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Dokumentenidentifikation DE19831838B4 03.05.2007
Titel Bremsvorrichtung
Anmelder Continental Teves AG & Co. OHG, 60488 Frankfurt, DE
Erfinder Rieth, Peter E., Dr., 65343 Eltville, DE;
Kunze, Lothar, 65719 Hofheim, DE;
Jungbecker, Johann, 55576 Badenheim, DE;
Schmitt, Stefan, 65343 Eltville, DE;
Klein, Andreas, Dr., 61350 Bad Homburg, DE;
Schwarz, Ralf, 64297 Darmstadt, DE;
Kranlich, Holger, 61184 Karben, DE
DE-Anmeldedatum 16.07.1998
DE-Aktenzeichen 19831838
Offenlegungstag 22.07.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse B60T 1/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60T 13/74(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F16D 65/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H02K 7/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer Bremsscheibe, die mit einem sich drehenden, zu bremsenden Teil verbunden ist, einer einen Bremsbelag aufweisenden Bremsbelagplatte, die mit ihrem Bremsbelag der Bremsscheibe gegenüberliegend angeordnet ist, einem Aktuator, der einen Elektromotor zum Betätigen einer Gewindespindel aufweist, um die Bremsbelagplatte gegen die Bremsscheibe zu drücken, Mitteln zur Führung der Bremsbelagplatte, wobei die Mittel zur Führung der Bremsbelagplatte unabhängig von der Gewindespindel ausgebildet sind, so dass die während eines Bremsvorganges an der Gewindespindel auftretenden Querbelastungen verringert sind.

Eine derartige Bremsvorrichtung ist z. B. aus der prioritätsälteren, jedoch nicht vorveröffentlichten DE 196 48 581 A1 bekannt. Bei der vorbekannten Bremsvorrichtung ist der Bremsbelag mit einer Haltefeder versehen, die mit der Bremsbelagplatte verbunden ist und die der Befestigung des Bremsbelags in einer Ausnehmung eines hydraulisch betätigbaren Bremskolbens dient. Eine Führung des Bremsbelags erfolgt somit mittels des Bremskolbens, der seinerseits in einer Bohrung eines Bremsgehäuses geführt wird. Die vorbekannte Anordnung ist jedoch nicht in der Lage, eine Drehmomentübertragung zwischen der Bremsbelagplatte und dem Bremsgehäuse durchzuführen.

Eine andere derartige Bremsvorrichtung ist aus der DE 40 21 572 A1 bekannt. Diese Bremsvorrichtung weist einen hohlen Kolben auf, in welchem eine Drehwelle lagert, wobei die Drehwelle als Kugelumlaufspindel ausgebildet ist, mit welcher eine Drehbewegung in eine Verschiebebewegung des Kolbens umgewandelt werden kann. Die Drehwelle wird über ein Schneckengetriebe von einem Elektromotor angetrieben.

Der Kolben ist außenseitig an zwei Seiten abgeflacht und an diesen Flächen mittels Gleitlager am Gehäuse gelagert, so daß er gegen ein Verdrehen gesichert ist. Zudem ist der Kolben am Gehäuse mittels Linearkugellager gelagert, die die Reibungskräfte beim Verschieben des Kolbens minimieren sollen.

Grundsätzlich gilt für Bremsvorrichtungen, dass sie zur Erzeugung ausreichender Bremskräfte bei einem kurzen Betätigungsweg eine hohe Betätigungskraft zum Drücken eines Bremsbelages gegen eine Bremsscheibe übertragen müssen. Für eine elektromechanische Bremsvorrichtung bedeutet dies, dass ein beträchtliches Kraftmoment bei der Umwandlung der vom Elektromotor erzeugten Drehbewegung in eine translatorische Bewegung zur Erzeugung der Zuspannkraft bereitgestellt werden muss.

Bei Verwendung eines Kugelgewindetriebes ist die maximal übertragbare Zuspannkraft durch geometrische Abmessungen und Anzahl der tragenden Kugeln begrenzt. Bei elektromechanischen Bremsvorrichtungen wird deshalb ein Rollengewindetrieb anstelle eines Kugelgewindetriebes verwendet, da der Rollengewindetrieb bei gleichem Bauraum eine deutlich größere Zuspannkraft übertragen kann. Der Wirkungsgrad eines Rollengewindetriebes mit Rückführung ist jedoch wesentlich niedriger als der eines Kugelgewindetriebes.

Elektromechanische Bremsvorrichtungen sind daher entweder mit einem Rollengewindetrieb und einem entsprechend großen Elektromotor zur Kompensation des geringen Wirkungsgrades ausgebildet und können die gewünschte Zuspannkraft bereitstellen, oder weisen ein Kugelgewindetrieb und einen entsprechend kleinen Elektromotor auf, können dann jedoch oftmals nicht die gewünschte Zuspannkraft erbringen. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf nach einer Bremsvorrichtung mit hoher Zuspannkraft und hohem Wirkungsgrad, das heißt nach einer kompakten Bremsvorrichtung mit relativ kleinem Elektromotor, wobei dennoch die gewünschte Zuspannkraft erzeugt werden können soll.

Ferner werden einerseits bei einem Bremsvorgang die Bremsbelagplatten ein Stück mitgenommen, andererseits weitet sich durch die Zuspannkräfte die die Bremsscheibe übergreifende Faust auf, wodurch Querkräfte auf die Gewindespindel übertragen werden. Dies führt zu einer Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrades des die Gewindespindel aufweisenden Getriebes.

Weiterhin sind elektromechanische Bremsvorrichtungen entwickelt worden, bei welchen die Bremsbelagplatte mittels eines Druckstückes und eines Faltenbalges mit der Spindel verbunden ist. Durch den Faltenbalg und das Druckstück wird die das Biegemoment von der Spindel ferngehalten. Der Faltenbalg bedeutet aber eine Einschränkung bei der Auswahl des Getriebes zur Wandlung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung der Spindel zur Betätigung der Bremsbelagplatte insofern, als die Steigung der Spindel ein bestimmtes Maß nicht überschreiten darf, damit der Faltenbalg mit dem maximal auftretenden Spindeldrehmoment nicht überlastet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Bremsvorrichtung so weiter zu bilden, dass sie bei kompakter Bauweise noch eine hohe Zuspannkraft bereit stellen kann.

Die Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Lösung nach Anspruch 1 sieht Mittel zur Führung der Bremsbelagplatte vor, die als zwei Führungsbügel ausgebildet sind, die jeweils ein Führungsloch aufweisen, durch das sich jeweils ein Führungsbolzen erstreckt, der an einem die Gewindespindel umschließenden Gehäuse befestigt ist, wobei die Gewindespindel etwa mittig zwischen den beiden Führungsbolzen angeordnet ist. Durch die Verringerung der Querbelastungen wird der Wirkungsgrad für die Umwandlung einer Drehbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung der Gewindespindel erhöht, so dass ein kompakter Elektromotor zur Erzeugung der notwendigen Zuspannkraft genügt. Dies erlaubt wiederum eine kompakte Ausbildung der Bremsvorrichtung, wobei alle mechanischen Anforderungen bzgl. der Zuspannkraft und des Ansprechverhaltens erfüllt werden können.

Die Lösung nach Anspruch 10 sieht eine spezielle Kugelumlaufmutter zur Betätigung der Kugelumlaufspindel vor, die an der Lasteintragsseite eine geringere Steifigkeit als im übrigen Bereich aufweist. Hierdurch wird die Last auf mehrere Gewindegänge verteilt, wodurch die von einem derart ausgebildeten Kugelgewindetrieb erzeugte Zuspannkraft auch sehr hohen Anforderungen von Bremsvorrichtungen schwerer Fahrzeuge genügt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Bereich einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung mit unabhängig von einer Gewindespindel zur Betätigung einer Bremsbelagplatte ausgebildeten Führungsmittel in perspektivischer Ansicht,

2a schematisch einen horizontalen Schnitt durch die Bremsvorrichtung aus 1,

2b schematisch einen vertikalen Schnitt durch die Bremsvorrichtung aus 1,

3 die Bremsbelagplatte der Bremsvorrichtung nach 1 in Frontansicht zusammen mit Führungsbolzen,

4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung mit unabhängig von der Gewindespindel ausgebildeten Führungsmittel,

5 eine weitere erfindungsgemäße Bremsvorrichtung mit unabhängig von der Gewindespindel ausgebildeten Führungsmittel,

6a die Druckplatte der Bremsvorrichtung aus 1 zusammen mit zwei Führungsbolzen und eine Gewindespindel,

6b einen Schnitt durch die Druckplatte entlang der Linie A-A aus 6a,

7 eine weitere erfindungsgemäße Bremsvorrichtung mit unabhängig von der Gewindespindel ausgebildeten Führungsmittel,

8 einen vertikalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung,

9 die in 8 gezeigte Bremsvorrichtung in der Seitenansicht,

10 schematisch eine Draufsicht der in 8 gezeigten Bremsvorrichtung,

11 schematisch einen herkömmlichen Kugelgewindetrieb im Längsschnitt zusammen mit einer grafischen Darstellung der Lastverteilung,

12 einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb im Längsschnitt zusammen mit einer grafischen Darstellung der Lastverteilung,

13a und 13b jeweils einen Schnitt durch einen herkömmlichen Kugelgewindetrieb, und

14a und 14b jeweils einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb.

Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem eine elektromechanische Wandlereinrichtung (Aktuator) zur Betätigung einer Kugelumlaufspindel 2 vorgesehen ist (1, 8). Am Gehäuse ist eine aus einer Brücke 4 und einem Klemmarm 5 bestehende Faust 6 angeordnet, die den Randbereich einer Bremsscheibe 8 umgreift. Das Gehäuse 1 und die Faust 6 sind mittels eines biege- und torsionssteifen, dünnwandigen Blechringes 7 miteinander verbunden.

Die elektromechanische Wandlereinrichtung bzw. der Aktuator weist einen Elektromotor auf, der aus einer Wicklung 10, die den Stator bildet, und aus einem Rotor 12 ausgebildet ist. Der Rotor ist rohrförmig ausgebildet, wobei an dessen Mantelfläche der Anker 11 befestigt ist. Der rohrförmige Rotor ist innerhalb des Magneten 10 angeordnet, wobei an beiden Stirnenden des Ankers 11 jeweils ein Nadellager oder ein Kugellager 13 zwischen dem Rotor und dem aus dem Magneten 10 und dem Gehäuse 1 ausgebildeten Stator vorgesehen ist, so daß zwischen dem Rotor und dem Stator immer ein vorbestimmter Luftspalt 14 eingehalten wird. Der rohrförmige Grundkörper 12 ist an seinem von der Bremsscheibe 8 abgewandten Ende nach außen abgekröpft, wobei die Abkröpfung als Zahnrad 15 ausgebildet ist. Das Zahnrad 15 steht mit der Antriebsseite eines am Gehäuse 1 angeordneten Planetengetriebes 17 in Eingriff. Das Planetengetriebe 17 ist als ein- bzw. zweistufiges Untersetzungsgetriebe ausgebildet. Die Abtriebsseite des Planetengetriebes 17 bildet eine Ringscheibe 18, die über einen Faltenbalg 19 mit einem rohrförmigen Drehkörper 21 verbunden ist. Der Faltenbalg 19 ist biegeelastisch, jedoch torsionssteif, so daß er die Drehbewegung der Ringscheibe 18 unmittelbar auf den rohrförmigen Drehkörper 21 überträgt.

Der rohrförmige Drehkörper 21 ist mit seinem zur Bremsscheibe 8 weisenden Ende drehfest mit einer Kugelumlaufmutter 23 verbunden. Die Kugelumlaufmutter 23 ist an ihrem vorderen, zur Bremsscheibe 8 weisenden Randbereich radial nach außen abgekröpft. Diese Abkröpfung 24 wird von einem im Querschnitt stufenförmig in den Bereich zwischen dem rohrförmigen Drehkörper 21 und dem Grundkörper 12 des Rotors erstreckenden Rotationskörpers der Faust 6 hintergriffen. Dieser Rotationskörper weist auf der von der Bremsscheibe abgewandten Seite der Abkröpfung 24 der Kugelumlaufmutter angeordnetes Ringsegment 25 auf, wobei zwischen diesem Ringsegment 25 und der Abkröpfung 24 ein Axialkugellager 27 und zwischen der nach innen weisenden Stirnseite des Ringsegmentes 25 und dem Hauptkörper der Kugelumlaufmutter 23 ein radiales Fixierungskugellager 28 angeordnet sind. Das radiale Fixierungskugellager 28 befindet sich vorzugsweise im Bereich der Längsmitte der Kugelumlaufmutter 23. Die Kugelumlaufmutter 23 sitzt mit einem Satz von Kugeln 30 auf der Kugelumlaufspindel 2.

Die Kugelumlaufspindel 2 weist an ihrer zur Bremsscheibe zeigenden Stirnseite eine zentrische, langgestreckte Ausnehmung 32 auf, in der ein bolzenförmiges Druckstück 33 lose eingesetzt ist, das an beiden Endbereichen abgerundet und zwischen dem Boden der Ausnehmung 32 und einer Druckplatte 35 eingeklemmt ist. Im Umfangsbereich der zur Bremsscheibe 8 zeigenden Stirnseite der Kugelumlaufspindel 2 ist die Kugelumlaufspindel 2 mittels eines weiteren Faltenbalges 37 mit der Druckplatte 35 biegeelastisch, jedoch torsionssteif verbunden. Das Druckstück 33 hält die Druckplatte 35 und die Kugelumlaufspindel 2 auf vorbetimmten Abstand, wobei die Druckplatte 35 um das lose eingesetzte Druckstück 33 verschwenkt werden kann.

Die Druckplatte 35 ist vorzugsweise als sogenannte Punktlast/Gleichstreckenlast-Konverterplatte (PGKP) ausgebildet, das heißt, daß die Form so gestaltet ist, daß die vom Druckstück 33 auf die Druckplatte 35 ausgeübte, an einem Punkt ansetzende Druckkraft gleichmäßig auf eine zur Bremsscheibe 8 zeigende Druckfläche 36 übertragen wird. Die Form der Druckplatte 35 wird mittels einer Finiten-Elemente-Rechnung bestimmt, wobei sich in der Regel auf von der Bremsscheibe 8 abgewandten Seite eine Form mit einer konkaven von außen in Richtung zur Mitte ansteigenden Wölbung ergibt und im Zentrum der Druckplatte 35 eine Delle ausgebildet ist, in welcher das Druckstück 33 lagert. An der Druckfläche 36 ist lösbar eine Bremsbelagplatte bzw. Bremsbelagrückenplatte 39 angebracht, auf welcher ein Bremsbelag 40 befestigt ist. Bei einer als PGKP ausgebildeten Druckplatte 35 kann eine dünne Bremsbelagplatte 39 verwendet werden. Die Bremsbelagplatte 39 ist ein zusammen mit dem jeweiligen Bremsbelag 40 auszuwechselndes Verschleißteil, weshalb mit einer dünnen Bremsbelagplatte beträchtliche Kosten gespart werden können.

Am Klemmarm 5 der Faust 6 ist eine weitere Bremsbelagplatte 39' mit einem zur Bremsscheibe 8 weisenden Bremsbelag 40' angebracht und beispielsweise mittels einer Schraube 42 befestigt.

Durch das Vorsehen des Faltenbalges 19 zwischen der Ringscheibe 18 und dem Drehkörper 19 ist der den Elektromotor enthaltende Aktuator von der beim Bremsen auftretenden Strukturverformung entkoppelt. Dies erlaubt auf Dauer eine präzise Funktion des Elektromotors und insbesondere einen auf Dauer gleichbleibend engen Luftspalt zwischen Rotor und Stator.

In 1 ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses und des Verschiebemechanismus des gehäuseseitigen Bremsbelages gezeigt. Am Gehäuse 1 sind außenseitig zwei Führungsnuten 45 ausgebildet, die jeweils durch zwei vom Gehäuse nach außen vorstehenden Wandungsstreifen 46 begrenzt sind. Die Führungsnuten 45 verlaufen parallel zur Kugelumlaufspindel und sind etwa auf der gleichen Höhe wie die Kugelumlaufpindel 2 angeordnet. An der zum Bremsbelag 40 weisenden Stirnseite des Gehäuses 1 sind zwei Führungsbolzen 48 ausgebildet. Die Führungsbolzen 48 sind wiederum parallel zur Kugelumlaufspindel angeordnet. Sie sind am Gehäuse angrenzend zu den Führungsnuten 45 ausgebildet, wobei ihre Höhenposition der Mitte zwischen den beiden Wandlungstreifen 46 der Führungsnuten 45 entspricht.

Die Bremsbelagplatte ist mit zwei Führungsbügeln 50 versehen, die auf Höhe der Führungsnuten 45 angeordnet sind und im rechten Winkel an der Bremsbelagplatte 39 angebunden sind. Die Führungsbügel 50 bestehen im wesentlichen aus einem streifenförmigen Wandungsteil, der ein Stück beabstandet von der Bremsbelagplatte 39 zweifach stufenartig im rechten Winkel abgewinkelt ist. Der Führungsbügel 50 weist somit einen kurzen, im rechten Winkel unmittelbar an der Bremsbelagplatte 39 angebundenen Anbindungsabschnitt 52, einen sich daran im rechten Winkel anschließenden kurzen Tangentialführungsabschnitt 53 und einen langen Radialführungsabschnitt 54 auf. Am Tangentialführungsabschnitt 53 ist ein Führungsloch 55 eingebracht, durch das sich jeweils einer der Führungsbolzen 48 erstreckt. Der Radialführungsabschnitt 54 befindet sich zumindest bereichsweise in einer der Führungsnuten 45 und weist vorzugsweise an seinen Längskanten nach unten bzw. oben vorstehende Nippel auf, die unmittelbar an den Wandungsstreifen 46 der Führungsnut 45 anliegen. Diese Nippel 56 verhindern, daß die Führungsbügel bei Korrosion in den Führungsnuten 45 festsitzen.

Die Führungsbügel 50 sind somit durch die Radialführungsabschnitte 54 verschiebbar in den Führungsnuten 45 gelagert, wobei sie bezüglich des Gehäuses 1 weder nach oben noch nach unten ausweichen können. Dies bedeutet, daß die Bremsbelagplatte 39 und damit der Bremsbelag 40 in horizontaler Richtung geführt ist, so daß die Position des Bremsbelages 40 in Radialrichtung bezüglich der Bremsscheibe 8 eindeutig festgelegt ist. Mit den Radialführungsabschnitten 54 wird somit die Radialposition des Bremsbelages 40 bezüglich der Bremsscheibe 8 festgelegt.

Die Führungsbolzen 48 sitzen mit geringem Spiel bezüglich der Tangentialrichtung der Bremsscheibe 8 in den Führungslöchern 55 der Führungsbügel 50 (3), so daß der Belag bis zu einer Umfangskraft, die einer Abbremsung von z = 0,2 entspricht, gezogen wird und sich der Führungsbügel 50 erst bei Überschreitung dieser Umfangskraft an den jeweiligen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Führungsbolzen 48 abstützt.

Der Tangentialführungsabschnitt 53 ist bezüglich der Bremsbelagplatte 39 ein Stück in Richtung zum Gehäuse 1 versetzt angeordnet. Dieser Versatz entspricht zumindest der Dicke eines unbenutzten Bremsbelages 40 und gewährleistet, daß beim Nachstellen der Bremsvorrichtung aufgrund der Belagabnutzung die Eingriffnahme zwischen den Führungsbolzen 48 und den Führungslöchern 55 auch bei stark abgenutzten Bremsbelegen sichergestellt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung ist somit die Bremsbelagplatte 39 und der daran angebrachte Bremsbelag 40 unabhängig von der Kugelumlaufspindel 2 durch die Führungsbügel 50 sowohl in Tangential- als auch in Radialrichtung bezüglich der Bremsscheibe 8 geführt. Hierdurch werden die beim Bremsen auftretenden Querkräfte nicht auf die Kugelumlaufspindel 2 übertragen oder zumindest stark verringert. Da diese Querkräfte von der Kugelumlaufspindel 2 abgehalten werden, arbeitet der aus der Kugelumlaufspindel 2, der Kugelumlaufmutter 23 und den dazwischen angeordneten Kugeln 30 ausgebildete Kugelgewindetrieb immer im idealen Wirkungsgradbereich, wodurch eine relativ kleine Antriebseinheit genügt, um eine ausreichende Zuspannkraft zur Verfügung zu stellen.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung gezeigt, die wiederum zwei Führungsbügel 50 aufweist, die jedoch nicht an einer Bremsbelagplatte, sondern an der Druckplatte ausgebildet sind. Dies ist vorteilhaft, denn bei einem Verschleiß des Bremsbelages muß lediglich der Bremsbelag 40 zusammen mit der Bremsbelagplatte 39 ausgewechselt werden, wobei die Führungsbügel 50 in ihrer Anordnung an der Bremsvorrichtung verbleiben.

Eine weitere Ausführungsform, bei der die Führungsmittel unmittelbar an der Druckplatte 35 angeordnet sind, ist in 5 gezeigt. Die Führungsmittel weisen hierbei Führungsbolzen 60 auf, welche jeweils mit einem Ende an der Druckplatte 35 befestigt sind und mit ihrem anderen Ende in einer am Gehäuse 1 ausgebildeten Führungsbuchse 61 lagern. Die Führungsbuchse ist zur Verringerung des Reibungswiderstandes zwischen den Führungsbolzen 60 und der Führungsbuchse 61 mit einer Gleitbeschichtung 62 ausgekleidet, wie zum Beispiel einer Teflonschicht.

Zur Verhinderung einer Verspannung der beiden Führungsbolzen 60 aufgrund von Fertigungstoleranzen oder bei Temperaturausdehnung der Druckplatte 35 kann die auslaufseitige Führungsbuchse mit einer im Querschnitt langlochförmigen Bohrung ausgebildet sein, so daß der Führungsbolzen mit Spiel darin lagert. Eine hierzu alternative Ausführungsform ist in den 6a und 6b gezeigt, bei der der auslaufseitige Führungsbolzen 60 in einem Langloch 63 der Führungsplatte 35 sitzt. Das Langloch 63 erstreckt sich in Breitenrichtung der Führungsplatte und weist an seinen beiden seitlichen Rändern schmale nach innen vorstehende Stege 64 auf, die zur Bremsbelagseite hinterschnitten sind. Der in diesem Langloch 63 lagernde Führungsbolzen 60 ist an seinem Endbereich mit nutförmigen Einschnitten 65 versehen, in welche die nach innen vorstehenden Stege 64 des Langloches eingreifen, so daß der Bolzen 60 in Längsrichtung des Langloches mit Spiel gelagert ist und senkrecht zur Druckfläche 36 im wesentlichen spielfrei fixiert ist. Dieses Bewegungsspiel des Bolzens 60 in der Druckplatte 35 erlaubt einen Ausgleich des Abstandes der beiden Führungsbolzen 60, so daß diese ohne Zwangskräfte spielfrei in den beiden Buchsen 61 gelagert sein können.

Die Bremsbelagplatte 39 ist über eine Klemmfeder (nicht dargestellt) mit der Druckplatte 35 verbunden. Die Klemmfeder erlaubt eine radiale Bewegung der Bremsbelagplatte 39 gegenüber der Druckplatte 35, so daß zwischen der Bremsbelagplatte 39 und der Druckplatte 35 eine Schnittstelle mit axialer Zwangsführung und radialem Freiheitsgrad besteht. Die Bremsbelagplatte 39 kann sich bei auftretender Umfangskraft gegenüber der Druckplatte 35 verschieben und wird an einem Halter (nicht dargestellt) abgestützt. Zur Verringerung der Reibung zwischen der Bremsbelagplatte 39 und der Druckplatte 35 und somit zur Verringerung der Bolzenbelastung kann die Bremsbelagplatte 39 sowie die Druckplatte 35 aus einem Material bzw. mit einer Oberflächenbearbeitung mit geringem Reibungskoeffizienten ausgebildet sein.

Eine vereinfachte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung ist in 7 gezeigt, die im wesentlichen derjenigen aus 1 entspricht, wobei jedoch der Radialführungsabschnitt des Führungsbügels 50 und die entsprechende Führungsnut 45 weggelassen sind. Die Führungsbügel 50 weisen lediglich den Anbindungsabschnitt 52 und den Tangentialführungsabschnitt 53 auf, die mit den Führungslöchern 55 versehen sind, durch welches sich die Führungsbolzen 48 erstrecken. Diese vereinfachte Ausführungsform kann zum Vorsehen einer Radialführung mit Führungsbuchsen (nicht dargestellt) ausgebildet sein, die in den Führungslöchern 55 stecken und in Längsrichtung der Führungsbolzen 48 ausgedehnt sind, so daß sie ein Kippen der Führungsbügel 50 gegenüber den Führungsbolzen 48 verhindern.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung zur Erhöhung der Zuspannkraft durch Erhöhung der Tragzahl des Kugelgewindetriebs einer Bremsvorrichtung wird nachfolgend anhand der 8 bis 14b erläutert.

11 zeigt schematisch im Querschnitt einen herkömmlichen Kugelgewindetrieb mit einer Kugelumlaufmutter 68, einer Kugelumlaufspindel 69 und mehreren dazwischen angeordneten Kugeln 70. Die Kugelumlaufmutter 68 ist einendig an einem Axiallager 71 gelagert. Eine Spannkraft F ist an die Spindel 69 an der Seite des Axiallagers 71 angelegt. Die durch die Spannkraft F erzeugte Last wird zum überwiegenden Teil von den lasteintragsseitigen ersten drei Umläufen 72 der Gewinde der Kugelumlaufspindel 69 und der Kugelumlaufmutter 68 aufgenommen, so daß die übrigen Umläufe nur geringfügig zur Lastübertragung beitragen. wegen der kleinen Anzahl von Umläufen, die den wesentlichen Teil der Last übernehmen, ist die an dem Kugeltrieb erzeugte Zuspannkraft begrenzt.

Die Ursache hierfür ist, daß bei der axialen Belastung des Kugeltriebes eine Stauchung der Kugelumlaufspindel und eine Längung der Kugelumlaufmutter auftreten, so daß die von der Lasteintragsseite entfernten, sich gegenüberliegenden Rillen der jeweiligen Umläufe nicht exakt übereinstimmen und zueinander versetzt sind. Die lasteintragsseitigen Rillen der Umläufe sind geringfügiger versetzt als die übrigen Umläufe, so daß diese den wesentlichen Teil der Belastung übernehmen müssen (13a, 13b).

Erfindungsgemäß wird deshalb ein Kugeltrieb vorgesehen, dessen Kugelumlaufmutter 23 lasteintragsseitig eine geringere Steifigkeit als im übrigen Bereich der Kugelumlaufmutter aufweist. Dies wird am einfachsten durch eine Kugelumlaufmutter 23 realisiert, die lasteintragsseitig eine geringere Wandstärke als im übrigen Bereich aufweist.

12 zeigt eine zweiteilige Kugelumlaufmutter 23 die eine innere Lagerbuchse 74 und ein äußeres zylinderförmiges Muttergehäuse 75 aufweist. Die Lagerbuchse weist im Querschnitt ein von der Lasteintragsseite zur Lastaustragsseite zunehmendes Profil auf, wobei lastaustragsseitig ein radial nach außen vorstehender Ringvorsprung 76 ausgebildet ist. Der Ringvorsprung 76 wird von einem korrespondierenden Ringsegment 75 des Muttergehäuses 75 hintergriffen. Lasteintragsseitig ist das Muttergehäuse radial nach außen abgekröpft, um eine Anlagefläche 79 für ein Axiallager 80 bereitzustellen. Durch diese zweiteilige Ausbildung der Kugelumlaufmutter 23 wird die auf Druck belastete Lagerbuchse 74 von dem auf Zug belasteten Muttergehäuse 75 vorgespannt, wobei der mit der Kugelumlaufspindel 2 in Eingriff stehende Körper, nämlich die Lagerbuchse 74, mit einer erfindungsgemäßen Steifigkeitsverteilung ausgebildet ist und dennoch eine zugbelastete Kugelumlaufmutter 23 geschaffen wird. Wie aus dem in 12 gezeigten Diagramm ersichtlich ist, ist die Einzelbelastung der jeweiligen Umläufe deutlich geringer als bei der herkömmlichen Ausführungsform und beträgt maximal etwa 17 %, so daß sich die Gesamtbelastung gleichmäßiger auf die einzelnen Umläufe verteilt. Hierdurch ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Kugeltrieb höhere Kräfte zu übertragen und somit eine höhere Zuspannkraft bereitzustellen.

Alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter 23 sind in den 14a und 14b gezeigt. Die Ausführungsform nach 14a weist eine druckbelastete Mutter auf, bei der die Wandstärke von der Lasteintragsseite zur Lastaustragsseite im wesentlichen kontinuierlich zunimmt.

Die Ausführungsform nach 14b weist eine zugbelastete Mutter auf, wobei die Spindelbelastung mittels einer Spindelhülse 82 umgelenkt wird, so daß sie an der vom Axiallager 71 entfernten Seite der Kugelumlaufmutter eingebracht wird.

Eine bevorzugte, einteilige Ausführungsform der Kugelumlaufmutter 23 ist in 8 gezeigt. Diese bereits oben beschriebene Kugelumlaufmutter 23 ist mit der Abkröpfung 24 versehen, so daß sie von außen auf Zug belastet werden kann. Im Bereich der Abkröpfung 24 ist von der Lasteintragsseite ein Schlitz in den die Kugelumlaufspindel 2 umgebenden rohrförmigen Körper der Kugelumlaufmutter 23 eingebracht, so daß der zur Bremsscheibe 8 weisende Bereich der Kugelumlaufmutter eine geringere Wandstärke als der von der Bremsscheibe entfernte Bereich aufweist. Da die Lasteintragsseite auf der Seite der Bremsscheibe bzw. der Druckplatte 35 liegt, weist diese Kugelumlaufmutter lasteintragsseitig eine geringere Steifigkeit als lastaustragsseitig auf, wodurch der erfindungsgemäße Effekt der gleichmäßigen Verteilung der Belastung der einzelnen Umläufe erzielt wird.

Hierdurch wird die Belastung des einzelnen Umlaufes verringert und die Belastung kann auf mehrere Umläufe verteilt werden. Bei herkömmlichen Kugeltrieben wurde die wesentliche Belastung von zwei bis drei Umläufen aufgenommen, wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Kugeltrieb die Belastung auf bis zu 8 oder mehr Umläufe verteilt werden kann. Hierdurch können mit einem, einen hohen Wirkungsgrad aufweisenden Kugelgewindetrieb Kräfte übertragen werden, wie es bisher nur von Rollengewindetrieben bekannt ist. Es wird somit ein Getriebeteil geschaffen, der bei hohem Wirkungsgrad die für die Bremsvorrichtung notwendigen Zuspannkräfte übertragen kann, wodurch es möglich ist, relativ kleine Antriebseinheiten vorzusehen und die gesamte Bremsvorrichtung kompakt auszubilden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Kugeltriebe weisen die Kugelumlaufmuttern Bereiche mit unterschiedlicher Wandungsstärke auf. Für die Erfindung ist wesentlich, daß die Steifigkeit der Kugelumlaufmutter an diejenige der Kugelumlaufspindel angepaßt ist. Dies kann auch in ähnlicher Weise durch Ausbildung einer hohlen Kugelumlaufspindel, die eine entsprechend variable Wandstärke besitzt, oder durch Vorsehen unterschiedlicher Materialien an der Kugelumlaufspindel bzw. an der Kugelumlaufmutter geschaffen werden.

Weiterhin erfolgt bei einer vorteilhaften Ausführungsform (9, 10) die Abstützung des Gehäuses, in dem sich die Beläge in Umfangsrichtung abstützen, mittels an Haltearmen 84 angebrachten Nasen 85. Die Nasen 85 sind an über der Bremsscheibenmitte und in der Wirklinie einer z = 0,2 Umfangskraft-Resultierenden angeordnet und aus einem harten verschleißfesten Material ausgebildet. Hierdurch wird das tangentiale Schrägstellen der Faust zur Bremsscheibe minimiert bzw. eliminiert, da die Reibkräfte auf beiden Seiten der Bremsscheibe auf gleich lange Hebelarme wirken. Diese spezielle Anordnung ist vorteilhafterweise sowohl ein- als auch auslaufseitig vorgesehen, um bei Vorwärts- als auch Rückwärtsfahrt diese Funktion sicherzustellen.

In axialer Richtung, das heißt in Bewegungsrichtung der Gewindespindel 2 ist das Gehäuse 1 mittels sich axial erstreckender Gehäusestifte 87 in zylinderförmige Gummibuchsen 88 gelagert, so daß die Gehäusestifte 87 in den Gummibuchsen 88 zur axialen Verschleißnachstellung verschoben werden können und gegen Taumeln fixiert sind. Wie es in 10 gezeigt ist, ist das Gehäuse derart ausgebildet, daß es überwiegend auf Zug belastet wird, wodurch radiale Verformungen reduziert und der radiale Schrägverschleiß vermindert wird.


Anspruch[de]
Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit

– einer Bremsscheibe (8), die mit einem sich drehenden, zu bremsenden Teil verbunden ist,

– einer einen Bremsbelag (40) aufweisenden Bremsbelagplatte (39), die mit ihrem Bremsbelag (40) der Bremsscheibe (8) gegenüberliegend angeordnet ist,

– einen Aktuator, der einen Elektromotor zum Betätigen einer Gewindespindel (2) aufweist, um die Bremsbelagplatte (39) gegen die Bremsscheibe (8) zu drücken,

– Mitteln (45, 48, 50, 55; 60, 61) zur Führung der Bremsbelagplatte (39), wobei die Mittel zur Führung der Bremsbelagplatte (39) unabhängig von der Gewindespindel (2) ausgebildet sind, so dass die während eines Bremsvorganges an der Gewindespindel (2) auftretenden Querbelastungen verringert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als zwei Führungsbügel (50) ausgebildet sind, die jeweils ein Führungsloch (55) aufweisen, durch das sich jeweils ein Führungsbolzen (48) erstreckt, der an einem die Gewindespindel umschließenden Gehäuse (1) befestigt ist, wobei die Gewindespindel (2) etwa mittig zwischen den beiden Führungsbolzen (48) angeordnet ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (45, 48, 50, 55; 60, 61) zur Führung der Bremsbelagplatte (39) unmittelbar an der Bremsbelagplatte (39) angreifen oder an dieser ausgebildet sind. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (45, 48, 50, 55; 60, 61) zur Führung der Bremsbelagplatte (39) unmittelbar an einer zwischen der Bremsbelagplatte (39) und der Spindel (2) angeordneten Druckplatte (35) angreifen oder an dieser ausgebildet sind. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Führung der Bremsbelagplatte (39) Radialführungsmittel (45, 50; 60, 61) aufweisen. Bremsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialführungsmittel zumindest ein Führungselement (50; 60) aufweisen, das in Bewegungsrichtung der Gewindespindel (2) verschiebbar und in Radialrichtung des drehenden Teils im wesentlichen spielfrei gelagert ist. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Führung der Bremsbelagplatte (39) Tangentialführungsmittel (48, 50; 60, 61) aufweisen. Bremsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialführungsmittel zumindest ein Führungselement (50) aufweisen, das in Bewegungsrichtung der Gewindespindel (2) verschiebbar und in Tangentialrichtung des drehenden Teils im wesentlichen spielfrei oder mit geringem Spiel gelagert ist. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (35) zwei Löcher besitzt, in welchen jeweils ein Führungsbolzen (60) mit einem Ende angeordnet ist, wobei die Führungsbolzen (60) etwa parallel zur Gewindespindel (2) angeordnet und am Gehäuse (1) in Bewegungsrichtung der Gewindespindel gelagert sind. Bremsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das auslaufseitige Loch in der Druckplatte als Langloch ausgebildet ist, in welchem der Führungsbolzen (60) mit einem Spiel in Längsrichtung des Langloches gelagert ist. Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (2) als eine Kugelumlaufspindel ausgebildet ist, die von einer Kugelumlaufmutter (23) betätigt wird, wobei die Kugelumlaufmutter (23) und die Gewindespindel (2) ein korrespondierendes Gewinde aufweisen, in welchem Kugeln (30) angeordnet sind, und mit ihrer Steifigkeit derart aneinander angepasst sind, dass die Last möglichst gleichmäßig auf mehrere Umläufe der Gewinde verteilt wird. Bremsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufmutter (23) eine an der Lasteintragsseite geringere Steifigkeit als im übrigen Bereich der Kugelumlaufmutter (23) aufweist. Bremsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufmutter (23) lasteintragsseitig eine geringere Wandstärke als im übrigen Bereich aufweist. Bremsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufspindel (2) in dem mit der Kugelumlaufmutter (23) in Eingriff stehenden Bereich lasteintragsseitig eine höhere Steifigkeit als lastausragsseitig aufweist. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator aus dem Elektromotor und einem Getriebe (17) ausgebildet ist und in einem Gehäuse (1) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (1) mit einem Blechring (7) an eine die Bremsscheibe (8) übergreifende Faust (6) gekoppelt ist und das Getriebe mit einem Faltenbalg (19) an den Kugelgewindetrieb gekoppelt ist, so dass der Aktuator von Verformungen der Faust (6) entkoppelt ist. Bremsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufmutter (23) mit einem Axialrollenlager (27) und einem radialen Fixierungskugellager (28) an der Faust (6) gelagert ist, wobei das radiale Fixierungskugellager im Bereich der Längsmitte der Kugelumlaufmutter (23) angeordnet ist. Bremsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator mindestens ein Kugellager (13) vorgesehen ist, so dass ein vorbestimmter Luftspalt (14) zwischen dem Rotor und dem Stator ausgebildet ist. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (17) ein Planetengetriebe ist. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kugelumlaufspindel (2) und der Bremsbelagplatte (39) eine Punktlast/Gleichstreckenlast-Konverterplatte als Druckplatte (35) angeordnet ist.






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