DE102006060763A1

DE102006060763A1 - Keilbremse mit einem Viergelenk-Stelltrieb

Info

Publication number: DE102006060763A1
Application number: DE200610060763
Authority: DE
Inventors: Andreas Grätz; Philipp Dr. Guttenberg; Martin Schautt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Keilbremse (1), insbesondere eine rotatorisch betätigte Keilbremse, umfassend einen Keilmechanismus (3, 9) und ein drehbar gelagertes Bauteil (20), das durch eine rotatorische Bewegung, unter Wirkung des Keilmechanismus (3, 9) in axialer Richtung verstellt werden kann. Zum Einsatz in einem Gurtkraftbegrenzer umfasst die Keilbremse einen Stellmechanismus (21) zum Betätigen des drehbar gelagerten Bauteils (20), der einen Anschlag für das drehbar gelagerte Bauteil (20) bildet. Das drehbar gelagerte Bauteil (20) kann sich zwischen einer gelösten Position, in der es vom Anschlag beabstandet ist, und einer Bremsposition, in der es am Anschlag ansteht, gedreht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Keilbremse, insbesondere eine rotatorisch betätigte Keilbremse für ein Kfz-Gurtbandsystem, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rotatorisch betätigte Keilbremsen, die im Folgenden betrachtet werden, umfassen üblicherweise ein drehbar gelagertes Bauteil, das mittels eines Aktuators rotatorisch betätigt und bei der Drehbewegung, unter Wirkung eines Keilmechanismus, in axialer Richtung verstellt wird. Mittels einer rotatorischen Antriebsbewegung kann somit eine in Axialrichtung wirkende Kraft erzeugt und die Bremse zugespannt bzw. gelöst werden.
Bei bekannten rotatorischen Keilbremsen wird die Kraft des Aktuators über ein Getriebe auf den eigentlichen Bremsmechanismus übertragen. Bekannte Getriebe, wie z. B. Schneckengetriebe oder Stirnradgetriebe, ermöglichen zwar eine relative hohe Momentenübersetzung, sind aber für den Einsatz in KFZ-Gurtbandsystemen nur bedingt geeignet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotatorisch betätigte Keilbremse mit einem Getriebe zu schaffen, das insbesondere für den Einsatz in KFZ-Gurtkraftbegrenzern geeignet ist. Das Getriebe sollte dabei ein möglichst hohes und konstantes Übersetzungsmoment bewirken.
Gelöst wird diese Aufgabe, gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Keilbremse mit einem Stellmechanismus zum Betätigen des drehbar gelagerten Bauteils zu schaffen, bei der der Stellmechanismus und das drehbar gelagerte Bauteil über eine lösbare mechanische Verbindung gekoppelt sind. Der Stellmechanismus bildet dabei einen Anschlag für das drehbar gelagerte Bauteil. In einer neutralen Position (die Bremse ist gelöst) befindet sich das drehbar gelagerte Bauteil im Abstand zum Anschlag. Zwischen den Elementen kann in diesem Zustand keine Kraft übertragen werden. Bei Auslösung der Bremse dreht sich das drehbar gelagerte Bauteil, initiiert durch eine von außen wirkende (Gurt-)Kraft, bis es gegen den Anschlag stößt. In dieser Bremsposition kann die Bremse mittels des Stellmechanismus betätigt und die Bremskraft somit erhöht oder reduziert werden. Die lösbare Kopplung zwischen Stellmechanismus und drehbar gelagertem Bauteil hat den wesentlichen Vorteil, dass sie insbesondere in einem KFZ-Gurtkraftbegrenzer optimal eingesetzt werden kann.
Das drehbar gelagerte Bauteil umfasst vorzugsweise einen radial vorstehenden Fortsatz, der mit dem Anschlag zusammen wirkt. Am Ende des Fortsatzes kann beispielsweise ein kugelförmiger Kopf vorgesehen sein. Der radial vorstehende Fortsatz kann nach außen oder nach innen vorstehend gebildet sein.
Der Stellmechanismus umfasst vorzugsweise eine Führung, die mit dem Fortsatz des drehbar gelagerten Bauteils zusammen wirkt. Beim Auslösen der Bremse wird das drehbar gelagerte Bauteil bzw. dessen Fortsatz in der Führung geführt, bis der Fortsatz gegen den Anschlag stößt.
Die Führung ist vorzugsweise gabelförmig gebildet.
Der Stellmechanismus zum Einstellen der Bremskraft wird mittels eines Aktuators, wie zum Beispiel eines Elektromotors, vorzugsweise rotatorisch angetrieben.
Der Stellmechanismus umfasst vorzugsweise eine vom Aktuator angetriebene Welle und ein an der Welle exzentrisch angeordnetes Element, das den Anschlag für das drehbar gelagerte Bauteil bildet.
Das exzentrisch angeordnete Element ist vorzugsweise ebenfalls drehbar gelagert. Gemäß einer bevorzugten Ausgangsform der Erfindung ist das exzentrisch angeordnete Element in Form eines Hebels gebildet, der einen Hebelarm aufweist. Der Hebelarm ist vorzugsweise gegabelt und wirkt mit dem Fortsatz des drehbar gelagerten Bauteils zusammen.
Das drehbar gelagerte Bauteil ist Teil des eigentlichen Bremsmechanismus und umfasst vorzugsweise eine Scheibe. Die Scheibe hat vorzugsweise eine oder mehrere Keilflächen und kann z. B. ringförmig gebildet sein.
Das drehbar gelagerte Bauteil ist vorzugsweise mit einem Bremsbelagträger der Keilbremse fest verbunden.
Das Bremsmoment der Keilbremse wird vorzugsweise geregelt. Hierzu ist ein geeigneter Regler vorgesehen, der den Aktuator als Stellglied ansteuert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine seitliche Schnittansicht einer rotatorisch betätigten Keilbremse;
2 den Betätigungsmechanismus der Keilbremse in einer neutralen Position;
3 den Betätigungsmechanismus der Keilbremse 3 in einer gebremsten Position; und
4 den schematischen Aufbau des Getriebes.
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Bremsmechanismus einer rotatorisch betätigten Keilbremse 1, wie sie beispielsweise in einem Gurtkraftbegrenzer eingesetzt werden kann. Der Bremsmechanismus umfasst eine drehbar gelagerte Keilscheibe 2, die hier ringförmig ausgebildet und um eine Achse C drehbar gelagert ist. An der Rückseite der Keilscheibe 2 (im Bild rechts) befindet sich ein Keilmechanismus (Elemente 3, 9), der eine rotierende Bewegung (um die Achse C) der Keilscheibe 2 in eine axiale Bewegung umsetzt.
Der Keilmechanismus umfasst mehrere Keilflächen 9, die an der Rückseite der Keilscheibe 2 gebildet sind, sowie mehrere Wälzkörper, hier Kugeln, die an der Position der Keilflächen 9 angeordnet sind. Bei einer Drehbewegung der Keilscheibe 2 wandern die Wälzkörper 3 entlang der Keilflächen 9 aufwärts bzw. abwärts und verstellen die Bremse in Axialrichtung A. Die dabei auftretenden Bremskräfte werden von einem Widerlager 4, z. B. einem Gehäuseteil, aufgenommen.
Die Keilscheibe 2 ist mit einem Bremsbelagträger 5 fest verbunden, der beispielsweise in Ausnehmungen der Keilscheibe 2 eingepresst sein kann. An der Vorderseite des Belagträgers sind ein oder mehrere Reibbeläge 6 vorgesehen. Der wenigstens eine Reibbelag 6 liegt an einer gegenüberliegenden Bremsscheibe 7 an.
Die Bremsscheibe 7 ist mit einer Gurtrolle (nicht gezeigt) verbindbar und wird von dieser rotierend angetrieben, wenn die Bremse auslöst. Aufgrund der reibschlüssigen Kopplung zwischen Bremsscheibe 7 und der Reibbelag 6 wird auch die Keilscheibe 2 in Rotationsrichtung mitgenommen. Mit zunehmendem Drehwinkel wird der Reibbelag 6 noch stärker gegen die Bremsscheibe 7 gedrückt, so dass sich die Bremse selbsttätig zuspannt. Es tritt somit ein Verstärkungseffekt ein.
2 zeigt eine seitliche Ansicht auf den Betätigungsmechanismus der Keilbremse, der sich hier in der neutralen Position befindet. Dabei ist insbesondere die ringförmige Keilscheibe 2 mit den entlang einer Umfangslinie angeordneten Keilflächen 9 gut zu erkennen. Die Keilflächen 9 sind dabei als Vertiefungen in der Seitenfläche der Keilscheibe 2 gebildet.
An der Keilscheibe 2 ist ein bügelförmiger Arm 8 fest montiert, der einen in radialer Richtung vorstehenden Fortsatz aufweist. Am Ende des Fortsatzes ist ein kugelförmiger Kopf 14 gebildet, der mit einer gabelförmigen Führung 13 eines Hebels 11 zusammenwirkt.
Die Keilbremse 1 umfasst ferner einen Stellmechanismus 21, mittels dessen die Keilscheibe 2 betätigt und somit die Bremskraft eingestellt werden kann. Der Stellmechanismus 21 umfasst einen Aktuator 15, wie zum Beispiel einen Elektromotor, der eine Welle 10 rotierend antreibt. An der Welle 10 ist ein Hebel 11 exzentrisch montiert. Der Hebel 11 ist drehbar gelagert und umfasst einen Hebelarm 12, der in Richtung des kugelförmigen Kopfs 14 vorsteht.
In 2 befinden sich der kugelförmige Kopf 14 und der Hebel 12 im Abstand zueinander. Wenn die Bremse durch eine ruckartige Bewegung, wie zum Beispiel bei einem Unfall, ausgelöst wird, wird das gesamte drehbar gelagerte Bauteil 20 (umfassend die Keilscheibe 2, den Bügel 8 und den Kugelkopf 14) in Richtung des Anschlags verdreht. Der Kugelkopf 14 wird dabei vom gabelförmig gebildeten Hebelarm 12 eingefangen und geführt. Die Drehbewegung erfolgt so lange, bis der kugelförmige Kopf 14 am Anschlag der Gabelung 13 anstößt. Die endgültige Position ist in 3 dargestellt. In dieser Position (Bremsposition) kann die Keilbremse durch eine Antriebsbewegung des Aktuators 15 im Uhrzeigersinn bzw. entgegen des Uhrzeigersinns weiter zugespannt bzw. gelöst werden. Das Bremsmoment der Keilbremse könnte auch geregelt werden.
Die Keilbremse 1 ist hier nach dem Zugkeilprinzip realisiert, d. h., sie würde sich, nachdem sie ausgelöst wurde, selbsttätig weiter zuziehen. Der Stellmechanismus 21 wirkt dem entgegen. Vom Stellmechanismus 21 können dabei nur Kräfte in eine Richtung, nämlich in Richtung der gelösten Position der Keilbremse 1 bewirkt werden.
Das in den 2 und 3 dargestellte Getriebe bildet im Grunde einen viergelenkigen Stelltrieb, wie er in 4 schematisch dargestellt ist. Der Stelltrieb umfasst vier Hebel a–d, die in den 2, 3 angedeutet sind. Der kurze Hebel a wird durch den Exzenter 10, 11 realisiert und ergibt sich aus dem Abstand der Rotationsachse der Welle 10 von der Rotationsachse des exzentrisch angeordneten Hebels 11. Der Zwischenhebel b ergibt sich aus dem Abstand der Rotationsachse des Hebels 11 vom Mittelpunkt des Kugelkopfes 14. Der lange Hebel c ergibt sich wiederum aus dem Mittelpunkt des Kugelkopfes 14 und der Rotationsachse des Bauteils 20. Der Hebel d wird durch die Lagerung am Gehäuse realisiert (in den Figuren nicht dargestellt).
Der allgemeine Viergelenk-Stelltrieb kann natürlich auch in anderen Konstruktionen umgesetzt werden.

1: Keilbremse
2: Keilscheibe
3: Wälzkörper
4: Widerlager
5: Bremsbelagträger
6: Reibbelag
7: Bremsscheibe
8: Hebelarm
9: Keilflächen
10: Welle
11: exzentrisch angeordnetes Element
12: Hebelarm
13: Führung
14: Kugelkopf
15: Aktuator
20: drehbar gelagertes Element
21: Stellmechanismus
22: Fangeinrichtung
A: Axialrichtung
B: Umfangsrichtung
C: Drehachse

Claims

Keilbremse (1), insbesondere rotatorisch betätigte Keilbremse, umfassend einen Keilmechanismus (3, 9) und ein drehbar gelagertes Bauteil (20), das durch eine rotatorische Bewegung, unter Wirkung des Keilmechanismus (3, 9), in axialer Richtung (A) verstellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellmechanismus (21) zum Betätigen des drehbar gelagerten Bauteils (20) vorgesehen ist, der einen Anschlag für das drehbar gelagerte Bauteil (20) bildet, und dass das drehbar gelagerte Bauteil (20) zwischen einer gelösten Position, in der es vom Anschlag beabstandet ist, und einer Bremsposition, in der es am Anschlag ansteht, gedreht werden kann.
Keilbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Bauteil (20) ein radial vorstehendes Element (14) umfasst, das mit dem Anschlag zusammenwirkt.
Keilbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmechanismus (21) eine Führung (13) umfasst.
Keilbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (13) gabelförmig gebildet ist.
Keilbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das drehbar gelagerte Bauteil (20) in einem begrenzten Winkelbereich frei drehen kann, ohne Kraft auf den Stellmechanismus (21) auszuüben.
Keilbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmechanismus (21) mittels eines Aktuators (15) rotatorisch angetrieben wird.
Keilbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmechanismus (21) eine Welle (10) und ein an der Welle (10) exzentrisch angeordnetes Element (11) umfasst, das den Anschlag für das drehbar gelagerte Bauteil (20) bildet.
Keilbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das exzentrisch angeordnete Element (11) drehbar gelagert ist.
Keilbremse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das exzentrisch angeordnete Element (11) in Form eines Hebels realisiert ist.
Keilbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Bauteil (20) eine Scheibe (2) umfasst.
Keilbremse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) mehrere Keilflächen (9) aufweist.
Keilbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Bauteil (20) mit einem Bremsbelagträger (5) der Keilbremse (1) fest verbunden ist.
Keilbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmechanismus (21) und das drehbar gelagerte Element (20) einen Viergelenk-Stelltrieb bilden.