WO2008104455A1

WO2008104455A1 - Elektrohydraulische oder elektropneumatische bremse mit kraftspeicher

Info

Publication number: WO2008104455A1
Application number: PCT/EP2008/051648
Authority: WO
Inventors: Akos Semsey
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2008-09-04
Also published as: DE102007009743A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremse (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem abzubremsenden Glied (12), wenigstens einem Reibbelag (18) zum reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied (12), einem elektrischen Aktuator (26), und einem Kraftspeicher (42). Eine Kraftübersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) wirkt derart mit dem Aktuator (26) zusammen, dass sie die von dem Aktuator (26) abgegebene Kraft in ein erstes Betätigungsmoment umsetzt, und wirkt derart mit dem Kraftspeicher (42) zusammen, dass sie die im Kraftspeicher (42) gespeicherte Kraft in ein zweites Betätigungsmoment umsetzt, wobei sich das Gesamtbetätigungsmoment aus dem ersten und dem zweiten Betätigungsmoment zusammensetzt. Eine hydraulische oder pneumatische Übertragungsvorrichtung (5, 6, 7, 15, 4) dient zum Übertragen der von dem Gesamtbetätigungsmoment hervorgerufenen Kraft von der Kraftübersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) mittelbar oder unmittelbar auf den Reibbelag (18).

Description

Beschreibung

Elektrohydraulische oder elektropneumatische Bremse mit Kraftspeicher

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrohydraulische oder elektropneumatische Bremse, die insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Verwendung in Fahrzeugen geeignet ist.

Bei elektrischen Bremsen wird die von dem Fahrer eines Fahrzeugs ausgeübte Pedalkraft als elektrisches Signal an ein Steuergerat übertragen. Von diesem kann dann, insbesondere nach Auswertung von Sensorenwerten, die Bremskraft eingestellt werden. Es erfolgt somit direkt am Bremspedal keine hydraulische Übertragung der Betatigungskraft . Vielmehr dienen der Pedalweggeber und der vom Pedal erzeugte Kraft als Signale für die Steuerung der Bremse. Um dem Fahrer das von der hydraulischen Bremse gewohnte Gefühl zu erhalten, kann eine Gegenkraft am Bremspedal erzeugt werden.

Die für eine elektrische Fahrzeugbremse benotigte elektrische Energie übersteigt bei weitem die durch das Bordnetz zur Verfugung gestellte. Dies ist insbesondere angesichts der Tatsache bedeutsam, dass ein 42-V-Netz wohl in absehbarer Zeit nicht eingeführt wird. Daher wird nach Mechanismen gesucht, welche bei einer elektrischen Bremse ein Teil der für die Bremse benotigten Energie auf nicht-elektrischem Weg zur Verfugung stellen.

Ein Beispiel hierfür ist die rein elektromechanische Kraftfahrzeugbremse mit Selbstverstarkung, da diese Art elektrome- chanischer Bremsen nur einen relativ kleinen elektrischen Ak- tuator benotigt und sich den Großteil der erforderlichen Bremsbetatigungskraft aus der kinetischen Energie des sich bewegenden, abzubremsenden Gliedes der Bremse holt, beispielsweise aus einer sich im Fahrzeugbetrieb drehenden Bremsscheibe . Es besteht jedoch der Wunsch nach einer elektrischen Bremse, die zur Erzielung hoher Bremsbetatigungskrafte sowohl wahrend einer Bewegung z.B. eines Fahrzeuges als auch im Stillstand, d.h. unabhängig davon, ob das abzubremsende Glied der Bremse sich in Bewegung befindet oder nicht, sowie darüber hinaus unabhängig von der Drehrichtung dieses Gliedes, einen nur kleinen elektrischen Aktuator benotigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente e- lektrische Bremse aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird durch eine Bremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteranspruchen .

Die erfindungsgemaße Bremse, welche sich für ein Kraftfahrzeug eignet, jedoch nicht auf diese Verwendungsweise beschrankt ist, umfasst ein abzubremsendes Glied und wenigstens einen Reibbelag zum reibschlussigen Eingriff mit dem abzu- bremsenden Glied. Ferner ist ein elektrischer Aktuator und ein Kraftspeicher vorgesehen. Eine Kraftubersetzungseinrich- tung wirkt derart mit dem Aktuator zusammen, dass sie die von dem Aktuator abgegebene Kraft in ein erstes Betatigungsmoment umsetzt. Weiterhin wirkt sie derart mit dem Kraftspeicher zu- sammen, dass sie die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft in ein zweites Betatigungsmoment umsetzt. Hierbei setzt sich das Gesamtbetatigungsmoment aus dem ersten und dem zweiten Betatigungsmoment zusammen. Schließlich ist eine hydraulische o- der pneumatische Ubertragungsvorrichtung vorhanden zum Uber- tragen der von dem Gesamtbetatigungsmoment hervorgerufenen Kraft von der Kraftubersetzungseinrichtung unmittelbar oder mittelbar auf den Reibbelag.

Das Gesamtbetatigungsmoment, welches an der Kraftuberset- zungseinrichtung vorhanden ist bzw. von der Kraftuberset- zungseinrichtung umgesetzt wird, besteht aus der Komponente des von dem Aktuator hervorgerufenen Betatigungsmoments und der Komponente des von dem Kraftspeicher hervorgerufenen Be- tatigungsmoments . Hierbei ist es möglich, dass zumindest bei manchen Bremsvorgangen die erste oder die zweite Komponente Null ist, die Bremsung in diesen Fallen somit nur von dem Ak- tuator oder nur von dem Kraftspeicher bewirkt wird.

Das Gesamtbetatigungsmoment bzw. die von dem Gesamtbetati- gungsmoment hervorgerufene Kraft wird zu dem wenigstens einen Reibbelag übertragen, wobei diese Übertragung zumindest teilweise auf hydraulischem oder pneumatischem Weg erfolgt. Dem- entsprechend liegt eine elektro-hydraulische oder elektro- pneumatische Bremse vor.

Das Gesamtbetatigungsmoment kann hinsichtlich seiner Richtung und seines Betrages in etwa dem zweiten Betatigungsmoment entsprechen. Die Bremse ermöglicht es somit, die benotigte

Bremsbetatigungskraft bzw. das benotigte Bremsbetatigungsmo- ment im Wesentlichen mit der in dem Kraftspeicher gespeicherten Kraft abzudecken und den elektrischen Aktuator nur einen verglichen mit der benotigten Bremsbetatigungskraft bzw. dem benotigten Bremsbetatigungsmoment geringen Anteil zusteuern zu lassen.

Vorzugsweise ist der Kraftspeicher betriebsmäßig mit dem e- lektrischen Aktuator gekoppelt, wobei in diesem Zusammenhang ein "betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator gekoppelter Kraftspeicher" so zu verstehen ist, dass bei einer Betätigung des elektrischen Aktuators automatisch auch der Kraftspeicher eine Kraft an die Kraftubersetzungseinrichtung abgibt. Diese Kraftabgabe kann entsprechend dem Ausmaß der Betätigung des Aktuators sein, d.h. mit zunehmender Aktuatorbetatigung nimmt auch die Kraftabgabe oder Drehmomentabgabe des Kraftspeichers zu .

In Weiterbildung der Erfindung weist die Kraftubersetzungs- einrichtung ein Kraftubersetzungselement auf mit einer mechanischen Kopplung zu dem Kraftspeicher, einer mechanischen Kopplung zu dem Aktuator, und einer mechanischen Kopplung zu der Ubertragungsvorrichtung . Bei dem Kraftubersetzungselement handelt es sich um einen energetischen Sternpunkt, denn an dem Kraftubersetzungselement greifen sowohl die Kräfte des Aktuators, als auch die Kräfte des Kraftspeichers, als auch die Kräfte der Ubertragungsvorrichtung an.

Einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist das Kraftuberset- zungselement drehbar gelagert.

Das Kraftubersetzungselement kann z.B. eine Scheibe umfassen, wobei exzentrisch an der Scheibe ein Zapfen angeordnet ist, und der Kraftspeicher zur Abgabe seiner gespeicherten Kraft eine Kraft auf den Zapfen ausübt. Dies ermöglicht es auf effiziente Weise, ein im Verlauf der Kraftabgabe variierendes, insbesondere ansteigendes, zweites Betatigungsmoment zu rea- lisieren.

Das Kraftubersetzungselement kann z.B. eine Scheibe umfassen, wobei die mechanische Kopplung zu dem Kraftspeicher über ein exzentrisch an der Scheibe befestigtes Zug- oder Druckelement erfolgt. Durch das Zug- oder Druckelement kann eine geeignete raumliche Trennung zwischen der Kraftubersetzungseinrichtung und dem Kraftspeicher realisiert werden. Die Scheibe kann insbesondere eine Fuhrung für das Zug- oder Druckelement aufweisen. Durch die Form und/oder Orientierung der Fuhrung auf der Scheibenoberflache kann die Richtung des zweiten Betätigungsmomentes beeinflusst werden. Auch diese Weiterbildung ermöglicht es auf effiziente Weise, ein im Verlauf der Kraftabgabe variierendes, insbesondere ansteigendes, zweites Betatigungsmoment zu realisieren.

Die Scheibe kann einen exzentrisch an der Scheibe angeordneten Zapfen aufweisen, welcher die von dem Gesamtbetatigungs- moment hervorgerufene Kraft an die hydraulische oder pneumatische Ubertragungsvorrichtung abgibt. Dieser Zapfen kann sich von dem gegebenenfalls für die Kraftabgabe durch den

Kraftspeicher vorgesehenen Zapfen unterscheiden; es kann sich jedoch auch um den gleichen Zapfen handeln. Die Abgabe der von dem Gesamtbetatigungsmoment hervorgerufenen Kraft kann z.B. erfolgen, indem der Zapfen einen Kolben in einen Zylinder druckt.

Einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist der Kraftspeicher dann, wenn der elektrische Aktuator seine maximale Betätigung erreicht hat, vollständig oder nahezu vollständig entleert. Zwar wäre ein Betreiben des Kraftspeichers auf Niveaus zwischen 100 % und beispielsweise 50 % der in ihm gespeicherten Kraft ebenfalls möglich, jedoch ist unter energetischen Ge- Sichtspunkten eine vollständige oder nahezu vollständige Entleerung des Aktuators bei maximaler Bremsbetatigung gunstiger. Ein solcher, energetisch gunstiger Betrieb sollte kombiniert werden mit einer relativ hohen Kraftubersetzung durch die Kraftubersetzungseinrichtung im Bereich des maximalen Be- tatigungsweges des Aktuators, um das dann erforderliche hohe Bremsbetatigungsmoment erzielen zu können.

In Weiterbildung der Erfindung wirkt die Kraftubersetzungs- einrichtung derart mit dem Kraftspeicher zusammen, dass die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft im Laufe der Abgabe der gespeicherten Kraft in ein ansteigendes zweites Betatigungs- moment umgesetzt wird. Das zweite Betatigungsmoment kann auf vorgegebene Weise ansteigen, wobei das "auf vorgegebene Weise ansteigende Betatigungsmoment" meint, dass man durch eine entsprechende Auslegung der Kraftubersetzungseinrichtung einen bestimmten, gewünschten Verlauf des zweiten Betatigungs- momentes vorgeben kann. Ein solcher Verlauf kann linear ansteigend sein, er kann aber auch progressiv oder degressiv sein .

In Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Kraftubersetzungseinrichtung derart mit dem Kraftspeicher zusammen, dass die Abgabe der von dem Kraftspeicher gespeicherten Kraft durch eine Betätigung des Aktuators ausgelost wird. In diesem Fall ist die Bedingung für eine Kraftabgabe durch den Kraftspeicher, dass der Aktuator zumindest zeitweise betätigt wird. Zusatzlich ist es möglich, dass die Bedingung für eine Kraft- abgäbe durch den Kraftspeicher ist, dass der Aktuator wahrend der gesamten Zeit der Kraftabgabe betätigt wird.

Vorzugsweise wirkt die Kraftubersetzungseinrichtung derart mit dem Kraftspeicher zusammen, dass bei einem Losen der

Bremse eine über den Reibbelag auf die Kraftubersetzungseinrichtung zurückwirkende, bremseninharente Ruckstellkraft den Kraftspeicher wieder aufladt. Mit "bremseninharenter Ruckstellkraft" ist gemeint, dass jede Bremse bei ihrer Betati- gung eine der Betatigungskraft entgegengerichtete Kraft aufbaut. Diese kann dazu benutzt werden, den Kraftspeicher beim Losen der Bremse wieder aufzuladen, damit in dem Kraftspeicher Kraft für einen neuen Bremsvorgang zur Verfugung steht.

Bei einem Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemaßen Bremse resultiert die bremseninharente Ruckstellkraft aus einer e- lastischen Verformung von im Rahmen einer Bremsung beteiligten Bremsenbauteilen und steigt mit dem Bremsenbetatigungsweg an. Die elastische Verformung kann z.B. eine Komprimierung des Reibbelages umfassen, eine Aufweitung eines Bremssattels im Falle einer elektromechanischen Bremse in Sattelbauweise, etc. Die Bremse selbst verhalt sich demnach wie eine Feder, die bei einer Betätigung gespannt und bei einem Losen der Bremse wieder entspannt wird, wobei der Entspannungsvorgang dazu verwendet werden kann, den Kraftspeicher wieder aufzuladen .

In Ausgestaltung der Erfindung wird die mit dem Bremsenbetatigungsweg ansteigende bremseninharente Ruckstellkraft zumin- dest ungefähr durch das zweite Betatigungsmoment kompensiert. Das bedeutet für den elektrischen Aktuator, dass dieser über seinen gesamten Betatigungsweg nur dazu in der Lage sein muss, eine Betatigungskraft liefern zu können, die verglichen mit der insgesamt benotigten Bremsbetatigungskraft bzw. dem insgesamt benotigten Bremsbetatigungsmoment klein ist. Der elektrische Aktuator kann demzufolge leicht und mit geringer Baugroße ausgeführt sein. Es ist möglich, dass die mit dem Bremsenbetatigungsweg ansteigende bremseninharente Ruckstellkraft durch das zweite Betatigungsmoment unterkompensiert wird. Dies bedeutet, dass der elektrische Aktuator einen bestimmten Kraftanteil in Be- tatigungsrichtung zusteuern muss, um die gewünschte Bremswirkung zu erzielen. Fallt bei einer solchermaßen ausgelegten elektromechanischen Bremse der elektrische Aktuator aus, fallt die Bremse vorzugsweise in ihren unbetatigten, offenen Zustand zurück.

Alternativ ist es möglich, dass die mit dem Bremsenbetatigungsweg ansteigende bremseninharente Ruckstellkraft durch das zweite Betatigungsmoment uberkompensiert wird. Dies bedeutet im normalen Bremsbetrieb, dass der elektrische Aktua- tor einen gewissen Kraftanteil entgegen der Bremsbetatigungs- richtung zusteuern muss, damit in Summe (nur) die gewünschte Bremswirkung erzielt wird. Fallt bei einem solchen Ausfuhrungsbeispiel der elektrische Aktuator aus, nimmt die elekt- romechanische Bremse selbsttätig einen geschlossenen, d.h. bremsenden Zustand ein. Eine solche Auslegung ist für bestimmte Anwendungsfalle gesetzlich vorgeschrieben, z.B. für Lastwagenbremsen .

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Kraftubersetzungsein- richtung ein Getriebe, z.B. mit variablem Hebelarm, d.h. mit einem Hebelarm, der mit steigendem Betatigungsweg des Aktua- tors großer wird.

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 Bremse eignen sich besonders kompri- mierbare Federn, die einzeln oder als Federpaket eingesetzt werden können. Es existieren auch Federn, die eine geeignete Kraftubersetzungseinrichtung sozusagen bereits eingebaut haben, beispielsweise Teller- bzw. Membranfedern, wie sie heut- zutage in Kraftfahrzeugkupplungen Verwendung finden. Solche Federn zeigen bereits aus sich heraus (bedingt beispielsweise durch ihre spezielle Geometrie) das Verhalten eines mit zunehmendem Betatigungsweg ansteigenden Betatigungsmomentes .

Gemäß einer Ausfuhrungsform ist die erfindungsgemaße Bremse eine Scheibenbremse, z.B. eine Schwimmsattel-Scheibenbremse oder eine Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein erstes Schema einer elektro- hydraulischen Bremse,

Figur 2 ein Moment-Betatigungswinkel-Diagramm,

Figur 3 ein zweites Schema einer elektro- hydraulischen Bremse,

Figuren 4A, 4B, 4C einen Ausschnitt der Bremse der Figur 3.

In Figur 1 ist schematisch der konstruktive Aufbau eines Ausfuhrungsbeispiels einer elektro-hydraulischen Bremse 10 dar- gestellt, die hier als Schwimmsattel-Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.

Die Bremse 10 verfugt über an sich bekannte Bestandteile einer konventionellen hydraulischen oder pneumatischen Bremse:

• Die Bremse 10 weist eine drehbare Bremsscheibe 12 auf, die im normalen Betriebszustand der Bremse 10 fest mit dem Rad eines hier nicht gezeigten Fahrzeuges verbunden ist. Ein Pfeil D gibt die Hauptdrehrichtung der Brems- Scheibe 12 im Betrieb an, d.h. die Drehrichtung bei Vor- wartsfahrt . • Die Bremsscheibe 12 wird überspannt von einem Schwimmsattel 14, der parallel zur nicht gezeigten Drehachse der Bremsscheibe 12 verschieblich an einem nicht dargestellten Bremstrager befestigt ist, welcher im Einbauzu- stand der Bremse 10 mit einem fahrzeugfesten Bauteil verbunden ist, üblicherweise mit einem Teil einer Rad- aufhangung .

• In dem Bremstrager ist ein erster Reibbelag 18 mittels einer ersten Belagtragerplatte 20, mit welcher der Reibbelag 18 fest verbunden ist, derart gefuhrt, 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 Belagtragerplatte 24 am Schwimmsattel 14 befestigt ist.

• Der Flussigkeitsspeicher 7 enthalt Flüssigkeit zur hydraulischen Kraftübertragung; über den Betatigungskolben 6 erfolgt eine Kraftübertragung über die Flüssigkeit in der Hydraulik-Leitung 15, wodurch der Bremskolben 4 die Belagtragerplatte 20 und somit den Reibbelag 18 in Richtung der Bremsscheibe 12 drucken kann. Anstelle des Hydraulik-Mechanismus kann auch ein Pneumatik-Mechanismus zum Einsatz kommen.

Zum Aufbau des Bremsdruckes in der Hydraulik-Leitung 15 und somit zum Betatigen der Bremse 10 dient ein elektrischer Ak- tuator 26, beispielsweise ein Elektromotor, der über ein An- triebszahnrad 28 eine im Bremstrager drehbar gelagerte, außen verzahnte Scheibe 30 zu drehen vermag. Auf der Scheibe 30 ist exzentrisch ein erster Zapfen 32 befestigt, auf dem eine erste Hülse 34 drehbar gelagert ist. Ferner ist auf der Scheibe 30 exzentrisch ein zweiter Zapfen 36 befestigt, auf dem eine zweite Hülse 38 drehbar gelagert ist. Gemäß einer Ausfuhrungsform ist der Abstand M zwischen dem Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 und der Drehachse der Scheibe 30 großer als der Abstand N zwischen dem Mittelpunkt des zweiten Zapfens 36 und der Drehachse der Scheibe 30.

Der zweite Zapfen 36 steht über seine Hülse 38 in Kontakt mit dem in dem Betatigungszylinder 5 beweglichen Betatigungskol- ben 6. 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, welche als reversibler Kraftspeicher dient. An der Scheibe 30, welche ein Kraftubersetzungselement darstellt, greift somit der Aktuator 26 an, sowie der Betatigungszylinder 5 und die Druckfeder 42 über den Kolben 40. Anstelle der beiden Zapfen 32 und 36 ist auch die Verwendung eines einzigen Zapfens möglich, an welchem sowohl der Betatigungskolben 6als auch der Kolben 40 angreift.

Im Folgenden wird die Funktion der Bremse 10 naher erläutert. Um einen Bremsvorgang auszufuhren, müssen die beiden Reibbelage 18, 22 in Kontakt mit der Bremsscheibe 12 bewegt werden. Hierzu verdreht der elektrische Aktuator 26 sein Antriebsritzel 28 im Gegenuhrzeigersinn und bringt dabei ein erstes Be- tatigungsmoment auf die Scheibe 30 auf, die sich daraufhin beginnt, im Uhrzeigersinn zu drehen. Dieses erste Betätigungsmoment wirkt über den zweiten Zapfen 36 bzw. die auf ihm drehbar gelagerte Hülse 38 auf den Betatigungskolben 6. 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. In diesem Ausgangszustand übt die Feder 42 kein Betatigungsmo- ment auf die Scheibe 30 und somit auf den Betatigungskolben 6 aus, da der Hebelarm der Federkraft bezuglich des Betati- gungskolbens 6 in diesem Ausgangszustand Null ist.

Aufgrund der von dem ersten Betatigungsmoment eingeleiteten Verdrehung der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn bewegt sich der Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 von der Kraftwirkungslinie der Feder 42 weg (in Figur 1 im Uhrzeigersinn nach unten), so dass nunmehr ein zweites Betatigungsmoment entsteht, dessen Große sich aus der auf den Kolben 40 wirkenden Federkraft und der Große des durch die Verdrehung erzeugten Hebelarmes zwischen der Kraftwirkungslinie der Feder 42 und dem Zentrum des ersten Zapfens 32 ergibt. Ebenso wie das vom elektrischen Ak- tuator 26 erzeugte erste Betatigungsmoment wirkt auch das zweite Betatigungsmoment über den zweiten Zapfen 36, genauer über dessen Hülse 38, auf den Betatigungskolben 6. Auf den Betatigungskolben 6 wirkt somit eine dem Gesamtbetatigungsmo- ment entsprechende Gesamtbetatigungskraft, wobei sich das Ge- samtbetatigungsmoment aus der Addition des ersten Betätigungsmoments und des zweiten Betatigungsmoments ergibt. Das Gesamtbetatigungsmoment verlagert, ausgelost durch die mit ihm einhergehende Verdrehung der Scheibe 30, den Betatigungs- kolben 6 in Figur 1 nach links, wodurch der erste Reibbelag 18 gegen die Bremsscheibe 12 gepresst wird. Durch die dabei entstehenden, Fachleuten auf diesem Gebiet bekannten Reakti- onskrafte verschiebt der Schwimmsattel 14 sich parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 12 und sorgt auf diese Weise da- für, dass auch der zweite Reibbelag 22 gegen die Bremsscheibe 12 gepresst wird.

Die Steuerung der Bremskraft kann über die Kontrolle der Winkelstellung der Scheibe 30 erfolgen, und/oder über eine Mes- sung des hydraulischen Drucks.

Mit steigendem Gesamtbetatigungsmoment verhalten sich bestimmte Bauteile der Bremse 10, insbesondere die beiden Reibbelage 18 und 22 sowie der Schwimmsattel 14, wie eine Feder, die zunehmend gespannt wird, denn das Material der Reibbelage 18, 22 wird durch die wirkenden Kräfte komprimiert und der Schwimmsattel 14 weitet sich elastisch auf. Es entsteht also eine bremseninharente Ruckstellkraft, die der Bremsbetati- gungskraft bzw. dem Bremsbetatigungsmoment entgegenwirkt und die überwunden werden muss, um einen Bremsvorgang zu erzeugen bzw. aufrecht zu erhalten. Ersichtlich wird diese bremseninharente Ruckstellkraft immer großer, je großer der Betati- gungsweg der Bremse ist, was nichts anderes heißt, als dass zur Erzielung einer zunehmenden Bremskraft ein ebenfalls zunehmendes Gesamtbetatigungsmoment bereitgestellt werden muss.

Zur Verdeutlichung der Verlaufe des Betatigungsmoments wird auf Figur 2 verwiesen, die ein Diagramm zeigt, in der die einzelnen Momente über den Betatigungswinkel der Scheibe 30 aufgetragen sind. Die Kurve A zeigt dabei den Verlauf der sich wahrend einer Bremsbetatigung mit zunehmendem Betati- gungsweg aufbauenden bremseninharenten Ruckstellkraft bzw. das aus dieser Kraft resultierende Ruckstellmoment. Da dieses Ruckstellmoment dem Betatigungsmoment entgegengerichtet ist, weist es ein negatives Vorzeichen auf. Die Kurve B zeigt den Verlauf des mittels der Kraft der Feder 42 und der nachgeschalteten Kraftubersetzungseinrichtung bewirkten Betati- gungsmoments, obenstehend als zweites Betatigungsmoment bezeichnet. Dieses zweite Betatigungsmoment ist über seinen gesamten Verlauf betragsmaßig kleiner als das Ruckstellmoment der Kurve A. Die Kurve C veranschaulicht den Verlauf des vom elektrischen Aktuator 26 über den Betatigungswinkel bereitge- stellten Betatigungsmoments, obenstehend als erstes Betatigungsmoment bezeichnet. Bei gegebenem Betatigungswinkel ergibt die Summe aus erstem und zweitem Betatigungsmoment betragsmaßig einen Wert, der dem zugehörigen Wert des Ruckstellmoments entspricht. Man erkennt, dass das vom elektri- sehen Aktuator 26 bereitgestellte Betatigungsmoment klein ist gegenüber dem Betatigungsmoment, 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 exemplarisch und kann durch eine andere Auslegung des Kraftspeichers und/oder der nachgeschalteten Kraftubersetzungseinrichtung so modifiziert werden, wie es für einen gegebenen Anwendungsfall am vorteilhaftesten ist. Vorstehend ist ein Ausfuhrungsbei- spiel beschrieben, bei dem der elektrische Aktuator 26 einen geringen Anteil des Gesamtbetatigungsmoments zusteuert, wobei das von dem Kraftspeicher 42 und dem Aktuator 26 bereitgestellte Betatigungsmoment das gleiche Vorzeichen aufweisen. Bei anderen Ausfuhrungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass das aus dem Kraftspeicher 42 und der nachgeschalteten Kraft- ubersetzungseinrichtung resultierende Betatigungsmoment das aus der bremseninharenten Ruckstellkraft resultierende Ruck- Stellmoment uberkompensiert, so dass der elektrische Aktuator 26 zum Steuern des Bremsvorganges ein Moment aufbringen muss, welches dem Betatigungsmoment, das mittels Kraftspeicher und nachgeschalteter Kraftubersetzungseinrichtung ausgeübt wird, entgegengerichtet ist.

Ebenso versteht es sich, dass anstelle der dargestellten und beschriebenen Kraftubersetzungseinrichtung eine andere Kraftubersetzungseinrichtung zum Einsatz kommen kann, die eine gewünschte, über den Betatigungsweg variable Kraftubersetzung bereitstellt. Auch ist die hydraulische oder pneumatische Be- tatigungsmomentubertragung nicht auf die gezeigte Losung beschrankt, sondern es können stattdessen andere Konstruktionen zum Einsatz kommen.

Beim Losen der Bremse 10 fuhrt die beschriebene, bremseninha- rente Ruckstellkraft bzw. das aus dieser Kraft resultierende Ruckstellmoment dazu, dass die oben beschriebenen, bei einer Betätigung der Bremse auftretenden Vorgange sich umkehren, d.h. der Betatigungskolben 6 verschiebt sich parallel zur Bremsscheibe 12 in Figur 1 nach rechts, die Scheibe 30 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn zurück, und die Feder 42 wird gleichzeitig wieder komprimiert bzw. "aufgeladen", um für einen erneuten Bremsvorgang Kraft zur Verfugung stellen zu können. Das Spannen und Entspannen der Feder 42 ist somit rever- sibel, elektrische Energie wird nur für den relativ kleinen Teil des Gesamtbetatigungsmoments verbraucht, welches der e- lektrische Aktuator 26 entweder in Betatigungsrichtung oder entgegen der Betatigungsrichtung aufbringen muss.

Figur 3 zeigt ein weiteres Schema einer Bremse. Gleiche Bestandteile der Bremsen der Figuren 1 und 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren 1 und 3 unterscheiden sich in der Weise, wie die Kraftübertragung von der Feder 42 auf die Scheibe 30 erfolgt. Hierzu ist gemäß Figur 3 auf der Scheibe 30 ein Profil bzw. eine Fuhrung 17, z.B. eine Einkerbung, vorgesehen, welche ein Seil 16 fuhrt. Bei dem Seil 16 kann es sich z.B. um ein Stahl- oder Faserseil han- dein, auch eine flexible Kette kann zum Einsatz kommen. Das Seil 16 ist am Punkt 19 an der Scheibe 30 befestigt.

Das durch die Feder 42 bewirkte Drehmoment hangt von der Stellung des Profils 17 bzw. von der Lage des Punktes 19 ab. Ist das Profil - wie in Figur 3 und 4B dargestellt - so orientiert, dass es entlang der Zugrichtung des Seils 16 verlauft, so übt die Feder 42 kein Drehmoment auf die Scheibe 30 aus. Dementsprechend bewirkt die Feder 42 in diesem Zustand kein Betatigungsmoment auf den Betatigungskolben 6. Wird die Scheibe beginnend von der in Figur 4B dargestellten Orientierung durch den Aktuator 26 ein wenig im Uhrzeigersinn nach rechts verdreht, entspannt sich die Feder und zieht hierdurch an dem Seil 16. Hierdurch entsteht ein Drehmoment, welches eine weitere Verdrehung der Scheibe 30 nach rechts bewirkt. Figur 4A zeigt den Fall, dass die Feder 42 maximal zusammengedruckt und somit „aufgeladen" ist. Auch in diesem Fall bewirkt das Profil 17, dass die Feder 42 ein Drehmoment auf die Scheibe 30 ausübt, welches eine Drehung im Uhrzeigersinn herbeifuhrt .

Die in den Figuren 1 und 3 dargestellte Bremse kann für jedes Rad eines Fahrzeugs vorgesehen sein. Alternativ hierzu ist es möglich, dass eine einzige Einheit mit Feder 42, Kolben 40, Aktuator 26, Scheibe 30 und Betatigungskolben 6 für mehrere Einheiten mit Hydraulik-Leitung 15, Bremskolben 4, Belagtragerplatten 20 und 24, Bremsbelagen 22 und 24, sowie Schwimmsattel 14 zustandig ist. Letzteres eignet sich insbesondere für Nutzfahrzeuge wie Lkws .

Ein Vorteil der beschriebenen Bremse ist, dass aufgrund des Energiespeichers eine rein elektrische Steuerung der Bremse möglich ist, ohne dass ein großes Maß an elektrischer Energie aufgewendet werden muss. Dies erlaubt es, kleine Elektromoto- ren als Aktuator einzusetzen. Die elektrische Betätigung erlaubt eine sehr fein granuläre Ansteuerung der Bremse, welche bei herkömmlichen hydraulischen Bremsen aufgrund der Ventile beschrankt ist. Auch die Gerauschentwicklung der Bremse ist gegenüber der herkömmlichen hydraulischen Bremse reduziert.

Weiterhin erlaubt es die beschriebene Bremse, die in ihrer technischen Entwicklung weit fortgeschrittenen Bestandeile von hydraulischen oder pneumatischen Bremsen zu verwenden. Somit besteht nicht die Notwendigkeit, auf neuere, weniger weit erforschte Technologien wie die selbstverstarkende Bremse zuzugreifen.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims

Patentansprüche

1. Bremse (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit - einem abzubremsenden Glied (12), wenigstens einem Reibbelag (18) zum reibschlussigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied (12), einem elektrischen Aktuator (26), einem Kraftspeicher (42), - einer Kraftubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38), welche derart mit dem Aktuator (26) zusammenwirkt, dass sie die von dem Aktuator (26) abgegebene Kraft in ein erstes Betatigungsmoment umsetzt, und welche derart mit dem Kraftspeicher (42) zusammenwirkt, dass sie die im Kraftspeicher (42) gespeicherte Kraft in ein zweites Betatigungsmoment umsetzt, wobei sich das Gesamtbetatigungsmoment aus dem ersten und dem zweiten Betatigungsmoment zusammensetzt, einer hydraulischen oder pneumatischen Ubertragungsvor- richtung (5, 6, 7, 15, 4) zum Übertragen der von dem Gesamtbetatigungsmoment hervorgerufenen Kraft von der Kraft- ubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) mittelbar o- der unmittelbar auf den Reibbelag (18) .

2. Bremse (10) nach Anspruch 1, bei welcher die Kraftubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) ein Kraftubersetzungselement (30) aufweist mit einer mechanischen Kopplung zu dem Kraftspeicher (42), einer mechanischen Kopplung zu dem Aktuator (26), und einer mechanischen Kopplung zu der Ubertragungsvorrichtung (5, 6, 7, 15, 4) .

3. Bremse (10) nach Anspruch 2, bei welcher das Kraftubersetzungselement (30) drehbar gelagert ist.

4. Bremse (10) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher das Kraftubersetzungselement (30) eine Scheibe (30) umfasst, wobei exzentrisch an der Scheibe (30) ein Zapfen (32) ange- ordnet ist, und der Kraftspeicher (42) zur Abgabe seiner gespeicherten Kraft eine Kraft auf den Zapfen (32) ausübt.

5. Bremse (10) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher das Kraftubersetzungselement (30) eine Scheibe (30) umfasst, wobei die mechanische Kopplung zu dem Kraftspeicher (42) über ein exzentrisch an der Scheibe (30) befestigtes Zug- oder Druckelement (16) erfolgt.

6. Bremse (10) nach Anspruch 5, bei welcher die Scheibe (30) eine Fuhrung (17) für das Zug- oder Druckelement (16) aufweist.

7. Bremse (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher die Scheibe (30) einen exzentrisch an der Scheibe (30) angeordneten Zapfen (36) aufweist, welcher die von dem Gesamtbe- tatigungsmoment hervorgerufene Kraft an die hydraulische oder pneumatische Ubertragungsvorrichtung (5, 6, 7, 15, 4) abgibt.

8. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Kraftspeicher (42) dann, wenn der elektrische Aktuator

(26) seine maximale Betätigung erreicht hat, vollständig oder nahezu vollständig entleert ist.

9. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kraftubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) derart mit dem Kraftspeicher (42) zusammenwirkt, dass die im Kraft- Speicher (42) gespeicherte Kraft im Laufe der Abgabe der gespeicherten Kraft in ein ansteigendes zweites Betatigungsmo- ment umgesetzt wird.

10. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kraftubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) derart mit dem Kraftspeicher (42) und dem Aktuator (26) zusammenwirkt, dass die Abgabe der von dem Kraftspeicher (42) gespei- cherten Kraft durch eine Betätigung des Aktuators (26) ausgelost wird.

11. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kraftubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) derart mit dem Kraftspeicher (42) zusammenwirkt, dass bei einem Losen der Bremse (10) eine über den Reibbelag (18) auf die Kraftubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) zuruckwir- kende, bremseninharente Ruckstellkraft den Kraftspeicher (42) wieder aufladt.

12. Bremse (10) nach Anspruch 11, bei welcher die bremseninharente Ruckstellkraft aus einer elastischen Verformung von im Rahmen einer Bremsung beteiligten Bremsenbauteilen resultiert und mit dem Bremsenbetatigungsweg ansteigt .

13. Bremse (10) nach Anspruch 12, bei welcher die mit dem Bremsenbetatigungsweg ansteigende bremseninharente Ruckstellkraft durch das zweite Betatigungsmoment zumindest ungefähr kompensiert wird.

14. Bremse (10) nach Anspruch 12, bei welcher die mit dem Bremsenbetatigungsweg ansteigende bremseninharente Ruckstellkraft durch das zweite Betatigungsmoment unterkompensiert wird.

15. Bremse (10) nach Anspruch 12, bei welcher die mit dem Bremsenbetatigungsweg ansteigende bremseninharente Ruckstellkraft durch das zweite Betatigungsmoment uberkom- pensiert wird.

16. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kraftubersetzungseinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) ein Getriebe ist.

17. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das abzubremsende Glied (12) eine Bremsscheibe (12) ist.

18. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Kraftspeicher (42) eine komprimierbare Feder (42) ist.

19. Bremse (10) nach Anspruch 16, bei welcher die Feder eine Tellerfeder ist.

20. Bremse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremse (10) eine Scheibenbremse ist.