DE19907958A1 - Disc brake for motor vehicles and cycloidal gear pairs has electromechanical drive with cycloidal transmission acting on turning lever - Google Patents
Disc brake for motor vehicles and cycloidal gear pairs has electromechanical drive with cycloidal transmission acting on turning leverInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Getriebe mit Zykloidenverzahnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.The invention relates to a disc brake for vehicles according to the preamble of Claim 1 and a gear with cycloid teeth according to the preamble of Claim 10.
Eine gattungsgemäße Scheibenbremse ist aus der DE 42 12 405 bekannt. Die Me chanik der in dieser Schrift gezeigten, pneumatisch betätigten Scheibenbremse hat sich im Einsatzbereich "Nutzfahrzeuge" gut bewährt.A generic disc brake is known from DE 42 12 405. The Me has the pneumatically actuated disc brake shown in this document has proven itself well in the field of "commercial vehicles".
Die Erfindung setzt ausgehend von der in der gattungsbildenden Schrift gezeigten Konstruktion bei dem Problem an, eine elektromechanisch betätigte Scheibenbrem se zu schaffen. Zwar sind elektromagnetisch betätigte Bremsen an sich bekannt. Diese bekannten elektromechanischen Bremsen eignen sich jedoch bisher nicht für die im Nutzfahrzeugbereich auftretenden hohen Kräfte.The invention is based on that shown in the generic script Construction on the problem, an electromechanically operated disc brake to create it. Electromagnetically actuated brakes are known per se. However, these known electromechanical brakes have so far not been suitable for the high forces occurring in the commercial vehicle sector.
Die Erfindung schafft eine Scheibenbremse für Fahrzeuge mit einem eine Brems scheibe umfassenden Bremssattel, einer auf einer Seite des Bremssattels angeord neten Zuspannvorrichtung, wobei die Zuspannvorrichtung einen Drehhebel aufweist, welcher vorzugsweise wenigstens einen etwa halbzylindrischen Exzenteransatz umfaßt, wobei vorzugsweise ferner der Exzenteransatz in einem Halbschalenlager gelagert ist und über das Halbschalenlager oder über eine Exzenterwelle auf einen Kolben und direkt oder über weitere Elemente auf eine im Bremssattel verschieblich gelagerte Bremsbacke einwirkt. Auf den Drehhebel wirkt ferner wenigstens ein elek tromechanischer Antrieb mit einem Zykloidengetriebe. Vorzugsweise sind zwei elek tromechanische Antriebe zur Bildung einer Sicherheits-Rückfallebene vorgesehen.The invention provides a disc brake for vehicles with a brake disc-containing brake caliper, one arranged on one side of the brake caliper neten application device, wherein the application device has a rotary lever, which is preferably at least an approximately semi-cylindrical eccentric approach comprises, preferably also the eccentric approach in a half-shell bearing is stored and on the half-shell bearing or via an eccentric shaft Piston and directly or via other elements on one in the brake caliper mounted brake shoe acts. At least one elek also acts on the rotary lever tromechanical drive with a cycloid gear. Preferably two are tromechanical drives are provided to form a safety fallback level.
Die Erfindung läßt die an sich bewährte Bremsmechanik pneumatischer Scheiben bremsen weitgehend unverändert und ersetzt lediglich an geeigneter Stelle die pneumatische Betätigung durch einen auf den elektrischen Drehhebel einwirkenden elektromechanischen Antrieb mit einem Zykloidengetriebe. Ergänzt werden kann dieser elektromotorische Antrieb durch einen elektromagnetisch - oder aber auch pneumatisch - betätigten Federspeicher- oder Kombizylinder als Feststellbremse.The invention leaves the proven brake mechanism of pneumatic disks brake largely unchanged and only replaces the at a suitable point pneumatic actuation by an acting on the electric rotary lever electromechanical drive with a cycloid gear. Can be added this electromotive drive by an electromagnetic - or else pneumatic - operated spring-loaded or combination cylinder as a parking brake.
Die Erfindung schafft ferner ein besonders für Scheibenbremsen geeignetes Getrie be mit folgenden Getriebelementen: eine Antriebswelle mit Exzenter, ein ein- oder mehrteiliges Zwischenrad mit zwei axial zueinander versetzten Außenverzahnungen, ein fester Gehäuseabschnitt mit einer Innenverzahnung und ein Abtriebsrad mit In nenverzahnung. Dieses Getriebe ermöglicht bei einer sehr geringen Baugröße (bzw. bei einer geringen Anzahl an Zähnen) sehr hohe Übersetzungen. Da stets mehrere Zähne eines Zahnrades im Eingriff sind, ist im Vergleich zu konventionellen Plane tengetrieben die Belastung der Zähne gering. Dadurch lassen sich sehr hohe Mo mente übertragen.The invention also provides a transmission which is particularly suitable for disc brakes be with the following gear elements: a drive shaft with eccentric, a one or multi-part idler gear with two axially offset external gears, a fixed housing section with internal teeth and a driven gear with In internal gear. With a very small size (or with a small number of teeth) very high ratios. Because there are always several Teeth of a gearwheel are engaged compared to conventional tarpaulin The tooth load is low. This allows very high Mo transferred.
Durch eine Variante des Getriebes ist es möglich, die Reibung im Getriebe weiter zu verringern und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen. Hierbei bestehen die Zähne des Festrades und des Abtriebsrades aus Rollen, die in Gleit- oder Wälzlagern gelagert sind. In Anwendungsfällen, bei welchen ein möglichst spielfreies Getriebe erforder lich ist (z. B. bei Industrierobotern) kann das Verspannen der beiden Zahnkränze des Zwischenrades durch Federn erfolgen. Die Zahnkränze des Zwischenrades sind dann nicht mehr aus einem Teil gefertigt, sondern sie bestehen aus zwei Teilen, welche durch die Federelemente miteinander verbunden sind.A variant of the transmission makes it possible to further increase the friction in the transmission reduce and thus increase the efficiency. Here are the teeth of the Fixed gear and the driven gear from rollers, which are mounted in plain or roller bearings are. In applications where a gear as free of play as possible is required Lich (e.g. with industrial robots) the bracing of the two sprockets of the Intermediate wheel done by springs. The ring gears of the idler gear are then no longer made from one part, but they consist of two parts, which are connected to each other by the spring elements.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous developments of the invention are the other subclaims refer to.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the drawing described in more detail. It shows:
Fig. 1 eine schematische, teilgeschnittene Darstellung eines ersten Ausführungsbei spiels der Erfindung; Fig. 1 is a schematic, partially sectioned illustration of a first game Ausführungsbei of the invention;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines für die Bremse aus Fig. 1 geeigneten Getriebes; FIG. 2 shows a sectional illustration of a gear suitable for the brake from FIG. 1;
Fig. 2 eine weitere Ansicht des Getriebes aus Fig. 2; FIG. 2 shows a further view of the transmission from FIG. 2;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines weiteren für die Bremse aus Fig. 1 geeigneten Getriebes. Fig. 4 is a sectional view of another gear suitable for the brake of Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Scheibenbremse 1 für (Nutz-)Fahrzeuge mit einem eine Brems scheibe 3 umfassenden Bremssattel 5. Auf einer Seite der Bremsscheibe 3 ist eine Zuspannvorrichtung 7 in den Bremssattel 5 eingesetzt, welche einen Drehhebel 9 aufweist, der in seinem unteren Bereich etwa halbzylindrische Exzenteransätze 11 aufweist, die zur Bremsscheibe 3 hin über Halbschalenlager 13 gegen einen Kolben (oder gegen eine Traverse mit daran befestigten Stellspindeln) 15 drücken, der über eine Feder 17 abgestützt ist und verschiebbar im Gehäuse/Sattel 5 gelagert ist. Fig. 1 shows a disc brake 1 for (commercial) vehicles with a brake disc 3 comprising a caliper 5th On one side of the brake disc 3 , an application device 7 is inserted into the brake caliper 5 , which has a rotary lever 9 , which in its lower region has approximately semi-cylindrical eccentric lugs 11 , which extend to the brake disc 3 via half-shell bearings 13 against a piston (or against a crossbar attached adjusting spindles) 15 , which is supported by a spring 17 and is slidably mounted in the housing / saddle 5 .
Der Kolben 15 ermöglicht ein Vordrücken der Druckplatte 18 in Richtung der Brems scheibe 3. Dabei wird die Bremsbacke 19 direkt und - über Reaktionskräfte auch die auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 3 angeordnete Bremsbacke 21 indirekt - zugespannt. Insoweit entspricht der Aufbau der Scheibenbremse - bis auf die um 180° gedrehte Anordnung des Drehhebels, dessen Halbschalenlager sich bei bekannten Bremsen oftmals gegen den Bremssattel abstützen, prinzipiell dem be kannten Aufbau pneumatischer Scheibenbremsen. Bremsscheibenabgewandt liegt der halbzylindrische Exzenteransatz des Drehhebels an einer Exzenterwelle 23, die an einem Bremssattelvorsprung 25 abgestützt ist. Bei einer Bewegung des Drehhe bels 9 dreht sich dieser um die Exzenterwellenachse 23'. Durch die exzentrische Anordnung bzw. durch eine Art Spreizkeilwirkung der Exzenteransätze 11 wird dabei der Kolben 15 in Richtung der Bremsscheibe 3 gedrückt.The piston 15 allows the pressure plate 18 to be advanced in the direction of the brake disk 3 . The brake shoe 19 is applied directly and - via reaction forces also the brake shoe 21 arranged on the opposite side of the brake disc 3 - is applied indirectly. In this respect, the structure of the disc brake corresponds to the known structure of pneumatic disc brakes - except for the 180 ° rotated arrangement of the rotary lever, the half-shell bearings of which are often supported against the brake caliper in known brakes. The semi-cylindrical eccentric extension of the rotary lever faces away from the brake disc on an eccentric shaft 23 which is supported on a brake caliper projection 25 . When the rotary lever 9 moves, it rotates about the eccentric shaft axis 23 '. Due to the eccentric arrangement or a kind of expansion wedge effect of the eccentric lugs 11 , the piston 15 is pressed in the direction of the brake disc 3 .
In dem - bezogen auf die Darstellung der Fig. 1 oberen - Abschnitt des Bremssattels 5 ist eine Öffnung 27 vorgesehen, an die ein Bremszylinder angeflanscht werden kann. Dabei kann es sich um einen pneumatisch betätigten Bremszylinder (auch ei nen Kombizylinder) handeln oder aber um einen elektromechanisch betätigten Fe derspeicher zur Betätigung der Feststellbremse (nicht dargestellt). Über den (hier nicht dargestellten) Bremszylinder wird die Feststellbremse betätigt. Dabei greift in bekannter Weise der Stößel bzw. die Kolbenstange des Bremszylinders in die Aus nehmung 29 des Drehhebels 9 ein. Während somit die Feststellbremse in bekannter Weise betätigt wird, erfolgen Betriebsbremsungen über einen zum Bremszylinder separaten elektromechanischen Antrieb.In the - based on the representation of FIG. 1 - section of the brake caliper 5 , an opening 27 is provided, to which a brake cylinder can be flanged. This can be a pneumatically operated brake cylinder (also a combination cylinder) or an electromechanically operated spring accumulator for actuating the parking brake (not shown). The parking brake is actuated via the brake cylinder (not shown here). In this case, the plunger or the piston rod of the brake cylinder engages in the recess 29 from the rotary lever 9 in a known manner. While the parking brake is thus actuated in a known manner, service braking is carried out via an electromechanical drive which is separate from the brake cylinder.
Der elektromechanische Antrieb umfaßt zwei Zug-/Druckstangen 31, 33, welche am oberen und unteren Ende der halbzylindrischen Ansätze des Drehhebels 9 ange lenkt sind. Die beiden Zug-/Druckstangen 31, 33 sind vom Drehhebel 9 aus brems scheibenabgewandt im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Ihre brems scheibenabgewandten Enden sind an die zwei einander gegenüberliegenden Um fangsabschnitte eines Abtriebsrades 35 eines Zykloidengetriebes 37 angelenkt, wel ches von zwei Elektromotoren 39 angetrieben wird.The electromechanical drive comprises two pull / push rods 31 , 33 which are deflected at the upper and lower ends of the semi-cylindrical approaches of the rotary lever 9 . The two pull / push rods 31 , 33 are arranged from the rotary lever 9 facing away from the brake substantially parallel to each other. Their ends facing away from the brake are articulated to the two mutually opposite circumferential sections of an output gear 35 of a cycloidal gear 37 , which is driven by two electric motors 39 .
Wird durch die Elektromotoren 39 ein Moment eingeleitet, dreht sich der Drehhebel 9 durch die erzwungene Bewegung der Zug-/Druckstangen 31, 33 um die Exzenterwel le 23. Die Exzenterfläche des Drehhebels 9 bewirkt dabei eine Längsbewegung des Kolbens 15, der über die Rückstellfeder 17 und die Druckplatte 18 die Zuspannkraft erzeugt.If a moment is initiated by the electric motors 39 , the rotary lever 9 rotates by the forced movement of the pull / push rods 31 , 33 around the eccentric shaft 23 . The eccentric surface of the rotary lever 9 causes a longitudinal movement of the piston 15 , which generates the clamping force via the return spring 17 and the pressure plate 18 .
Nachfolgend soll der Aufbau eines geeigneten Getriebes 37 näher beschrieben wer den. Das Getriebe 37 ermöglicht in nur zwei Stufen Übersetzungen von mehreren hundert Prozent. Das Getriebe 37 umfaßt im wesentlichen nur vier Bauteile: eine Antriebswelle 45 mit Exzenter 47, der in ein ein- oder mehrteiliges Zwischenrad 49 mit zwei axial zueinander versetzten Außenverzahnungen 49a, 49b eingreift, wobei der Exzenter der Antriebswelle 45 das Zwischenrad 49 mit der Außenverzahnung 49a gegen die Innenverzahnung 41a eines feststehenden Gehäuseabschnittes 41 und mit der Außenverzahnung 49b gegen die Innenverzahnung 43 eines Abtriebsra des 51 drückt. Der Exzenter 47 der Antriebswelle 45 bewegt das Zwischenrad 49 auf einer Kreisbahn. Dabei wälzt das Zwischenrad 49 auf dem feststehenden Gehäuse abschnitt 41 ab und dreht sich dabei um die eigene Achse. Gegenüber der An triebswelle 45 erfolgt dabei eine Umkehrung der Drehrichtung. Die Drehzahl des Zwischenrades 49 ist abhängig von der Größe bzw. der Zähnezahl von Zwischenrad 49 und Gehäuseabschnitt 41. Eingefaßt wird das Getriebe durch einen auf das Ge häuseabschnitt 41 aufgesetzten Gehäusedeckel 53.The structure of a suitable transmission 37 is described in more detail below. The transmission 37 enables translations of several hundred percent in only two stages. The transmission 37 essentially comprises only four components: a drive shaft 45 with an eccentric 47 , which engages in a one or more part intermediate gear 49 with two axially offset external toothings 49 a, 49 b, the eccentric of the drive shaft 45 connecting the intermediate gear 49 with the External teeth 49 a presses against the inner teeth 41 a of a fixed housing section 41 and with the outer teeth 49 b against the inner teeth 43 of an output gear 51 . The eccentric 47 of the drive shaft 45 moves the intermediate wheel 49 on a circular path. The idler gear 49 rolls on the stationary housing section 41 and rotates around its own axis. Compared to the drive shaft 45 there is a reversal of the direction of rotation. The speed of the intermediate wheel 49 is dependent on the size or the number of teeth of the intermediate wheel 49 and the housing section 41 . The transmission is bordered by a housing cover 53 placed on the housing section Ge 41 .
Durch eine möglichst geringe Zähnezahldifferenz lassen sich große Übersetzungen realisieren. Bei konventionellen Evolventenverzahnungen sind Zähnezahldifferenzen von minimal zehn möglich. Bei Spezialverzahnungen - z. B. bei einer Zykloidenver zahnung - kann das Zwischenrad aber auch nur einen einzigen Zahn weniger als das innenverzahnte Gehäuseabschnitt 41 aufweisen. Bei jeder Umdrehung der An triebswelle 45 dreht sich das Zwischenrad 49 um einen Zahn in entgegengesetzter Richtung. Hat das Zwischenrades 49 fünfzig Zähne und der Gehäuseabschnitt 41 einundfünfzig Zähne ergibt sich daher eine Übersetzung von 50 : 1. Dieses Getriebe prinzip ist zwar bei Zykloidengetrieben an sich bereits bekannt. Das erfindungsge mäße Getriebe 37 nutzt diesen Effekt der hohen Übersetzung jedoch zweimal aus. So wälzt der zweite Zahnkranz 49b des Zwischenrades 49 auf dem Abtriebsrad 51 ab. Das Abtriebsrad 51 dreht sich in derselben Richtung wie die Antriebswelle 45. Die Übersetzung der einzelnen Stufen multiplizieren sich dann zu der Gesamtüber setzung des Getriebes 37. Bei bekannten Zykloidengetrieben 37 erfolgt der Abtrieb vielfach über Zapfen, die sich in Bohrungen im Abtriebsrad abwälzen. Bei dem Ge triebe 37 kann dagegen aufgrund des Eingriffes der zweiten Getriebestufe in das Abtriebsrad auf derartige Zapfen verzichtet werden.Large gear ratios can be achieved with the smallest possible difference in the number of teeth. With conventional involute gears, tooth differences of at least ten are possible. For special gears - e.g. B. in a Zykloidenver toothing - the intermediate gear can also have only a single tooth less than the internally toothed housing section 41 . With each revolution of the drive shaft 45 , the idler gear 49 rotates by one tooth in the opposite direction. If the intermediate gear 49 has fifty teeth and the housing section 41 has fifty-one teeth, this results in a gear ratio of 50: 1. This gear principle is already known per se in cycloid gears. However, the transmission 37 according to the invention takes advantage of this high gear ratio effect twice. Thus, the second sprocket 49 circulates b of the intermediate gear 49 from the driven wheel on the 51st The driven gear 51 rotates in the same direction as the drive shaft 45 . The translation of the individual stages then multiply to the overall translation of the transmission 37th In known cycloid gears 37 , the output takes place in many cases via pins which roll in bores in the output gear. In Ge gear 37 , however, can be dispensed with such pins due to the engagement of the second gear stage in the driven gear.
Das Getriebe der Fig. 4 unterscheidet sich von dem der Fig. 2 und 3 insbesondere dadurch, daß die beiden Enden der Exzenter-Antriebswelle 45 jeweils durch Öffnun gen eines Gehäuses 55 geführt sind, wobei außerhalb des Gehäuses 55 in zwei Gehäusedeckeln 55a, 55b auf den Enden der Exzenter-Antriebswelle 45 jeweils eine Getriebevorstufe 57 angeordnet ist, welche jeweils als Rad 59 mit einer seitlich um laufenden Ausnehmung 61 mit Innenverzahnung ausgebildet ist, in das jeweils einer von zwei Elektromotoren 39, 39' eingreift. Dadurch kann einerseits das Getriebe von den zwei Elektromotoren 39, 39' gleichzeitig angetrieben werden und es bleibt beim Ausfall von einem der zwei Elektromotoren stets noch einer der zwei Elektromotoren als Sicherheits-Rückfallstufe einsatzbereit und kann ggf. allein eine Bremsung einlei ten. Die Exzenterwelle treibt wiederum nach Art der Fig. 2 und 3 das Zwischenrad 49, das an einer Innenverzahnung eines Festrades 63 abwälzt und auf das Ab triebsrad 41' mit Lagerzapfen 65 einwirkt. The transmission of FIG. 4 differs from that of FIGS. 2 and 3 in particular in that the two ends of the eccentric drive shaft 45 are each guided through openings in a housing 55 , outside the housing 55 in two housing covers 55 a, 55 b on the ends of the eccentric drive shaft 45 , a gear pre-stage 57 is arranged, which is designed as a wheel 59 with a laterally running recess 61 with internal teeth, in which one of two electric motors 39 , 39 'engages. As a result, on the one hand, the transmission can be driven by the two electric motors 39 , 39 'at the same time, and if one of the two electric motors fails, one of the two electric motors always remains ready for use as a safety fallback stage and, if necessary, can initiate braking alone. The eccentric shaft drives again in the manner of FIGS. 2 and 3, the intermediate gear 49 , which rolls on an internal toothing of a fixed gear 63 and acts on the drive gear 41 'with journal 65 .
11
Scheibenbremse
Disc brake
33rd
Bremsscheibe
Brake disc
55
Bremssattel
Brake caliper
77
Zuspannvorrichtung
Application device
99
Drehhebel
Rotary lever
1111
Exzenteransätze
Eccentric approaches
1313
Halbschalenlager
Half-shell bearing
1515
Traverse
traverse
1717th
Feder
feather
1818th
Druckplatte
printing plate
1919th
, ,
2121
Bremsbacke
Brake shoe
2323
Exzenterwelle
Eccentric shaft
2525th
Bremssattelvorsprung
Brake caliper projection
2727
Öffnung
opening
2929
Ausnehmung
Recess
3131
, ,
3333
Zug-/Druckstangen
Draw / push rods
3535
Abtriebsrades
Driven wheel
3737
Zykloidengetriebe
Cycloid gear
3939
Elektromotoren
Electric motors
4141
Gehäuseabschnitt
Housing section
4343
Innenverzahnung
Internal teeth
4545
Antriebswelle
drive shaft
4747
Exzenter
eccentric
4949
Zwischenrad
Idler gear
5151
Abtriebsrad
Output gear
5353
Gehäusedeckel
Housing cover
5555
Gehäuse
casing
5555
a, a,
5555
b Gehäusedeckel
b Housing cover
5757
Getriebevorstufe
Gearbox preliminary stage
5959
Rad
wheel
6161
Ausnehmung
Recess
6363
Festrad
Fixed gear
6565
Lagerzapfen
Bearing journal
Claims (11)
- a) einem eine Bremsscheibe (3) umfassenden Bremssattel (5),
- b) einer auf einer Seite des Bremssattels (5) angeordneten Zuspannvorrichtung (7),
- c) wobei die Zuspannvorrichtung (7) einen Drehhebel (9) aufweist, welcher vor zugsweise wenigstens einen etwa halbzylindrischen Exzenteransatz (11) umfaßt,
- d) wobei vorzugsweise ferner der Exzenteransatz (11) in einem Halbschalenla ger (13) gelagert ist und über das Halbschalenlager (13) oder über eine Ex zenterwelle (23) auf einen Kolben (15) und direkt oder über weitere Elemente auf eine im Bremssattel (5) verschieblich gelagerte Bremsbacke (19, 21) ein wirkt,
- a) wenigstens einen auf den Drehhebel (9) einwirkenden elektromechanischen Antrieb (39) mit einem Getriebe (37) mit einer Zykloidenverzahnung.
- a) a brake caliper ( 5 ) comprising a brake disc ( 3 ),
- b) an application device ( 7 ) arranged on one side of the brake caliper ( 5 ),
- c) wherein the application device ( 7 ) has a rotary lever ( 9 ) which preferably comprises at least one approximately semi-cylindrical eccentric projection ( 11 ),
- d) preferably also the eccentric approach ( 11 ) is mounted in a half-shell bearing ( 13 ) and via the half-shell bearing ( 13 ) or via an eccentric shaft ( 23 ) on a piston ( 15 ) and directly or via further elements on a in the brake caliper ( 5 ) slidably mounted brake shoe ( 19 , 21 ) acts,
- a) at least one on the rotary lever ( 9 ) acting electromechanical drive ( 39 ) with a gear ( 37 ) with a cycloid toothing.
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