DE102004027375A1

DE102004027375A1 - Elektrische Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004027375A1
Application number: DE102004027375A
Authority: DE
Inventors: Kimio Takahashi; Kazuhiro Sekiguchi; Hideaki Takahashi
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-01-20
Also published as: US20040245054A1; JP4068013B2; JP2004360841A; US20060191753A1; US7395903B2

Abstract

Ein Betätigungselement zum Drücken einer Vielzahl von Reibplatte an einer Vielzahl von zu bremsenden Platten ist aus Mitteln ausgebildet, die ein elektroaktives Polymer umfassen, wobei die Form des Elastomers durch elektrische Energie verändert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung einer elektrischen Bremsvorrichtung, die zum Bremsen eines Fahrzeugs benutzt wird, insbesondere zum Bremsen eines Automobils, und die eine Bremskraft durch die Verwendung von elektrischer Energie, wie z.B. einer Spannung und eines elektrischen Stroms, erzeugt.

Hinsichtlich Bremsvorrichtungen zum Bremsen eines Fahrzeugs sind verschiedene Typen von Bremsvorrichtungen entwickelt worden und in Verwendung. Insbesondere bezüglich Bremsvorrichtungen zum Bremsen eines Automobils sind hydraulische Bremsvorrichtungen, bei denen die Bremskraft durch einen Hydraulikdruck erzeugt wird, weit verbreitet. Hinsichtlich dieser hydraulischen Bremsvorrichtungen ist z.B. die in der JP-A-55-123029 beschriebene Scheibenbremse oder die in der JP-A-09-100849 beschriebene Trommelbremse weit verbreitet. Eine Sattelbremse des Trommeltyps, die in der JP-A-59-050234 beschrieben ist, wird in manchen Anwendungsgebieten verwendet. Um eine stärkere Bremskraft zu erzeugen, ist eine Scheibenbremsvorrichtung des Mehrfachplattentyps, die in der JP-Y-01-044820 beschrieben ist, konventionell vorgeschlagen worden.

Da in letzter Zeit sehr hoch entwickelte Steuerungen in Fahrzeugen eingebaut wurden, sind verschiedene Typen von elektronischen Bremsvorrichtungen, die eine Bremskraft durch elektrische Energie erzeugen, vorgeschlagen worden. Eine elektrische Bremsvorrichtung ist vorteilhaft, wie es im Folgenden beschrieben wird. Wenn eine elektrische Bremsvorrichtung verwendet wird, braucht kein Hauptzylinder, kein Verstärker und keine Hydraulikleitung, die viel Raum zur Installation benötigen und deren Herstellungskosten weiterhin hoch sind, verwendet zu werden. Daher können die Kosten reduziert und ferner die elektrische Bremsvorrichtung einfach eingebaut werden. Darüber hinaus kann der Zeitraum von dem Moment, wenn ein Fahrer auf das Bremspedal gedrückt hat, zu dem Moment, wenn die Bremskraft erzeugt ist, verkürzt werden. Darüber hinaus kann die hochentwickelte Steuerung ausgeführt werden, um einen stabilen Betrieb zu erhalten.

Eine bekannte elektronische Bremsvorrichtung, die für die oben genannten Bedingungen entwickelt worden ist, ist beispielsweise eine elektrische Bremsvorrichtung eines Typs mit direkt angetriebenem Betätigungselement, die in der JP-A-60-136629 beschrieben ist. Eine Alternative dazu ist eine bekannte, in der JP-A-10-504876 beschriebene elektrische Bremsvorrichtung des Rotationsmotortyps. Betreffend der elektrischen Bremsvorrichtung des Typs mit direkt angetriebenem Betätgungselement ist es zusätzlich zu der in der JP-A-60-136629 beschriebenen elektrischen Bremsvorrichtung, in der piezoelektrische Keramik verwendet wird, möglich, eine elektrische Bremsvorrichtung zu verwenden, in der ein Linearmotor benutzt wird. Auf der anderen Seite ist es hinsichtlich der elektrischen Bremsvorrichtung vom Rotationsmotortyp, die in der JP-10-504876 beschrieben ist, möglich, eine elektrische Bremsvorrichtung zu verwenden, in der die Rotationsbewegung eines Elektromotors in eine Linearbewegung durch einen Vorschubspindelmechanismus oder ähnliches umgewandelt wird.

Auf der anderen Seite ist die Erfindung eines elektroaktiven Polymers, dessen Form sich durch elektrische Energie verändert, in der JP-A-2001-286162 und der JP-A-2003-506858 und der Nichtpatentschrift 1 (Dielectric elastomer for MEMS and NEMS/EPAM Technologie and Development from now on, von Masatake Chiba, Seiten 32 bis 38, Ausgabe 18, Nr. 1 von "Electronic Packaging Tecnology", herausgegeben durch K.K. Gijyutsu Chosa Kai am 20. Dezember 2001) beschrieben. Wie im Absatz [0008] der Beschreibung der JP-A-2001-286162 dargestellt ist, ist dieses elektroaktive Polymer folgendermaßen ausgeführt und betrieben. Ein Paar Elektroden ist auf beiden Seiten eines plattenförmig ausgeformten Elastomerpolymers EP angeordnet. Wenn eine zwischen beiden Elektroden angelegte Spannung verstellt wird, dehnt sich das Elastomerpolymer EP aus und zieht sich zusammen. Die JP-A-2001-286162 und die JP-A-2003-506858 schlagen die Verwendung des oben beschriebenen elektroaktiven Polymers zum Antreiben eines Teils vor, das eine Ventilvorrichtung, eine Pumpenvorrichtung, einen Roboter oder ein künstliches Organ betätigt. Das Nichtpatentdokument 1 stellt einen künstlichen Muskel vor, bei dem ein elektroaktives Hochpolymer verwendet wird. Gemäß den Ausführungen des Nichtpatentdokuments 1 ist die Funktion dieses künstlichen Muskels so hoch, dass der Wirkungsgrad groß und die Verwendung weniger als 300%, der Antriebsdruck 8 MPa und die Reaktionszeit nicht mehr als 0,5 ms ist.

Bei der in der JP-A-60-136629 beschriebenen elektronischen Bremsvorrichtung, in der das Betätigungselement aus einem piezoelektrischen Keramik ausgestaltet ist, können die folgenden Probleme auftreten. Es ist möglich, die durch das Betätigungselement erzeugte Druckkraft zu erhöhen. Dennoch ist es schwierig, die Größe der Verformung des Betätigungselements in der Druckrichtung zu gewährleisten. Daher ist es für das Betätigungselement unmöglich, wenn die Druckkraft zum Bremszeitpunkt auf eine hohe Intensität gesetzt wird, zu einer ausreichend kleinen Größe zum Zeitpunkt, wenn die Bremse nicht betätigt wird, deformiert zu werden und das Rotationselement und das Reibelement reiben aufeinander. Daher ist es schwierig, eine hohe Intensität der Bremskraft zu erreichen und gleichzeitig ein Schleifen des Rotationselementes und des Reibelementes zu verhindern. Das Auftreten des Schleifens ist nicht empfehlenswert, weil sich die Betriebsfunktionen wie z.B. der Kraftstoffverbrauch und die Beschleunigung verschlechtern. Auf der anderen Seite ist es im Fall eines Betätigungselements, bei dem ein Linearmotor verwendet wird, möglich, die Größe der Deformation zu garantieren und gleichzeitig das Auftreten eines Schleifens zu verhindern. Dennoch ist es unmöglich, eine ausreichend hohe Druckkraft zu gewährleisten.

Auf der anderen Seite ist es bei der elektronischen Bremsvorrichtung des Rotationsmotortyps, die in der JP-A-10-504876 beschrieben ist, möglich, eine ausreichend hohe Druckkraft und gleichzeitig eine ausreichend große Deformation zu liefern. Dennoch ist die Anzahl der Einzelteile so groß, dass sich das Gewicht und das Volumen vergrößern. Ferner führen im Bremsfall der Reibungseingriff und die elastische Verformung zu einer großen Anzahl von Teilen. Daher ist der Wirkungsgrad so niedrig, dass die Energie nicht effektiv genutzt werden kann.

In der JP-A-2001-286162 , der JP-A-2003-506858 und der Nichtpatentschrift 1 werden verschiedene Beschreibungen über die Verwendung von elektroaktivem Polymer gemacht, die dadurch charakterisiert sind, dass die Verformungsgröße und der Energieumwandlungswirkungsgrad groß sind. Dennoch wird es in Betracht gezogen, dass dieses elektroaktive Polymer für ein Betätigungselement angewendet wird, das für ein För derband, ein Öffnungs- und Schließmechanismus einer Tür und einen beweglichen Teil eines Roboters verwendet wird (z.B. mit Bezug auf Seite 35 der Nichtpatentschrift 1).

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kleine elektrische Bremsvorrichtung zu liefern, dessen Wirkungsgrad durch die Verwendung des oben genannten elektroaktiven Polymers hoch ist.

Um diese Aufgabe zu lösen umfasst die elektrische Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung: einen Rotationskörper, der sich zusammen mit einem Rad dreht; ein Reibelement, das dem Rotationskörper gegenüberliegend angeordnet ist; und ein elektrisches Betätigungselement zum Drücken des Reibelementes gegen eine Bremsfläche des Rotationskörpers.

Bei der elektronischen Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst das Betätigungselement ein elektroaktives Polymer, wobei sich die Form des Elastomers durch elektrische Energie verändert.

Bei der elektrischen Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben ausgestattet ist, verändert sich die Form des Polymers, welches das elektroaktive Polymer ausbildet, wenn ein elektrischer Strom, der zum elektroaktiven Polymer geleitet wird, gesteuert wird, so dass die Intensität der Druckkraft des Betätigungselementes, durch welches das Reibelement in Richtung der Bremsfläche des Rotationskörpers gedrückt wird, erhöht oder erniedrigt oder abgeschaltet wird. Der Energieumwandlungswirkungsgrad des oben genannten elektroaktiven Polymers ist hoch und der Aufbau des Betätigungselementes, das aus dem elektroaktiven Polymer ausgebildet ist, ist einfach, klein und hocheffektiv. Ferner kann die elektrische Energie effizient umgesetzt werden. Daher ist es möglich, eine hohe Bremskraft durch wenig elektrische Energie bereitzustellen. Da die Verformung des elektroaktiven Polymers groß ist, ist es darüber hinaus möglich zu verhindern, dass das Reibelement und die Bremsfläche des Rotationskörpers aufeinander schleifen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Ansicht von rechts von 1;
3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt einen Teilschnitt einer Vorderansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus 4;
6 zeigt eine Vorderansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Vorderansicht einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine Vorderansicht einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt eine Vorderansicht im Teilschnitt einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B aus 9;
11 zeigt eine obere Ansicht von 9, in der das Reibelement und der Kolben weggelassen wurden;
12 zeigt eine Schnittdarstellung einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie C-C in 12;
14 zeigt eine Ansicht von rechts der 12;
15a und 15b zeigen eine vergrößerte obere Ansicht von 12, wobei 15a einen unbetätigten Zustand der Bremse und 15b einen betätigten Zustand der Bremse zeigt;
16a und 16b zeigen eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 16a einen unbetätigten Zustand der Bremse und 16b einen betätigten Zustand der Bremse zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(1. Ausführungsform)
Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist ein scheibenförmig ausgeformter Rotor 1, der konzentrisch mit einem Rad verbunden und fixiert ist, als ein Rotationskörper verwendet. In dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf eine Scheibenbremse angewendet, die eine Scheibenbremse des sogenannten schwimmenden Satteltyps ist. Zum Bremszeitpunkt wird der Sattel 2 in Richtung des Rotors 1 verschoben, der sich zusammen mit dem Rad (nicht dargestellt) dreht. Wenn diese Scheibenbremse in ein Fahrzeug eingebaut ist, ist ein Halteelement 3, das zu einer Seite des Rotors benachbart angeordnet ist, durch Nutzung der Montagebohrungen 4, 4 mit dem Fahrzeugkörper verbunden (Aufhängung nicht dargestellt). Das Halteelement 3 hält den Sattel 2 in solch einer Weise, dass der Sattel 2 in axialer Richtung des Rotors 1 verschoben werden kann. Daher ist hinsichtlich der Drehrichtung des Rotors 1 ein Paar Führungsstifte 5, 5 an beiden Enden des Sattels 2, parallel zur zentralen Welle des Rotors 1 angeordnet und sind die beiden Führungsstifte 5, 5 in axialer Richtung in Führungslöchern verschiebbar eingebaut, die in den an beiden Enden des Halteelements 3 angeordneten Führungsabschnitten 6, 6 ausgestaltet sind.
An beiden Enden des Halteelements 3 und an Stellen, die in Umfangsrichtung des Rotors 1 voneinander beabstandet sind, sind jeweils der eingangsseitige Eingriffsbereich 7 und der ausgangsseitige Eingriffsbereich 8 angeordnet. Das vordere Ende jedes Eingriffsbereichs 7, 8 ist U-förmig gebogen, so dass der Eingriffsbereich einen äußeren Umfangsbereich des Rotors 1 in vertikaler Richtung der 1 und 2 überkreuzen kann. Beide Enden der Buchsen 10, 10, die die Klötze 9a, 9b ausbilden, sind mit beiden Eingriffsbereiche 7, 8 derart im Eingriff, dass beide Enden der Buchsen 10, 10 in axialer Richtung des Rotors 1 verschoben werden können. Der Sattel 2 ist mit einem Zylinderabschnitt 12 und einem Klinkenabschnitt 13 versehen, die miteinander durch einen Brückenabschnitt 11, der die Klötze 9a, 9b überkreuzt, verbunden sind. Um die Innenseite des Klotzes 9a gegen den Rotor 1 zu drücken, ist ein Kolben 14 so in beweglichem Eingriff mit dem Zylinderabschnitt 12 des Sattels 2, dass der Kolben 14 in axialer Richtung frei bewegt werden kann (in diesem Fall meint die Innenseite die Fahrzeuginnenseite in Querrichtung, was in 1 rechts ist).
Zwischen dem Kolben 14 und der Innenseite des Zylinderteils oder Zylinderbereichs 12 ist das aus elektroaktivem Polymer hergestellte Betätigungselement 15 angeordnet. Dies Betätigungselement ist in folgender Weise ausgestaltet. Jede elektroaktive Polymerschicht ist in solch einer Weise ausgestaltet, dass beide Seiten des plattenförmigen Elastomerpolymers EP zwischen einem Paar von Elektroden liegen. Eine Vielzahl von elektroaktiven Polymerschichten werden so aufeinander angeordnet, dass die sich ausdehnenden und zusammenziehenden Richtungen des elektroaktiven Polymers mit der axialen Richtung (die seitliche Richtung in 1) des Kolbens 14 gleich sind. Um den elektrischen Strom zu den Elektroden eines jeden elektroaktiven Polymers, die das Betätigungselement 15 wie oben beschrieben ausbilden, zu leiten, ist ein Kabel 17 in einer Durchgangsbohrung 16, die am Ende der Innenseite des Sattels 2 ausgeformt ist, angeordnet. Dadurch kann jede Elektrode durch dieses Kabel 17 unabhängig elektrisiert werden. Die Länge des Betätigungselementes 15 in axialer Richtung des Rotors 1 kann unabhängig eingestellt werden, wenn der durch das Kabel 17 zu jeder Elektrode gelieferte elektrische Strom gesteuert wird, so dass das Elastomerpolymer EP ausgedehnt und zusammengezogen werden kann.
Im Bremsfall der Bremse wird ein elektrischer Strom zum elektroaktiven Polymer, das das Betätigungselement 15 ausbildet, geleitet und die Länge des Betätigungselementes 15, das aus elektroaktivem Polymer ausgebildet ist, vergrößert sich in axialer Richtung des Rotors 1. Dadurch wird der aus dem Zylinder 12 herausgedrückte Kolben 14 verschoben. Der Kolben 14 drückt das Reibelement 18 des Klotzes 9a an der Innenseite gegen die Innenseite des Rotors 1, in 1 von rechts nach links. Danach wird, als eine Reaktion dieser Druckbewegung, der Sattel 2 in 1 nach rechts verschoben wegen des Verschiebens der beiden Führungsstifte 5, 5 in den Führungslöchern, die in beiden Führungabschnitten 6, 6 ausgeformt sind. Dadurch drückt die Klinke 13 das Reibelement 18 des Klotzes 9b nach außen (außen ist beim Fahrzeug in Querrichtung, was in 1 links ist) gegen die Außenseite des Rotors 1. Dadurch wird der Rotor 1 von beiden Seiten stark zusammengedrückt und die Bremse wird betätigt. Um die Höhe der Bremskraft einzustellen, wird die Stärke des elektrischen Stroms, der zu den Elektroden des elektroaktiven Polymers geleitet wird, geregelt. Bei einer Entlastung der Bremse wird der Fluss des elektrischen Stroms zum elektroaktiven Polymer gestoppt. In diesem Zusammenhang, im Fall wenn keine Bremse betätigt wird, wird der Kolben 14 durch eine elastische Rückstellkraft eines Dichtelementes das im Eingriff mit der inneren Umfangsfläche des Zylinders 12 steht, in den Zylinder 12 gedrückt, so dass ein Schleifen der Reibelemente 18, 18 mit den beiden Seiten des Rotors 1 verhindert werden kann.
(2. Ausführungsform)
Als nächstes zeigt 3 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird ein scheibenförmiger Rotor 1, der konzentrisch mit einem Rad verbunden und fixiert ist, ebenfalls als Rotationskörper verwendet. In dieser Ausgestaltung wird die vorliegende Erfindung auf eine Scheibenbremse, die Scheibenbremse vom gegenüberliegenden Kolbentyp genannt wird, angewendet. Zum Bremszeitpunkt werden die Kolben 14a, 14a, die an beiden Seiten des Rotors 1 einander gegenüberliegend angeordnet sind, vorwärts in Richtung des Rotors 1, der sich zusammen mit einem Rad (nicht dargestellt) dreht, bewegt. Ein Sattel 2a wird nicht in axialer Richtung des Rotors 1 verschoben. In dieser Ausführungsform sind Betätigungselemente 15a, 15a, die aus elektroaktivem Polymer hergestellt sind, zwischen den Kolben 14a, 14a und den inneren Endseiten der Zylinder 12a, 12a, die im Sattel 2a ausgestaltet sind, angeordnet. Zum Bremszeitpunkt werden die Elektroden des elektroaktiven Polymers elektrisiert, so dass sich beide Betätigungselemente 15a, 15a synchron ausdehnen. Die anderen Belange des Aufbaus und der Bewegung dieser Ausführungsform sind gleich mit denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
(3. Ausführungsform)
Als nächstes zeigen die 4 bis 5 Darstellungen einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform hat eine zylindrische Trommel 19 einen Boden, d.h. die zylindrische Trommel 19, die eine petrischalenförmige Trommel ist und konzentrisch mit einem Rad verbunden ist, wird als ein Rotor für die Bremse verwendet. In dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf eine Trommelbremse angewendet, die Bremse mit führenden Ablaufbacken genannt wird. Zum Bremszeitpunkt werden die äußeren Umfangsflächen der bogenförmigen Reibelemente 21, 21, die an einem Paar Bremsschuhe 20, 20 ausgebildet sind, gegen die Innenumfangsfläche der Trommel 19, die sich zusammen mit einem Rad (nicht dargestellt) dreht, gedrückt.
Bei diesem Aufbau sind das Betätigungselement 23 und das Ankerelement 24 auf der Frontseite (in Querrichtung eines Automobils die äußere Seite) eine Grundplatte 22, die nicht drehend durch den Fahrzeugkörper gehalten wird (Aufhängung nicht dargestellt); in Positionen fixiert, die einander in radialer Richtung gegenüberliegen. Eines der beiden Enden in Umfangsrichtung der Wangen 25, 25, welche die Bremsschuhe 20, 20 ausbilden, stößt mit einem Paar Ausgangsteile 26, 26, die das Betätigungselement 23 ausbilden, zusammen und das andere Ende stößt mit dem Ankerelement 24 zusammen. Die Reibelemente 21, 21 sind an den äußeren Umfangsseiten der Buchsen 27, 27, die am äußeren Umfangsrand der Wangen 25, 25 fixiert sind, angebracht. Die Rückholfedern 28a, 28a sind zwischen den beiden Wangen 25, 25 angeordnet, so dass beide Wangen 25, 25 mit einer elastischen Kraft, die in radialer Richtung der Grundplatte 22 verläuft, beaufschlagt werden können. Die Trommel 19 ist so angeordnet, dass die Trommel 19 beide Bremsschuhe 20, 20 umgibt und die innere Umfangsfläche der Trommel 19 der äußeren Umfangsfläche der Reibelemente 21, 21 gegenüberliegend ist.
Um das Betätigungselement 23 auszubilden, ist in dieser Ausgestaltung das zylindrische Gehäuse 29 in einer Position an der Außenseite der Grundplatte 22 nahe dem äußeren Durchmesser angebracht. Das elektroaktive Polymer 30, das in einem in axialer Richtung (der Querrichtung von 4) mittleren Teil des Gehäuses 29 angeordnet ist, ist zwischen einem Paar Ausgangselementen 26, 26 angeordnet. Diese Ausgangselemente 26, 26 sind so mit dem Gehäuse 29 im Eingriff, dass die Ausgangselemente 26, 26 in Axialrichtung des Gehäuses 29 frei verschoben werden können. Ein elektrischer Strom kann frei zu dem elektroaktiven Polymer 30 über das Kabel 17a geleitet werden.
In der vorliegenden, wie oben beschrieben, ausgeführten Ausführungsform wird, wenn die Bremse nicht betätigt ist, kein elektrischer Strom zum elektroaktiven Polymer 30 geliefert. Dadurch zieht sich das elektroaktive Polymer 30 in axialer Richtung zusammen. In diesem Zustand verschiebt sich das Paar Bremsschuhe 20, 20 in radialer Richtung der Grundplatte 22 durch die elastischen Kräfte der Rückholfedern 28a, 28b nach innen und die innere Umfangsfläche der Trommel 19 wird von den äußeren Umfangsflächen der Reibelemente 21, 21 getrennt. Das Paar Ausgangselemente 26, 26, welches das Betätigungselement 23 ausbildet, wird in das Gehäuse 29 gedrückt und der Abstand der Ausgangselemente 26, 26 reduziert sich.
Auf der anderen Seite, wenn ein elektrischer Strom zum elektroaktiven Polymer 30 geleitet wird, so dass die Bremse betätigt wird, dehnt sich das elektroaktive Polymer 30 in axialer Richtung aus und der Abstand zwischen dem Paar Ausgangselementen 26, 26, die das Betätigungselement 23 ausbilden, vergrößert sich. Dadurch wird das Paar Bremsschuhe 20, 20 in radialer Richtung der Grundplatte 22 gegen die elastischen Kräfte der Rückholfedern 28a, 28b nach außen verschoben. Dadurch kommt die Innenumfangsfläche der Trommel 19 mit den äußeren Umfangsflächen der Reibelemente 21, 21 in Kontakt.
(4. Ausführungsform)
Als nächstes zeigt 6 eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Betätigungselement 23a, das zwischen den in Umfangsrichtung liegenden Enden eines Paares Bremsschuhe 20, 20 angeordnet ist, nur aus dem einen elektroaktiven Polymer 30a ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Aufbau dieser Ausgestaltung so ausgebildet, dass das Gehäuse 29 und die Ausgangselemente 26, 26 des Aufbaus der oben beschriebenen dritten Ausführungsform weggelassen worden sind. Die anderen Teile des Aufbaus und der Bewegung sind die gleichen wie die der oben beschriebenen dritten Ausführungsform.
(5. Ausführungsform)
Als nächstes zeigt 7 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die Ankerwandteile 31, 31 durch ein Verbindungselement, wie z.B. ein Bolzen, oder durch Schweißen mit der Grundplatte 22 in solchen Positionen auf der Frontseite der Grundplatte 22 fixiert angeordnet, die zum Zentrum der Grundplatte 22 näher sind als das Paar Bremsschuhe 20, 20. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist jedes Ankerwandteil 31, 31 in einem Abschnitt angeordnet, der von der Endkante der Wangen 25, 25, die jeweils einen Bremsschuh 20, 20 ausbilden, bis zum anderen in der Umfangsrichtung liegenden Ende der inneren Umfangskante verläuft. Zwischen der äußeren Umfangsseite jedes Ankerwandteils 31, 31 und der inneren Umfangskante jeder Wange 25, 25 sind die aus elektroaktiven Polymer hergestellten Betätigungselemente 23b, 23b angeordnet.
In dieser Ausgestaltung ist die Ausdehnungs- und Zusammenziehrichtung des elektroaktiven Polymers, das die Betätigungselemente 23b, 23b ausbildet, gleich mit der radialen Richtung (die Umfangsrichtung im Fall eines Teils, das der Endkante der Wange 25, 25 in Umfangsrichtung gegenüberliegend ist) der Grundplatte 22 ausgestaltet. Dadurch kann wegen der Steuerung des elektrischen Stroms, der zum elektroaktiven Polymer über ein nicht dargestelltes Kabel geleitet wird, die Dicke der beiden Betätigungselemente 23b, 23b in der radialen Richtung der Grundplatte 22 frei eingestellt werden. Die anderen Teile des Aufbaus und Bewegung sind gleich mit denen der oben beschriebenen dritten Ausführungsform.
(6. Ausführungsform)
Als nächstes zeigt 8 eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die Enden eines Paares Bremsschuhe 20, 20 durch Wellen 32, 32 drehbar angeordnet, so dass das Paar Bremsschuhe 20, 20 im Bezug zur Grundplatte 22 frei schwingen kann. Die anderen Teile des Aufbaus und der Bewegung sind die gleichen wie die der oben beschriebenen fünften Ausführungsform.
In diesem Zusammenhang ist es möglich, wenn die vorliegende Erfindung auf eine Trommelbremse angewendet wird, die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Trommelbremse des vorderen Schlepptyps anzuwenden, sondern auch auf eine Tremmelbremse des Zweiführungstyps oder des Doppelservotyps.
(7. Ausführungsform)
Als nächstes zeigen die 9 bis 11 Ansichten einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist es möglich, da eine Vielzahl von Kombinationen von Reibelementen und Zylindern ausgestaltet sind, auch wenn die durch das Betätigungselement 23c, das aus elektroaktivem Polymer hergestellt ist, erzeugte Druckkraft nicht ausreichend groß ist, eine hohe Bremskraft zu erzeugen. In dieser Ausführungsform ist der Rotor zum Bremsen einer Trommel 19a mit einem Bodenteil ausgestaltet, das konzentrisch mit einem Rad verbunden und fixiert ist. Die Form der Trommel 19a ist die gleiche wie die Trommel einer herkömmliche Trommelbremse. In dieser Ausgestaltung sind innerhalb der Trommel 19a in radialer Richtung eine Vielzahl von Zylindern 33, 33 in Umfangsrichtung der Trommel 19a in gleichmäßigen Intervallen so angeordnet, dass die Mittellinien jedes Zylinders mit der radialen Richtung der Trommel 19a zusammenliegend ausgestaltet sind. Dadurch kann eine hohe Bremskraft in besonders gleichbleibendem Zustand erzeugt werden. Das Grundplattenteil 34, mit dem die Trägerendteile der Zylinder 33, 33 verbunden und fixiert sind, ist mit einem konzentrisch mit der Trommel 19a angeordneten Fahrzeugkörper (Aufhängung nicht dargestellt) verbunden und fixiert.
Die Kolben 14b, 14b sind jeweils so im Eingriff mit den Zylindern 33, 33, dass die Zylinder 14b, 14b in axialer Richtung der Zylinder 33, 33 frei verschoben werden können. Bogenförmige Grundplattenteile 35, 35 sind an Teilen der Zylinder 33, 33 angeordnet, die aus den äußeren Öffnungen vorstehen. Die bogenförmigen Reibelemente 21a, 21a sind an den äußeren Umfangsflächen dieser Grundplattenteile 35, 35 angebracht. In diesem Zusammenhang ist in der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform jeder Kolben 14b, 14b mit je einem Grundplattenabschnitt 35, 35 einteilig als ein Körper aus gestaltet. Dennoch können der Kolben und das Buchsenteil voneinander unabhängig ausgeformt sein. Die Reibelemente 21a, 21a sind der inneren Umfangsfläche der Trommel 19 gegenüberliegend. Das aus elektroaktivem Polymer hergestellte Betätigungselement 23c, 23c ist zwischen der inneren Endfläche jedes Zylinders 33, 33 und der inneren Endfläche jedes Kolbens 14b, 14b angeordnet. Ein elektrischer Strom wird unabhängig zu dem elektroaktiven Polymer, das jedes Betätigungselement 23c, 23c ausbildet, über ein Kabel 17b, 17b geleitet. Dadurch kann die Dicke eines jeden Betätigungselementes 23c, 23c in radialer Richtung der Trommel frei eingestellt werden.
In dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird zum Zeitpunkt, wenn die Bremse nicht betätigt wird, kein elektrischer Strom zum elektroaktiven Polymer, das jedes Betätigungselement 23c, 23c ausbildet, geleitet und die Dicke jedes Betätigungselementes 23c, 23c wird reduziert.
In diesem Zustand wird jeder Kolben 14b, 14b in radialer Richtung der Trommel 19b durch eine elastische Kraft einer nicht dargestellten Rückholfeder nach innen verschoben. Dadurch werden die Innenumfangsfläche der Trommel 19b und die Außenumfangsfläche jedes Reibelementes 21a, 21a voneinander beabstandet.
Auf der anderen Seite, wenn das die Betätigungselemente 23c, 23c ausbildende elektroaktive Polymer zum Betätigen der Bremse elektrisiert wird, vergrößert sich die Dicke eines jeden Betätigungselementes 23c, 23c gleichmäßig. Dadurch wird jedes Reibelement 21a, 21a in der radialen Richtung der Trommel 19a verschoben und die Innenumfangsfläche der Trommel 19a und die Außenumfangsfläche eines jeden Reibelementes 21a, 21a kommen in Kontakt miteinander. Dadurch wird die Bremse durch die Reibung, die zwischen jedem Reibelement 21a, 21a und der Innenumfangsfläche der Trommel 19a hervorgerufen wird, betätigt. In diesem Zusammenhang ist bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform die Anzahl der Kombinationen aus einem Zylinder 33, 33 und einem Kolben 14b, 14b vier. Dennoch sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Kombinationen aus Zylindern 33, 33 und Kolben 14b, 14b nicht durch die oben spezifizierte Ausführungsform begrenzt ist. Wenn es so ausgebildet ist, dass die Trommel 19a sich von außen nach innen verengt, ist es möglich, einen Aufbau auszugestalten, in dem nur ein Satz von Zylinder und Kolben angeordnet ist. Dennoch, wenn ein Mittel der Anwendungsfälle der Bremse in Betracht gezogen wird, ist es bevorzugt, dass eine Viel zahl von Sätzen von Zylindern und Kolben in gleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
(Achte Ausführungsform)
Als nächstes zeigen die 12 bis 15b eine Ansicht einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist es möglich, da eine Vielzahl von Kombinationen aus Reibelementen und Zylindern ausgestaltet sind, selbst wenn eine Druckkraft, die durch das aus einem elektroaktiven Polymer hergestellte Betätigungselement 23d erzeugt wird, nicht besonders groß ist, eine große Bremskraft zu liefern. Wenn eine Vielzahl von Rotoren zum Bremsen und Reibelemente in axialer Richtung aufeinander gepackt werden, wird die Größe der Bremskraft durch die Reibung des Rotors und der Reibelemente vergrößert.
In dieser Ausführungsform sind auf der äußeren Umfangsfläche des zu bremsenden Elementes 36, das konzentrisch mit einem Rad verbunden und fixiert ist, eine Vielzahl von zu bremsenden Platten 37, 37 so angeordnet, dass sich die Vielzahl von Platte 37, 37 nicht gleichzeitig mit dem zu bremsenden Element 36 drehen und in der axialen Richtung des zu bremsenden Elementes 36 verschoben werden kann. Diese Platten 37, 37 sind jeweils ringförmig ausgeformt. Die Form der äußeren Umfangskante ist kreisförmig und die Form der inneren Umfangskante ist nutenförmig oder keilverzahnt, wobei die Teilung der Nuten grob ist. Der Innenumfangskantenteil der Platten 37, 37 ist nutenförmig oder keilverzahnt mit vorstehenden und zurückstehenden Abschnitten, die aus der äußeren Umfangsfläche des Rotors 36 ausgeformt sind, um so gebremst zu werden, dass die Platten 37, 37 in der axialen Richtung frei verschoben werden können.
Ein Gehäuse 38, das sich nicht dreht, ist an einer Position um das zu bremsende Element 36 angeordnet, dass die Platten 37 zu beiden Seiten umgeben sind. Der Bodenbereich des ersten Abschnitts 40, dessen Querschnitt L-förmig ist, ist mit dem äußeren Umfangsendbereich einer Seite (in den 12 und 15 der linken Seite) des ringförmigen Grundplattenteils 39 durch eine Vielzahl von Verbindungselementen 41, 41 fixiert. Dieser erste Abschnitt 40 ist aus einem zylindrischen Abschnitt 42 und einem Druckplattenabschnitt 43, der von dem vorderen Ende des Zylinderabschnitts 42 in radialer Richtung nach innen gebogen ist, ausgebildet. Wenn die Bremsvorrichtung in ein Fahrzeug eingebaut wird, wird dieser erste Abschnitt 40 mit dem Fahrzeugkörper (Aufhängung nicht dargestellt) angebracht und fixiert, so dass der erste Abschnitt 40 sich nicht drehen kann. An der inneren Umfangsfläche des Zylinderabschnitts 42 sind die nutenförmigen oder keilverzahnten Vorsprünge durch eine grobe Teilung ausgeformt. In diesem Fall sind die Teilungseingriffe so ausgestaltet, dass die Vorsprünge und die Vielzahl von Reibplatte 44, 44 relativ zueinander nicht gedreht werden können und ferner ein Verschieben in axialer Richtung ermöglicht werden kann.
Jede Reibplatte 44, 44 ist so ausgebildet, dass das Reibelement auf einer Seite eines Kernelementes angeordnet ist, dass zum Verstärken der mechanischen Festigkeit und Steifigkeit ausgestaltet ist und jeder bremsenden Platte 37, 37 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Form der inneren Umfangskante ist kreisförmig und die Form der äußeren Umfangskante ist nutenförmig oder keilverzahnt, wobei dessen Teilung grob ist. Die oben genannten Reibplatten 44, 44 und die oben genannten zu bremsenden Platten 37, 37 sind in axialer Richtung abwechselnd angeordnet. In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel sind, wenn die drei Reibplatten 44, 44 und die zwei zu bremsenden Platten 37, 37 abwechselnd angeordnet sind, die Reibplatten 44, 44 in axialer Richtung an den beiden Enden angeordnet. Natürlich kann die Anzahl der Reibplatten 44, 44 erhöht und erniedrigt werden zusammen mit der Anzahl der zu bremsenden Platten 37, 37. Eine Reibplatte 44 (in den 12 und 15 die Reibplatte auf der linken Seite) ist ausgestaltet, um in Kontakt mit der Innenseite der Druckplatte 43 zu kommen und die andere Reibplatte 44 (in den 12 und 15 die Reibplatte auf der rechten Seite) ist ausgestaltet, um in Kontakt mit einer Seite des Betätigungselementes 23d zu kommen. Dies Betätigungselement 23d ist aus elektroaktivem Polymer hergestellt und ringförmig ausgeformt. Wenn ein elektrischer Strom über das Kabel 17c geleitet wird, kann die Dicke des Gehäuses 38 in axialer Richtung (in den 12 und 15 der Querrichtung) frei eingestellt werden.
In dieser wie oben beschrieben ausgebildeten Ausführungsform ist zum Zeitpunkt der nicht betätigten Bremse das elektroaktive Polymer, das jedes Betätigungselement 23d ausbildet, nicht elektrisiert. Daher ist die Dicke des Betätigungselementes 23d geschrumpft. In diesem Zustand, wie er in 15a dargestellt ist, ist ein Spalt zwischen der Seite jeder Reibplatte 44, 44 und der Seite jeder zu bremsenden Platte 37, 37 aus gebildet. Daher wird keine Bremskraft auf das Rad gegeben, zu dem der Rotor 36 zum Bremsen verbunden und fixiert ist.
Auf der anderen Seite, wenn das das Betätigungselement 23d ausbildende elektroaktive Polymer elektrisiert wird, um die Bremse zu betätigen, wird die Dicke des Betätigungselementes 23d vergrößert. Daher, wie in 15b dargestellt, kommen die Seite jeder Reibplatte 44, 44 und die Seite jeder zu bremsenden Platte 37, 37 miteinander in Kontakt. Wegen der Reibkraft, die zwischen beiden Platten 44, 37 wirkt, wird eine Bremskraft auf das Rad ausgeübt. Die Anzahl beider Platten 44, 37 kann erhöht werden. Daher ist es möglich, auch wenn die Größe der durch das Betätigungselement 23d erzeugten Druckkraft nicht genügend groß ist, eine genügend große Bremskraft zu liefern.
(Neunte Ausführungsform)
In diesem Zusammenhang, um die Verschiebung in axialer Richtung zwischen jeder Reibplatte 44, 44 und jeder zu bremsenden Platte 37, 37 zu erhalten, wie die 16a und 16b zeigen, in denen die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, ist es möglich, die Betätigungselemente 23, 23 nicht nur zwischen dem Grundplattenteil 39 und der Reibplatte 44 an einem Ende anzuordnen, sondern auch zwischen der Druckplatte 43 und der Reibplatte 44 am anderen Ende. Ferner, obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann das Betätigungselement anstatt zwischen der Druckplatte 43 und der Reibplatte angeordnet zu werden, zusätzlich auch zwischen den Reibplatten angeordnet werden.
Da die elektrische Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben ausgebildet und betätigt wird, ist es möglich, eine kompakte und hocheffiziente elektrische Bremsvorrichtung zu realisieren, die in der Lage ist, eine ausreichend große Bremskraft zu liefern.

Claims

Elektrische Bremsvorrichtung umfassend: ein Rotationselement zum Drehen zusammen mit einem Rad; ein Reibelement, das gegenüberliegend des Rotationselementes angeordnet ist; und ein elektrisches Betätigungselement zum Drücken des Reibelementes an eine Bremsfläche des Rotationselementes, wobei das elektrische Betätigungselement ein elektroaktives Polymer umfasst, in dem sich die Form eines Elastomers durch elektrische Energie verändert.
Elektrische Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Rotationselement einen scheibenförmigen Rotor umfasst, ferner umfassend: ein Paar Klötze, wobei das Reibelement an einer Seite einer Grundplatte angeordnet ist; ein Haltemittel, das über einen äußeren Umfangskantenabschnitt des scheibenförmigen Rotors überquerend angeordnet ist, wobei das Paar Klötze durch das Haltemittel gehalten wird und dem Rotor gegenüberliegend angeordnet ist; einen Zylinder, der in einem Sattel angeordnet ist, der durch das Haltemittel gehalten wird; und einen Kolben, der in dem Zylinder angeordnet ist und in axialer Richtung des Rotors frei beweglich ist, und wobei das elektroaktive Polymer zwischen dem Kolben und einem Bodenbereich des Zylinders angeordnet ist.
Elektrische Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotationskörper eine zylindrische Trommel mit einem Boden umfasst, ferner umfassend: eine Grundplatte, die an der offenen Seite der Trommel angeordnet ist; und ein Paar Bremsschuhe, die an der Grundplatte angeordnet sind und jeweils ein Reibelement aufweisen, wobei jedes Reibelement gegenüberliegend der inneren Umfangsseite der Trommel angeordnet ist und die Bremsschuhe in radialer Richtung der Trommel frei verschoben werden können; wobei das elektroaktive Polymer zwischen den Enden des Paars Bremsschuhe in Umfangsrichtung angeordnet ist.
Elektrische Bremsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Rotationskörper eine zylindrische Trommel mit einem Boden umfasst, ferner umfassend: eine Grundplatte, die an der offenen Seite der Trommel angeordnet ist; ein Paar Bremsschuhe, die an der Grundplatte angeordnet sind und jeweils ein Reibelement aufweisen, wobei jedes Reibelement gegenüberliegend der inneren Umfangsfläche der Trommel angeordnet ist und die Bremsschuhe in radialer Richtung der Trommel frei verschoben werden können; und einen Bereich zum Halten des elektroaktiven Polymers an der Grundplatte, das in einem Abschnitt näher zum Zentrum als zur inneren Umfangskante des Paares von Bremsschuhen angeordnet ist, wobei das elektroaktive Polymer zwischen der äußeren Umfangsfläche des Bereichs zum Fixieren des elektroaktiven Polymers und der inneren Umfangsfläche des Paares von Bremsschuhen angeordnet ist.
Elektrische Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Rotationselement eine zylindrische Trommel mit einem Boden umfasst, ferner umfassend: einen Zylinder, der von der zentralen Seite der Trommel zur inneren Umfangsseite verläuft und einen Boden hat; und einen Kolben, der verschiebbar im Eingriff mit dem Zylinder ist, wobei das Reibelement, das eine bogenförmige Form hat, durch einen äußeren Endbereich des Kolbens gehalten wird und der inneren Umfangsfläche der Trommel gegenüberliegend angeordnet ist und das elektroaktive Polymer zwischen dem Bodenabschnitt des Zylinders und der inneren Endfläche des Kolbens angeordnet ist.
Elektrische Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotationskörper eine Vielzahl von ringförmigen Platten umfasst, die an einer äußeren Umfangsfläche eines zu bremsenden Teils so angebracht sind, dass die Vielzahl von ringförmigen Platten in Umfangsrichtung des zu bremsenden Teils nicht gedreht und in axialer Richtung frei verschoben werden kann, ferner umfassend: ein Gehäuse, das um die ringförmigen Platten herum angeordnet ist, wobei beide Seiten der ringförmigen Platten durch das Gehäuse in axialer Richtung umgeben sind und das Gehäuse nicht drehbar ist; und eine Vielzahl von ringförmigen Reibplatten, die aus Reibelementen gebildet sind, die so angebracht sind, dass die Vielzahl von ringförmigen Reibplatten in Umfangsrichtung nicht gedreht und in axialer Richtung frei verschoben werden kann, wobei jede ringförmige Reibplatte zwischen den ringförmigen Platten angeordnet ist, wobei das elektroaktive Polymer zwischen dem inneren Abschnitt an einer Seite des Gehäuses in axialer Richtung und der dem inneren Abschnitt gegenüberliegenden Reibplatte und/oder zwischen den Reibplatten angeordnet ist.