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Dokumentenidentifikation DE102005048884B3 03.05.2007
Titel Elektromechanische Bremse mit Kraftspeicher und nachgeschalteter Kraftübersetzungseinheit
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Semsey, Akos, 82211 Herrsching, DE
DE-Anmeldedatum 12.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048884
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse B60T 1/06(2006.01)A, F, I, 20051012, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60T 13/74(2006.01)A, L, I, 20051012, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem abzubremsenden Glied (z.B. Bremsscheibe (12)), wenigstens einem Reibbelag (18) zum reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied, und einem elektrischen Aktuator (26) zum Bewegen des Reibbelages (18) in reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied. Um eine solche elektromechanische Bremse (10) konstruktiv und energetisch vorteilhafter zu gestalten, ist ein betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator (26) gekoppelter, reversibler Kraftspeicher (z.B. Feder 42) vorgesehen, der so mit einer Kraftübersetzungseinrichtung (30, 32, 36) zusammenwirkt, dass bei einer mittels des Aktuators (26) erfolgenden Betätigung der Bremse (10) die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators (26) sukzessive an die Kraftübersetzungseinrichtung abgegeben und von dieser in ein mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators (26) auf vorgegebene Weise ansteigendes Betätigungsmoment umgesetzt wird, welches mittelbar oder unmittelbar auf den Reibbelag (18) übertragen wird. Bei einem Lösen der Bremse lädt eine über den Reibbelag (18) auf die Kraftübersetzungseinrichtung zurückwirkende, bremseninhärente Rückstellkraft den Kraftspeicher wieder auf.

Beschreibung[de]

Elektromechanische Bremse mit Kraftspeicher und nachgeschalteter Kraftübersetzungseinheit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Verwendung in Fahrzeugen vorgesehen ist. Elektromechanische Bremsen unterscheiden sich von den auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge weit verbreiteten hydraulischen oder pneumatischen Bremsen dadurch, dass die Bremsbetätigungskraft nicht hydraulisch oder pneumatisch, sondern auf elektromechanischem Wege erzeugt wird.

Elektromechanische Kraftfahrzeugbremsen der ersten Generation versuchten, die notwendige, erhebliche Bremsbetätigungskraft mittels eines Elektromotors an jeder Radbremse zu erzeugen, dem in der Regel ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet war, damit der Elektromotor nicht zu groß und damit zu schwer wird. Die gewählten, zum Teil sehr großen Untersetzungsverhältnisse im Bereich von 1:200 verschlechterten allerdings das dynamische Verhalten der Bremse stark, was solche Lösungen insgesamt unbefriedigend erscheinen ließ. Derartige Lösungen sind deshalb bisher auch nie in Serie gegangen.

Deutlich vielversprechender sind elektromechanische Bremsen mit Selbstverstärkung, da diese Art elektromechanischer Bremsen nur einen relativ kleinen elektrischen Aktuator benötigt und sich den Großteil der erforderlichen Bremsbetätigungskraft aus der kinetischen Energie des sich bewegenden, abzubremsenden Gliedes der Bremse holt, beispielsweise aus einer sich im Fahrzeugbetrieb drehenden Bremsscheibe. Die grundsätzliche Funktionsweise solcher elektromechanischer Bremsen mit Selbstverstärkung ist im deutschen Patent DE 198 19 564 C2 beschrieben. Aufgrund des Funktionsprinzips können hohe Bremsbetätigungskräfte allerdings nur dann erreicht werden, wenn sich ein Fahrzeug, in das eine solche elektromechanische Bremse mit Selbstverstärkung eingebaut ist, bewegt.

Die Offenlegungsschrift DE 102 30 008 A1 offenbart eine Scheibenbremse mit elektromechanischer Betätigungseinrichtung und einer Selbstverstärkung durch einen Keilmechanismus. Gemäß dieser Schrift wird eine Schwingungserregung vorgeschlagen, wodurch sich ein Reibwert zwischen dem Reibbremsbelag und der Bremsscheibe herabsetzen lässt, wodurch es in Kombination mit einem kleinen Keilwinkel möglich ist, die Gesamtverstärkung der Scheibebremse zu regeln und den Betrag der Gesamtverstärkung zu erhöhen.

Die Offenlegungsschrift DE 101 40 076 A1 offenbart eine Zuspanneinrichtung für Scheibenbremsen, bei der eine Energierückgewinnung der in der Scheibenbremse im zugespannten Zustand enthaltenen elastischen Verformungsenergie stattfindet, indem diese bei Rücknahme der Bremsbetätigung in einen als Federspeicher aufgebauten Krafterzeuger, der die Energie für die Bremsbetätigung zur Verfügung stellt, zurückgespeist wird.

Die Offenlegungsschrift DE 198 51 668 A1 offenbart eine Radbremsvorrichtung, bei der eine Andruckkraft von Reibbremsbelägen gegen eine Bremsscheibe über einen Nocken von einer Spiralfeder aufgebracht wird. Die Andruckkraft und dadurch eine Bremsenergie wird im Wesentlichen von der Spiralfeder aufgebracht, ein Elektromotor dient lediglich zum Verändern der Andruckkraft, wobei der Elektromotor lediglich einen Bruchteil des Moments der Spiralfeder aufbringt.

Es besteht daher nach wie vor der Wunsch nach einer elektromechanischen Bremse, die zur Erzielung hoher Bremsbetätigungskräfte sowohl während 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 (Dreh)Richtung dieses Gliedes, einen nur kleinen elektrischen Aktuator benötigt. Generelle Vorteile elektromechanischer Kraftfahrzeugbremsen sind die einfache Installierbarkeit bei der Fahrzeugherstellung (bisher benötigte Hydraulikleitungen entfallen) und die problemlose Integrierbarkeit in die zur Ansteuerung und zum Betrieb der Bremse notwendigen elektronischen Steuerungen (Fahrerassistenzfunktionen wie ABS, ESP, EBV, EDS etc. sind ohne aufwändige Elektromagnetventile realisierbar).

Ausgehend von einer elektromechanischen Bremse mit einem abzubremsenden Glied, wenigstens einem Reibbelag zum reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied, und einem elektrischen Aktuator zum Bewegen des Reibbelages in reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator gekoppelten, reversiblen Kraftspeicher, der so mit einer Kraftübersetzungseinrichtung zusammenwirkt, dass bei einer mittels des Aktuators erfolgenden Betätigung der Bremse die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators sukzessive an die Kraftübersetzungseinrichtung abgegeben und von dieser in ein Betätigungsmoment umgesetzt wird, das mittelbar oder unmittelbar auf den Reibbelag übertragen wird, wobei das Betätigungsmoment mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators auf vorgegebene Weise ansteigt, und dass bei einem Lösen der Bremse eine über den Reibbelag auf die Kraftübersetzungseinrichtung zurückwirkende, bremseninhärente Rückstellkraft den Kraftspeicher wieder auflädt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die benötigte Bremsbetätigungskraft bzw. das benötigte Bremsbetätigungsmoment im Wesentlichen mit der in dem Kraftspeicher gespeicherten Kraft abzudecken und den elektrischen Aktuator nur einen verglichen mit der benötigten Bremsbetätigungskraft bzw. dem benötigten Bremsbetätigungsmoment geringen Anteil zusteuern zu lassen. In diesem Zusammenhang ist "betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator gekoppelter reversibler Kraftspeicher" so zu verstehen, dass bei einer Betätigung des elektrischen Aktuators automatisch auch der Kraftspeicher eine Kraft entsprechend dem Ausmaß der Betätigung des Aktuators an die Kraftübersetzungseinrichtung abgibt. Die an der Kraftübersetzungseinrichtung jeweils anliegende Kraft, die sich aus dem Anteil der aus dem Kraftspeicher stammenden Kraft und aus dem Anteil der von dem elektrischen Aktuator beigesteuerten Kraft zusammensetzt, wird von der Kraftübersetzungseinrichtung "verstärkt", indem diese Kraft in ein Betätigungsmoment umgesetzt wird, welches dann auf den Reibbelag übertragen wird, um Letzteren gegen das abzubremsende Glied zu pressen. Die Kraftübersetzungseinrichtung ist dabei so ausgestaltet, beispielsweise mittels eines variablen Hebelarmes, dass das Betätigungsmoment mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators ansteigt, um den erhöhten Bremsanforderungen Rechnung zu tragen, die mit dem zunehmenden Betätigungsweg des Aktuators einhergehen. Die Kraftübersetzungseinrichtung sorgt also dafür, dass trotz im Wesentlichen gleicher Eingangskraft, aufgebracht durch das Zusammenwirken des Kraftspeichers mit dem elektrischen Aktuator, das von der Kraftübersetzungseinrichtung auf den Reibbelag übertragene Ausgangsbetätigungsmoment mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators zunimmt, ohne dass der elektrische Aktuator seine Betätigungskraft signifikant erhöhen muss. Das "auf vorgegebene Weise ansteigende Betätigungsmoment" meint dabei, dass man durch eine entsprechende Auslegung der Kraftübersetzungseinrichtung einen bestimmten, gewünschten Verlauf des Ausgangsbetätigungsmomentes vorgeben kann. Ein solcher Verlauf kann linear ansteigend sein, er kann aber auch progressiv oder degressiv sein. Mit "bremseninhärenter Rückstellkraft" ist gemeint, dass jede Bremse bei ihrer Betätigung eine der Betätigungskraft entgegengerichtete Kraft aufbaut, die erfindungsgemäß dazu benutzt wird, den Kraftspeicher beim Lösen der Bremse wieder aufzuladen, damit in dem Kraftspeicher Kraft für einen neuen Bremsvorgang zur Verfügung steht.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße elektromechanische Bremse so ausgestaltet, dass ihr Kraftspeicher dann, wenn der elektrische Aktuator seinen maximalen Betätigungsweg erreicht hat, vollständig oder nahezu vollständig entleert ist. Zwar wäre ein Betreiben des Kraftspeichers auf Niveaus zwischen 100 % und beispielsweise 50 % der in ihm gespeicherten Kraft ebenfalls möglich, jedoch ist unter energetischen Gesichtspunkten eine vollständige oder nahezu vollständige Entleerung des Aktuators bei maximaler Bremsbetätigung günstiger. Ein solcher, energetisch günstiger Betrieb erfordert allerdings eine relativ hohe Kraftübersetzung durch die Kraftübersetzungseinrichtung im Bereich des maximalen Betätigungsweges des Aktuators, um das dann erforderliche hohe Bremsbetätigungsmoment erzielen zu können.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse resultiert die bremseninhärente Rückstellkraft aus einer elastischen Verformung der bei einer Bremsung beteiligten Bremsenbauteile, z.B. aus einer Komprimierung des Reibbelages, aus einer Aufweitung eines Bremssattels im Falle einer elektromechanischen Bremse in Sattelbauweise etc. Die elektromechanische Bremse selbst verhält sich demnach wie eine Feder, die bei einer Betätigung der Bremse gespannt und bei einem Lösen der Bremse wieder entspannt wird, wobei der Entspannungsvorgang dazu verwendet wird, den Kraftspeicher wieder aufzuladen.

Der mittels des variablen Hebelarms der Kraftübersetzungseinrichtung über den Betätigungsweg des Aktuators vorgegebene Anstieg des Betätigungsmoments kompensiert vorzugsweise zumindest ungefähr die mit dem Betätigungsweg ansteigende, bremseninhärente Rückstellkraft. Das bedeutet für den elektrischen Aktuator, dass dieser über seinen gesamten Betätigungsweg nur dazu in der Lage sein muss, eine Betätigungskraft liefern zu können, die verglichen mit der insgesamt benötigten Bremsbetätigungskraft bzw. dem insgesamt benötigten Bremsbetätigungsmoment klein ist. Der elektrische Aktuator kann demzufolge leicht und mit geringer Baugröße ausgeführt sein.

Bei manchen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse ist der vorgegebene Anstieg des Betätigungsmoments so gewählt, dass die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rückstellkraft unterkompensiert wird, was bedeutet, dass der elektrische Aktuator einen bestimmten Kraftanteil in Betätigungsrichtung zusteuern muss, um die gewünschte Bremswirkung zu erzielen. Fällt bei einer solchermaßen ausgelegten elektromechanischen Bremse der elektrische Aktuator aus, fällt die Bremse zwangsweise in ihren unbetätigten, offenen Zustand zurück. Andere Ausführungsbeispiele sind so gestaltet, dass die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rückstellkraft überkompensiert wird, was im normalen Bremsbetrieb bedeutet, dass der elektrische Aktuator einen gewissen Kraftanteil entgegen der Bremsbetätigungsrichtung zusteuern muss, damit in Summe (nur) die gewünschte Bremswirkung erzielt wird. Fällt bei einem solchen Ausführungsbeispiel der elektrische Aktuator aus, nimmt die elektromechanische Bremse selbsttätig einen geschlossenen, d.h. bremsenden Zustand ein. Eine solche Auslegung ist für bestimmte Anwendungsfälle gesetzlich vorgeschrieben, z. B. für Lastwagenbremsen.

Bei allen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Bremse ist die Kraftübersetzungseinrichtung vorzugsweise ein Getriebe mit variablem Hebelarm, d.h. mit einem Hebelarm, der mit steigendem Betätigungsweg des Aktuators größer wird. Jegliche Art von Getriebe, welches die vorgenannte Anforderung erfüllt, kann zum Einsatz gelangen.

Das abzubremsende Glied der Bremse kann ein drehbares Glied sein, z.B. eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel, es kann aber auch ein lineares Glied sein, zwischen dem und der Bremse eine Relativbewegung stattfindet.

Als Kraftspeicher der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse eignen sich besonders komprimierte Federn, die einzeln oder als Federpaket eingesetzt werden können. Es existieren auch Federn, die eine geeignete Kraftübersetzungseinrichtung sozusagen bereits eingebaut haben, beispielsweise Teller- bzw. Membranfedern, wie sie heutzutage in Kraftfahrzeugkupplungen Verwendung finden. Solche Federn zeigen bereits aus sich heraus (bedingt beispielsweise durch ihre spezielle Geometrie) das gewünschte Verhalten eines mit zunehmendem Betätigungsweg ansteigenden Betätigungsmomentes.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße elektromechanische Bremse eine Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse für ein Kraftfahrzeug.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse wird im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1 ein Schema einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremse, ausgestaltet als Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, und

2 ein Moment-Betätigungswinkel-Diagramm, welches einen beispielhaften Verlauf von in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wirkenden Kräften veranschaulicht.

In 1 ist schematisch der konstruktive Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer elektromechanischen Bremse 10 dargestellt, die hier als Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.

Die Bremse 10 weist eine drehbare Bremsscheibe 12 auf, die im normalen Betriebszustand der Bremse fest mit dem Rad eines hier nicht gezeigten Fahrzeuges verbunden ist. Ein Pfeil D gibt die Hauptdrehrichtung der Bremsscheibe 12 im Betrieb an, d.h. die Drehrichtung bei Vorwärtsfahrt.

Die Bremsscheibe 12 wird überspannt von einem Schwimmsattel 14, der parallel zur nicht gezeigten Drehachse der Bremsscheibe 12 verschieblich an einem hier nur angedeuteten Bremsträger 16 befestigt ist, welcher im Einbauzustand der Bremse 10 mit einem fahrzeugfesten Bauteil verbunden ist, üblicherweise mit einem Teil einer Radaufhängung. In dem Bremsträger 16 ist ein erster Reibbelag 18 mittels einer ersten Belagträgerplatte 20, mit der der Reibbelag 18 fest verbunden ist, derart geführt, dass er zur Bremsscheibe 12 hin und von dieser weg bewegt werden kann. Gegenüber dem ersten Reibbelag 18 ist auf der anderen Seite der Bremsscheibe 12 ein zweiter Reibbelag 22 angeordnet, der mittels einer zugehörigen Belagträgerplatte 24 am Schwimmsattel 14 befestigt ist.

Zum Betätigen der Bremse 10 dient ein elektrischer Aktuator 26, beispielsweise ein Elektromotor, der über ein Antriebsritzel 28 eine im Bremsträger 16 drehbar gelagerte, außen verzahnte Scheibe 30 zu drehen vermag.

Auf der Scheibe 30 ist ein erster Zapfen 32 befestigt, auf dem eine erste Hülse 34 drehbar gelagert ist. Ferner ist auf der Scheibe 30 ein zweiter Zapfen 36 befestigt, auf dem eine zweite Hülse 38 drehbar gelagert ist. Ein Abstand M zwischen dem Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 und der Drehachse der Scheibe 30 ist größer als ein Abstand N zwischen dem Mittelpunkt des zweiten Zapfens 36 und der Drehachse der Scheibe 30.

Der erste Zapfen 32 steht über seine Hülse 34 in Kontakt mit der einen Seite eines verschieblich geführten Kolbens 40, auf dessen andere Seite eine Druckfeder 42 wirkt, die sich zumindest in dem in 1 gezeigten Ausgangszustand der Bremse 10 in komprimiertem Zustand befindet. Der zweite Zapfen 36 steht über seine Hülse 38 in Kontakt mit einem Betätigungskeil 44, der bezüglich des ersten Reibbelags 18, genauer dessen Belagträgerplatte 20, parallel zur Bremsscheibe 12 hin und her verschiebbar gelagert ist. Der Betätigungskeil 44 stützt sich in ebenfalls verschieblich gelagerter Weise unter einem Keilwinkel &agr; an einem Widerlager 46 ab, welches am Schwimmsattel 14 befestigt ist.

Im Folgenden wird die Funktion der Bremse 10 näher erläutert. Um einen Bremsvorgang auszuführen, müssen die beiden Reibbeläge 18, 22 in Kontakt mit der Bremsscheibe 12 bewegt werden. Hierzu muss der elektrische Aktuator 26 sein Antriebsritzel 28 im Gegenuhrzeigersinn drehen und dabei ein erstes Betätigungsmoment auf die Scheibe 30 aufbringen, die sich daraufhin beginnt, im Uhrzeigersinn zu drehen. Dieses erste Betätigungsmoment wirkt über den zweiten Zapfen 36 bzw. die auf ihm drehbar gelagerte Hülse 38 auf den Betätigungskeil 44. Bevor die Scheibe 30 sich dreht, befindet sich der Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 auf der die Drehachse der Scheibe 30 schneidenden Kraftwirkungslinie der Kraft, welche die Feder 42 über den Kolben 40 auf den ersten Zapfen 32 ausübt (Ausgangszustand). In diesem Ausgangszustand übt die Feder 42 kein Betätigungsmoment auf den Betätigungskeil 44 aus, da der Hebelarm der Federkraft bezüglich des Betätigungskeils 44 in diesem Ausgangszustand Null ist.

Aufgrund der von dem ersten Betätigungsmoment eingeleiteten Verdrehung der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn bewegt sich jedoch der Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 von der Kraftwirkungslinie der Feder 42 weg (in 1 nach unten), so dass nunmehr ein zweites Betätigungsmoment entsteht, dessen Größe sich aus der auf den Kolben 40 wirkenden Federkraft und der Größe des durch die Verdrehung erzeugten Hebelarmes zwischen der Kraftwirkungslinie der Feder und dem Zentrum des ersten Zapfens 32 ergibt. Ebenso wie das vom elektrischen Aktuator 26 erzeugte erste Betätigungsmoment wirkt auch das zweite Betätigungsmoment über den zweiten Zapfen 36, genauer über dessen Hülse 38, auf den Betätigungskeil 44. Auf den Betätigungskeil 44 wirkt somit ein Gesamtbetätigungsmoment, das sich aus der Addition des ersten Betätigungsmoments und des zweiten Betätigungsmoments ergibt. Das Gesamtbetätigungsmoment verlagert, ausgelöst durch die mit ihm einhergehende Verdrehung der Scheibe 30, den Betätigungskeil 44 in 1 nach links, wodurch der Betätigungskeil 44, aufgrund seiner unter dem Keilwinkel &agr; erfolgenden Abstützung am Widerlager 46, zugleich den ersten Reibbelag 18 gegen die Bremsscheibe 12 presst. Durch die dabei entstehenden, Fachleuten auf diesem Gebiet bekannten Reaktionskräfte verschiebt der Schwimmsattel 14 sich parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 12 und sorgt auf diese Weise dafür, dass auch der zweite Reibbelag 22 gegen die Bremsscheibe 12 gepresst wird.

Mit steigendem Gesamtbetätigungsmoment verhalten sich bestimmte Bauteile der Bremse 10, insbesondere die beiden Reibbeläge 18 und 22 sowie der Schwimmsattel 14, wie eine Feder, die zunehmend gespannt wird, denn das Material der Reibbeläge 18, 22 wird durch die wirkenden Kräfte komprimiert und der Schwimmsattel 14 weitet sich elastisch auf. Es entsteht also eine bremseninhärente Rückstellkraft, die der Bremsbetätigungskraft bzw. dem Bremsbetätigungsmoment entgegenwirkt und die überwunden werden muss, um einen Bremsvorgang zu erzeugen. Ersichtlich wird diese bremseninhärente Rückstellkraft immer größer, je größer das Gesamtbetätigungsmoment der Bremse ist, was nichts anderes heißt, als dass zur Erzielung einer zunehmenden Bremskraft ein ebenfalls zunehmendes Gesamtbetätigungsmoment bereitgestellt werden muss.

Bei der dargestellten Bremse 10 ergibt sich das bei zunehmender Bremskraft erforderliche zunehmende Gesamtbetätigungsmoment auf elegante und energetisch sehr vorteilhafte Weise durch die Kraft der Feder 42, die über den Kolben 40 und die eine Kraftübersetzungseinrichtung darstellende Einheit aus Scheibe 30, erstem Zapfen 32 und zweitem Zapfen 36 auf den Betätigungskeil 44 wirkt. Mit steigendem Verdrehwinkel der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn wächst der zwischen dem Mittelpunkt des ersten Zapfens 32 und der Kraftwirkungslinie der Feder 42 vorhandene Hebelarm an bis zum maximalen Hebelarm M, der bei einer Verdrehung der Scheibe 30 um 90° verglichen mit dem Ausgangszustand erreicht wird, während gleichzeitig der zwischen dem Mittelpunkt des zweiten Zapfens 36 und der Drehachse der Scheibe 30 gebildete Hebelarm ausgehend von seinem Maximalwert N, der im Ausgangszustand der Bremse 10 vorliegt, kontinuierlich abnimmt und einen Wert Null dann erreicht, wenn die Scheibe 30 sich um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht hat. Mit anderen Worten, das Kraftübersetzungsverhältnis der Kraftübersetzungseinrichtung vergrößert sich bei einer Drehung der Scheibe 30 im Uhrzeigersinn ständig und erreicht nach einer Drehung der Scheibe 30 um 90 Grad zumindest theoretisch den Wert unendlich. Auf diese Weise stellt die Kraft der Feder 42 den größten Teil des jeweils benötigten Betätigungsmoments bereit, während der elektrische Aktuator 26 nur einen kleinen Teil des benötigten Betätigungsmoments beisteuern muss. Vorzugsweise ist die als Kraftspeicher dienende Feder 42 so ausgelegt, dass sie bei maximaler Kraftübersetzung der Kraftübersetzungseinrichtung, im vorliegenden Fall also dann, wenn die Scheibe 30 sich aus ihrer Ausgangsstellung um 90 Grad gedreht hat, vollkommen oder jedenfalls nahezu vollkommen entspannt ist.

Zur Verdeutlichung der beschriebenen Verläufe des Betätigungsmoments wird auf 2 verwiesen, die ein Diagramm zeigt, in der die einzelnen Momente über den Betätigungswinkel des Aktuators, genauer der Scheibe 30, aufgetragen sind. Eine erste Kurve A zeigt dabei den Verlauf der sich während einer Bremsbetätigung mit zunehmendem Betätigungsweg aufbauenden bremseninhärenten Rückstellkraft bzw. das aus dieser Kraft resultierende Rückstellmoment. Da dieses Rückstellmoment dem Betätigungsmoment entgegengerichtet ist, weist es ein negatives Vorzeichen auf. Eine Kurve B zeigt den Verlauf des mittels der Kraft der Feder 42 und der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung bewirkten Betätigungsmoments, das obenstehend als zweites Betätigungsmoment bezeichnet worden war. Dieses zweite Betätigungsmoment ist über seinen gesamten Verlauf betragsmäßig kleiner als Rückstellmoment gemäß der Kurve A. Eine Kurve C veranschaulicht den Verlauf des vom elektrischen Aktuators 26 über den Betätigungswinkel bereitgestellten Betätigungsmoments, welches obenstehend als erstes Betätigungsmoment bezeichnet worden war. Bei gegebenem Betätigungswinkel ergibt die Summe aus erstem und zweitem Betätigungsmoment betragsmäßig einen Wert, der dem zugehörigen Wert des Rückstellmoments entspricht. Man erkennt, dass das vom elektrischen Aktuator 26 bereitgestellte Betätigungsmoment in jedem Fall klein ist gegenüber dem Betätigungsmoment, welches mittels der Kraft der Feder 42 erzeugt wird. Der elektrische Aktuator 26 kann deshalb klein und leicht ausgeführt werden.

Der in 2 gezeigte Kraftverlauf ist lediglich exemplarisch und kann durch eine andere Auslegung des Kraftspeichers und/oder der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung so modifiziert werden, wie es für einen gegebenen Anwendungsfall am vorteilhaftesten ist. Während vorstehend ein Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, bei dem der elektrische Aktuator 26 einen geringen Anteil des Gesamtbetätigungsmoments zusteuert, kann bei anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass das aus dem Kraftspeicher und der nachgeschalteten Kraftübersetzungseinrichtung resultierende Betätigungsmoment das aus der bremseninhärenten Rückstellkraft resultierende Rückstellmoment überkompensiert, so dass der elektrische Aktuator zum Steuern des Bremsvorganges ein Moment aufbringen muss, welches dem Betätigungsmoment entgegengerichtet ist, das mittels Kraftspeicher und nachgeschalteter Kraftübersetzungseinrichtung ausgeübt wird. Ebenso versteht es sich, dass anstelle der dargestellten und beschriebenen Kraftübersetzungseinrichtung jede andere Kraftübersetzungseinrichtung zum Einsatz kommen kann, die eine gewünschte, über den Betätigungsweg variable Kraftübersetzung bereitstellt. Auch ist die Betätigung des ersten Reibbelags 18 nicht auf die gezeigte, einen Betätigungskeil 44 verwendende Lösung beschränkt, sondern es können stattdessen andere Einrichtungen zur Betätigung des oder der Reibbeläge vorhanden sein. Auch kann die Kraftübersetzungseinrichtung unmittelbar auf einen Reibbelag wirken.

Beim Lösen der Bremse 10 führt die beschriebene, bremseninhärente Rückstellkraft bzw. das aus dieser Kraft resultierende Rückstellmoment dazu, dass die oben beschriebenen, bei einer Betätigung der Bremse auftretenden Vorgänge sich umkehren, d.h, der Betätigungskeil 44 verschiebt sich parallel zur Bremsscheibe 12 in 1 nach rechts, die Scheibe 30 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn zurück in ihre in 1 gezeigte Ausgangsstellung, und die Feder 42 wird gleichzeitig wieder komprimiert bzw. "aufgeladen", um für einen erneuten Bremsvorgang Kraft zur Verfügung stellen zu können. Das Spannen und Entspannen der Feder 42 ist somit reversibel, elektrische Energie wird somit nur für den relativ kleinen Teil des Gesamtbetätigungsmoments verbraucht, welches der elektrische Aktuator 26 entweder in Betätigungsrichtung oder entgegen der Betätigungsrichtung aufbringen muss.


Anspruch[de]
Elektromechanische Bremse (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit

– einem abzubremsenden Glied,

– wenigstens einem Reibbelag (18) zum reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied, und

– einem elektrischen Aktuator (26) zum Bewegen des Reibbelages (18) in reibschlüssigen Eingriff mit dem abzubremsenden Glied,

gekennzeichnet durch

– einen betriebsmäßig mit dem elektrischen Aktuator (26) gekoppelten reversiblen Kraftspeicher, der so mit einer Kraftübersetzungseinrichtung zusammenwirkt, dass bei einer mittels des Aktuators (26) erfolgenden Betätigung der Bremse (10) die im Kraftspeicher gespeicherte Kraft mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators (26) sukzessive an die Kraftübersetzungseinrichtung abgegeben und von dieser in ein mit zunehmendem Betätigungsweg des Aktuators (26) auf vorgegebene Weise ansteigendes Betätigungsmoment umgesetzt wird, das mittelbar oder unmittelbar auf den Reibbelag (18) übertragen wird, und dass bei einem Lösen der Bremse eine über den Reibbelag (18) auf die Kraftübersetzungseinrichtung zurückwirkende, bremseninhärente Rückstellkraft den Kraftspeicher wieder auflädt.
Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher dann, wenn der elektrische Aktuator (26) seinen maximalen Betätigungsweg erreicht hat, vollständig oder nahezu vollständig entleert ist. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bremseninhärente Rückstellkraft aus der elastischen Verformung der im Rahmen einer Bremsung beteiligten Bremsenbauteile resultiert. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Betätigungsweg vorgegebene Anstieg des Betätigungsmoments zumindest ungefähr die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rückstellkraft kompensiert. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rückstellkraft unterkompensiert wird. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Betätigungsweg ansteigende bremseninhärente Rückstellkraft überkompensiert wird. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübersetzungseinrichtung ein Getriebe (30, 32, 36) ist. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abzubremsende Glied eine Bremsscheibe (12) ist. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher eine komprimierte Feder (42) ist. Elektromechanische Bremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Tellerfeder ist, deren abgegebenes Betätigungsmoment mit zunehmendem Betätigungsweg ansteigt. Elektromechanische Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (10) eine Schwimmsattel-Teilbelagscheibenbremse ist.






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