DE102009012235A1

DE102009012235A1 - Kombinierte Fahrzeugbremse mit elektromechanisch betätigbarer Feststellbremse

Info

Publication number: DE102009012235A1
Application number: DE102009012235A
Authority: DE
Inventors: Thomas Winkler
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2009-03-07
Publication date: 2009-09-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Fahrzeugbremse, die eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremse und eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremsvorrichtung aufweist, wobei in einem Bremsgehäuse ein hydraulischer Betriebsdruckraum von einem Bremskolben begrenzt ist, der zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse betätigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben mittels eines Getriebes wirkt, indem das Getriebe die Rotationsbewegung eines elektromechanischen Aktuators in eine Translationsbewegung umsetzt und eine Betätigung des Bremskolbens zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen bewirkt und in der betätigten Stellung hält, wobei das Getriebe eine Gewindespindel und eine Gewindemutter aufweist, die über mehrere Wälzkörper miteinander in Kontakt stehen. Um die Reibkraft zwischen den Wälzkörpern (4) untereinander beim Betätigen des Getriebes (1) zu reduzieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wälzkörper (4) von einem Wälzkörperkäfig (23) aufgenommen und geführt werden. Der Wälzkörperkäfig (23) bildet eine Führung für die Wälzkörper (4), sodass ein gegenläufiges aneinander Reiben der Wälzkörper (4) vermieden wird und eine gleichmäßige Reduzierung der Reibkraft zwischen den Wälzkörpern (4) untereinander realisiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Fahrzeugbremse, die eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremse und eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremsvorrichtung aufweist, wobei in einem Bremsgehäuse ein hydraulischer Betriebsdruckraum von einem Bremskolben begrenzt ist, der zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse betätigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben mittels eines Getriebes wirkt, indem das Getriebe die Rotationsbewegung eines elektromechanischen Aktuators in eine Translationsbewegung umsetzt und eine Betätigung des Bremskolbens zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen bewirkt und in der betätigten Stellung hält, wobei das Getriebe eine Gewindespindel und eine Gewindemutter aufweist, die über mehrere Wälzkörper miteinander in Kontakt stehen.
Eine derartige hydraulische Fahrzeugbremse mit elektrisch betätigbarer Feststellbremsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 101 50 803 B4 bekannt. Bei der vorbekannten Fahrzeugbremse ist ein Getriebe vorgesehen, das nach dem Wirkprinzip einer Gewindemutter-Spindel-Anordnung die Drehbewegung des Elektromotors in eine Längsbewegung des Bremskolbens zur Erzielung einer Feststellkraft umsetzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist diese Getriebeeinheit als sogenannte „Spindel-/Kugelumlaufbüchsenanordnung” ausgebildet, die auch Kugelgewindetrieb oder Kugelumlaufspindel genannt wird. Diese Kugelgewindetriebe weisen eine Gewindespindel und eine Gewindemutter auf, die über mehrere Wälzkörper miteinander in Kontakt stehen.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 76 40 810 U ist eine Schraubenmutter mit Rollkörperanordnung ohne eine sogenannte Kugelrückführung bekannt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass bei einem Betätigen der Anordnung die Rollkörper gegeneinander gedrückt werden und Reibung erzeugt wird, die den Wirkungsgrad der Anordnung negativ beeinflusst. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kombinierte Feststellbremse der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, dass der Wirkungsgrad erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Wälzkörper von einem Wälzkörperkäfig geführt werden, um die Reibkraft zwischen den Wälzkörpern untereinander beim Betätigen des Getriebes zu reduzieren. Dabei bildet der Wälzkörperkäfig eine Führung für die Wälzkörper, sodass ein gegenläufiges aneinander Reiben der Wälzkörper vermieden wird und eine gleichmäßige Reduzierung der Reibkraft zwischen den Wälzkörpern untereinander realisiert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen entnehmbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Wälzkörperkäfig und somit die Wälzkörper zwischen zwei Anschlägen im Gewindegang begrenzt beweglich angeordnet sind, wobei ein Federelement zwischen dem Wälzkörperkäfig und einem Anschlag angeordnet ist und bei einem lastfreien Betätigen des Getriebes ein Rutschen der Wälzkörper ermöglicht und bei einem Betätigen des Getriebes unter Last ein Abrollen der Wälzkörper bewirkt. Beim Rutschen der Wälzkörper im Gewindegang findet keine Relativbewegung zwischen dem Wälzkörperkäfig und der Gewindemutter statt, während sich der Wälzkörperkäfig beim Abrollen der Wälzkörper relativ zur Gewindemutter bewegt. Dieser Abrollweg wird durch das Federelement vorgehalten.
Es ist ein zweites Federelement vorgesehen, das zwischen dem Wälzkörperkäfig und dem anderen Anschlag angeordnet ist. Der Wälzkörperkäfig weist wenigstens eine Anschlagfläche auf, an der sich das erste Federelement und/oder das zweite Federelement am Wälzkörperkäfig abstützen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Wälzkörper vom Wälzkörperkäfig aufgenommen. Die Aufnahme im Wälzkörperkäfig wird durch nach außen oder nach innen erstreckte Zungen realisiert. Diese Zungen sind so gestaltet, dass die die Wälzkörper zumindest teilweise umgreifen.
Der Wälzkörperkäfig besteht aus metallischem Werkstoff oder Kunststoff.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer Fahrzeugbremse mit hydraulisch betätigbarer Betriebsbremse und elektromechanisch betätigbarer Feststellbremse;
2 und 3 ein in der Fahrzeugbremse nach 1 einsetzbare Getriebe mit einem Wälzkörperkäfig und
4 der Wälzkörperkäfig aus 2 und 3.
Die in 1 dargestellte hydraulische Fahrzeugbremse weist einerseits eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremse und andererseits eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse auf. Die Fahrzeugbremse ist im gezeigten Beispiel als Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgeführt, deren durch eine hydraulische Betätigung hervorgerufene Funktion dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann wohlbekannt ist und deswegen nicht näher erläutert zu werden braucht. Der Betätigung der Feststellbremse dient ein elektromechanischer Aktuator 7 bzw. Elektromotor 7, der zusammen mit einem zweistufigen Getriebe, der erforderlichen Sensorik sowie einer elektronischen Steuereinheit 22 in einem Antriebsmodul 21 integriert ist. Die oben erwähnte Fahrzeugbremse weist weiterhin ein Bremsgehäuse bzw. einen Bremssattel 20 auf, welcher den äußeren Rand einer nicht dargestellten Bremsscheibe und zwei auf beiden Seiten der Bremsscheibe angeordnete Bremsbeläge 26, 27 umgreift. Das Bremsgehäuse 20 bildet auf seiner Innenseite einen Bremszylinder 9, der einen Bremskolben 5 axial verschiebbar aufnimmt. In den zwischen Bremszylinder 9 und Bremskolben 5 gebildeten Betriebsdruckraum 6 kann zur Durchführung von Betriebsbremsungen Bremsflüssigkeit zugeführt werden, so dass sich ein Bremsdruck aufbaut, der den Bremskolben 5 axial entlang einer Kolbenlängsachse A zur Bremsscheibe hin verschiebt. Dadurch wird der dem Bremskolben 5 zugewandte Bremsbelag 27 gegen die Bremsscheibe gedrückt, wobei als Reaktion das Bremsgehäuse 20 sich in der entgegen gesetzten Richtung verschiebt und dadurch auch den anderen Bremsbelag 26 gegen die Bremsscheibe drückt.
Wie bereits erwähnt wurde, ist eine Feststellbremsvorrichtung zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen elektromechanisch betätigbar und wirkt ebenfalls auf den Bremskolben 5. Dazu ist ein Getriebe 1 vorgesehen, das die Rotationsbewegung des elektromechanischen Aktuators 7 bzw. Elektromotors 7 in eine Translationsbewegung umsetzt und eine Betätigung des Bremskolbens 5 entlang der Achse A bewirkt. Das Getriebe 1 wird im Wesentlichen durch eine Gewindespindel 2 und eine Gewindemutter 3 gebildet, die über Wälzkörper 4 miteinander in Verbindung stehen. Die Wälzkörper 4 sind als Kugeln ausgebildet. Ein mit der Gewindespindel 2 verbundener Schaft 17 ragt an der der Bremsscheibe abgewandten Seite aus dem Bremsgehäuse 20 heraus und wird unter Zwischenschaltung eines zweistufigen Untersetzungsgetriebes von dem vorhin erwähnten elektromechanischen Aktuator 7 angetrieben. Dabei sind Mittel zum Abdichten des Betriebsdruckraums 6 in der Bohrung des Bremsgehäuses 20, durch die der Schaft 17 ragt, vorgesehen. Die auf die Gewindespindel 2 übertragene Rotationsbewegung wird über die Kugeln 4, die sich im Gewindegang zwischen Gewindespindel 2 und Gewindemutter 3 befinden, auf die Gewindemutter 3 übertragen, die eine Translationsbewegung in Richtung der Achse A vollzieht. Dadurch wird auch der Bremskolben 5 betätigt, an dem sich die Gewindemutter 3 abstützt. Gleichzeitig wird die Gewindespindel 2 von einer Stufenbohrung 30 im Bremsgehäuse 20 aufgenommen und stützt sich über einen mit der Spindel 2 verbundenen Kragen 19 und ein Axiallager 18 am Bremsgehäuse 20 ab. Das Getriebe 1 setzt also die Drehbewegung des elektromechanischen Aktuators 7 in eine Linearbewegung um und ist für die Generierung der Zuspannkraft zur Durchführung eines Feststellbremsvorganges verantwortlich.
Beim Lösen der Feststellbremsvorrichtung wird der Elektromotor 7 entsprechend in der Gegenrichtung betrieben und die Gewindemutter 3 und damit auch der Bremskolben 5 vollziehen eine Bewegung in der Zeichnung nach rechts. Die Bremsbeläge 26, 27 sind nicht mehr mit der Bremsscheibe in Kontakt und der Feststellbremsvorgang ist beendet.
Der vorhin erwähnte Elektromotor 7 und das zweistufige Getriebe werden von einem zum Antriebsmodul 21 gehörenden Gehäuse 28 aufgenommen, das mit einem Gehäusedeckel 28a verschließbar ist. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das zweistufige Getriebe als Schneckengetriebe 11, 12 ausgebildet. Schneckengetriebe sind eine Kategorie der Schraubwälzgetriebe, bei denen im Gegensatz zu den Wälzgetrieben auch ein Gleitanteil in der Bewegung vorhanden ist. Aufgebaut ist ein solches Schneckengetriebe aus einem schraubenförmig verzahnten Rad, einer Schnecke, und einem darin kämmenden schrägverzahnten Rad, dem Schneckenrad.
Die erste Getriebestufe, das heißt das erste Schneckengetriebe 11, ist eingangsseitig mit der Ausgangswelle 8 des Elektromotors 7 verbunden, während die zweite Getriebestufe, das heißt das zweite Schneckengetriebe 12, ausgangsseitig mit dem Schaft 17 bzw. mit dem Getriebe 1 bzw. 2, 3 verbunden ist. Wie es dargestellt ist, ist eine erste Schnecke 13 auf die Ausgangswelle 8 des Elektromotors 7 aufgesteckt und kämmt ein erstes Schneckenrad 14. Auf das Drehzentrum des ersten Schneckenrads 14 ist eine zweite Schnecke 15 aufgesteckt und wird von diesem in Rotation versetzt. Die zweite Schnecke 15 wiederum kämmt ein zweites Schneckenrad 16, das drehfest mit dem Schaft 17 verbunden ist und den Schaft 17 gemeinsam mit dem Getriebe 1 in Rotation versetzt und dabei eine translatorische Bewegung des Bremskolbens 5 erzeugt. Damit die auf diese Weise eingestellte Zuspannkraft während eines Feststellbremsvorganges erhalten bleibt, ist das zweite Schneckengetriebe 12 selbsthemmend ausgeführt.
Bei einer Betätigung des Getriebes 1 unter Last rollen die Wälzkörper 4 im Gewindegang ab. Dadurch wird ein verhältnis mäßig hoher Wirkungsgrad von 85% bis 95% erreicht, bzw. bei Berücksichtigung der Reibungsverluste am Axiallager 18 75% bis 85%. Bei einem lastfreien Betätigen des Getriebes 1 rutschen die Wälzkörper 4 dagegen, d. h. bis der dem Bremskolben 5 zugeordnete Bremsbelag 27 an der nicht dargestellten Bremsscheibe anliegt, rutschen die Kugeln 4, weil es sich hierbei um eine nahezu lastfreie Betätigung handelt. Erst unter Last beginnen die Kugeln 4 zu wälzen bzw. abzurollen. Das Getriebe 1 wirkt also gleichzeitig als Nachstellung falls die Bremsbeläge 26, 27 verschlissen sind. Der Verzicht auf eine separate Nachstelleinrichtung bzw. die Integration von Nachstelleinrichtung und Betätigungseinrichtung in ein einziges Bauteil ist besonders kostengünstig und gleichzeitig robust. Damit das Abrollen der Wälzkörper 4 unter Last und das Rutschen bei lastfreier Betätigung des Getriebes 1 stets möglich ist, ist ein Federelement 10 vorgesehen, das einen Wälzweg zum Abrollen der Wälzkörper 4 vorhält. Die Wälzkörper 4 sind zwischen zwei nicht dargestellten Anschlägen im Gewindegang begrenzt beweglich angeordnet, wobei das Federelement 10 zum Vorhalten einer Wälzweges für die Wälzkörper 4 zwischen den Wälzkörpern 4 und einem ersten Anschlag angeordnet ist. Der erste Anschlag weist daher eine Auflagefläche für das Federelement 10 auf. Ein zweites Federelement 29 ist zwischen den Wälzkörpern 4 und dem anderen Anschlag angeordnet und dient als sogenannte Vordruckfeder. Diese Vordruckfeder 29 stützt sich am zweiten Anschlag ab, der eine Anschlagfläche für das Vordruckfederelement 29 aufweist. Beide Anschläge sind kraftschlüssig mit der Gewindemutter 3 verbunden oder einteilig mit der Gewindemutter 3 ausgebildet. Es kann jedoch vorkommen, dass die Wälzkörper 4 gegeneinander gedrückt werden und beim Abrollen aneinander reiben. Im Kontaktpunkt der Wälzkörper 4 ist die Bewegung der Wälzkörper 4 beim Abrollen zueinander gerade gegenläufig. Die Reibung zwischen den Wälzkörpern 4 untereinander verschlechtert den Wirkungsgrad des Getriebes 1. Um die Reibkraft zwischen den Wälzkörpern 4 untereinander beim Betätigen des Getriebes 1 zu reduzieren, ist ein Wälzkörperkäfig 23 vorgesehen, wie 2 zeigt.
In 2 ist das Getriebe 1 aus 1 in einer Teilschnittdarstellung gezeigt. Die Wälzkörper 4 zwischen Spindel 2 und Gewindemutter 3 werden von einem Wälzkörperkäfig 23 geführt. Durch den Wälzkörperkäfig 23 treten die Wälzkörper 4 untereinander nicht mehr in Kontakt, sodass die Reibung zwischen den Wälzkörpern 4 untereinander reduziert wird. Das gegenläufige aneinander Reiben der Wälzkörper 4 wird vermieden. Das Federelement 10 zum Vorhalten eines Wälzweges stützt sich am Wälzkörperkäfig 23 ab. In der Ausführung nach 3 ist das eben erwähnte zweite Federelement 29 dargestellt. Beide Federn 10, 29 befinden sich zwischen einem in der Gewindemutter 3 fest angeordneten Anschlag und dem Wälzkörperkäfig 23. Aufgrund der Kraft der Vordruckfeder 29 bewegt sich der Wälzkörperkäfig 23 beim Rutschen der Wälzkörper 4 nicht. Bei einer Betätigung des Getriebes 1 unter Last rollen die Wälzkörper 4 ab und der Wälzkörperkäfig 23 vollzieht eine Relativbewegung in Bezug auf die Gewindemutter 3. Der Abrollweg für den Wälzkörperkäfig 23 samt Wälzkörpern 4 wird durch das Federelement 10 vorgehalten. Die in der Gewindemutter 3 fest angeordneten Anschläge sind nicht dargestellt. Diese Anschläge sind aber beispielsweise aus der DE 10 2007 046 180 A1 bekannt. Die Federelemente 10, 29 stützen sich einerseits an dieses Anschlägen und an ihrem anderen Ende jeweils am Wälzkörperkäfig 23 ab. Zu diesem Zweck weist der Wälzkörperkäfig 23 zwei Anschlagflächen 24, 25 auf, wie es in 4 dargestellt ist.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden die Wälzkörper 4 vom Wälzkörperkäfig 23 aufgenommen. Die Aufnahme im Wälzkörperkäfig 23 wird durch nach außen oder nach innen erstreckte Zungen realisiert, die sich ausgehend von den Aussparungen für die Wälzkörper 4 nach innen oder nach außen in Bezug auf die Kolbenlängsachse A erstrecken. Diese Zungen sind so gestaltet, dass die die Wälzkörper 4 zumindest teilweise umgreifen.
Der Wälzkörperkäfig 23 ist ein starrer Körper und aus metallischem Werkstoff oder Kunststoff hergestellt. Die Aufgabe des Wälzkörperkäfigs 23 ist es dafür zu sorgen, dass sich die Wälzkörper 4 untereinander nicht berühren. Durch diese Maßnahme wird das gegenläufige aneinander Reiben der Wälzkörper 4 vermieden und somit der Wirkungsgrad des Getriebes 1 erhöht. Der Wälzkörperkäfig 23 gewährleistet gleichzeitig eine gleichmäßige Verteilung der Wälzkörper 4 im Getriebe 1.

1: Getriebe
2: Spindel bzw. Gewindespindel
3: Gewindemutter
4: Wälzkörper bzw. Kugeln
5: Bremskolben
6: hydraulischer Betriebsdruckraum
7: elektromechanischer Aktuator
8: Ausgangswelle
9: Bremszylinder
10: erstes Federelement
11: erstes Schneckengetriebe
12: zweites Schneckengetriebe
13: erste Schnecke
14: erstes Schneckenrad
15: zweite Schnecke
16: zweites Schneckenrad
17: Schaft
18: Axiallager
19: Kragen
20: Bremssattel
21: Antriebsmodul
22: Steuereinheit
23: Wälzkörperkäfig
24: Anschlagfläche
25: Anschlagfläche
26: Bremsbelag
27: Bremsbelag
28: Gehäuse
28a: Gehäusedeckel
29: zweites Federelement
30: Stufenbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10150803 B4 [0002]
- DE 7640810 U [0003]
- DE 102007046180 A1 [0019]

Claims

Kombinierte Fahrzeugbremse, die eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremse und eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremsvorrichtung aufweist, wobei in einem Bremsgehäuse (20) ein hydraulischer Betriebsdruckraum (6) von einem Bremskolben (5) begrenzt ist, der zur Durchführung von Betriebsbremsungen mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar ist, so dass der Bremskolben (5) zur Erzielung einer Bremswirkung entlang einer Kolbenlängsachse (A) betätigbar ist, und wobei die Feststellbremsvorrichtung auf den Bremskolben (5) mittels eines Getriebes (1) wirkt, indem das Getriebe (1) die Rotationsbewegung eines elektromechanischen Aktuators (7) in eine Translationsbewegung umsetzt und eine Betätigung des Bremskolbens (5) zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen bewirkt und in der betätigten Stellung hält, wobei das Getriebe (1) eine Gewindespindel (2) und eine Gewindemutter (3) aufweist, die über mehrere Wälzkörper (4) miteinander in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (4) von einem Wälzkörperkäfig (23) geführt werden, um die Reibkraft zwischen den Wälzkörpern (4) untereinander beim Betätigen des Getriebes (1) zu reduzieren.
Kombinierte Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperkäfig (23) und somit die Wälzkörper (4) zwischen zwei Anschlägen im Gewindegang begrenzt beweglich angeordnet sind, wobei ein Federelement (10) zwischen dem Wälzkörperkäfig (23) und einem Anschlag angeordnet ist und bei einem lastfreien Betätigen des Getriebes (1) ein Rutschen der Wälzkörper (4) ermöglicht und bei einem Betätigen des Getriebes (1) unter Last ein Abrollen der Wälzkörper (4) bewirkt.
Kombinierte Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Federelement (29) vorgesehen ist, das zwischen dem Wälzkörperkäfig (23) und dem anderen Anschlag angeordnet ist.
Kombinierte Fahrzeugbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperkäfig (23) wenigstens eine Anschlagfläche (24, 25) aufweist, an der sich das erste Federelement (10) und/oder das zweite Federelement (29) am Wälzkörperkäfig (23) abstützen.
Kombinierte Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperkäfig (23) eine Führung für die Wälzkörper (4) bildet, sodass ein gegenläufiges aneinander Reiben der Wälzkörper (4) vermieden wird und eine gleichmäßige Reduzierung der Reibkraft zwischen den Wälzkörpern (4) untereinander realisiert wird.
Kombinierte Fahrzeugbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (4) vom Wälzkörperkäfig (23) aufgenommen werden.
Kombinierte Fahrzeugbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme im Wälzkörperkäfig (23) durch nach außen oder nach innen erstreckte Zungen realisiert wird, die so gestaltet sind, dass die die Wälzkörper zumindest teilweise umgreifen.
Kombinierte Fahrzeugbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperkäfig (23) aus metallischem Werkstoff oder Kunststoff besteht.