Selbstverstärkende Scheibenbremse und Verfahren zu deren Ansteuerung

Die Erfindung betrifft eine selbstverstärkende Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Ansteuerung.

Es ist bekannt, selbstverstärkenden Scheibenbremsen einen Elektromotor als Aktuator und eine Rechnereinheit zur Steuerung/Regelung zuzuordnen, um dem Hauptproblem dieser Bremsenbauart, der Verstärkung von Reibwertschwankungen, entgegenzuwirken.

Selbstverstärkende Scheibenbremsen, bei welchen die Betätigung des Bremsbelages in Umfangsrichtung erfolgt (siehe z.B. die DE 101 56 348 Cl ), benötigen dabei zur Steuerung der Bremsbetätigung eine Information über die Drehrichtung des Fahrzeugrades.

Wenn z.B. infolge einer fehlerhaften Ansteuerung der Bremsbelag entgegen der Drehrichtung des Fahrzeugrades und damit auch der Bremsscheibe verschoben wird, wirkt die Reibkraft des Bremsbelages über das Keilsystem „entstärkend" auf die Spannkraft der Bremse, so dass die erzielte Bremswirkung nur einen Bruchteil des bei richtiger Ansteuerung erzielbaren Betrages ausmacht.

Das gleiche Problem ergibt sich auch bei intakter Steuerung, wenn die Bremse bei stehendem Rad betätigt wird. Auch dann muss der Bremsbelag beim Betätigen der Bremse gegen die wirkende Reibkraft an der Bremsscheiben - Reibfläche entlang verscho- ben werden, wodurch die schon beschriebene Reduzierung der Spannkraft hervorgerufen wird.

In diesem Fall muss erst durch geringes Rollen des Fahrzeuges eine Drehung des Rades ( in der richtigen Richtung ) hervorgerufen werden, damit durch die dabei auftre- tende Selbstverstärkung die Spannkraft erhöht wird.

Eine ähnliche Problematik ergibt sich, wenn an einer Steigung nach einer Bremsung in Vorwärtsfahrtrichtung - bei erreichtem Stillstand des Fahrzeugs - die Hangabtriebskraft wirksam wird, denn in diesem Fall ist sogar ein geringes Rückwärtsrollen des Fahrzeuges notwendig, damit der in Rückwärtsrichtung wirksame Keil aktiviert wer- den kann. Um diesen Zustand zu erkennen, ist ein Neigungssensor erforderlich.

Elektromotorisch angetriebene Scheibenbremsen mit Nachstellvorrichtungen sind an sich bekannt. In der DE 103 28 244 Al wird eine selbstverstärkende Scheibenbremse vorgeschlagen, die über ein Verschleißnachstellsystem verfügt, wobei bei einem der offenbarten Ausführungsbeispiele ein Verteilergetriebe zwischen einem Elektromotor einerseits und einer Zustellspindel und einer Nachstellvorrichtung andererseits angeordnet ist, wobei entweder die Zustellspindel allein oder gemeinsam mit der Nachstellvorrichtung antreibbar ist.

In der eigenen älteren DE 10 2005 030 618.7 der Anmelderin wird eine selbstverstärkende Scheibenbremse vorgeschlagen, die demgegenüber über ein weiterentwickeltes Verschleißnachstellsystem verfügt.

Ein Elektromotor wirkt über ein verzweigendes Getriebe - ein Planetengetriebe — ent- weder über eine erste Zuspanneinrichtung oder eine zweite Zuspanneinrichtung auf einen Bremsbelag bzw. eine Bremsbelageinheit ein. In bevorzugter Ausgestaltung ist das verzweigende Getriebe ein Planetengetriebe, die erste Zuspanneinrichtung eine Kurbel, und die zweite Zuspanneinrichtung, die auch als Nachstelleinrichtung genutzt wird, besteht aus zwei separaten Bremsstempeln und Nachstellspindeln, die jeweils aus einer axial längenveränderlichen Spindel-Mutterkombination gebildet sind.

Der Antriebsmotor wird genügend leistungsstark ausgelegt, um über einen Antrieb der Nachstellspindeln genügend hohe Spannkräfte zu erzeugen wird. Daher ist es möglich, bei dieser Bremsenbauart die Parkbremsfunktion über eine Zuspannung mittels dieser Nachstellspindeln zu realisieren.

Diese Lösung hat sich an sich bewährt. Verbesserungsbedarf besteht aber noch in Hinsicht auf die nach wie vor bestehende Drehrichtungsabhängigkeit. Die Erfindung setzt beim Erkennen dieses Problems an.

Bei der genannten Bauart einer selbstverstärkenden Bremse mit Nachstellspindeln kann die Richtung der Gewindesteigung der Nachstellspindeln nur einer Drehrichtung des Antriebes zugeordnet werden.

So ergibt sich z.B. bei einem Bremsvorgang in Vorwärtsfahrtrichtung nach einem Stillstand des Rades durch die hemmende Wirkung der stillstehenden Bremsscheibe bei noch weiter ansteigender Betätigung der Bremse durch den Fahrer ein selbsttätiges Umsteuern des Antriebes von dem Betätigungselement der Betriebsbremse ( Kurbel ) auf den Spindelantrieb.

Dabei läuft der Elektromotor kontinuierlich in der gleichen Richtung weiter ( siehe Bild 1 ).

Das selbsttätige Umsteuern erfolgt dadurch, dass die Antriebsbewegung im verzwei- genden Getriebe immer den Weg des geringeren Widerstandes sucht.

Bei einer Bremsung in Vorwärtsfahrtrichtung ist die Reibungshemmung in den Gewindespindeln sehr groß während der Betriebsbremsantrieb (Kurbel) durch den Selbstverstärkungseffekt entlastet wird.

In diesem Fall ist der Drehwiderstand auf der Spindelseite erheblich höher, so dass die Kurbel aktiviert wird. Bei stillstehendem oder in die entgegengesetzte Richtung drehendem Rad wandelt sich die Selbstverstärkung in einen „Entstärkungs" - Effekt. D.h. die Drehhemmung an der Kurbel wird deutlich höher als am Spindelantrieb, so dass die Antriebsdrehbewegung nunmehr auf die Spindeln geleitet wird.

Beim Lösen der Bremse wird die Kurbel durch die rückstellende Kraft des Keilsystems unterstützt, so dass die Drehhemmung an der Spindel höher ist als an der Kurbel.

Die Kurbel wird nun zurückgedreht, dreht aber über ihre Ausgangsposition hinaus in Richtung einer Rückwärtsbremsung, da der Elektromotor die gleiche Anzahl an Umdrehungen in Löserichtung ausführt, die er beim Zuspannen absolviert hat. Im Ergebnis würde die Bremse also nicht mehr vollständig gelöst.

Um diesen Zustand zu beherrschen, könnten zusätzliche Sensoren zur Erkennung der Position der Kurbel und/oder der Spindeln eingesetzt werden.

Die Kurbel könnte dann bei Erreichen der Ausgangsstellung über eine schaltbare Haltebremse blockiert werden, so dass die weitere Rückstell-Drehbewegung auf die Spindeln geleitet würde.

Tritt der Radstillstand an dieser Bremse bei einer Rückwärtsbremsung auf, werden die Nachstellspindeln als Folge der entgegen gesetzten Motordrehrichtung in Löserichtung gedreht. Die Bremse wird also wirkungslos gemacht.

Um diesen Zustand auszuschließen, muss die Steuerung Kenntnis des Rückwärtsfahrt - Vorganges haben. Die Kurbel muss über die erwähnte Haltebremse blockiert und der Elektromotor in seiner Drehrichtung umgesteuert werden.

Neben der erhöhten Dauer des Bremsvorganges werden zusätzliche Funktionen not- wendig.

Um die Drehrichtungsabhängigkeit zu beherrschen, wird neben der Erkennung der Raddrehrichtung auch die bereits erwähnte Positionserkennung der Kurbel und/oder der Spindelposition notwendig, da die Motorposition nicht mehr eindeutig einer be- stimmten Stellung der beiden Abtriebselemente des verzweigenden Getriebes zugeordnet werden kann. Zusätzlich zu erhöhten Kosten wird durch die höhere Komplexität des Systems auch die Störanfälligkeit erhöht.

Ein weiteres Problem ist der übergang von einem Betriebsbremszustand auf die Park- bremse.

Wird nach einer Betriebsbremsung mit gehaltener Betriebsbremse die Parkbremse eingelegt, was der üblichen Praxis eine Fahrzeugführers entspricht, erfolgt die Spindelzu- spannung in einem Zustand, in dem der Rollkörper des Keilsystems eine Position auf der Rampe einnimmt.

Da beim Einlegen der Parkbremse die Kurbel blockiert wird, bleibt die nach der Spin- delzuspannung erreichte Spannkraft zunächst erhalten. Nach dem Abstellen des Fahrzeuges wird jedoch die Magnet-Haltebremse der Kurbel automatisch stromlos.

Die Parkbremsspannkraft könnte nun nur erhalten bleiben, wenn die Magnet- Haltebremse stromlos geschlossen bleiben würde.

Dies ist jedoch ausgeschlossen, da das Betriebsbremssystem im stromlosen Zustand selbsttätig lösend ausgeführt werden muss.

Im somit notwendigen Fall der stromlos offenen Magnet-Haltebremse würde die Parkbremsspannkraft durch die selbsttätig zurückdrehende Kurbel reduziert, was zu einer Undefinierten und in häufigen Fällen unzureichenden Parkbremswirkung führen wür- de.

Eine mögliche Lösung könnte in einer aufwendigen bistabilen Kupplung bestehen, welche jedoch auch die Komplexität der Bremse weiter steigern würde.

Es sind auch Fahrzeuge mit selbstverstärkenden Scheibenbremsen bekannt, bei denen die Selbstverstärkung jeweils nur in einer Drehrichtung genutzt wird, z.B. in der Form, dass die Bremsen der Vorderachse in Vorwärtsfahrtrichtung verstärken und die Bremsen der Hinterachse in Rückwärtsfahrtrichtung aktiviert werden, wobei der Selbstverstärkungsmechanismus spannkraftmindernde Wirkung erzeugt. (DE 103 38 449 Al und DE 103 56 936 Al ).

Da diese Bremsen über keine separate Nachstellvorrichtung verfügen, sondern die Nachstellbewegung über die Verstärkungsrampe ausführen, kann durch die einsinnige Selbstverstärkung die notwendige Umfangsverschiebung des Bremsbelages noch in vertretbaren Grenzen gehalten werden.

Vor dem Hintergrund des genannten Standes der Technik besteht der Bedarf nach einer selbstverstärkenden Scheibenbremse, bei welcher das Problem der Drehrichtungs- - Abhängigkeit, insbesondere beim übergang einer Betätigung von einem Betriebs- bremsaktuator auf einen Feststellbremsaktuator, insbesondere mit einem Spindelantrieb, nicht besteht.

Die Lösung dieses Problems ist die daher die Aufgabe der Erfindung.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 2 sowie durch ein Verfahren zur Ansteuerung dieser Scheibenbremse 15.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und den ggf. weiteren nebengeordneten Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung realisiert in Hinsicht auf das Verfahren ein solches zum Ansteuern einer selbstverstärkenden Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bremsungen in Vorwärtsfahrtrichtung zum überwiegenden Teil - d.h. zum Erzeugen von mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 80%, insbesondere der ganzen Zuspannkraft - die erste Zuspannvorrichtung und bei Bremsungen in Rück- wärtsfahrtrichtung zum überwiegenden Teil die zweite Zuspannvorrichtung zum Zu- spannen der Bremse verwendet wird.

Besonders bevorzugt wird bei Bremsungen in Vorwärtsfahrtrichtung die erste Zuspannvorrichtung in Kombination mit der Selbstverstärkungseinrichtung und bei Bremsungen in Rückwärtsfahrtrichtung die zweite Zuspannvorrichtung ohne Selbstverstärkungseinrichtung zum Zuspannen der Bremse verwendet wird.

Die Erfindung baut auf der Idee auf, dass aufgrund der geringeren Anforderungen an den Rückwärtsbremsvorgang hinsichtlich Bremskraft, Fahrgeschwindigkeit, Dynamik des Bremsvorganges und Selbstlöseverhalten nicht nur die Parkbremsungen sondern auch Betriebsbremsungen bei Rückwärtsfahrt durch die Spindelzuspannung ausgeführt werden können, so dass es auf einfache Weise möglich wird, mit der beanspruchten Konstruktion die Selbstverstärkung nur bei Vorwärtsbremsungen zu nutzen.

Durch diese Maßnahme wird nicht nur die Mechanik der Bremse vereinfacht, sondern auch die Steuerung. Zudem können aufwendige und störungsanfallige Sensierungs- funktionen entfallen.

Der Antriebsmotor erhält eindeutige Drehrichtungsvorgaben, so sind Antriebs - und Lösedrehrichtung des Elektromotors sind für Vorwärts - und Rückwärtsfahrt vorzugsweise gleich. Eine wichtige Voraussetzung ist das selbsttätige Umsteuern von Kurbelantrieb (Betriebsbremsantrieb - Vorwärtsfahrt) auf Spindelantrieb. (Betriebsbremsantrieb - Rückwärtsfahrt sowie Parkbremse).

Eine Drehrichtungserkennung des Fahrzeugrades ist nicht mehr erforderlich, da der Aktuator selbsttätig entsprechend dem Drehzustand der Bremsscheibe die richtige Betriebsart ausfuhrt.

Bei dieser Ausführung der Bremse kann auch der übergang von einem Betriebsbrems- zustand auf die Parkbremse mit geringem Aufwand realisiert werden.

Dies geschieht dadurch, dass im Falle einer Parkbremsung bei Zuspannung über die Spindeln gleichzeitig ohne Eintreten einer nennenswerten Spannkraftminderung die Kurbel in Ihre Anschlagposition zurückbewegt wird und nachfolgend durch weiteres Zuspannen der Spindeln die erforderliche Parkbremskraft aufgebaut wird. Dieser Vorgang könnte bei sehr großen Keilwinkeln kontinuierlich erfolgen.

In diesem Fall würde bei öffnen der Magnet-Haltebremse bei noch drehendem Elekt- romotor über das Verteilgetriebe ein zusätzliches Zuspannen der Spindeln durch die zurücklaufende Kurbel erfolgen.

In der Praxis werden die anwendbaren Keilwinkel jedoch deutlich kleiner sein als für den oben beschriebenen Vorgang notwendig.

Es zeigt sich jedoch, dass auf einfache Weise und ohne zusätzliche Aktuatoren oder Sensoren der übergang von Betriebs- auf Parkbremse durch einen mehrmaligen Wechsel von Spindelzuspannung und Lösen der Kurbel erzielt werden kann. Hierbei wird erst die Spannkraft durch Spindelzuspannung um einen möglichen Betrag bei gehaltener Kurbelposition erhöht und anschließend bei gehaltener Spindelposition die Kurbel gerade soweit gelöst dass die vorherige Spannkraft noch nicht oder nicht nennenswert unterschritten wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Kurbel ihre Anschlagposition erreicht hat. Dann erfolgt der endgültige Aufbau der Parkbremskraft über die Spindeln.

Vorzugsweise wird ein Bremsvorganges bei einer Vorwärtsfahrt mit der erfindungsgemäßen Scheibenbremse wie folgt realisiert:

1. Der Fahrer gibt durch Betätigung des Bremspedals seinen Bremsenwunsch vor. Der Elektromotor wird in Zuspanndrehrichtung angesteuert.

2. Die Kurbel wird zur Betätigung des Bremsbelages von ihrer Anschlagposition weg in der Bremsscheibendrehrichtung gedreht. Die Spindeln sind durch ein ständig wirkendes Reibelement gehemmt, so dass auch im Anlegevorgang der Antrieb auf die Kurbel gesteuert wird.

3. Der Bremsbelag wird über die Rollkörper des SV-Systems an den Verstärkungsrampen entlang geführt und dabei entsprechend der Rampensteigung an die rotierende Bremsscheibe angelegt. Durch die entstehende Reibkraft wird der Bremsbelag zusätzlich in Drehrichtung der Bremsscheibe und somit auch der Kurbel mitgezogen und über die Verstärkungsrampen zusätzlich an die

Bremsscheibe angepresst.

4. Durch die an den Rädern entstehende Bremskraft wird das Fahrzeug bis zum Stillstand verzögert.

Beim jetzt stillstehenden Rad sind zwei Fälle zu unterscheiden:

• Der Fahrer löst die Bremse durch Zurücknehmen des Bremspedals ( 5 )

• Der Fahrer verstärkt seinen Bremsenwunsch durch stärkere Betätigung des Bremspedals ( 6 )

5. Der Fahrer löst die Bremse. Der E- Motor wird in Lösedrehrichtung angesteuert. Die Kurbel wird zum Lösen des Bremsbelages in ihre Anschlagposition zurückbewegt.

6. Der Fahrer verstärkt seinen Bremsenwunsch. ( Siehe Fig. 10)

Da durch die stillstehende Bremsscheibe die Drehhemmung an der Kurbel höher ist als an den Spindeln lenkt das verzweigende Getriebe die Antriebsdrehbewegung auf den Spindelantrieb. Durch Verdrehen der Spindeln erfolgt eine weitere Zuspannung der Bremse. Zum Halten der Bremswirkung wird die Kurbeldrehbewegung durch die Magnetbremse blockiert. .

7. Der Fahrer löst die weiter zugespannte Bremse. ( siehe Bild 2 )

Der E- Motor wird in Lösedrehrichtung angesteuert. Nun wird zunächst die Kurbel in ihre Anschlagposition zurückbewegt da in Löserichtung die Drehhemmung an der Spindel höher ist als an der Kurbel. Dann dreht der Elektro-

motor die Spindeln zurück, bis er seine vor der Bremsung bestehende Ausgangsstellung wieder erreicht hat.

Ein Bremsvorganges bei Rückwärtsfahrt lässt sich dagegen auf einfache Weise wie folgt realisieren:

1. Der Fahrer legt den Rückwärtsgang ein. Die Bremsensteuerung erhält ein Signal über den Rückwärts - Fahrzustand. Die Bremsensteuerung aktiviert die Magnetbremse in den Radbremsen indem diese bestromt stromlos geschaltet werden und blockiert die Kurbeldrehbewegung.

2. Der Elektromotor wird durch das Bremssystem zur Verkleinerung des Lüftspieles über Betätigung der Spindeln angesteuert. Hierdurch wird die Ansprechzeit der Bremse bei einem nachfolgenden Bremsvorgang reduziert.

3. Der Fahrer gibt durch Betätigen des Bremspedals einen Bremsenwunsch vor.

4. Der Elektromotor wird in Zuspanndrehrichtung angesteuert und betätigt die Bremse mittels Spindelzuspannung.

5. Das Halten der Bremsposition erfolgt durch die Reibkraft der Spindeln.

6. Der Fahrer löst das Bremspedal. Der Elektromotor wird in Löserichtung angesteuert. Die Spindeln werden in die Rückwärts - Fahrstellung (verkleinertes Lüftspiel) zurückbewegt.

7. Der Fahrer legt den Vorwärtsgang ein

8. Der E- Motor wird zur Normalisierung des Lüftspieles angesteuert.

9. Die Magnetbremse wird durch das Bremssystem wieder gelöst.

In einer zweiten möglichen Betriebsart kann die Rückwärtsbremsung auch in einer Kombination von Kurbel und Spindelbetätigung ausgeführt werden. In diesem Fall ist die Kurbel vor Bremsbeginn nicht blockiert.

Bei einer Betätigung der Bremse erfolgt der Anlegevorgang mittels Kurbelbetätigung. Dann erfolgt das selbsttätige Umsteuern auf die Spindelzuspannung.

Zum Lösen der Bremse wird zunächst die Kurbel an Ihre Anschlagposition bewegt und dann die Spindeln in ihre Ausgangsposition gefahren. Derart wird eine schnelle Lüftspielüberwindung ohne eine Lüftspielverkleinerung realisiert. Es ist keine Rückwärtsfahrt-Erkennung bzw. Information erforderlich. Der übergang in den Parkbrems- zustand erfordert ein Zurückführen der Kurbel in Anschlagstellung ( wie nachfolgend beschrieben).

Ein Vergleich des Zeitverhaltens der drei möglichen Betriebsarten der Rückwärtsbremsung a) Anlegen und Zuspannen über Kurbel, b) Anlegen und Zuspannen über Spindeln, und c) Anlegen über Kurbel und Zuspannen über Spindeln ist in Fig. 12 gegeben, was zeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein gutes Zeitverhalten realisierbar ist, obwohl keine Selbstverstärkung in Rückwärtsfahrtrichtung genutzt wird.

Nachfolgend sei ferner ein Parkbremsvorgang ohne eine vorherige Betriebsbremsung beschrieben:

1. Der Fahrer gibt durch Betätigung des Handbremshebels seinen Parkbremswunsch vor.

2. Die Magnetbremse wird durch das Bremssystem aktiviert und blockiert den Kurbelantrieb.

3. Der Elektromotor wird in Zuspanndrehrichtung angesteuert

4. Die Spindeln werden bis zum Erreichen der geforderten Spannkraft betätigt.

5. Das Halten der Parkbremse erfolgt stromlos über die selbsthemmende Wirkung der Gewindespindeln. 6. Der Fahrer gibt durch Betätigung des Handbremshebels seinen Lösewunsch vor

7. Der Elektromotor wird in Lösedrehrichtung angesteuert

8. Die Spindeln werden in die Ausgangsstellung zurückgedreht

9. Die Magnetbremse wird durch das Bremssystem gelöst.

Beschreibung eines Parkbremsvorganges nach vorheriger Betriebsbremsung und gehaltener Betriebsbremsstellung:

1. Der Fahrer gibt bei betätigter Betriebsbremse durch Betätigen des Handbremshebels seinen Parkbremswunsch vor.

2. Die Magnetbremse wird durch das Bremssystem aktiviert und blockiert den Kurbelantrieb. 3. Der Elektromotor wird in Zuspanndrehrichtung angesteuert.

4. Die Spindeln werden bis zum Erreichen einer vorgegebenen Teilspannkraft und/oder um eine bestimmte Anzahl von Motorumdrehungen betätigt.

5. Die Magnetbremse wird gelöst.

6. Der Elektromotor wird in Löserichtung angesteuert. 7. Die Kurbel wird bis zum Erreichen einer vorgegebenen Spannkraft - Minderung und/oder um eine vorgegebene Anzahl von Motorumdrehungen zurückgedreht.

Der Vorgang 2. bis 7. wird nun solange wiederholt bis die Kurbel ihre Anschlagposition erreicht hat. Dann erfolgt der weitere Ablauf 2. bis 9. wie für den Parkbremsvor- gang ohne vorherige Betriebsbremsung beschrieben.

Bei einem mehrachsigen Fahrzeug kann der übergang von Betriebsbremse auf Parkbremse vorteilhaft so ausgeführt werden, dass einzelne Bremsen bzw. die Bremsen der einzelnen Achsen die beschriebenen Schritte 2. bis 7. versetzt zueinander ausführen. Z.B. Vorderachsbremsen beginnen mit Schritt 2. .Wenn die VA-Bremsen Schritt 5. ausführen beginnen die Hinterachsbremsen mit Schritt 2. Auf diese Weise wird erreicht, dass einem geringen Lösen der Bremsen der einen Achse eine Spannkrafterhö- hung der Bremsen der anderen Achse gegenübersteht.

Zusammengefaßt wird mit einer relativ einfach bauenden Bremse ohne Selbstverstärkung in Rückwärtsfahrtrichtung dennoch ein sehr gutes Bremsverhalten auch in dieser Fahrtrichtung realisiert.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausfüh- rungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Skizze, welche nach Art einer Schnittansicht den prinzipiellen

Aufbau einer selbstverstärkenden Scheibenbremse mit einem Nachstellsystem für Belagverschleiß veranschaulicht;

Fig. 2 eine als Schnittansicht gehaltene Skizze einer selbstverstärkenden Scheibenbremse;

Fig. 3 eine erste Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Scheibenbremse;

Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 3;

Fig. 5 eine teilgeschnittene Ansicht der Scheibenbremse der Fig. 3 und 4; Fig. 6 eine gegenüber Fig. 3 um 90° gedrehte Schnittansicht durch die

Scheibenbremse der Fig. 3;

Fig. 7 - 9 schematisch dargestellte Abschnitte von erfindungsgemäßen Scheibenbremsen; und

Fig. 9 - 11 Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens erfindungsgemä- ßer Scheibenbremsen im Betrieb.

Nachfolgend sei zunächst zur Erleichterung des Verständnisses die eigene ältere, noch nicht veröffentlichte, Konstruktion der DE 10 2005 030 618.7 unter Bezug auf Fig.1 und 2 beschrieben, da diese Beschreibung das Verständnis der Konstruktion der Fig. 3 erleichtert, die auf der Konstruktion der Fig. 1 aufbaut und diese verbessert.

Bevorzugt bauen die erfindungsgemäßen Scheibenbremsen auf einem Festsattelkonzept auf, bei dem ein ein- oder mehrteiliger Bremssattel 1 (auch Bremsengehäuse genannt) relativ zu einer Bremsscheibe 2 unbeweglich an einer Radachse befestigt ist.

Basis der nachfolgend beschriebenen Konzepte ist insofern vorzugsweise eine Festsattelbremse mit zumindest äußerer - reaktionsseitiges - elektromechanisch betätigter und elektronisch geregelter Verschleißnachstellung, die von einer zuspannseitigen Verschleißnachstellung mit Hilfe der Bremsstempel ergänzt werden kann, wenn diese zu diesem Zweck genutzt werden.

Das Wirkprinzip und die beschriebenen Merkmale sind prinzipiell auch für andere Bremsenbauarten, wie z.B. Schiebesattel- oder Schwenksattelbremsen, anwendbar. Lediglich der die Bremsbetätigung beinhaltende Sattelkopf der mecha- nisch/pneumatisch betätigten Basisbremse wird ersetzt durch die elektromechanischer Zuspanneinheit mit Selbstverstärkung.

Eine Festsattelbremse mit pneumatisch betätigter Zuspanneinrichtung dieser Art zeigen z.B. die DE 36 10 569 Al, die DE 37 16202 Al oder die EP 0 688 404 Al. Eine Festsattelbremse mit elektromotorischer Nachstellung zeigt die WO 02/14 708 Al . Derartige elektromotorische Nachtstelleinrichtungen können bei der vorgeschlagenen

Ausführungsbeispielen - wenn gewünscht - jeweils zumindest reaktionsseitig angeordnet werden.

In Fig. 1 ist der Bremssattel 1 lediglich in seinem zuspannseitigen Bereich angedeutet. In der Praxis umgreift er vorzugsweise rahmenartig den oberen Umfangsbereich der Bremsscheibe und ist an einem (hier nicht zu erkennenden Achsflansch) befestigt. Eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Scheibenbremse zeigt Fig. 3.

Nach Fig.l weist der Bremssattel 1 an seiner der Bremsscheibe 2 mit einer Brems- Scheibendrehachse zugewandten Seite eine oder mehrere, vorzugsweise zwei öffnungen 3, 4 und eine korrespondierende Anzahl von Bremsstempeln 5, 6 (hier zwei) auf, die parallel zur Bremsscheibenachse BA ausgerichtet sind.

Nach Fig. 1 bis 4 sind jeweils zwei längenveränderliche Bremsstempel 5, 6 parallel zueinander angeordnet.

Die beiden Bremsstempel 5, 6 bzw. Nachstellkolben stützen sich jeweils direkt oder über zwischengeschaltete Elemente; hier Gleitlagerschalen 9, 10; an der bremsschei- benabgewandten Rückwand 11 des Bremssattels ab. Als Lagereinrichtungen werden vorzugsweise Kugeln 7, 8 mit Gleitlagerschalen 9 eingesetzt.

Die Lagereinrichtungen sind derart ausgelegt, dass sie eine Drehung der Bremsstempel 5, 6 bzw. Nachstellkolben um ihre eigene Längsachse LA erlauben.

Dabei sind jeweils im Bremsstempel 5, 6 und im Bremssattel kugelsegmentartige (ka- lottenartige) Ausnehmungen ausgebildet, von denen in eine (hier in die im Bremssattel) die Gleitlagerschalen 9, 10 eingesetzt ist, so dass sich die Kugeln 7, 8 relativ zur Gleitlagerschale drehen können.

Alternativ können die Kugeln 7, 8 auch als kugelförmige Ansätze an den zum Bremssattel gewandten Enden der Bremsstempel 5, 6 ausgebildet sein (hier nicht dargestellt), die dann in korrespondierende Ausnehmungen im Bremssattel mit Gleitlagerschalen eingreifen.

Denkbar sind anstelle der Kugeln und Ausnehmungen auch ebene Gleitlager 110 oder ringförmige Lager oder dg!.. (Fig. 3).

Die Bremsstempel 5, 6 weisen jeweils eine mit einem Außengewinde versehene Spindel 12 auf, auf der eine hülsenartige Mutter 13 mit einem korrespondierenden Innengewinde verdrehbar angeordnet ist. Dieses Gewinde kann je nach Auslegung nicht selbsthemmend oder selbsthemmend sein.

Die Muttern 13 weisen an ihrer von der Bremsscheibe abgewandten Seite einen Flansch 31 auf, wobei zwischen dem Flansch 31 und der Innenwandung des Bremssattels 1 jeweils Druckfedem 32 wirken, welche die Mutter 13 konzentrisch umfassen und auf den Flansch eine vorgegebene Kraft ausüben bzw. den Flansch 31 relativ zur Bremssattelinnenwandung vorspannen.

Alternativ wird die gesamte Mechanik gegen die Druckplatte verspannt.

Nach Fig. 1 bis 4 ist die Mutter 13 jedes Bremsstempels 5, 6 an der zur Bremsscheibe zugewandten Seite angeordnet und die Spindel 12 an der zum Bremssattelinneren gewandten Seite. Eine umgekehrte Anordnung wäre auch denkbar (hier nicht dargestellt).

Durch Verschrauben der Spindel 13 in der Mutter kann die axiale Länge jedes einzelnen derart ausgebildeten Bremsstempels 5, 6 - beispielsweise zum Ausgleich von Bremsbelagverschleiß und beim Anlegen der Beläge an die Bremsscheibe 2 - verstellt werden.

An ihrer der Bremsscheibe zugewandten Seite, also an ihren Druckflächen, sind die Bremsstempel 5, 6, hier die Muttern 13, jeweils mit einer rampenartigen Ausnehmung oder Kontur 14 versehen, deren tiefste Stelle vorzugsweise im Bereich der Längsachse der Bremsstempel liegt.

Es ist denkbar, mehrere Konturen vorzusehen und die Bremsstempel 5, 6 drehbar auszulegen, was hier nicht realisiert ist.

Die Ausnehmungen bzw. Laufbahnen 14 werden kegelförmig mit konstantem öff- nungs- bzw. Rampenwinkel α zur Längsachse LA oder aber z.B. nach einer besonders bevorzugten Variante vorzugsweise nach Art einer veränderlichen Kegelflächenkontur, z.B. Ovalkegelkontur ausgebildet, deren Rampenwinkel α relativ zu den Längs-

achsen LA der Bremsstempel 5, 6 sich in Umfangsrichtung (relativ zur Längsachse LA der Bremsstempel) verändert (z.B. stufenweise (Fig. 6) oder kontinuierlich).

In die Ausnehmungen 14 greifen jeweils Rollkörper 16 ein, die hier in bevorzugter Ausgestaltung als Kugeln 16 ausgebildet sind. Alternativ wären nach einer alternativen Ausführungsform auch z.B. zylindrische oder auf sonstige Weise geformte Rollkörper (z.B. Tonnen) denkbar, die dann z.B. auf einer rinnenartigen Ausnehmung in den Bremsstempeln abrollen würden.

Die Rollkörper 16 greifen an ihren von der Bremsscheibe abgewandten Seiten in je nach Ausgestaltung der Rollkörper ausgebildete, hier kalottenföπnige Gleitlagerschalen 17, die in Ausnehmungen korrespondierender Formgebung in einer Druckplatte 18 eingesetzt sind, die an der Trägerplatte 19 eines zuspannseitigen Bremsbelages 20 mit Bremsbelagmaterial 21 anliegt, der im Bremssattel 1 parallel zur Bremsscheibendreh- achse BA und in Umfangsrichtung U (bzw. Tangential bzw. parallel zur Tangentialen) relativ zur Bremsscheibe 2 beweglich angeordnet ist.

Eine Klammerfeder 22 zwischen Druckplatte 18 und Muttern 13 hält die Druckplatte 18 unter Vorspannung an den Muttern 13. Alternativ ist es auch denkbar, die Druck- platte auf andere Weise, z.B. am Gehäuse (Sattel) zu verspannen).

Zum Antrieb der Bremse dient ein elektrischer Antriebsmotor 23, dem vorzugsweise ein Untersetzungsgetriebe 24 nachgeordnet ist, dessen Abtriebswelle 25 auf ein weiteres Getriebe 26, insbesondere ein Planetengetriebe wirkt, das mittig zwischen den Spindeln angeordnet ist.

Dabei treibt die Abtriebswelle 25 ein Sonnenrad 27 des Planetengetriebes 26 , welches Planetenräder 28 mitnimmt. Die Planetenräder 28 kämmen (hier nicht detailliert dargestellt) mit dem Sonnenrad 27 und einem innen- und außenverzahnten Ring 29. Je nach Schaltzustand (Schaltbarkeit hier nicht dargestellt) setzen sie entweder den Planetenstern 33 oder den Ring 29 in Drehung. Der Ring 29 kämmt mit seiner Außenverzahnung mit Zahnrädern 30, die auf die Spindeln 12 aufgesetzt oder an diese angeformt sind.

Zum selbsttätigen Umschalten des Antriebs (z.B. ein Elektromotors) kann ein federbelasteter Kugelrastmechanismus vorgesehen sein (hier nicht dargestellt). Der Umschaltvorgang kann auch auf andere Weise realisiert werden (z.B. elektromagnetisch).

In axialer Verlängerung des Planetensterns 33 ist eine hier zylindrisch ausgebildete und parallel zur Bremsscheibenachse angeordnete Kurbel 34 vorgesehen, die an ihrer zur Bremsscheibe 2 gewandten Seite mit einem außermittig (exzentrisch) ausgebildeten, ebenfalls parallel zur Bremsscheibenachse BA parallel ausgerichteten Kurbelzapfen 35 in eine korrespondierende öffnung 36 in einer Bremsbelageinheit eingreift, wobei die öffnung 36 die z.B. einen zum Querschnitt des Kurbelzapfens 35 korrespondierenden Querschnitt aufweist oder aber z.B. kulissen- , insbesondere langlochar- tig ausgebildet ist (hier z.B. senkrecht zur Bildebene).

Die Kurbel 34 bzw. der Kurbeltrieb 35, 36 bildet eine erste Zuspannvorrichtung und die Bremsstempel 5, 6 bilden eine zweite Zuspanneinrichtung und können auch als Verschleißnachstelleinrichtungen genutzt werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht die Betätigungseinrichtung bzw. Zuspann- einheit aus den zwei, zum Zwecke der Verschleißnachstellung längenveränderlichen Nachstellkolben bzw. Bremsstempeln 5, 6, welche in ihrer der Bremsscheibe 2 zugewandten Druckfläche die Ausnehmungen 14 nach Art von Rampenkonturen aufweisen, an denen die Rollkörper 16 ablaufen, welche die von der Bremse erzeugte Zu- spannkraft auf die Bremsbelageinheit bzw. auf die auf den Bremsbelag aufliegende Druckplatte übertragen.

In der Druckfläche der Bremsbelageinheit bzw. der Druckplatte 18 sind die Rollkörper 16 über ein entgegengesetzt gestaltetes Rampenprofil (hier nicht dargestellt) oder (bevorzugt, da die Rollkörper besonders sicher geführt sind; hier dargestellt) in dem Gleitlagerbett (Gleitlagerschalen 17) aufgenommen.

Die Bremsbelageinheit, hier bestehend aus der ein- oder mehrteiligen Kombination von Bremsbelag 20 und Druckplatte 18, wird federnd so gegen die Bremsstempel und Nachstellkolben 5, 6 gedrückt, dass die dazwischen angeordneten Rollkörper 16 zwischen der Bremsbelageinheit und den Bremsstempel elastisch eingespannt sind.

Die Betätigung der Bremse erfolgt nach einem Anlegevorgang des Bremsbelages 20 an die Bremsscheibe durch ein Verschieben der Druckplatte nebst Bremsbelag 20 parallel zur Reibfläche der Bremsscheibe in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung derselben.

Diese Verschiebung wird vorzugsweise durch den Kurbeltrieb 35, 36 bewirkt, der mit einem Abtriebs- und hier Kurbelzapfen 35 etwa mittig an der Druckplatte 18 der Bremsbelageinheit 18, 20 angreift und parallel zur Rotationsachse der Bremsscheibe im Zuspanngehäuse - Bremssattel - 1 gelagert wird.

Die Betätigung des Kurbeltriebes erfolgt über den elektrischen Antrieb, z.B. den Elektromotor 23 mit nachgeschaltetem Getriebe 24.

Nach Fig. 3 ff wird das Grundkonzept der Fig.l und 2 entscheidend weiterentwickelt.

So wird zunächst die selbstverstärkende Wirkung nur bei der Vorwärtsfahrt genutzt. Entsprechend ist an den rampenartigen Ausnehmungen 14 lediglich eine Rampenkontur 101 in Vorwärtsfahrtrichtung (in Fig. 3 nach rechts hin) ausgebildet.

In Rückwärtsfahrtrichtung ist die Kontur 102 der rampenartigen Ausnehmungen 14 dagegen derart, dass der Rollkörper 16 in ihnen formschlüssig aufgenommen sind.

Damit können die Rollkörper in Rückwärtsfahrt nicht an Rampen auflaufen. Die Bremsbelageinheit legt sich dementsprechend bei Bremsungen in der Rückwärtsfahrt- richtung an einem sattelfesten Widerlager 103 an.

In Fig. 7 wird ein Auflaufen an den rampenartigen Ausnehmungen in der Rückwärtsfahrtrichtung dadurch verhindert, dass die Bremsbelageinheit an dem Widerlager zur Anlage kommt, bevor sie an den Rampen auflaufen kann.

Die Prinzipskizze der Fig. 8 entspricht in dieser Hinsicht der Bauart der Fig. 3.

In Fig. 9 ist an der Kurbel 34 selbst ein Anschlag 104 angeordnet, der an einem sattelfesten Widerlager 105 zur Anlage kommt, wenn die Kurbel 34 in Rückwärtsrichtung dreht.

Die Bremse der Fig. 3 bis 6 weist ferner - wie in Fig. 6 zu erkennen - eine Einrichtung zum Blockieren der Drehung der Kurbel auf.

Diese Blockiereinrichtung wird nach Fig. 6 durch eine Magnethaltebremse 106 reali- siert, die dazu ausgelegt ist, die Drehung einer Welle 107 freizugeben oder zu blockieren, die parallel zur Kurbel 34 angeordnet ist und die ein Zahnrad 108 trägt, das mit einer Außenverzahnung 109 auf der Kurbel kämmt.

Der Antriebsmotor erhält eindeutige Drehrichtungsvorgaben. Die Antriebs - und die Lösedrehrichtung des Elektromotors sind für Vorwärts - und Rückwärtsfahrt gleich.

Eine vorteilhafte Voraussetzung ist das selbsttätige Umsteuern von Kurbelantrieb (Betriebsbremsantrieb - Vorwärtsfahrt) auf Spindelantrieb. (Betriebsbremsantrieb - Rückwärtsfahrt sowie Parkbremse). Dies wird mit der Blockiereinrichtung realisiert, die sich zu Nutze macht, dass die Bremsstempel aus Spindel 12 und Mutter 13 selbsthemmend ausgelegt sind, während die Getriebeverbindung vom Elektromotor zur Kurbel 34 nichtselbsthemmend ausgelegt ist.

Die Auslegung ist insgesamt derart, dass bei nicht aktivierter Blockiereinrichtung bei Drehungen des Elektromotors die Kurbel 34 gedreht wird, während bei aktivierter Blockiereinrichtung die Spindel drehen, wenn sich der Elektromotor dreht.

Eine Drehrichtungserkennung des Fahrzeugrades ist nicht mehr erforderlich, da der Aktuator derart selbsttätig entsprechend dem Drehzustand der Bremsscheibe die rich- tige Betriebsart ausführt.

Derart sind insbesondere die eingangs erörterten Betriebsarten realisierbar. Bei Zu- spannen für Bremsungen in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung dreht der Elektromotor 23 stets in die gleiche Richtung.