DE10116848A1 - Electromechanical brake has rotatable armature of electromagnetic circuit positively coupled to device for producing longitudinal movement superimposed on rotary movement - Google Patents
Electromechanical brake has rotatable armature of electromagnetic circuit positively coupled to device for producing longitudinal movement superimposed on rotary movementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem zum Schließen und/oder Lösen einer mechanischen Bremse, insbesondere Lamellen bremse, vorgesehenen, elektromagnetisch betätigbaren Bremsaktuator, durch den die Bremse in axialer Richtung kraftbeaufschlagbar ist.The invention relates to an electromechanical braking device with a Closing and / or releasing a mechanical brake, in particular disks brake, provided, electromagnetically actuated brake actuator through which the Brake can be acted upon in the axial direction.
Eine gattungsgemäße Bremsvorrichtung ist aus der EP 0 611 114 A1 bekannt. In der dort offenbarten Bremsvorrichtung wirkt ein Permanentmagnet auf einen längsbeweg lichen Bremsaktuator in Schließrichtung der Bremse, während durch einen Elektro magnet - je nach Polung - wahlweise die Bremse geöffnet oder die Bremskraft des Permanentmagneten verstärkt werden kann.A generic braking device is known from EP 0 611 114 A1. In the The braking device disclosed there acts a permanent magnet on a longitudinal movement Lichen brake actuator in the closing direction of the brake, while by an electric magnet - depending on the polarity - either open the brake or the braking force of the Permanent magnets can be reinforced.
Zum Lösen der Bremse wird also bei der gattungsgemäßen Bremsvorrichtung der Bremsaktuator mit Hilfe eines elektromagnetischen Kreises entgegen der aus einem Energiespeicher (hier: Permanentmagnet) gewonnenen Kraftwirkung abgestoßen. Soll hingegen die Bremswirkung verstärkt werden, so wird der Bremsaktuator durch den elektromagnetischen Kreis angezogen.To release the brake, the brake device of the generic type Brake actuator with the help of an electromagnetic circuit counter to that of one Energy storage (here: permanent magnet) repelled force effect. Should on the other hand, if the braking effect is increased, the brake actuator is activated by the electromagnetic circuit attracted.
Die Anziehungs- bzw. Abstoßungskraft des elektromagnetischen Kreises auf' einen Bremsaktuator hängt vom Luftspalt zum Bremsaktuator ab. Die Kraft nimmt mit der Zunahme des Luftspaltes quadratisch ab. Der Luftspalt muß aus thermischen und energetischen Gründen möglichst klein sein. Insbesondere bei Lamellenbremsen kann dies zu Problemen führen, weil jede einzelne Lamelle einen bestimmten Lüftweg braucht und sich diese Lüftwege abhängig von der Lamellenanzahl aufsummieren.The attraction or repulsion force of the electromagnetic circuit on 'one Brake actuator depends on the air gap to the brake actuator. The force increases with the Air gap increases quadratically. The air gap must consist of thermal and be as small as possible for energy reasons. Especially with multi-disc brakes this can lead to problems because each individual slat has a specific ventilation path needs and these ventilation paths add up depending on the number of slats.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektromechanische Bremsvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die kompakt aufgebaut ist und im Betrieb nur eine geringe elektrische Leistung benötigt.The object of the present invention is an electromechanical one To provide braking device of the type mentioned, the compact is constructed and requires only a low electrical power in operation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bremsaktuator als drehbarer Anker eines elektromagnetischen Kreises ausgebildet und mit einer Vor richtung zur Erzeugung einer der Drehbewegung überlagerten Längsbewegung zwangsgekoppelt ist.This object is achieved in that the brake actuator as rotatable armature of an electromagnetic circuit formed and with a front direction for generating a longitudinal movement superimposed on the rotary movement is forcibly coupled.
Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, die in axialer Richtung auf die Bremse (in Schließrichtung oder in Öffnungsrichtung) aufgebrachte Kraft ausge hend von einer Drehbewegung zu erzeugen. Dabei wird die Drehbewegung mit einer Längsbewegung kombiniert.The idea essential to the invention is therefore that in the axial direction the brake (in the closing direction or in the opening direction) applied force based on a rotary motion. The rotary movement with a Longitudinal movement combined.
Neben einer kompakten Bauform lässt sich ein geringer Haltestrom erzielen, zumal der Luftspalt zum Bremsaktuator durch geschickte Wahl des Übertragungsverhältnisses zwischen Dreh- und Längsbewegung in der Haltestellung minimiert werden kann. Da durch werden die Betriebsverluste des Antriebssystems eines mit der erfindungs gemäßen Bremsvorrichtung ausgestatten Fahrzeugs (z. B. batterie-elektrisch betrie benes Flurförderzeug) klein gehalten.In addition to a compact design, a low holding current can be achieved, especially since Air gap to the brake actuator through a clever choice of the transmission ratio between rotary and longitudinal movement in the stop position can be minimized. because by the operating losses of the drive system one with the fiction equipped vehicle according to the braking device (e.g. battery-electric operated next industrial truck) kept small.
Die kombinierte Dreh- und Längsbewegung lässt sich gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzeugen, dass der Bremsaktuator auf einem Axiallager abgestützt ist, das mindestens einen Abschnitt mit einer Steigung aufweist. Die Vorrichtung zur Erzeugung der kombinierten Dreh- und Längsbewegung des Bremsaktuators ist demzufolge als besonders geformtes Axiallager ausgeführt.The combined rotary and longitudinal movement can be carried out according to an expedient Generate embodiment of the invention in that the brake actuator on a Axial bearing is supported, which has at least one section with a slope. The device for generating the combined rotary and longitudinal movement of the Brake actuator is therefore designed as a specially shaped axial bearing.
Um die Reibungsverluste klein zu halten, ist der Bremsaktuator mit Vorteil in axialer Richtung auf Wälzkörpem gelagert, die in einer mindestens einen Steigungsabschnitt aufweisenden Wälzkörperlaufbahn angeordnet sind.In order to keep the friction losses small, the brake actuator is advantageously in the axial Direction mounted on rolling elements in at least one slope section having rolling element raceway are arranged.
Sofern der Bremsaktuator mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten versehen ist, die in Wirkverbindung mit elektrischen Spulen stehen, die in einem Gehäuse der Bremsvorrichtung angeordnet sind, ergeben sich eine einfache Bauweise uni günstige Baumaße. Hierbei wird der elektromagnetische Kreis wie eine permanentmagnet erregte Synchronmaschine betrieben.If the brake actuator is provided with a plurality of permanent magnets, which are in operative connection with electrical coils which are in a housing of Braking device are arranged, there is a simple design uni cheap Dimensions. Here the electromagnetic circuit becomes like a permanent magnet excited synchronous machine operated.
Aber auch eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der der Brems aktuator mit einer Mehrzahl von Aussparungen versehen ist, zwischen denen Pole ge bildet sind, die in Wirkverbindung mit elektrischen Spulen stehen, die in einem Gehäu se der Bremsvorrichtung angeordnet sind. Dabei können die Permanentmagnete ent fallen. Statt dessen werden Aussparungen in den Anker eingebracht, so dass die er höhten Stellen zwischen den Aussparungen als Pole wirksam werden können. Der elektromagnetische Kreis wird dabei wie eine Reluktanzmaschine betrieben.Another embodiment of the invention is also advantageous, in which the brake Actuator is provided with a plurality of recesses, between which poles ge forms, which are in operative connection with electrical coils, which are in a housing se the braking device are arranged. The permanent magnets can ent fall. Instead, recesses are made in the anchor, so that he high places between the recesses can act as poles. The The electromagnetic circuit is operated like a reluctance machine.
Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bremsvor richtung weist die Bremse eine Mehrzahl von Bremslamellen auf, die wechselweise mit einem Bremsrotor und einem Bremsstator axial beweglich verbunden sind. Hierbei er möglicht das Erfindungsprinzip die Verwendung einer großen Anzahl von Bremslamel len, wodurch die erfindungsgemäße elektromechanische Bremsvorrichtung bei kom pakter Bauweise ein hohes Bremsmoment aufzubringen vermag.According to a particularly favorable development of the brake pre-invention direction, the brake has a plurality of brake plates, which alternately with a brake rotor and a brake stator are axially movably connected. Here he the principle of the invention allows the use of a large number of brake plates len, whereby the electromechanical braking device according to the invention in com compact design can apply a high braking torque.
Die Bremse kann sowohl trocken als auch nass betrieben werden.The brake can be operated both dry and wet.
Zweckmäßigerweise wirkt eine Feder in Schließrichtung der Bremse. Die Breamse ist also als Federspeicherbremse ausgebildet. Bei Ausfall der Stromversorgung wird ein mit der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Bremsvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug automatisch still gesetzt.A spring expediently acts in the closing direction of the brake. The breamse is So designed as a spring brake. If the power supply fails, a equipped with the electromagnetic braking device according to the invention Vehicle automatically stopped.
Die Feder kann als Schenkelfeder ausgebildet sein, die den Bremsaktuator in Dreh richtung (Schließrichtung) beaufschlagt. Es können jedoch auch andere geeignete Federn oder Federsysteme Verwendung finden.The spring can be designed as a leg spring that rotates the brake actuator direction (closing direction). However, other suitable ones can also be used Springs or spring systems are used.
Um eine sichere Führung der kombinierten Dreh- und Längsbewegung des Brems aktuators zu gewährleisten, ist dieser mit Vorteil auf einem Gehäusezapfen gelagert.To safely guide the combined rotary and longitudinal movement of the brake To ensure the actuator, it is advantageously mounted on a housing pin.
Hierbei ist der Bremsaktuator zweckmäßigerweise mittels einer Gleitbuchse auf dem Gehäusezapfen gelagert. Here, the brake actuator is advantageously by means of a sliding bush on the Housing journal stored.
Aus Platzgründen ist es günstig, wenn der Gehäusezapfen eine zentrische Bohrung aufweist, in der eine mit dem Bremsrotor verbundene Welle gelagert ist. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen elektro mechanischen Bremsvorrichtung.For reasons of space, it is advantageous if the housing pin has a central bore has, in which a shaft connected to the brake rotor is mounted. To this This results in a particularly compact construction of the electro according to the invention mechanical braking device.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den schemati schen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigtFurther advantages and details of the invention are based on one in the schemati illustrated embodiments illustrated in detail. It shows
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung, Fig. 1 shows a section through an inventive braking device,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Axiallagers des Bremsaktuators und Fig. 2 is a schematic diagram of the axial bearing of the brake actuator and
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Variante der Bremsvorrichtung gemäß Fig. 1. Fig. 3 shows a section through a variant of the braking device of FIG. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Bremsvorrichtung weist ein Gehäuse 1 und einen Gehäuse deckel 2 auf. Ein hohlzylindrischer Abschnitt des Gehäuses 1 dient als Bremsstator 1a. In dem Gehäuse 1 ist ein Bremsrotor 3 angeordnet, der eine angeformte Welle 3a auf weist, die in einer zentrischen Bohrung 4 eines an dem Gehäuse 1 angeformten Ge häusezapfens 1b mittels zweier Wälzlager 5 und 6 drehbar gelagert ist.The brake device shown in Fig. 1 has a housing 1 and a housing cover 2 . A hollow cylindrical section of the housing 1 serves as a braking stator 1 a. In the housing 1, a brake rotor 3 is arranged, which has a molded-on shaft 3 a on which an integrally formed on the housing 1 Ge in a central bore 4 häusezapfens 1 b by means of two bearings 5 and 6 is rotatably mounted.
Radial zwischen dem Bremsrotor 3 und dem Bremsstator 1a befinden sich Brems lamellen 7, die wechselweise dem Bremsstator 1a und dem Bremsrotor 3 axial beweg lich zugeordnet sind. Die Bremslamellen 7 werden in Schließstellung der Bremse von einem federkraftbelasteten, scheibenförmigen Bremsaktuator 8 in axialer Richtung kraftbeaufschlagt und gegen ein Widerlager 3b des Bremsrotors 3 gepresst.Radially between the brake rotor 3 and the brake stator 1 a are brake plates 7 , which are alternately assigned to the brake stator 1 a and the brake rotor 3 axially movable Lich. In the closed position of the brake, the brake plates 7 are acted upon in the axial direction by a disc-shaped brake actuator 8 loaded by spring force and pressed against an abutment 3 b of the brake rotor 3 .
Im Gehäuse 1 sind mehrere Nuten mit darin befestigten elektrischen Spulen 9 ange ordnet. Auf der Stirnseite des Bremsaktuators 8, die den Spulen 8 zugewandt ist, sind mehrere wechselmagnetisierte Permanentmagnete 10 befestigt. Die Spulen 9, das Gehäuse 1, die Permanentmagnete 10 und der Bremsaktuator 8 bilden einen elektro magnetischen Kreis, wobei das Magnetfeld durch einen Luftspalt zwischen den Spulen 9 und den Permanentmagneten 10 fließt. Der elektromagnetische Kreis weist im vor liegenden Ausführungsbeispiel das Wirkprinzip einer einphasigen permanentmagnet erregten Synchronmaschine auf. In the housing 1 , a plurality of grooves with electrical coils 9 fastened therein are arranged. On the front side of the brake actuator 8 , which faces the coils 8 , a plurality of alternating magnetized permanent magnets 10 are fastened. The coils 9 , the housing 1 , the permanent magnets 10 and the brake actuator 8 form an electro-magnetic circuit, the magnetic field flowing through an air gap between the coils 9 and the permanent magnets 10 . The electromagnetic circuit has the principle of action of a single-phase permanent magnet excited synchronous machine in the present embodiment.
Der Bremsaktuator 8 ist auf dem Gehäusezapfen 1a unter Zwischenschaltung einer Gleitbuchse 11 drehbar gelagert und stützt sich in axialer Richtung auf einem Axial lager 12 ab. Der Bremsaktuator 8 ist durch eine Scheibe 13 und einen Sicherungsring 14 auf dem Gehäusezapfen 2a fixiert.The brake actuator 8 is rotatably mounted on the housing pin 1 a with the interposition of a sliding bush 11 and is supported in the axial direction on an axial bearing 12 . The brake actuator 8 is fixed by a washer 13 and a locking ring 14 on the housing pin 2 a.
Das Axiallager 12 ist als Wälzlager ausgebildet und verfügt über Wälzkörper 15 (hier: Kugeln), die in Wälzkörperlaufbahnen 16 des Gehäuses 1 und des Bremsaktuators 8 angeordnet sind. Die Wälzkörperlaufbahnen 16 weisen mindestens einen Abschnitt mit einer Steigung definierter Form auf (siehe Fig. 2). Bei einer Drehung des Bremsaktu ators 8 erfolgt daher gleichzeitig eine überlagerte Bewegung in axialer Richtung. Das Axiallager 12 bildet also eine mit dem Bremsaktuator 8 zwangsgekoppelte Vorrichtung, die eine der Drehbewegung des Bremsaktuators 8 überlagerte Längsbewegung er zeugt.The axial bearing 12 is designed as a rolling bearing and has rolling elements 15 (here: balls) which are arranged in rolling element raceways 16 of the housing 1 and the brake actuator 8 . The rolling element raceways 16 have at least one section with a pitch of a defined shape (see FIG. 2). With a rotation of the Bremsaktu ators 8 there is therefore a superimposed movement in the axial direction. The axial bearing 12 thus forms a device which is positively coupled to the brake actuator 8 and which produces a longitudinal movement superimposed on the rotary movement of the brake actuator 8 .
Sowohl die Scheibe 13 als auch die Gleitbuchse 11 und die Wälzkörper 15 bestehen aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material.Both the disk 13 and the sliding bush 11 and the rolling elements 15 consist of a magnetically non-conductive material.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt eine Schenkelfeder 17 in Schließrichtung der Bremse. Der Bremsaktuator 8 wird dabei durch die Schenkelfeder 17 in Dreh richtung beaufschlagt und durch die Steigung der Wälzkörperlaufbahn 16 zur Anlage mit den Bremslamellen 7 gebracht. Abhängig von der Vorspannung der Schenkelfeder 17 und der Steigung der Wälzkörperlaufbahn 16 (bevorzugt kraftverstärkend geformt) wird eine axiale Bremskraft ausgeübt. Selbstverständlich sind auch Lösungen mit anderen Federn möglich.In the present exemplary embodiment, a leg spring 17 acts in the closing direction of the brake. The brake actuator 8 is acted upon by the leg spring 17 in the rotational direction and brought to bear with the brake plates 7 by the slope of the rolling element raceway 16 . Depending on the preload of the leg spring 17 and the slope of the rolling element raceway 16 (preferably of a force-enhancing shape), an axial braking force is exerted. Of course, solutions with other springs are also possible.
Durch Aktivieren des elektromagnetischen Kreises (in den Spulen 9 fließt Strom) wird der Bremsaktuator 8 entgegengesetzt zur Kraftrichtung der Schenkelfeder 1 i' in Dre hung versetzt. Dabei werden die Bremslamellen 7 langsam entspannt und somit die Bremse gelöst.By activating the electromagnetic circuit (current flows in the coils 9 ), the brake actuator 8 is set in rotation opposite to the direction of force of the leg spring 1 i '. The brake plates 7 are slowly relaxed and the brake is released.
In der Halteposition weist der Bremsaktuator 8 bzw. die Permanentmagneten 9 bedingt durch die Form der Steigung der Wälzkörperlaufbahnen 16 nur einen sehr kleinen Luft spalt zu den Spulen 9 auf. Dadurch genügt ein geringer Haltestrom, um die Bremse offen zu halten. Die Betriebsverluste eines Fahrzeug-Antriebssystems, in dem die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung zum Einsatz kommt, sind daher gering. Die Bremsvorrichtung eignet sich somit besonders gut für batterie-elektrisch betriebene Flurförderzeuge, z. B. Lagertechnikgeräte. Die Bremsen solcher Fahrzeugen müssen einerseits ein hohes Bremsmoment erzeugen, andererseits soll zum elektromagneti schen Offenhalten der Federspeicher-Bremse so wenig Energie wie möglich aus der Batterie entnommen werden.In the holding position, the brake actuator 8 or the permanent magnets 9 only have a very small air gap to the coils 9 due to the shape of the pitch of the rolling element raceways 16 . As a result, a low holding current is sufficient to keep the brake open. The operating losses of a vehicle drive system in which the braking device according to the invention is used are therefore low. The braking device is therefore particularly well suited for battery-powered industrial trucks, e.g. B. Warehouse equipment. On the one hand, the brakes of such vehicles have to generate a high braking torque, on the other hand, as little energy as possible should be taken from the battery to keep the spring-loaded brake open.
Durch Abschalten des Stroms schenkt der Bremsaktuator 8 durch die Wirkung der Schenkelfeder 17 zurück und drückt die Bremslamellen 7 wieder zusammen.By switching off the current, the brake actuator 8 returns due to the action of the leg spring 17 and presses the brake plates 7 together again.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, dass der Bremsaktuator 8 an Stelle von Permanentmagneten 10 mit Aussparungen versehen ist, so dass die Erhebungen zwischen den Aussparungen als Pole 8a fungieren. Dieses Prinzip entspricht dem Wirkprinzip einer Reluklanz maschine.The embodiment according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the brake actuator 8 is provided with cutouts instead of permanent magnets 10 , so that the elevations between the cutouts function as poles 8 a. This principle corresponds to the principle of action of a reluctance machine.
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2001
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