Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Scheibenbremse ist bekannt aus der Offenlegungsschrift DE 101 49 695 A1. Die bekannte Scheibenbremse weist einen Schwimmsattel, d. h. einen quer zu einer Bremsscheibe verschieblichen Bremssattel auf, in dem beiderseits der Bremsscheibe zwei Reibbremsbeläge angeordnet sind. Zum Bremsen ist einer der beiden Reibbremsbeläge mit einer elektromechanischen Betäti- gungseinrichtung, auch Aktuator genannt, gegen eine Seite der Bremsscheibe drückbar. Das Drücken des einen Reibbremsbelags gegen die eine Seite der Bremsscheibe verschiebt den Schwimmsattel quer zur Bremsscheibe, wodurch der andere Reibbremsbelag gegen die andere Seite der Bremsscheibe gedrückt und die Bremsscheibe gebremst wird.

Die elektromechanische Betätigungseinrichtung ist in der genannten Offenlegungsschrift nicht näher erläutert. Üblich ist ein Elektromotor, der über ein Rota- tions/Translations-Umsetzungsgetriebe den einen Reibbremsbelag gegen die

ons/Translations-Umsetzungsgetriebe den einen Reibbremsbelag gegen die Bremsscheibe drückt. Vielfach ist dem Elektromotor und dem Rotati- ons/Translations-Umsetzungsgetriebe ein Untersetzungsgetriebe zwischengeschaltet. Das Rotations/T ranslations-Umsetzungsgetriebe kann beispielsweise ein dreh- oder schwenkbarer Nocken sein, der den Reibbremsbelag beaufschlagt und gegen die Bremsscheibe drückt. Üblich sind Schraubgetriebe. Auch ein E- lektromotor ist zwar üblich jedoch nicht zwingend. Denkbar ist beispielsweise auch ein Linearmotor, ein Elektromagnet oder ein Piezoelement zum Drücken des einen Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe, also zur Bremsbetätigung.

Zur Erzielung der Selbstverstärkung ist einer der beiden Reibbremsbeläge in einer Umfangsrichtung, evtl. auch in einer Tangential- oder Sekantenrichtung zur Bremsscheibe verschieblich. Bei der bekannten Scheibenbremse ist der Reibbremsbelag in Umfangsrichtung der Bremsscheibe verschieblich, der mit der Betätigungseinrichtung gegen die Bremsscheibe drückbar ist. Genauso gut kann auch der andere Reibbremsbelag verschieblich sein. Eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung setzt eine beim Bremsen von der drehenden Bremsscheibe auf den gegen sie gedrückten, in Umfangsrichtung verschieblichen Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft in eine Andruckkraft um, die den Reibbremsbelag zusätzlich zu einer von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten Andruckkraft gegen die Bremsscheibe drückt und dadurch die Bremskraft verstärkt. Die bekannte Scheibenbremse weist einen Keilmechanismus mit einer in einem spitzen Winkel zur Bremsscheibe und in der Verschieberichtung des Reibbremsbelags verlaufenden Keilfläche auf, an der sich der Reibbremsbelag abstützt. Die von der drehenden Bremsscheibe beim Bremsen auf den Reibbrems- belag ausgeübte Reibungskraft beaufschlagt den Reibbremsbelag in Richtung eines enger werdenden Keilspalts zwischen der Keilfläche und der Bremsscheibe, der Reibbremsbelag wird in den enger werdenden Keilspalt gedrückt, wobei die Abstützung an der Keilfläche aufgrund einer Keilwirkung die Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe bewirkt. Ist die Keilfläche nicht eben, sondern weist eine über ihren Verlauf sich ändernde Steigung auf, kann auch von

einem Rampenmechanismus gesprochen werden. Durch die sich ändernde Steigung wird eine sich ändernde Selbstverstärkung mit der Verschiebung des Reibbremsbelags erzielt, es lässt sich durch eine anfangs große Steigung ein Lüftspiel zwischen dem Reibbremsbelag und der Bremsscheibe schnell überwinden und gegen Ende der Verschiebung, d. h. bei großer Bremskraft, eine hohe Selbstverstärkung erzielen. Auch Hebelmechanismen mit schräg zur Bremsscheibe stehenden, den verschieblichen Reibbremsbelag abstützenden, auf Zug oder Druck belasteten schwenkbaren Hebeln sind zur Erzielung einer Selbstverstärkung bekannt. Dabei entspricht ein Stützwinkel zwischen dem schwenkbaren Hebel und einer Normalen zur Bremsscheibe dem Keilwinkel eines Keilmechanismus. Eine solche Hebelmechanik ist ein mechanisches Equivalent zu einem Keilmechanismus. Auch hydraulische Selbstverstärkungseinrichtungen sind an sich bekannt.

Allen diesen Selbstverstärkungseinrichtungen ist gemeinsam, dass einer der bei- den Reibbremsbeläge der Scheibenbremse sich beim Bremsen in Umfangsrich- tung (oder auch in Tangenten- oder Sekantenrichtung) der Bremsscheibe verschiebt. Dies hat zur Folge, dass die beiden Reibbremsbeläge einander beim Bremsen nicht mehr exakt gegenüber liegen, sondern einen Versatz in Umfangs- richtung der Bremsscheibe aufweisen. Dieser Versatz der gegen die Brems- scheibe drückenden Reibbremsbeläge bewirkt ein Moment auf den Schwimmsattel um eine gedachte Radiale zur Bremsscheibe. Dieses Moment muss von Führungen des Schwimmsattels abgestützt werden, die den Schwimmsattel quer zur Bremsscheibe verschieblich führen. Dies ist unerwünscht, weil die Führungen entsprechend stärker dimensioniert werden müssen und das erläuterte, beim Bremsen auf den Schwimmsattel wirkende Moment tendenziell zu einem Verklemmen des Schwimmsattels in seinen Führungen führt. Um dem Moment entgegenzuwirken sieht die genannte Offenlegungsschrift vor, die Reibbremsbeläge bei nicht betätigter Scheibenbremse mit einem Versatz in Umfangsrichtung der Bremsscheibe anzuordnen, so dass sie bei einer Betätigung der Bremse bei maximaler Ver-

Schiebung deckungsgleich sind. Dabei bedeutet maximale Verschiebung verschlissene Reibbremsbeläge und maximale Bremskraft.

Erläuterung und Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen, selbstverstärkenden elektromechanischen Schei- benbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist der die Selbstverstärkung bewirkende, in Umfangsrichtung der Bremsscheibe verschiebliche Reibbremsbelag in Umfangsrichtung der Bremsscheibe zumindest in einer Vorzugsdrehrichtung der Bremsscheibe kürzer als der gegenüber angeordnete Reibbremsbelag. Insbesondere ist der in Umfangsrichtung der Bremsscheibe verschiebliche Reib- bremsbelag in Umfangsrichtung der Bremsscheibe um soviel kürzer, dass er bei einer maximalen Verschiebung von dem anderen, gegenüberliegenden Reibbremsbelag vollflächig abgedeckt ist. In einem Kraftfahrzeug, für das die erfindungsgemäße Scheibenbremse vorgesehen ist, wird überwiegend in Vorwärtsfahrt gebremst, die Vorzugsdrehrichtung der Bremsscheibe ist durch die Vor- wärtsfahrt des Kraftfahrzeugs bestimmt. Eine Bremsung bei Rückwärtsfahrt ist viel seltener und erfolgt zudem bei niedriger Geschwindigkeit und üblicherweise kleiner Bremskraft. Deswegen braucht für die der Vorzugsdrehrichtung der Bremsscheibe umgekehrte Drehrichtung keine Vorsorge gegen das Moment getroffen werden, das zwei mit Versatz in Umfangsrichtung gegen die Bremsschei- be gedrückte Reibbremsbeläge auf den Bremssattel ausüben. Trotzdem sieht eine Ausgestaltung der Erfindung auch in der der Vorzugsdrehrichtung der Bremsscheibe entgegengesetzten Drehrichtung einen in Umfangsrichtung kürzeren verschieblichen Reibbremsbelag vor.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die vollflächige Abdeckung des ver- schieblichen Reibbremsbelags durch den gegenüberliegenden Reibbremsbelag bei einer Bremsbetätigung die beiden gegen die Bremsscheibe gedrückten Reibbremsbeläge kein Moment um eine gedachte Radiale zur Bremsscheibe auf den Bremssattel bewirken. Einer quer zur Bremsscheibe verschiebliche Führung des als Schwimmsattel ausgebildeten Bremssattels muss den Bremssattel daher nicht

gegen ein solches Moment abstützen, die Querverschiebung, auch Schwimmbewegung genannt, des Bremssattels wird nicht erschwert. Weiterer Vorteil der Erfindung ist eine verbesserte Einleitung der Bremskraft von den gegen die Bremsscheibe gedrückten Reibbremsbelägen in die Bremsscheibe und eine gleichmä- ßigere Flächenpressung des verschieblichen Reibbremsbelags.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Scheibenbremse in Ansicht mit Blickrichtung radial von außen auf eine Bremsscheibe;

Figur 2 Reibbremsbeläge der Scheibenbremse aus Figur 1 gemäß Pfeil II; und

Figur 3 einen Schnitt der Scheibenbremse aus Figur 1 in einer Radialebene zur Bremsscheibe gemäß Linie IM -IM.

Die Zeichnungen sind als vereinfachte Schemadarstellungen zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße, selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremse 1 weist einen Schwimmsattel 2 als Bremssattel auf. Der Bremssattel 2 ist ein sog. Rahmensattel, er weist zwei zueinander parallele, ebene Bremssattel platten 3 auf, die mit Ankern 4 starr miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Bremssattelplatten 3 befindet sich eine

Bremsscheibe 5, zu der die beiden Bremssattelplatten 3 parallel sind. Als Anker 4 finden Bolzen Verwendung, die sich außerhalb eines Umfangs der Bremsscheibe 5 befinden. Die Anker 4 und mit ihnen der Bremssattel 2 insgesamt sind in schematisch dargestellten Schiebeführungen 6 quer zur Bremsscheibe 5 verschiebbar geführt. Wegen seiner Verschiebbarkeit quer zur Bremsscheibe 5 wird der Bremssattel 2 auch als Schwimmsattel bezeichnet.

An der Bremsscheibe 5 zugewandten Innenseiten der Bremssattelplatten 3 sind Reibbremsbeläge 7, 8 angeordnet. Einer der beiden Reibbremsbeläge 7 ist fest, d. h. unbeweglich an der einen Bremssattelplatte 3 angeordnet. Der andere Reibbremsbelag 8 ist in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5, genaugenommen auf einer schraubenlinienförmigen Bahn in einem spitzen Winkel zur Bremsscheibe 5, verschieblich. Dazu weist der Reibbremsbelag 8 auf einer der Bremsscheibe 5 abgewandten Rückseite muldenförmige Vertiefungen auf, die Doppelrampen 9 bilden. Die Doppelrampen 9 erstrecken sich in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5, sie sind in ihrer Längsmitte am tiefsten und werden in beiden Richtungen flacher, d. h. sie steigen in beiden Umfangsrichtungen an. Die Bremssattel platte 3 weist auf ihrer der Bremsscheibe 5 und damit dem Reibbremsbelag 8 zugewandten Vorderseite korrespondierende Doppelrampen 10 auf. In den korrespondierenden Doppelrampen 9, 10 sind Kugeln oder Walzen als Wälzkörper 11 angeordnet. Bei einer Verschiebung des Reibbremsbelags 8 in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5 wälzen die Wälzkörper 11 auf diametral gegenüberliegenden Rampenbahnen der Doppelrampen 9, 10 und drücken dabei den Reibbremsbelag 8 von der Bremssattelplatte 3 ab und gegen die Bremsscheibe 5. Dadurch wird der als Schwimmsattel ausgebildete Bremssattel 2 quer zur Bremsscheibe 5 verschoben und drückt den festen Reibbremsbelag 7 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 5, die gebremst wird.

Zur Betätigung der Scheibenbremse 1 wird der verschiebliche Reibbremsbelag 8 immer in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 verschoben. Die drehende Bremsscheibe 5 übt eine Reibungskraft in Drehrichtung auf den gegen sie gedrückten Reibbremsbelag 8 aus, die den Reibbremsbelag 8 zusätzlich in der Verschiebe-

richtung beaufschlagt. Über die Doppelrampen 9, 10 wird der Reibbremsbelag 8 gegen die Bremsscheibe 5 gedrückt. Die Doppelrampen 9, 10 wandeln somit die von der drehenden Bremsscheibe 5 auf den gegen sie gedrückten Reibbremsbelag 8 ausgeübte Reibungskraft in eine Andruckkraft um, die den Reibbremsbelag 8 zusätzlich zu einer Andruckkraft, die eine noch zu beschreibende elektrome- chanischen Betätigungseinrichtung ausübt, gegen die Bremsscheibe 5 drückt. Die von der elektromechanischen Betätigungseinrichtung aufgebrachte Andruckkraft und somit die Bremskraft der Scheibenbremse 1 wird verstärkt, die Scheibenbremse 1 weist eine Selbstverstärkung auf. Die korrespondierenden Doppel- rampen 9, 10, in denen die Wälzkörper 11 wälzen, bilden eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung 12 der Scheibenbremse 1. Die in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 verschobene Stellung des Reibbremsbelags 8 bei betätigter Scheibenbremse 1 ist in Figur 1 mit Strichlinien dargestellt.

Um eine Selbstverstärkung auch bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe 5 zu erzielen sind die Rampen wie bereits geschrieben als Doppelrampen mit Anstieg in beiden Umfangsrichtungen der Bremsscheibe 5 ausgebildet. Bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe 5 wird der Reibbremsbelag 8 ebenfalls in umgekehrter Richtung, also wieder in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 verschoben und die Scheibenbremse 1 weist die beschriebene Selbst- Verstärkungswirkung auf. Reicht eine Selbstverstärkung für eine Drehrichtung der Bremsscheibe 5 aus genügen auch Einfachrampen mit Anstieg nur in Drehrichtung der Bremsscheibe 5 anstelle der dargestellten und beschriebenen Doppelrampen 9, 10.

Zur Betätigung der Scheibenbremse 1 , d. h. zum Drücken des verschieblichen Reibbremsbelags 8 gegen die Bremsscheibe 5 weist die Scheibenbremse 1 eine elektromechanische Betätigungseinrichtung auf, die hier der klaren Darstellung wegen nicht gezeigt ist. Die elektromechanische Betätigungseinrichtung weist einen Elektromotor und ein mechanisches Getriebe auf, ihre Wirkungsrichtung kann zwischen parallel zur Bremsscheibe 5 bis quer zur Bremsscheibe 5 sein.

Vorzugsweise wirkt die Betätigungseinrichtung parallel zu den Rampenflächen der Doppelrampen 9, 10, d. h. in Verschieberichtung des Reibbremsbelags 8.

Der verschiebliche Reibbremsbelag 8 ist in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5 kürzer als der feste Reibbremsbelag 7, so dass der bewegliche Reibbremsbelag 8 auch bei größt möglicher Verschiebung noch vollflächig vom feststehenden Reibbremsbelag 7 abgedeckt ist. Dabei bedeutet maximale Verschiebung des Reibbremsbelags 8 eine maximale Bremskraft der Scheibenbremse 1 und einen vollständig abgenutzten Reibbremsbelag 8. Die Reibbremsbeläge 7, 8 sind in Figur 2 ohne sonstige Teile der Scheibenbremse 1 dargestellt, wobei mit Strichli- nien die maximale Verschiebung des beweglichen Reibbremsbelags 8 angedeutet ist. Die vollflächige Überdeckung des verschieblichen Reibbremsbelags 8 durch den feststehenden Reibbremsbelag 7 hat den Vorteil, dass durch die Verschiebung des Reibbremsbelags 8 bei der Bremsbetätigung kein Versatz der Reibbremsbeläge 7, 8 in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5 entsteht, der ein Moment auf den Bremssattel 2 aufgrund der Andruckkräfte der Reibbremsbeläge 7, 8 gegen die Bremsscheibe 5 um eine gedachte Radiale zur Bremsscheibe 5 auf den Bremssattel 2 bewirken würde. Der Bremssattel 2 ist momentenfrei, seine Schiebeführung 6 braucht kein Moment abzustützen. Zudem führt die Abdeckung des verschieblichen Reibbremsbelags 8 durch den feststehenden Reibbremsbe- lag 7 bei betätigter Scheibenbremse 1 zu einer verbesserten Einleitung der Bremskraft von den Reibbremsbelägen 7, 8 in die Bremsscheibe 5 und zu einer gleichmäßigeren Flächenpressung des verschieblichen Reibbremsbelags 8.

Wie in Figuren 1 und 3 zu sehen, weist der verschiebliche Reibbremsbelag 8 eine größere Dicke als der feststehende Reibbremsbelag 7 auf, wobei der Di- ckenunterschied in der Zeichnung zur Verdeutlichung übertrieben stark dargestellt ist. Die beiden Reibbremsbeläge 7, 8 weisen ein gleiches oder jedenfalls ungefähr gleiches Verschleißvolumen auf.

Aufgrund seiner größeren Erstreckung in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 5 würde ein mathematischer Flächenschwerpunkt des feststehenden Reibbremsbe-

lags 7 auf einem kleineren Radius liegen als der Flächenschwerpunkt des verschieblichen Reibbremsbelags 8, sofern der feststehende Reibbremsbelag 7 e- benso wie der verschiebliche Reibbremsbelag 8 die Form eines Kreisbogenabschnitts hätte. Der feststehende Reibbremsbelag 7 hat deswegen wie in Figur 2 zu sehen eine andere Form, so dass die Flächenschwerpunkte der beiden Reibbremsbeläge 7, 8 den gleichen oder zumindest näherungsweise den gleichen Radius aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der verschiebliche Reibbremsbelag 8 die Form eines Kreisringabschnitts auf während der feststehende Reibbremsbelag näherungsweise die Form eines Kreis- segments aufweist. Der feststehende Reibbremsbelag 7 weist dadurch an seinen Umfangsenden mehr Belagmaterial auf einem größeren Radius auf, wodurch sich auch sein Flächenschwerpunkt auf einem größeren Radius als bei einem Kreisringabschnitt mit gleicher Erstreckung in Umfangsrichtung befindet. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Reibbremsbeläge 7, 8 möglich und liegen im Rahmen der Erfindung, bei denen sich trotz größerer Erstreckung des feststehenden Reibbremsbelags 7 in Umfangsrichtung die mathematischen Flächenschwerpunkte beider Reibbremsbeläge 7, 8 auf dem gleichen oder zumindest näherungsweise auf dem gleichen Radius befinden. Auch durch die geschilderte Maßnahme wird eine gleichmäßigere Flächenpressung der Reibbremsbeläge 7, 8 erreicht. Durch Flächenschwerpunkte beider Reibbremsbeläge 7, 8 auf gleichem oder zumindest näherungsweise gleichem Radius wird ein durch die An- druckkräfte beider Reibbremsbeläge 7, 8 gegen die Bremsscheibe 5 bewirktes Moment auf den Bremssattel 2 um eine gedachte Sekante zur Bremsscheibe 5 vermieden oder jedenfalls verringert. Auch dadurch werden die Schiebeführun- gen 6 entlastet.

Wie in Figur 3 zu sehen, stimmen die Reibflächenradien der beiden Reibbremsbeläge 7, 8 außen und innen mit Reibflächenradien der Bremsscheibe 5 überein. Mit anderen Worten, radial äußere und radial innere Ränder der Reibbremsbeläge 7, 8 sind deckungsgleich mit Rändern von Reibflächen der Brems- Scheibe 5. Da sich der verschiebliche Reibbremsbelag 8 in Umfangsrichtung der

Bremsscheibe 5 bewegt gilt dies auch bei verschobenem Reibbremsbelag 8, d. h. bei betätigter Scheibenbremse 1. Grund dafür ist, dass sich weder außen noch innen Grate an den Reibbremsbelägen 7, 8 oder der Bremsscheibe 5 bilden, die abbrechen und verklemmen könnten. Dies ist sicherheitskritisch und muss des- wegen vermieden werden, was durch die gleichen Reibflächenradien der Reibbremsbeläge 7, 8 und der Bremsscheibe 5 erfolgt. In vereinfachter Ausgestaltung ist denkbar, dass nicht alle Reibflächenradien übereinstimmen, sondern beispielsweise nur die äußeren Reibflächenradien beider Reibbremsbeläge oder die Reibflächenradien des verschieblichen Reibbremsbelags 7.

Wie in Figuren 2 und 3 zu sehen ist der innere Reibflächenradius des verschieblichen Reibbremsbelags 8 kleiner als der innere Reibflächenradius des feststehenden Reibbremsbelags 7. Dies hat mehrere Gründe: Zunächst wird der mathematische Flächenschwerpunkt des in Umfangsrichtung kürzeren, verschieblichen Reibbremsbelags 8 nach innen verlagert, d. h. die Radien der Flä- chenschwerpunkte der beiden Reibbremsbeläge 7, 8 werden einander angenähert wie durch die andere oben beschriebene Form des feststehenden Reibbremsbelags 7. Außerdem wird die Fläche des in Umfangsrichtung kürzeren, verschieblichen Reibbremsbelags 8 und damit das Verschleißvolumen vergrößert.