CN102959269B - 用于车辆的气动车轮制动器以及使用该制动器的方法 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的气动车轮制动器，其中，车轮制动器具有至少一个能通过压缩空气缸(10)来操纵的制动杆(11)和能通过制动杆(11)来操纵的压紧装置(20)，经由该压紧装置，在操纵制动杆(11)的情况下第一制动元件(1)能被压向第二制动元件(2)，并且车轮制动器具有可电动驱动的调节装置(3)，经由该调节装置，至少压紧装置(20)的零件(7、8、9)至少在不操纵制动杆(11)的情况下能被加载力并且由此第一制动元件(1)能被压向第二制动元件(2)。此外，车轮制动器具有布置在压缩空气缸(10)外部的弹簧蓄能元件(4)，其中，该弹簧蓄能元件(4)能由可电动驱动的调节装置(3)加载力，并且通过该弹簧蓄能元件(4)，至少压紧装置(20)的零件(7、8、9)至少在不操纵制动杠(11)的情况下能被加载力并且由此第一制动元件(1)能被压向第二制动元件(2)。

Description

用于车辆的气动车轮制动器以及使用该制动器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的气动车轮制动器。
背景技术
这种类属的气动车轮制动器由EP 1 384 913 B1公知。在该处建议如下，即：除了第一撑开装置之外设置有第二撑开装置。第二撑开装置是电气操纵的压紧装置的一部分。以此能够实现具有较少结构空间需求的驻车制动功能，尤其因为作为气动操纵缸不必须使用较长地构造的组合缸，而是可以使用较简单地、较短地构造的制动缸。
在由EP 1 384 913 B1得知的可电气操纵的驻车功能的原理的情况下，在置入驻车制动器之后(这也就是说在停止车辆之后)尤其在变热的制动器的情况下可能存在如下需求，即：通过借助于电气压紧装置的补偿调整来补偿由于制动器的冷却而出现的驻车制动功能的制动力降低，以便确保车辆的安全的制动。但是，通过操纵电气压紧装置的这样的补偿调整可能是不期望的，例如当要节省电能时。
发明内容
因此，本发明基于如下任务，即：说明一种具有可电气操纵的驻车制动功能的气动车轮制动器，其在车辆停止之后在无需其他电能消耗的情况下确保车辆持久可靠的制动。
这个任务通过如下气动车轮制动器来解决，即，一种用于车辆的气动车轮制动器，其中，车轮制动器具有至少一个能够通过压缩空气缸来操纵的制动杆和能够通过制动杆来操纵的压紧装置，经由压紧装置，在操纵制动杆的情况下第一制动元件能够被压向第二制动元件， 并且车轮制动器具有可电动驱动的调节装置，经由调节装置，至少在不操纵制动杆的情况下至少压紧装置的零件能够被加载力并且由此第一制动元件能够被压向第二制动元件，其特征在于，车轮制动器具有布置在压缩空气缸外部的弹簧蓄能元件，其中，弹簧蓄能元件能够由可电动驱动的调节装置加载力，并且通过弹簧蓄能元件，至少在不操纵制动杆的情况下至少压紧装置的零件能够被加载力并且由此第一制动元件能够被压向第二制动元件，可电动驱动的调节装置与可控的离合装置连接，经由离合装置，可电动驱动的调节装置能够选择性地与压紧装置耦接或与之分开。
本发明具有如下优点，即：通过弹簧蓄能元件的设置在停止的车辆的情况下经由可电动驱动的调节装置的补偿调整或者补偿压紧不是必需的。因此，利用本发明能够完全避免在车辆停止的情况下在驻车制动功能的范畴内的电能消耗。通过弹簧蓄能元件进行在制动机械装置中由于冷却的可能的收缩的自动补偿。
另一优点是，作为压缩空气缸可以使用简单地构造的不具有弹簧蓄能元件的运行制动缸，这也就是说较长地构造的组合缸不是必需的。
经由可电动驱动的调节装置能够实现可电操纵的驻车制动功能。具有优点地，弹簧蓄能元件能由可电动驱动的调节装置力加载。由此，弹簧蓄能元件以如下方式与可电动驱动的调节装置处在力流中，即：弹簧蓄能元件自身能够将压紧力施加到第一制动元件上，并且此外弹簧蓄能元件能够由可电动驱动的调节装置以确定的预压紧力预压紧。这允许用于(例如以电子机械式手制动器(EMH)形式的)气动车轮制动器的可电操纵的驻车制动功能的成本低廉的并且紧凑的实现。
因此，第一制动元件不仅可以由可电动驱动的调节装置而且也可以由弹簧蓄能元件加载压紧力。
根据本发明的具有优点的改进方案，可电动驱动的调节装置为了气隙补偿被接通。
根据本发明的具有优点的改进方案，可电动驱动的调节装置在操纵制动杆的情况下(这也就是说在压缩空气缸的压力加载的情况下)不加载或不完全加载由此形成的力。因此，可电动驱动的调节装置布置在车轮制动器压紧的情况下经由压缩空气缸所产生的主力流之外并且因此不负荷相对较高的、在制动过程中出现的压紧力。因为可电动驱动的调节装置用于驻车制动功能并且必要时用于气隙补偿，所以可电动驱动的调节装置因此与当其如在EP 1 384 913 B1中所建议的那样处在主力流中时相比能较小地负荷地来设计。因此按照用于驻车制动功能的制动设施的设计在常用结构形式的较重的商用车的情况下例如120kN的压紧力可能是必需的，而在操纵运行制动器的情况下出现的最大的制动力可以为大约230kN。与较小的负荷能力相应，电动的调节装置因此能够利用较简单的并且较少的能高负荷的结构元件来设计并且由此整体上较紧凑地并且较简单地来构造。
根据本发明的具有优点的改进方案，弹簧蓄能元件在操纵制动杆的情况下不加载或不完全加载由此形成的力。根据弹簧蓄能元件的这样的布置，其如同先前对于可电动驱动的调节装置所实施的那样不处在车轮制动器的运行制动功能的主力流中。相应地，弹簧蓄能元件也能够针对在驻车制动功能的情况下出现的较小的负荷来设计，这也就是说与当其布置在主力流中时相比相应较小地并且较轻地来构造。
根据本发明的具有优点的改进方案，弹簧蓄能元件通过可电动驱动的调节装置能以预压紧力预压紧。这具有如下优点，即：可电动驱动的调节装置在收到驻车制动操纵信号的情况下弹簧蓄能元件能够可以说事先相应地加载预紧力，从而使弹簧蓄能元件在停止车辆之后由于足够的预压紧力自动引起车辆在驻车制动功能的范畴内的安全的制动。
根据本发明的具有优点的改进方案，弹簧蓄能元件构造成盘形弹簧。这具有如下优点，即：较小的紧凑地构造的构件能够用作弹簧蓄能元件，从而使对于驻车制动功能的实现而言必需的构件能够在整体上非常紧凑地整合到车轮制动器中。此外，利用盘形弹簧实现了弹簧的对于驻车制动功能在停止的车辆的情况下的补偿调整而言有利的距离特征曲线/力特征曲线。尤其地，在设置相应的预压紧力的情况下能够充分利用盘形弹簧的特征曲线的基本上水平分布的部分，在其中由弹簧给出的力关于距离不改变或仅略改变。
根据本发明的具有优点的改进方案，可电动驱动的调节装置经由可变传动装置与压紧装置耦接。可变传动装置尤其能够具有滚珠坡道布置。可变传动装置的使用具有如下优点，即：能够实现传动装置关于可电动驱动的调节装置的调节距离的可变的变速比。因此，尤其在可电动驱动的调节装置的调节运动开始时可以设置有较大的变速比并且在继续的进程中可以设置有降低的变速比。由此，可电动驱动的调节装置的可供使用的调节力能够在驻车制动功能的范畴内特别适用地并且有效地用于压紧制动器，方法是，尤其在增加的压紧力的情况下经由可变传动装置降低变速比，从而使利用装备有相对较弱的电机的调节装置也能够实现驻车制动功能的较高的压紧力。
根据本发明的具有优点的改进方案，可变传动装置在操纵制动杆的情况下不加载或不完全加载由此形成的力。由此，可变传动装置也不布置在运行制动功能的主力流中，而是不由该力流加载或仅较少地加载。相应地，可变传动装置也能够利用较少的能负荷的构件来实现并且由此较简单地、较成本低廉地并且较轻地来构造。尤其地，在滚珠坡道布置的情况中动用较小的滚珠，从而使用于可变传动装置的必需的结构空间能够进一步减小。
根据本发明的具有优点的改进方案，可变传动装置在压紧方向上 具有递减的距离特征曲线。这具有如下优点，即：在压紧方向上可电动驱动的调节装置首先能够以较大的传动装置变速比给出调节距离并且在调节运动的过程中能够以变得较小的传动装置变速比给出调节距离。由此与在线性的或累进的距离特征曲线的情况下相比能够整体上实现驻车制动功能的较大的最大压紧力。
根据本发明的具有优点的改进方案，可电动驱动的调节装置与可控的离合装置连接，经由其可电动驱动的调节装置可选地能与压紧装置耦接或与之分开。可控的离合装置具有如下优点：可电动驱动的调节装置能够可选地用于不同的功能，尤其用于车轮制动器在驻车制动功能的范畴内的直接的压紧、用于气隙补偿并且用于弹簧蓄能元件在所期望的预压紧力上的特别的预压紧。在本发明的具有优点的设计方案中，可控的离合装置布置在可电动驱动的调节装置与压紧装置的用于驻车制动功能的零件之间，这也就是说可电动驱动的调节装置永久地与弹簧蓄能元件连接。
根据本发明的具有优点的改进方案，可变传动装置能通过可控的离合装置锁止。这使如下成为可能，即：可变传动装置通过离合装置锁止并且由此关于其变速功能不起作用。在这种状态中，由可电动驱动的调节装置给出的调节运动直接地并且在传动装置变速的情况下传递到压紧装置的由可电动驱动的调节装置操纵的零件上。与此相反，通过可变传动装置借助于可控的离合装置的解锁可电动驱动的调节装置与压紧装置的零件分离。在这种状态中，可变传动装置起作用，这也就是说经由可变传动装置进行由可电动驱动的调节装置给出的调节距离的依赖于调节位置确定的可变的变速比。
根据本发明的具有优点的改进方案，车轮制动器额外具有压缩空气缸。
此外，本发明涉及一种用于利用先前所描述的类型的气动车轮制 动器将车辆停驻在静止状态中的具有如下特征的方法：
a)在收到驻车制动操纵信号的情况下，可电动驱动的调节装置在车轮制动器的压紧方向上被操纵，其中，可电动驱动的调节装置通过离合装置与压紧装置耦接，
b)在达到预先给定的第一调节位置和/或压紧力的情况下，可电动驱动的调节装置通过离合装置由压紧装置分开，其中，可电动驱动的调节装置继续在车轮制动器的压紧方向上被操纵，
c)在达到预先给定的第二调节位置和/或压紧力的情况下，可电动驱动的调节装置被切断。
对于驻车制动功能的解除而言，先前所描述的流程相应地以相反顺序来执行。首先利用打开的离合装置在压紧方向的反方向上操纵可电动驱动的调节装置。在达到预先给定的调节位置和/或压紧力的情况下，离合装置闭合并且可电动驱动的调节装置继续被逆着压紧方向操纵，直至取消了驻车制动功能。
附图说明
下面，在使用附图的情况下借助实施例对本发明进行详细阐述。
其中：
图1以示意性的原理图示形式示出了用于车辆的气动车轮制动器，并且
图2以侧向的截面图示形式示出了气动车轮制动器的另一实施方式，并且
图3示出了根据图2的放大的剖面图，其示出了离合装置、可变传动装置和弹簧蓄能元件的细节，并且
图4在顶视图中以截面图示形式示出了根据图2和3的车轮制动器，并且
图5以透视性的图示形式示出了根据图2至4的车轮制动器，并且
图6示出了可变传动装置的轮廓的变化曲线，
图7a、图7b示出了在具有气动车轮制动器的车辆的驻车的情况下 的流程。
在附图中，对于彼此相应的元件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1以极示意性的图示形式示出了用于车辆的气动车轮制动器。示出了压缩空气缸10和与该压缩空气缸10连接的能由该压缩空气缸10操纵的压紧装置20。压紧装置20具有制动杆11，该制动杆在其与压缩空气缸10的作用点背对的端部上具有设有操纵轮廓的操纵元件12，其例如能够以偏心轮或凸轮轴的形式来构造。操纵元件12作用到构造有相应的相对轮廓的第一压块13上，该压块最终作用到以制动衬件1形式的第一制动元件上。操纵元件12向后经由支承件元件14支撑在车轮制动器的壳体固定的构件(例如制动器盖15)上。
通过由经由压缩空气管道17向压缩空气腔填充压缩空气而引起的压缩空气缸10的操纵，压缩空气缸10经由活塞杆将操纵力施加到制动杆11上。由此，制动杆11在压紧方向上被操纵。经由操纵元件12和压块13，压紧力被施加到制动衬件1上。由此，制动衬件1对着以制动盘2形式的第二制动元件被按压。可选地，车轮制动器也能够构造成鼓室制动器。在这种情况下，第二制动元件构造成制动鼓。
此外，压紧装置具有丝杠螺母7、能在丝杠螺母中转动的丝杠8和与丝杠8连接的第二压块9。第二压块9如第一压块13那样与制动衬件1接触并且能够在丝杠螺母7相对丝杠8的相应的扭转的情况下将压紧力施加到制动衬件1上。
压紧装置20的所描述的零件7、8、9通常与第一压块13整合地来构造成现代的车轮制动器。在这种情况下，丝杠螺母7和丝杠8用于经由整合的机械式补偿调整装置的制动衬件磨损决定的长度补偿。在这种情况下，第一压块13具有优点地与第二压块9整合地构造成统一的构件。此外，丝杠8或者丝杠螺母7穿过操纵元件12的开口来引 导。但是为了清晰的图示，这种布置在图1中并排地示出。
丝杠螺母7抗扭地与以滚珠坡道布置形式构造成的可变传动装置5的从动元件50耦接。可变传动装置5除了从动元件50之外具有驱动元件52以及布置在驱动元件与从动元件之间的滚珠51。具有优点地设置有三个在驱动元件或者从动元件50,52的周边上均匀地布置的滚珠51。由此能够以简单的方式实现由驱动元件52到从动元件50上的静态确定的力传递。
在可变传动装置5上固定有可控的离合装置6。可控的离合装置6具有与从动元件50连接的从动离合部分63和与驱动元件52连接的驱动离合部分62。为了实现可电操纵的换挡功能，离合装置6具有例如固定在驱动离合部分62上的电磁铁60，经由该电磁铁连接销64能插入和抽出。在抽出连接销64的情况下，驱动离合部分62抗扭地与从动离合部分63连接。由此，可变传动装置5锁止，这也就是说，驱动元件52抗扭地与从动元件50连接。电磁铁60能经由电导线61来操纵。
可电动驱动的调节装置3的传动轴34与可变传动装置5的驱动元件52抗扭地连接。传动轴34在其背对驱动元件52的端部上与齿轮33抗扭地连接。齿轮33与小齿轮32接触。小齿轮32与电机30连接。电机30能经由电导线31来操纵。小齿轮32和齿轮33形成传动装置。在这种情况下，小齿轮32相对较长地来构造，以便能够在传动轴34的纵向上承受齿轮33的在运行可电动驱动的调节装置3的情况下出现的位置变化。
在齿轮33的背对传动轴34的侧上布置有弹簧蓄能元件4，其(必要时经由支承件分离地)在齿轮33与车轮制动器的壳体固定的挡块16之间夹紧。
如能辨认出的那样，在根据图1的布置的情况下离合装置6、可变传动装置5、可电动驱动的调节装置3以及弹簧蓄能元件4布置在压紧装置的能由压缩空气缸10加载的零件的力流之外，从而使在这种情况下产生的力不作用到离合装置6、可变传动装置5、可电动驱动的调节装置3和弹簧蓄能元件4上。
为了激活驻车制动功能，根据图1的车轮制动器如下面那样被操纵。
首先，在闭合的离合装置6的情况下(这也就是说在抽出连接销64的情况下)，电机30在压紧方向上被操纵。在这种情况下经由传动轴34传递的转动运动通过锁止的可变传动装置5直接传递到丝杠螺母7上。由此，丝杠8和由此第二压块9对着制动衬件1移动。电机30在这种运行状态中运行如下这样长时间，即：直到至少近似地达到能由其产生的压紧力。之后离合装置6被打开，这也就是说连接销64被插入。为此，必要时电机30被短暂停止或轻微地相对压紧方向被操纵，以便使离合装置6减轻负担。由此，驱动元件52与从动元件50分离，从而使这两个零件能够彼此相对地运动。之后，电机30又在压紧方向上被操纵。由此，传动轴34以及齿轮33由于滚珠坡道布置5的长度变化而向右移动。由此，弹簧蓄能元件4被进一步夹紧。同时，经由另外的压块9施加到制动衬件1上的压紧力被进一步提高。在达到弹簧蓄能元件4的足够的预压紧或者足够的压紧力的情况下，电机30被切断。
图2示出了用于车辆的气动车轮制动器的另一实施方式，在其中尤其是压紧装置的借助图1所描述的元件在结构上彼此整合地实施。能辨认出制动杆11、第一压块13、丝杠螺母7和丝杠8。如能被辨认出的那样，丝杠螺母7和丝杠8布置在第一压块13的通孔中。第一压块13经由支承件131相对丝杠螺母7来支撑。
丝杠8与压板91相耦接，压紧力经由该压板最终经由制动衬件1的背板101传递到制动盘2上。为了承受反应力，在制动盘2的相对的侧上布置有具有背板102的另一制动衬件100。
丝杠8经由连接元件90抗扭地与压板91连接。经由连接元件90，丝杠8相对压板91的不期望的扭转被阻止，从而确保在丝杠8与丝杠螺母7之间的所期望的相对扭转。
此外能辨认出可变传动装置5的实施成具有从动离合部分63的构件的从动元件50、可变的传动装置5的滚珠坡道布置的滚珠51、能抽出的销64以及可变传动装置5的实施成具有驱动离合部分62的构件的驱动元件52。额外地，齿轮33也与驱动元件52整合地来构造，也就是说以设置在驱动元件52的外侧上的外齿部形式。由于齿轮33与驱动元件52的整合取消作为单独的构件的传动轴34。驱动元件52经由支承件盖49利用支承件40相对弹簧蓄能元件4在轴向上得以支撑。此外，驱动元件52经由支承件盖49利用支承件41相对电磁铁60的壳体在径向上得以支撑。关于电磁铁60示出了电枢65，其在操纵电磁铁的情况下杀入到该电磁铁中并且在此带动销64。此外示出了电机30。
图3以放大的图示形式示出了具有先前所阐述的元件的在图2中示出的车轮制动器的右侧的部分。
图4在顶视图中示出了根据图2和3的车轮制动器。能看出借助图2和3所阐述的元件，其在图4中设有相同的附图标记。额外地，在图4中示出了传动布置35，其与电机30和齿轮33连接。传动布置35能够构造成多级齿轮传动装置并且尤其是具有小齿轮32。此外，在图4中能辨认出操纵元件12、支承元件14以及为了使摩擦最小化布置在操纵元件12与第一压块13之间的支承件120。
图5以透视性的图示形式示出了根据图2至4的车轮制动器。
图6示出了可变传动装置5的距离特征曲线的具有优点的变化曲线。示出了由传动装置5在传动轴34的纵向上给出的关于传动轴34的转角φ的距离x。能辨认出特征曲线具有递减的特性，这就是说它对于较大的φ值是下降的。在图6中示出的特征曲线同时与滚珠坡道布置的外形轮廓相应，例如与在驱动元件52上替代在图1中示出的线性的轮廓所设置的递减的轮廓形影。在这种情况中，在轮廓600上在始端和末端处设置有锁定槽601、602，在其中能够锁住滚珠51。由此，使可电动驱动的调节装置3在轮廓600的端部位置中减轻负担。
在图7a中示出了压紧力F关于传动轴34的转角的变化曲线。在图7b中示出了给出的在压紧方向上的调节距离x的变化曲线。该图表原则上具有对于电机的操纵持续时间t而言相同的特征。因此，这些量在图7a、图7b中可选地来说明。
由初始值0出发，电机30被操纵。在第一角度区段或时间区段700中首先不产生压紧力，而是克服可能的气隙。在克服气隙之后，在时间段701中产生例如线性增加的压紧力。在时间点t1或者在调节角度的情况中，离合装置6被打开。由此，可变传动装置5的传动功能被激活。丝杠8相对丝杠螺母7的扭转于是基本上不再进行。离合装置6的打开在达到由电机30能最大地给定的调节力Fmax之前(这也就是说在电机30停住之前)的时间点进行。电机30在离合装置6的打开之后继续被操纵。由于可变传动装置5的变速进行在时间段702中具有更小的斜率的力增加，从而压紧力F的继续提高是可能的。值Fmax说明，直至哪个压紧力值电机能够在闭合的离合装置6的情况下压紧。直线703说明了在离合装置6保持闭合的情况下直线701的理论上的进一步发展。

Claims (11)

1.用于车辆的气动车轮制动器，其中，所述车轮制动器具有至少一个能够通过压缩空气缸(10)来操纵的制动杆(11)和能够通过所述制动杆(11)来操纵的压紧装置(20)，经由所述压紧装置，在操纵所述制动杆(11)的情况下第一制动元件(1)能够被压向第二制动元件(2)，并且所述车轮制动器具有可电动驱动的调节装置(3)，经由所述调节装置，至少在不操纵所述制动杆(11)的情况下至少所述压紧装置(20)的零件(7、8、9)能够被加载力并且由此所述第一制动元件(1)能够被压向所述第二制动元件(2)，其特征在于，所述车轮制动器具有布置在所述压缩空气缸(10)外部的弹簧蓄能元件(4)，其中，所述弹簧蓄能元件(4)能够由所述可电动驱动的调节装置(3)加载力，并且通过所述弹簧蓄能元件(4)，至少在不操纵所述制动杆(11)的情况下至少所述压紧装置(20)的零件(7、8、9)能够被加载力并且由此所述第一制动元件(1)能够被压向所述第二制动元件(2)，所述可电动驱动的调节装置与可控的离合装置(6)连接，经由所述离合装置，所述可电动驱动的调节装置(3)能够选择性地与所述压紧装置(20)耦接或与之分开。
2.根据权利要求1所述的气动车轮制动器，其特征在于，在操纵所述制动杆(11)的情况下，所述可电动驱动的调节装置(3)不加载或不完全加载由此形成的力。
3.根据权利要求2所述的气动车轮制动器，其特征在于，在操纵所述制动杆(11)的情况下，所述弹簧蓄能元件(4)不加载或不完全加载所述由此形成的力。
4.根据权利要求2或3所述的气动车轮制动器，其特征在于，所述弹簧蓄能元件(4)能够通过所述可电动驱动的调节装置(3)以预压紧力预压紧。
5.根据权利要求2或3所述的气动车轮制动器，其特征在于，所述弹簧蓄能元件(4)构造成盘形弹簧。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的气动车轮制动器，其特征在于，所述可电动驱动的调节装置(3)经由可变传动装置(5)与所述压紧装置耦接。
7.根据权利要求6所述的气动车轮制动器，其特征在于，在操纵所述制动杆(11)的情况下，所述可变传动装置(5)不加载或不完全加载由此形成的力。
8.根据权利要求6所述的气动车轮制动器，其特征在于，所述可变传动装置(5)在压紧方向上具有递减的距离特征曲线。
9.根据权利要求6所述的气动车轮制动器，其特征在于，所述可变传动装置(5)能够通过所述可控的离合装置(6)来锁止。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的气动车轮制动器，其特征在于，所述可电动驱动的调节装置(3)经由滚珠坡道布置与所述压紧装置耦接。
11.用于利用根据前述权利要求中任意一项所述的气动车轮制动器将车辆停驻在静止状态中的方法，这种方法具有下面的特征：
a)在收到驻车制动操纵信号的情况下，在所述车轮制动器的压紧方向上操纵所述可电动驱动的调节装置(3)，其中，所述可电动驱动的调节装置(3)通过所述离合装置(6)与所述压紧装置(20)耦接，
b)在达到预先给定的第一调节位置和/或压紧力的情况下，通过所述离合装置(6)将所述可电动驱动的调节装置(3)与所述压紧装置(20)分开，其中，继续在所述车轮制动器的压紧方向上操纵所述可电动驱动的调节装置(3)，
c)在达到预先给定的第二调节位置和/或压紧力的情况下，切断所述可电动驱动的调节装置(3)。
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