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Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem um eine Drehachse drehbaren Drehelement und einer Bremseinrichtung zum Bremsen des Drehelements, wobei die Bremseinrichtung ein erstes Bremselement aufweist, das zwischen einer Ruhestellung, in der eine ringförmige Bremsfläche des ersten Bremselements konzentrisch zu der Drehachse des Drehelements und entfernt von dem Drehelement angeordnet ist, in eine Bremsstellung bewegbar ist, in der die Bremsfläche des ersten Bremselements in Anlage mit dem Drehelement oder mit einem drehfest mit dem Drehelement verbundenen zweiten Bremselement steht. Ferner betrifft die Erfindung eine Achsträgereinheit für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Skateboard, Fahrrad oder Motorrad, mit einem derartigen Bremssystem. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer solchen Achsträgereinheit. Die Erfindung befasst sich auch mit einer Antriebseinheit mit einem zuvor genannten Bremssystem, wobei das Drehelement des Bremssystems als Antriebselement, insbesondere Antriebsrad oder Antriebsritzel ausgebildet ist.
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Ein als Skateboard ausgebildetes Fahrzeug ist beispielsweise aus der
US 6 659 480 B1 bekannt. Dieses Skateboard weist als Hinterachse eine Achsträgereinheit mit zwei Rädern auf, an der eine Bremseinrichtung zum Bremsen der Räder angeordnet ist. Jedem Rad ist ein Bremselement zugeordnet, das eine ringförmige Bremsfläche aufweist, die in einer Ruhestellung des Bremselements entfernt von dem jeweiligen Rad angeordnet ist. Über einen schwenkbaren Hebel ist das Bremselement in eine Bremsstellung bewegbar, in welcher das Bremselement an einem mit dem jeweiligen Rad drehfest verbundenen weiteren Bremselement anliegt.
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Bei diesem Skateboard hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass der schwenkbare Hebel das erste Bremselement hauptsächlich in einem Bereich oberhalb der Drehachse des Rades mit einer Kraft beaufschlagt. Beim Bremsen werden daher Kräfte auf das Rad aufgebracht, die die Radlager unsymmetrisch belasten und zu frühzeitigen Ausfällen der Radlager führen können. Hierdurch wird die Lebensdauer des Fahrzeugs beeinträchtigt.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, ein Bremssystem mit einem um eine Drehachse drehbaren Drehelement anzugeben, das eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bremssystem mit einem um eine Drehachse drehbaren Drehelement und einer Bremseinrichtung zum Bremsen des Drehelements, wobei die Bremseinrichtung ein erstes Bremselement aufweist, das zwischen einer Ruhestellung, in der eine ringförmige Bremsfläche des ersten Bremselements konzentrisch zu der Drehachse des Drehelements und entfernt von dem Drehelement angeordnet ist, in eine Bremsstellung bewegbar ist, in der die Bremsfläche des ersten Bremselements in Anlage mit dem Drehelement oder mit einem drehfest mit dem Drehelement verbundenen zweiten Bremselement steht, wobei die Bremseinrichtung ein mit dem ersten Bremselement gekoppeltes Betätigungselement aufweist, welches zur Betätigung des ersten Bremselements um die Drehachse drehbar ist, und ein mit dem Betätigungselement zusammenwirkendes Führungselement, welches dazu eingerichtet ist, das Betätigungselement bei einer Drehbewegung um die Drehachse zusätzlich in eine translatorische Bewegung entlang der Drehachse zu versetzen.
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Durch das Betätigungselement und das Führungselement kann ein Aktor gebildet werden, der eine Drehbewegung um die Drehachse in eine translatorische Bewegung entlang der Drehachse, insbesondere in Richtung der Bremsstellung, umsetzt. Das Betätigungselement kann das erste Bremselement bei der Bewegung in Richtung der Bremsstellung vollflächig mit einer Kraft beaufschlagen. Hierdurch wird die in das Drehelement bzw. das an dem Drehelement vorgesehene zweite Bremselement eingeleitete Kraft gleichmäßiger verteilt. Die Gefahr einer Überbeanspruchung einzelner Bereiche des Drehelements oder der Lagerung kann auf diese Weise verringert werden. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Ausfalls reduziert und die Lebensdauer des Fahrzeugs erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Betätigungselement eine erste Führungsfläche und das Führungselement eine zweite Führungsfläche aufweist, wobei die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche unmittelbar aneinander oder an einem Gleitelement anliegen. Die erste Führungsfläche kann bei einer Drehung des Betätigungselements um die Drehachse an der zweiten Führungsfläche entlanggleiten und dabei das Führungselement translatorisch entlang der Drehachse bewegen. Insofern können das Betätigungselement und das Führungselement einen Aktor mit Gleitlager bilden, über welchen eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umsetzbar ist. Durch die Verwendung eines Gleitelements kann eine reibungsarme Materialpaarung eingestellt werden und damit die Reibung in dem Gleitlager reduziert werden. Falls das Bremssystem ein Gleitelement aufweist, kann dieses als Gleitscheibe ausgebildet sein.
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Eine alternative vorteilhaften Ausgestaltung sieht vor, dass das Betätigungselement eine erste Führungsfläche und das Führungselement eine zweite Führungsfläche aufweist, wobei die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche an einem gemeinsamen Wälzkörper, insbesondere einer Kugel, anliegen. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Reibungswiderstand weiter reduziert werden.
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Bei den vorstehend genannten vorteilhaften Ausgestaltungen ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche schräg zu einer virtuellen Radialebene angeordnet sind, die senkrecht auf der Drehachse angeordnet ist. Durch die schräg zu der Radialebene angeordneten Führungsflächen kann der Drehbewegung des Betätigungselements eine translatorische Bewegung in axialer Richtung hinzugefügt werden. Bevorzugt schließt die erste und/oder die zweite Führungsfläche mit der Radialebene einen Winkel ein, der im Bereich zwischen 0° und 45°, bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 40°, besonders bevorzugt im Bereich von 15° bis 30°, liegt.
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Bevorzugt weist das Betätigungselement mehrere erste Führungsflächen und das Führungselement mehrere zweite Führungsflächen auf, wobei die ersten Führungsflächen und die zweiten Führungsfläche jeweils an einem von mehreren Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, anliegen und das Bremssystem ferner einen Käfig zur Aufnahme der Wälzkörper aufweist. Durch die mehreren ersten und zweiten Führungsflächen kann die Krafteinwirkung des Betätigungselement bei einer Drehbewegung um die Drehachse gelichmäßiger verteilt auf das Führungselement übertragen werden. Unerwünschte Schrägstellungen des Betätigungselemets können vermieden werden. Über den Käfig kann die relative Position der Wälzköroper zueinander konstant gehalten werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Betätigungselement einen ersten Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Zugmittel aufweist. Das Zugmittel bietet die Möglichkeit, das Betätigungselement manuell zu betätigen, ohne dass ein direkter Kontakt eines Benutzers mit dem Betätigungselement erforderlich ist. Es ist daher nicht erforderlich, dass das Bremssystem an einer für einen Benutzer zugänglichen Stelle angeordnet ist. Über das Zugmittel kann das Betätigungselement aus einer Ausgangsstellung, in welcher sich das erste Bremselement in seiner Ruhestellung befindet, in eine Betriebsstellung gedreht werden, in welcher das erste Bremselement in seiner Bremsstellung ist. Das Zugmittel ist bevorzugt als Seilzug (Bowdenzug) oder als Schubstange ausgebildet.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Betätigungselement einen zweiten Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem Rückstellelement, insbesondere einem Federelement, aufweist. Das Betätigungselement kann aus einer Ausgangsstellung, in welcher sich das erste Bremselement in seiner Ruhestellung befindet, in eine Betriebsstellung gedreht werden, in welcher das erste Bremselement in seiner Bremsstellung ist. Über das Rückstellelement kann das Betätigungselement aus der Betriebsstellung in die Ausgangsstellung zurückgestellt werden. Das Rückstellelement ist bevorzugt als Federelement ausgebildet, beispielsweise als Schraubenfeder.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn das Bremssystem ein mit dem zweiten Verbindungsbereich verbundenes Rückstellelement aufweist, wobei bevorzugt über das Rückstellelement eine schräg zu einer senkrecht auf der Drehachse angeordneten, virtuellen Radialebene verlaufende Rückstellkraft auf das Betätigungselement aufbringbar ist. Durch die schräge Wirkrichtung der Rückstellkraft kann das Rückstellelement das Betätigungselement sowohl in axialer Richtung zurückstellen als auch in Umfangsrichtung zurückdrehen. Ferner verhindert das Rückstellelement ein unerwünschtes Lösen des Betätigungselements von dem Führungselement, so dass bevorzugt auf eine zusätzliche Sicherung des Betätigungselements verzichtet werden kann. Wenn das Rückstellelement als Federelement, insbesondere als Schraubenfeder, ausgebildet ist, kann das Rückstellelement beispielsweise schräg zu der Radialebene verlaufend angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite Bremselement ein an dem Drehelement, insbesondere an einer Stirnseite des Drehelements, angeordneter Bremsbelag. Bevorzugt steht die Bremsfläche des ersten Bremselements in der Bremsstellung in Anlage mit dem Bremsbelag. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Wärmeentwicklung beim Bremsen im Wesentlichen an der Bremsfläche des ersten Bremselements entsteht, die in Kontakt mit dem Bremsbelag an dem zweiten Bremselement ist. Somit kann die Beaufschlagung des Drehelements mit beim Bremsen entstehender Wärme reduziert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn an dem Drehelement eine wärmeempfindliche Vorrichtung, beispielsweise ein Sensor, ein Akku oder eine elektrische Schaltung, oder eine weitere Wärmequelle vorgesehen sind, wie beispielsweise ein Motor zum Antrieb des Drehelements Der Bremsbelag des zweiten Bremselements weist bevorzugt ein Reibmittel auf, welches sich beim Bremsen aufgrund der Reibung beim Kontakt mit dem korrespondierenden ersten Bremselement abnutzt. Bevorzugt ist der Bremsbelag des zweiten Bremselements ringförmig oder zylinderförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Bremsbelag konzentrisch zu der Drehachse des Drehelements angeordnet, so dass die Wirkfläche zwischen der Bremsfläche des ersten Bremselements und dem Bremsbelag des zweiten Bremselement beim Bremsen möglichst groß ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Bremsbelag des zweiten Bremselements segmentiert ausgebildet. Beispielsweise kann der Bremsbelag derart segmentiert sein, dass ein oder mehrere Ringsegmente umfasst.
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Gemäß einer alternativen, vorteilhafte Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das zweite Bremselement eine drehfest mit dem Drehelement verbundene Bremsscheibe ist, die eine erste Reibfläche und eine der ersten Reibfläche gegenüberliegende zweite Reibfläche aufweist, wobei die ringförmige Bremsfläche des ersten Bremselements in der Ruhestellung entfernt von der Bremsscheibe angeordnet ist und in der Bremsstellung in Anlage mit der ersten Reibfläche der Bremsscheibe ist, und das Bremssystem ein drittes Bremselement aufweist, welches derart angeordnet ist, dass das erste Bremselement das zweite Bremselement in der Bremsstellung gegen das dritte Bremselement drückt, so dass das dritte Bremselement in der Bremsstellung in Anlage mit der zweiten Reibfläche des zweiten Bremselements ist. Das drehfest mit dem Drehelement verbundene zweite Bremselement wird in der Bremsstellung zwischen dem ersten und dem dritten Bremselement einklemmt. Hierdurch kann verhindert werden, dass in axialer Richtung wirkende Kräfte in das Drehelement eingeleitet werden. Insbesondere können beim Bremsen in axialer Richtung wirkende Kräfte in das Drehelement lagernden Wälzlagern bzw. deren Wälzkörpern, reduziert werden. Hierdurch kann die Lebensdauer des Bremssystems erhöht werden.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das erste Bremselement ringförmig ausgebildet ist und an einer Innenkontur mehrere Abstützelemente aufweist. Die Abstützelemente können das erste Bremselement gegenüber einem Achsabschnitt abstützen und somit eine Schleppmomentabstützung bilden.
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Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem ersten Bremselement und dem Betätigungselement ein ringförmiges Gleitelement angeordnet ist, welches die Reibung zwischen dem sich beim Bremsen nicht drehenden ersten Bremselement und dem sich beim Bremsen drehenden Betätigungselement reduziert. Durch das Gleitelement können Reibungsverluste reduziert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das zweite Bremselement ein Gehäuseteil eines Motors, insbesondere eines Elektromotors, zum Antrieb des Drehelements, insbesondere Rads, ist. Die Reibfläche für das mechanische Bremsen des Drehelements, insbesondere Rads, ist somit ein Bereich des Gehäuseteils des Motors. Auf dem Gehäuseteil kann eine Oberflächenstrukturierung vorgesehen sein, die das Ableiten beim Bremsen entstehender Wärme fördert, beispielsweise Kühlrippen. Bevorzugt ist der Motor derart angeordnet, dass der Motor eine Bewegung des Rades gegenüber einem Achsabschnitt des Bremssystems oder der Achsträgereinheit bewirken kann. Der Motor kann beispielsweise als Radnabenantrieb, insbesondere als Direktantrieb, ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt ist der Motor als ein Außenläufermotor ausgebildet und/oder weist einen Außenrotor auf, wobei der Außenrotor mit dem Gehäuseteil drehfest verbunden ist. Vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuseteil als eine Rotorhülse ausgebildet ist, welche den Außenrotor trägt oder darstellt. Die Rotorhülse kann dabei ein tragendes, stabilisierendes und drehbares Element bilden, um die einwirkenden Kräfte des Drehelements, insbesondere Rads, aufnehmen zu können. Alternativ bevorzugt ist das Gehäuseteil von dem Drehelement, insbesondere Rad, lösbar, so dass das Gehäuseteil von dem Drehelement, insbesondere Rad, getrennt werden kann, um das Gehäuseteil beispielsweise bei einem Verschleiß durch das Bremsen ersetzen zu können.
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Bevorzugt ist der Motor zumindest teilweise innerhalb des Drehelements, insbesondere Rads, angeordnet, so dass bei einem Bremssystem bzw. einer Achsträgereinheit mit zwei Rädern der Bereich zwischen den beiden Rädern zur Anordnung anderer Komponenten genutzt werden kann.
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Bevorzugt weist das erste Bremselement mindestens eine Belüftungsbohrung auf. Eine derartige Belüftungsbohrung vergrößert die Oberfläche des ersten Bremselements und kann den Wärmeübergang von dem ersten Bremselement an die Umgebungsluft erleichtern. Bevorzugt verläuft die Belüftungsbohrung in einer Richtung, die parallel zu der Drehachse des Drehelements ausgerichtet ist. Bevorzugt ist die mindestens eine Belüftungsbohrung als Durchgangsbohrung in dem ersten Bremselement ausgebildet, so dass Umgebungsluft von zwei Öffnungsseiten der Durchgangsbohrung in diese eindringen kann und die Luftzirkulation durch die Belüftungsbohrung nochmals verbessert wird. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das erste Bremselement mehrere Belüftungsbohrungen umfasst. Bevorzugt sind die Belüftungsbohrungen mit unterschiedlichem Querschnitt ausgebildet. Besonders bevorzugt weist eine erste Belüftungsbohrung, die näher an der Drehachse angeordnet ist, eine größere Querschnittsfläche auf als eine zweite Belüftungsbohrung, die weiter entfernt von der Drehachse angeordnet ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Achsträgereinheit für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Skateboard, Fahrrad oder Motorrad, mit einem vorstehend beschriebenen Bremssystem, wobei das Drehelement des Bremssystems als Rad ausgebildet ist. Bei der Achsträgereinheit können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem Bremssystem beschrieben worden sind.
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Bevorzugt weist die Achsträgereinheit zwei um die Drehachse drehbare Räder und zwei Bremseinrichtungen zum Bremsen der Räder auf. Jedes der Räder kann einen eigenen Motor zum Antrieb des jeweiligen Rads umfassen. Die Motoren sind bevorzugt wie vorstehend beschrieben ausgebildet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen Achsträgereinheit. Das Fahrzeug ist bevorzugt als Skateboard, Fahrrad oder Motorrad ausgebildet. Bei dem Fahrzeug können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie im Zusammenhang mit dem Bremssystem bzw. der Achsträgereinheit beschrieben worden sind.
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Das Fahrzeug weist bevorzugt einen Grundkörper auf, an dem ein oder mehrere Achsträgereinheiten angebunden sind. Der Grundkörper kann beispielsweise als Brett oder Platte ausgebildet sein. Der Grundkörper kann eine Standfläche für einen Benutzer des Fahrzeugs bereitstellen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebseinheit mit einem zuvor beschriebenen Bremssystem, wobei das Drehelement des Bremssystems als Antriebselement, insbesondere Antriebsrad oder Antriebsritzel ausgebildet ist.
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Bei der Antriebseinheit können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie im Zusammenhang mit dem Bremssystem bzw. der Achsträgereinheit beschrieben worden sind. Eine derartige Antriebseinheit kann beispielsweise in einer industriellen Anlage, beispielsweise einer Fertigungsanlage, einem Roboter oder einer Förderanlage, Anwendung finden.
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Das Antriebsrad oder Antriebsritzel ist bevorzugt mit einem Motor, insbesondere Elektromotor, verbunden, welcher derart angeordnet ist, dass der Motor eine Bewegung des Antriebsrads oder Antriebsritzels gegenüber einem Achsabschnitt des Bremssystems bewirken kann. Der Motor kann beispielsweise als Radnabenantrieb, insbesondere als Direktantrieb, ausgebildet sein.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in einer schematischen Aufsicht;
- 2 eine beispielhafte Achsträgereinheit mit einem Bremssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
- 3 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Bremssystems der Achsträgereinheit nach 2, wobei die Schnittebene die Drehachse des Rades enthält;
- 4 eine Schnittdarstellung eines Bremssystems nach 3;
- 5 eine Schnittdarstellung eines ersten Bremselements sowie eines Betätigungselements und eines Führungselements des Bremssystems nach 3;
- 6 eine Seitenansicht des Bremssystems nach 3;
- 7 eine perspektivische Darstellung eines Führungselements nach 3;
- 8 eine perspektivische Darstellung eines Betätigungselements nach 3;
- 9a-c verschiedene Stellungen eines Führungselements und eines Betätigungselements zur Erläuterung der Vorgänge beim Bremsen;
- 10 eine perspektivische Darstellung des Bremssystems nach 3;
- 11 eine Seitenansicht des Bremssystems nach 3;
- 12 eine perspektivische Darstellung eines Bremssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 13 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Bremssystems der Achsträgereinheit nach 12, wobei die Schnittebene die Drehachse des Rades enthält;
- 14 eine Schnittdarstellung eines Bremssystems nach 13;
- 15 eine Schnittdarstellung eines ersten, zweiten und dritten Bremselements sowie eines Betätigungselements und eines Führungselements des Bremssystems nach 13;
- 16 eine Seitenansicht des Bremssystems nach 13;
- 17 eine perspektivische Darstellung eines dritten Bremselements nach 13;
- 18 eine perspektivische Darstellung eines ersten Bremselements nach 13;
- 19 eine perspektivische Darstellung eines Führungselements nach 13;
- 20 eine perspektivische Darstellung eines Betätigungselements nach 13;
- 21 eine perspektivische Darstellung des Bremssystems nach 13; und
- 22 eine Seitenansicht des Bremssystems nach 13.
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In der 1 ist eine schematische Aufsicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 gezeigt, welches als Skateboard ausgebildet ist. Das Fahrzeug 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der als Brett ausgestaltet ist und einer Oberseite eine Standfläche 3 für einen Benutzer des Fahrzeugs 1 bereitstellt. An einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite des Grundkörpers 2 sind genau zwei Achsträgereinheiten 4 angeordnet, die zweispurig ausgebildet sind, d.h. dass jede Achsträgereinheit 4 genau zwei Räder 5 umfasst. Die Räder 5 sind bei dem Ausführungsbeispiel als Rollen, z.B. als Hartgummirollen oder Polyurethanrollen ausgebildet. Die Achsträgereinheiten 4 weisen jeweils zwei Achsabschnitte 6 auf, wobei jeder Achsabschnitt 6 jeweils eines der Räder 5 trägt. Die Achsträgereinheiten 4 sind jeweils über eine Neigeeinrichtung 7 mit dem Grundkörper 3 verbunden. Diese Neigeeinrichtungen 7 erlauben eine Neigung oder Verschwenkung der Achsträgereinheiten 4 relativ zu dem Grundkörper 2, so dass das Fahrzeug 1 durch eine Gewichtsverlagerung des Fahrers auf der Standfläche 3 in eine Kurvenfahrt verbracht werden kann.
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Die 2 zeigt eine Ausgestaltung einer Achsträgereinheit 4, die bei dem Fahrzeug 1 gemäß 1 beispielsweise als Hinterachse zum Einsatz kommen kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Achsträgereinheit 4 als Vorderachse des Fahrzeugs 1 Verwendung finden. Bei der dargestellten Achsträgereinheit 4 ist zur besseren Sichtbarkeit des Achsabschnitts 6 lediglich ein Bremssystem 30 montiert. Bei einem Einsatz der Achsträgereinheit 4 in einem Fahrzeug 1 umfasst die Achsträgereinheit 4 selbstverständlich zwei Bremssysteme 30, die als Räder 5 ausgebildete Drehelemente sowie eine Bremseinrichtung 10 aufweisen.
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Wie den Darstellungen in 3 und 4 entnommen werden kann, umfasst die Bremseinrichtung 10 umfasst ein erstes Bremselement 13, das zwischen einer in 3 und 4 gezeigten Ruhestellung, in der eine ringförmige Bremsfläche 14 des ersten Bremselements 13 konzentrisch zu der Drehachse D des Rades 5 und entfernt von dem Rad 5 angeordnet ist, in eine Bremsstellung bewegbar ist, in der die Bremsfläche 14 des ersten Bremselements 13 in Anlage mit einem drehfest mit dem Rad 5 verbundenen zweiten Bremselement 33 steht. In der Ruhestellung ist die Bremsfläche 14 des ersten Bremselements 13 von dem Rad 5 beabstandet, so dass das erste Bremselement keine, die Drehbewegung des Rades 5 verzögernde Wirkung entfalten kann. Befindet sich die Bremsfläche 14 des ersten Bremselements 13 hingegen in Anlage mit dem zweiten Bremselement 33, so kann eine Drehbewegung des Rads 5 über die ringförmige Bremsfläche verzögert werden.
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Das zweite Bremselement 33 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein an dem Rad 5, insbesondere an einer Stirnseite des Rad 5, angeordneter Bremsbelag. Dieses zweite Bremselement 33 ist an einem drehfest mit dem Rad 5 verbundenen Rotor 9 eines Motors 8 angeordnet, der zum Antrieb des Rads 5 vorgesehen ist. Der Motor 8 ist als Elektromotor ausgebildet und weist einen fest mit dem Achsabschnitt 6 verbundenen Stator 8` sowie den gegenüber dem Stator 8` drehbaren Rotor 9 auf, der mit dem zweiten Bremselement 33 und dem Rad 5 drehfest verbunden ist. Zur drehbaren Lagerung des Rads 5 und des zweiten Bremselements 33 sind ein erstes Lager 20 an einer Innenseite des Rads 5 und ein zweites Lager 21 an einer Außenseite des Rads 5 vorgesehen. Das erste Lager 20 und/oder das zweite Lager 21 sind als Wälzlager ausgestaltet. Der Motor 8 ist im Wesentlichen innerhalb des Rads 5 angeordnet.
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Die Darstellungen in 5 und 6 zeigen, dass das erste Bremselement 13 im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und an einer Innenkontur mehrere Abstützelemente 56 aufweist. Diese Abstützelemente 56 sind als in Umfangsrichtung der Innenkontur benachbarte Zähne ausgebildet und stützen sich an einer Außenkontur des Achsabschnitts 6 ab. Über die Abstützelemente 56 wird eine Schleppmomentabstützung ermöglicht. Ferner ist zwischen dem ersten Bremselement 13 und einem Betätigungselement 52 ein ringförmiges Gleitelement 60 angeordnet, welches die Reibung zwischen dem sich beim Bremsen nicht drehenden ersten Bremselement 13 und dem sich beim Bremsen drehenden Betätigungselement 52 reduziert.
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Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der zum Bremsen erforderlichen Druckkraft zu erreichen, weist die Bremseinrichtung 10 das in 8 gezeigte Betätigungselement 52 auf, welches zur Betätigung des ersten Bremselements 13 um die Drehachse D drehbar ist. Ein weiterer Teil der Bremseinrichtung 10 ist ein mit dem Betätigungselement 52 zusammenwirkendes Führungselement 53, welches dazu eingerichtet ist, das Betätigungselement 52 bei einer Drehbewegung um die Drehachse D zusätzlich in eine translatorische Bewegung entlang der Drehachse D zu versetzen, vgl. 7. Das Betätigungselement 52 und das Führungselement 53 bilden einen Aktor, der eine Drehbewegung um die Drehachse D in eine translatorische Bewegung entlang der Drehachse D in Richtung der Bremsstellung umsetzt. Das Betätigungselement 52 beaufschlagt das erste Bremselement 13 bei der Bewegung in Richtung der Bremsstellung vollflächig mit einer Kraft, so dass die Gefahr einer Überbeanspruchung einzelner Bereiche des Rads 5 oder der Lagerung auf diese Weise verringert wird. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Ausfalls reduziert und die Lebensdauer des Fahrzeugs 1 erhöht.
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7 zeigt das Führungselement 53. Dieses weist mehrere, hier drei, Führungsflächen 53.1 auf, die schräg zu einer virtuellen Radialebene R angeordnet sind, die senkrecht auf der Drehachse D angeordnet ist. Die Führungsflächen 53.1 sind als Teil von taschenförmigen Ausstülpungen in dem Führungselement 53 gestaltet. 8 zeigt das mit dem Führungselement 53 zusammenwirkende Betätigungselement 52. Dieses umfasst ebenfalls mehrere, hier drei, Führungsflächen 52.1, die schräg zu der virtuellen Radialebene R angeordnet sind. Die Führungsflächen 52.1 sind als Teil von taschenförmigen Ausstülpungen in dem Betätigungselement 52 gestaltet. Wie beispielsweise 5 und 6 zeigen, ist zwischen den Führungsflächen 52.1 des Betätigungselements 52 und den Führungsflächen des Führungselements 53 jeweils ein als Kugel ausgebildeter Wälzkörper 55 angeordnet. Die Wälzkörper 55 sind in einem Käfig 54 aufgenommen, der im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist.
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Die Darstellungen in 9a, b und c zeigen schematisch verschiedene Stellungen des Betätigungselements 52 und des Führungselements 53 zueinander. In der in 9a gezeigten Stellung ist das Betätigungselement 52 über eine schräg zu der Radialebene R wirkende Rückstellkraft F2 in seine Ausgangsstellung verbracht. Der Wälzkörper 55 schlägt an einer Begrenzungswandung der jeweiligen taschenförmigen Ausstülpungen des Betätigungselements 52 und des Führungselements 53 an. Wird nun auf das Betätigungselement 52 über das Zugmittel 50 eine Zugkraft F1 aufgebracht, so dreht sich das Betätigungselement 52 um die Drehachse D gegenüber dem nicht drehbar an dem Achsabschnitt 6 angeordneten Führungselement 53. Die schräg zur Radialebene R angeordnete Führungsfläche 52.1 rollt an dem Wälzkörper 55 ab, der wiederum an der schräg zur Radialebene R angeordneten Führungsfläche 53.1 des Führungselements 53 abrollt. Wie in 9b dargestellt ist, wird das Betätigungselement 52 hierdurch in axialer Richtung B parallel zu der Drehachse D bewegt. Diese Bewegung in axialer Richtung findet solange statt, bis der jeweilige Wälzkörper 55 an einer Begrenzungswandung der taschenförmigen Ausstülpungen des Betätigungselements 52 und des Führungselements 53 anschlägt, vgl. 9c.
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Die Darstellung in 8 zeigt ferner, dass das Betätigungselement 52 einen ersten Verbindungsbereich 51 zum Verbinden mit dem Zugmittel 50 aufweist. Das Zugmittel 50 kann als Seilzug (Bowdenzug) oder als Schubstange ausgebildet sein. Ferner ist an dem Betätigungselement 52 ein zweiter Verbindungsbereich 57 vorgesehen, an dem ein erstes Ende eines Rückstellelements 59 angebunden ist. Über das in 10 und 11 dargestellte Rückstellelement 59 kann eine schräg zu der virtuellen Radialebene R verlaufende Rückstellkraft auf das Betätigungselement 52 aufgebracht werden. Der zweite Verbindungsbereich 57 des Betätigungselements 52 ist als Öse ausgebildet. Über das Rückstellelement 59 kann das Betätigungselement 52 aus seiner in 9b bzw. 9c gezeigten Betriebsstellung in die Ausgangsstellung gemäß 9a zurückgestellt werden. Das Rückstellelement 59 ist bei dem Ausführungsbeispiel als Federelement, insbesondere als Schraubenfeder, ausgebildet. Wie 7 zeigt, weist das Führungselement 53 einen als Öse ausgestalteten dritten Verbindungsbereich 58 auf, an den ein zweites Ende des Rückstellelements 59 angebunden ist.
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Die Darstellungen in 12 bis 22 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssystems 30, welches bei dem in 1 gezeigten Fahrzeug 1 zur Anwendung kommen kann. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb auf die Erläuterungen zu 2 bis 11 verweisen wird. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel das zweite Bremselement 34 eine drehfest mit dem Rad 5 verbundene Bremsscheibe, die eine erste Reibfläche 34.1 und eine der ersten Reibfläche 34.1 gegenüberliegende zweite Reibfläche 34.2 aufweist, wobei die ringförmige Bremsfläche 14 des ersten Bremselements 13 in der Ruhestellung entfernt von der Bremsscheibe 34 angeordnet ist und in der Bremsstellung in Anlage mit der ersten Reibfläche 34.1 der Bremsscheibe 34 ist, und das Bremssystem 30 ein drittes Bremselement 35 aufweist, welches derart angeordnet ist, dass das erste Bremselement 13 das zweite Bremselement 34 in der Bremsstellung gegen das dritte Bremselement 35 drückt, so dass das dritte Bremselement 35 in der Bremsstellung in Anlage mit der zweiten Reibfläche 34.2 des zweiten Bremselements 34 ist.
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Das dritte Bremselement 35 ist mit einem hohlzylindrischen Montagebereich des Führungselements 53 verbunden, der konzentrisch um die Drehachse D angeordnet ist und einstückig mit dem Führungselement 53 ausgebildet ist. Der hohlzylindrischen Montagebereich weist mehrere Montagesegmente 53.2 auf, die durch Ausnehmungen 53.3 in dem Montagebereich voneinander getrennt sind. Die Montagesegmente 53.2 greifen in korrespondierende Montageausnehmungen in dem dritten Bremselement 35 ein. Durch das Zusammenwirken der Montagesegmente 53.2 und der Montageausnehmungen wird einem unerwünschten Verdrehen des dritten Bremselements 53 beim Bremsen verhindert. Ferner ist das Führungselement 53, insbesondere die Montagesegmente 53.2, durch einen Sicherungsring 47 an dem dritten Bremselement 35 festgelegt.
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Über den Montageberich wird zudem erreicht, dass der Kraftfluss beim Bremsen an dem Achsträger 6 vorbei läuft. Und zwar kann der Kraftfluss beim Bremsen durch das das erste Bremselement 13, das zweite Bremselement 34, das dritte Bremselement 35, die Montagesegmente 53.2, den Wälzkörper 55 das Betätigungselement und das Gleitelement 60 geleitet werden. Aufgrund des beschriebenen Kraftflusses, der nicht durch den Achsträger 6 oder Wälzlager 20, 21 des Rads 5 verläuft, kann die Bremseinrichtung 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel an ein bestehendes Antriebssystem adaptiert werden, ohne dass es dabei erforderlich ist, den Achsträger 6 oder die Wälzlager 20, 21 zu verstärken.
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Schließlich sind an dem ersten Bremselement 13 des zweiten Ausführungsbeispiels mehrere Formschlusselemente 56 angeordnet, die in die Ausnehmungen 53.3 in dem Führungselement 53 eingreifen und dadurch eine Führung des ersten Bremselements 13 parallel zur Drehachse D bei seiner Bewegung von der Ruhestellung in die Bremsstellung und umgekehrt ermöglichen.
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Gemäß einer Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispiels kann das beschriebene Bremssystem 30 Teil einer Antriebseinheit sein, die ein als Antriebsrad oder Antriebsritzel ausgebildetes Drehelement aufweist. Solche Antriebseinheiten können beispielsweise in industriellen Anlagen, insbesondere in Fertigungsanlagen, Fertigungsrobotern oder Förderanlagen, zur Anwendung kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Grundkörper
- 3
- Standfläche
- 4
- Achsträgereinheit
- 5
- Rad
- 6
- Achsabschnitt
- 7
- Neigeeinrichtung
- 8
- Motor
- 8`
- Stator
- 9
- Rotor
- 10
- Bremseinrichtung
- 11
- Gehäuse
- 13
- erstes Bremselement
- 14
- Bremsfläche
- 20
- Lager
- 21
- Lager
- 30
- Bremssystem
- 33
- zweites Bremselement (Bremsbelag)
- 34
- zweites Bremselement (Bremsscheibe)
- 35
- drittes Bremselement
- 36
- Schraube
- 47
- Sicherungsring
- 50
- Seilzug
- 51
- Verbindungsbereich
- 52
- Betätigungselement
- 52.1
- Führungsfläche
- 53
- Führungselement
- 53.1
- Führungsfläche
- 53.2
- Montagesegment
- 53.3
- Ausnehmung
- 54
- Käfig
- 55
- Wälzkörper
- 56
- Abstützelement
- 57
- Verbindungsbereich
- 58
- Verbindungsbereich
- 59
- Rückstellelement
- 60
- Gleitelement
- B
- axiale Richtung
- F1
- Zugkraft
- F2
- Rückstellkraft
- D
- Drehachse
- R
- Radialebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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