(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキキャリパと、このブレーキキャリパ上に配置された操作ユニットと、ブレーキディスクの各々１つの側面と協働する、ブレーキキャリパ内で制限されて摺動し得るように配置された２個の摩擦パッドとを備え、一方の摩擦パッドが操作ユニットの操作要素によってブレーキディスクに直接的に作用することができ、他方の摩擦パッドがブレーキキャリパによって加えられる反力の作用によってブレーキディスクに作用することができ、操作ユニットが操作要素に対して同軸に配置された電動機と、この電動機と操作要素の間に作用的に配置された減速装置とを備えている、自動車用の電気機械的に操作可能なディスクブレーキにおいて、
キャリパ（１）と操作ユニット（２）の間の力線内に、力測定装置（２３）が配置され、この力測定装置が、この操作ユニットの軸線方向内において作用する力を検出し、且つ、この力測定装置の出力信号が、電動機（６）に供給される電流およびまたは電圧に影響を与える制御回路（２６）に供給可能であること、
この力測定装置（２３）が少なくとも１つの抵抗線ひずみゲージ（３７）を有する力測定要素（３４）によって形成されていること、および、
この力測定要素（３４）が軸方向の突出部（３６）を備え、この突出部が抵抗線ひずみゲージ（３７）を支持していること、
を特徴とする電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【請求項２】
力測定装置（２３）が操作要素（３０）とそれに付設された摩擦パッド（４）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【請求項３】
減速装置（７）がローラ−ねじ−装置（１１〜１４）として形成され、このローラ−ねじ−装置のスピンドル（１４）が操作要素（３０）を形成し、押圧棒（４１）によって摩擦パッド（４）を操作し、押圧棒がスピンドル（１４）内に摺動可能に配置された押圧片（球欠部材４２）に支承され、この押圧片が力測定装置（２３）の力伝達的に連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【請求項４】
スピンドルが穴を備え、この穴内で押圧片が摺動可能に案内され、穴の端部に力測定要素が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【請求項５】
スピンドル（１４）が貫通する穴（３５）を備え、この穴内で押圧片（４２）が摺動可能に案内され、穴（３５）が力測定要素（３４）によって閉鎖されていることを特徴とする請求項３に記載の電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【請求項６】
穴（３５）が段付き穴として形成され、押圧片（４２）が異なる直径の２つの区間（５６，５７）を備え、押圧棒（４１）が大径の区間（５６）に支持され、小径の区間（５７）が力測定要素（３４）に接触していることを特徴とする請求項５に記載の電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【請求項７】
力測定要素（３４）が軸方向の突出部（３６）を備え、この突出部が磁歪作用を検出するためのコイルを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【請求項８】
抵抗線ひずみゲージが少なくとも１個のホイートストン−全ブリッジまたはホイートストン−半ブリッジに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械的に操作可能なディスクブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキキャリパと、このブレーキキャリパ上に配置された操作ユニットと、ブレーキディスクの各々１つの側面と協働する、ブレーキキャリパ内で制限されて摺動し得るように配置された２個の摩擦パッドとを備え、一方の摩擦パッドが操作ユニットの操作要素によってブレーキディスクに直接的に作用することができ、他方の摩擦パッドがブレーキキャリパによって加えられる反力の作用によってブレーキディスクに作用することができ、操作ユニットが操作要素に対して同軸に配置された電動機と、この電動機と操作要素の間に作用的に配置された減速装置とを備えている、自動車用の電気機械的に操作可能なディスクブレーキに関する。
【従来の技術】
【０００２】
このような電気機械的に操作可能なディスクブレーキは例えばヨーロッパ特許第０３９４２３８号公報によって知られている。公知のディスクブレーキの操作ユニットは電動機からなっている。この電動機は遊星歯車装置と協働し、その遊星歯車は内歯歯車を駆動し、この内歯歯車の回転運動支承手段を介して操作スリーブに伝達されるかまたは軸方向移動を生じる。操作ユニットに付設された摩擦パッドはこの軸方向移動により、ブレーキディスクに作用する。その際、電動機と遊星歯車装置はディスクブレーキの操作方向に並べて配置されている。電気機械的に操作可能な公知のディスクブレーキの場合には特に、少なくとも２個のこのようなブレーキが１個の制御回路に統合される自動車に装備される際に、パッドに作用する締付け力の値を制御量“電動機に供給される電流”に一義的に関連づけることができないという欠点がある。それによって、機械的な効率のばらつきに基づいて、車軸に不均一な制動トルクが生じる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の課題は、制御回路で使用するときに、締付け力と電動機に供給される電流との間の一義的な関係（割り当て）が達成されるように、冒頭に述べた種類の電気機械的に操作可能なディスクプレーキを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は本発明に従い、キャリパと操作ユニットの間の力線内に、力測定装置が配置され、
この力測定装置が、この操作ユニットの軸線方向内において作用する力、を検出し、且つ、
この力測定装置の出力信号が、電動機に供給される電流およびまたは電圧に影響を与える制御回路に供給可能であること、
この力測定装置が少なくとも１つの抵抗線ひずみゲージを有する力測定要素によって形成されていること、および、
この力測定要素が軸方向の突出部を備え、この突出部が抵抗線ひずみゲージを支持していることによって解決される。この手段により、必要なブレーキ力を車輪毎に制御することができる。
【０００５】
本発明の対象物の有利な実施形では、力測定装置がキャリパまたは軸受内に配置され、減速装置がこの軸受に支承され、軸受が操作ユニットによって加えられる締付け力を受け止める。他の実施の形態では、力測定装置が操作要素とそれに付設された摩擦パッドの間あるいはブレーキキャリパと、ブレーキキャリパによって加えられる反力の作用によって操作可能な摩擦パッドとの間に配置されている。
【０００６】
本発明の思想を具体化するために、減速装置がねじ付きナットを備え、このねじ付きナットに力測定装置が設けられている。
【０００７】
本発明の他の有利な実施形では、減速装置と摩擦パッドの間の力の伝達が、押圧棒によって行われ、力測定装置が押圧棒に配置されている。
【０００８】
その際、力測定装置が少なくとも１つの抵抗線ひずみゲージを有する力測定要素によって形成されているかまたはロードセルとして形成されていると特に有利である。
【０００９】
本発明の他の有利な実施形では、力測定装置がスピンドルの端部に配置され、特にスピンドルの貫通する穴を閉鎖する底に形成されている。
【００１０】
本発明の対象物の特にコンパクトな実施形では、力測定装置が材料厚さの薄い範囲によって形成され、この範囲がその変形を評価するために抵抗線ひずみゲージと協働する。
【００１１】
次に、添付の図を参照して３つの実施の形態について詳しく説明する。
【発明の実施の形態】
【００１２】
図に示した電気機械的に操作可能な本発明によるディスクブレーキは、図示例では、スライディングキャリパ（フローティングキャリパ）型ディスクブレーキとして形成されている。このディスクブレーキは実質的に、図示していないホルダー内に摺動可能に支持されたブレーキキャリパ１と、操作ユニット２とからなっている。この操作ユニットのケーシング８は図示していない固定要素によってブレーキキャリパ１に配置されている。対の摩擦パッド４，５は、ブレーキディスク３の左側の側面と右側の側面の方に向くように、ブレーキキャリパ１内に配置されている。
【００１３】
以下において、図の右側に示した摩擦パッド４は第１の摩擦パッドと呼び、５で示した他の摩擦パッドは第２の摩擦パッドと呼ぶ。
【００１４】
第１のパッド４は操作要素３０を用いて操作ユニット２によってブレーキディスク３に直接接触可能であるが、第２の摩擦パッド５はブレーキキャリパ１の装置の操作時に加えられる反力の作用によって、ブレーキディスク３の反対側の側面に押し付けられる。
【００１５】
前述の操作ユニット２は電動機６を備えている。この電動機は図示した実施の形態では、永久磁石で励起される、電子的に整流可能な（トルク）モータである。このモータのステータ９は動かないようにケーシング８内に配置され、ロータ１０または中空軸はリング状の支持体２８によって形成されている。支持体は複数の永久磁石２９を支持している。トルクモータ６と、特にモータ６に対して同軸に配置された前述の操作要素３０との間には、減速装置７が配置されている。この減速装置は図示した実施の形態では、ローラ−ねじ−伝動装置１１〜１４として形成されている。その際、このローラ−ねじ−伝動装置はねじ付きナット１１と、貫通する穴３５を有するねじ付きスピンドル１４を備えている。この場合、ねじ付きナット１１内にはねじ付きローラ１２，１３が軸線平行に配置されている。このねじ付きローラはねじ付きナット１１の回転運動時に、軸方向に摺動しないで遊星歯車状に回転し、ねじ付きスピンドル１４を軸方向に動かす。ねじ付きローラ１２，１３はその端部に配置された図示していない案内ワッシャと歯付きリムによって半径方向に案内されている。
【００１６】
その際、配置は次のように行われている。すなわち、トルクモータ６のロータ１０がねじ付きナット１１に相対回転しないように連結され、ねじ付きスピンドル１４が前述の操作要素３０を形成するように行われている。この操作要素は力伝達板２４を間に接続配置することによって第１の摩擦パッド４を操作する。その際、ねじ付きスピンドル１４と力伝達板２４との間での押圧力の伝達は特に、ねじ付きスピンドル１４内に部分的に配置された押し棒４１によって行われる。この押し棒は２個の球欠部材４２，４３に支承されている。その際、第１の球欠部材４２はねじ付きスピンドル１４の軸方向の長さのほぼ中央に、すなわち、ねじ付きローラ１２，１３の間にある範囲内に配置され、摩擦パッド４の近くにある第２の球欠部材４３は力伝達板２４の軸方向突出部４４内に形成されている。更に、力伝達板２４またはその突出部４４とねじ付きスピンドル１４の間には、金属製のベロー４５が設けられているかあるいはこの両部材に溶接されている。ベローはねじ付きスピンドル１４によって加えられる引張り力によって生じるねじりモーメントを伝達するために、ねじれない連結部を形成している。この手段により、ローラ−ねじ−伝動装置の使用時に発生する効率の低下が最小限に抑えられる。この効率の低下は、ローラ−ねじ−伝動装置に作用するモーメントによって生じる大きな摩耗に起因する。
【００１７】
更に、力伝達板２４と第１の摩擦パッド４の間には、特に回転防止部材２５が設けられている。この回転防止部材は摩擦パッド４に押し込まれたピンによって形成され、このピンは力伝達板２４に形成された凹部に収容されている。
【００１８】
減速装置７と中空軸すなわちロータ１０の案内は、ブレーキキャリパ１に支持されるラジアル軸受１６によって行われる。このラジアル軸受はブレーキキャリパ１と協働する軸受外側リング１８と、ねじ付きナット１１のカラー状の半径方向の拡大部１５によって形成された軸受内側リング１７と、両軸受リング１７，１８の間に配置された多数のボール１９からなっている。ねじ付きナット１１を備えた内側軸受リングを一体に形成することにより、操作精度が高くなり、製作コストが低減され、モジュラー構造にすることができる。
【００１９】
ローラ−ねじ−伝動装置７を正確に位置決めし、トルクモータ６の電子的な整流のための制御信号を得ることができるようにするために、操作ユニット２のケーシング８内には非接触式の測定値発信器または角度発信器、いわゆるレゾルバ２０が設けられている。図示した例では、このレゾルバは互いに同軸で空隙によって互いに分離された２個のリング２１，２２からなっている。このリングは電気的なコイルを支持している。その際、半径方向内側にあるリング２１はロータ１０に連結され、半径方向外側の他のリング２２はケーシング８内に回転しないように配置されている。ケーシング８の内室は一方では、リゾルバ２０の範囲においてケーシング８に取り付けられた蓋３１と、他方ではダイヤフラム状の弾性シール２７によって、汚染物、例えば水しぶきに対して保護されている。その際、シール２７は特に、力伝達板２４と軸受外側リング１８の間で軸方向に接触する保持リング３２によって挟持されている。
【００２０】
トルクモータ６の運転中に発生する熱を、周囲に効果的に導き出すために、ケーシング８は大きな面積の冷却リブ３３を備えている。
【００２１】
操作力を摩擦パッド４，５に均一に加えるために、ブレーキキャリパ１は中実に形成しなければならない。摩擦パッド４，５によって操作ユニット２のケーシング８に加えられる曲げモーメントを小さくするためには、ブレーキキャリパ１はフレーム型キャリパとして形成すると有利である。それによって、ケーシングには引張り力だけが加わるので、操作ユニット２の支承部は、軸受座の内部曲げ応力によって負荷されない。
【００２２】
必要なモータトルクの低減は、遊星歯車装置４６，４７，４８，４９，５０の一体化によって達成される。好ましくはロータ１０とねじ付きナット１１の間に配置された遊星歯車装置は、特にロータ１０に設けられ外側の歯付き範囲５５によって形成された太陽歯車４６と、複数の遊星歯車と、内歯歯車４９からなっている。この遊星歯車は１個だけ図示してあり、参照番号４７が付けてある。内歯歯車はブレーキキャリパ１内に配置され、内歯５０を備えている。ねじ付きナット１１上でのロータの支承は、概略的に示したニードルベアリング５１とボールベアリング５２の組み合わせによって行われる。このボールベアリングのレース５３はロータ１０内に形成され、半径方向内側のレース５４はねじ付きナット１１に成形されている。この手段により、効率の高いスピンドルナットの大きなピッチを選択することができる。
【００２３】
電気機械的に操作可能な本発明によるディスクブレーキを、自動車で使用する場合に必要な制御回路内で使用できるようにするために、力測定装置２３が設けられている。この力測定装置の信号ＦSpは概略的に示した電子制御回路２６に供給される。更に運転者によって設定されたブレーキ力目標値Ｆsollが供給される制御回路２６は電動機６のための制御信号ＩEMを生じる。図１に示した実施の形態の場合、力測定装置２３は４個の抵抗線ひずみゲージ３７を備えた力測定要素３４によって形成されている。この力測定要素は前述の穴３５を閉鎖するねじ付きピンとして形成されている。この固定方法により、測定装置２３または３４は簡単に交換可能である。
【００２４】
図から更に判るように、穴３５は特に段付き穴として形成されている。この場合、第１の球欠部４２は２つの区間５６，５７を有し、この区間の直径は段付き穴の直径に一致している。従って、ねじ付きスピンドル１４内での球欠部４２の申し分のない案内が保証される。その際、大きな直径の第１の区間５６では、前述の押圧棒４１が支持され、小径の第２の区間５７はねじ付きピン３４の軸方向突出部３６に力伝達的に連結されているかあるいは特に球の一部の形に形成されたその端部に軸方向に接触している。概略的に示した抵抗線ひずみゲージ３７はホイートストンブリッジに接続されている。この場合、垂直力を測定するための対向する２個の抵抗線ひずみゲージがねじ付きピン内に配置され、他の両抵抗線ひずみゲージが温度補正のために使用される。抵抗線ひずみゲージをホイートストンブリッジとして接続することにより、ブレーキング中に発生する高い温度（２５０℃以下）による個々の抵抗線ひずみゲージに対する影響が補正される。しかし、他の回路を用いることができる。この回路の場合には、４個の抵抗線ひずみゲージが２つの対として２個のホイートストンブリッジに接続される。この場合、冗長的な両ブリッジは力測定装置のエラー検出のために適し、妥当性チェックによる再構成が可能である。更に、電圧に依存する透磁性（磁歪効果）の変化を測定することによって力を測定することができる。本発明に従って形成された球欠部材４２の使用により、球欠部材４２に作用する垂直力と横方向力が分離され、横方向力成分が側方からねじスピンドル１４に導出されるので、測定結果が悪くなることがない。
【００２５】
図２に示した本発明対象物の実施の形態の場合には、前述の力測定装置がロードセル３６として形成されている。その際、このロードセル３６は特にねじ付きスピンドル１４の穴３５内に配置され、本発明によるディスクブレーキの操作時に、ねじ付きスピンドル１４によって加えられる締付け力が球欠部材４２に伝達され、それによって締付け力の検出が可能である。
【００２６】
図３に示した本発明の実施の形態の場合には、力測定装置２３がスピンドル穴３５を閉鎖する底３８の範囲に形成されている。そのために、底３８には、薄い材料厚さの範囲３９，４０が形成されている。一方、中央には力伝達要素５８が設けられている。力伝達要素５８には前述の押圧部材４２が軸方向で接触している。従って、押圧棒４１の操作時に、範囲３９，４０が変形する。材料変形の検出は例えば図示していない抵抗線ひずみゲージによって行うことができる。この抵抗線ひずみゲージは押圧片４２と反対側の底３８の側に接着されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電気機械的に操作可能な本発明によるディスクブレーキの第１の実施の形態の軸方向断面図である。
【図２】図２は本発明対象物の第２の実施の形態の、図１と同様な図である。
【図３】図３は本発明による電気機械式ディスクブレーキの第３の実施の形態の、図１と同様な図である。
【符号の説明】
１    ブレーキキャリパ
２    操作ユニット
３    ブレーキディスク
４    摩擦パッド
５    摩擦パッド
６    電動機
７    減速装置
８    ケーシング
９    ステータ
１０  ロータ
１１  ねじ付きナット
１２  ねじ付きローラ
１３  ねじ付きローラ
１４  スピンドル
１５  拡大部
１６  ラジアル軸受
１７  軸受内側リング
１８  軸受外側リング
１９  円筒ころ
２０  リゾルバ
２１  リング
２２  リング
２３  力測定装置
２４  力伝達板
２５  回転防止部材
２６  制御回路
２７  シール
２８  支持体
２９  永久磁石
３０  操作要素
３１  蓋
３２  保持リング
３３  冷却リブ
３４  力測定要素
３５  穴
３６  ロードセル
３７  抵抗線ひずみゲージ
３８  底
３９  範囲
４０  範囲
４１  押圧棒
４２  球欠部材
４３  球欠部材
４４  突出部
４５  ベロー
４６  太陽歯車
４７  遊星歯車
４８  リング
４９  内歯歯車
５０  内歯
５１  ニードルベアリング
５２  ボールベアリング
５３  レース
５４  レース
５５  範囲
５６  区間
５７  区間
５８  力伝達要素
【図１】
0004116084.tif 000002
【図２】
0004116084.tif 000003
【図３】
0004116084.tif 000004