WO2009124810A1 - Selbstverstärkende elektromechanische bremse - Google Patents
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- F16D2127/10—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having wedging elements
Definitions
- the invention relates to self-energizing, electro-mechanical brakes, especially disc brakes for motor vehicles.
- an electric actuator applies an actuating force which applies friction linings of the brake to a component to be braked, such as a rotating brake disk or brake drum.
- a frictional force occurs which counteracts the relative movement of the friction lining and the component to be braked.
- the brake is shown schematically in FIG.
- the brake has a rotatable brake disk 401, an actuating force generating an electrical actuator 402 and actuated by the actuator 402 friction member 403 with a friction lining.
- the actuator 402 acts on the friction member 403 via a wedge arrangement 404 with a wedge angle ⁇ , in order to press the friction member 403 against the brake disk 401.
- the wedge assembly 404 By pressing the wedge assembly 404 with the wedge angle ⁇ through the actuator 402 in the X direction onto an abutment with the same wedge angle ⁇ , the wedge assembly 404 tries to escape in the Y direction towards the rotating brake disk 401.
- a disadvantage of the previously known construction is that the self-reinforcing effect only occurs when the feed direction of the wedge arrangement with respect to the abutment coincides with the direction of movement of the brake disc.
- the brake disc rotates in the opposite direction, the entrainment effect transmitted to the wedge assembly as a result of the frictional force acts against the delivery force of the actuator.
- the Mit Spotify bin causes the wedge assembly to move out of the abutment.
- a self-attenuation of the braking effect occurs instead of an increase in the braking effect, a self-attenuation of the braking effect.
- the actuator To actuate the brake, the actuator must act in addition to the force required to provide the actual braking force, in addition to the motive force, which is transmitted from the brake disc by means of the frictional force on the wedge assembly. As a result, the actuator must be designed to be very powerful in order to provide a desired braking performance in such an arrangement, regardless of the direction of rotation of the brake disc can.
- the brake has an electric actuator 502 which generates an actuation force and acts on at least one friction member 503 to urge it to cause a frictional force against a member 501 of the brake to be braked.
- a self-reinforcing device consisting of two opposing wedge plates 504, 504 'arranged. Between the wedge plates 504, 504 'rolling elements 505 are provided for reducing friction.
- wedge plates with alternating rising and falling wedge surfaces has the advantage that in two opposite directions of movement of a braked component, a self-reinforcing braking effect can be achieved. In a reversal of the direction of movement occurs in conventional brakes, however, a significant relative movement between the two wedge plates, so that such brakes have a big game.
- the brake has one around Rotary axis rotatable component to be braked, a friction member assembly, an actuator assembly for generating an actuating force and a self-energizing device with at least two oppositely oriented wedge surfaces.
- the friction member arrangement comprises at least two mutually separated friction members and the actuator assembly at least two actuators that can be controlled separately from each other, wherein each actuator is associated with an actuator.
- the actuator arrangement for actuating the two oppositely oriented wedge surfaces is mechanically very complicated.
- the two actuators act as two wedge mechanisms to be controlled separately.
- the two wedge surfaces must be moved from one extreme position to an opposite extreme position.
- embodiments of the present invention are directed to a self-energizing electromechanical brake, which has a self-reinforcing irrespective of a direction of movement of a component to be braked and has only a lesser degree of play in a reversal of the direction of movement.
- the electromechanical brake has an electric actuator, a first, second and third wedge element and a friction member.
- the electric actuator can be, for example, an electric or hydraulic motor which is suitable for causing a translatory movement. This translational movement can be provided directly (for example by means of a linear motor) or indirectly (for example via a spindle drive).
- the first wedge element is translationally displaceable by the actuator and has at least one first wedge surface and at least one fourth wedge surface.
- the second wedge element has at least one second wedge surface, which is arranged opposite the at least one first wedge surface.
- the third wedge element has at least one third wedge surface, which is arranged opposite the at least one fourth wedge surface of the first wedge element. If the first, second and third wedge elements each have a plurality of wedge surfaces, then the opposite arrangement takes place such that the corresponding wedge surfaces of the wedge elements lie opposite one another in pairs.
- the first and second wedge members are each supported so as to generate a force upon relative displacement along the first and second wedge surfaces. According to one embodiment, this force with the direction of movement of the relative displacement includes a minimum angle of between 25 ° and 85 ° and in particular between 60 ° and 80 °. Further, the first and third wedge members are each supported so as to also generate a force upon relative displacement along the fourth and third wedge surfaces.
- this force with the direction of movement of the relative displacement includes a minimum angle of between 25 ° and 85 ° and in particular between 60 ° and 80 °.
- the provision of the third wedge element with the third wedge surface and the provision of the fourth wedge surface on the first wedge element has the consequence that depending on a direction of movement of the component to be braked selectively between the first wedge surface and the second wedge surface or the third wedge surface and the fourth wedge surface Abutment for generating a force is formed, which is directed in the direction of the component to be braked and thus provides a normal force for generating a frictional force between the friction member andPassbremsendem component.
- the first actuator may be connected to the first wedge member to effect a translational movement of the first wedge member. Further, a second actuator may be provided and connected to the third wedge member to effect a translational movement of the third wedge member. In this way, the first wedge element and the third wedge element can be displaced separately from each other translationally.
- the provision of separate actuators for the first and third wedge element has the further advantage that in case of failure of, for example, the first actuator on the opposing third and fourth faces by the second actuator still indirectly a translational displacement of the first wedge member can be effected. Thus, an emergency function of the brake is possible even in case of failure of the first actuator.
- the provision of a second actuator for the third wedge element is not absolutely necessary.
- the first actuator may alternatively also be connected to the third wedge element instead of the first wedge element, and the translational displacement of the first wedge element indirectly via the opposing third and fourth wedge surfaces cause.
- a spring can be arranged between the first and the third wedge element in order to bias the first wedge element in the direction of the third wedge element.
- the spring may also be provided a driver, which allows only a certain clearance between the first and third wedge member. Since in this case only one actuator is required to operate the brake, this brake has a particularly simple structure. Further, it is ensured in such a construction that the first and third wedge element are always optimally biased, so that in a reversal of the direction of movement of the component to be braked a play of the brake is particularly low.
- first and third wedge elements can be translationally displaceable in directions which correspond approximately to the direction of movement and the opposite direction of the component to be braked.
- a direction which corresponds approximately to a direction of movement is understood to mean a direction which, with the direction of movement or opposite direction, includes a smallest angle of less than 30 ° and in particular less than 20 °.
- the second wedge element is stationary in this direction.
- Embodiments further include a spring disposed between the first and third wedge members to bias the third wedge member against the first wedge member.
- a releasable reverse lock is provided which allows movement of the third wedge member only in the direction of the opposite first wedge surface of the first wedge member. It is ensured by the spring that a clearance between the first and third wedge element is minimal. By the reverse lock is ensured in a sudden reversal of the direction of movement of the component to be braked that a play of the brake is as small as possible. To realize a parking brake, the brake can continue one
- Locking device to lock at least one of the first and third wedge member de-energized in a locked position. It should be understood under no-current that further energy supply to the brake after effecting the lock is not required. Next is under a detected
- At least one of the first and second actuators can be controlled by means of this sensor.
- the friction member may optionally be formed with a friction lining.
- the friction member may be formed as a receptacle for a friction lining to act on the friction lining against the component to be braked.
- a separate design of friction member and friction lining has the advantage that the maintenance and repair costs of the brake are low.
- the friction member may also be integrated in the first and / or second wedge member.
- rolling elements are arranged according to an embodiment between the at least one first wedge surface and the at least one second wedge surface.
- rolling elements can also be arranged between the at least one third wedge surface and the at least one fourth wedge surface.
- the at least one first wedge surface and the at least one second wedge surface may be in sliding contact with each other in pairs. Additionally or alternatively, the at least one third wedge surface and the at least a fourth wedge surface in pairs are in sliding contact with each other.
- the friction member may optionally be connected only to the first wedge member or only to the second wedge member or to both first and second wedge members. If the friction member is connected to both the first and the second wedge member, it is possible to provide a brake which acts on a component to be braked on two opposite sides. As a result, a deflection of the component to be braked during braking can be effectively avoided.
- the second wedge element can be integrated in a brake caliper, so that the normal forces are supported on both sides of the component to be braked, via one arm of the caliper a friction member on the first wedge element, which is supported on the second wedge element, attacks, and on the other Arm of the caliper attacks a directly attached friction member.
- a first friction member may be connected to the first wedge member and a second friction member may be connected to the second wedge member.
- the second wedge element can be translationally displaceable in directions which are substantially perpendicular to the direction of movement and the opposite direction of the component to be braked.
- a force is understood whose vector with the direction of movement includes a smallest angle of between 85 ° and 90 °, preferably between 85 ° and 90 ° and in particular 90 °.
- this direction of movement of the second component also corresponds to the direction of the braking force to be applied to the component to be braked.
- the third wedge element has at least one fifth wedge surface and the first wedge element at least one sixth wedge surface, which is arranged opposite the at least one fifth wedge surface in pairs.
- the first and third wedge members are each supported so as to generate a force upon relative displacement between the two first and third wedge members along the fifth and sixth wedge surfaces.
- the force with the direction of movement of the relative displacement for example, include a minimum angle of between 25 ° and 85 ° and in particular between 60 ° and 80 °.
- the friction member acts against the component to be braked.
- a method of controlling a brake having the above-described structure comprises the steps of: moving the first wedge member having the first and fourth wedge surfaces to control the force applied against the component to be braked, continuously determining the position of the first one Wedge element, and automatically tracking the third wedge member in response to the determined position of the first wedge member to ensure that the third wedge surface of the third wedge member is always applied to the fourth wedge surface of the first wedge member.
- It shows 1A is a schematic side view of a first embodiment of the brake in the open state
- Fig. IB is a schematic side view of the brake of Figure IA in the closed state
- Fig. 2A is a schematic side view of a second
- FIG. 2B shows a schematic side view of the brake from FIG. 2A in the closed state
- FIG. 2C schematically shows a perspective view of the brake from FIGS. 2A, 2B in the closed state
- Fig. 3A is a schematic side view of a third embodiment of the brake, which is obtained by modification of the first embodiment
- Fig. 3B is a schematic side view of a fourth embodiment of the brake obtained by a modification of the second embodiment
- Fig. 4 is a brake of the prior art
- Fig. 5 shows another brake from the prior art.
- Figure IA shows a schematic side view of the brake in the open
- Figure IB is a schematic side view of the brake in the closed state.
- the brake has a first wedge element 3 with a first wedge surface 31 and a fourth wedge surface 32, which enclose an angle ⁇ with one another.
- the angle ß 140 °.
- the present invention is not limited to such an angle ⁇ . Rather, it is generally sufficient if the angle ⁇ between 90 ° and 160 ° and in particular between 130 ° and 150 °.
- the first wedge element 3 is connected via a push rod 21 '' hingedly connected to a motor 21 'of a first electrical actuator 21 and translationally displaceable by means of the actuator 21, wherein the direction of the displacement has a running in the X direction movement component. In the embodiment shown, the displacement takes place directly in the direction of R.
- the first wedge surface 31 is pressed onto a second wedge surface 41 of a second wedge element 4, which second wedge surface 41 is arranged opposite the first wedge surface 31. Since the second wedge member 4 is fixed in the movement direction X of the first wedge member 3, the first and second wedge surfaces 31 and 41 slide against each other in the direction R, resulting in displacement of the first and second wedge members 3 and 4 in the Y direction.
- the friction force F, F ' is substantially perpendicular to a movement direction B of the component 6 to be braked.
- the component 6 to be braked is a brake disk and the friction members 51 and 52 are brake linings integrally formed with the first and second wedge elements 3 and 4.
- the friction members 51, 52 may also be separate members releasably secured to the first and second wedge members 3 and 4.
- the second wedge member 4 surrounds the component 6 to be braked so that a friction member 52 fixed to the second wedge member 4 is opposed to a friction member 51 fixed to the first wedge member 3, with the component 6 to be braked between the friction members 51 and 52 located.
- the second wedge element was integrated into a caliper.
- the braking force occurring measured by means of a sensor, not shown, and the motor 21 'of the first actuator 21 is controlled so that by slightly moving the first wedge member 3 back and forth of the second wedge surface 41 of the second wedge member 4 (in X-direction or R-direction) is ensured that the self-amplification of the brake is not too large.
- a third wedge member 7 having a third wedge surface 71 is provided, which third wedge surface 41 of the fourth wedge surface 32 of the first wedge member 3 is disposed opposite to each other.
- the third wedge element is connected via a push rod 22 "to a motor 22 'of a second actuator 22.
- the motor 22 ' of the second actuator is controlled so that it always automatically ensures, when the brake is actuated, that the third wedge surface 71 'of the third wedge element 7 bears against the fourth wedge surface 32 of the first wedge element 3.
- the fourth wedge surface 32 has a slope opposite to the first wedge surface 31 of the first wedge element.
- the first and second wedge surfaces 31 and 41 and the third and fourth wedge surfaces 71 and 32 are complementary to each other and are formed opposite to each other.
- a locking device is integrated (not specifically shown in the figures) to lock the first and third wedge members 3 and 7 in a fixed position without power ,
- This locking device can serve as a parking brake, for example, but is only optional.
- FIGS. 2A to 2C are schematic side views of the brake 1, Figure 2A showing the brake in the open (i.e., unactuated) and Figure 2B the brake in the closed (i.e., actuated) state.
- Figure 2C shows a perspective view of the brake 1 in the closed state.
- the first actuator 21 is shown simplified in the form of a push rod 21 ''.
- the friction member 53 is a receptacle for a friction lining
- Friction lining acts on the component 6 to be braked.
- the second embodiment shown in FIGS. 2A to 2C differs from the first embodiment described above in particular in that the first wedge element and the second wedge element are designed as wedge plates 3, 4 lying opposite one another.
- the first wedge plate 3 alternately has first wedge surfaces 31 'and 31''of opposite inclination.
- the second wedge plate 4 also alternately has second wedge surfaces 41 'and 41''of opposite inclination.
- first wedge surfaces 31 ', 31''and second wedge surfaces 41', 41 '' are arranged in pairs opposite each with the same orientation inclined. Accordingly, rising wedge surfaces 31 '' of the first wedge plate 3 are rising wedge surfaces 41 'of the second wedge plate 4 and sloping Wedge surfaces 31 'of the first wedge plate 3 sloping wedge surfaces 41''of the second wedge plate 4 opposite.
- rolling elements can optionally also be arranged between the pairs of opposed third wedge surfaces 71 of the third wedge element 7 and fourth wedge surfaces 32 of the first wedge plate 3.
- the fourth wedge surfaces 32 of the first wedge plate 3 are formed on projections 3 'on both sides of the first wedge plate 3.
- the third wedge element 7 is designed in several parts and therefore has a plurality of individual wedges each having a third wedge surface 71.
- the multi-part formed third wedge element 7 is supported by guides 11 ', H' ', wherein the individual parts of the multi-part third wedge element 7 via a push rod 22' 'are interconnected.
- Push rod 22 '' further arranged a coupling device 9, which enables a mechanical decoupling of the push rod 22 '' of the motor 22 '.
- the coupling device 9 is formed in this embodiment, the push rod 22 'selectively fix in a desired position.
- the operation of the brake according to the second embodiment is the same as in the first embodiment.
- the first wedge plate 3 is displaced relative to the second wedge plate 4 in the X direction, which is approximately parallel to the direction of movement B of the component 6 to be braked. Since the distance between the pairwise opposed first and second wedge surfaces 31 ', 41''of the first and second wedge plates 3, 4 can not decrease due to the interposed rolling elements 10, the first wedge plate 3 in the direction R, and thus on the component to be braked to 6, distracted. As a result, the friction lining 51 carried by the friction member is pressed with the force F to the component 6 to be braked.
- the multi-part third wedge element 7 is tracked by the second actuator 22, so that the third wedge surfaces 71 of the third wedge element 7 always rest on the fourth wedge surfaces 32 which are formed on the projections 3 'of the wedge plate 3. In this way, even with a reversal of the direction of movement of the component 6 to be braked, a self-reinforcing effect can always be achieved.
- the projections 3 'and the individual wedges of the wedge element 7 are symmetrical on both sides of the wedge element Wedge plate 3 is formed. This prevents that acting on the first wedge plate 3 a rotational force.
- FIG. 3A shows a modification of the first embodiment of the brake 1. Since the third embodiment shown in Figure 3A builds on the first embodiment shown in Figures IA and IB and described in detail, only the differences between these two embodiments will be explained in more detail below.
- only one actuator 22 is provided, which is connected to the third wedge element 7 and displaces the third wedge element 7 in the translational X direction.
- a spring 8 is disposed between the first wedge member 3 and the third wedge member 7, which biases the fourth wedge surface 32 of the first wedge member 3 toward the third wedge surface 71 of the third wedge member 7.
- the spring 8 may be replaced by a dog which allows some play between the first and third wedge members 3, 7.
- first and third wedge element 3 and 7 it is advantageous that only one actuator 22 is required for the displacement of the first and third wedge element 3 and 7.
- the first wedge element 3 can be displaced translationally by displacement of the third wedge element 7 indirectly in the X direction toward the second wedge surface 41 of the second wedge element 4.
- a retraction of the first wedge element 3 is possible due to the spring 8, wherein the spring 8 must be designed to be correspondingly stiff.
- FIG. 3B shows a fourth embodiment of the brake 1. This is based on the third embodiment, and therefore the description of the same element and modes of operation is omitted.
- the third wedge element 7 has at least a fifth wedge surface 72 and the first one Wedge plate 3 at least a sixth wedge surface 33, wherein the sixth wedge surface 33 of the fifth wedge surface 72 is arranged in pairs opposite one another.
- the sixth wedge surface 33 is formed on the projection 3 'of the first wedge plate 3.
- a spring 8 is provided to bias the multi-part third wedge element 7 so that the third wedge surface 79 of the third wedge element 7 is always pressed against the fourth wedge surface 32 of the first wedge plate 3.
- angles ⁇ and ⁇ ' are equal. This is not necessary. So these angles can also be designed differently large.
- the brake shown in FIG. 3B has the advantage that, independently of a primary direction of movement B, B 'of the component 6 to be braked, a self-intensifying braking effect can always be achieved with a reversal of the direction of movement with extremely little play.
- the reason is that with corresponding entrainment of the (multi-part) third wedge element 7 always wedge surfaces 71 of the third wedge element 7 in pairs rest against corresponding wedge surfaces 32, 33 of the first wedge plate 3.
- the first wedge plate 3 is moved in the direction R''and generates a contact force F.
- This contact force F closes with the Movement direction R '' of the first wedge plate 3 a smallest angle ⁇ ' 1 of 57 °.
- the present invention is not limited to precisely this angle. Reference sign list
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Abstract
Eine elektromechanische Bremse (1), insbesondere für Fahrzeuge, wird offenbart, ein erstes Keilelement (3) mit wenigstens einer ersten Keilfläche (31; 31', 31"), welches erste Keilelement (3) durch einen ersten Aktor (21, 22) translatorisch verschiebbar ist, ein zweites Keilelement (4) mit wenigstens einer zweiten Keilfläche (41; 41', 41"), welche ersten Keilfläche (31; 31', 31") gegenüberliegend angeordnet ist und ein Reibglied (51, 52) aufweist. Dabei sind die Keilelemente (3, 4) jeweils so gelagert, um bei einer Relativverschiebung (R) eine Kraft (F, F' ) zu erzeugen. Weiter ist ein drittes Keilelement (7) mit wenigstens einer dritten Keilfläche (71) vorgesehen, wobei das erste Keilelement (3) wenigstens eine vierte Keilfläche (32;32', 32") aufweist, welche der wenigstens einen dritten Keilfläche (71) gegenüberliegend angeordnet ist. Dabei sind auch das erste und dritte Keilelement (3, 7) jeweils so gelagert, um bei einer Relatiwerschiebung (R') eine Kraft (F, F') zu erzeugen. Infolge der erzeugten Kraft (F, F') wirkt das Reibglied (51, 52) gegen ein abzubremsendes Bauteil (6).
Description
Beschreibung
Selbstverstärkende elektromechanische Bremse
Die Erfindung betrifft selbstverstärkende, elektromechanische Bremsen, insbesondere Scheibenbremsen für Kraftfahrzeuge.
Bei solchen Bremsen bringt ein elektrischer Aktor eine Betätigungskraft auf, welche Reibbeläge der Bremse an ein abzubremsendes Bauteil wie beispielsweise eine sich drehende Bremsscheibe oder Bremstrommel anlegt. In Abhängigkeit von einer Normalkraft (Anpresskraft) der Reibbeläge an das abzubremsende Bauteil und dem von den für Reibbelag und abzubremsendes Bauteil verwendeten Materialien abhängigen Reibungskoeffizienten tritt eine Reibkraft auf, welche der Relativbewegung von Reibbelag und abzubremsenden Bauteils entgegen wirkt.
Um nicht die gesamte Normalkraft mittels des Aktors aufbringen zu müssen, wurde die Verwendung von selbstverstärkenden Bremsen vorgeschlagen. Bei selbstverstärkenden Bremsen wird die Bewegungsenergie des abzubremsenden Bauteils teilweise zum Aufbringen der Normalkraft genutzt. Dabei wird angestrebt, dass nahezu die ganze erforderliche Normalkraft aus der Bewegungsenergie des abzubremsenden Bauteils gewonnen wird, so dass der Aktor nur noch zum Steuern der Höhe der Normalkraft verwendet werden muss .
Das Grundprinzip einer solchen Bremse ist aus der DE 198 19 564 C2 bekannt und in diesem Dokument detailliert beschrieben. Bei dieser vorbekannten Bremse ist zwischen dem abzubremsenden Bauteil und dem elektrischen Aktor eine rein mechanische Anordnung vorhanden, die zur Selbstverstärkung der vom elektrischen Aktor erzeugten Betätigungskraft führt. Diese mechanische Anordnung zur Selbstverstärkung besteht aus einem Keil mit einem Steigungswinkel α, der sich gleitend oder rollend an einem zugehörigen Widerlager abstützt. Weiter
ist eine Einrichtung zum Vergleichen eines Sollwertes der Reibkraft mit dem Istwert der Reibkraft vorhanden, die bei einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert den elektrischen Aktor zum entsprechenden Erhöhen oder Verringern der erzeugten Betätigungskraft ansteuert und so den Istwert dem Sollwert der Reibkraft angleicht.
Aus der DE 101 51 950 B4 ist eine selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremse bekannt. Die Bremse ist in Figur 4 schematisch gezeigt. Die Bremse weist eine drehbare Bremsscheibe 401, einen eine Betätigungskraft erzeugenden, elektrischen Aktor 402 und ein von dem Aktor 402 betätigtes Reibglied 403 mit einem Reibbelag auf. Der Aktor 402 wirkt über eine Keilanordnung 404 mit einem Keilwinkel α auf das Reibglied 403, um das Reibglied 403 an die Bremsscheibe 401 anzupressen. Indem die Keilanordnung 404 mit dem Keilwinkel α durch den Aktor 402 in X-Richtung auf ein Widerlager mit dem gleichen Keilwinkel α gedrückt wird, versucht die Keilanordnung 404 in Y-Richtung hin zu der drehenden Bremsscheibe 401 auszuweichen. Hierdurch wird eine Anpresskraft senkrecht zur Bremsscheibe 401 erzeugt. Sobald der Reibbelag des Reibglieds 403 in Kontakt mit der Bremsscheibe 401 kommt, wird das Reibglied 403 und damit auch die Keilanordnung 404 aufgrund der zwischen Reibglied 403 und Bremsscheibe 401 auftretenden Reibkraft in Drehrichtung der Bremsscheibe mitgenommen. Auf diese Weise wird die Keilanordnung 404 über den Anpressdruck des Aktors 402 hinaus in X-Richtung gegen das Widerlager gedrückt und die Anpresskraft verstärkt.
Nachteilig an dem vorbekannten Aufbau ist jedoch, dass der Selbstverstärkungseffekt nur dann auftritt, wenn die Zustellrichtung der Keilanordnung in Bezug auf das Widerlager mit der Bewegungsrichtung der Bremsscheibe übereinstimmt. Wenn sich die Bremsscheibe hingegen in die entgegengesetzte Richtung dreht, wirkt der infolge der Reibkraft über das Reibglied an die Keilanordnung übertragene Mitnahmeneffekt entgegen der Zustellkraft des Aktors. Dies bedeutet, dass der
Mitnahmeeffekt die Keilanordnung veranlasst, sich aus dem Widerlager herauszubewegen. Hierdurch tritt anstelle einer Verstärkung der Bremswirkung eine Selbstschwächung der Bremswirkung ein. Zur Betätigung der Bremse muss der Aktor neben der Kraft, die erforderlich ist, um die eigentliche Bremskraft bereitzustellen, zusätzlich gegen die Bewegungskraft wirken, welche von der Bremsscheibe mittels der Reibungskraft auf die Keilanordnung übertragen wird. In der Folge muss der Aktor sehr leistungsstark ausgebildet sein, um bei einer derartigen Anordnung unabhängig von der Drehrichtung der Bremsscheibe eine gewünschte Bremsleistung bereitstellen zu können.
Eine weitere elektromechanische Bremse für Fahrzeuge ist aus der DE 10 2005 055 295 Al bekannt und in Figur 5 schematisch gezeigt. Die Bremse weist einen elektrischen Aktor 502 auf, der eine Betätigungskraft erzeugt und auf zumindest ein Reibglied 503 wirkt, um dieses zum Hervorrufen einer Reibkraft gegen ein abzubremsendes Bauteil 501 der Bremse zu drücken. Zwischen dem Reibglied 503 und dem Aktor 502 ist eine Selbstverstärkungseinrichtung bestehend aus zwei sich gegenüberliegenden Keilplatten 504, 504' angeordnet. Zwischen den Keilplatten 504, 504' sind zur Reibungsverminderung Wälzkörper 505 vorgesehen.
Dabei hat die Verwendung von Keilplatten mit abwechselnd ansteigenden und abfallenden Keilflächen den Vorteil, dass in zwei entgegengesetzte Bewegungsrichtungen eines abzubremsenden Bauteils eine selbstverstärkende Bremswirkung erzielt werden kann. Bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung tritt bei herkömmlichen Bremsen jedoch eine erhebliche Relativbewegung zwischen den beiden Keilplatten auf, so dass derartige Bremsen ein großes Spiel aufweisen.
Eine weitere elektromechanische Bremse zum Abbremsen eines sich drehenden Bauteils, insbesondere einer Antriebswelle einer Maschine oder eines Kraftfahrzeugrades, ist aus der DE 103 19 082 B3 bekannt. Die Bremse weist ein um eine
Drehachse drehbares abzubremsendes Bauteil, eine Reibgliedanordnung, eine Aktoranordnung zur Erzeugung einer Betätigungskraft und eine Selbstverstärkungseinrichtung mit wenigstens zwei entgegengesetzt orientierten Keilflächen auf. Dabei ist vorgesehen, dass die Reibgliedanordnung wenigstens zwei voneinander getrennt ausgebildete Reibglieder und die Aktoranordnung wenigstens zwei separat voneinander ansteuerbare Aktoren aufweist, wobei jedem Reibglied ein Aktor zugeordnet ist. Bei Betätigung der Aktoranordnung verlagert sich wenigstens ein Reibglied der Reibgliedanordnung durch die Betätigungskraft des diesem zugeordneten Aktors entlang einer der Keilflächen und erzeugt Druck in Richtung des abzubremsenden Bauteils.
Bei dem vorliegenden Aufbau ist nachteilig, dass die Aktoranordnung zur Betätigung der beiden entgegengesetzt orientierten Keilflächen mechanisch sehr aufwendig ist. Die beiden Aktoren wirken wie zwei getrennt zu steuernde Keilmechanismen. Im Falle einer Belastungsumkehr besteht die Gefahr, dass bis zur Wieder-Erreichung der maximalen Bremskraft ein hohes Spiel auftritt, da die beiden Keilflächen von einer Extremstellung in eine gegenüberliegende Extremstellung verlagert werden müssen.
Ausgehend hiervon sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf eine selbstverstärkende elektromechanische Bremse gerichtet, welche unabhängig von einer Bewegungsrichtung eines abzubremsenden Bauteils eine Selbstverstärkung aufweist und bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung nur ein geringeres Spiel aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einer elektromechanischen Bremse mit den Merkmalen des Oberbegriffes des unabhängigen Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen .
Gemäß einer Ausführungsform weist die elektromechanische Bremse einen elektrischen Aktor, ein erstes, zweites und drittes Keilelement sowie ein Reibglied auf. Bei dem elektrischen Aktor kann es sich beispielsweise um einen elektrischen oder hydraulischen Motor handeln, der geeignet ist, eine translatorische Bewegung zu bewirken. Diese translatorische Bewegung kann direkt (beispielsweise mittels eines Linearmotors) oder indirekt (beispielsweise über ein Spindelgetriebe) bereitgestellt werden. Das erste Keilelement ist durch den Aktor translatorisch verschiebbar und weist wenigstens eine erste Keilfläche sowie wenigstens eine vierte Keilfläche auf. Das zweite Keilelement weist wenigstens eine zweite Keilfläche auf, welche der wenigstens einen ersten Keilfläche gegenüberliegend angeordnet ist. Das dritte Keilelement weist wenigstens eine dritte Keilfläche auf, welche der wenigstens einen vierten Keilfläche des ersten Keilelements gegenüberliegend angeordnet ist. Weisen das erste, zweite und dritte Keilelement jeweils mehrere Keilflächen auf, so erfolgt die gegenüberliegende Anordnung so, dass sich die entsprechenden Keilflächen der Keilelemente paarweise gegenüber liegen. Das erste und zweite Keilelement sind jeweils so gelagert, dass sie bei einer Relativverschiebung entlang der ersten und zweiten Keilflächen eine Kraft erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform schließt diese Kraft mit der Bewegungsrichtung der Relativverschiebung einen kleinsten Winkel von zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° ein. Weiter sind das erste und dritte Keilelement jeweils so gelagert, dass sie bei einer Relativverschiebung entlang der vierten und dritten Keilfläche ebenfalls eine Kraft erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform schließt diese Kraft mit der Bewegungsrichtung der Relativverschiebung einen kleinsten Winkel von zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° ein. Infolge der durch die Relativverschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten bzw. zwischen dem ersten und dem dritten Keilelement erzeugten Kraft drückt das Reibglied gegen das abzubremsende Bauteil.
Das Bereitstellen des dritten Keilelements mit der dritten Keilfläche und das Vorsehen der vierten Keilfläche an dem ersten Keilelement hat zur Folge, dass in Abhängigkeit von einer Bewegungsrichtung des abzubremsenden Bauteils wahlweise zwischen der ersten Keilfläche und der zweiten Keilfläche oder der dritten Keilfläche und der vierten Keilfläche ein Widerlager zur Erzeugung einer Kraft gebildet wird, welche in Richtung des abzubremsenden Bauteils gerichtet ist und so eine Normalkraft zur Erzeugung einer Reibungskraft zwischen Reibglied und abzubremsendem Bauteil bereitstellt. Durch Anlage der dritten Keilfläche des dritten Keilelements an die vierte Keilfläche des ersten Keilelements während des Bremsens wird ein Spiel, welches auftritt, wenn sich eine Bewegungsrichtung des abzubremsenden Bauteils ändert, besonders gering gehalten.
Der erste Aktor kann mit dem ersten Keilelement verbunden sein, um eine translatorische Bewegung des ersten Keilelements zu bewirken. Weiter kann ein zweiter Aktor vorgesehen und mit dem dritten Keilelement verbunden sein, um eine translatorische Bewegung des dritten Keilelements zu bewirken. Auf diese Weise können das erste Keilelement und das dritte Keilelement getrennt voneinander translatorisch verlagert werden. Das Vorsehen von separaten Aktoren für das erste und dritte Keilelement hat den weiteren Vorteil, dass bei einem Ausfall von beispielsweise dem ersten Aktor über die sich gegenüberliegenden dritten und vierten Teilflächen durch den zweiten Aktor immer noch mittelbar eine translatorische Verschiebung des ersten Keilelements bewirkt werden kann. Somit wird auch bei Ausfall des ersten Aktors eine Notfallfunktion der Bremse ermöglicht.
Das Vorsehen eines zweiten Aktors für das dritte Keilelement ist jedoch nicht zwingend erforderlich. So kann der erste Aktor alternativ auch mit dem dritten Keilelement statt mit dem ersten Keilelement verbunden sein und über die sich gegenüberliegenden dritten und vierten Keilflächen die translatorische Verschiebung des ersten Keilelements indirekt
bewirken. Um gleichwohl ein Lösen des ersten Keilelements aus dem Widerlager mit dem zweiten Keilelement zu ermöglichen, kann in dieser Ausführungsform zwischen dem ersten und dem dritten Keilelement eine Feder angeordnet sein, um das erste Keilelement in Richtung des dritten Keilelements vorzuspannen. Alternativ zur Feder kann auch ein Mitnehmer vorgesehen sein, der nur ein gewisses Spiel zwischen erstem und drittem Keilelement erlaubt. Da in diesem Fall nur ein Aktor erforderlich ist, um die Bremse zu betätigen, hat diese Bremse einen besonders einfachen Aufbau. Weiter wird bei einem derartigen Aufbau sichergestellt, dass das erste und dritte Keilelement immer optimal vorgespannt sind, so dass bei einer Umkehrung der Bewegungsrichtung des abzubremsenden Bauteils ein Spiel der Bremse besonders gering ist.
Weiter können das erste und dritte Keilelement translatorisch in Richtungen verschiebbar sein, welche in etwa der Bewegungsrichtung und Gegenrichtung des abzubremsenden Bauteils entsprechen. Dabei wird unter einer Richtung, die in etwa einer Bewegungsrichtung entspricht, eine Richtung verstanden, die mit der Bewegungsrichtung bzw. Gegenrichtung einen kleinsten Winkel von kleiner 30° und insbesondere kleiner 20° einschließt. Um die gewünschte Selbstverstärkung der Bremse zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das zweite Keilelement in dieser Richtung ortsfest ist.
Ausführungsformen weisen weiter eine zwischen dem ersten und dem dritten Keilelement angeordnete Feder auf, um das dritte Keilelement gegen das erste Keilelement vorzuspannen. Weiter ist eine lösbare Rückwärtssperre vorgesehen, welche eine Bewegung des dritten Keilelements nur in Richtung der gegenüberliegenden ersten Keilfläche des ersten Keilelements erlaubt. Dabei ist aufgrund der Feder sichergestellt, dass ein Spiel zwischen dem ersten und dritten Keilelement minimal ist. Durch die Rückwärtssperre ist bei einer plötzlichen Umkehr der Bewegungsrichtung des abzubremsenden Bauteils sichergestellt, dass ein Spiel der Bremse möglichst klein ist .
Zur Realisierung einer Parkbremse kann die Bremse weiter eine
Arretiervorrichtung aufweisen, um wenigstens eines von dem ersten und dritten Keilelement stromlos in einer festgestellten Stellung zu arretieren. Dabei soll unter stromlos verstanden werden, dass eine weitere Energiezufuhr zu der Bremse nach Bewirkung der Arretierung nicht erforderlich ist. Weiter soll unter einer festgestellten
Stellung eine Stellung verstanden werden, bei welcher die sich gegenüberliegenden Keilflächen eine Bremskraft erzeugen.
Zur Steuerung der Bremse kann es vorteilhaft sein, einen Sensor vorzusehen, um eine erzeugte Bremskraft zu messen. Mittels dieses Sensors kann wenigstens einer von dem ersten und zweiten Aktor gesteuert werden.
Das Reibglied kann wahlweise mit einem Reibbelag ausgebildet sein. Alternativ kann das Reibglied als Aufnahme für einen Reibbelag ausgebildet sein, um über den Reibbelag gegen das abzubremsende Bauteil zu wirken. Eine separate Ausbildung von Reibglied und Reibbelag hat den Vorteil, dass die Wartungsund Instandhaltungskosten der Bremse gering sind. Das Reibglied kann auch in das erste und/oder zweite Keilelement integriert sein.
Zur Verringerung der Reibungskraft zwischen den sich gegenüberliegenden Keilflächen sind gemäß einer Ausführungsform zwischen der mindestens einen ersten Keilfläche und der wenigstens einen zweiten Keilfläche Wälzkörper angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können auch zwischen der wenigstens einen dritten Keilfläche und der wenigstens einen vierten Keilfläche Wälzkörper angeordnet sein .
Alternativ können die wenigstens eine erste Keilfläche und die wenigstens eine zweite Keilfläche paarweise miteinander in Gleitverbindung stehen. Zusätzlich oder alternativ können auch die wenigstens eine dritte Keilfläche und die wenigstens
eine vierte Keilfläche paarweise miteinander in Gleitverbindung stehen.
Das Reibglied kann wahlweise nur mit dem ersten Keilelement oder nur mit dem zweiten Keilelement oder mit beiden ersten und zweiten Keilelementen verbunden sein. Ist das Reibglied sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Keilelement verbunden, ist es möglich, eine Bremse bereitzustellen, welche an zwei sich gegenüberliegenden Seiten auf ein abzubremsendes Bauteil wirkt. Hierdurch kann ein Ausweichen des abzubremsenden Bauteils beim Bremsen wirksam vermieden werden. Hierzu kann das zweite Keilelement in einem Bremssattel integriert sein, so dass sich die Normalkräfte beidseits des abzubremsenden Bauteils abstützen, wobei über den einen Arm des Bremssattels ein Reibglied über das erste Keilelement, das sich an dem zweiten Keilelement abstützt, angreift, und über den anderen Arm des Bremssattels ein daran direkt angebrachtes Reibglied angreift.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein erstes Reibglied mit dem ersten Keilelement und ein zweites Reibglied mit dem zweiten Keilelement verbunden sein. Weiter kann das zweite Keilelement in Richtungen translatorisch verschiebbar sein, welche zur Bewegungsrichtung und Gegenrichtung des abzubremsenden Bauteils im Wesentlichen senkrecht stehen. Dabei wird unter einer Richtung, die zu einer Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht ist, eine Kraft verstanden, deren Vektor mit der Bewegungsrichtung einen kleinsten Winkel von zwischen 85° und 90°, bevorzugt zwischen 85° und 90° und insbesondere 90° einschließt. Diese Bewegungsrichtung des zweiten Bauteils entspricht in der Regel auch der Richtung der auf das abzubremsende Bauteil aufzubringenden Bremskraft.
In Ausführungsformen weist das dritte Keilelement wenigstens eine fünfte Keilfläche und das erste Keilelement wenigstens eine sechste Keilfläche auf, welche der wenigstens einen fünften Keilfläche paarweise gegenüberliegend angeordnet ist.
Weiter sind das erste und dritte Keilelement jeweils so gelagert, um bei einer Relativverschiebung zwischen den beiden ersten und dritten Keilelementen entlang der fünften und sechsten Keilflächen eine Kraft zu erzeugen. Dabei kann die Kraft mit der Bewegungsrichtung der Relativverschiebung beispielsweise einen kleinsten Winkel von zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° einschließen. Infolge der erzeugten Kraft wirkt das Reibglied gegen das abzubremsende Bauteil.
Weiter wird ein Verfahren zum Steuern einer Bremse mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau vorgeschlagen, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Verfahren des ersten Keilelements mit der ersten und vierten Keilfläche, um die gegen das abzubremsende Bauteil wirkende Kraft zu steuern, kontinuierliches Ermitteln der Lage des ersten Keilelements, und automatisches Nachführen des dritten Keilelements in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des ersten Keilelements, um sicherzustellen, dass die dritte Keilfläche des dritten Keilelements immer an der vierten Keilfläche des ersten Keilelements anliegt.
Gemäß einer Ausführungsform sind weiter die folgenden Schritte vorgesehen: automatisches Blockieren einer Verlagerung des dritten Keilelements in eine Richtung, welche der Richtung einer zeitlich zuletzt vorangegangenen Verlagerung des ersten Keilelements im wesentlichen entgegengesetzt ist, und wahlweises Lösen der Blockierung der Verlagerung des dritten Keilelements, falls die Blockierung einem gewünschten Verfahren des ersten Keilelements entgegensteht .
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
Dabei zeigt
Fig. IA eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Bremse in offenem Zustand;
Fig. IB eine schematische Seitenansicht der Bremse aus Figur IA in geschlossene Zustand;
Fig. 2A eine schematische Seitenansicht einer zweiten
Ausführungsform der Bremse in offenem Zustand;
Fig. 2B eine schematische Seitenansicht der Bremse aus Figur 2A in geschlossenem Zustand;
Fig. 2C schematisch eine perspektivische Ansicht der Bremse aus Figuren 2A, 2B in geschlossenem Zustand;
Fig. 3A eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Bremse, welche durch Abwandlung der ersten Ausführungsform erhalten wird;
Fig. 3B eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Bremse, welche durch Abwandlung der zweiten Ausführungsform erhalten wird;
Fig. 4 eine Bremse aus dem Stand der Technik; und
Fig. 5 eine weitere Bremse aus dem Stand der Technik.
Im Folgenden wird eine erste Erstausführungsform der Bremse unter Bezugnahme auf die Figuren IA und IB beschrieben. Dabei zeigt Figur IA eine schematische Seitenansicht der Bremse in offenem und Figur IB eine schematische Seitenansicht der Bremse in geschlossenem Zustand.
Wie aus den Figuren IA und IB ersichtlich, weist die Bremse ein erstes Keilelement 3 mit einer ersten Keilfläche 31 und einer vierten Keilfläche 32 auf, welche miteinander einen Winkel ß einschließen. In der gezeigten Ausführungsform
beträgt der Winkel ß = 140°. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Winkel ß beschränkt. Vielmehr ist es allgemein ausreichend, wenn der Winkel ß zwischen 90° und 160° und insbesondere zwischen 130° und 150° beträgt. Das erste Keilelement 3 ist über eine Schubstange 21' ' gelenkig mit einem Motor 21' eines ersten elektrischen Aktors 21 verbunden und mittels des Aktors 21 translatorisch verlagerbar, wobei die Richtung der Verlagerung eine in X- Richtung verlaufende Bewegungskomponente aufweist. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Verlagerung direkt in Richtung R.
In Folge einer Verlagerung des ersten Keilelements 3 wird die erste Keilfläche 31 auf eine zweite Keilfläche 41 eines zweiten Keilelements 4 gedrückt, welche zweite Keilfläche 41 der ersten Keilfläche 31 gegenüberliegend angeordnet ist. Da das zweite Keilelement 4 in der Bewegungsrichtung X des ersten Keilelements 3 ortsfest ist, gleiten die ersten und zweiten Keilflächen 31 und 41 aneinander in Richtung R ab und führen zu einer Verlagerung des ersten und zweiten Keilelements 3 und 4 in Y-Richtung. Geraten die Reibglieder 51 und 52 aufgrund einer Verlagerung des ersten und zweiten Keilelements 3 und 4 in Y-Richtung in Anlage mit einem abzubremsenden Bauteil 6, welches zwischen Reibgliedern 51 und 52 angeordnet ist, die jeweils mit dem ersten und zweiten Keilelement 3 und 4 verbunden sind, so werden die Reibglieder 51 und 52 bei weiterer Betätigung gegen das abzubremsende Bauteil 6 gedrückt. In der Folge tritt eine Reibungskraft F, F' zwischen den Reibgliedern 51 und 52 und dem abzubremsenden Bauteil 6 auf. Diese Reibungskraft F, F' schließt mit der Bewegungsrichtung R der Relativverschiebung des ersten und zweiten Keilelements 3, 4 einen kleinsten Winkel δ von 73° ein. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Winkel beschränkt. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der kleinste Winkel δ zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° beträgt. In der Folge steht die Reibungskraft F, F' auf eine Bewegungsrichtung B des abzubremsenden Bauteils 6 im Wesentlichen senkrecht.
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem abzubremsenden Bauteil 6 um eine Bremsscheibe und bei den Reibgliedern 51 und 52 um mit den ersten und zweiten Keilelementen 3 und 4 einstückig ausgebildete Bremsbeläge. Die Reibglieder 51, 52 können jedoch auch separate Elemente sein, die an den ersten und zweiten Keilelementen 3 und 4 lösbar befestigt sind.
In der ersten Ausführungsform umgreift das zweite Keilelement 4 das abzubremsende Bauteil 6, so dass ein an dem zweiten Keilelement 4 befestigtes Reibglied 52 einem an dem ersten Keilelement 3 befestigten Reibglied 51 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei sich das abzubremsende Bauteil 6 zwischen den Reibgliedern 51 und 52 befindet. Hierbei wurde das zweite Keilelement in einen Bremssattel integriert.
In Folge einer Drehbewegung des abzubremsenden Bauteils 6 in Richtung B tritt aufgrund von Reibung zwischen den Reibgliedern 51 und 52 und dem abzubremsenden Bauteil 6 eine Mitnahmebewegung des ersten Keilelements 3 in Richtung der zweiten Keilfläche 41 des zweiten Keilelements 4 auf, wodurch eine Selbstverstärkung der Bremse auftritt.
Dabei kann vorteilhaft sein, wenn die auftretende Bremskraft mittels eines nicht gezeigten Sensors gemessen und der Motor 21' des ersten Aktors 21 so gesteuert wird, dass durch geringfügiges Vor- und Zurückbewegen des ersten Keilelements 3 von der zweiten Keilfläche 41 des zweiten Keilelements 4 (in X-Richtung bzw. R-Richtung) dafür gesorgt ist, dass die Selbstverstärkung der Bremse nicht zu groß wird.
Weiter ist in dieser Ausführungsform ein drittes Keilelement 7 mit einer dritten Keilfläche 71 vorgesehen, welche dritte Keilfläche 41 der vierten Keilfläche 32 des ersten Keilelements 3 gegenüberliegend angeordnet ist. Das dritte Keilelement ist über eine Schubstange 22 ' ' mit einem Motor 22' eines zweiten Aktors 22 verbunden. Der Motor 22'
des zweiten Aktors wird so gesteuert, dass er bei Betätigung der Bremse automatisch immer sicherstellt, dass die dritte Keilfläche 71' des dritten Keilelements 7 an der vierten Keilfläche 32 des ersten Keilelements 3 anliegt. Kommt es zu einer Bewegungsumkehr des abzubremsenden Bauteils 6, so dass sich dieses nun in Richtung B' bewegt, gleitet die vierte Keilfläche 32 des ersten Keilelements 3 aufgrund des Mitnahmeeffekts in Richtung R' an der dritten Keilfläche 71 des dritten Keilelements 7 ab. In der Folge tritt eine Reibungskraft F zwischen dem Reibglied 51 und dem abzubremsenden Bauteil 6 auf. Diese Anpresskraft F schließt mit der Bewegungsrichtung R' der Relativverschiebung des ersten und dritten Keilelements 3, 7 einen kleinsten Winkel δ' von 68° ein. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Winkel beschränkt. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der kleinsten Winkel δ' zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° beträgt. In der Folge steht die Reibungskraft F auf der Bewegungsrichtung B' des abzubremsenden Bauteils 6 im Wesentlichen senkrecht.
Da die Nachstellung des dritten Keilelements 7 bereits in vorgespanntem Zustand der Bremse erfolgt, tritt auch bei einer Bewegungsumkehr des abzubremsenden Bauteils 6 nahezu spielfrei eine Selbstverstärkung der Bremse auf.
Sollte der Motor 21' des ersten Aktors 21 aufgrund eines Defektes ausfallen, ist mittels der in Figuren IA und IB gezeigten Bremse eine Notbremsung möglich, indem das erste Keilelement 3 mittelbar durch Betätigung des Motors 22 ' des zweiten Aktors 22 von dem dritten Keilelement 7 gegen die zweite Keilfläche 41 des zweiten Keilelements 4 gedrückt wird.
Ersichtlich weist die vierte Keilfläche 32 eine gegenüber der ersten Keilfläche 31 des ersten Keilelements entgegengesetzte Neigung auf. Die erste und zweite Keilfläche 31 und 41 sowie die dritte und vierte Keilfläche 71 und 32 sind zueinander jeweils komplementär und gegenüberliegend ausgebildet.
Weiter ist in der Ausführungsform in die Motoren 21' und 22' des ersten und zweiten Aktors 21 und 22 jeweils eine Arretiervorrichtung integriert (in den Figuren nicht eigens gezeigt) , um das erste und dritte Keilelement 3 und 7 stromlos in einer festgestellten Stellung zu arretieren. Diese Arretiervorrichtung kann beispielsweise als Parkbremse dienen, ist jedoch nur fakultativ.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2A bis 2C eine zweite Ausführungsform der Bremse 1 erläutert. Dabei zeigen Figuren 2A und 2B schematisch Seitenansichten der Bremse 1, wobei die Figur 2A die Bremse in offenem (d.h. unbetätigtem) und Figur 2B die Bremse in geschlossenem (d.h. betätigten) Zustand zeigt. Figur 2C zeigt eine perspektivische Ansicht der Bremse 1 in geschlossenem Zustand.
In dieser Ausführungsform ist der erste Aktuator 21 vereinfacht in Form einer Schubstange 21' ' dargestellt.
Weiter ist das Reibglied 53 als Aufnahme für einen Reibbelag
(nicht gezeigt) ausgebildet, wobei das Reibglied 53 über den
Reibbelag auf das abzubremsende Bauteil 6 wirkt.
Die in den Figuren 2A bis 2C gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass das erste Keilelement und das zweite Keilelement als einander gegenüberliegende Keilplatten 3, 4 ausgebildet sind. Die erste Keilplatte 3 weist abwechselnd erste Keilflächen 31' und 31' ' mit entgegengesetzter Neigung auf. Die zweite Keilplatte 4 weist ebenfalls abwechselnd zweite Keilflächen 41' und 41' ' mit entgegengesetzter Neigung auf. Dabei sind erste Keilflächen 31', 31' ' und zweite Keilflächen 41', 41' ' mit jeweils gleich orientierter Neigung paarweise gegenüberliegend angeordnet. Entsprechend liegen ansteigende Keilflächen 31' ' der ersten Keilplatte 3 ansteigenden Keilflächen 41' der zweiten Keilplatte 4 und abfallende
Keilflächen 31' der ersten Keilplatte 3 abfallenden Keilflächen 41' ' der zweiten Keilplatte 4 gegenüber.
Zwischen den paarweise gegenüber angeordneten Keilflächen 31', 41' ' und 31' ', 41' sind Wälzkörper 10 angeordnet, um die Reibung zwischen den Keilplatten 3, 4 gering zu halten.
Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, können wahlweise auch zwischen den sich paarweise gegenüberliegenden dritten Keilflächen 71 des dritten Keilelements 7 und vierten Keilflächen 32 der ersten Keilplatte 3 Wälzkörper angeordnet sein. In dieser Ausführungsform sind die vierten Keilflächen 32 der ersten Keilplatte 3 auf Vorsprüngen 3' beidseits der ersten Keilplatte 3 ausgebildet.
In der zweiten Ausführungsform ist das dritte Keilelement 7 mehrteilig ausgebildet und weist daher mehrere Einzelkeile mit jeweils einer dritten Keilfläche 71 auf. Das mehrteilig ausgebildete dritte Keilelement 7 ist durch Führungen 11', H' ' gelagert, wobei die einzelnen Teile des mehrteiligen dritten Keilelements 7 über eine Schubstange 22 ' ' miteinander verbunden sind.
In der in Figur 2A bis 2C gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Motor 22' des zweiten Aktors 22 und der
Schubstange 22' ' weiter eine Koppeleinrichtung 9 angeordnet, welche eine mechanische Entkopplung der Schubstange 22 ' ' von dem Motor 22' ermöglicht. Weiter ist die Koppeleinrichtung 9 in dieser Ausführungsform ausgebildet, die Schubstange 22' wahlweise in einer gewünschten Position zu fixieren. Diese
Fixierung ist bevorzugt ohne dauerhafte Energiezufuhr möglich
(z.B. durch Verriegelung) .
Die Funktionsweise der Bremse gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
Wie in der Figur 2B gezeigt, wird beim Bremsen zunächst die erste Keilplatte 3 gegenüber der zweiten Keilplatte 4 in X- Richtung, welche in etwa parallel zur Bewegungsrichtung B des abzubremsenden Bauteils 6 ist, verschoben. Da sich der Abstand zwischen den sich paarweise gegenüberliegenden ersten und zweiten Keilflächen 31', 41' ' der ersten und zweiten Keilplatte 3, 4 aufgrund der dazwischen angeordneten Wälzkörper 10 nicht verringern kann, wird die erste Keilplatte 3 in Richtung R, und damit hin auf das abzubremsende Bauteil 6 zu, abgelenkt. In der Folge wird der von dem Reibglied 51 getragene Reibbelag mit der Kraft F an das abzubremsende Bauteil 6 gepresst. Aufgrund der Bewegung des abzubremsenden Bauteiles 6 erfolgt vermittelt durch die Reibung zwischen dem abzubremsenden Bauteil 6 und dem Reibglied 51 eine Mitnahme der ersten Keilplatte 3 in Bewegungsrichtung des abzubremsenden Bauteiles 6. Diese Mitnahme wird durch die ersten und zweiten Keilflächen 31', 41' ' in einen erhöhten Anpresskraft F umgewandelt, wodurch ein Selbstverstärkungseffekt der Bremse 1 eintritt. (Diese Anpresskraft F kann mit der Bewegungsrichtung R der Relativverschiebung des ersten und zweiten Keilplatte 3, 4 einen kleinsten Winkel δ von beispielsweise 55° einschließen) . Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen Winkel δ von 55° beschränkt.
Weiter wird beim Bremsen das mehrteilig ausgebildete dritte Keilelement 7 durch den zweiten Aktor 22 nachgeführt, so dass die dritten Keilflächen 71 des dritten Keilelements 7 stets auf den vierten Keilflächen 32, welche an den Vorsprüngen 3' der Keilplatte 3 ausgebildet sind, anliegen. Auf diese Weise ist auch bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung des abzubremsenden Bauteils 6 stets ein Selbstverstärkungseffekt erzielbar .
Wie aus der perspektivischen Ansicht in Figur 2C besonders gut hervorgeht, sind die Vorsprünge 3' und die Einzelkeile des Keilelements 7 symmetrisch auf beiden Seiten der
Keilplatte 3 ausgebildet. Hierdurch wird verhindert, dass auf die erste Keilplatte 3 eine Drehkraft wirkt.
In Figur 3A ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform der Bremse 1 gezeigt. Da die in Figur 3A gezeigte dritte Ausführungsform auf der in Figuren IA und IB gezeigten und detailliert beschriebenen ersten Ausführungsform aufbaut, werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen diesen beiden Ausführungsformen näher erläutert.
Gemäß dieser Abwandlung ist lediglich ein Aktor 22 vorgesehen, der mit dem dritten Keilelement 7 verbunden ist und das dritte Keilelement 7 in translatorisch X-Richtung verlagert. Weiter ist zwischen dem ersten Keilelement 3 und dem dritten Keilelement 7 eine Feder 8 angeordnet, welche die vierte Keilfläche 32 des ersten Keilelements 3 hin zur dritten Keilfläche 71 des dritten Keilelements 7 vorspannt. Alternativ kann die Feder 8 durch einen Mitnehmer ersetzt sein, der ein gewisses Spiel zwischen dem ersten und dritten Keilelement 3, 7 zulässt.
Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass für die Verlagerung von erstem und drittem Keilelement 3 und 7 lediglich ein Aktor 22 erforderlich ist. Der Grund ist, dass das erste Keilelement 3 durch Verlagerung des dritten Keilelements 7 mittelbar in X-Richtung hin zu der zweiten Keilfläche 41 des zweiten Keilelements 4 translatorisch verlagert werden kann. Auch ein Zurückziehen des ersten Keilelements 3 ist aufgrund der Feder 8 möglich, wobei die Feder 8 entsprechend steif ausgebildet sein muss.
In Figur 3B ist eine vierte Ausführungsform der Bremse 1 gezeigt. Diese basiert auf der dritten Ausführungsform, weshalb auf die Beschreibung vom gleichen Element und Funktionsweisen verzichtet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform weist das dritte Keilelement 7 wenigstens eine fünfte Keilfläche 72 und die erste
Keilplatte 3 wenigstens eine sechste Keilfläche 33 auf, wobei die sechste Keilfläche 33 der fünften Keilfläche 72 paarweise gegenüberliegend angeordnet ist. Wie die vierte Keilfläche 32 ist auch die sechste Keilfläche 33 ist an dem Vorsprung 3' der ersten Keilplatte 3 ausgebildet.
Weiter ist eine Feder 8 vorgesehen, um das mehrteilig ausgebildete dritte Keilelement 7 so vorzuspannen, dass die dritte Keilfläche 79 des dritten Keilelements 7 immer gegen die vierte Keilfläche 32 der ersten Keilplatte 3 gedrückt ist .
In der Figur 3B sind die Winkel ß und ß' gleich groß. Dies ist jedoch nicht erforderlich. So können diese Winkel auch unterschiedlich groß ausgebildet sein.
Die in Figur 3B gezeigte Bremse weist den Vorteil auf, dass unabhängig von einer primären Bewegungsrichtung B, B' des abzubremsenden Bauteils 6 bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung stets mit äußerst geringem Spiel eine selbstverstärkende Bremswirkung erzielt werden kann. Der Grund ist, dass bei entsprechendem Mitführen des (mehrteiligen) dritten Keilelements 7 immer Keilflächen 71 des dritten Keilelements 7 paarweise an entsprechenden Keilflächen 32, 33 der ersten Keilplatte 3 anliegen. Bei Relativbewegung des ersten und dritten Keilelements 3, 7 infolge eines Mitnahmeeffekts bei einer Bewegungsumkehr des abzubremsenden Bauteils 6 von Richtung B' in Richtung B wird die erste Keilplatte 3 in Richtung R' ' bewegt und erzeugt eine Anpresskraft F. Diese Anpresskraft F schließt mit der Bewegungsrichtung R' ' der ersten Keilplatte 3 einen kleinsten Winkel δ' 1 von 57° ein. Wie bereits betont ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf genau diesen Winkel beschränkt .
Bezugs zeichenliste
1 elektromechanische Bremse 3 erstes Keilelement
4 zweites Keilelement
6 abzubremsendes Bauteil
7 drittes Keilelement 9 Arretiervorrichtung 21 erster elektrischer Aktor
22 zweiter elektrischer Aktor
31 erste Keilfläche 31' erste Keilfläche 31' ' erste Keilfläche 32 vierte Keilfläche
32 ' vierte Keilfläche
32 ' ' vierte Keilfläche
33 fünfte Keilfläche
41 zweite Keilfläche 41' zweite Keilfläche
42 ' ' zweite Keilfläche
51 Reibglied 51 ' Reibbelag
52 Reibglied 52' Reibbelag
71 dritte Keilfläche
71' dritte Keilfläche
71' ' dritte Keilfläche
71' ' ' dritte Keilfläche 72 sechste Keilfläche δ kleinster Winkel δ' kleinster Winkel δ' ' kleinster Winkel
B Bewegungsrichtung B' Gegenrichtung
F Kraft
F' Kraft
R Relativverschiebung
R' Relativverschiebung R' ' Relativverschiebung
Claims
1. Elektromechanische Bremse (1), insbesondere für Fahrzeuge, mit einem ersten elektrischen Aktor (21, 22); einem ersten Keilelement (3) mit wenigstens einer ersten Keilfläche (31; 31', 31' '), welches erste Keilelement (3) durch den ersten Aktor (21, 22) translatorisch verschiebbar ist; einem zweiten Keilelement (4) mit wenigstens einer zweiten Keilfläche (41; 41', 41' '), welche der wenigstens einen ersten Keilfläche (31; 31', 31' ') paarweise gegenüberliegend angeordnet ist; und - einem Reibglied (51, 52); wobei das erste und zweite Keilelement (3, 4) jeweils so gelagert sind, um bei einer Relativverschiebung (R) zwischen den beiden ersten und zweiten Keilelementen (3, 4) entlang der ersten und zweiten Keilflächen (31, 41; 31 ' , 31 ' ' , 41 ' , 41 ' ' ) eine Kraft (F, F') zu erzeugen; und wobei das Reibglied (51, 52) infolge der erzeugten Kraft (F, F') gegen ein abzubremsendes Bauteil (6) wirkt; gekennzeichnet durch ein drittes Keilelement (7) mit wenigstens einer dritten Keilfläche (71); wobei das erste Keilelement (3) wenigstens eine vierte Keilfläche (32; 32', 32' ') aufweist, welche der wenigstens einen dritten Keilfläche (71) paarweise gegenüberliegend angeordnet ist; und wobei das erste und dritte Keilelement (3, 7) jeweils so gelagert sind, um bei einer Relativverschiebung (R') zwischen den beiden ersten und dritten Keilelementen (3, 7) entlang der vierten und dritten Keilflächen (32, 71; 32', 32' ', 71'-7I1 ' ') eine Kraft (F, F') zu erzeugen; und wobei das Reibglied (51, 52) infolge der erzeugten Kraft (F, F') gegen das abzubremsende Bauteil (6) wirkt.
2. Bremse nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Keilelement (3, 4) jeweils so gelagert sind, um bei einer Relativverschiebung (R) zwischen den beiden ersten und zweiten Keilelementen (3, 4) entlang der ersten und zweiten Keilflächen (31, 41; 31', 31'', 41', 41' ') eine Kraft (F, F') zu erzeugen, deren Richtung mit der Bewegungsrichtung (B) der Relativverschiebung einen kleinsten Winkel (δ) von zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° einschließt; und wobei das erste und dritte Keilelement (3, 7) jeweils so gelagert sind, um bei einer Relativverschiebung (R') zwischen den beiden ersten und dritten Keilelementen (3, 7) entlang der vierten und dritten Keilflächen (32, 71; 32', 32' ', 71'-7I1 ' ') eine Kraft (F, F') zu erzeugen, deren Richtung mit der Bewegungsrichtung der Relativverschiebung (R') einen kleinsten Winkel (δ') von zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° einschließt.
3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein zweiter elektrischer Aktor (21) vorgesehen ist; wobei das erste Keilelement (3) mit dem ersten Aktor (21) verbunden und durch den ersten Aktor (21) translatorisch verschiebbar ist; und wobei das dritte Keilelement (7) mit dem zweiten Aktor (22) verbunden und durch den zweiten Aktor (22) translatorisch verschiebbar ist.
4. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, wobei das dritte Keilelement (7) mit dem ersten Aktor (22) verbunden ist, und über die sich gegenüberliegenden dritten und vierten Keilflächen (71, 32, 72, 32', 32' ') die translatorische Verschiebung des ersten Keilelements (3) bewirkt; und wobei zwischen dem ersten und dem dritten Keilelement (3, 7) eine Feder angeordnet ist, um das erste Keilelement (3) hin zu dem dritten Keilelement (7) vorzuspannen.
5. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste und dritte Keilelement (3, 7) in Richtungen translatorisch verschiebbar sind, welche in etwa der Bewegungsrichtung (B) und Gegenrichtung (B') des abzubremsenden Bauteils (6) entsprechen, und wobei das zweite Keilelement (4) in dieser Richtung ortsfest ist.
6. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter aufweisend eine zwischen dem ersten und dem dritten Keilelement (3,
7) angeordnete Feder, um das dritte Keilelement (7) vorzuspannen; und eine lösbare Rückwärtssperre, welche die Bewegung des dritten Keilelements (7) nur in Richtung der gegenüberliegenden ersten Keilfläche (31; 31', 31' ') des ersten Keilelements (3) erlaubt.
7. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter aufweisend eine Arretiervorrichtung (9) um das erste und/oder dritte Keilelement (3, 7) stromlos in einer festgestellten Stellung zu arretieren.
8. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Sensor vorgesehen ist, um die erzeugte Kraft zu messen .
9. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Reibglied (51, 52) als Aufnahme für einen Reibbelag (51', 52') ausgebildet ist, um über den Reibbelag (51', 52') gegen das abzubremsende Bauteil (6) zu wirken.
10. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zwischen der wenigstens einen ersten Keilfläche (31; 31', 31' ') und der wenigstens einen zweiten Keilfläche (41; 41', 41' ') Wälzköper und/oder zwischen der wenigstens einen dritten Keilfläche (71) und der wenigstens einen vierten Keilfläche (32; 32', 32' ') Wälzköper angeordnet sind.
11. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die wenigstens eine erste Keilfläche (31; 31', 31' ') und die wenigstens eine zweite Keilfläche (41; 41', 41' ') und/oder die wenigstens eine dritte Keilfläche (71) und die wenigstens eine vierte Keilfläche (32; 32', 32 ' ' ) paarweise miteinander in Gleitverbindung stehen.
12. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Reibglied (51, 52) mit dem ersten und/oder zweiten Keilelement (3, 4) verbunden ist.
13. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein erstes Reibglied (51) mit dem ersten Keilelement (3) verbunden ist; wobei ein zweites Reibglied (52) mit dem zweiten Keilelement (4) verbunden ist; und wobei das zweite Keilelement (4) in Richtungen translatorisch verschiebbar ist, welche zur Bewegungsrichtung (B) und Gegenrichtung (B') des abzubremsenden Bauteils (6) im Wesentlichen senkrecht stehen .
14. Bremse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das dritte Keilelement (7) wenigstens eine fünfte Keilfläche (72) und das erste Keilelement (3) wenigstens eine sechste Keilfläche (33) aufweist, welche der wenigstens einen fünften Keilfläche (72) paarweise gegenüberliegend angeordnet ist; und wobei das erste und dritte Keilelement (3, 7) jeweils so gelagert sind, um bei einer Relativverschiebung (R') zwischen den beiden ersten und dritten Keilelementen (3, 7) entlang der fünften und sechsten Keilflächen (33, 72) eine Kraft (F, F') zu erzeugen; und wobei das Reibglied (51, 52) infolge der erzeugten Kraft (F, F') gegen das abzubremsende Bauteil (6) wirkt.
15. Bremse nach Anspruch 14, wobei das erste und dritte Keilelement (3, 7) jeweils so gelagert sind, um bei einer Relativverschiebung (R') zwischen den beiden ersten und dritten Keilelementen (3, 7) entlang der fünften und sechsten Keilflächen (33, 72) eine Kraft (F, F') zu erzeugen, deren Richtung mit der Bewegungsrichtung der Relativverschiebung (R' ') einen kleinsten Winkel (δ' ') von zwischen 25° und 85° und insbesondere zwischen 60° und 80° einschließt.
16. Verfahren zum Steuern einer Bremse, welche Bremse die Merkmale eines der vorangegangenen Ansprüche aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Verfahren des ersten Keilelements (3) mit der ersten und vierten Keilfläche (3, 32), um die gegen das abzubremsende Bauteil (6) wirkende Kraft (F, F') zu steuern;
- kontinuierliches Ermitteln der Lage des ersten Keilelements (3) ; und
- automatisches Nachführen des dritten Keilelements (7) in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des ersten Keilelements (3) , um sicherzustellen, dass die dritte Keilfläche (71) des dritten Keilelements (7) immer an der vierten Keilfläche (3, 32) des ersten Keilelements (3) anliegt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, weiter aufweisend die Schritte : - automatisches Blockieren einer Verlagerung des dritten Keilelements (7) in eine Richtung, welche der Richtung einer zeitlich zuletzt vorangegangenen Verlagerung des ersten Keilelements (3) im wesentlichen entgegengesetzt ist; und wahlweises Lösen der Blockierung der Verlagerung des dritten Keilelements (7), falls die Blockierung einem gewünschten Verfahren des ersten Keilelements (3) entgegensteht .
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