eine erste Hülse 34 drehbar gelagert ist. Ferner ist auf der Scheibe 30 ein zweiter Zapfen 36 befestigt, auf dem eine zweite Hülse 38 drehbar gelagert ist. Ein Abstand M zwischen dem Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 und der Drehachse der Scheibe 30 ist größer als ein Abstand N zwischen dem Mittel- punkt des zweiten Zapfens 36 und der Drehachse der Scheibe 30.
Der erste Zapfen 32 steht über seine Hülse 34 in Kontakt mit der einen Seite eines verschieblich geführten Kolbens 40, auf dessen andere Seite eine Druckfeder 42 wirkt, die sich zumindest in dem in Figur 1 gezeigten Ausgangszustand der Bremse 10 in komprimiertem Zustand befindet. Der zweite Zapfen 36 steht über seine Hülse 38 in Kontakt mit einem Betätigungs- keil 44, der bezüglich des ersten Reibbelags 18, genauer dessen Belagträgerplatte 20, parallel zur Bremsscheibe 12 hin und her verschiebbar gelagert ist. Der Betätigungskeil 44 stützt sich in ebenfalls verschieblich gelagerter Weise unter einem Keilwinkel α an einem Widerlager 46 ab, welches am Schwimmsattel 14 befestigt ist.
Im Folgenden wird die Funktion der Bremse 10 näher erläutert. Um einen Bremsvorgang auszuführen, müssen die beiden Reibbe- läge 18, 22 in Kontakt mit der Bremsscheibe 12 bewegt werden. Hierzu muss der elektrische Aktuator 26 sein Antriebsritzel 28 im Gegenuhrzeigersinn drehen und dabei ein erstes Betätigungsmoment auf die Scheibe 30 aufbringen, die sich daraufhin beginnt, im Uhrzeigersinn zu drehen. Dieses erste Betäti- gungsmoment wirkt über den zweiten Zapfen 36 bzw. die auf ihm drehbar gelagerte Hülse 38 auf den Betätigungskeil 44. Bevor die Scheibe 30 sich dreht, befindet sich der Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 auf der die Drehachse der Scheibe 30 schneidenden Kraftwirkungslinie der Kraft, welche die Feder 42 über den Kolben 40 auf den ersten Zapfen 32 ausübt (Ausgangszustand) . In diesem Ausgangszustand übt die Feder 42 kein Betätigungsmoment auf den Betätigungskeil 44 aus, da der Hebelarm der Federkraft bezüglich des Betätigungskeils 44 in diesem Ausgangszustand Null ist. Aufgrund der von dem ersten Betätigungsmoment eingeleiteten
Verdrehung der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn bewegt sich jedoch der Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 von der Kraftwirkungs¬ linie der Feder 42 weg (in Figur 1 nach unten) , so dass nunmehr ein zweites Betätigungsmoment entsteht, dessen Größe sich aus der auf den Kolben 40 wirkenden Federkraft und der Größe des durch die Verdrehung erzeugten Hebelarmes zwischen der Kraftwirkungslinie der Feder und dem Zentrum des ersten Zapfens 32 ergibt. Ebenso wie das vom elektrischen Aktuator 26 erzeugte erste Betätigungsmoment wirkt auch das zweite Be- tätigungsmoment über den zweiten Zapfen 36, genauer über dessen Hülse 38, auf den Betätigungskeil 44. Auf den Betäti¬ gungskeil 44 wirkt somit ein Gesamtbetätigungsmoment, das sich aus der Addition des ersten Betätigungsmoments und des zweiten Betätigungsmoments ergibt. Das Gesamtbetätigungsmo- ment verlagert, ausgelöst durch die mit ihm einhergehende Verdrehung der Scheibe 30, den Betätigungskeil 44 in Figur 1 nach links, wodurch der Betätigungskeil 44, aufgrund seiner unter dem Keilwinkel α erfolgenden Abstützung am Widerlager 46, zugleich den ersten Reibbelag 18 gegen die Bremsscheibe 12 presst. Durch die dabei entstehenden, Fachleuten auf diesem Gebiet bekannten Reaktionskräfte verschiebt der Schwimm¬ sattel 14 sich parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 12 und sorgt auf diese Weise dafür, dass auch der zweite Reibbelag 22 gegen die Bremsscheibe 12 gepresst wird.
Mit steigendem Gesamtbetätigungsmoment verhalten sich be¬ stimmte Bauteile der Bremse 10, insbesondere die beiden Reib- beläge 18 und 22 sowie der Schwimmsattel 14, wie eine Feder, die zunehmend gespannt wird, denn das Material der Reibbeläge 18, 22 wird durch die wirkenden Kräfte komprimiert und der Schwimmsattel 14 weitet sich elastisch auf. Es entsteht also eine bremseninhärente Rückstellkraft, die der Bremsbetäti- gungskraft bzw. dem Bremsbetätigungsmoment entgegenwirkt und die überwunden werden muss, um einen Bremsvorgang zu erzeugen. Ersichtlich wird diese bremseninhärente Rückstellkraft immer größer, je größer das Gesamtbetätigungsmoment der Brem¬ se ist, was nichts anderes heißt, als dass zur Erzielung ei- ner zunehmenden Bremskraft ein ebenfalls zunehmendes Gesamt¬ betätigungsmoment bereitgestellt werden muss.
Bei der dargestellten Bremse 10 ergibt sich das bei zunehmender Bremskraft erforderliche zunehmende Gesamtbetätigungsmo- ment auf elegante und energetisch sehr vorteilhafte Weise durch die Kraft der Feder 42, die über den Kolben 40 und die eine Kraftübersetzungseinrichtung darstellende Einheit aus Scheibe 30, erstem Zapfen 32 und zweitem Zapfen 36 auf den Betätigungskeil 44 wirkt. Mit steigendem Verdrehwinkel der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn wächst der zwischen dem Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 und der Kraftwirkungslinie der Feder 42 vorhandene Hebelarm an bis zum maximalen Hebelarm M, der bei einer Verdrehung der Scheibe 30 um 90° verglichen mit dem Ausgangszustand erreicht wird, während gleichzeitig der zwischen dem Mittelpunkt des zweiten Zapfens 36 und der Dreh¬ achse der Scheibe 30 gebildete Hebelarm ausgehend von seinem Maximalwert N, der im Ausgangszustand der Bremse 10 vorliegt, kontinuierlich abnimmt und einen Wert Null dann erreicht, wenn die Scheibe 30 sich um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht hat. Mit anderen Worten, das Kraftübersetzungsverhältnis der Kraftübersetzungseinrichtung vergrößert sich bei einer Drehung der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn ständig und erreicht nach einer Drehung der Scheibe 30 um 90 Grad zumindest theo¬ retisch den Wert unendlich. Auf diese Weise stellt die Kraft der Feder 42 den größten Teil des jeweils benötigten Betätigungsmoments bereit, während der elektrische Aktuator 26 nur einen kleinen Teil des benötigten Betätigungsmoments beisteu- ern muss. Vorzugsweise ist die als Kraftspeicher dienende Fe¬ der 42 so ausgelegt, dass sie bei maximaler Kraftübersetzung der Kraftübersetzungseinrichtung, im vorliegenden Fall also dann, wenn die Scheibe 30 sich aus ihrer Ausgangsstellung um 90 Grad gedreht hat, vollkommen oder jedenfalls nahezu voll- kommen entspannt ist.
Zur Verdeutlichung der beschriebenen Verläufe des Betätigungsmoments wird auf Figur 2 verwiesen, die ein Diagramm zeigt, in der die einzelnen Momente über den Betätigungswin- kel des Aktuators, genauer der Scheibe 30, aufgetragen sind. Eine erste Kurve A zeigt dabei den Verlauf der sich während einer Bremsbetätigung mit zunehmendem Betätigungsweg aufbauenden bremseninhärenten Rückstellkraft bzw. das aus dieser Kraft resultierende Rückstellmoment. Da dieses Rückstellmo- ment dem Betätigungsmoment entgegengerichtet ist, weist es ein negatives Vorzeichen auf. Eine Kurve B zeigt den Verlauf des mittels der Kraft der Feder 42 und der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung bewirkten Betätigungsmoments, das obenstehend als zweites Betätigungsmoment bezeichnet wor- den war. Dieses zweite Betätigungsmoment ist über seinen ge¬ samten Verlauf betragsmäßig kleiner als Rückstellmoment gemäß der Kurve A. Eine Kurve C veranschaulicht den Verlauf des vom elektrischen Aktuators 26 über den Betätigungswinkel bereit- gestellten Betätigungsmoments, welches obenstehend als erstes Betätigungsmoment bezeichnet worden war. Bei gegebenem Betä¬ tigungswinkel ergibt die Summe aus erstem und zweitem Betäti¬ gungsmoment betragsmäßig einen Wert, der dem zugehörigen Wert des Rückstellmoments entspricht. Man erkennt, dass das vom elektrischen Aktuator 26 bereitgestellte Betätigungsmoment in jedem Fall klein ist gegenüber dem Betätigungsmoment, welches mittels der Kraft der Feder 42 erzeugt wird. Der elektrische Aktuator 26 kann deshalb klein und leicht ausgeführt werden.
Der in Figur 2 gezeigte Kraftverlauf ist lediglich exempla¬ risch und kann durch eine andere Auslegung des Kraftspeichers und/oder der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung so modifiziert werden, wie es für einen gegebenen Anwendungsfall am vorteilhaftesten ist. Während vorstehend ein Ausführungs¬ beispiel beschrieben worden ist, bei dem der elektrische Ak¬ tuator 26 einen geringen Anteil des Gesamtbetätigungsmoments zusteuert, kann bei anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass das aus dem Kraftspeicher und der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung resultierende Betätigungsmoment das aus der bremseninhärenten Rückstellkraft resultierende Rückstellmoment überkompensiert, so dass der elektrische Ak¬ tuator zum Steuern des Bremsvorganges ein Moment aufbringen muss, welches dem Betätigungsmoment entgegengerichtet ist, das mittels Kraftspeicher und nachgeschalteter Kraftübersetzungseinrichtung ausgeübt wird. Ebenso versteht es sich, dass anstelle der dargestellten und beschriebenen Kraftübersetzungseinrichtung jede andere Kraftübersetzungseinrichtung zum Einsatz kommen kann, die eine gewünschte, über den Betäti- gungsweg variable Kraftübersetzung bereitstellt. Auch ist die Betätigung des ersten Reibbelags 18 nicht auf die gezeigte, einen Betätigungskeil 44 verwendende Lösung beschränkt, son¬ dern es können stattdessen andere Einrichtungen zur Betätigung des oder der Reibbeläge vorhanden sein. Auch kann die Kraftübersetzungseinrichtung unmittelbar auf einen Reibbelag wirken . Beim Lösen der Bremse 10 führt die beschriebene, bremseninhä¬ rente Rückstellkraft bzw. das aus dieser Kraft resultierende Rückstellmoment dazu, dass die oben beschriebenen, bei einer Betätigung der Bremse auftretenden Vorgänge sich umkehren, d.h. der Betätigungskeil 44 verschiebt sich parallel zur
Bremsscheibe 12 in Figur 1 nach rechts, die Scheibe 30 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn zurück in ihre in Figur 1 gezeigte Ausgangsstellung, und die Feder 42 wird gleichzeitig wieder komprimiert bzw. "aufgeladen", um für einen erneuten Bremsvorgang Kraft zur Verfügung stellen zu können. Das Spannen und Entspannen der Feder 42 ist somit reversibel, elekt¬ rische Energie wird somit nur für den relativ kleinen Teil des Gesamtbetätigungsmoments verbraucht, welches der elektri¬ sche Aktuator 26 entweder in Betätigungsrichtung oder entge- gen der Betätigungsrichtung aufbringen muss.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanische Bremse (10), insbesondere für Kraft- fahrzeuge, mit einem abzubremsenden Glied, wenigstens einem Reibbelag (18) zum reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied, und einem elektrischen Aktuator (26) zum Bewegen des Reibbela- ges (18) in reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied, gekennzeichnet durch einen betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator (26) gekoppelten reversiblen Kraftspeicher, der so mit einer Kraft- Übersetzungseinrichtung zusammenwirkt, dass bei einer mittels des Aktuators (26) erfolgenden Betätigung der Bremse (10) die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft mit zunehmendem Betäti¬ gungsweg des Aktuators (26) sukzessive an die Kraftüberset¬ zungseinrichtung abgegeben und von dieser in ein mit zuneh- mendem Betätigungsweg des Aktuators (26) auf vorgegebene Wei¬ se ansteigendes Betätigungsmoment umgesetzt wird, das mittel¬ bar oder unmittelbar auf den Reibbelag (18) übertragen wird, und dass bei einem Lösen der Bremse eine über den Reibbelag (18) auf die Kraftübersetzungseinrichtung zurückwirkende, bremseninhärente Rückstellkraft den Kraftspeicher wieder auf¬ lädt.
2. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher dann, wenn der elektrische Aktuator (26) seinen maximalen Betätigungsweg er¬ reicht hat, vollständig oder nahezu vollständig entleert ist.
3. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bremseninhärente Rückstell- kraft aus der elastischen Verformung der im Rahmen einer Bremsung beteiligten Bremsenbauteile resultiert.
4. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Betätigungsweg vor¬ gegebene Anstieg des Betätigungsmoments zumindest ungefähr die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rück- stellkraft kompensiert.
5. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Betätigungsweg an¬ steigende bremseninhärente Rückstellkraft unterkompensiert wird.
6. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Betätigungsweg an¬ steigende bremseninhärente Rückstellkraft überkompensiert wird.
7. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübersetzungseinrichtung ein Getriebe (30, 32, 36) ist.
8. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abzubremsende Glied eine Bremsscheibe (12) ist.
9. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher eine kompri- mierte Feder (42) ist.
10. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Tellerfeder ist, deren abgegebenes Betätigungsmoment mit zunehmendem Betäti- gungsweg ansteigt.
11. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (10) eine Schwimmsat¬ tel-Teilbelagscheibenbremse ist.
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