DE19513349A1

DE19513349A1 - Elektromechanische Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE19513349A1
Application number: DE1995113349
Authority: DE
Inventors: Karl-Fr Woersdoerfer
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1995-04-08
Filing date: 1995-04-08
Publication date: 1996-10-10

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Stellvorrichtung, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit Schlupfregelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der deutschen Patentanmeldung P 44 26 682.0 ist eine elektromechanische Stellvorrichtung mit einem Elektromotor zur Betätigung eine Spindel in einem Gehäuse beschrieben, die mit einem Arbeitskolben zusammenwirkt. Der Arbeitskolben begrenzt eine hydraulisch beaufschlagte Arbeitskammer, an der ein erster Druckmittelanschluß einer Druckmittelverbindung zu einem Druckmittelverbraucher herstellt und ein weiterer Druckmittelanschluß mit einem Druckmittelversorger in Verbindung steht. Zur Transformation der Drehbewegung einer Hohlwelle des Elektromotors in eine Linearbewegung der Spindel ist eine Spindelmutter im Gehäuse vorgesehen. Die Drehbewegung der Hohlwelle wird über Wälzkörper zwischen Spindel und Spindelmutter in eine Linearbewegung des Arbeitskolbens umgewandelt. Die Stromaufnahme des Elektromotors ist unter Hochdruckbetrieb erheblich, so daß die thermische Belastung des Elektromotors entsprechend groß ist. Dies beschränkt die maximal mögliche Einschaltdauer des Elektromotors oder zwingt zur Wahl eines Elektromotors mit höherer Leistung. Beides ist jedoch von Nachteil.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine elektromechanische Stellvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß trotz der Verwendung eines einfachen und kleinbauenden Elektromotors relativ hohe Arbeitsdrücke bei akzeptabler thermischer Belastung realisiert werden können, wobei trotz begrenzter maximal möglicher Einschaltdauer des Elektromotors Druckhaltephasen bis hin zum Dauerbetrieb gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird für die elektromechanische Stellvorrichtung der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 erfüllt. Hierzu basiert die Erfindung auf dem Gedanken, den Arbeitskolben mittels einer Kupplung reibschlüssig zu arretieren, solange kein oder nur ein geringes Antriebsmoment des Elektromotors wirksam ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor, die im nachfolgenden anhand mehrerer Zeichnungen erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der elektromechanischen Stellvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Teilansicht der in Fig. 1 gezeigten Stellvorrichtung in einer Seitenansicht zur Längsachse.

Die Fig. 1 zeigt in nicht maßstäblicher, vereinfachter Darstellung eine elektromechanische Stellvorrichtung, mit einem Elektromotor 14, dessen Hohlwelle 1 formschlüssig in eine Kupplung 3 eingreift, die gleichfalls über einen Formschluß mit einer Spindelmutter 2 zusammenwirkt. Sowohl die Hohlwelle 1 als auch die Spindelmutter 2 sind in Wälzlagern in einem zweiteiligen Gehäuse 5 geführt. Der abbildungsgemäße rechte Teil des Gehäuses 5 ist Bestandteil des Elektromotors 14, während der linke Abschnitt des Gehäuses 5 die Arbeitskammer 12 mit dem Arbeitskolben 11 aufnimmt. Im Flanschbereich beider Gehäusehälften besteht Reibschluß zwischen einer Reibfläche 4 an der Kupplung 3 und der Gehäusestirnfläche des Elektromotors 14. Die den Reibschluß bildende Anpreßkraft wird mittels einer Feder 6 erzeugt, die zwischen der Stirnfläche der Spindelmutter 2 und der Stirnfläche der Kupplung 3 eingespannt ist. Der Formschluß zwischen Spindelmutter 2 und Kupplung 3 erfolgt beispielsweise mittels eines Klauenprofils 8 an der Kupplung 3, das in als Negativprofil ausgeführte Längsnuten in die Spindelmutter 2 eingreift. Zur Bildung des Formschlusses zwischen der Kupplung 3 und der Hohlwelle 1 befindet sich an der Stirnfläche der Kupplung 3 ein Rampenprofil 7, das mit einem entsprechenden Negativprofil an der Hohlwelle 1 korrespondiert. Dieser Bereich wird explizit in Fig. 2 dargestellt. Alle vorbeschriebenen Einzelheiten sind in koaxialer Anordnung gewissermaßen miteinander verschachtelt und bilden somit eine besonders kompakte, einfach herzustellende Einheit. Es wird darauf hingewiesen, daß die in Fig. 1 vorgeschlagene Spindelmutterlagerung 13 nur eines von mehreren möglichen Ausführungsbeispielen zeigt. Gleiches gilt für die funktionelle Anordnung der Kupplung 3 zwischen der Hohlwelle 1 und der Spindelmutter 2. Es ist demnach denkbar, sowohl das Klauenprofil 8 mit dem Rampenprofil 7 und die Negativprofile von Hohlwelle 1 und Spindelmutter 2 zu vertauschen sowie die Reibfläche 4 anstatt dem Elektromotor 14 zugewandt, dem linken Abschnitt der Gehäuses 5 zuzuwenden, wobei sich empfiehlt, die Feder 6 funktionell in Reibflächenrichtung wirken zu lassen. Diese vorgestellte bauliche Umkehrung soll im einzelnen jedoch nicht weiterverfolgt werden, so daß sich die weitere Beschreibung im wesentlichen am in Fig. 1 gezeigten konstruktiven Aufbau orientiert.

Die Fig. 2 zeigt unter Bezugnahme auf Fig. 1 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen elektromechanischen Stellvorrichtung im Bereich der Kupplung 3 in einer Seitenansicht, in der sowohl die scheibenförmige Kupplung 3, das Rampenprofil 7 und die Hohlwelle 1 nicht im Schnitt dargestellt sind. In der gezeigten Abbildung befindet sich die Hohlwelle 1 unter einer Drehmomentenwirkung des Elektromotors 14, bei dem ein gewisser Drehwinkelversatz zwischen Kupplung 3 und Hohlwelle 1 zu einem divergenten Verschieben zwischen dem Rampenprofil 7 und dem Negativprofil 9 und damit zu einer Hubbewegung der Kupplung 3 führt. Durch die Rampensteigung ist die Kupplung 3 mit ihrer Reibfläche 4 vom Gehäuse 5 des Elektromotors 14 abgehoben, so daß unter dem abbildungsgemäßen Drehwinkelversatz die Hohlwelle 1 mit synchroner Drehzahl die Kupplung 3 und somit die aus Fig. 1 bereits bekannten Einzelheiten des Stellantriebes angetrieben werden können.

Eine Übersicht zur Funktion der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung wird im nachfolgenden unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 gegeben.

Die in Fig. 1 gezeigte elektromechanische Stellvorrichtung befindet sich in einer Ruhestellung, in der der Elektromotor 14 stromlos verharrt. Damit kann sich abweichend von Fig. 2 die Hohlwelle 1 mit ihrem Negativprofil 9 unter Wirkung der Feder 6 symmetrisch zum Rampenprofil 7 an der Kupplung 3 ausrichten, so daß beide Profile in vollständiger Überdeckung und Eingriff sind. Damit kommt die in Fig. 1 gezeigte reibschlüssige Kontaktierung zwischen der Reibfläche 4 an der Kupplung 3 und dem Gehäuse 5 am Elektromotor 14 zustande. Erhält die Hohlwelle 1 mit dem Einschalten des Elektromotors 14 ein Drehmoment, das größer ist, als das von der Reibfläche 4 übertragbare Reibmoment, so weicht das Rampenprofil 7 dem Negativprofil 9 aus. Dies führt zwangsläufig durch die Steigung der Rampe zu einer Trennung der Reibfläche 4 vom Gehäuse 5 und zu einem Drehwinkelversatz beider Teile, so daß unter diesem geringen Drehwinkelversatz die Hohlwelle 1 über die formschlüssige Kupplung 3 die Spindelmutter 2 synchron antreibt. In der Regel stützt sich hierbei entweder die Stirnfläche der Kupplung 3 oder das Klauenprofil 8 an der Stirnfläche bzw. in den Nuten der Spindelmutter 2 ab, wobei der Hub zum trennen der Reibfläche 4 vom Gehäuse 5 gewährleistet ist. Da dieser maximale Hub zum Ausrücken der Reibfläche 4 kleiner ist als die Tiefe der Aussparung für das Rampenprofil 7 im Negativprofil 9, ist zur Drehmomentübertragung ein ausreichender Eingriff des Rampenprofils 7 in das Negativprofil 9 gewährleistet und damit das Überspringen des Profils verhindert.

Zum Zwecke einer Druckhaltephase des Arbeitskolbens 11 während des Vor- oder Zurückfahrens der Spindel 3 kann der Haltestrom des Elektromotors 14 erheblich reduziert werden, da beim Ausbleiben eines Verstellmomentes vom Elektromotor 14 an der Hohlwelle 1 von der Kupplung 3 auf die Hohlwelle 1 ein Rückstellmoment in Abhängigkeit vom Rampenprofil 7 und der Feder 6 wirksam ist, welches das Rampenprofil 7 mit dem Negativprofil 9 vollständig in Überdeckung bringt, womit auch durch die Rampenfunktion die Reibfläche 4 am Gehäuse 5 zur Anlage kommt. Die Spindelmutter 2 ist somit in Abhängigkeit von der übertragbaren Reibkraft der Reibfläche 4 auf das Gehäuse 5 und damit dem wirksamen Reibmoment der Reibfläche 4 verdrehgesichert gehalten, so daß auch der an der Spindel 15 angebrachte Arbeitskolben 11 in der jeweiligen Zwischenstellung verharrt. Damit ist es möglich, die Einschaltdauer des Elektromotors 14 erheblich zu reduzieren, ohne auf einen permanenten Druckhaltebetrieb verzichten zu müssen. Die elektromechanische Stellvorrichtung eignet sich somit besonders für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen, die nicht nur als Betriebsbremsen sondern auch als Feststellbremsen über einen längeren Zeitraum hydraulischen Druck erzeugen müssen. Überdies kann durch die Erfindung in nahezu jeder beliebigen Stellung des Arbeitskolbens 11 eine Druckhaltefunktion über nahezu unbegrenzte Zeitdauer hergestellt werden. Zusammenfassend weist somit die für die vorbeschriebene Funktion geeignete Stellvorrichtung folgende Merkmale auf:

- Zwischen der Hohlwelle 1 und der Spindelmutter 2 ist eine Kupplung 3 angeordnet, die in einer ersten Stellung mit einer Reibfläche 4 am Gehäuse 5 anliegt, wobei die Hohlwelle 1 und die Spindelmutter 2 formschlüssig mit der Kupplung 3 in Eingriff stehen,
- in einer weiteren Stellung der Kupplung 3 ist die Reibverbindung zwischen dem Gehäuse 5 und der Kupplung 3 aufgehoben, wobei die Kupplung 3 in formschlüssiger Verbindung mit der Hohlwelle 1 und der Spindelmutter 2 verharrt,
- zur Herstellung einer Reibverbindung zwischen der Reibfläche 4 und dem Gehäuse 5 ist an der Kupplung 3 eine Feder angeordnet,
- die Kupplung 3 weist eine Scheibenform auf, die an der einen Stirnfläche ein Rampenprofil 7 und an der entgegengesetzten Stirnfläche ein Klauenprofil 8 aufweist,
- die Reibfläche 4 ist auf der Stirnfläche der Kupplung mit dem Rampenprofil 7 angeordnet,
- die Feder 6 ist auf der das Klauenprofil 8 aufweisende Stirnfläche gelegen,
- das Rampen- und Klauenprofil 7, 8 stehen mit Negativprofilen 9, 10 an der Hohlwelle 1 und Spindelmutter 2 formschlüssig in Eingriff.

Bezugszeichenliste

1 Hohlwelle
2 Spindelmutter
3 Kupplung
4 Reibfläche
5 Gehäuse
6 Feder
7 Rampenprofil
8 Klauenprofil
9 Negativprofil
10 Negativprofil
11 Arbeitskolben
12 Arbeitskammer
13 Spindellagerung
14 Elektromotor
15 Spindel

Claims

1. Elektromechanische Stellvorrichtung, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit Schlupfregelung, mit einem Elektromotor zur Betätigung einer Spindel in einem Gehäuse, die mit einem Arbeitskolben zusammenwirkt, wobei der Arbeitskolben eine hydraulisch beaufschlagte Arbeitskammer begrenzt, an der ein erster Druckmittelanschluß eine Druckmittelverbindung zu einem Druckmittelverbraucher (Radbremse) herstellt und ein weiterer Druckmittelanschluß mit einem Druckmittelversorger (Bremsdruckgeber) in Verbindung steht, mit einer Spindelmutter zur Transformation der Drehbewegung einer Hohlwelle des Elektromotors in eine Linearbewegung der Spindel, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hohlwelle (1) und der Spindelmutter (2) eine Kupplung (3) angeordnet ist, die in einer ersten Stellung mit einer Reibfläche (4) am Gehäuse (5) anliegt, daß die Hohlwelle (1) und die Spindelmutter (2) formschlüssig mit der Kupplung (3) in Eingriff stehen, und daß in einer weiteren Stellung der Kupplung (3) die Reibverbindung zwischen dem Gehäuse (5) und der Kupplung (3) aufgehoben ist, wobei die Kupplung (3) in formschlüssiger Verbindung mit der Hohlwelle (1) und der Spindelmutter (2) verharrt.

2. Elektromechanische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Reibverbindung zwischen der Reibfläche (4) und dem Gehäuse (5) an der Kupplung (3) eine Feder (6) angeordnet ist.

3. Elektromechanische Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (3) im wesentlichen als Scheibe ausgebildet ist, die an der einen Stirnfläche ein Rampenprofil (7) und an der entgegengesetzten Stirnfläche ein Klauenprofil (8) aufweist.

4. Elektromechanische Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche (4) auf der Stirnfläche der Kupplung (3) angeordnet ist, die das Rampenprofil (7) aufnimmt.

5. Elektromechanische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6) auf der Stirnfläche der Kupplung (3) gelegen ist, die das Klauenprofil (8) aufweist.

6. Elektromechanische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rampen- und Klauenprofil (7, 8) mit Negativprofilen (9, 10) an Hohlwelle (1) und Spindelmutter (2) formschlüssig in Eingriff stehen, wobei die Profile (7, 8, 9, 10) symmetrisch zur Drehachse angeordnet sind.