Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Bremsorgan zur Erzeugung eines Reibschlusses mit einem rotierenden Bauteil und mit einem in zwei Bewegungsrichtungen antreibbaren, das Bremsorgan relativ zum rotierenden Bauteil bewegenden Aktuator, und mit einer Spreizeinheit des Aktuators.

Solche Bremseinrichtungen werden in nach dem Simplex, Duplex, Duo Duplex oder dergleichen arbeitenden Trommelbremsen und in Schwimmsätteln eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Kraftahrzeuge benötigen jedoch neben der Funktion einer Betriebsbremse auch die Funktion einer Parkbremse. In der Funktion der Betriebsbremse soll die Spreizeinheit den Reibschluss des Bremsorgans mit dem rotierenden Bauteil bei bestromtem Aktuator möglichst schnell erzeugen und den Reibschluss bei stromlosem Aktuator möglichst schnell wieder lösen. In der Funktion der Feststellbremse soll jedoch der Reibschluss auch bei stromlosem Aktuator aufrecht erhalten werden. Daher werden meist zwei Aktuatoren mit jeweiligen Spreizeinheiten für jede Funktion eingesetzt. Hierdurch gestaltet sich die Bremseinrichtung jedoch baulich sehr aufwändig.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Bremseinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie besonders einfach aufgebaut ist und die Funktion der Betriebsbremse und der Feststellbremse ermöglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spreizeinheit ausgehend von einer Neutralstellung in der einen Antriebsrichtung des Aktuators zur Erzeugung einer Betriebsbremse und in der anderen Antriebsrichtung des Aktuators zur Erzeugung einer Selbsthemmung einer Funktion einer Feststellbremse ausgebildet ist. Durch diese Gestaltung werden unterschiedliche Antriebsrichtungen genutzt, um in der jeweiligen Endposition der Antriebsrichtung wahlweise eine leichtgängige Betriebsbremse mit einem Selbstlosen oder eine Selbsthemmung für die Funktion einer Feststellbremse zu erzeugen. Die Selbsthemmung kann dabei einen Kraftoder Formschluss, zwischen den die Bremskräfte abstützenden Bauteilen erzeugen. Dank der Erfindung wird nur ein einziger Aktuator mit einer einzigen Spreizeinheit für beide Funktionen der Bremseinrichtung benötigt. Die Bremseinrichtung ist hierdurch besonders einfach aufgebaut.

Die Erzeugung unterschiedlicher Funktionen der Bremseinrichtung gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn eine angetriebene Mutter-ZSpindeleinheit mit einer auf eine Spindel aufgedrehter Mutter in der einen Antriebsrichtung des Aktuators über ein Axiallager an einem ersten unverdrehbaren Spreizdruckstück und in der anderen Antriebsrichtung des Aktuators über eine kraft- oder formschlüssige Kupplungseinrichtung an einem zweiten unverdrehbaren Spreizdruckstück abgestützt ist. Durch diese Gestaltung steht die angetriebene Mutter- ZSpindeleinheit mit den beiden unverdrehbaren Druckstücken wahlweise mit dem Axiallager oder der Kupplungseinrichtung in Wirkverbindung. In dem Fall der Abstützung der Mutter-ZSpindeleinheit über das Axiallager wird eine besonders leichtgängige Kraftübertragung zwischen der Mutter-ZSpindeleinheit und den Spreizdruckstücken ermöglicht.

Zur weiteren Vereinfachung des Aufbaus der Bremseinrichtung trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn eines der Bauteile der Spindel oder der Mutter in Abhängigkeit von der Antriebsrichtung wahlweise gegen das Axiallager oder gegen die Kupplungseinrichtung bewegbar ist. Durch diese Gestaltung lässt sich der Kraftfluss in der einen Funktion der Betriebsbremse einfach über das Axiallager und in der anderen Funktion der Feststellbremse über die Kupplungseinrichtung führen.

Die Mutter-ZSpindeleinheit könnte beispielsweise in einem Gehäuse axial geführt sein. Die Bremseinrichtung gestaltet sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kompakt, wenn die Spreizdruckstücke axial verschieblich und unverdrehbar mit einem Bauteil der Mutter-ZSpindeleinheit verbunden sind. Die Bremseinrichtung gestaltet sich hierdurch besonders kompakt.

In der Funktion der Feststellbremse lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Bremsorgan ohne weiteren Energieaufwand in seiner Stellung halten, wenn die Kupplungseinrichtung eine an der Mutter- ZSpindeleinheit und an einem der Spreizdruckstücke angeordnete Reibpaarung hat. Durch diese Gestaltung erzeugt die Kupplungseinrichtung eine Selbsthemmung durch Kraftschluss.

Eine große Oberfläche der Reibpaarung lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn die Reibpaarung zwischen der Mutter und dem zweiten Spreizdruckstück angeordnet ist.

Die Bremseinrichtung vermag gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in der Funktion der Feststellbremse hohe Kräfte abzustützen, wenn die Reibpaarung als zur Drehachse der Mutter geneigte Fase ausgebildet ist.

Eine gleichmäßige Krafteinleitung in das Axiallager lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn eine Abstützscheibe zwischen der Mutter und dem ersten Spreizdruckstück angeordnet ist.

Die Spindel stützt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in Abhängigkeit von der Antriebsrichtung wahlweise an dem einen oder dem anderen der Spreizdruckstücke ab, wenn die Spindel jedem der Spreizdruckstücke gegenüberstehende Stützflächen hat. Hierdurch ist die Bremseinrichtung zudem konstruktiv besonders einfach aufgebaut. Die Bremseinrichtung lässt sich besonders reibungsarm und spielfrei in die beiden Funktionen antreiben, wenn die Mutter-ZSpindeleinheit als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.

Zur weiteren Verringerung der Abmessungen der Bremseinrichtung trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Mutter in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und eine Außenverzahnung zur Verbindung mit einem angetriebenen Zahnrad hat.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig.1 schematisch eine als Trommelbremse ausgebildete Bremseinrichtung,

Fig.2 perspektivisch ein Gehäuse mit einer Spreizeinheit aus Figur 1 ,

Fig.3 die Spreizeinheit aus Figur 2 mit aufgeschnittenem Gehäuse,

Fig.4 einen Längsschnitt durch das Gehäuse und die Spreizeinheit aus Figur 2 in einer Neutralstellung,

Fig.5 die in Figur 4 dargestellte Spreizeinheit in einer Betriebsbremsstellung,

Fig.6 die in Figur 4 dargestellte Spreizeinheit in einer Feststellbremsstellung.

Figur 1 zeigt schematisch eine als Trommelbremse ausgebildete Bremseinrichtung eines Kraftfahrzeuges mit einer drehbar gelagerten Bremstrommel 1. Die Bremstrommel 1 umschließt zwei als Bremsbacken ausgebildete Bremsorgane 2, 3 mit Reibbelägen 4, 5. Die Bremsbacken lassen sich von einem Aktuator 6 mit einer Spreizeinheit 7 gegen die Bremstrommel 1 bewegen, um ein Reibmoment zu erzeugen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel spannen Zugfedern 8, 9 die Bremsbacken gegen die Spreizeinrichtung 7 vor und ermöglichen damit deren Rückbewegung von der Bremstrommel 1. Der Aktuator 6 hat einen in beide Drehrichtungen antreibbaren Elektromotor 10 und ein Gehäuse 11 mit der darin angeordneten Spreizeinheit 7. Aus dem Gehäuse 11 ragen zwei Spreizdruckstücke 12, 13 der Spreizeinheit 7 heraus, welche sich an den Bremsbacken abstützen. Die Bremsbacken sichern die Spreizdruckstücke 12, 13 in einer unverdrehbaren Lage. Ein von dem Elektromotor 10 angetriebenes Zahnrad 14 dringt in das Gehäuse 11 ein und treibt ein Antriebsritzel 15 der Spreizeinheit 7 wahlweise in der einen Drehrichtung oder der anderen Drehrichtung an. Das Gehäuse 11 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel schwimmend auf einer Tragplatte 16 gelagert.

Figur 2 zeigt perspektivisch das Gehäuse 11 der Spreizeinheit 7 mit einem Befestigungsflansch 17 zur Anbindung an den Elektromotor 10 und die Tragplatte 16 aus Figur 1 . Das Antriebsritzel 15 ist über den Befestigungsflansch 17 zugänglich.

Figur 3 zeigt perspektivisch die Spreizeinheit 7 aus Figur 2 mit aufgeschnittenem Gehäuse 11 . In dem Gehäuse 11 ist eine als Kugelgewindetrieb ausgebildete Mutter-ZSpindeleinheit 18 angeordnet. Eine auf einer Spindel 19 aufgedrehte Mutter 20 ist in dem Gehäuse 11 gelagert und trägt an ihrer Mantelfläche eine Außenverzahnung 21 des Antriebsritzels 15. Die Spindel 19 ist radial innerhalb der Mutter 20 angeordnet und über umlaufende Kugeln 22 mit dieser verbunden. Die Spreizdrückstücke 12, 13 sind über Passfedern 23, 24 unverdrehbar und axial verschieblich auf der Spindel 19 geführt. Zwischen einem ersten Druckstück 12 und der Mutter-ZSpindeleinheit 18 ist ein Axiallager 25 mit einer Abstützscheibe 26 angeordnet. Zwischen einem zweiten Druckstück 13 und der Mutter- ZSpindeleinheit 18 ist eine Kupplungseinrichtung 27 angeordnet. Das Axiallager 25 ermöglicht ein besonders reibungsarmes Verdrehen des ersten Spreizdruckstücks 12 gegenüber dem angrenzenden Bauteil der Mutter-ZSpindeleinheit 18. Die Kupplungseinrichtung 27 erzeugt in Drehrichtung bei Kontakt einen Kraft- oder Formschluss zwischen dem zweiten Spreizdruckstück 13 und dem gegenüberstehenden Bauteil der Mutter-ZSpindeleinheit 18. Die Lagerung der Mutter 20 in dem Gehäuse 11 hat Radial-Zylinderrollenlager 28 und ermöglicht eine zumindest begrenzte axiale Verschiebbarkeit der Mutter-ZSpindeleinheit 18 in dem Gehäuse 11 , so dass der maximale Weg der Spreizeinheit 7 abgedeckt werden kann.

Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch das Gehäuse 11 und die Spreizeinheit 7 in einer Neutralstellung. Diese Stellung entspricht einer Betriebsstellung, in der die Bremsorgane 2, 3 von der Bremstrommel 1 entfernt sind. Die neutrale Position Fig.4 ist stromlos, wenn die Bremseinrichtung als Duo Servo Trommelbremse ausgeführt wird, bei der ein Gegenlager zu den Reibbelägen 4, 5 die Reibbelägen 4, 5 auf Abstand halt. Sonst ist diese neutrale Position in der Si Ausführung eine Zwischenstellung, bei der z.B. die Belagfedern die Spreizeinheit 7 zusammendrücken oder diese Stellung bei Wechsel von z. B Betriebs in Feststellbremse überfahren wird. Unbestromt wird diese Stellung überfahren, da die Bremseinrichtung stromlos offen ausgeführt werden muss im Betriebsbremsfall.

Mit S1 bis S4 sind Spalte der Mutter-ZSpindeleinheit 18 gegenüber den angrenzenden Bauteilen der Spreizdrückstücke 12, 13, des Axiallagers 25 oder der Kupplungseinrichtung 27 gekennzeichnet. Die Spindel 19 hat jedem der Spreizdruckstücke 12, 13 gegenüberstehende Stützflächen 29, 30. Die Mutter 20 hat eine der Abstützscheibe 26 gegenüberstehende Stützfläche 31 und eine die Kupplungseinrichtung 27 bildende Reibpaarung 32 gegenüber dem zweiten Spreizdruckstück 13. Die Reibpaarung 32 ist als zur Drehachse geneigte Fase ausgebildet. Hierbei ist zu erkennen, dass die Spalte S1 bis S4 der Mutter- ZSpindeleinheit 18 in der dargestellten Neutralstellung zu allen angrenzenden Bauteilen geöffnet sind. Treibt man ausgehend von der in Figur 4 dargestellten Stellung die Mutter 20 an, wird die Spindel 19 über die Kugeln 22 der als Kugelgewindetrieb ausgebildeten Mutter-ZSpindeleinheit 18 angetrieben. Die Spindel 19 wird dabei über die Passfedern 23, 24 axial gegenüber den Spreizdruckstücken 12, 13 verschoben, wobei die Spreizdruckstücke 12, 13 von den Bremsorganen 2, 3 aus Figur 1 unverdrehbar gehalten sind. In der einen Drehrichtung der Mutter 20 gelangt die Spindel 19 mit einer der Stützflächen 30 gegen das erste Druckstück 12 und die Mutter 20 mit ihrer Stützfläche 31 gegen die Abstützscheibe 26 des Axiallagers 25, wie es in Figur 5 dargestellt ist. Die Spalte S4 und S3 werden hierdurch geschlossen und die Spreizdruckstücke 12, 13 werden gespreizt, um die in Figur 1 dargestellten Bremsorgane 2, 3 gegen die Bremstrommel 1 zu bewegen. Zur Verdeutlichung ist der Kraftfluss durch die Spreizeinheit 7 in der Zeichnung als Freihandlinie gekennzeichnet. Da der Kraftfluss durch das Axiallager 25 hindurch und an der Kupplungseinrichtung 27 vorbei geführt ist, gestaltet sich die Spreizung besonders reibungsarm, so dass der Kraftfluss unterbleibt, sobald der Elektromotor 10 stromlos geschaltet wird. Bei stromlosem Elektromotor 10 bewegt sich die Spreizeinheit 7 durch die Kraft der in Figur 1 dargestellten Zugfedern 8, 9 selbständig in die in Figur 4 dargestellte Neutralstellung und erzeugt damit ein Selbstlosen der Bremseinrichtung. Damit kennzeichnet die in Figur 5 dargestellte Stellung des Aktuators 6 die Funktion einer Betriebsbremse der Bremseinrichtung.

Treibt man ausgehend von der Stellung aus Figur 4 die Mutter 20 in die andere Drehrichtung an, gelangt die Mutter 20 gegen die Kupplungseinrichtung 19 und damit gegen das erste Spreizdruckstück 12, wie es in Figur 6 dargestellt ist. Die Spindel 19 stützt sich mit einer ihrer Stützflächen 29 an dem ersten Spreizdruckstück 13 ab. Hierdurch sind die Spalte S1 und S2 geschlossen und ein in der Zeichnung gekennzeichneter Kraftfluss kann durch die Spreizdruckstücke 12, 13 und die Mutter-ZSpindeleinheit 18 übertragen werden. Der Kraftfluss führt durch die Kupplungseinrichtung 27 hindurch und an dem Axiallager 25 vorbei und ist in Figur 6 als Freihandlinie gekennzeichnet. Durch die Kupplungseinrichtung 27 wird jedoch durch Reibung der Reibpaarung 32 eine Selbsthemmung erzeugt, welche die Bauteile auch bei stromlosem Elektromotor 10 in der dargestellten Lage hält. Um die Spreizeinheit 7 aus der in Figur 6 dargestellten Lage wieder in die in Figur 4 dargestellte Neutralstellung zu bewegen, muss diese von dem Elektromotor 10 aktiv angetrieben werden, um das Reibmoment der Reibpaarung 32 der Kupplungseinrichtung 27 zu lösen. Damit kennzeichnet die Figur 6 die Funktion einer Feststellbremse der Bremseinrichtung. Wegen der dargestellten Führung des Kraftflusses durch die innerhalb des Gehäuses 11 angeordneten Bauteile werden die Außenverzahnung 21 und das Antriebsritzel 15 in der Funktion der Feststellbremse nicht mit Haltekräften belastet.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Spreizeinheit 7 an dem mit S3 gekennzeichneten Spalt ein Axiallager aufweisen. Weiterhin kann die

Spreizeinheit 7 in einer nicht dargestellten Ausführungsform an dem mit S1 gekennzeichneten Spalt eine Kupplungseinrichtung aufweisen.