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Die Erfindung betrifft einen Getriebemotorantrieb, insbesondere für eine kombinierte Kraftfahrzeugbremse mit elektromotorisch betätigbarer Parkbremsvorrichtung nach den Merkmalen vom Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
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Prinzipiell sind Getriebemotorantriebe universell bei einem Kraftfahrzeug einsetzbar. Eine bevorzugte und vergleichsweise neuartige Applikation erfolgt unmittelbar direkt an einer Kraftfahrzeugbremsvorrichtung.
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Eine elektromechanisch betätigbare Radbremse vom sogenannten Schwimmsatteltyp umfasst prinzipiell ein Bremsgehäuse und einen Halter zur fahrzeugfesten Anordnung von Bremsgehäuse und Reibbelägen am Fahrzeug. Eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbremse kann prinzipiell ausschließlich elektromechanisch betätigbar sein, oder die elektromechanische Betätigung erstreckt sich ausschließlich auf eine Feststellbremsfunktion. Jeder Getriebemotorantrieb umfasst zu diesem Zweck einen Elektromotor der ein mehrstufiges Getriebe, insbesondere ein zweistufiges Schneckengetriebe, antreibt. Das Schneckengetriebe ist als Untersetzungsgetriebe ins Langsame ausgelegt. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass ein vergleichsweise kleiner, kostengünstiger Antriebsmotor mit vergleichsweise hoher Nenndrehzahl und verhältnismäßig niedrigem Drehmoment bei geringem Strombedarf ausgewählt werden kann, und wobei das Schneckengetriebe eine Drehmomentwandlung ermöglicht. Dadurch werden sowohl Kosten als auch Strombedarf und Dimension (Baugröße) des Elektromotors abgesenkt. Das Schneckengetriebe ermöglicht auch eine selbsthemmende Ausbildung, so dass prinzipiell eine stromlose (Park)Bremsfunktion realisierbar ist. Die Getrieberäder und insbesondere ein Abtriebsrad auf einer Ausgangsseite des Untersetzungsgetriebes stellt ein wesentliches Getriebebauteil dar, welches vergleichsweise hohe Drehmomente (zum Zuspannen der Bremse) in Richtung Abtrieb überträgt. Wegen gesetzlich definierter Zuspannkräfte einer Parkbremsfunktion in Höhe von etwa 17 Kilonewton besteht eine entsprechend hohe Beanspruchung durch Biegemomente, Axialkräfte und ähnliches, so dass dieser Lagerung besondere Bedeutung zukommt.
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Gattungsgemäße Getriebemotorantriebe für Kraftfahrzeugbremsen umfassen des Weiteren einen nachgeschalteten Wandler zur zusätzlichen Wandlung der rotatorischen (Antriebs-)Drehbewegung in eine translatorische (Brems-)Betätigungsbewegung.
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Aus der
DE 103 49 078 A1 ist eine elektromechanische Reibungsbremse mit einer Elektromotor-Zahnradgetriebekombination bekannt. Das Zahnradgetriebe verfügt über mehrere Getriebestufen mit mehreren Zahnradpaaren, die jeweils eine Schrägverzahnung aufweisen. Zur Aufnahme von axial und radial gerichteten Kräften sind Getriebewellen jeweils in Kombilagern abgestützt, wobei die Axiallagerung mit Axiallagermitteln räumlich versetzt zu Radiallagermitteln in einem gemeinsamen Lagerring des Kombilagers vorgeschlagen wird. Die Kombilager sind jeweils im Bereich von einem Wellenende am Boden einer Sackbohrung von einem Gehäuse aufgenommen. Des Weiteren ist ein elektrisch umschaltbarer Freilauf vorgesehen, welcher auf Wunsch eine Selbsthemmungsfunktion ermöglicht.
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Es hat sich erwiesen, dass sich bekannte Getriebemotorantriebe in Abhängigkeit von Betriebs- und Randbedingungen wie insbesondere in Abhängigkeit von der Höhe der Zuspannkraft, in Abhängigkeit vom Verschleißzustand, abhängig von Schmierungsbedingungen und/oder der Aggregattemperatur unkomfortabel verhalten können. Der erforderliche Strombedarf ist verbesserungsfähig, und die Geräuschemission während einer Betätigung ist nicht immer vorbildlich. Eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen noch komfortabler agierenden Getriebemotorantrieb vorzulegen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von dem unabhängigen Patentanspruch gelöst, indem wenigstens eine Zusatzvorrichtung zur Erzeugung von einem zusätzlichen Reibmoment vorgesehen ist, das in der Lage ist, den Antriebsstrang verbessert abzustimmen. Die Zusatzvorrichtung ist bevorzugt in den Getriebestrang des Getriebemotorantriebs fest integriert angeordnet. Dabei umfasst die Zusatzvorrichtung wenigstens ein elastisch vorgespanntes Federelement, welches ein Getriebebauelement, wie insbesondere eine Getriebewelle, elastisch beaufschlagt. Die elastisch vorgespannte Beaufschlagung zur Erzeugung des zusätzlichen Reibmomentes kann entweder axial (parallel) gerichtet zu einer Drehachse der Getriebewelle oder quer zu dieser Drehachse (tangential und/oder radial in Bezug auf die Drehachse) vorgesehen sein. Die Konstruktion kann so gestaltet sein, dass der Drehsinn vom Getriebebauelement das erzeugte Reibmoment drehsinnabhängig beeinflusst. Mit anderen Worten kann das zusätzlich erzeugte Drehmoment in Zuspannrichtung anders als in Löserichtung bemessen sein. Insbesondere kann die Zusatzvorrichtung konstruktiv so gestaltet sein, dass es die vorgegebene Federvorspannwirkung in Kombination mit dem jeweiligen Drehsinn des Getriebebauelementes zwangsläufig ermöglicht, das bewirkte Reibmoment in Abhängigkeit von dem herrschenden Drehsinn des Getriebebauelementes unterschiedlich auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass ein Zuspannvorgang einer Fahrzeugbremse nicht zwangsläufig mit einem zusätzlichen Reibmoment beaufschlagt ist, so dass Verlustarbeit, Strombedarf etc. reduziert ist. Ein drehrichtungsabhängiger Selbstverstärkungseffekt kann eine Beeinflussung von dem erzeugten Reibmoment ermöglichen. Dies ist mit dem besonderen Vorteil verknüpft, dass keinerlei gesonderte elektronische Steuerung oder Regelung notwendig ist. Demzufolge ist der Energiebedarf eines Getriebemotorantriebs, wie auch dessen Hardwarebedarf, im Vergleich zu vorbekannten Maßnahmen reduziert, so dass ohne Funktionsreduktion eine besonders ressourcenschonende Problemlösung ermöglicht ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung anhand der Zeichnung am Beispiel eines Ausführungsbeispiels hervor.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine bekannte hydraulisch und elektromechanisch betätigbare Kraftfahrzeugbremsvorrichtung etwa maßstäblich und im Schnitt,
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2 und 3 schematisiert Einzelheiten einer ersten Ausführungsform mit einer Zusatzvorrichtung mit einer verbesserter Lagerung vom Getriebebauelement,
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4 prinzipielles Ersatzschaubild einer Zusatzvorrichtung zur Erzeugung eines Reibmomentes, und
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5–7 zwei graduell unterschiedliche Ausführungsformen einer besonders einfach sowie nachrüstbar implementierbaren Zusatzvorrichtung enthaltend ein Federelement.
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Die 1 verdeutlicht einen bekannten Getriebemotorantrieb 1 am Anwendungsbeispiel einer kombiniert hydraulisch und elektrisch betätigbaren Kraftfahrzeugbremse 2. Diese weist eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremsfunktion und eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremsfunktion auf. Die Kraftfahrzeugbremse 2 ist exemplarisch als Schwimmsattel-Scheibenbremse ausgeführt. Eine Bremszange 3 umgreift einen Reibring 4 einer nicht im Einzelnen gezeigten Bremsscheibe und verfügt über wenigstens einen entlang der Achse A verschiebbar in einer Kolbenbohrung 5 angeordneten Kolben 6 der einen Betriebsdruckraum 7 begrenzt und zur direkten Beaufschlagung eines ersten Reibbelags 8 dient. Weiterhin ist die Bremszange 3 (sogenannter Faustsattel) axial in Relation zu einem fahrzeugfest angeordneten Halter 9 verschiebbar ausgebildet, so dass faustfingerseitig auf hydraulische Betätigungsmittel verzichtet werden kann, indem Reaktionskräfte ausgenutzt werden, um einen indirekt betätigten Reibbelag 10 zur Anlage an den Reibring 4 zu bringen. Der elektromechanischen Betätigung für eine Feststellbremsfunktion dient ein drehrichtungsumkehrbarer Elektromotor 11 und ein zweistufig ausgebildetes Getriebe, wobei gegebenenfalls zusätzlich (Dreh-)Sensorik S und eine integrierte, elektronische Steuereinheit 12 vorgesehen sein kann. Das Getriebe verfügt über ein zumindest teilweise hohl ausgebildetes Gehäuse 13 aus Kunststoffwerkstoff zur zumindest teilweisen Aufnahme vom Elektromotor 11 sowie zur Aufnahme und Lagerung von weiteren Getriebebauelementen sowie über ein Verschlußelement (Deckel) 14. Das Gehäuse 13 ist an der Bremszange 3 angeflanscht befestigt. Das Getriebe ist durch zwei, im Wesentlichen bauähnliche, Getriebestufen 15, 16 ausgeführt, die insbesondere schräg- oder schraubenförmig verzahnte Schnecke-Schneckenrad-Anordnungen aufweisen. Die erste Getriebestufe 15 verfügt über eine Schnecke 24 auf einer Motorwelle 17, die mit einem Schneckenrad 25 kämmt, auf dessen Welle 26 die Schnecke 27 der zweiten Getriebestufe 16 angeordnet ist, welche mit dem Abtriebsrad 18 kämmt. Das Abtriebsrad 18 (Getrieberad) ist bevorzugt aus Stahlwerkstoff und verfügt radial außen über eine Radscheibe 36 und radial innen über eine Nabe 30. Weiterhin ist ein Schaft 19 einer Gewindespindel 21 mit dem Abtriebsrad 18 verbunden. Die Gewindespindel 21 ist ihrerseits drehbar sowie axial relativ zur Bremszange 3 unverschiebbar mit einem Axiallager 20 in der Bremszange 3 angeordnet. Die Gewindespindel 21 ist Bestandteil eines Wälzkörpergetriebes, das Wälzkörper 22, zwischengeschaltete Federelemente 23 und eine drehfest sowie axial relativ zur Bremszange 3 verschiebbare Gewindemutter umfasst, und zur Umwandlung in eine Translationsbewegung dient.
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Für eine stromlos verriegelte Feststellbremsfunktion ist bevorzugt die zweite Getriebestufe 16 selbsthemmend ausgeführt.
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Zum einfachen Lösen der Feststellbremsfunktion ist es möglich, den Drehsinn vom Getriebe zu ändern, indem der Elektromotor 7 reversiert betrieben wird.
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Die 4 verdeutlicht sehr schematisiert eine neuartige, in einen Getriebestrang integrierte Zusatzvorrichtung 37 zur Erzeugung eines Reibungsmomentes, welche geeignet ist, eine komfortable Funktion zu ermöglichen.
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Einzelheiten von besonders vereinfacht implementierbaren Ausführungsbeispielen sind den 5–7 zu entnehmen. Dabei umfasst die Zusatzvorrichtung 37 ein elastisch vorgespanntes Federelement 33, welches wenigstens ein Getriebebauelement elastisch beaufschlagt. Die Bauformen beruhen auf einer gesonderten elastisch-reibenden Beaufschlagung von wenigstens einem Getriebebauelement an wenigstens einer Reibstelle. Die Varianten umfassen zu diesem Zweck jeweils wenigstens ein vorgespanntes Federelement 33 aus vorzugsweise spanlos umgeformtem, metallischem Blechwerkstoff. Den Varianten ist gemeinsam, dass ein gehäusefest angeordnetes, und klammerartig um eine (Getriebe)Welle 26 gelegtes, elastisch vorgespannt an der Welle 26 angreifendes, Federelement 33 eine Reibkraft entfaltet, welche quer oder tangential zur Drehachse D der Welle 26 angeordnet ist. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass das Federelement 33 vergleichsweise einfach bei einer prinzipiell bestehenden Konstruktion nachgerüstet werden kann, ohne tiefgreifend in die Grundlagen dieser Konstruktion eingreifen zu müssen. Es versteht sich, dass die Reibverhältnisse durch unterschiedliche Werkstoffpaarungen beeinflusst werden können, indem beispielsweise Stahl/Stahl oder Kunststoff/Stahl-Paarungen vorgesehen werden.
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Bei der Ausführungsform nach 5 ist das Federelement 33 als klammerförmig gebogen, sowie zumindest partiell mit Untermaß um die Welle 26 geführt angeordnete, Bügelfeder vorgesehen, und wobei zwei diametral einander klammerartig gegenüber liegend vorgesehene Federschenkel jeweils in Radialrichtung R permanent elastisch vorgespannt auf dem zugeordneten Umfangsabschnitt der Welle 26 aufliegen, und dadurch die gewünschte Reibwirkung am Getriebebauelement entfalten. Durch die zumindest teilweise radial offen gestaltete Bauform von dem Federelement 33 ist es ermöglicht, die Welle 26 mit einer radial gerichteten Montagebewegung radial in die Bügelfeder einzuclipsen. Mit anderen Worten kann das Federelement 33 gehäusefest montiert werden, und die Welle 26 wird radial gerichtet eingesetzt. Durch die einander diametral gegenüber liegend vorgesehenen Federbügel mit einander entgegen gesetzt sowie radial einwärts zur Drehachse D gerichteten Radialkraftkomponenten erfolgt weiterhin eine Querkraftfreie Reibkrafterzeugung. Im Übrigen ist das erzeugte zusätzliche Reibmoment weitgehend unabhängig vom Drehsinn. Für reproduzierbare Reibungsverhältnisse ist es vorteilhaft, die zugeordneten Reibflächen (Umfangsabschnitt der Welle 26) besonders zu tolerieren. Dazu kann es gehören, bestimmte Profilformen wie beispielsweise ringförmig umlaufende (Dreh-)Riefen oder Rillen zu vermeiden, damit Einlaufeffekte mit veränderlichen Reibungsbedingungen ausschließbar sind. Eine weitere Maßnahme kann darin bestehen, das Getriebebauelement (Welle 26) mit Mitteln zur Vergleichmäßigung der Reibungsverhältnisse zu versehen. Beispielsweise können deutliche, ringförmige Nuten 40 vorgesehen sein. Zwecks Verdrehsicherung kann das Federelement 33 mit Laschen 41 versehen sein, die vorzugsweise im Bereich von einem Steg vom Federelement 33 angeordnet sein können.
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Bei der Ausführungsform nach 6 und 7 ist das Federelement 33 als weitestgehend ringförmig sowie mit Untermaß um eine Welle 26 gewickelte Schlingfeder ausgebildet, deren Wickelrichtung derart mit der Drehrichtung von der Welle 26 koordiniert ist, dass eine prinzipiell stromlose Selbsthemmungsfunktion für einen Drehsinn in Löserichtung der Bremse, infolge tangential am Wellenumfang angreifender Reibungs- oder Schleppkräfte ermöglicht ist. Demgegenüber wird der Drehantrieb der Welle 26 in die Zuspannrichtung durch diese Funktionalität im Wesentlichen nicht beeinträchtigt, weil die selbsthemmende Wirkung der Schlingfeder – bei Drehrichtungssinn in Zuspannrichtung der Bremse – durch die ausschließlich umgekehrt gerichtete Schleppwirkung – reduziert ist. Weil das Federelement 33 nicht vollständig ringförmig geschlossen ausgebildet ist, kann ebenfalls eine radial gerichtete Einschnapp-Montage der Welle 26 vorgenommen werden. Eine prinzipiell ebenfalls mögliche, vollständig geschlossene, ringförmige, Bauform vom Federelement 33 würde es dagegen erfordern, dieses auf die Welle 26 aufzufädeln, bevor die Welle 26 im Gehäuse 13 montiert wird.
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Die Ausführungsform nach den 2 und 3 basiert auch auf einer Zusatzvorrichtung 37 zur Erzeugung von einem zusätzlichen Reibmoment. Die Zusatzvorrichtung 37 ist im Bereich der Lagerung von einem Getriebebauelement (einer Welle 26) vorgesehen. Daher ist eine besonders angepasste Axiallagervorrichtung 28 vorgesehen, welche geeignet ist, definierte elastische Vorspannung (Reibung) zu erzeugen. Trial- and Error-Methoden haben erwiesen, dass ein elastisch vorgespanntes Federelement 33, das ein Getriebebauelement elastisch beaufschlagt, vorteilhaft dazu beiträgt, unerwünschte Geräusche, insbesondere bei Löseprozessen, zu vermeiden. Bei dem beaufschlagten Getriebebauelement kann es sich prinzipiell um jedwedes rotierende Getriebebauteil wie insbesondere um ein Getrieberad, um eine Getriebewelle, ein Lager oder ähnliches handeln.
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Bei den Ausführungsformen nach 2 und 3 ist zwischen Welle 26 und Federelement 33 ein Zwischenelement 34 und eine Kugel 35, eine Spitze, eine Kalotte oder ein anderes Bauteil mit entsprechend angepasstem Reibradius angeordnet. Das Federelement 33 kann in einer Sackbohrung vom Deckel 14 elastisch vorgespannt aufgenommen und geführt angeordnet sein. Bei einer Abwandlung der Erfindung kann zusätzlich, oder als Ersatz für das Federelement 33, eine Stellvorrichtung zur Einstellung der Lage der Welle 26 in Relation zum benachbarten Partner vorgesehen sein. Dadurch ist gewissermaßen ein Spielausgleich für Verzahnungsspiel ermöglicht.
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Die genaue Gestaltung vom Federelement 33 kann prinzipiell sämtliche Federbauformen und Werkstoffe betreffen, wie insbesondere metallische Schraubenfedern, Schenkelfedern, Biegefedern, Elastoelemente und/und ähnliches mehr sowie Mischformen davon.
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Alternativ ist es nach 3 auch denkbar, dass die Welle 26 mit einem axial gerichteten Vorsprung oder Anlaufzapfen mit dem angepassten Reibradius versehen ist, welcher axial an dem Federelement 33 abgestützt ist. Wie in der Zeichnung ersichtlich, kann das Federelement 33 beispielsweise tellerfederartig aus einem topfförmigen Blechwerkstoff als Umformwerkstück ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass die Vorspannkraft vom Federelement 33 einstellbar ist, indem geeignete Stellmittel, die Schraubmittel aufweisen können, vorgesehen sind.
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Es versteht sich folglich, dass die Welle 26 in Axialrichtung vorgespannt im Gehäuse 13 oder Deckel abgestützt gelagert ist, wobei durch die gerichtete Federvorspannung eine komfortablere Funktion, wie insbesondere ein geräuscharmer Lösevorgang einer Feststellbremsfunktion ermöglicht ist.
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Die Erfindung wird primär zur Applikation bei einer Radbremse mit elektromotorischer Betätigung zur Umsetzung automatisierter Parkbremseingriffe geschildert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Applikationen bei Bremsen in einem Kraftfahrzeug beschränkt. Vielmehr ist eine Anwendung bei anderen Getriebemotorantrieben, wie beispielsweise Getriebemotorantriebe für Verschlußelemente wie beispielsweise Türen, Dächer, Verdecke, Fenster oder Lenkungen prinzipiell denkbar. Denn elektromechanisch betriebene Systeme und Aktuatoren ermöglichen grundsätzlich Mehrwert-Funktionalitäten, welche elektronisch gesteuert oder geregelt sowie fremdbetätigt, also fahrerunabhängig, umgesetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebemotorantrieb
- 2
- Kraftfahrzeugbremse
- 3
- Bremszange
- 4
- Reibring
- 5
- Kolbenbohrung
- 6
- Kolben
- 7
- Betriebsdruckraum
- 8
- Reibbelag
- 9
- Halter
- 10
- Reibbelag
- 11
- Elektromotor
- 12
- Steuereinheit
- 13
- Gehäuse
- 14
- Deckel
- 15
- (erste) Getriebestufe
- 16
- (zweite) Getriebestufe
- 17
- Motorwelle
- 18
- Abtriebsrad
- 19
- Schaft
- 20
- Axiallager
- 21
- Gewindespindel
- 22
- Wälzkörper
- 23
- Federelement
- 24
- Schnecke
- 25
- Schneckenrad
- 26
- Welle
- 27
- Schnecke
- 28
- Axiallagerung
- 29
- Stirnfläche
- 30
- Nabe
- 31
- Ausnehmung
- 32
- Umfang
- 33
- Federelement
- 34
- Zwischenelement
- 35
- Kugel
- 36
- Radscheibe
- 37
- Zusatzvorrichtung
- 38
- Stirnseite
- 39
- Reibpartner
- 40
- Nut
- 41
- Lasche
- 42
- Radiallager
- α
- Winkel
- A
- Achse
- R
- Lagerring
- S
- Sensor
- U
- Umfang
- W
- Wälzkörper
- D
- Drehachse
- Ax
- Axialrichtung
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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