AT516801A2

AT516801A2 - Electrically operated friction brake

Info

Publication number: AT516801A2
Application number: ATA50048/2015A
Authority: AT
Inventors: Michael Dipl -Htl-Ing Putz
Original assignee: Ve Vienna Eng Forschungs- Und Entw Gmbh
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2016-08-15

Abstract

Um die erzielbaren Betätigungszeiten einer elektrische betätigten Reibungsbremse zu reduzieren und dabei gleichzeitig die Reibungsbremse kostengünstig zu halten, wird ein zweites Übertragungsglied (8) mit einer Erhebungskurve (17) vorgeschlagen, wobei an einem ersten Übertragungsglied (5) ein Koppelglied (15) vorgesehen ist und am Koppelglied (15) ein Abtastelement (14) angeordnet ist, das die Erhebungskurve (17) unter Wirkung des elektrischen Aktuators (12) zur Betätigung des ersten Übertragungsgliedes (5) abtastet.In order to reduce the achievable operating times of an electrically operated friction brake and at the same time to keep the friction brake cost, a second transmission member (8) is proposed with a survey curve (17), wherein a coupling member (15) is provided on a first transmission member (5) and on the coupling member (15) a sensing element (14) is arranged, which scans the elevation curve (17) under the action of the electric actuator (12) for actuating the first transmission member (5).

Description

Elektrisch betätigte ReibungsbremseElectrically operated friction brake

Die gegenständliche Erfindung betrifft eine elektrisch betätigte Reibungsbremse mit einem von einer Betätigungseinrichtung betätigten Bremsbelag, wobei die Betätigungseinrichtung von einem elektrischen Aktuator angetrieben ist, und ein erstes Übertragungsglied umfasst, das mit dem Bremsbelag verbunden ist und die Betätigungseinrichtung für eine Bremsung zur Erzielung einer Belagsandrückkraft das erste Übertragungsglied um einen Verdrehwinkel verdreht und das erste Übertragungsglied zur Erzielung der Belagsandrückkraft in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel ein Eingangsmoment benötigt.The subject invention relates to an electrically actuated friction brake having a brake pad actuated by an actuator, the actuator being driven by an electric actuator, and comprising a first transmission member connected to the brake pad and the actuator for braking to achieve a pad contact force Transmission member rotated by a twist angle and the first transmission member to achieve the pad contact force in response to the angle of rotation requires an input torque.

Die gegenständliche Erfindung betrifft elektrisch betätigte Bremsen, also Bremsen, bei denen ein elektrischer Aktuator, wie z.B. ein Elektromotor, über Übertragungsteile wie Hebel, Schrauben, Kugelspindeln, Nocken, Exzenter, Flüssigkeiten, Gase, etc. den Bremsbelag, wie z.B. eine Bremsscheibe, an die Reibfläche, wie z.B. eine Bremsscheibe oder Bremstrommel, andrückt. Die Gestaltung des Kraftverlaufes über den Betätigungsweg ist bei elektrisch betätigten Bremsen für die Betätigungszeit und den Energieaufwand zum Aufbringen des Bremsmoments wichtig.The subject invention relates to electrically actuated brakes, that is to brakes, in which an electric actuator, such as a brake pedal, is used. an electric motor, via transmission parts such as levers, screws, ball screws, cams, eccentrics, liquids, gases, etc. the brake pad, such. a brake disk, to the friction surface, such as a brake disc or brake drum, presses. The design of the force curve over the actuating travel is important for electrically operated brakes for the actuation time and the energy required to apply the braking torque.

Besonders für elektrisch betätigte Betriebsbremsen von Fahrzeugen gelten hohe Anforderungen bezüglich kurzer Betätigungszeiten und Bedarf an Anpresskraft. Z.B. wird für heutige Fahrzeuge eine Betätigungszeit für eine Vollbremsung von ca. 200ms gefordert. Dabei können an heutigen Fahrzeug Vorderrad-Scheibenbremsen Belagsandrückkräfte von 30 bis 40kN auftreten, in manchen Fällen auch deutlich mehr. Da Betätigungsweg * Belagsandrückkraft der Energiebedarf für das Betätigen der Bremse ist und bei gegebener Betätigungszeit zur benötigten Betätigungsleistung führt, wird klar, dass die elektrischen Aktuatoren entsprechend große elektrische Leistungen brauchen. Wenn für40kN Belagsandrückkraft ein Betätigungsweg von 2 mm für eine Vollbremsung zurückgelegt wird, ist der Energiebedarf grob 40Ws. Wenn der Bremsvorgang dabei in 0.2 sec durchgeführt wird, wird eine mittlere mechanische Leistung von mindestens 200W pro Bremse benötigt, die vom elektrischen Aktuator aufzubringen ist. Verfügbarer Bauraum, Gewicht, Kosten und Strombedarf für den elektrischen Aktuator bedingen aber, die Motorleistung gering zu halten, weshalb kein beliebig großer elektrischer Aktuator einsetzbar ist.Particularly for electrically actuated service brakes of vehicles, high requirements apply with regard to short actuation times and the need for contact pressure. For example, is required for today's vehicles an actuation time for full braking of about 200ms. It can occur on today's vehicle front-wheel disc brakes Belagsandrückkräfte from 30 to 40kN, in some cases significantly more. Since the actuation travel is the energy requirement for the actuation of the brake and leads to the required actuation output for a given actuation time, it becomes clear that the electrical actuators need correspondingly large electrical powers. When a 2 mm actuation travel for full braking is covered for 40kN pad apply force, the energy requirement is roughly 40Ws. If the braking process is carried out in 0.2 sec, an average mechanical power of at least 200W per brake is required, which is to be applied by the electric actuator. However, available installation space, weight, cost and power requirement for the electric actuator require to keep the engine power low, which is why no arbitrarily large electrical actuator can be used.

Bei einer linearen elektrisch betätigten Bremse, also bei linearen Übertragungsgliedern, wie z.B. Schrauben, Kugelspindeln, Flüssigkeiten, mit einem linearem Verhältnis zwischen Betätigungsweg und Aktuator (Kraft, Moment), wird an der Reibfläche mit steigendem Bremsmoment, unter der Annahme eines konstanten Reibbeiwerts, eine linear von Null bis zum Maximalwert steigende Belagsandrückkraft notwendig. Das erforderliche Übersetzungsverhältnis der linearen Bremse wird dabei von der benötigten Maximalkraft (Vollbremsung) be- stimmt, da diese garantiert werden muss, und bleibt für alle kleineren Belagsandrückkräfte konstant. Das ist aber ungünstig, da in allen anderen, in der Regel häufigeren Fällen, der elektrische Aktuator nicht optimal ausgenutzt werden kann und überdimensioniert ist. Bei einer solchen linearen Bremse wird der elektrische Aktuator folglich bis zur ausgelegten Vollbremsung mit geringerer als der möglichen Last betrieben, wobei Übersetzungsverhältnis und damit auch erreichbare Betätigungszeit aber von der konstant hohen Untersetzung bestimmt wird, die der Vollbremsfall vorgibt. Damit können bei linearen Bremsen für Bremsungen, die nicht dem Vollbremsfall entsprechen, keine optimalen bzw. möglichst kurze Betätigungszeiten erzielt werden.In a linear electrically actuated brake, that is, in linear transfer members, such as e.g. Screws, ballscrews, liquids, with a linear relationship between actuation path and actuator (force, torque), becomes on the friction surface with increasing braking torque, assuming a constant coefficient of friction, a liner from zero to the maximum value increasing pad contact force necessary. The required gear ratio of the linear brake is determined by the required maximum force (full braking), since this must be guaranteed, and remains constant for all smaller pad sanding forces. However, this is unfavorable because in all other, usually more frequent cases, the electric actuator can not be optimally utilized and is oversized. In such a linear brake, the electric actuator is thus operated until designed full braking with less than the possible load, gear ratio and thus achievable actuation time but is determined by the constant high reduction, which dictates the full braking case. This can be achieved with linear brakes for braking, which do not correspond to the full braking case, no optimal or shortest possible actuation times.

Außerdem ist auch der Kostendruck auf elektrisch, betätigte Bremsen hoch, weil sie mit den relativ einfachen Hydraulikbremsen konkurrieren müssen. Daher ist jede mögliche Kostenoptimierung am elektrischen Aktuator wichtig. Dabei gilt, je kleiner der elektrische Aktuator gehalten werden kann, umso günstiger wird dieser.In addition, the cost pressure on electrically operated brakes is high because they have to compete with the relatively simple hydraulic brakes. Therefore, any cost optimization on the electric actuator is important. It is true that the smaller the electric actuator can be kept, the cheaper it will be.

Eine Verbesserung zu linearen Bremsen bringen nichtlineare, elektrisch betätigte Bremsen, wie z.B. in der WO 2010/133463 A1 beschrieben, bei denen ein nichtlineares Übertragungsglied, wie z.B. eine Nocke, ein Exzenter, eine nichtlineare Rampe, etc., zwischen Aktuator und Bremsbelag vorgesehen ist. In der WO 2010/133463 A1 wird z.B. eine Welle mit einem exzentrischer Zapfen oder einer Nocke, an dem der Bremsbelag befestigt ist, von einem Betätigungsmittel verdreht. Dabei wird das Drehmoment eines Elektromotors überein Gestänge und Hebel auf das nichtlineare Übertragungsglied der Bremse übertragen. Durch die Exzentrizität des Zapfens bzw. der Nocke wird der Bremsbelag an die Reibfläche angedrückt, wobei sich ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Betätigungsweg bzw. Verdrehwinkel der Welle und der Belagsandrückkraft bzw. dem entstehenden Bremsmoment ergibt. Dabei entsteht durch den Exzenter bzw. der Nocke auch eine Kraftübersetzung (ein kleiner Weg bewirkt eine hohe Kraft), womit der elektrische Aktuator kleiner dimensioniert werden kann. Dadurch lassen sich auch die Betätigungszeiten gegenüber einer linearen elektrisch betätigten Bremse verkürzen.An improvement to linear brakes involves non-linear, electrically actuated brakes, such as those described in U.S. Pat. in WO 2010/133463 A1, in which a nonlinear transmission element, such as e.g. a cam, an eccentric, a non-linear ramp, etc., is provided between the actuator and the brake pad. In WO 2010/133463 A1, e.g. a shaft with an eccentric pin or a cam on which the brake pad is attached, rotated by an actuating means. The torque of an electric motor is transmitted via linkage and lever to the non-linear transfer member of the brake. Due to the eccentricity of the pin or the cam of the brake pad is pressed against the friction surface, resulting in a non-linear relationship between actuation path or angle of rotation of the shaft and the lining contact force or the resulting braking torque. This results from the eccentric or the cam and a power transmission (a small path causes a high force), whereby the electric actuator can be made smaller. As a result, the operating times can be shortened compared to a linear electrically actuated brake.

In der Regel sind die Einbauverhältnisse der Bremse, insbesondere bei Fahrzeugbremsen, so, dass nur ein sehr beschränkter Bauraum für die Aufnahme der Bremse verfügbar ist, weshalb Elektromotoren kleiner Baugröße verwendet werden müssen. Dabei muss aus der hohen Drehzahl des bevorzugt kleinen Elektromotors auch die sehr hohe Anpresskraft des Bremsbelages erzeugt werden. Das kann anstelle eines Gestänges und des Hebels der WO 2010/133463 A1 z.B. auch durch ein vom Elektromotor angetriebenes Getriebe erzielt werden. Dabei verdreht z.B. die Ausgangsstufe des Getriebes die im Getriebe integrierte Welle mit dem Exzenter bzw. der Nocke, wobei das nichtlineare Übertragungsglied wiederum auf den Bremsbelag wirkt. Mit einem solchen Getriebe lassen sich auf kleinstem Bauraum auch Übersetzungen von 1:40 realisieren, womit kleine Elektromotoren verwendet werden können. Damit kann die Betätigungszeit noch weiter reduziert werden. Allerdings sind solche Getriebe sehr aufwendig und daher auch teuerIn general, the installation conditions of the brake, especially in vehicle brakes, so that only a very limited space for receiving the brake is available, which is why electric motors smaller size must be used. It must be generated from the high speed of the preferred small electric motor and the very high contact pressure of the brake pad. This may be substituted for a linkage and the lever of WO 2010/133463 A1, e.g. be achieved by a driven by the electric motor gear. It twists e.g. the output stage of the transmission integrated in the transmission shaft with the eccentric or the cam, wherein the non-linear transmission member in turn acts on the brake pad. With such a transmission, translations of 1:40 can be realized in the smallest space, so that small electric motors can be used. Thus, the operation time can be further reduced. However, such transmissions are very expensive and therefore expensive

Es ist nun eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, die erzielbaren Betätigungszeiten einer elektrische betätigten Reibungsbremse noch weiter zu reduzieren und gleichzeitig die Reibungsbremse kostengünstig zu halten.It is now an object of the subject invention to reduce the achievable operating times of an electrically operated friction brake even further and at the same time to keep the friction brake cost.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein zweites Übertragungsglied mit einer Erhebungskurve und am ersten Übertragungsglied ein Koppelglied vorgesehen ist, wobei am Koppelglied ein Abtastelement angeordnet ist und das Abtastelement unter Wirkung des elektrischen Aktuators zur Betätigung des ersten Übertragungsgliedes die Erhebungskurve abtastet, wobei das zweite Übertragungsglied das Eingangsmoment für das erste Übertragungsglied aufbringt und die Eingangsmomente des ersten Übertragungsgliedes über den Verdrehwinkel für unterschiedliche Verschleißzustände des Bremsbelags eine Hüllkurve ergeben und das vom zweiten Übertragungsglied aufgebrachte Eingangsmoment über den Verdrehwinkel den Bereich der Hüllkurve abdeckt. Das zweite Übertragungsglied kann viel der in der Betätigungseinrichtung benötigten Übersetzung aufbringen, womit der elektrische Aktuator entlastet wird. Im Beispiel eines Getriebemotors kann bei sonst gleicher Reibungsbremse die Übersetzung des Motorgetriebes von 1:40 auf bis zu 1:12 (im Falle eines nichtlinearen zweiten Übertragungsgliedes) reduziert werden, weil das zweite Übertragungsglied Kraftübersetzung (bzw. Momentenübersetzung) bringt. Damit kann eine Einsparung von 1 bis 2 Übersetzungsstufen im Motorgetriebe und damit einhergehend eine Kostenreduzierung erzielt werden. Gleichzeitig wird dadurch auch das Ausgangsmoment des elektrischen Aktuators kleiner, wodurch wesentlich kleinere Zahnräder im Motorgetriebe verwendet werden können, was wiederum einen weiteren Preisvorteil mit sich bringt. Durch die zusätzliche Übersetzung des zweiten Übertragungsgliedes wird aber auch die Betätigungszeit der Reibungsbremse reduziert. Umgekehrt kann bei einer zu erzielender Betätigungszeit die Motorgröße verkleinert werden. Gleichfalls kann damit über den gesamten Verschleißzustand der Reibungsbremse der Betrieb gewährleistet werden.This object is achieved in that a second transmission member is provided with a survey curve and the first transmission member, a coupling member, wherein a coupling element is arranged on the coupling member and the sensing element under the action of the electric actuator for actuating the first transmission member scans the survey curve, wherein the second Transmission member applying the input torque for the first transmission member and the input torques of the first transmission member on the twist angle for different wear conditions of the brake pad yield an envelope and the input torque applied by the second transmission member covering the range of the envelope over the twist angle. The second transmission member can apply much of the translation required in the actuator, thus relieving the electrical actuator. In the example of a geared motor, the ratio of the motor gear can be reduced from 1:40 to up to 1:12 (in the case of a non-linear second transmission element) with otherwise the same friction brake, because the second transmission member force transmission (or torque ratio) brings. Thus, a saving of 1 to 2 gear ratios in the motor gear and, consequently, a cost reduction can be achieved. At the same time thereby the output torque of the electric actuator is smaller, whereby much smaller gears can be used in the motor gear, which in turn brings a further price advantage. Due to the additional translation of the second transmission member but also the actuation time of the friction brake is reduced. Conversely, with an operating time to be achieved, the size of the motor can be reduced. Likewise, it can be guaranteed over the entire state of wear of the friction brake operation.

Die Verbindung des Koppelglied und des ersten Übertragungsgliedes erfolgt konstruktiv sehr einfach, wenn ein erstes Ende eines Hebels im Koppelglied drehbar gelagert angeordnet ist und ein zweites Ende des Hebels mit dem ersten Übertragungsglied verbunden ist.The connection of the coupling member and the first transmission member is structurally very simple, when a first end of a lever is rotatably mounted in the coupling member and a second end of the lever is connected to the first transmission member.

Eine ganz besonders einfache und vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn das zweite Übertragungsglied als Kurvenscheibe oder als Kulissenführung mit einer Erhebungskurve ausgeführt ist und der elektrische Aktuator die Kurvenscheibe oder die Kulissenführung ver- dreht. Damit lässt sich die Betätigungseinrichtung mit einfachen und robusten konstruktiven Mittel und sehr kompakt realisieren.A particularly simple and advantageous embodiment results when the second transmission member is designed as a cam or as a sliding guide with a survey curve and the electric actuator rotates the cam or the slide guide. Thus, the actuator can be realized with simple and robust design means and very compact.

Wenn zwei erste Übertragungsglieder vorgesehen sind, ist es vorteilhaft, wenn diese zur Ausbildung eines Parallelogrammantriebes jeweils übereinen Hebel mit dem Koppelglied verbunden sind. Durch das Parallelogramm ergibt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine zwangsweise Synchronisierung der beiden Übertragungsglieder.If two first transmission members are provided, it is advantageous if these are each connected to a lever with the coupling member to form a Parallelogrammantriebes. The parallelogram results in a simple and cost-effective manner a forced synchronization of the two transmission elements.

In einer alternativen Ausgestaltung, ist das Koppelglied als Kniehebel ausgeführt, dessen Kniegelenk über das Abtastelement entlang der Erhebungskurve geführt ist, wobei an einem ersten Schenkel des Kniehebels der elektrische Aktuator angreift und der andere Schenkel des Kniehebels mit dem ersten Übertragungsglied verbunden ist. Durch den Kniehebel können besonders hohe Übersetzungen im zweiten Übertragungsglied realisiert werden.In an alternative embodiment, the coupling member is designed as a toggle whose knee joint is guided over the sensing element along the elevation curve, wherein the electric actuator engages on a first leg of the toggle lever and the other leg of the toggle lever is connected to the first transmission member. By the toggle lever particularly high ratios can be realized in the second transmission member.

Eine sehr einfache Parkbremsfunktion kann realisiert werden, wenn in der Erhebungskurve eine Einbuchtung vorgesehen ist, in der das Abtastelement eine stabile Lage einnimmt. Damit kann die Betätigungseinrichtung in einer bestimmten Position (Parkbremse) fixiert werden und kann nur mehr durch eine äußere Kraft gelöst werden.A very simple parking brake function can be realized if an indentation is provided in the elevation curve in which the scanning element assumes a stable position. Thus, the actuator can be fixed in a certain position (parking brake) and can only be solved by an external force.

Das erste Übertragungsglied ist bevorzugt als Exzenterantrieb oder als Nockenantrieb ausgeführt, da sich damit mit einfachen Mitteln hohe Übersetzungen bei kleinen Betätigungswegen realisieren lassen.The first transmission member is preferably designed as an eccentric drive or as a cam drive, as can be realized with simple means high translations with small actuation paths.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Erhebungskurve entsprechend der Wegübersetzungskennlinie des ersten Übertragungsgliedes geformt ist. Auf diese Weise kann ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment des elektrischen Aktuators erreicht werden. Der elektrische Aktuator kann daher über den gesamten Betätigungsbereich der Betätigungseinrichtung immer in einem bestimmten Drehmomentenbereich, bei dem sich günstige Wirkungsgrade ergeben, betrieben werden.It is particularly advantageous if the elevation curve is shaped in accordance with the path transmission characteristic of the first transmission element. In this way, a substantially constant torque of the electric actuator can be achieved. The electric actuator can therefore be operated over the entire operating range of the actuator always in a certain range of torque, resulting in favorable efficiencies.

Um eine selbsttätige Rückstellung der Reibungsbremse über den gesamten Betätigungsbereich zu realisieren, ist vorteilhaft eine Lösefeder vorgesehen, die auf die Betätigungseinrichtung wirkt. Wenn die Lösefeder über ein am ersten Übertragungsglied vorgesehenes Federabtastelement gespannt oder entspannt wird, kann der Bereich, in dem die Lösefeder gespannt oder entspannt wird, gezielt gesteuert werden. Damit kann die Lösefeder in bestimmten Bereichen des Betätigungsbereichs Hilfsenergie zur Rückstellung oder Betätigung der Reibungsbremse bereit stellen und in anderen Bereichen den elektrischen Aktuator bei der Betätigung oder der Rückstellung der Reibungsbremse unterstützen.In order to realize an automatic reset of the friction brake over the entire operating range, a release spring is advantageously provided, which acts on the actuating device. If the release spring is tensioned or relaxed via a spring scanning element provided on the first transmission member, the region in which the release spring is tensioned or relaxed can be controlled in a targeted manner. Thus, the release spring in certain areas of the operating range can provide auxiliary power for resetting or actuation of the friction brake and support in other areas the electric actuator in the operation or the provision of the friction brake.

Weitere Effekte und Vorteile der gegenständlichen Reibungsbremse ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further effects and advantages of the subject friction brake will become apparent from the following description.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 9 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigtThe subject invention will be explained in more detail below with reference to Figures 1 to 9, which show by way of example, schematically and not by way of limitation advantageous embodiments of the invention. It shows

Fig.1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Reibungsbremse,1 shows a representation of a friction brake according to the invention,

Fig.2 eine alternative Ausführung der Betätigungseinrichtung,2 shows an alternative embodiment of the actuating device,

Fig.3 die Belagsandrückkraft über den Betätigungsbereich des ersten Übertragungsgliedes,3 shows the covering contact force over the operating range of the first transmission element,

Fig.4 das Eingangsmoment in das erste Übertragungsglied über dessen Betätigungsbereich,4 shows the input torque into the first transmission member via its operating range,

Fig.5 die sich ergebende Momenten- und Wegübersetzungskennlinie des zweiten Übertragungsgliedes,5 shows the resulting torque and path transmission characteristic of the second transmission element,

Fig.6 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Reibungsbremse mit Lösefeder,6 shows a representation of a friction brake according to the invention with a release spring,

Fig.7 das Moment aus der inneren Belagsandrückkraft über den Betätigungsbereich des elektrischen Aktuators,7 shows the moment from the inner covering contact force over the actuating region of the electric actuator,

Fig.8 das Rückstellmoment der Lösefeder über den Betätigungsbereich und Fig.9 das Drehmoment des elektrischen Aktuators einer erfindungsgemäßen Reibungsbremse.8 shows the restoring moment of the release spring over the actuating region and FIG. 9 shows the torque of the electric actuator of a friction brake according to the invention.

Fig.1 zeigt schematisch ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reibungsbremse 1, hier z.B. in Form einer Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe als Reibfläche 2 und einem Bremsbelag 3, der über eine Betätigungseinrichtung 10 zum Bremsen an die Reibfläche 2 gedrückt wird. Die Reibungsbremse 1 könnte aber auch als Trommelbremse ausgeführt sein, und könnte natürlich auch lineare Bewegungen bremsen, also z.B. ein Flacheisen als Reibfläche anstatt einer Bremsscheibe. Der Bremsbelag 3 kann wie hier auch an einem Belagsträger 4 angeordnet sein. Die Reibungsbremse 1 kann z.B. als hinlänglich bekannte Schwimmsattelbremse ausgeführt sein. An sich bekannte Bauteile einer solchen Reibungsbremse 1, wie z.B. der Bremssattel sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt bzw. nur angedeutet.Fig. 1 shows schematically an advantageous embodiment of a friction brake 1 according to the invention, here e.g. in the form of a disc brake with a brake disc as a friction surface 2 and a brake pad 3, which is pressed by an actuator 10 for braking to the friction surface 2. However, the friction brake 1 could also be designed as a drum brake, and of course could also slow down linear movements, e.g. a flat iron as a friction surface instead of a brake disc. The brake lining 3 can be arranged here as well as on a lining carrier 4. The friction brake 1 may e.g. be designed as a well-known floating caliper brake. Per se known components of such a friction brake 1, such. the caliper are not shown here for reasons of clarity or only hinted at.

Auf den Bremsbelag 3 bzw. den Belagsträger 4 wirkt ein mit dem Bremsbelag 3 (bzw. dem Belagsträger 4) verbundenes und damit zusammenwirkendes erstes Übertragungsglied 5. Das erste Übertragungsglied 5 ist hier z.B. als Betätigungswelle 6 ausgeführt, an der ein exzentrischer Zapfen 7 (angedeutet durch die versetzten Drehachsen) vorgesehen ist. Z.B. kann an der Betätigungswelle 6 ein exzentrischer Zapfen 7 angeformt sein öderes kann auch eine exzentrische, axiale Bohrung in der Betätigungswelle 6 vorgesehen sein, in die einOn the brake pad 3 and the lining carrier 4 acts a first transmission member 5 connected to and cooperating with the brake pad 3 (or the lining carrier 4). The first transmission member 5 is here e.g. designed as an actuating shaft 6, on which an eccentric pin 7 (indicated by the offset axes of rotation) is provided. For example, can be formed on the actuating shaft 6, an eccentric pin 7 öderes can also be provided an eccentric, axial bore in the operating shaft 6, in the one

Zapfen 7 gesteckt ist. Am Zapfen 7 ist der Bremsbelag 3 bzw. der Belagsträger 4 angeordnet. Wird die Betätigungswelle 6 um einen Verdrehwinkel α verschwenkt, wird der Bremsbelag 3 je nach Drehrichtung um den Betätigungsweg s zur Reibfläche 2 bewegt oder von dieser abgehoben (angedeutet durch den Doppelpfeil). Anstelle eines exzentrischen Zapfens 7 kann auch eine Nocke als Übertragungsglied 5 vorgesehen sein. Z.B. kann ein Verdrehwinkel α von 90° von nicht bremsend bis Vollbremsung vorgesehen, wobei der Exzenter oder die Nocke geometrisch ausgelegt sind, um den für die Bremsung notwendigen Betätigungsweg s zu gewährleisten. Diese Art der Betätigung einer Reibungsbremse 1 ist in der WO 2010/133463 A1 beschrieben.Pin 7 is inserted. At the pin 7, the brake pad 3 and the lining carrier 4 is arranged. If the actuating shaft 6 is pivoted by a twist angle α, the brake pad 3 is moved to the friction surface 2 depending on the direction of rotation by the actuating travel s or lifted off from it (indicated by the double arrow). Instead of an eccentric pin 7, a cam may be provided as a transmission member 5. For example, can provide a rotation angle α of 90 ° from non-braking to full braking, the eccentric or the cam are designed geometrically to ensure the necessary for the braking operation travel s. This type of operation of a friction brake 1 is described in WO 2010/133463 A1.

Die Andrückung des Bremsbelags 3 gegen die Reibfläche kann grundsätzlich mit jeder Geometrie und Methode gemacht werden, die „Höhengewinn“, also Zustellweg Richtung Bremsbelag 3 bringt. Das erste Übertragungsglied 5 ist dabei bevorzugt nichtlinear ausgeführt. D.h., dass es keinen linearen Zusammenhang zwischen Eingang (hierz.B. Verdrehwinkel α) und Ausgang (hier z.B. der Betätigungsweg s) hat. Das erste Übertragungsglied 5 kann aber auch linear ausgeführt sein, z.B. als Nocke mit einer linearen Erhebungskurve.The pressing of the brake lining 3 against the friction surface can in principle be made with any geometry and method that brings "height gain", ie feed path towards the brake pad 3. The first transmission member 5 is preferably designed non-linear. That is, there is no linear relationship between input (e.g., twist angle α) and output (here, for example, the actuation path s). However, the first transmission member 5 can also be made linear, e.g. as a cam with a linear survey curve.

Das erste Übertragungsglied 5 ist auch als Kugelrampe oder abrollend mit Gewindegängen denkbar. Eine Nocke ist eine aufgewickelte schiefe Ebene, wobei die Aufwicklung auch abgerollt oder in beliebiger Kurve oder Fläche in Ebene oder Raum sein kann, als z.B. auch als Wendel oder Mehrfachwendel, wie z.B. eine Kugelrampe, Gewindegänge oder Abrollgänge. Ebenso kann das erste Übertragungsglied 5 auch einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder mit Kolben umfassen, der z.B. von einem Exzenter oder einer Nocke betätigt wird.The first transmission member 5 is also conceivable as a ball ramp or rolling with threads. A cam is a coiled oblique plane, which rewind may also be unrolled or in any curve or area in plane or space, e.g. also as helix or multiple helix, e.g. a ball ramp, threads or Abrollgänge. Likewise, the first transmission member 5 may also comprise a hydraulic or pneumatic cylinder with pistons, e.g. is operated by an eccentric or a cam.

Erfindungsgemäß ist nun in der Reibungsbremse 1 ein zweites Übertragungsglied 8 vorgesehen, das mit dem ersten Übertragungsglied 5 wie nachfolgend beschrieben zusammenwirkt.According to the invention, a second transmission member 8 is now provided in the friction brake 1, which cooperates with the first transmission member 5 as described below.

Das zweite Übertragungsglied 8 umfasst hier eine an einem Drehpunkt 9 drehbar gelagerte Kurvenscheibe 11 mit einer Erhebungskurve 17, die von einem elektrischen Aktuator 12, hier z.B. ein Elektromotor oder Getriebemotor, angetrieben wird. Die Kurvenscheibe 11 bzw. der elektrische Aktuator 12 stützen sich an einem ortsfesten Teil 13 der Reibungsbremse 1, wie z.B. einem Bremssattel odereinem nicht dargestellten, hinlänglich bekannten Verschleißnachsteller (der als quasi ortsfest angesehen wird), ab, wie in Fig. 1 angedeutet. Auf der Kurvenscheibe 11 rollt ein Abtastelement 14, z.B. ein Nadellager, ab, wobei das Abtastelement 14 an einem Koppelglied 15 drehbar gelagert angeordnet ist. Je nach Form der Erhebungskurve 17 ist das zweite Übertragungsglied 8 damit linear oder nichtlinear. Am Koppelglied 15 sind hier weiters die Enden zweier Hebel 16 drehbar gelagert angeordnet. Die jeweils gegenüber liegenden Enden der Hebel 16 sind an der Betätigungswelle 6 befestigt. Mecha- nisch gesehen handelt es sich bei dem Koppelglied 15 um einen Rollenschlepphebel, der gleichzeitig Teil eines Parallelogrammgetriebes ist. Selbstverständlich könnte auch nur ein erstes Übertragungsglied 5 vorgesehen sein und damit auch nur ein Hebel 16 notwendig sein. Ebenso könnten auch mehr als zwei erste Übertragungsglieder 5 und damit auch mehr als zwei Hebel 16 vorgesehen sein.The second transmission member 8 here comprises a cam plate 11 rotatably mounted at a pivot point 9 with a survey curve 17 which is provided by an electric actuator 12, here e.g. an electric motor or geared motor is driven. The cam 11 and the electric actuator 12 are supported on a stationary part 13 of the friction brake 1, as shown in FIG. a caliper or a not-shown, well-known wear adjuster (which is considered quasi stationary), as indicated in Fig. 1. On the cam 11, a scanning element 14, e.g. a needle bearing, from, wherein the sensing element 14 is rotatably mounted on a coupling member 15. Depending on the shape of the elevation curve 17, the second transmission member 8 is thus linear or non-linear. On the coupling member 15 further ends of two levers 16 are rotatably mounted here. The respective opposite ends of the lever 16 are attached to the actuating shaft 6. Mechanically speaking, the coupling member 15 is a roller cam follower which is also part of a parallelogram gear. Of course, only a first transmission member 5 could be provided and thus only one lever 16 may be necessary. Likewise, more than two first transmission members 5 and thus more than two levers 16 could be provided.

Wird die Kurvenscheibe 11 durch den elektrischen Aktuator 12 z.B. im Uhrzeigersinn verdreht, rollt das Abtastelement 14 auf der Kurvenscheibe 11 ab, womit das Koppelglied 15 gemäß der Kurvenform der Kurvenscheibe 11 nach oben oder unten bewegt wird. Durch die Bewegung des Koppelgliedes 15 wird gleichzeitig über die Hebel 16 die Betätigungswelle 6 verdreht und der Bremsbelag 3 gegen die Reibfläche 2 gedrückt. Zum Abheben des Bremsbelags 3 von der Reibfläche 2 erfolgt die Verdrehung der Kurvenscheibe 11 in gegengesetzter Richtung.When the cam 11 is rotated by the electric actuator 12, e.g. Turned clockwise, the sensing element 14 rolls on the cam 11, whereby the coupling member 15 is moved according to the waveform of the cam 11 up or down. By the movement of the coupling member 15, the actuating shaft 6 is simultaneously rotated via the lever 16 and the brake pad 3 is pressed against the friction surface 2. To lift the brake pad 3 of the friction surface 2, the rotation of the cam 11 takes place in the opposite direction.

Die Kinematik der Betätigungseinrichtung 10 der Reibungsbremse 1 besteht somit aus dem Wegübersetzungsverhältnis (bzw. äquivalent Kraft- oder Momentenübersetzungsverhältnis) des ersten Übertragungsglieds 5 und des zweiten Übertragungsglieds 10.The kinematics of the actuator 10 of the friction brake 1 thus consists of the Wegübersetzungsverhältnis (or equivalent force or torque ratio) of the first transmission member 5 and the second transmission member 10th

Die Erhebungskurve 17 des zweiten Übertragungsgliedes 10 kann anstatt einer Kurvenscheibe 11 auch durch eine Kulissenführung realisiert sein. Die Erhebungskurve 17 kann dabei auch mehrmals aufgewickelt oder räumlich geformt sein, sodass sich zwischen Anfangs- und Endposition ein Verdreh bereich von größer als 360° ergeben kann. Z.B. kann die Kurvenscheibe 11 wie eine Wendel geformt sein, wobei durch eine Vorschubeinrichtung, z.B. ein Gewinde, die Kurvenscheibe 11 immer richtig positioniert werden kann. Eine Kulissenführung könnte auch spiralförmig ausgeführt sein.The elevation curve 17 of the second transmission member 10 may be realized instead of a cam 11 by a slotted guide. The elevation curve 17 can also be wound several times or spatially shaped, so that between the initial and final position, a twist range of greater than 360 ° can result. For example, For example, the cam 11 may be shaped like a helix, with a feed device, e.g. a thread, the cam 11 can always be properly positioned. A slotted guide could also be designed spirally.

Die Erhebungskurve 17 der Kurvenscheibe 11 oder einer Kulissenführung oder allgemeiner einer beliebigen Erhebungskurve 17 im Raum oder in der Ebene kann natürlich auf jede mechanisch sinnvolle Art abgetastet werden, also neben dem beschriebenen Rollenschlepphebel auch mit Kipphebel oder anderer Führung des Abtastelements 14. Abgetastet kann natürlich auch anders als mit einem Wälzlager werden, so z.B. durch eine Rolle, einen gleitenden Kontakt oder eine Kugel. Unter Abtasten wird folglich das Abrollen oder Abgleiten des Abtastelements 14 an der Erhebungskurve 17 verstanden.The elevation curve 17 of the cam 11 or a slide guide or more generally any elevation curve 17 in space or in the plane can of course be scanned in any mechanically meaningful way, so in addition to the described roller cam follower also with rocker arm or other guidance of the sensing element 14. Of course also sampled different than with a rolling bearing, such as by a roller, a sliding contact or a ball. By scanning, therefore, the rolling or sliding of the sensing element 14 at the elevation curve 17 is understood.

Das Koppelglied 15 kann dabei auch mehrteilig ausgeführt sein, z.B. mehrere gelenkig verbundene Glieder oder Hebel.The coupling member 15 can also be designed in several parts, e.g. several articulated links or levers.

Die Erhebungskurve 17 der Kurvenscheibe 11 (oder der Kulissenführung) kann auch einen Bereich aufweisen, der so geformt ist, dass das Abtastelement 14 in diesem Bereich eine stabile bzw. energiegünstige Lage einnimmt, sodass sich das zweite Übertragungsglied 8 also nicht selbsttätig, ohne äußere Kräfte in Richtung der ungebremsten Lage rückstellen kann. Das ist in Fig.1 z.B. am Ende der Erhebungskurve 17 der Kurvenscheibe 11 in Form einer Einbuchtung 20 vorgesehen. Kommt das Abtastelement 14 in dieser Einbuchtung zu liegen, kann sich das Abtastelement 14 ohne äußere Krafteinwirkung, z.B. durch den elektrischen Aktuator 12, einen Seilzug, oder ähnlichem, nicht alleine aus dieser Position wegbewegen. Das kann z.B. für eine Parkbremsfunktion genutzt werden.The elevation curve 17 of the cam 11 (or the guide slot) may also have an area that is shaped so that the sensing element 14 occupies a stable or energy-favorable position in this area, so that the second transmission member 8 so not automatically, without external forces can reset in the direction of the unbraked position. This is shown in Fig. 1 e.g. provided at the end of the elevation curve 17 of the cam 11 in the form of a recess 20. If the scanning element 14 comes to lie in this indentation, the scanning element 14 can move without external force, e.g. by the electric actuator 12, a cable, or the like, not alone move away from this position. This can e.g. be used for a parking brake function.

Auch über eine Halteklinke kann eine Parkbremsfunktion realisiert werden. Wenn durch Betätigung der Betätigungseinrichtung 10 an einer bestimmten Position eine Halteklinke überfahren wird und einrastet, wird ebenfalls die Betätigungsposition (Parkposition) lagefixiert. Zum Entriegeln, also um z.B. eine Parkbremse zu lösen, muss die Haltklinke, z.B. wieder über Seilzug, gelöst werden. Dabei kann auch ein Elektromagnet zur Einrückung der Halteklinke gegen eine Feder dienen. Die Halteklinke bleibt dann in der Parkposition ohne Magnetwirkung durch Reibung verriegelt. Zum Lösen könnte die Betätigungseinrichtung 12 etwas weiterbewegt werden, womit die Reibung verringert wird und die Feder die Haltklinke löst.A parking brake function can also be realized via a holding pawl. If a retaining pawl is run over and latched by actuation of the actuating device 10 at a certain position, the actuating position (parking position) is likewise fixed in position. For unlocking, that is, e.g. To release a parking brake, the retaining pawl, e.g. again via cable, to be solved. It can also serve as an electromagnet for engaging the retaining pawl against a spring. The retaining pawl then remains locked in the park position without magnetic effect by friction. To release the actuator 12 could be moved slightly, whereby the friction is reduced and the spring releases the retaining pawl.

In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reibungsbremse 1 nach Fig.2 ist am Koppelglied 15 wieder ein Abtastelement 14 drehbar gelagert angeordnet, das wiederum auf einer Erhebungskurve 17 des zweiten Übertragungsgliedes 8 abrollt. Das Koppelglied 15 ist hier als Kniehebel ausgeführt, wobei das Kniegelenk über das Abtastelement 14 an der Erhebungskurve 17 abrollt. An einem Schenkel des Koppelgliedes 15 ist wiederum ein Ende des Hebels 16 angelenkt, über den hier eine Nocke verdreht wird. Am anderen Schenkel des Koppelglied 15 greift hier ein Betätigungshebel 18 an, der über einen vom elektrischen Aktuator 12 angetriebenen Motorhebel 19 betätigt wird. Am Betätigungshebel 18 könnte aber auch ein Linearantrieb angreifen. Die Erhebungskurve 17 ist hier ortsfest angeordnet.In an alternative embodiment of the friction brake according to the invention 1 according to Figure 2, a scanning element 14 is again rotatably mounted on the coupling member 15, which in turn rolls on a survey curve 17 of the second transmission member 8. The coupling member 15 is designed here as a toggle lever, wherein the knee joint rolls over the sensing element 14 on the elevation curve 17. On one leg of the coupling member 15, in turn, one end of the lever 16 is articulated, over which a cam is rotated here. On the other leg of the coupling member 15 engages an actuating lever 18, which is actuated via a motor lever 19 driven by the electric actuator 12. On the actuating lever 18 but could also attack a linear drive. The survey curve 17 is arranged stationary here.

Ebenso sind auch andere Abrollführungen denkbar. Z.B. könnte auch das Abtastelement 14, die an der Erhebungskurve 17 abrollt, mit einer Kulissenführung oder einem Zapfen, der in einer Bohrung gleitet, geführt werden.Likewise, other rolling guides are conceivable. For example, could also the sensing element 14, which rolls on the elevation curve 17, with a slotted guide or a pin which slides in a bore, are performed.

Der Ausgangspunkt für die Auslegung einer erfindungsgemäßen Reibungsbremse 1 kann z.B. ein vorgegebenes Belagsandrückkraft FN-Betätigungsweg s Diagramm, oder ein Belagsandrückkraft FN-Verdrehwinkel α Diagramm sein, wie in Fig.3 dargestellt. Das Diagramm kann einen linearen oder nichtlinearen (wie in Fig.3) Zusammenhang widergeben. Ein solches Diagramm ergibt sich z.B. aus dem grundlegenden Bremsendesign, das die Steifigkeiten der Bremsenteile und die Geometrie des ersten nichtlinearen Übertragungsglieds 5, also z.B. die geometrischen Verhältnisse am Exzenters, berücksichtigt und ist als bekannt anzusehen oder wird anwendungsbedingt vorgegeben. Dabei können auch unterschiedliche Verschleißzustände der Reibungsbremse 1 berücksichtigt werden. In Fig.3 zeigt die Kurve 3a die Bremse ohne Verschleiß und die Kurve b) die Bremse bei Vollverschleiß. Durch den Verschleiß des Bremsbelages 3 ändert sich die Steifigkeit der Reibungsbremse 1 signifikant. Ebenso könnte auch der Temperatureinfluss auf die Steifigkeit der Reibungsbremse berücksichtigt werden.The starting point for the design of a friction brake 1 according to the invention may be e.g. a predetermined pad pushing force FN actuating travel s diagram, or a pad pushing force FN twisting angle α diagram, as shown in Fig.3. The diagram may reflect a linear or nonlinear relationship (as in FIG. 3). Such a diagram results e.g. from the basic brake design, which gives the stiffnesses of the brake parts and the geometry of the first nonlinear transmission member 5, e.g. the geometric conditions on the eccentric, considered and is to be regarded as known or is given by application. In this case, different wear conditions of the friction brake 1 can be considered. In Figure 3 shows the curve 3a, the brake without wear and the curve b) the brake at full wear. Due to the wear of the brake lining 3, the rigidity of the friction brake 1 changes significantly. Likewise, the temperature influence on the stiffness of the friction brake could be taken into account.

Aus diesem Belagsandrückkraft FN-Verdrehwinkel α Diagramm kann dann aus den bekannten geometrischen Verhältnissen das benötigte Eingangsmoment TE des ersten Übertragungsglieds 5 für die Erzielung der Belagsandrückkräfte FN ermittelt werden, wie in Fig.4 dargestellt. Darin sind wieder unterschiedliche Verschleißzustände dargestellt, wobei die Kurve 4a wieder die Reibungsbremse 1 ohne Verschleiß und die Kurve 4b die Reibungsbremse 1 bei Vollverschleiß widerspiegelt. Um den Betrieb der Reibungsbremse 1 überden gesamten Verschleißzustand gewährleisten zu können, muss das Eingangsmoment TE den Bereich abdecken, der durch die Hüllkurve (punktierte Kurve 4c) gegeben ist. Dieses Eingangsmoment TE ist vom zweiten Übertragungsglied 8 aufzubringen, das entsprechend ausgelegt wird. Für den elektrischen Aktuator 12 ist es aber besonders vorteilhaft, wenn dieser über den gesamten Betätigungsbereich mit einem möglichst konstanten Drehmoment (z.B. bei einem Elektromotor) oder mit konstanter Kraft, bevorzugt in einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad, betrieben werden kann. Unter der Annahme eines gewünschten konstanten Drehmoments des Aktuators 12 stellt das Eingangsmoment TE, bzw. die Hüllkurve in Fig.4 (umgelegt auf den Eingangsverdrehwinkel des zweiten Übertragungsgliedes 8), unmittelbar die benötigte Momentenübersetzungskennlinie (bzw. Kraftübersetzungskennlinie) im zweiten Übertragungsglied 8 dar. Da die lokale Momentenübersetzung aber der jeweiligen Steigung der Tangente der Wegübersetzungskennlinie entspricht, ergibt sich umgekehrt die Wegübersetzungskennlinie, und damit die Form der Erhebungskurve 17, als Integral der Momentenübersetzungskennlinie, wie in Fig.5 dargestellt. Darin zeigt die Kurve 5a die Momentenübersetzungskennlinie (Hüllkurve bei Berücksichtigung des Verschleißes) und die Kurve 5b das Integral dieser Kurve, also die Wegübersetzungskennlinie. Daraus kann die Form der Erhebungskurve 17 über den Verdrehwinkel α (Betätigungsweg) unmittelbar abgeleitet werden, um ein im wesentlichen konstantes Drehmoment des elektrischen Aktuators 12 zu erzielen. Aus diesem Grund wird bevorzugt ein nichtlineares zweites Übertragungsglied 8 verwendet. Für eine Reibungsbremse mit einem Getriebemotor und einem ersten Übertragungsglied nach der WO 2010/133 463 A1 wurde eine Betätigungszeit von ca. 250ms für eine Belagsandrückkraft von 40kN gemessen. Für eine Reibungsbremse 1 gemäß der gegenständlichen Erfindung konnte die Betätigungszeit auf ca. 180ms reduziert werden, was eine signifikante Verbesserung darstellt.From this covering contact force FN angle of rotation α diagram, the required input torque TE of the first transmission element 5 for obtaining the covering contact forces FN can then be determined from the known geometrical conditions, as shown in FIG. In it again different wear conditions are shown, wherein the curve 4a again the friction brake 1 without wear and the curve 4b reflects the friction brake 1 at full wear. In order to be able to ensure the operation of the friction brake 1 over the entire state of wear, the input torque TE must cover the range given by the envelope (dotted curve 4c). This input torque TE is applied by the second transmission member 8, which is designed accordingly. For the electric actuator 12, however, it is particularly advantageous if it can be operated over the entire actuation range with a torque which is as constant as possible (for example in the case of an electric motor) or with a constant force, preferably in a region with high efficiency. Assuming a desired constant torque of the actuator 12, the input torque TE or the envelope in FIG. 4 (converted to the input twist angle of the second transmission element 8) directly represents the required torque transmission characteristic (or force transmission characteristic) in the second transmission element 8 However, the local torque ratio but corresponds to the respective slope of the tangent of the path translational characteristic, in turn results in the path translational characteristic, and thus the shape of the survey curve 17, as an integral of the torque transmission characteristic, as shown in Figure 5. Therein, the curve 5a shows the torque transmission characteristic curve (envelope with consideration of the wear) and the curve 5b shows the integral of this curve, that is to say the path transmission characteristic curve. From this, the shape of the elevation curve 17 can be derived directly via the angle of rotation α (actuating travel) in order to achieve a substantially constant torque of the electric actuator 12. For this reason, a non-linear second transmission member 8 is preferably used. For a friction brake with a geared motor and a first transmission member according to WO 2010/133 463 A1, an actuation time of approximately 250 ms was measured for a covering contact force of 40 kN. For a friction brake 1 according to the subject invention, the operating time could be reduced to about 180ms, which is a significant improvement.

Bei vielen elektrisch betätigten Reibungsbremsen 1 ist gefordert, dass sie im energielosen Zustand (elektrischer Aktuator 12 ohne Strom) selbsttätig, ohne elektrische Hilfe in den ungebremsten Zustand aufgehen. Das kann bei hoher mechanischer Reibung im Antrieb der Reibungsbremse 1 unmöglich sein, weil bei einem elektrischer Aktuator 12 zuerst ein Losbrechmoment bzw. eine Losbrech kraft, das sich typischerweise aus mechanischen Lagerreibungen und dem magnetischen „Schnappen“ zusammensetzt und das 10 % des Nennmoments bzw. der Nennkraft ausmachen kann, überwunden werden muss. Zudem muss bei einem Getriebemotor als elektrischer Aktuator 12 zum Lösen auch gegen die Getriebeübersetzung mit höherem Moment als auf der Motorwelle aufgedreht werden. Bei Reibungsbremsen 1 mit geringer mechanischer Antriebsreibung und/oder günstigem Verlauf der Betätigungskraft kann die Reibungsbremse 1 in bestimmten Bereichen durch die hohe Belagsandrückkraft selbst aufgedrückt werden. In allen Bereichen ist das aber nicht möglich, da z.B. bei sehr kleiner Belagsandrückkraft (z.B. Bremsung auf Eis oder Schnee) keine ausreichende Kraft zum Aufdrücken gegen das Losbrechmoment vorhanden ist. In diesem Zustand muss eine nicht-elektrische, speicherbare Hilfsenergie zum Aufdrücken der Reibungsbremse 1 vorhanden sein Das kann z.B. eine Lösefeder sein, die beim Bremsen gespannt wird und die die gespeicherte Energie zum Aufdrücken der Reibungsbremse 1 im Bedarfsfall wieder abgibt.In many electrically operated friction brakes 1 is required that they rise in the de-energized state (electric actuator 12 without power) automatically, without electrical assistance in the unbraked state. This may be impossible with high mechanical friction in the drive of the friction brake 1, because in an electric actuator 12, first a breakaway torque or a breakaway force, which typically consists of mechanical bearing friction and the magnetic "snapping" and the 10% of the rated torque or the nominal force can be overcome, must be overcome. In addition, in a geared motor as an electric actuator 12 for loosening against the gear ratio with higher torque than on the motor shaft must be turned on. In friction brakes 1 with low mechanical drive friction and / or favorable course of the actuating force, the friction brake 1 can be pressed in certain areas by the high pad pushing force itself. However, this is not possible in all areas, as e.g. with very low pad contact force (e.g., braking on ice or snow), there is not sufficient force to push against the breakaway torque. In this condition, a non-electric, storable auxiliary energy must be present for applying the friction brake 1. be a release spring, which is stretched during braking and the stored energy for pressing the friction brake 1 in case of need again.

Wenn die Hilfsenergie aus der Betätigung der Reibungsbremse 1 selbst versorgt wird, z.B. über eine Lösefeder, die bei Bremsbetätigung aufgezogen wird, ist die Gesamtbetätigungskraft (bzw. das Gesamtbetätigungsmoment) um diese Federwirkung höher. Die Energie wäre zwar nicht verloren, weil sie spätestens beim Lösen der Reibungsbremse 1 wieder entnommen wird, aber sie erhöht trotzdem den Antriebsmomentbedarf. Die Lösefeder würde also im einfachsten Fall andauernd über ihre Federkennlinie wirksam sein und damit auch im Bereich großer Betätigungsmomente zusätzlich wirksam werden, obwohl die Lösefeder in solchen Bereichen zum Aufdrücken der Reibungsbremse 1 überhaupt nicht nötig wäre. Dem kann mit einem nichtlinearen Getriebe für die Lösefeder entgegen gewirkt werden, indem die Lösefeder mittels eines geeignet ausgelegten nichtlinearen Getriebes betätigt wird, z.B. eine über eine Federnocke 22 wirkende Lösefeder 21, wie nachfolgend mit Bezugnahme auf Fig.6 beschrieben.When the auxiliary power is supplied from the operation of the friction brake 1 itself, e.g. via a release spring, which is wound up during braking, the total operating force (or the total operating torque) is higher by this spring action. Although the energy would not be lost because it is removed again at the latest when releasing the friction brake 1, but it still increases the drive torque demand. The release spring would therefore be effective in the simplest case continuously on their spring characteristic and thus be effective in the field of large actuation torques, although the release spring in such areas for pressing the friction brake 1 would not be necessary. This can be counteracted with a non-linear gear for the release spring by the release spring is actuated by means of a suitably designed non-linear gear, for. a release spring 21 acting via a spring cam 22, as described below with reference to FIG.

An einer Betätigungswelle 6 ist eine Federnocke 22 angeordnet, die mit der Betätigungswelle 6 mitgedreht wird. Ein Federhebel 23 ist an einem Ende drehbar gelagert angeordnet. Am anderen Ende des Federhebels 23 ist ein Federabtastelement 24, hier z.B. eine drehbar gelagerte Rolle, angeordnet, wobei das Federabtastelement 24 die Federnocke 22 abtastet, hier darauf abrollt. Kinematisch ist also wieder ein Rollenschlepphebel realisiert. Am Feder- hebel 23 greift eine Lösefeder 21 an. Wird die Federnocke 22 verdreht, so wird der Federhebel 23 um einen Winkel ß verschwenkt und die Lösefeder 21 somit gespannt.On an actuating shaft 6, a spring cam 22 is arranged, which is rotated with the actuating shaft 6. A spring lever 23 is rotatably mounted at one end. At the other end of the spring lever 23 is a spring sensing element 24, here e.g. a rotatably mounted roller, arranged, wherein the spring sensing element 24, the spring cam 22 scans, here rolls on it. Kinematically so again a roller cam follower is realized. The spring lever 23 is engaged by a release spring 21. If the spring cam 22 is rotated, the spring lever 23 is pivoted by an angle ß and the release spring 21 thus tensioned.

Das oben beschriebene Verfahren zur Ermittlung einer günstigen Wegübersetzungskennlinie des zweiten Übertragungsgliedes 8 bewertet keine Herkunft der Kraft (Moment). Daher kann die Lösefeder 21, die zum Aufdrücken der Reibungsbremse 1 ganz oder fallweise nötig ist, einfach als zusätzliche Kraft eingesetzt werden. Damit erhält man eine gesamte Wegübersetzungskennlinie inklusive Lösefeder 21 zur Gestaltung der Übersetzung der Betätigungseinrichtung 10. Für die Bestimmung der Erhebungskurve der Federnocke 24 kann nun wie bereits beschrieben vorgegangen werden.The method described above for determining a favorable path ratio characteristic of the second transmission element 8 does not evaluate the origin of the force (moment). Therefore, the release spring 21, which is completely or occasionally necessary for pressing the friction brake 1, can be used simply as an additional force. This gives an entire path translating characteristic including release spring 21 for the design of the translation of the actuator 10. The determination of the survey curve of the spring cam 24 can now proceed as already described.

In Fig.7 ist das Moment, das die Reibungsbremse 1 aus ihrer inneren Belagsandrückkraft über den Betätigungsbereich des elektrischen Aktuators 12 auf diesen auswirkt. Im Bereich kleiner Betätigungswinkel ist das Moment negativ, d.h. dieses negative Moment fehlt, um die Reibungsbremse 1 selbsttätig rückzustellen. Wiederum wird ein Kennfeld über relevante Zustände verwendet, das alle Belagsverschleißsituationen, Temperaturen und sonstige Einflüsse abdeckt. Die punktierte Hüllkurve 7a ist demnach der Bereich der fehlenden Lösemomente und muss durch Hilfsenergie (z.B. Lösefeder 21) zugeführt werden. Durch den Verlauf des Lösemoments (Hüllkurve 7a) und der gegebenen Kinematik ist damit auch die Nockenerhebung der Federnocke 22 festgelegt. Die Lösefeder 21 wird damit nur dort gespannt, wo sie als Rückstellhilfe gebraucht wird. Außerhalb dieses Bereiches bewirkt das Entspannen der Lösefeder 21 eine Unterstützung des elektrischen Aktuators 12 für den Betätigungsvorgang der Reibungsbremse. Dadurch wird die sonst störende Lösefeder 21 plötzlich zur Unterstützung der Betätigung der Reibungsbremse 1.In Fig.7 is the moment that affects the friction brake 1 from its inner lining contact force over the operating range of the electric actuator 12 to this. In the range of small actuation angles, the moment is negative, i. this negative moment is missing in order to reset the friction brake 1 automatically. Again, a map of relevant conditions is used that covers all lining wear situations, temperatures and other influences. The dotted envelope 7a is therefore the range of missing release moments and must be supplied by auxiliary power (e.g., release spring 21). Due to the course of the release torque (envelope curve 7a) and the given kinematics, the cam lobe of the spring cam 22 is thus also fixed. The release spring 21 is therefore only curious where it is needed as a restoring aid. Outside this range, relaxing the release spring 21 causes a support of the electric actuator 12 for the operation of the friction brake. As a result, the otherwise annoying release spring 21 suddenly becomes supportive of the operation of the friction brake 1.

Das Ergebnis ist in Fig.8 dargestellt, die den Verlauf des Rückstellfedermoments TF über den Verdrehwinkel der Federnocke 22 zeigt. Das Rückstellfedermoment TF wirkt bei kleiner Bremsbetätigung wie die innere Kraft aus der Reibungsbremse 1 zum Rückstellen der Reibungsbremse 1. Bei stärkerer Bremsung wird die Lösefeder 21 wieder entspannt, um den elektrischen Aktuator 12 bei Bremsbetätigung zu unterstützen.The result is shown in Figure 8, which shows the course of the return spring torque TF on the angle of rotation of the spring cam 22. The return spring moment TF acts as the inner force of the friction brake 1 to reset the friction brake 1 at low brake application. With heavy braking, the release spring 21 is relaxed again to support the electric actuator 12 during braking operation.

Die Übersetzungen der Betätigungseinrichtung 10 und der Lösefeder 21 beeinflussen sich gegenseitig. Daher wird eine solche Reibungsbremse 1 in der Regel in einem iterativen Prozess entworfen, bei dem die Optimierungsschritte wiederholt werden, bis das Verbesserungspotential weitgehend ausgeschöpft ist. Dabei könnte man bei der neuen Auslegung einer Reibungsbremse 1 auch von einer bereits bekannten günstigen Lösefeder 21 mit Übersetzung oder von einer bereits bekannten linearen oder nichtlineare Übersetzung der Betätigungseinrichtung 10 ausgehen.The translations of the actuator 10 and the release spring 21 influence each other. Therefore, such a friction brake 1 is usually designed in an iterative process in which the optimization steps are repeated until the potential for improvement has been largely exhausted. In the new design of a friction brake 1, it would also be possible to start from an already known favorable release spring 21 with a translation or from an already known linear or non-linear translation of the actuating device 10.

Das Ergebnis einer solchen Optimierung ist z.B. in Fig.9 dargestellt. Dabei sind über den Betätigungsbereich des elektrischen Aktuators das Drehmoment T des elektrischen Aktuators 12 (Kurve 9a) und das Rückstellfedermoment TF der Lösefeder 21 (Kurve 9c) aufgetragen. Hier ist das erzielte, über den Betätigungsbereich im Wesentlichen konstante Drehmoment T des elektrischen Aktuators 12 gut zu erkennen. Die Kurve 9b berücksichtigt zusätzlich noch Selbstverstärkungseffekte der Reibungsbremse 1, wodurch das notwendige Drehmomente T des elektrischen Aktuators 12 natürlich sinkt.The result of such optimization is e.g. shown in Fig.9. In this case, the torque T of the electric actuator 12 (curve 9a) and the return spring torque TF of the release spring 21 (curve 9c) are plotted over the actuating region of the electric actuator. Here is the achieved over the operating range substantially constant torque T of the electric actuator 12 to recognize well. The curve 9b additionally takes into account self-amplification effects of the friction brake 1, as a result of which the necessary torque T of the electric actuator 12 naturally decreases.

Die erfindungsgemäße Reibungsbremse 1 wurde oben am Beispiel einer Bremse beschrieben, bei der aktiv Kraft (Moment) aufgebracht werden muss, um die Bremsbeläge anzudrücken, wie z.B. im KFZ erforderlich. Allerdings ist die Wirkrichtung des elektrischen Aktuators 12 für die Erfindung unerheblich. Der elektrische Aktuator 12 kann auch mit aktiver Kraft (Moment) die Reibungsbremse an der Betätigung hindern, womit die Wirkrichtung umgekehrt wäre. Die Energie zur Betätigung der Reibungsbremse kann in diesem Fall aus einer Hilfsenergiequelle, wie z.B. eine Feder, stammen. Eine solche Reibungsbremse 1 wird z.B. als Eisenbahnbremse, Aufzugsbremse, Kranbremse, etc., die bei Stromausfall bremsen muss, eingesetzt. Dabei kann die vorhin beschriebene Lösefeder 21 auch als Hilfsenergiequelle zum Bremsen eingesetzt werden, wobei die Betätigungskurve für die Lösefeder 21 dann natürlich günstig für das Betätigungsverhalten der Bremse ausgelegt wird. Bei einer solchen Reibungsbremse kann die Kinematik so ausgelegt werden, dass im geöffnet zu haltendem Bereich die Kraft (Moment) am elektrischen Aktuator 12 möglichst klein oder sogar Null wird. Das kann ähnlich wie oben für die Parkbremsfunktion beschrieben über einen besonderen Bereich der Kurvenscheibe, Kulisse oder Kinematik erfolgen. Auch eine beschriebene Halteklinke könnte zum geöffnet Halten der Reibungsbremse 1 dienen.The friction brake 1 according to the invention has been described above by the example of a brake in which active force (torque) has to be applied in order to press the brake pads, such as e.g. required in the car. However, the direction of action of the electric actuator 12 is irrelevant to the invention. The electric actuator 12 can also prevent the friction brake on the actuator with active force (torque), whereby the effective direction would be reversed. The energy for actuating the friction brake in this case may be derived from an auxiliary power source, such as an auxiliary power source. a spring, come. Such a friction brake 1 is e.g. as a railway brake, elevator brake, crane brake, etc., which must brake in case of power failure, used. In this case, the previously described release spring 21 can also be used as an auxiliary power source for braking, the actuation curve for the release spring 21 is then of course designed low for the actuation behavior of the brake. In such a friction brake, the kinematics can be designed so that the force (torque) on the electric actuator 12 becomes as small as possible or even zero in the region to be kept open. This can be done similarly as described above for the parking brake function over a special area of the cam, link or kinematics. Also, a holding pawl described could serve to open holding the friction brake 1.

Claims

claims

Electrically actuated friction brake with a brake pad (3) actuated by an actuating device (10), wherein the actuating device (10) is driven by an electric actuator (12) and comprises a first transmission member (5) which engages with the brake pad (3 ), and the brake operating means (10) for obtaining a pad pressing force (FN) rotates the first transmission member (5) by a twist angle (a) and the first transmission member (5) obtains the pad pressing force (Fn) depending on the twist angle (A) an input torque (TE) required, characterized in that a second transmission member (8) is provided with a survey curve (17) and on the first transmission member (5), a coupling member (15) is provided, wherein the coupling member (15) a Scanning element (14) is arranged, which abta the elevation curve (17) under the action of the electric actuator (12) for actuating the first transmission member (5) stet, wherein the second transmission member (8) applies the input torque (TE) for the first transmission member (5) and that the input torque (TE) of the first transmission member (5) on the twist angle (a) for different wear conditions of the brake pad (3) a Envelope (4c) and the second transmission member (8) applied input torque (TE) over the twist angle (a) covers the area of the envelope (4c).

2. Electrically operated friction brake according to claim 1, characterized in that on the coupling member (15) a first end of a lever (16) is rotatably mounted and a second end of the lever (16) with the first transmission member (5) is connected.

3. Electrically actuated friction brake according to claim 1 or 2, characterized in that the second transmission member (8) as a cam (11) or as a sliding guide with the elevation curve (17) is executed and the electric actuator (12), the cam (11) or twisted the slide guide.

4. Electrically actuated friction brake according to claim 2 or 3, characterized in that two first transmission members (5) are provided, which are each connected to form a parallelogram via a lever (16) with the coupling member (15).

5. Electrically actuated friction brake according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling member (15) is designed as a toggle whose knee joint on the sensing element (14) along the elevation curve (17) is guided, on a first leg of the toggle lever of the electric Actuator (12) engages and the other leg of the toggle lever with the first transmission member (5) is connected.

6. Electrically actuated friction brake according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the elevation curve (17) has a recess is provided in which the sensing element (14) occupies a stable position.

7. Electrically actuated friction brake according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first transmission member (5) is designed as an eccentric drive or as a cam drive.

8. Electrically actuated friction brake according to one of claims 1 to 7, characterized in that the elevation curve (17) is formed according to the path transmission characteristic of the first transmission member (5).

9. Electrically actuated friction brake according to one of claims 1 to 8, characterized in that a release spring (21) is provided, which acts on the actuating device (10).

10. Electrically actuated friction brake according to claim 9, characterized in that on the first transmission member (5) a Federnocke (22) is provided, which biases or releases the release spring (21) via a Federabtastelement (24).