angeordnetem Elektromotor

Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektromechanischen Zuspannvorrichtung für Fahrzeugbremsen, mit einem in einem Federspeicherbremszylinder einer Federspeicherbremse angeordneten, durch wenigstens eine als Schraubenfeder ausgeführte Speicherfeder betätigbaren Federspeicherbremskolben mit einer Federspeicherbremskolbenstange zum Zuspannen und Lösen der Federspeicherbremse sowie mit einem Elektromotor zum Spannen und/oder zum Entspannen der Speicherfeder, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 .

Eine gattungsgemäße elektromechanische Zuspannvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 198 33 304 A1 bekannt. Bei der bekannten Zuspannvorrichtung nimmt die Speicherfeder des Federspeicherbremszylinders in der Lösestellung eine Federenergie speichernde Lage ein. Zum Zuspannen der Bremse wird die durch eine Sperreinrichtung gesicherte Lage des Federspeicher- bremskolbens gelöst, wobei die Speicherfeder entspannt und der Federspeicherbremskolben die zugespannte (bremskrafterzeugende) Lage einnimmt. Durch Bestromen des Elektromotors wird der Federspeicherbremskolben aus der zugespannten Lage in seine gelöste Lage überführt, wobei dem Federspeicherbremskolben und dem Elektromotor Kraftübertragungsmittel in Form eines Zahnrad-Untersetzungsgetriebes sowie eines Mutter-Spindeltriebs zwischengeordnet sind. Der Elektromotor ist dabei axial versetzt in Bezug zur Federspeicherbremskolbenstange angeordnet.

Derartige elektromechanische Zuspannvorrichtungen werden bei Nutzfahrzeugen radnah und damit im Radhaus angeordnet, weshalb ihr Platzbedarf möglichst gering sein sollte. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Zuspannvorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie kompakter baut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung sieht vor, dass der Elektromotor von der als Schraubenfeder ausgeführten Speicherfeder radial umschlossen ist und dass sich die radiale Umschließung des Elektromotors in axialer Richtung gesehen wenigstens über einen axialen Abschnitt des Elektromotors erstreckt.

Dadurch wird der meist ungenutzte Raum innerhalb des gedachten Hüllkörpers, den die Schraubenfeder mit ihren Windungen beschreibt, dadurch genutzt, dass dort der Elektromotor untergebracht wird. Dies führt zu einer erheblichen Raumersparnis gegenüber dem eingangs erwähnten Stand der Technik.

Durch den Elektromotor ist die erfindungsgemäße elektromechanische Zuspannvorrichtung insbesondere zum Feststellbremsen oder zum Hilfsbremsen geeignet, wobei es beim Hilfsbremsen nach einem Ausfall der Betriebsbremse vor allem auf ein dosiertes Zuspannen ankommt, was durch den Elektromotor bzw. durch eine entsprechende elektronische Ansteuerung des Elektromotors realisierbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.

Besonders bevorzugt erstreckt sich die radiale Umschließung des Elektromotors durch die Speicherfeder in axialer Richtung gesehen wenigstens über die gesamte Länge des Elektromotors, wobei die radiale und axial vollständige Umschließung des Elektromotors durch die Speicherfeder sowohl im gelösten als auch im zugespannten Zustand gegeben ist. Weiterhin ist der der Elektromotor bevorzugt koaxial zur Speicherfeder angeordnet. Dadurch wird der von der Speicherfeder umschlossene Raum am besten genutzt.

Der Elektromotor ist insbesondere in einer die Speicherfeder beinhaltenden Federkammer angeordnet, welche von einer Federspeicherbremskammer des Federspeicherbremszylinders durch den Federspeicherbremskolben getrennt ist.

Weiterhin sind bevorzugt Kraftübertragungsmittel in Form eines Mutter- Spindeltriebs zur Übertragung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung des Federspeicherbremskolbens vorgesehen. Dabei kann nicht nur der Mutter-Spindeltrieb zwischen dem Elektromotor und dem Federspeicherbremskolben bzw. der Federspeicherbremskolbenstange vorgesehen sein, sondern auch beispielsweise ein bevorzugt in das Gehäuse des Elektromotors integriertes Planetengetriebe, welches die Drehbewegung eines Rotors des Elektromotors auf eine hierzu bevorzugt koaxiale Ausgangswelle des Planetengetriebes beispielsweise untersetzend überträgt.

Zu einer besonders Bauraum sparenden Anordnung trägt dann bei, wenn die Federspeicherbremskolbenstange hohlzylindrisch ausgeführt ist, wobei der Mutter-Spindeltrieb im Inneren der hohlzylindrischen Federspeicherbremskolbenstange angeordnet ist. Dann wird auch der hohlzylindrische Innenraum der Federspeicherbremskolbenstange zur Unterbringung von Teilen des Antriebsstrangs des Elektromotors genutzt.

Dabei ist bevorzugt die Mutter des Mutter-Spindeltriebs im Inneren der hohlzylindrischen Federspeicherbremskolbenstange drehfest aber axial beweglich gehalten und die Spindel durch den Rotor des Elektromotors koaxial angetrieben. Die Drehmomentabstützung erfolgt dann über die Mutter des Mutter- Spindeltriebs und den Elektromotor am Federspeicherbremszylinder. Weiterhin ragt dann die Spindel des Mutter-Spindeltriebs bevorzugt von der Federkammer her in das Innere der hohlzylindrischen Federspeicherbremskol- benstange hinein. Abhängig von der Drehstellung des Elektromotors und damit der Spindel relativ zur drehfesten Mutter des Mutter-Spindeltriebs nimmt folglich die Federspeicherbremskolbenstange eine bestimmte axiale Lage ein zwischen zwei Endstellungen ein, der Zuspannstellung und der Lösestellung.

Besonders bevorzugt ist der Mutter-Spindeltrieb selbsthemmend ausgeführt. Dann muss keine Sperreinrichtung zur Sicherung der Lage des Federspeicher- bremskolbens vorgesehen werden, weil die jeweils eingenommene Lage des Federspeicherbremskolbens durch den selbsthemmenden Mutter-Spindeltrieb gesichert wird. Es ist aber auch eine Ausführungsform möglich, bei welcher eine Arretierung des Federspeicherbremskolbens in der Lösestellung vorgesehen ist.

Der Elektromotor dient bevorzugt sowohl zum Spannen als auch zum Entspannen der Speicherfeder, d.h . dass der Elektromotor gegen die Wirkung der Speicherfeder arbeitet, um die Federspeicherbremse zu lösen und andererseits die Zuspannbewegung der Speicherfeder unterstützend zulässt, damit diese die Zuspannkraft aufbringen kann. Weil die Bremskraft dann alleine durch die Speicherfeder aufgebracht wird, ist auch dann noch genügend Bremswirkung vorhanden, wenn sich aufgrund thermischer Einflüsse die geometrischen Verhältnisse der Bremse ändern.

Nicht zuletzt bleibt dann im Fehlerfall, beispielsweise nach einem Kabelbruch in einem Kabel zur Ansteuerung des Elektromotors der Status vor dem Fehler erhalten, so dass es insbesondere nicht zu einem unerwünschten Zuspannen der Federspeicherbremse kommen kann, was speziell während der Fahrt eine Unfallgefährdung darstellt.

Gemäß einer Weiterbildung bildet der Federspeicherbremszylinder zusammen mit einem Betriebsbremszylinder einen kombinierten Betriebsbrems- und Fe- derspeicherbremszylinder, mit einem im Gehäuse des Betriebsbremszylinders angeordneten Betriebsbremskolben, wobei die Federspeicherbremskolben- stange durch eine zentrale Bohrung einer Zwischenwand zwischen dem Betriebsbremszylinder und dem Federspeicherbremszylinder derart ragt, dass sie auf den Betriebsbremskolben wirkt. In der zentralen Bohrung der Zwischenwand ist dann eine Dichtungsanordnung aufgenommen ist, welche das Innere des Betriebsbremszylinders gegenüber dem Inneren des Federspeicherbrems- zylinders abdichtet.

Ein solcher kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder ist beispielsweise aus der DE 40 1 1 739 A1 bekannt. Bei solchen kombinierten Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylindern betätigt der Federspeicher- bremskolben im Feststell- oder Hilfsbremsfall mit seiner Federspeicherbrems- kolbenstange den Betriebsbremskolben, welcher wiederum eine Betriebsbremskolbenstange aufweist, die mit einem Bremsmechanismus der Fahrzeugbremse, insbesondere einer Scheibenbremse zusammen wirkt.

Ein Bremsmechanismus einer Zuspannvorrichtung ist beispielsweise in der EP 0 740 085 B1 beschrieben und weist einen mit der Betriebsbremskolbenstange gelenkig verbundenen Schwenkhebel auf, welcher mit einer Zuspann- welle drehfest verbunden ist, die mit einer Nockenkontur versehen ist, die bei einem Verdrehen der Zuspannwelle um ihre Längsachse zu einer axialen Relativbewegung eines Bremssattels und einer Bremsbacke einer Scheibenbremse führt.

Besonders bevorzugt ist der Bremsmechanismus selbstverstärkend ausgeführt, d.h. dass die Bremskraft z.B. mit Hilfe von Keil- oder Rampenflächen und Wälzkörpern verstärkt wird, wenn sich ein durch die Bremse gebremstes Rad mit einer kleinen Drehbewegung dreht. Damit ist die Zuspanneinrichtung vor allem als Feststellbremse geeignet und kann wegen der Selbstverstärkung noch kompakter bauen, da dann weniger Federkraft und damit eine kleinere Spei- cherfeder ausreichend ist, um eine beispielsweise vom Gesetzgeber geforderte Mindestfeststellbremskraft zu erzeugen.

Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.

Zeichnung

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Querschnittsdarstellung eines kombinierten Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinders gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig .1 ist ein kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder 1 , nachfolgend Kombizylinder genannt, dargestellt. Der Kombizylinder 1 betätigt einen hier nicht gezeigten Bremsmechanismus einer Fahrzeugbremse und besteht aus einem Betriebsbremszylinder 2 und aus einem mit diesem baulich und funktionell verbundenen Federspeicherbremszyl inder 4. Der Betriebsbremszylinder 2 und der Federspeicherbremszylinder 4 sind durch eine Zwischenwand 6 voneinander getrennt. Innerhalb des Federspeicherbremszylinders 4 ist ein Federspeicherbremskolben 8 verschiebbar angeordnet, wobei an einer Seite des Federspeicherbremskolbens 8 eine Speicherfeder 10 anliegt. Die Speicherfeder 10 stützt sich an ihrer entgegen gesetzten Seite am Boden des Federspeicherbremszylinders 4 ab. Zwischen dem Federspeicherbremskolben 8 und der Zwischenwand 6 ist eine Federspeicherbremskammer 12 ausgebildet.

Bei linearer Verschiebung des Federspeicherbremskolbens 8 innerhalb des Federspeicherbremszylinders 4 zum Zwecke des Bremsenlosens, d.h. in der Figur nach links, wird die Luft, welche innerhalb der die Speicherfeder 10 aufnehmenden Federkammer 14 ansteht, über ein hier nicht gezeigtes Entlüf- tungsventil herausgedrückt. Zum Zwecke der Abbremsung vermag die Speicherfeder 10 den Federspeicherbremskolben 8 in Zuspannstellung zu verschieben, d .h. in der Figur nach rechts. Dabei wird die von dem Federspei- cherbremszylinder 4 aufgebrachte Bremskraft, welche beispielsweise zum Feststellbremsen eines bereits durch die Betriebsbremse eingebremsten Fahrzeugs oder als Hilfsbremskraft bei Ausfall der Betriebsbremse dient, bevorzugt ausschließlich von der Speicherfeder 10 aufgebracht.

Der Federspeicherbremskolben 8 ist mit einer hohlen Federspeicherbremskol- benstange 18 verbunden, welche sich durch die Zwischenwand 6 in eine Betriebsbremskammer 20 des Betriebsbremszylinders 2 erstreckt. Eine in eine zentrale Bohrung 21 der Zwischenwand 6 eingesetzte Dichtungsanordnung 22 dichtet gegenüber der Außenwand der Federspeicherbremskolbenstange 18 während deren Längsbewegung ab. In die Betriebsbremskammer 20 mündet ein nicht gezeigter Einlass, über welchen zum Betätigen des Betriebsbremszylinders 2 Druckluft eingelassen und abgelassen wird. Die Druckluft wirkt auf eine innerhalb des Betriebsbremszylinders 2 eingesetzte Membrane 24 ein, an deren entgegen gesetzter Seite ein Druckstück in Form eines steifen Membrantellers 26 vorgesehen ist. Genauer trennt die Membrane 24 die mit Druckmittel be- und entlastbare Betriebsbremskammer 20 des Betriebsbremszylinders 2 von einer eine am Membranteller 26 abgestützte Rückholfeder 30 aufnehmende Federkammer 31 .

Der Membranteller 26 ist mit einer Druckstange 28 verbunden, die mit einem Bremsbetätigungsmechanismus außerhalb des Kombizylinders 1 zusammenwirkt. H ierbei kann es sich beispielsweise um Betätigungselemente einer Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs handeln. Der Betriebsbremszylinder 2 ist ein aktiver Bremszylinder, d.h. dass die Betriebsbremse durch Belüften der Betriebsbremskammer 20 zugespannt und durch Entlüften gelöst wird. Die sich einerseits am Membranteller 26 und andererseits am Boden des Betriebsbremszylinders 2 abstützende Rückholfeder 30 sorgt dafü r, dass d ie Druckstange 28 bei entlüfteter Betriebsbremskammer 20 in die Lösestellung zurückgeholt wird.

Ein radial äußerer Befestigungsrand 32 der Membrane 24 weist einen keilförmigen, sich nach radial innen hin verjüngenden Querschnitt auf. Dieser radial äußere Befestigungsrand 32 der Membrane 24 mit dem keilförmigen, sich nach radial innen verjüngenden Querschnitt ist in eine komplementär geformte Aufnahme 34 mit keilförmigem, sich nach radial außen erweiternden Querschnitt zwischen der Zwischenwand 6 und dem Betriebsbremszylinder 2 geklemmt. Die Zwischenwand 6 und der Betriebsbremszylinder 2 bilden ihre äußeren Ränder als nach radial außen abgebogene Flansche 36, 38 aus, deren gegeneinander weisende Innenflächen die Aufnahme 34 mit keilförmigem Querschnitt zwischen sich ausbilden.

Ein Elektromotor 40 dient hier zum Spannen und Entspannen der Speicherfeder 10, um den Federspeicherbremskolben 8 und damit die Federspeicherbremse in Lösestellung bzw. in Zuspannstellung im Rahmen einer Feststellbremsfunktion oder Hilfsbremsfunktion zu bringen.

Der Elektromotor 40 ist vorzugsweise ein Hohlwellenmotor mit integriertem und hier nicht explizit gezeigtem Planetengetriebe. Der Elektromotor 40 ist dabei von der als Schraubenfeder ausgeführten Speicherfeder 10 radial umschlossen, wobei sich die radiale Umschließung des Elektromotors 40 in axialer Richtung gesehen bevorzugt über die gesamte Länge I des Elektromotors 40 in Axialrichtung erstreckt, wobei die radiale und axial vollständige Umschließung des Elektromotors durch die Speicherfeder 10 sowohl in dem in der Figur gezeigten gelösten Zustand (Speicherfeder gespannt) wie auch im zugespannten Zustand (Speicherfeder entspannt) der Federspeicherbremse gegeben ist, wie anhand der Figur leicht vorstellbar ist. Weiterhin ist der der Elektromotor 40 bzw. dessen Hohlwelle bevorzugt koaxial zur Speicherfeder 10 bzw. zum Federspeicherbremskolben 8 bzw. zur Federspeicherbremskolbenstange 18 angeordnet. Alternativ könnte der Elektromotor 40 auch nicht koaxial zu einer Mit- telachse des Federspeicherbremszylinders 4 angeordnet sein, sondern beispielsweise axial versetzt hierzu.

Der Elektromotor 40 ist dabei in der die Speicherfeder 10 beinhaltenden Federkammer 31 angeordnet, welche von der Federspeicherbremskammer 12 des Federspeicherbremszylinders 4 durch den Federspeicherbremskolben 8 getrennt ist.

Das hier nicht separat gezeigte Planetengetriebe ist in das Gehäuse des Elektromotors 40 als Kraftübertragungsmittel integriert, welches die Drehbewegung der Hohlwelle des Elektromotors 40 beispielsweise untersetzt. Das Planetengetriebe überträgt daher die Drehbewegung der Hohlwelle des Elektromotors 40 auf eine hierzu bevorzugt koaxiale Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes. Weiterhin sind Kraftübertragungsmittel in Form eines Mutter-Spindeltriebs 44 zur Wandelung der Rotationsbewegung der Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes in eine Linearbewegung des Federspeicherbremskolbens 8 vorgesehen. Bevorzugt ist der Mutter-Spindeltrieb 44 selbsthemmend ausgeführt, so dass die einmal eingenommene Drehlage der Spindel 46 gesichert beibehalten wird wenn der Elektromotor 40 nicht bestromt wird oder ist.

Die Federspeicherbremskolbenstange 18 ist beispielsweise hohlzylindrisch ausgeführt, wobei der Mutter-Spindeltrieb 44 im Inneren der hohlzylindrischen Federspeicherbremskolbenstange 18 angeordnet ist. Dabei ist bevorzugt die Mutter 48 des Mutter-Spindeltriebs 44 im Inneren der hohlzylindrischen Federspeicherbremskolbenstange 18 drehfest aber linear beweglich gehalten und die Hohlwelle des Elektromotors bzw. die Ausgangswelle 42 des Planetengetriebes koaxial zu Mutter 48 und Spindel 46. Die Drehmomentabstützung erfolgt dann über das Gehäuse des Elektromotors 40, welches am Federspeicherbremszyl inder 4 festgelegt ist. Die Spindel 46 des Mutter-Spindeltriebs 44 ist weiterhin in einem Drehlager 50 am freien Ende der Federspeicherbremskolbenstange 18 drehgelagert. Weiterhin ragt die Spindel 46 des Mutter-Spindeltriebs 44 von der Federkam- mer 14 her in das Innere der hohlzylindrischen Federspeicherbremskolben- stange 18 hinein. Abhängig von der Drehstellung des Rotors des Elektromotors 40 bzw. der Ausgangswelle 42 und damit der Spindel 46 in Bezug zur drehfesten Mutter 48 des Mutter-Spindeltriebs 44 nimmt folglich die Federspeicher- bremskolbenstange 18 eine bestimmte axiale Lage zwischen zwei Endstellungen ein, nämlich die Zuspannstellung und die in der Figur gezeigte Lösestellung.

Bei dem kombinierten Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder 1 betätigt der Federspeicherbremskolben 8 im Feststell- oder Hilfsbremsfall mit seiner Federspeicherbremskolbenstange 18 den Betriebsbremskolben 24, 26 mit zugeordneter Druckstange 28, die mit einem hier nicht gezeigten Bremsmechanismus der Fahrzeugbremse, insbesondere mit einer Scheibenbremse zusammen wirkt.

Besonders bevorzugt ist dieser Bremsmechanismus selbstverstärkend ausgeführt, d.h. dass die von der Druckstange 28 ausgeübte Bremskraft z.B. mit Hilfe von Keil- oder Rampenflächen und Wälzkörpern verstärkt wird, wenn sich ein durch die Bremse gebremstes Rad mit einer kleinen Drehbewegung dreht. Somit führt eine der Bremsung entgegen wirkende Drehbewegung zu einer Verstärkung der Feststellbremskraft.

Die Funktionsweise des Kombizylinders 1 in Bezug auf die Feststellbremsoder Hilfsbremsfunktion ist dann wie folgt:

Ausgehend von der in der Figur gezeigten Lösestellung, in welcher eine im Inneren der Federspeicherbremskolbenstange 18 motorendseitig gehaltene Anschlagscheibe 52 aufgrund der von der Speicherfeder 10 auf den Federspeicherbremskolben 8 wirkenden Druckkräfte gegen die Mutter 48 gedrängt ist, wird die Spindel 46 durch Bestromen des Elektromotors 40 in der Mutter 48 in einer Drehrichtung verschraubt, in welcher die Mutter 48 auf der Spindel 46 in der Figur gesehen nach rechts wandert und sich dadurch auch die Federspei- cherbremskolbenstange 18 nach rechts bewegt. Dadurch übt die Federspei- cherbremskolbenstange 18 über den Membranteller 26 Druck auf die Druckstange 28 aus, welche wiederum den Bremsmechanismus betätigt. Diese Zuspannbewegung kann im Rahmen einer Feststellbremsfunktion oder einer Hilfsbremsfunktion bei Ausfall der Betriebsbremsfunktion durch den Betriebsbremszylinder 2 erfolgen, wenn eine dosierte Bremskraft gefordert ist, was durch eine entsprechende Steuerung des Elektromotors 40 realisiert wird. Die Bremskraft wird dabei alleine von der Speicherfeder 10 aufgebracht.

Zum Lösen der Federspeicherbremse wird die Spindel 46 durch den Elektromotor 40 in der Gegenrichtung angetrieben, so dass die innerhalb der Feder- speicherbremskolbenstange 18 drehfest gehaltene, aber axial bewegliche Mutter 48 weiterhin an der Anschlagscheibe52 anliegt, aber auf der Spindel 46 in Bezug zur Figur nach links wandert, wodurch die Federspeicherbremskolben- stange 18 ebenfalls nach links bewegt wird.

Bezuqszeichenliste

Kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherzylinder

Betriebsbremszylinder

Federspeicherbremszylinder

Zwischenwand

Federspeicherbremskolben

Speicherfeder

Federspeicherbremskammer

Federkammer

Federspeicherbremskolbenstange

Betriebsbremskammer

Bohrung

Dichtungsanordnung

Membrane

Membranteller

Druckstange

Rückholfeder

Federkammer

Befestigungsrand

Aufnahme

Flansch

Flansch

Elektromotor

Ausgangswelle Mutter-Spindeltrieb Spindel

Mutter

Drehlage

Anschlagscheibe