WO2009129764A1 - Electrically controllable disc brake - Google Patents

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WO2009129764A1
WO2009129764A1 PCT/DE2008/000795 DE2008000795W WO2009129764A1 WO 2009129764 A1 WO2009129764 A1 WO 2009129764A1 DE 2008000795 W DE2008000795 W DE 2008000795W WO 2009129764 A1 WO2009129764 A1 WO 2009129764A1
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electrically actuated
disc brake
discs
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Martin Stadlmeier
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Martin Stadlmeier
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Definitions

  • the present invention relates to an electrically controllable disc brake for braking a rotating part with a floating brake caliper, with at least one brake disc whose outwardly directed side surfaces each interact with a friction lining, as well as with an electrical actuating unit for applying a force acting on the friction linings, wherein one of the brake pads is engageable directly by the actuator unit and the other friction pad is engageable with the corresponding surface by the action of a reaction force applied by the caliper.
  • Such a disc brake is z. B. from the European patent application EP 1 384 914 A2.
  • the electric actuation unit is formed in the known disc brake by an electric motor with a downstream transmission, which converts a rotational movement of the electric motor into a translational movement, which is transmitted to an actuating element.
  • actuating element By the actuating element, a clamping force applied by the electric motor is transmitted directly to a friction lining facing the actuating element.
  • a secondary actuator is provided, with which the actuating element is adjustable independently of the actuating unit.
  • WO 02/08039 Al a braking system for motor vehicles is known in which the vehicle front axle is equipped with electromechanically actuated disc brakes of the type mentioned.
  • a disadvantage is the o. G. To see brakes that in the realization of a redundant power supply, which is required for proper operation of such brakes, high-performance energy storage are used, which represent a high cost factor.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of variant 1 of the electromechanical disc brake according to the invention in a sectional view
  • FIG. 2 is an illustration of the inner surface of a brake disk used in the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a section along the section line A - A in Fig. 2,
  • FIG. 4 shows a section along the section line B - B in Fig. 2, 5 shows a second embodiment of variant 1 of the electromechanical disc brake according to the invention in a sectional representation corresponding to FIG. 1;
  • Fig. 6 is an illustration of the inner surface of a brake disc used in the embodiment of FIG. 2;
  • Fig. 7 is a fragmentary view of the second embodiment shown in Figs. 5 and 6;
  • Fig. 9 is a perspective view of details of Fig. 8.
  • FIG. 10 shows a sectional view rotated by 90 ° with respect to FIG. 8 to explain the functional principle of the first embodiment according to FIG. 8;
  • FIG. 13 shows an alternative embodiment of variant 2 for synchronization
  • FIG. 14 is a diagram of a control concept of the present invention.
  • the disk brake according to the invention shown in FIG. 1, which serves to decelerate a provided with the reference numeral 1 rotating part or a shaft has a firmly connected to the shaft 1 ring 2 with at least two gears 3, 4 with trapezoidal cross-section, two on the Shaft 1 arranged brake discs 5, 6 and a floating brake caliper 7, in the friction linings 8, 9 are arranged.
  • the brake discs 5, 6 are mounted rotatably limited on the shaft 1, wherein the limitation by means of cylindrical pins 11, 12 which are received by formed in the shaft 11 guide grooves 13, 14.
  • the brake discs 5, 6 toothed portions 15, 16, with which the aforementioned gears 3, 4 are engaged.
  • the adjusting cylinder 19 is connected via threads to the caliper 7, wherein the dynamics of Lmonspielbergerwindung is dimensioned by the pitch of the threads. Also can be avoided by a self-locking in the absence of supply voltage. For this purpose, the slope is higher than the coefficient of friction of the adjustment.
  • an electromechanical actuator 17 is provided, which is formed in the example shown as an electromagnet whose iron core is formed as a guide pin 18 on which the caliper 7 is mounted.
  • the object of the mentioned actuator 17 is to apply a force acting on the brake caliper 7, which has on the friction linings 8, 9 acting different pressure forces result.
  • the activation of the direction of action of the force applied by the actuator 17 is effected as a function of the direction of travel of the motor vehicle according to the invention equipped with the disc brake. A change in the direction of travel requires the actuator 17 also an opposite control to release the brake or determine.
  • the guide grooves 21 also hold the balls 22 in case of accelerations / vibrations.
  • Fig. 4 shows the principle of operation of the disc brake according to the invention. From a relative rotation of the brake discs 5, 6 to each other, which is indicated by arrows I and II, results in a "spreading apart" of the brake discs 5, 6 or a change in the axial distance between the brake discs, which is due to the interaction of the rising ramp profile of the guide grooves 21 with the balls 22 back.
  • the slope of the ramps is in the range of 0.5 mm.
  • the course can be designed according to an exponential function.
  • the advantage of such an arrangement is that the mechanical translation (gain) in the higher clamping force range is also higher.
  • the force required for the application of the braking force by the actuator 17 is thereby reduced while maintaining the same ramp length.
  • an embodiment of the guide grooves is also conceivable, in which a further ramp in the opposite direction is provided in front of the mentioned region "a ⁇ .
  • a brake application of the disc brake according to the invention in both directions, for example in case of failure of the electrical power supply is possible.
  • the electric motor 20 of the actuating unit 10 is actuated in order to overcome the clearance between the friction linings 8, 9 and the brake discs 5, 6 by means of the adjusting cylinder 19 or to apply the friction linings 8, 9.
  • the electromechanical actuator 17 is actuated, which applies a force acting on the brake caliper 7.
  • the friction lining 8 shown on the left in FIG. 1 is loaded more, while the other friction lining 9 is relieved.
  • the position of the brake discs 5, 6 to each other by the actuator 17 is regulated in the starting position.
  • the brake discs 5, 6 rotate back.
  • the adjustment of the clearance is made by the rotation angle (time) of the return travel.
  • the adjustment of the brake pads 8, 9 automatically adjusts itself with each actuation and backward movement of the readjusting cylinder 19.
  • the brake discs 50, 60 are rotatably mounted on a portion 37 of the shaft 1, which has a smaller diameter.
  • a first annular surface 38 is formed on which the brake disk 60 is axially supported.
  • a second annular surface 39 which serves to support the brake disc 50, is formed on a threaded nut 36, wherein the axial support of the brake disc 50 takes place on the second annular surface 39 via a compression spring 35.
  • the compression spring 35 which holds the mechanism together and the brake discs 50, 60 in position, also causes their return to the starting position, in which no spreading takes place.
  • a tension spring not shown, between the brake discs 50, 60 may be arranged.
  • the gears 30, 40 are engaged with toothed rings 33, 31 in engagement with the interposition of elements 34, 32 for thermal decoupling at the opposite axially inner surfaces of the brake discs 50, 60 attached are.
  • the said elements can be formed, for example, by webs that limit ventilation slots.
  • the attached to the disc 60 gear ring 31 is provided on the sides with a wall ring 42 which dips into a groove in the ring 2 and protects the mechanism from contamination.
  • the braking and the releasing operation take place in the second embodiment shown in FIGS. 5 to 7 substantially comparable to those of the first embodiment according to the variant 1.
  • the two brake disks 50, 60 rotate synchronously, so that no relative rotation of the brake disks 50, 60 relative to one another and thus no adjustment of the gears 30, 40 takes place.
  • the difference between the minimum and maximum dimensions of the oval cross-section of the gears 30, 40 gives the magnitude of the change in the axial distance between the brake discs 50, 60, which are mutually synchronized by the oval gears 30, 40.
  • the mentioned difference can be chosen such that after a H-rotation of the gears 30, 40, the maximum spread is reached.
  • the design of the brake can be chosen so that this point is not exceeded in practical operation.
  • Fig. 8 shows a first embodiment of a second variant of the present invention, wherein both variants are based on the same functional principle.
  • only one brake disk 70 is provided here, so that advantageously a commercially available brake disk can be used, which is firmly connected to the shaft 1.
  • the friction linings 80, 90 movable in the direction of rotation of the brake disc 70, wherein in a braking operation caused by a mechanical coupling means 74 axial Movement of the friction linings (80, 90) takes place towards each other.
  • the coupling means are designed here as oval gears 74.
  • means for mutual synchronization of the friction linings 80, 90 are provided.
  • gear 71 which is mounted for example by means of a cylindrical pin 73 in the brake caliper 7.
  • the gear 71 engages on one side in a mounted on the base plate of the friction lining 90 teeth and on the other side in the teeth of a Nachstellschiene 72, which is toothed in the direction of rotation of the brake disc 70 with the base plate of the friction lining 80.
  • the base plate of the friction lining 80 engages, for example, in the direction of the axis of rotation extending groove or grooves, which allows a free movement of the friction lining 80 for adjustment and Lsymmetricspielbergerwindung.
  • the adjustment is designated in FIG. 8 by the letter "N" and will be explained in more detail in connection with FIG. 9.
  • the friction linings 80, 90 are movably guided in the direction of rotation of the brake disk 70 and mounted to the caliper 7 on the back of the base plates via gears 74.
  • the gears 74 are in particular made oval and serve as a mechanical coupling means. Conceivable here would be another coupling, for example via round gears and sloping or rising ramps, as described above in connection with variant 1.
  • According to the invention takes place in the second variant in a braking operation caused by mechanical coupling means 74, 82, 83 axial movement of the friction linings 80, 90 towards each other.
  • By movement of the friction linings 80, 90 so the spreading takes place.
  • Oval gears 74 the long side of the oval to the brake disc 70 acts.
  • Fig. 9 shows in detail the adjusting mechanism.
  • the adjustment rail 72 engages the gear 73.
  • the base plate of the friction lining 80 engages in the groove (s) extending in the direction of the axis of rotation, which allows free movement of the friction lining 80 for adjustment and overcoming of clearance.
  • Fig. 10 the principle of operation of the mutual synchronization (without adjustment function) is shown schematically. In rest position (brake released), it is advisable to dispose the friction linings 80, 90 offset. Only when applying you will be in the range of max. Clamping force of the caliper 7 congruent.
  • FIG. 11 and FIG. 12 show an alternative to the spreading or mechanical coupling of the friction linings 80, 90.
  • the respectively illustrated contour is selected here in cooperation with an abutment 81. Since a maximum of one H rotation of the component 82 takes place, a completely circumferential toothing is not required. The gearing can possibly be omitted or reduced. Again, several variants are possible again. Either, as shown in Fig. 11 top right, the radius increases. Or, as in the bottom left of Fig. 11, by a ramp - or a combination of both.
  • FIG. 12 shows a geometric contour 83 in which the maximum spread takes place after an H rotation. Other variants and geometric contours are conceivable here. In Fig.
  • a regulation of the braking force and the adjustment can be carried out in both variants and their embodiments, for example by means of an electronic current regulator shown in Fig. 14, which can vary the electric current in time / strength and direction of the coil of the actuator 17 to two or four wheels is supplied.
  • As input variables for the current controller are control signals from various sensors, eg. B. each a wheel or speed sensor on each brake disc 50, 60, 70. By evaluating the phase position in the controller, the relative position of the brake discs 50, 60 are derived from each other.
  • sensors for detecting the position of the brake discs, for detecting the force applied by the caliper clamping force or for detecting the direction of travel can be used.
  • position sensors for detecting the positions of the friction linings 80, 90 are conceivable.
  • the setpoint can be determined, for example, from the pedal operation.
  • the actuator 10 may also perform the function of a parking brake.
  • the brake discs 5, 6 are in the starting position.
  • the use of an electric motor with higher torque is conceivable.
  • Other alternatives are a smaller pitch of the threads of the Nachstellzylinders in Brake caliper or a reduction in the friction occurring in the threads by using bearings or lubricants.
  • a release of the parking brake in an emergency or in case of failure of the electrical power supply can be done by a mechanical release of the adjusting cylinder 19, for example by means of a suitable tool.
  • the guide pins are mounted a few degrees different to the right angle with respect to the direction of rotation of the.
  • a braking force and brake discs releases a force towards guide pins.
  • the actuator could also be connected to the Guide pins attached another component, eg. B. a metal plate, begin.
  • materials with low thermal conductivity eg. As ceramics, carbon fiber, etc. are used.
  • the toothed rings can be superimposed on a waveform having an amplitude of approximately 0.5 mm in the course of the height. By the slope of the mentioned waveform, the self-amplification factor can be determined. A sinusoid initially gives a low gain and the highest gain just before the vertex. Thus, a lower force of the actuator 17 is required to generate the same braking force.
  • the present invention is characterized by an extremely good, wear-free controllability. To set and control no mechanical part (mass) must be moved, but only the force applied by the actuator 17 force to be changed. As a result, a very low power consumption is required.
  • the actuation of the actuator 17 can be done in terms of power by clocks, the direction of force is achieved by reversing.

Abstract

The invention relates to an electrically controllable disc brake having a floating-mounted brake calliper, having at least one brake disc, and having an electric activation unit for applying a force which acts on friction linings, wherein one of the friction linings can be placed directly in engagement with the brake disc by the activation unit and the other friction lining can be placed in engagement with the brake disc by the effect of a reaction force which is applied by the brake calliper. In order to reduce the consumption of energy of the brake, the invention either provides two brake discs (5, 6, 50, 60), which can be displaced in an axially limited fashion and rotated with respect to one another in a limited fashion, wherein an axial movement of the brake discs (5, 6, 50, 60), which is caused by mechanical coupling means (3, 4, 15, 16, 21, 22; 30, 40, 31, 33), occurs in opposite directions, or brake linings (80, 90) which can be moved in the direction of rotation of the brake disc (70) are provided, wherein an axial movement of the friction linings (80, 90) toward one another occurs and is caused by mechanical coupling means (74, 82, 83).

Description

Elektrisch regelbare ScheibenbremseElectrically adjustable disc brake
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch regelbare Scheibenbremse zum Abbremsen eines rotierenden Teiles mit einem schwimmend gelagerten Bremssattel, mit zumindest einer Bremsscheibe, deren nach außen gerichtete Seitenflächen mit je einem Reibbelag zusammen wirken, sowie mit einer elektrischen Betätigungseinheit zum Aufbringen einer auf die Reibbeläge wirkenden Kraft, wobei einer der Bremsbeläge durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der entsprechenden Fläche in Eingriff bringbar ist.The present invention relates to an electrically controllable disc brake for braking a rotating part with a floating brake caliper, with at least one brake disc whose outwardly directed side surfaces each interact with a friction lining, as well as with an electrical actuating unit for applying a force acting on the friction linings, wherein one of the brake pads is engageable directly by the actuator unit and the other friction pad is engageable with the corresponding surface by the action of a reaction force applied by the caliper.
Eine derartige Scheibenbremse ist z. B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 384 914 A2 bekannt. Die elektrische Betätigungseinheit wird bei der vorbekannten Scheibenbremse durch einen Elektromotor mit einem nachgeschalteten Getriebe gebildet, das eine Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung umwandelt, die auf ein Betätigungselement übertragen wird. Durch das Betätigungselement wird eine vom Elektromotor aufgebrachte Spannkraft auf einen dem Betätigungselement zugewandten Reibbelag direkt übertragen. Außerdem ist ein sekundärer Aktuator vorgesehen, mit dem das Betätigungselement unabhängig von der Betätigungseinheit verstellbar ist. Aus der internationalen Patentanmeldung WO 02/08039 Al ist ein Bremssystem für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem die Fahrzeug-Vorderachse mit elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremsen der eingangs genannten Gattung ausgestattet ist.Such a disc brake is z. B. from the European patent application EP 1 384 914 A2. The electric actuation unit is formed in the known disc brake by an electric motor with a downstream transmission, which converts a rotational movement of the electric motor into a translational movement, which is transmitted to an actuating element. By the actuating element, a clamping force applied by the electric motor is transmitted directly to a friction lining facing the actuating element. In addition, a secondary actuator is provided, with which the actuating element is adjustable independently of the actuating unit. From the international patent application WO 02/08039 Al a braking system for motor vehicles is known in which the vehicle front axle is equipped with electromechanically actuated disc brakes of the type mentioned.
Als nachteilig wird bei den o. g. Bremsen anzusehen, dass bei der Realisierung einer redundanten Energieversorgung, die für einen einwandfreien Betrieb derartiger Bremsen erforderlich ist, hochleistungsfähige Energiespeicher zum Einsatz kommen, die einen hohen Kostenfaktor darstellen.A disadvantage is the o. G. To see brakes that in the realization of a redundant power supply, which is required for proper operation of such brakes, high-performance energy storage are used, which represent a high cost factor.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch regelbare Scheibenbremse der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, für deren Betrieb kleinere Energiemengen erforderlich sind, die somit mit kostengünstigeren elektrischen Energiespeichern betrieben werden kann und bei der der Aufwand für Regelung und Stromführung verringert werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide an electrically adjustable disc brake of the type mentioned, for the operation of smaller amounts of energy are required, which can thus be operated with less expensive electrical energy storage and in which the cost of control and power management can be reduced.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer gattungsgemäßen Scheibenbremse gemäß einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung zwei Bremsscheiben vorgesehen sind, die auf dem rotierenden Teil in dessen axialer Richtung begrenzt verschiebbar und gegen einander begrenzt verdrehbar angeordnet sind, wobei bei einem Bremsvorgang eine durch mechanische Kopplungsmittel hervorgerufene axiale Bewegung der Bremsscheiben in entgegen gesetzten Richtungen erfolgt. Bei einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in Drehrichtung der Bremsscheibe bewegliche Reibbeläge vorgesehen sind, wobei bei einem Bremsvorgang eine durch mechanische Kopplungsmittel hervorgerufene axiale Bewegung der Reibbeläge aufeinander zu erfolgt. Beide Varianten beruhen auf dem gleichen Funktionsprinzip. Durch den jeweiligen Aufspreizmechanismus wird einThis object is achieved in that in a generic disc brake according to a first variant of the present invention, two brake discs are provided which are limited on the rotating part in the axial direction slidably movable and limited against each other rotatably, wherein in a braking operation by a mechanical coupling means caused axial movement of the brake discs takes place in opposite directions. In a second variant of the present invention, the object is achieved in that in the direction of rotation of the brake disc movable friction linings are provided, wherein in a braking operation by mechanical coupling means caused axial movement of the friction linings toward each other. Both variants are based on the same functional principle. By the respective Aufspreizmechanismus is a
Selbstverstärkungseffekt erreicht, der es ermöglicht, hohe Wirkungsgradwerte zu realisieren.Self-amplifying effect achieved, which makes it possible to realize high efficiency values.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Varianten der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of these variants of the present invention are set forth in the subclaims.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Varianten mit verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, wobei für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. In einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge sind grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In der Zeichnung zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of two variants with different embodiments with reference to the accompanying drawings, wherein the same reference numerals are used for corresponding parts. Features and relationships described in individual variants are basically applicable to all embodiments. In the drawing show:
Fig. 1 eine erste Ausführung von Variante 1 der erfindungsgemäßen elektromechanischen Scheibenbremse in einer Schnittdarstellung;1 shows a first embodiment of variant 1 of the electromechanical disc brake according to the invention in a sectional view;
Fig. 2 eine Darstellung der inneren Fläche einer bei der Ausführung gemäß Fig. 1 verwendeten Bremsscheibe;FIG. 2 is an illustration of the inner surface of a brake disk used in the embodiment of FIG. 1; FIG.
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A - A in Fig. 2,3 is a section along the section line A - A in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie B - B in Fig. 2, Fig. 5 eine zweite Ausführung von Variante 1 der erfindungsgemäßen elektromechanischen Scheibenbremse in einer Fig. 1 entsprechenden Schnittdarstellung;4 shows a section along the section line B - B in Fig. 2, 5 shows a second embodiment of variant 1 of the electromechanical disc brake according to the invention in a sectional representation corresponding to FIG. 1;
Fig. 6 eine Darstellung der inneren Fläche einer bei der Ausführung gemäß Fig. 2 verwendeten Bremsscheibe;Fig. 6 is an illustration of the inner surface of a brake disc used in the embodiment of FIG. 2;
Fig. 7 eine Teildarstellung der in Fig. 5 und 6 gezeigten zweiten Ausführung;Fig. 7 is a fragmentary view of the second embodiment shown in Figs. 5 and 6;
Fig. 8 eine erste Ausführung von Variante 2 der erfindungsgemäßen elektromechanischen Scheibenbremse in einer Schnittdarstellung;8 shows a first embodiment of variant 2 of the electromechanical disc brake according to the invention in a sectional representation;
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung von Einzelheiten aus Fig. 8;Fig. 9 is a perspective view of details of Fig. 8;
Fig. 10 eine gegenüber Fig. 8 um 90° gedrehte Schnittansicht zur Erläuterung des Funktionsprinzips der ersten Ausführung gemäß Fig. 8;FIG. 10 shows a sectional view rotated by 90 ° with respect to FIG. 8 to explain the functional principle of the first embodiment according to FIG. 8; FIG.
Fig. 11 und Fig. 12 alternative Ausführungsformen zur Aufspreizung;11 and 12 show alternative embodiments for spreading;
Fig. 13 eine alternative Ausführungsform von Variante 2 zur Synchronisierung; undFIG. 13 shows an alternative embodiment of variant 2 for synchronization; FIG. and
Fig. 14 ein Schaubild eines Regelkonzeptes der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Scheibenbremse, die dem Abbremsen eines mit dem Bezugszeichen 1 versehenen rotierenden Teiles bzw. einer Welle dient, weist einen mit der Welle 1 fest verbundenen Ring 2 mit mindestens zwei Zahnrädern 3, 4 mit trapezförmigem Querschnitt, zwei auf der Welle 1 angeordneten Bremsscheiben 5, 6 sowie einem schwimmend gelagerten Bremssattel 7 auf, in dem Reibbeläge 8, 9 angeordnet sind. Die Bremsscheiben 5, 6 sind auf der Welle 1 begrenzt drehbar gelagert, wobei die Begrenzung mittels zylindrischer Stifte 11, 12 erfolgt, die von in der Welle 11 ausgebildeten Führungsrillen 13, 14 aufgenommen werden. Außerdem weisen die Bremsscheiben 5, 6 verzahnte Bereiche 15, 16 auf, mit denen die vorhin genannten Zahnräder 3, 4 im Eingriff stehen. Eine im Bremssattel 7 angeordnete elektromechanische Betätigungseinheit 10, die beispielsweise durch einen Nachstellzylinder 19 sowie einen Elektromotor 20 gebildet sein kann, dient der Nachstellung des Abstands zwischen den Reibbelägen 8, 9 und den äußeren Flächen der Bremsscheiben 5, 6 bzw. dem Eliminieren des zwischen den genannten Teilen vorhandenen Lüftspiels. Zwischen dem Nachstellzylinder 19 und dem Elektromotor 20 kann eine zusätzliche Feder vorgesehen sein. Der Nachstellzylinder 19 ist dabei über Gewindegänge mit dem Bremssattel 7 verbunden, wobei durch die Steigung der Gewindegänge die Dynamik der Lüftspielüberwindung dimensioniert wird. Ebenfalls kann dadurch eine Selbsthemmung bei fehlender VersorgungsSpannung vermieden werden. Dazu ist die Steigung höher anzusetzen als der Reibwert der Nachstellung. Außerdem ist ein elektromechanischer Aktuator 17 vorgesehen, der im gezeigten Beispiel als ein Elektromagnet ausgebildet ist, dessen Eisenkern als ein Führungsstift 18 ausgebildet ist, auf dem der Bremssattel 7 gelagert ist. Die Aufgabe des erwähnten Aktuators 17 besteht darin, eine auf den Bremssattel 7 wirkende Kraft aufzubringen, die auf die Reibbeläge 8, 9 wirkende unterschiedliche Andruckkräfte zur Folge hat. Die Ansteuerung der Wirkungsrichtung der vom Aktuator 17 aufgebrachten Kraft erfolgt in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung des mit der erfindungsgemäßen Scheibenbremse ausgestatteten Kraftfahrzeugs . Eine Änderung der Fahrtrichtung erfordert vom Aktuator 17 auch eine entgegen gesetzte Ansteuerung, um die Bremse zu lösen oder festzustellen.14 is a diagram of a control concept of the present invention. The disk brake according to the invention shown in FIG. 1, which serves to decelerate a provided with the reference numeral 1 rotating part or a shaft has a firmly connected to the shaft 1 ring 2 with at least two gears 3, 4 with trapezoidal cross-section, two on the Shaft 1 arranged brake discs 5, 6 and a floating brake caliper 7, in the friction linings 8, 9 are arranged. The brake discs 5, 6 are mounted rotatably limited on the shaft 1, wherein the limitation by means of cylindrical pins 11, 12 which are received by formed in the shaft 11 guide grooves 13, 14. In addition, the brake discs 5, 6 toothed portions 15, 16, with which the aforementioned gears 3, 4 are engaged. An arranged in the caliper 7 electromechanical actuator unit 10, which may be formed for example by a readjusting cylinder 19 and an electric motor 20, is used to adjust the distance between the friction linings 8, 9 and the outer surfaces of the brake discs 5, 6 and eliminating the between the parts mentioned existing clearance. Between the adjusting cylinder 19 and the electric motor 20, an additional spring may be provided. The adjusting cylinder 19 is connected via threads to the caliper 7, wherein the dynamics of Lüftspielüberwindung is dimensioned by the pitch of the threads. Also can be avoided by a self-locking in the absence of supply voltage. For this purpose, the slope is higher than the coefficient of friction of the adjustment. In addition, an electromechanical actuator 17 is provided, which is formed in the example shown as an electromagnet whose iron core is formed as a guide pin 18 on which the caliper 7 is mounted. The object of the mentioned actuator 17 is to apply a force acting on the brake caliper 7, which has on the friction linings 8, 9 acting different pressure forces result. The activation of the direction of action of the force applied by the actuator 17 is effected as a function of the direction of travel of the motor vehicle according to the invention equipped with the disc brake. A change in the direction of travel requires the actuator 17 also an opposite control to release the brake or determine.
Weiterhin ist der Zeichnung zu entnehmen, dass die Bremsscheiben 5, 6 auf ihren innen liegenden Flächen Führungsrillen 21 mit ansteigendem rampenförmigen Querschnitt (Fig. 2, 3) aufweisen, die Kugeln 22 aufnehmen.Furthermore, it can be seen from the drawing that the brake discs 5, 6 on their inner surfaces guide grooves 21 with increasing ramp-shaped cross section (Fig. 2, 3), the balls 22 receive.
In den Darstellungen gemäß Fig. 2 und 3 ist die Ausgestaltung der vorhin erwähnten Führungsrillen 21 erkennbar, wobei drei Reihen und sechs Segmente gezeigt sind. Diese Anordnung lässt eine maximale Auslenkung der Bremsscheiben 5, 6 von 60° zu. Der Versatz (im gezeigten Beispiel 30°) zwischen den Reihen verhindert eine punktuelle Belastung der einzelnen Kugeln 22.In the illustrations according to FIGS. 2 and 3, the configuration of the above-mentioned guide grooves 21 can be seen, wherein three rows and six segments are shown. This arrangement allows a maximum deflection of the brake discs 5, 6 of 60 °. The offset (in the example shown 30 °) between the rows prevents punctual loading of the individual balls 22.
Die Führungsrillen 21 halten die Kugeln 22 auch im Falle von Beschleunigungen/Vibrationen .The guide grooves 21 also hold the balls 22 in case of accelerations / vibrations.
Fig. 4 zeigt das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Scheibenbremse. Aus einem relativen Verdrehen der Bremsscheiben 5, 6 zueinander, das durch Pfeile I und II angedeutet ist, resultiert ein „Auseinanderspreizen" der Bremsscheiben 5, 6 bzw. eine Änderung des axialen Abstands zwischen den BremsScheiben, die auf das Zusammenwirken des ansteigenden Rampenprofils der Führungsrillen 21 mit den Kugeln 22 zurück zu führen ist. Die Steigung der Rampen liegt im Bereich von 0,5 mm. Es ist selbstverständlich auch denkbar, Rampen mit einem nicht linearen Verlauf zu verwenden. In diesem Fall werden die Führungsrillen 21 im Bereich „aλλ tiefer ausgeführt, um nach einer Erwärmung der Reibbeläge 8, 9 ein sicheres Lösen der Bremse zu garantieren. Im Bereich „bλX kann der Verlauf gemäß einer Exponentialfunktion gestaltet werden. Der Vorteil einer derartigen Anordnung liegt darin, dass die mechanische Übersetzung (Verstärkung) im höheren Spannkraftbereich auch höher ist. Der Kraftaufwand für das Aufbringen der Bremskraft durch den Aktuator 17 wird dadurch bei gleich bleibender Rampenlänge verringert. Denkbar ist allerdings auch eine Ausführung der Führungsrillen, bei der vor dem erwähnten Bereich „aλλ eine weitere Rampe in entgegen gesetzter Richtung vorgesehen ist. Dadurch ist ein Zuspannen der erfindungsgemäßen Scheibenbremse in beiden Fahrtrichtungen, beispielsweise bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung, möglich.Fig. 4 shows the principle of operation of the disc brake according to the invention. From a relative rotation of the brake discs 5, 6 to each other, which is indicated by arrows I and II, results in a "spreading apart" of the brake discs 5, 6 or a change in the axial distance between the brake discs, which is due to the interaction of the rising ramp profile of the guide grooves 21 with the balls 22 back. The slope of the ramps is in the range of 0.5 mm. Of course, it is also conceivable to use ramps with a non-linear course. In this case, the guide grooves 21 are made deeper in the region "a λλ , in order to guarantee a safe release of the brake after a heating of the friction linings 8, 9. In the area "b λX , the course can be designed according to an exponential function. The advantage of such an arrangement is that the mechanical translation (gain) in the higher clamping force range is also higher. The force required for the application of the braking force by the actuator 17 is thereby reduced while maintaining the same ramp length. However, an embodiment of the guide grooves is also conceivable, in which a further ramp in the opposite direction is provided in front of the mentioned region "a λλ . As a result, a brake application of the disc brake according to the invention in both directions, for example in case of failure of the electrical power supply is possible.
Bei einem Bremsvorgang wird zunächst der Elektromotor 20 der Betätigungseinheit 10 angesteuert, um das Lüftspiel zwischen den Reibbelägen 8, 9 und den Bremsscheiben 5, 6 mittels des Nachstellzylinders 19 zu überwinden bzw. die Reibbeläge 8, 9 anzulegen. Gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig wird der elektromechanische Aktuator 17 angesteuert, der eine auf den Bremssattel 7 wirkende Kraft aufbringt. Durch diese asymmetrisch wirkende Kraft wird der in Fig. 1 links gezeigte Reibbelag 8 mehr belastet, während der andere Reibbelag 9 entlastet wird. Durch die unterschiedliche Bremswirkung erfolgt ein relatives Verdrehen der BremsScheiben 5, 6 zueinander (s. auch Fig. 4), bei dem durch Zusammenwirken der Kugeln 22 mit den rampenförmigen Führungsrillen 21 eine axiale Bewegung der Bremsscheiben 5, 6 in entgegen gesetzten Richtungen erfolgt, so das der axiale Abstand der Bremsscheiben 5, 6 größer wird. Die beschriebene Vergrößerung des axialen Abstands der Bremsscheiben erzeugt eine Erhöhung der auf die Reibbeläge 8, 9 wirkenden Andruckkraft, die als Selbstverstärkung bezeichnet wird. Die Übertragung der so entstehenden Bremskraft auf die Welle 1 erfolgt über die vorhin erwähnten Zahnräder 3, 4, deren Lagerung sowie den mit der Welle 1 fest verbundenen Ring 2.During a braking operation, first the electric motor 20 of the actuating unit 10 is actuated in order to overcome the clearance between the friction linings 8, 9 and the brake discs 5, 6 by means of the adjusting cylinder 19 or to apply the friction linings 8, 9. At the same time or almost simultaneously, the electromechanical actuator 17 is actuated, which applies a force acting on the brake caliper 7. As a result of this asymmetrically acting force, the friction lining 8 shown on the left in FIG. 1 is loaded more, while the other friction lining 9 is relieved. By the different Braking effect is a relative rotation of the brake discs 5, 6 to each other (see also Fig. 4), in which by cooperation of the balls 22 with the ramp-shaped guide grooves 21, an axial movement of the brake discs 5, 6 takes place in opposite directions, so that the axial Distance between the brake discs 5, 6 is greater. The described increase in the axial distance of the brake discs produces an increase in the force acting on the friction linings 8, 9 pressing force, which is referred to as self-boosting. The transmission of the resulting braking force to the shaft 1 via the previously mentioned gears 3, 4, their storage and the shaft 1 firmly connected to the ring. 2
Bei einem Lösevorgang der erfindungsgemäßen Scheibenbremse wird die Position der Bremsscheiben 5, 6 zueinander durch den Aktuator 17 in die Ausgangslage geregelt. Durch die Wirkung der Kraft in andere Richtung drehen sich die Bremsscheiben 5, 6 zurück. Dadurch wird die Spannkraft soweit reduziert, dass ein Zurückfahren der Betätigungseinheit 10 bzw. des Nachstellzylinders 19 ermöglicht wird. Die Einstellung des Lüftspiels erfolgt durch den Drehwinkel (Zeit) des Zurückfahrens . Die Nachstellung der Bremsbeläge 8, 9 regelt sich bei jeder Betätigung und Rückwärtsbewegung des Nachstellzylinders 19 automatisch ein. Bei der Betätigung wird auf „Block" gefahren, während bei der Rückwärtsbewegung des Nachstellzylinders 19 das gewünschte Lüftspiel durch Einstellen eines bestimmten Drehwinkels des Nachstellzylinders 19 oder eine zeitliche Aktivierung des Elektromotors 20 erreicht wird. Bei der in Fig. 5 bis 7 dargestellten zweiten Ausführung sind die Bremsscheiben 50, 60 auf einem Abschnitt 37 der Welle 1 drehbar angeordnet, der einen geringeren Durchmesser aufweist. Dadurch wird eine erste Ringfläche 38 gebildet, an der sich die Bremsscheibe 60 axial abstützt. Eine zweite Ringfläche 39, die der Abstützung der Bremsscheibe 50 dient, ist auf einer Gewindemutter 36 ausgebildet, wobei die axiale Abstützung der Bremsscheibe 50 an der zweiten Ringfläche 39 über eine Druckfeder 35 erfolgt. Die Druckfeder 35, die den Mechanismus zusammen und die Bremsscheiben 50, 60 in Position hält, bewirkt auch deren Rückstellung in die Ausgangslage, in der keine Aufspreizung stattfindet. Alternativ kann auch eine nicht gezeigte Zugfeder zwischen den Bremsscheiben 50, 60 angeordnet sein. Zwischen den beiden Bremsscheiben 50, 60 sind mindestens zwei Zahnräder 30, 40 mit ovalem Querschnitt angeordnet, die am Umfang des im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Rings 2 drehbar gelagert sind. Die Zahnräder 30, 40, deren Anzahl zur Erhöhung der Kraftübertragung erhöht werden kann, stehen dabei mit Verzahnungsringen 33, 31 im Eingriff, die unter Zwischenschaltung von Elementen 34, 32 zur thermischen Entkopplung an den gegenüber liegenden axial inneren Flächen der Bremsscheiben 50, 60 befestigt sind. Die genannten Elemente können beispielsweise durch Stege gebildet werden, die Lüftungsschlitze begrenzen. Der an der Bremsscheibe 60 angebrachte Verzahnungsring 31 ist an den Seiten mit einem Wandungsring 42 versehen, der in eine Nut im Ring 2 eintaucht und den Mechanismus vor Verschmutzung schützt.In a release operation of the disc brake according to the invention, the position of the brake discs 5, 6 to each other by the actuator 17 is regulated in the starting position. By the action of the force in the other direction, the brake discs 5, 6 rotate back. As a result, the clamping force is reduced so much that a retraction of the actuating unit 10 and the readjusting cylinder 19 is made possible. The adjustment of the clearance is made by the rotation angle (time) of the return travel. The adjustment of the brake pads 8, 9 automatically adjusts itself with each actuation and backward movement of the readjusting cylinder 19. Upon actuation is moved to "block", while the backward movement of the readjusting cylinder 19, the desired clearance by adjusting a certain angle of rotation of the readjusting cylinder 19 or a time activation of the electric motor 20 is achieved. In the second embodiment shown in Fig. 5 to 7, the brake discs 50, 60 are rotatably mounted on a portion 37 of the shaft 1, which has a smaller diameter. As a result, a first annular surface 38 is formed on which the brake disk 60 is axially supported. A second annular surface 39, which serves to support the brake disc 50, is formed on a threaded nut 36, wherein the axial support of the brake disc 50 takes place on the second annular surface 39 via a compression spring 35. The compression spring 35, which holds the mechanism together and the brake discs 50, 60 in position, also causes their return to the starting position, in which no spreading takes place. Alternatively, a tension spring, not shown, between the brake discs 50, 60 may be arranged. Between the two brake discs 50, 60 at least two gears 30, 40 are arranged with an oval cross-section, which are rotatably mounted on the circumference of the ring 2 mentioned in connection with FIG. 1. The gears 30, 40, the number of which can be increased to increase the power transmission, are engaged with toothed rings 33, 31 in engagement with the interposition of elements 34, 32 for thermal decoupling at the opposite axially inner surfaces of the brake discs 50, 60 attached are. The said elements can be formed, for example, by webs that limit ventilation slots. The attached to the disc 60 gear ring 31 is provided on the sides with a wall ring 42 which dips into a groove in the ring 2 and protects the mechanism from contamination.
Der Brems- sowie der Lösevorgang erfolgen bei der in Fig. 5 bis 7 gezeigten zweiten Ausführung im Wesentlichen vergleichbar mit denen der ersten Ausführung gemäß Variante 1. Beim gleichen auf die BremsScheiben 50, 60 wirkenden Bremsmoment drehen sich die beiden Bremsscheiben 50, 60 synchron, so dass keine Relativverdrehung der Bremsscheiben 50, 60 zueinander und somit keine Verstellung der Zahnräder 30, 40 erfolgt. Durch einen ungleichen Aufbau der auf die Bremsbeläge 8, 9 wirkenden Anpresskräfte erfolgt eine Relativverdrehung der Bremsscheiben 50, 60 zueinander und somit ein Verstellen bzw. eine Drehbewegung der Zahnräder 30, 40. Der Unterschied zwischen dem minimalen und dem maximalen Maß des ovalen Querschnitts der Zahnräder 30, 40 ergibt die Größe der Änderung des axialen Abstands zwischen den Bremsscheiben 50, 60, die durch die ovalen Zahnräder 30, 40 wechselseitig synchronisiert werden. Der erwähnte Unterschied kann derart gewählt werden, dass nach einer H- Drehung der Zahnräder 30, 40 die maximale Aufspreizung erreicht ist. Die Auslegung der Bremse kann so gewählt werden, dass dieser Punkt im praktischen Betrieb nicht überschritten wird. Das Lösen der Scheibenbremse gemäß der zweiten Ausführung sowie die Nachstellung der Reibbeläge erfolgen identisch mit den entsprechenden Vorgängen bei der ersten Ausführung und brauchen nicht erläutert zu werden.The braking and the releasing operation take place in the second embodiment shown in FIGS. 5 to 7 substantially comparable to those of the first embodiment according to the variant 1. With the same brake torque acting on the brake disks 50, 60, the two brake disks 50, 60 rotate synchronously, so that no relative rotation of the brake disks 50, 60 relative to one another and thus no adjustment of the gears 30, 40 takes place. By an uneven structure of the force acting on the brake pads 8, 9 contact forces relative rotation of the brake discs 50, 60 to each other and thus an adjustment or a rotational movement of the gears 30, 40. The difference between the minimum and maximum dimensions of the oval cross-section of the gears 30, 40 gives the magnitude of the change in the axial distance between the brake discs 50, 60, which are mutually synchronized by the oval gears 30, 40. The mentioned difference can be chosen such that after a H-rotation of the gears 30, 40, the maximum spread is reached. The design of the brake can be chosen so that this point is not exceeded in practical operation. The release of the disc brake according to the second embodiment and the adjustment of the friction linings are identical to the corresponding operations in the first embodiment and need not be explained.
Fig. 8 zeigt eine erste Ausführungsform einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung, wobei beide Varianten auf dem gleichen Funktionsprinzip beruhen. Im Unterschied zu Fig. 1 und Fig. 5 ist hier nur eine Bremsscheibe 70 vorgesehen, so dass in vorteilhafter Weise eine handelsübliche Bremsscheibe verwendet werden kann, die fest mit der Welle 1 verbunden ist. Erfindungsgemäß sind hier die Reibbeläge 80, 90 in Drehrichtung der Bremsscheibe 70 beweglich, wobei bei einem Bremsvorgang eine durch mechanische Kopplungsmittel 74 hervorgerufene axiale Bewegung der Reibbeläge (80, 90) aufeinander zu erfolgt. Die Kopplungsmittel sind hier als ovale Zahnräder 74 ausgeführt. Ferner sind Mittel zur wechselseitigen Synchronisation der Reibbeläge 80, 90 vorgesehen. In dieser Ausführungsform in Form eines Zahnrades 71, das beispielsweise mittels eines Zylinderstiftes 73 im Bremssattel 7 gelagert ist. Das Zahnrad 71 greift auf der einen Seite in eine auf der Grundplatte des Reibbelages 90 angebrachte Verzahnung und auf der anderen Seite in die Verzahnung einer Nachstellschiene 72 ein, welche in Drehrichtung der Bremsscheibe 70 mit der Grundplatte des Reibbelages 80 verzahnt ist. Die Grundplatte des Reibbelages 80 greift beispielsweise in die in Richtung der Drehachse verlaufende Nut bzw. Nuten ein, was eine freie Beweglichkeit des Reibbelages 80 zur Nachstellung und Lüftspielüberwindung ermöglicht. Die Nachstellung ist in Fig. 8 mit dem Buchstaben „N" bezeichnet und wird in Zusammenhang mit Fig. 9 näher erläutert.Fig. 8 shows a first embodiment of a second variant of the present invention, wherein both variants are based on the same functional principle. In contrast to FIGS. 1 and 5, only one brake disk 70 is provided here, so that advantageously a commercially available brake disk can be used, which is firmly connected to the shaft 1. According to the invention here are the friction linings 80, 90 movable in the direction of rotation of the brake disc 70, wherein in a braking operation caused by a mechanical coupling means 74 axial Movement of the friction linings (80, 90) takes place towards each other. The coupling means are designed here as oval gears 74. Furthermore, means for mutual synchronization of the friction linings 80, 90 are provided. In this embodiment in the form of a gear 71, which is mounted for example by means of a cylindrical pin 73 in the brake caliper 7. The gear 71 engages on one side in a mounted on the base plate of the friction lining 90 teeth and on the other side in the teeth of a Nachstellschiene 72, which is toothed in the direction of rotation of the brake disc 70 with the base plate of the friction lining 80. The base plate of the friction lining 80 engages, for example, in the direction of the axis of rotation extending groove or grooves, which allows a free movement of the friction lining 80 for adjustment and Lüftspielüberwindung. The adjustment is designated in FIG. 8 by the letter "N" and will be explained in more detail in connection with FIG. 9.
Die Reibbeläge 80, 90 sind in Drehrichtung der Bremsscheibe 70 beweglich geführt und zum Bremssattel 7 hin auf der Rückseite der Grundplatten über Zahnräder 74 gelagert. Die Zahnräder 74 sind insbesondere oval ausgeführt und dienen als mechanische Kopplungsmittel. Denkbar wäre hier auch eine andere Kopplung, beispielsweise über runde Zahnräder und schräge bzw. ansteigende Rampen, wie weiter oben in Zusammenhang mit Variante 1 beschrieben. Erfindungsgemäß erfolgt bei der zweiten Variante bei einem Bremsvorgang eine durch mechanische Kopplungsmittel 74, 82, 83 hervorgerufene axiale Bewegung der Reibbeläge 80, 90 aufeinander zu. Durch Bewegung der Reibbeläge 80, 90 erfolgt also die Aufspreizung. Bei den in Fig. 8 bis Fig. 10 dargestellten ovalen Zahnrädern 74 wirkt die lange Seite des Ovals zur Bremsscheibe 70 hin.The friction linings 80, 90 are movably guided in the direction of rotation of the brake disk 70 and mounted to the caliper 7 on the back of the base plates via gears 74. The gears 74 are in particular made oval and serve as a mechanical coupling means. Conceivable here would be another coupling, for example via round gears and sloping or rising ramps, as described above in connection with variant 1. According to the invention takes place in the second variant in a braking operation caused by mechanical coupling means 74, 82, 83 axial movement of the friction linings 80, 90 towards each other. By movement of the friction linings 80, 90 so the spreading takes place. In the illustrated in Fig. 8 to Fig. 10 Oval gears 74, the long side of the oval to the brake disc 70 acts.
Fig. 9 zeigt im Detail den Nachstellmechanismus. Die Nachstellungsschiene 72 greift in das Zahnrad 73 ein. Ebenfalls greift die Grundplatte des Reibbelages 80 in die in Richtung der Drehachse verlaufende (n) Nut(en) ein, was eine freie Beweglichkeit des Reibbelages 80 zur Nachstellung und Lüftspielüberwindung ermöglicht.Fig. 9 shows in detail the adjusting mechanism. The adjustment rail 72 engages the gear 73. Likewise, the base plate of the friction lining 80 engages in the groove (s) extending in the direction of the axis of rotation, which allows free movement of the friction lining 80 for adjustment and overcoming of clearance.
In Fig. 10 ist das Funktionsprinzip der wechselseitigen Synchronisierung (ohne Nachstellungsfunktion) schematisch dargestellt. In Ruhestellung (Bremse gelöst) empfiehlt es sich, die Reibbeläge 80, 90 versetzt anzuordnen. Erst beim Zuspannen werden Sie im Bereich der max. Spannkraft des Bremssattels 7 deckungsgleich.In Fig. 10, the principle of operation of the mutual synchronization (without adjustment function) is shown schematically. In rest position (brake released), it is advisable to dispose the friction linings 80, 90 offset. Only when applying you will be in the range of max. Clamping force of the caliper 7 congruent.
Fig. 11 und Fig. 12 zeigen eine Alternative zur Aufspreizung bzw. mechanischen Kopplung der Reibbeläge 80, 90. Statt des Zahnrades wird hier die jeweils dargestellte Kontur in Zusammenspiel mit einem Gegenlager 81 gewählt. Da maximal eine H Drehung des Bauteils 82 erfolgt, ist eine komplett umlaufende Verzahnung nicht erforderlich. Auch die Verzahnung kann ggf. entfallen oder reduziert werden. Hierbei sind ebenfalls wieder mehrere Varianten möglich. Entweder, wie in der Fig. 11 rechts oben dargestellt, vergrößert sich der Radius. Oder, wie links unten in Fig. 11, durch eine Rampe - oder eine Kombination aus beiden. Fig. 12 zeigt eine geometrische Kontur 83, bei der nach einer H Drehung die maximale Aufspreizung erfolgt. Weitere Varianten und geometrische Konturen sind hier denkbar. In Fig. 13 ist eine Alternative der Synchronisierung nach dem Prinzip einer Wippe 86 gezeigt, die im Drehpunkt durch einen Zylinderstift 84 und an den Enden mittels weiterer Zylinderstifte 85 gelagert ist. Auch hier sind beliebig viele Alternativen denkbar, um die durch die Reibung der Reibbeläge 80, 90 entstehenden Kräfte zu balancieren.FIG. 11 and FIG. 12 show an alternative to the spreading or mechanical coupling of the friction linings 80, 90. Instead of the toothed wheel, the respectively illustrated contour is selected here in cooperation with an abutment 81. Since a maximum of one H rotation of the component 82 takes place, a completely circumferential toothing is not required. The gearing can possibly be omitted or reduced. Again, several variants are possible again. Either, as shown in Fig. 11 top right, the radius increases. Or, as in the bottom left of Fig. 11, by a ramp - or a combination of both. FIG. 12 shows a geometric contour 83 in which the maximum spread takes place after an H rotation. Other variants and geometric contours are conceivable here. In Fig. 13, an alternative synchronization according to the principle of a rocker 86 is shown, which is mounted at the pivot point by a cylindrical pin 84 and at the ends by means of further cylindrical pins 85. Again, any number of alternatives are conceivable to balance the resulting by the friction of the friction linings 80, 90 forces.
Eine Regelung der Bremskraft und der Nachstellung kann bei beiden Varianten und deren Ausführungsformen beispielsweise mittels eines in Fig. 14 dargestellten elektronischen Stromreglers durchgeführt werden, der den elektrischen Strom in Zeit/Stärke und Richtung variieren kann, der der Spule des Aktuators 17 an zwei bzw. vier Rädern zugeführt wird. Als Eingangsgrößen für den Stromregler dienen Steuersignale von verschiedenen Sensoren, z. B. je einem Rad- bzw. Drehzahlsensor an jeder Bremsscheibe 50, 60, 70. Durch Auswertung Der Phasenlage im Regler kann auch die relative Position der Bremsscheiben 50, 60 zueinander abgeleitet werden. Alternativ können Sensoren zur Erfassung der Position der Bremsscheiben, zur Erfassung der vom Bremssattel aufgebrachten Spannkraft oder zur Erkennung der Fahrtrichtung verwendet werden. Auch Lagesensoren zur Erfassung der Positionen der Reibbeläge 80, 90 sind denkbar. Der Sollwert kann beispielsweise aus der Pedalbetätigung ermittelt werden.A regulation of the braking force and the adjustment can be carried out in both variants and their embodiments, for example by means of an electronic current regulator shown in Fig. 14, which can vary the electric current in time / strength and direction of the coil of the actuator 17 to two or four wheels is supplied. As input variables for the current controller are control signals from various sensors, eg. B. each a wheel or speed sensor on each brake disc 50, 60, 70. By evaluating the phase position in the controller, the relative position of the brake discs 50, 60 are derived from each other. Alternatively, sensors for detecting the position of the brake discs, for detecting the force applied by the caliper clamping force or for detecting the direction of travel can be used. Also, position sensors for detecting the positions of the friction linings 80, 90 are conceivable. The setpoint can be determined, for example, from the pedal operation.
Die Betätigungseinheit 10 kann auch die Funktion einer Feststellbremse erfüllen. Die Bremsscheiben 5, 6 befinden sich in der Ausgangslage. Um die notwendige Anpresskraft zu erhalten ist der Einsatz eines Elektromotors mit höherem Drehmoment denkbar. Andere Alternativen sind eine geringere Steigung der Gewindegänge des NachstellZylinders im Bremssattel oder eine Reduzierung der in den Gewindegängen auftretenden Reibung durch Verwendung von Lagern oder Schmiermitteln. Ein Lösen der Feststellbremse in einem Notfall bzw. bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung kann durch ein mechanisches Lösen des Nachstellzylinders 19, beispielsweise mittels eines geeigneten Werkzeugs erfolgen.The actuator 10 may also perform the function of a parking brake. The brake discs 5, 6 are in the starting position. In order to obtain the necessary contact force, the use of an electric motor with higher torque is conceivable. Other alternatives are a smaller pitch of the threads of the Nachstellzylinders in Brake caliper or a reduction in the friction occurring in the threads by using bearings or lubricants. A release of the parking brake in an emergency or in case of failure of the electrical power supply can be done by a mechanical release of the adjusting cylinder 19, for example by means of a suitable tool.
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist nicht auf die beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen des darin offenbarten Erfindungsgedankens sind vielmehr mehrere Modifikationen denkbar. So kann z. B. anstelle eines als Aktuator verwendeten Elektromagneten ein Elektromotor zum Einsatz kommen. Zur Minimierung der Reibung zwischen dem Bremssattel und dem dessen Lagerung dienenden Führungsstift können zusätzliche Lagermittel eingebaut werden. Weiterhin sind Gestaltungsmöglichkeiten bei der Anordnung des Aktuators 17 (z. B. quer) möglich, wobei auch die Führungsstifte durch eine anderweitige mechanische Aufhängung (z. B. Parallelogramm mit Scharnieren) gebildet werden können. Außerdem können die Reibwerte der Bremsbeläge unterschiedlich ausgelegt werden, woraus eine Bewegung der Zahnräder erfolgt. Dabei werden nur jeweils zwei Fahrzeugräder so ausgelegt, dass sie bei Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt zuspannen (z. B. Hinterachse bei Rückwärtsfahrt, Vorderachse bei Vorwärtsfahrt) . Die gleiche Wirkung kann erreicht werden, wenn die Führungsstifte um einige Grad abweichend zum rechten Winkel in Bezug zur Drehrichtung der angebracht werden. In diesem Fall löst eine Bremskraft auch Bremsscheiben eine Kraft in Richtung Führungsstifte aus. Der Aktuator könnte auch an einem an den Führungsstiften befestigten weiteren Bauteil, z. B. einer Blechplatte, ansetzen. Bei der Realisierung der Stege zur thermischen Entkopplung der Verzahnungsringe können, um den Wärmetransport zu verringern, Werkstoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Keramik, Kohlefaser etc. zum Einsatz kommen. Bei der Gestaltung der Verzahnungsringe kann den Verzahnungsringen im Umlauf der Höhe nach eine Wellenform mit einer Amplitude von ca. 0,5 mm überlagert werden. Durch die Steigung der erwähnten Wellenform lässt sich der Selbstverstärkungsfaktor bestimmen. Eine Sinusform ergibt anfangs eine niedrige Verstärkung und kurz vor dem Scheitelpunkt die höchste Verstärkung. Damit ist zum Erzeugen der gleichen Bremskraft eine geringere Kraft des Aktuators 17 erforderlich.The subject matter of the present application is not limited to the described advantageous embodiments. In the context of the inventive idea disclosed therein, several modifications are conceivable instead. So z. B. instead of an electromagnet used as an actuator, an electric motor can be used. In order to minimize the friction between the caliper and the guide pin serving for its storage, additional bearing means can be installed. Furthermore, design options are possible in the arrangement of the actuator 17 (for example transversely), wherein the guide pins can also be formed by an otherwise mechanical suspension (eg parallelogram with hinges). In addition, the friction values of the brake pads can be designed differently, resulting in a movement of the gears. Only two vehicle wheels are designed so that they apply during forward or reverse travel (eg rear axle during reverse travel, front axle during forward travel). The same effect can be achieved if the guide pins are mounted a few degrees different to the right angle with respect to the direction of rotation of the. In this case, a braking force and brake discs releases a force towards guide pins. The actuator could also be connected to the Guide pins attached another component, eg. B. a metal plate, begin. In the realization of the webs for thermal decoupling of the toothed rings, in order to reduce the heat transfer, materials with low thermal conductivity, eg. As ceramics, carbon fiber, etc. are used. In the design of the toothed rings, the toothed rings can be superimposed on a waveform having an amplitude of approximately 0.5 mm in the course of the height. By the slope of the mentioned waveform, the self-amplification factor can be determined. A sinusoid initially gives a low gain and the highest gain just before the vertex. Thus, a lower force of the actuator 17 is required to generate the same braking force.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine extrem gute, verschleißfreie Regelfähigkeit aus. Zum Stellen und Regeln muss kein mechanisches Teil (Masse) bewegt werden, sondern nur die vom Aktuator 17 aufgebrachte Kraft geändert werden. Dadurch ist auch ein sehr viel geringer Leistungsaufwand erforderlich. Die Ansteuerung des Aktuators 17 kann leistungsmäßig durch Takten erfolgen, wobei die Kraftrichtung durch Umpolung erreicht wird. The present invention is characterized by an extremely good, wear-free controllability. To set and control no mechanical part (mass) must be moved, but only the force applied by the actuator 17 force to be changed. As a result, a very low power consumption is required. The actuation of the actuator 17 can be done in terms of power by clocks, the direction of force is achieved by reversing.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrisch regelbare Scheibenbremse zum Abbremsen eines rotierenden Teiles mit einem schwimmend gelagerten Bremssattel, mit zumindest einer Bremsscheibe, deren nach außen gerichtete Seitenflächen mit je einem Reibbelag zusammen wirken, sowie mit einer elektrischen Betätigungseinheit zum Aufbringen einer auf die Reibbeläge wirkenden Kraft, wobei einer der Bremsbeläge durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der entsprechenden Fläche in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bremsscheiben (5, 6, 50, 60) vorgesehen sind, die auf dem rotierenden Teil (1) in dessen axialer Richtung begrenzt verschiebbar und gegen einander begrenzt verdrehbar sind, und dass bei einem Bremsvorgang eine durch mechanische Kopplungsmittel (3, 4, 15, 16, 21, 22; 30, 40, 31, 33) hervorgerufene axiale Bewegung der Bremsscheiben (5, 6, 50, 60) in entgegen gesetzten Richtungen erfolgt.1. Electrically adjustable disc brake for braking a rotating part with a floating caliper, with at least one brake disc, the outwardly directed side surfaces cooperate with a respective friction lining, and with an electric actuator for applying a force acting on the friction linings, wherein one of Brake pads by the operating unit directly and the other friction lining by the action of a brake caliper applied reaction force with the corresponding surface is engageable, characterized in that two brake discs (5, 6, 50, 60) are provided on the rotating part ( 1) in the axial direction are limited displaceable and limited to rotate against each other, and that during a braking operation by a mechanical coupling means (3, 4, 15, 16, 21, 22, 30, 40, 31, 33) caused axial movement of the brake discs (5, 6, 50, 60) takes place in opposite directions.
2. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Teil (1) mit einem Ring (2) versehen ist und dass die mechanischen Kopplungsmittel (3, 4) durch mindestens ein am Ring (2) drehbar gelagertes Trapezzahnrad (3, 4), an nach innen gerichteten Seitenflächen der Bremsscheiben (5, 6) ausgebildete verzahnte Ringflächen2. Electrically actuated disc brake according to claim 1, characterized in that the rotating part (1) with a ring (2) is provided and that the mechanical coupling means (3, 4) by at least one on the ring (2) rotatably mounted Trapezzahnrad (3, 4), on inwardly facing side surfaces of the brake discs (5, 6) formed toothed annular surfaces
(15, 16), die im Eingriff mit dem Trapezzahnrad (3, 4) stehen, sowie kugelförmige Elemente (22) gebildet sind, die mit an den nach innen gerichteten Seitenflächen der BremsScheiben (5, 6) ausgebildeten Rillen (21) mit einem Querschnitt in Form einer ansteigenden Rampe zusammenwirken .(15, 16), which are in engagement with the Trapezzahnrad (3, 4), and spherical elements (22) are formed with the inwardly facing side surfaces of the Brake discs (5, 6) formed grooves (21) cooperate with a cross section in the form of a rising ramp.
3. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung der Bremsscheiben (5, 6) durch Stifte (11, 12) begrenzt wird, die in spiralsegmentförmigen Ausnehmungen (13, 14) im rotierenden Teil (1) geführt werden.3. Electrically actuated disc brake according to claim 2, characterized in that the axial movement of the brake discs (5, 6) by pins (11, 12) is limited, which are guided in spiral segment-shaped recesses (13, 14) in the rotating part (1).
4. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Teil (1) mit einem Ring (2) versehen ist und dass die mechanischen Kopplungsmittel (30, 40, 31, 33) durch mindestens ein am Ring (2) drehbar gelagertes Zahnrad4. Electrically actuated disc brake according to claim 1, characterized in that the rotating part (1) is provided with a ring (2) and that the mechanical coupling means (30, 40, 31, 33) by at least one on the ring (2) rotatably mounted gear
(30, 40) mit ovalem Querschnitt, sowie an nach innen gerichteten Seitenflächen der Bremsscheiben (50, 60) angeordnete Verzahnungsringe (31, 33) gebildet sind, die mit dem mindestens einen Zahnrad (30, 40) mit ovalem Querschnitt im Eingriff stehen.(30, 40) with oval cross-section, and on inwardly facing side surfaces of the brake discs (50, 60) arranged toothed rings (31, 33) are formed, which are in engagement with the at least one gear (30, 40) with an oval cross-section.
5. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den nach innen gerichteten Seitenflächen der Bremsscheiben (50, 60) und den Verzahnungsringen (31, 33) Elemente (32, 34) zur thermischen Entkopplung vorgesehen sind.5. Electrically actuated disc brake according to claim 4, characterized in that between the inwardly directed side surfaces of the brake discs (50, 60) and the toothed rings (31, 33) elements (32, 34) are provided for thermal decoupling.
6. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheiben (50, 60) auf einem Abschnitt (37) kleineren6. Electrically actuated disc brake according to claim 4 or 5, characterized in that the brake discs (50, 60) on a portion (37) smaller
Durchmessers des rotierenden Teiles (1) angeordnet sind, wobei die Bremsscheiben (50, 60) sich an den Abschnitt (37) begrenzenden Ringflächen (38, 39) abstützen und zwischen einer der Bremsscheiben (50) und der ihr zugeordneten Ringfläche (41) eine Feder, beispielsweise eine Druckfeder (35) oder eine Blattfeder angeordnet ist.Diameter of the rotating part (1) are arranged, wherein the brake discs (50, 60) to the Supporting section (37) limiting annular surfaces (38, 39) and between one of the brake discs (50) and its associated annular surface (41) a spring, for example a compression spring (35) or a leaf spring is arranged.
7. Elektrisch regelbare Scheibenbremse zum Abbremsen eines rotierenden Teiles mit einem schwimmend gelagerten Bremssattel, mit zumindest einer Bremsscheibe, deren nach außen gerichtete Seitenflächen mit je einem Reibbelag zusammen wirken, sowie mit einer elektrischen Betätigungseinheit zum Aufbringen einer auf die Reibbeläge wirkenden Kraft, wobei einer der Bremsbeläge durch die Betätigungseinheit direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der entsprechenden Fläche in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbeläge (80, 90) in Drehrichtung der Bremsscheibe (70) beweglich sind, und dass bei einem Bremsvorgang eine durch mechanische Kopplungsmittel (74, 82, 83) hervorgerufene axiale Bewegung der Reibbeläge (80, 90) aufeinander zu erfolgt.7. An electrically controllable disc brake for braking a rotating part with a floating caliper, with at least one brake disc, whose outwardly directed side surfaces each interact with a friction lining, and with an electric actuator for applying a force acting on the friction linings, wherein one of Brake pads by the operating unit directly and the other friction lining by the action of a brake caliper applied reaction force with the corresponding surface is engageable, characterized in that the friction linings (80, 90) in the direction of rotation of the brake disc (70) are movable, and that at a braking operation by a mechanical coupling means (74, 82, 83) caused axial movement of the friction linings (80, 90) takes place toward each other.
8. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Synchronisation8. Electrically actuated disc brake according to claim 7, characterized in that means for synchronization
(71, 72, 73; 86) der Reibbeläge (80, 90) vorgesehen sind.(71, 72, 73, 86) of the friction linings (80, 90) are provided.
9. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass als Synchronisationsmittel Zahnräder bzw. Zahnstangen (71, 72) vorgesehen sind. 9. Electrically actuated disc brake according to claim 8, characterized in that as a synchronization means gears or racks (71, 72) are provided.
10. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass als Synchronisationsmittel eine Wippe (86) vorgesehen ist.10. Electrically actuated disc brake according to claim 8, characterized in that a rocker (86) is provided as the synchronization means.
11. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Kopplungsmittel ovale Zahnräder (74) , schräge Rampen oder geometrische Konturen (82, 83) vorgesehen sind.11. Electrically actuated disc brake according to claim 7, characterized in that as a mechanical coupling means oval gears (74), oblique ramps or geometric contours (82, 83) are provided.
12. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betätigungseinheit (10) im Sinne der Eliminierung eines zwischen den nach außen gerichteten Seitenflächen der Bremsscheiben (5, 6, 50, 60, 70) und den Reibbelägen (8, 9, 80, 90) vorhandenen Lüftspiels ansteuerbar ist.12. Electrically actuated disc brake according to one of claims 1 to 11, characterized in that the electrical actuating unit (10) in the sense of eliminating between the outwardly directed side surfaces of the brake discs (5, 6, 50, 60, 70) and the friction linings ( 8, 9, 80, 90) available Lüftspiels can be controlled.
13. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betätigungseinheit (10) im Sinne der Nachstellung der Reibbeläge (8, 9, 80, 90) ansteuerbar ist.13. Electrically actuated disc brake according to one of claims 1 to 12, characterized in that the electrical actuating unit (10) in the sense of adjustment of the friction linings (8, 9, 80, 90) can be controlled.
14. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromechanischer Aktuator (17) zum Aufbringen unterschiedlicher Anpresskräfte auf die Reibbeläge (8, 9, 80, 90) vorgesehen ist. 14. Electrically actuated disc brake according to one of claims 1 to 13, characterized in that an electromechanical actuator (17) for applying different contact forces on the friction linings (8, 9, 80, 90) is provided.
15. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (17) als ein Elektromagnet ausgebildet ist, dessen Eisenkern (18) der Lagerung des Bremssattels (7) dient.15. Electrically actuated disc brake according to claim 14, characterized in that the actuator (17) is designed as an electromagnet whose iron core (18) serves to mount the brake caliper (7).
16. Elektrisch betätigbare Scheibenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die elektrische Betätigungseinheit (10) als auch der Aktuator (17) mittels Ausgangssignale einer elektronischen Regelschaltung ansteuerbar sind, der als Eingangsgrößen Signale von an den Bremsscheiben angebrachten Drehzahlsensoren, Sensoren zur Erfassung der Position der Bremsscheiben, zur Erfassung der vom Bremssattel aufgebrachten Spannkraft oder zur Erkennung der Fahrtrichtung zugeführt werden. 16. Electrically actuated disc brake according to one of claims 1 to 15, characterized in that both the electrical actuating unit (10) and the actuator (17) can be controlled by means of output signals of an electronic control circuit, the signals as input signals from the brake discs mounted speed sensors, sensors be supplied to detect the position of the brake discs, for detecting the force applied by the brake caliper clamping force or for detecting the direction of travel.
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