DE102006024710A1

DE102006024710A1 - Bremse mit einer Kurvenscheiben-Notlösevorrichtung

Info

Publication number: DE102006024710A1
Application number: DE200610024710
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Baier-Welt; Monika Blendel; Lars Emmel; Stefan Pfeiffer; Hendrik Powileit; Marcel Rigorth; Mathias WÜRGES; Heinrich Zuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremse, insbesondere eine selbstverstärkende Bremse, mit einem Reibglied (6, 7), das mittels eines Aktuators (2) gegen die Reibfläche eines abzubremsenden Elements (5) gedrückt bzw. davon gelöst wird. Um das Blockieren der Bremse bei einem Energieausfall zu verhindern, ist eine Notlösevorrichtung (1) vorgesehen, die wenigstens eine Kurvenscheibe (8, 14) umfasst, die zwischen einer Betriebsbremsposition (16) und einer Notlöseposition (17) drehbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse, insbesondere eine selbst verstärkende Bremse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Elektromechanische Bremsen mit einer Keilanordnung umfassen üblicherweise einen elektrisch betätigten Aktuator, meist einen Elektromotor, der ein Reibglied mit einem Reibbelag gegen ein abzubremsendes Element, wie z.B. eine Bremsscheibe drückt bzw. davon löst. Bei einer Bremsbetätigung wird das Reibglied durch die kinetische Energie des abzubremsenden Elements mitgenommen und verstärkt die Bremswirkung selbsttätig (Selbstverstärkung).
Selbstverstärkende Keilbremsen sind z.B. in der DE-103 19 082 oder der DE-198 19 564 C2 beschrieben und aus vielen anderen Druckschriften hinreichend bekannt. Keilbremsen umfassen ein Keilelement, das in der Regel so dimensioniert ist, dass der Tangens des Keilwinkels α etwa einem zu erwartenden Reibwert μ zwischen Reibglied und abzubremsendem Element entspricht. In diesem Idealfall wird das Keilelement weder in den Spalt hineingezogen noch aus diesem herausgedrückt, so dass die vom Aktuator aufzubringende Kraft etwa gleich Null ist. Bei ungünstigen, d.h. hohen Reibwerten zwischen Reibglied und abzubremsendem Element sind dagegen relativ hohe Zugkräfte vom Aktuator aufzubringen, um das Reibglied festzuhalten. Wenn der Aktuator in diesem Zustand ausfällt, wird das Reibglied ungehindert mitgenommen und die Bremse kann schlagartig blockieren. Im Falle einer Kfz-Radbremse muss dies in jedem Fall verhindert werden.
Aber auch bei elektromechanischen Bremsen ohne Selbstverstärkungseinrichtung ist es von Vorteil, wenn sie sich bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung automatisch lösen, also „stromlos selbst öffnend" ausgelegt sind.
Um ein Blockieren der Bremse zu verhindern, sind aus dem Stand der Technik verschiedenste Notlösevorrichtungen bekannt. Die bekannten Notlösevorrichtungen sind jedoch meist sehr kompliziert aufgebaut und benötigen eine größere Anzahl von Bauteilen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremse, insbesondere eine selbst verstärkende Bremse, mit einer Notlösevorrichtung zu schaffen, die wesentlich einfacher aufgebaut ist und darüber hinaus relativ wenig Bauraum benötigt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Bremse mit einer Notlösevorrichtung auszustatten, die wenigstens eine Kurvenscheibe umfasst, deren Kurvenverlauf eine Betriebsbremsposition und eine Notlöseposition definiert. Die Kurvenscheibe ist mechanisch mit einem Reibglied verkoppelt, das bei einer Betätigung der Notlösevorrichtung vom abzubremsenden Element weg (bzw. drauf zu) bewegt wird. Bei einer elektrischen Störung, wie z. B. einem Stromausfall, bewegt sich die Notlösevorrichtung automatisch von der Betriebsbrems- in die Notlöseposition, wobei sich die Gesamtlänge der Notlösevorrichtung verkürzt, so dass sich der Reibbelag vom abzubremsenden Element löst. Die erfindungsgemäße Notlösevorrichtung mit Kurvenscheibe hat den wesentlichen Vorteil, dass sie besonders einfach aufgebaut ist und sehr schnell auslöst.
Die Notlösevorrichtung ist erfindungsgemäß „stromlos selbst öffnend" ausgelegt, d. h. sie bewegt sich bei einer Störung, wie z.B. einem Stromausfall, automatisch von der Betriebsbremsposition in die Notlöseposition, wodurch die Bremse freigegeben wird.
Die Notlösevorrichtung ist vorzugsweise in einem Kraftflusspfad der Zuspannkraft oder einer daraus abgeleiteten Kraft angeordnet. Im ersten Fall befindet sich die Notlösevorrichtung vorzugsweise im Haupt-Kraftflusspfad zwischen dem Reibglied und einem Widerlager. Im letzteren Fall kann z. B. eine Keilanordnung vorgesehen sein, mittels der ein Teil der Zuspannkraft abgeleitet wird. Die Notlösevorrichtung kann sich in diesem Fall auch im abgeleiteten Kraftflusspfad, also zwischen der Keilanordnung und einem anderen Widerlager, befinden.
Das Auslösen der Notlösevorrichtung erfolgt erfindungsgemäß durch eine Relativbewegung zwischen der Kurvenscheibe und einem mit ihr zusammenwirkenden Element, wie z. B. einer anderen Scheibe. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kurvenscheibe drehbar gelagert. Wahlweise könnten aber auch nur das Element oder beide Teile beweglich ausgebildet sein.
Das Kurvensegment der Betriebsbremsposition kann so gestaltet sein, dass entweder kein Drehmoment oder ein geringes Drehmoment auf die Kurvenscheibe wirkt. Um im ersten Fall das selbsttätige Öffnen der Bremse zu gewährleisten, muss die Drehung der Scheibe in die Notlöseposition durch eine geeignete Einrichtung, wie z. B. eine Feder, unterstützt werden. Im letzteren Fall wird die Kurvenscheibe durch das beim Zuspannen der Bremse erzeugte Drehmoment automatisch in die Notlöseposition bewegt. Bei geeigneter Auslegung der Kurvenscheibe und ausreichend hoher Zuspannkraft kann die Bremse im Falle einer Störung somit innerhalb weniger ms gelöst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Notlösevorrichtung einen oder mehrere Wälzkörper, auf dem bzw. denen die Kurvenscheibe gleitet. Der bzw. die Wälzkörper dienen dabei im Wesentlichen zur Verminderung der Gleitreibung.
Bei der Kurvenscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine axiale Kurvenscheibe, d. h. die Kurvenamplitude variiert in Axialrichtung der Scheibe. Wahlweise könnten aber auch radiale Kurvenscheiben eingesetzt werden, deren Kurvenamplitude in Radialrichtung variiert.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Notlösevorrichtung wenigstens zwei Kurvenscheiben, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Von den Kurvenscheiben ist wenigstens eine, vorzugsweise beide, drehbar gelagert.
Wenigstens eine der Kurvenscheiben wird vorzugsweise von einem Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor dient insbesondere dazu, die Kurvenscheibe(n) aus der gelösten Position in die Betriebsbremsposition zu bewegen und in dieser Position zu halten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer elektromechanischen Bremse mit einer Notlösevorrichtung in der zugespannten Position;
2 eine schematische Seitenansicht einer elektromechanischen Bremse mit einer Notlösevorrichtung in der geöffneten Position;
3 eine Notlösevorrichtung mit einer Kurvenscheibe gemäß einer ersten Ausführungsform, die sich in der Betriebsbremsposition befindet;
4 eine Notlösevorrichtung mit einer Kurvenscheibe gemäß einer zweiten Ausführungsform, die sich in der Betriebsbremsposition befindet;
5 die Notlösevorrichtung von 4 in der gelösten Position;
6 eine Notlösevorrichtung mit zwei Kurvenscheiben in der Betriebsbremsposition; und
7 die Notlösevorrichtung von 6 in der gelösten Position.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer elektromechanischen Bremse mit einer Notlösevorrichtung 1. Die Bremse umfasst im Wesentlichen einen Aktuator 2, der ein Reibglied 6 gegen eine Bremsscheibe 5 drückt bzw. davon löst. Die Bremse ist nach dem Schwimmsattelprinzip aufgebaut, so dass bei einer Betätigung der Bremse ein auf der gegenüberliegenden Seite angeordnetes Reibglied 7 ebenfalls gegen die Bremsscheibe 5 gepresst wird. Die Bremskräfte F_Z werden dabei von einer Bremszange 4 aufgenommen.
Aktuator 2 und Notlösevorrichtung 1 sind hier in einem Bremsengehäuse 3 angeordnet, das sich wiederum an der Bremszange 4 abstützt. Der Kraftfluss der Brems- bzw. Zuspannkraft verläuft somit vom Reibglied 6, durch den Aktuator 2, die Notlösevorrichtung 1, das Gehäuse 3 und über die Bremszange 4 zurück zum zweiten Reibglied 7.
Bei der hier dargestellten Bremse kann es sich um jeden beliebigen Bremsentyp, wie z.B. eine elektromechanische oder elektromotorische Bremse mit oder ohne Selbstverstärkung handeln. Die genannte Notlösevorrichtung 1 eignet sich jedoch insbesondere für selbst verstärkende Bremsen, wie z. B. elektromechanische Keilbremsen. Die Notlösevorrichtung dient 1, wie eingangs erwähnt, zum schnellen Lösen der Bremse im Falle einer elektrischen Störung, wie z.B. einem Stromausfall. Dadurch wird gewährleistet, dass die Bremse „stromlos selbst öffnend" ist und insbesondere nicht schlagartig blockieren kann.
2 zeigt die Bremse von 1 in der ausgelösten Position, in der sich die Reibglieder 6, 7 im Abstand zur Bremsscheibe 5 befinden. Das Lüftspiel ist dabei mit x₁ bzw. x₂ bezeichnet. Durch das Auslösen der Notlösevorrichtung 1 hat sich deren ursprüngliche Länge a um einen Betrag z verkürzt.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der Notlösevorrichtung 1 mit einer Kurvenscheibe 8, die auf mehreren Wälzkörpern 9 drehbar gelagert ist. Die Kurvenscheibe 8 hat einen charakteristischen Kurvenverlauf 15 mit mehreren Kurvensegmenten 16–18, die in verschiedenen Betriebszuständen der Bremse zum Einsatz kommen. Der Kurvenverlauf 15 definiert hier eine Betriebsbremsposition (dargestellt in 3) und eine Notlöseposition (dargestellt in 5). Der Kurvenverlauf 15 wiederholt sich dabei mehrfach periodisch entlang des Umfangs der Kurvenscheibe 8, wobei jeder Periode ein Wälzkörper 9 zugeordnet ist. Die Wälzkörper 9 bewegen sich auf der Oberfläche einer Scheibe 10, die bei diesem Ausführungsbeispiel feststehend angeordnet ist.
In der Betriebsbremsposition, wie sie in 3 dargestellt ist, liegen die nach vorne ragenden Segmente 16 auf den Wälzkörpern 9 auf. In dieser Position befinden sich die beiden Scheiben 8, 10 in einem weiten Abstand zueinander. Die Kurvensegmente 16 sind hier so ausgebildet, dass bei einer Belastung der Bremse kein Drehmoment auf die Kurvenscheibe 8 wirkt.
In der in 5 dargestellten Notlöseposition hat sich die Kurvenscheibe 8 dagegen so weit verdreht, dass die zurück versetzten Segmente 17 auf den Wälzkörpern 9 aufliegen. In dieser Position befinden sich die beiden Scheiben 8, 10 daher in einem engen Abstand zueinander. Zwischen den beiden Segmenten 16, 17 befindet sich ein rampenförmig geneigtes Übergangssegment 18.
Die Kurvenscheibe 8 wird von einem Elektromotor angetrieben, der sie gegen die Druckkraft einer Feder 12, die die Kurven scheibe 8 in Richtung der Notlöseposition vorspannt, hält. Bei einem Ausfall der elektrischen Energie kann der Motor 11 keine Kraft mehr ausüben, so dass sich die Kurvenscheibe 8 in Richtung des Pfeils 13 dreht. Dabei gleiten die Wälzlager 9 von den Segmenten 16 zu den Segmenten 17, wobei sich die beiden Scheiben 8, 10 annähern. Die finale Notlöseposition ist in 5 dargestellt.
4 zeigt eine Notlösevorrichtung 1 ähnlich wie 3, bei der jedoch die Kurvensegmente 16 leicht angeschrägt sind. Bei einem Bremsvorgang wirkt somit ein Drehmoment auf die Kurvenscheibe 8, das versucht, die Kurvenscheibe 8 in die Notlöseposition zu verdrehen. Auf jedes der Segmente 16 wirkt ein Kraftanteil F_1/n der Zuspannkraft Fz, der abhängig von der Anzahl n der Wälzkörper 9 ist. Das resultierende Drehmoment wird durch die Zuspannkraft F_Z und den Winkel γ bestimmt. Eine zusätzliche Unterstützung der Drehbewegung durch eine Druckfeder 12 ist bei dieser Ausführungsform nicht unbedingt erforderlich. Bei einem Ausfall der elektrischen Energie dreht sich die Kurvenscheibe selbsttätig in die Notlöseposition.
Anstelle des Antriebs der Kurvenscheibe könnte wahlweise auch die Scheibe 10 oder beide Scheiben 8, 10 angetrieben werden, wie in gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Anzahl der Wälzkörper 9 beträgt vorzugsweise zwischen drei und fünf, ist aber grundsätzlich beliebig.
6 zeigt eine andere Ausführungsform einer Notlösevorrichtung 1 mit zwei Kurvenscheiben 8, 14, die sich mit ihren Kurvenbahnen 15 gegenüberliegen. Die beiden Scheiben 8, 14 sind vorzugsweise identisch. Der Kurvenverlauf wiederholt sich wiederum periodisch entlang des Umfangs der Kurvenscheiben 8, 14. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst jede der Kurvenscheiben 8, 14 drei Perioden, denen jeweils ein Wälzkörper 9 zugeordnet ist. Die Anzahl der Perioden ist jedoch variabel.
In 6 befinden sich die Kurvenscheiben 8, 14 in der Betriebsbremsposition, in der sie maximal voneinander beabstandet sind.
7 zeigt dagegen die Notlöseposition, in der die Scheiben 8, 14 nahe beieinander angeordnet sind. Auch hier kann wahlweise die obere 8 oder die untere Kurvenscheibe 14 angetrieben werden.

1: Notlösevorrichtung
2: Aktuator
3: Bremsengehäuse
4: Bremszange
5: Bremsscheibe
6: erster Bremsbelag
7: zweiter Bremsbelag
8: Kurvenscheibe
9: Wälzkörper
10: Scheibe
11: elektrischer Antrieb
12: Druckfeder
13: Drehrichtung
14: zweite Kurvenscheibe
15: Kurvenverlauf
16: Kurvensegment der Betriebsbremsposition
17: Kurvensegment der Notlöseposition
18: Übergangssegment
F_Z: Bremskraft

Claims

Bremse, insbesondere selbst verstärkende Bremse, mit einem Reibglied (6, 7), das mittels eines Aktuators (2) gegen die Reibfläche eines abzubremsenden Elements (5) gedrückt bzw. davon gelöst wird, gekennzeichnet durch eine Notlösevorrichtung (1) mit wenigstens einer Kurvenscheibe (8), deren Kurvenverlauf (15) eine Betriebsbremsposition und eine Notlöseposition definiert.
Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Notlösevorrichtung (1) in einem Kraftflusspfad der Zuspannkraft (F_Z) oder einer daraus abgeleiteten Kraft angeordnet ist.
Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenverlauf (15) eine Betriebsbremsposition (16), in der die Kurvenscheibe (8) einen größeren Abstand zu einem gegenüberliegenden Element (10), und eine Notlöseposition (17) definiert, in der die Kurvenscheibe (8) einen kleineren Abstand zum gegenüberliegenden Element (10) aufweist.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wälzkörper (9) vorgesehen ist, der entlang der Kurvenbahn (15) der Kurvenscheibe (8) gleitet.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenverlauf (15) der Kurvenscheibe (8) so ausgelegt ist, dass in der Betriebsbremsposition (16) kein Drehmoment auf die Kurvenscheibe (8) wirkt, wenn die Bremse betätigt wird.
Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenverlauf (15) der Kurvenscheibe (8) so ausgelegt ist, dass in der Betriebsbremsposition (16) ein Drehmoment auf die Kurvenscheibe (8) wirkt, wenn die Bremse betätigt wird.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (8) eine axiale Kurvenscheibe ist.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notlösevorrichtung (1) wenigstens zwei Kurvenscheiben (8, 10) umfasst, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kurvenscheibe (8, 10) drehbar angeordnet ist.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kurvenscheibe (8, 10) in Richtung der Notlöseposition (17) vorgespannt ist.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kurvenscheibe (8, 10) von einem Elektromotor angetrieben wird.
Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper als Kugeln (9) realisiert sind.