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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem ersten Bremszusteller und einem zweiten Bremszusteller, die in Reihe geschaltet sind; sowie ein Verfahren für deren Betrieb.
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Bremsen mit mindestens zwei unterschiedlich ausgelegten elektrischen Bremszustellern in serieller Anordnung sind bekannt. Beispielsweise beschreibt
DE 19508253 A1 eine Fahrzeugbremse mit einem elektromotorisch betriebenen selbsthemmenden Spindeltrieb, der kleine und mittlere Bremskräfte aufbaut und dazu dient, in der ersten Phase des Bremsens den Bremsspalt zu verringern. Ein durch die Spindel abgestützter, piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor überträgt dann hohe Bremskräfte über einen kleinen Zustellweg auf die Bremsscheibe. Weitere zweistufige Bremsbetätigungsvorrichtungen mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Zusteller und einem durch einen Elektromotor angetriebenen, rückseitig angeordneten Aktor sind durch
US 20040251092 A1 ,
FR 2912481 B1 ,
US 5090518 A und
EP 1381790 B1 bekannt. Ferner offenbart
DE 100 22 759 A1 eine Reihenanordnung mit einem elektrochemischen Aktor und einem magnetisch und/oder elektrisch anregbaren Stellelement. Zu einstufige Bremsen mit einem Formgedächtnisaktor wird exemplarisch auf
EP 1 650 463 A1 und
EP 2 597 329 A1 verwiesen.
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Für Aufzugsbremsen offenbart
EP 2234913 Bleine serielle Bremszustelleranordnung mit einem Permanentmagneten, der eine Vorspannung in Richtung der Bremsstellung erzeugt, und einem die Bremslüftungskraft erzeugenden Elektromagnet. Eine elektromechanische Regelbremse für einen Aufzug mit einer einen Energiespeicher umfassenden Sicherheitszusatzbremse wird durch
EP 3197811 B1 vorgeschlagen. Dabei wirkt die bevorzugt als elektromotorischer Spindeltrieb ausgeführte Regelbremse auf einen ersten Reibbelagträger und die Sicherheitszusatzbremse auf einen dem ersten gegenüberliegenden, zweiten Reibbelagträger. Mithin können beide Bremsanordnungen unabhängig voneinander aktiviert werden, sodass eine redundante, nach dem Fail-Save-Prinzip arbeitende Ruhestrombremse entsteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Bremse anzugeben, deren Bremskraft regelbar ist und die energieeffizient betrieben werden kann. Die Bremse soll leichtgewichtig und kleinbauend ausführbar sein. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Betrieb der Bremse beschrieben werden.
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Die Aufgabe wird durch eine Bremse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Bremse ist in Anspruch 7 genannt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit mindestens zwei seriell wirkenden Bremszustellern, wobei vorliegend unter einem Bremszusteller eine Aktoranordnung zur Annäherung einer Bremskomponente an die Bremsstellung und/oder zur direkten oder mittelbaren Bremskraftbeaufschlagung mindestens eines Reibbelagträgers der Bremse verstanden wird. Dabei umfasst die elektromechanische Bremsvorrichtung einen ersten Bremszusteller mit einem piezoelektrischen Aktor und einen zweiten Bremszusteller, der mit dem ersten Bremszusteller in Reihe geschaltet ist. Erfindungsgemäß umfasst der zweite Bremszusteller einen Formgedächtnisaktor.
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Bevorzugt wirkt der erste Bremszusteller auf den Reibbelagträger und stützt sich rückseitig am zweiten Bremszusteller ab. Für eine Ausführungsalternative ist zwischen dem ersten Bremszusteller und dem Reibbelagträger mindestens ein kraftübertragendes Zwischenglied angeordnet. Entsprechend kann die serielle Kopplung des ersten Bremszustellers und des zweiten Bremszustellers mittelbar erfolgen, wobei die für die kraftübertragenden Zwischenglieder Getriebe oder mechanische Energiespeicher verwendet werden können.
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Mittels des piezoelektrischen Aktors, der bevorzugt als Piezostapelanordnung ausgeführt ist, wird ein erster Bremszusteller zur Aufbringung hoher Bremskräfte mit einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit realisiert, wobei die elektromechanische Bremsvorrichtung vorteilhafterweise als Regelbremse ausgelegt wird. Der Formgedächtnisaktor im zweiten Bremszusteller dient zur initialen Annäherung an die Bremsstellung und ermöglicht aufgrund der hohen Kraftdichte von Formgedächtnismaterialen eine leicht- und kleinbauende Ausführung, die insbesondere für einen großen Aktorhub verwendet wird. Für eine Weitergestaltung wird mittels des zweiten Bremszustellers eine redundant ausgelegte Bremse realisiert, indem der Formgedächtnisaktor zur Aufbringung einer ausreichenden Bremskraft bei einem erweiterten Hub ausgestaltet wird, sodass ein Notbremsbetrieb mit einem nicht aktivierten piezoelektrischen Aktor des ersten Bremszustellers allein durch den zweiten Bremszusteller möglich ist.
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Der Formgedächtnisaktor kann als in eine Richtung wirkendes Zugelement ausgelegt sein, wobei für eine bevorzugte Ausführung der Formgedächtnisaktor FGL-Drähte umfasst. Für eine Ausführungsalternative weist der Formgedächtnisaktor eine Agonist-Antagonist-Anordnung auf, wobei eine erste FGL-Drahtanordnung für die Verlagerung in die Bremsstellung und eine zweite FGL-Drahtanordnung zur Rückstellung in die Bremslüftungsstellung verwendet wird.
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Zur Ausführung von Stellbewegungen nutzt ein Formgedächtnisaktor einen Phasenumwandlungseffekt. Für ein Bauteil aus einer thermisch aktivierbaren Formgedächtnislegierung, beispielsweise TiNi, TiNiCu, CuZnNi oder CuAINi, erfolgt zunächst eine plastische Verformung in einer Tieftemperaturphase, für die ein Martensitgefüge vorliegt. Bei einer Erwärmung auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Martensitgefüge in ein Austenitgefüge umzuwandeln, resultiert eine Formveränderung zum Zustand vor der plastischen Verformung. Eine nachfolgende Abkühlung, für die wieder ein Martensitgefüge eintritt, führt bei einer Einwegeffekt-Formgedächtnislegierung ohne zusätzlichen Kraftaufwand nicht zum ursprünglichen Verformungszustand zurück. Allerdings besteht die Möglichkeit, durch mehrere übereinstimmende plastische Umwandlungs- und Temperaturwechselzyklen das Material so zu trainieren, dass ein Zweiwegeffekt auftritt und ein aktorisches Bauteil geschaffen werden kann, das zwischen zwei definierten Formzuständen in Abhängigkeit der Temperatur wechselt.
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Zusätzlich zu einer thermischen Aktivierung des Formgedächtniseffekts sind Materialien bekannt, die aufgrund der Einwirkung eines elektrischen Feldes oder unter der Wirkung von UV-Strahlung einen Phasenwechsel ausführen, wobei die Gefügeänderung zu einem Formgedächtniseffekt führt. Beispiele solcher Materialien sind NiMnGa mit einem hohen Formveränderungsgrad oder Formgedächtnis-Polymere mit einer Zimtsäuregruppe.
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Zusätzlich zu den vorteilhaften Eigenschaften als Stellelement ermöglicht der Formgedächtnisaktor im zweiten Bremszusteller für eine bevorzugte Ausführung eine konstruktive Vereinfachung der für den piezoelektrischen Aktor des ersten Bremszustellers verwendeten Bremskraftregelungseinrichtung. Dabei dient der Formgedächtnisaktor zusätzlich als sensorisches Element zur Bestimmung der Bremskraft, sodass im ersten Bremszusteller keine separate Kraftmesseinrichtung notwendig ist. Mittels einer Sensoranordnung wird der elektrische Widerstand des Formgedächtnisaktors bestimmt und bevorzugt zusätzlich dessen Temperatur erfasst. Mit diesen Daten lässt sich aus einer eingemessenen Spannungs-Dehnungskurve der Verlauf der Aktorkraft und damit die rückseitige Stützkraft für den ersten Bremszusteller ermitteln, die als Messgröße zur Bestimmung der Bremskraft der Bremskraftregelungseinrichtung zugeführt wird. Bevorzugt wirkt die Bremskraftregelungseinrichtung sowohl auf den piezoelektrischen Aktor des ersten Bremszustellers als auch auf den Formgedächtnisaktor des zweiten Bremszustellers.
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Erfindungsgemäß umfasst der zweite Bremszusteller ein Getriebe mit einer im Bremsarbeitsbereich flachen Übersetzungskennlinie. Hierzu wird ein Getriebe mit einer Totpunktlage verwendet, das eine Kniehebelanordnung aufweist. Für die zusätzliche Verwendung des Formgedächtnisaktors als Bremskraftsensor wird das Getriebe vorteilhaft so ausgelegt, dass der Regelbremsbetriebsbereich von der Bremslüftungsstellung ausgehend vor der Totpunktlage liegt. Mithin nimmt der Formgedächtnisaktor im Regelbremsbetrieb zur Abstützung des ersten Bremszustellers nur geringe Kräfte auf, wobei die Getriebekennlinie für die Ermittlung der Bremskraft berücksichtigt wird.
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Für eine weitere bevorzugte Ausgestaltung wird das Getriebe mit einer Totpunktlage so ausgelegt, dass der Formgedächtnisaktor in der initialen Bremsphase den zweiten Bremszusteller von der Bremslüftungsstellung über die Totpunktlage zu einem Abstützelement führt, sodass der Formgedächtnisaktor im weiteren Regelbremsbetrieb deaktiviert werden kann und der erste Bremszusteller energieeffizient abgestützt ist. Die Rückwärtsbewegung beim Lüften der Bremse erfordert eine erneute Verlagerung über die Totpunktlage. Für eine mögliche Ausführung bildet der Formgedächtnisaktor eine Agonist-Antagonist-Anordnung, sodass eine aktive Stellbewegung über die Totpunktlage zurück zur Bremslüftungsstellung erfolgen kann.
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Für eine Weitergestaltung der Erfindung zu einer nach dem Fail-Save-Prinzip arbeitenden Ruhestrombremse umfasst der zweite Bremszusteller einen mechanischen Energiespeicher, der so ausgelegt ist, dass ein festgesetzter Zustand mit einer für das sichere Bremsen ausreichenden Bremskraftbeaufschlagung ohne Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors im ersten Bremszusteller und ohne Aktivierung des Formgedächtnisaktors im zweiten Bremszusteller resultiert. Für eine konstruktiv einfache Ausführung wird der mechanische Energiespeicher im zweiten Bremszusteller durch eine Federanordnung gebildet, die den ersten Bremszusteller in Richtung des Bremsbelagträgers kraftbeaufschlagt. Zum Übergang vom festgesetzten Zustand zum Regelbremsbetrieb wird der Formgedächtnisaktor im zweiten Bremszusteller aktiviert, wobei der Formgedächtnisaktor zur Kraftbeaufschlagung des mechanischen Energiespeichers dient und so ausgelegt ist, dass eine Aktorbewegung zu einem veränderten rückseitigen Abstützungspunkt des ersten Bremszustellers erfolgt, von dem aus die Bremskraft von Null bis zu einer Maximalbremskraft in Abhängigkeit der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors eingestellt werden kann. Bevorzugt komprimiert der Formgedächtnisaktor eine den mechanischen Energiespeicher bildende Federanordnung bis zu einer Elektromagnethaltevorrichtung, sodass der Formgedächtnisaktor im weiteren Regelbremsbetrieb deaktiviert werden kann. Wird die Energieversorgung gekappt und die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors und des Formgedächtnisaktors unterbrochen, löst die Elektromagnethaltevorrichtung aus und die Federanordnung des mechanischen Energiespeichers führt die Bremse in den sicheren festgesetzten Zustand. Für weitere Ausführungen kann der mechanische Energiespeicher mit Getriebekomponenten, wie eine Kniehebelanordnung, kombiniert werden.
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Für eine Weitergestaltung der Erfindung umfasst der zweite Bremszusteller einen auf ein Linearelement wirkenden Schreitantrieb, der als Antrieb mindestens einen Formgedächtnisaktor aufweist. Durch das vom Schreitantrieb bewegte Linearelement erfolgt eine wenigstens mittelbare rückseitige Abstützung des ersten Bremszustellers mit dem piezoelektrischen Aktor für den Regelbremsbetrieb. Bevorzugt kann der Schreitantrieb eine Verlagerung des rückseitigen Abstützungspunkts entlang des Linearelements in Richtung der Bremsstellung oder in Richtung der Bremslüftungsstellung bewirken, sodass beim Einleiten des Bremsens der Bremsspalt eingestellt werden kann.
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Für eine bevorzugte Ausführung umfasst der Schreitantrieb eine zentrale Feststellvorrichtung mit einer auf das Linearelement wirkenden zentralen Keilbremse, einem zentralen Federenergiespeicher und einer zentralen Formgedächtnisanordnung, wobei die zentrale Formgedächtnisanordnung bevorzugt eine FGL-Drahtanordnung aufweist. Damit kann eine kleinbauende und leichte zentrale Feststellvorrichtung realisiert werden. Für eine schneller ansteuerbare Ausführungsalternative umfasst die zentrale Feststellvorrichtung einen zentralen piezoelektrischen Aktor, der mittels der Bremskraftregelungseinrichtung für den piezoelektrischen Aktor im ersten Bremszusteller angesteuert werden kann.
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Für die Relativbewegung von Schreitantrieb und Linearelement sind eine erste FGL-Kontraktionsvorrichtung, eine zweite FGL-Kontraktionsvorrichtung, eine Anordnung am ersten Ende des Schreitantriebs, umfassend eine erste Zugplatte, ein erstes laterales Keilgetriebe mit einer ersten Betätigungsvorrichtung, sowie eine Anordnung am zweiten Ende des Schreitantriebs, umfassend eine zweite Zugplatte, ein zweites laterales Keilgetriebe mit einer zweiten Betätigungsvorrichtung, vorgesehen. An der ersten Zugplatte ist eine erste Mitnahmevorrichtung für das erste laterale Keilgetriebe angeordnet. Entsprechend liegt an der zweiten Zugplatte eine zweite Mitnahmevorrichtung für das zweite laterale Keilgetriebe vor.
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Die erste FGL-Kontraktionsvorrichtung ist mit der ersten Zugplatte und dem zweiten lateralen Keilgetriebe verbunden und die zweite FGL-Kontraktionsvorrichtung verbindet die zweite Zugplatte mit dem ersten lateralen Keilgetriebe. Die zentrale Feststellvorrichtung liegt zwischen dem ersten lateralen Keilgetriebe und dem zweiten lateralen Keilgetriebe. Des Weiteren sind eine erste Lateralfederanordnung zwischen dem ersten lateralen Keilgetriebe und einem Gehäuseanschlag auf einer ersten Seite der zentralen Feststellvorrichtung sowie eine zweite Lateralfederanordnung zwischen dem zweiten lateralen Keilgetriebe und einem weiteren Gehäuseanschlag auf einer zweiten Seite der zentralen Feststellvorrichtung vorgesehen.
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Eine deaktivierte zweite FGL-Kontraktionsvorrichtung voraussetzend, entsteht bei einer Aktivierung der ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung eine Zugwirkung längs des Schreitantriebs, die das zweite laterale Keilgetriebe am Linearelement verklemmt und die erste Zugplatte mit dem durch die erste Mitnahmevorrichtung offen gehaltenen ersten lateralen Keilgetriebe in Richtung des zweiten lateralen Keilgetriebes verlagert. Nach dem Öffnen der zentralen Keilbremse resultiert eine Verschiebung der zentralen Feststellvorrichtung in Richtung des zweiten lateralen Keilgetriebes, sodass sich die Federkräfte der ersten Lateralfederanordnung und der zweiten Lateralfederanordnung ausgleichen. Als Nächstes kann die zentrale Feststellvorrichtung wieder mittels der zentralen Keilbremse festgesetzt werden. In einem weiteren Schritt wird die erste FGL-Kontraktionsvorrichtung deaktiviert und durch die erste Lateralfederanordnung und die zweite Lateralfederanordnung gelängt. Gegenüber dem Ausgangszustand resultiert ein Verlagerungsschritt, dessen Schrittweite durch den Aktivierungsgrad der ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung einstellbar ist. Eine Schrittbewegung in die Gegenrichtung erfolgt aufgrund der Symmetrie der Anordnung ausgehend von einer deaktivierten ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung mittels einer Aktivierung der zweiten FGL-Kontraktionsvorrichtung und entsprechend zur voranstehend erläuterten Bewegungsfolge in spiegelbildlicher Betrachtung.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungsbeispiele der Erfindung in Zusammenhang mit Figurendarstellungen erläutert. Diese stellen Folgendes dar:
- 1 zeigt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsvorrichtung in der Bremslüftungsstellung.
- 2 zeigt die erste Ausführung der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsvorrichtung in der Regelbremsstellung.
- 3 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsvorrichtung in der Regelbremsstellung.
- 4 zeigt eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsvorrichtung in der Regelbremsstellung.
- 5 zeigt eine Weitergestaltung mit einer elektromechanischen Bremsvorrichtung in einer passiven Bremsstellung.
- 6 zeigt die Weitergestaltung aus 5 in der Regelbremsstellung.
- 7 zeigt die Antriebkomponenten für eine Weitergestaltung mit einem Schreitantrieb.
- 8 zeigt eine erste isometrische Ansicht des Schreitantriebs aus 7.
- 9 zeigt eine zweite isometrische Ansicht des Schreitantriebsaus 7.
- 10 zeigt den Schreitantrieb aus 7 im Längsschnitt.
- 11 zeigt eine Ausführungsvariante der zentralen Feststellvorrichtung des Schreitantriebs als isometrische Ansicht.
- 12 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der zentralen Feststellvorrichtung des Schreitantriebs im Längsschnitt.
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1 stellt eine schematisch vereinfachte Teilschnittansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsvorrichtung in der Bremslüftungsstellung dar. Gezeigt sind ein Bremskörper 7, beispielsweise in Form einer Bremsscheibe oder einer Bremsschiene, ein Bremssattel 9, dessen schwimmende Befestigung im Einzelnen nicht dargestellt ist, und ein Reibbelagträger 5 mit einem zugeordneten Reibbelag 6.1. Ein weiterer Reibbelag 6.2 wird vom Bremssattel 9 getragen.
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Zur Betätigung der elektromechanischen Bremsvorrichtung dient eine bezüglich der Kraftwirkung serielle Anordnung eines ersten Bremszustellers 1 mit einem piezoelektrischen Aktor 3 zur wenigstens mittelbaren Kraftbeaufschlagung des Reibbelagträgers 5 und eines zweiten Bremszustellers 2, der den ersten Bremszusteller 1 rückseitig abstützt. Erfindungsgemäß umfasst der zweite Bremszusteller 2 einen Formgedächtnisaktor 4, wobei für das dargestellte Ausführungsbeispiel der Formgedächtnisaktor 4 mindestens einen FGL-Draht 10 umfasst, der eine Zugkraft auf das Mittelgelenk 19 einer Kniehebelanordnung 14 ausübt. Dabei verbindet das Mittelgelenk 19 ein von einem Festlager 15 ausgehendes erstes Getriebeglied 17 mit einem zweiten Getriebeglied 18, das ein Loslager 16 für den ersten Bremszusteller 2 bildet. Die hohe Leistungsdichte des Formgedächtnisaktors 4 ermöglicht eine leichtbauende und bauraumsparende Ausführung des zweiten Bremszustellers 2.
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Zur Verringerung des Bremsspalts 8 für den Regelbremsbetrieb wird der Formgedächtnisaktor 4 aktiviert. Für die vorliegende Ausführung erfolgt ein Aufheizen des FGL-Drahts 10 über die Phasenumwandlungstemperatur mittels Bestromung durch die Bremskraftregelungseinrichtung 12. Die damit verbundene Verkürzung des FGL-Drahts 10 führt die Kniehebelanordnung 14, wie in 2 dargestellt, in eine Stellung vor der Totpunktlage 20 und verlagert den ersten Bremszusteller 2 in Richtung des Bremskörpers 7. In dieser Bremsstellung kann der piezoelektrische Aktor 3 des ersten Bremszustellers 1 durch die Bremskraftregelungseinrichtung 12 für den Regelbremsbetrieb angesteuert werden.
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Für das erste Aufführungsbeispiel bleibt der Formgedächtnisaktor 4 im Regelbremsbetrieb aktiviert und erzeugt eine permanente Stützkraft. Dabei liegt durch die Stellung der Kniehebelanordnung 14 vor der Totpunktlage 20 eine flache Übersetzungskennlinie vor, sodass ein geringer Aktivierungsgrad des Formgedächtnisaktors 4 zur rückseitigen Abstützung des piezoelektrischen Aktors 3 ausreicht. Dieser kann zur indirekten Messung der durch den Reibbelagträger 5 aufgebrachten Bremskraft dienen. Hierzu erfasst eine mit der Bremskraftregelungseinrichtung 12 verbundene Sensoranordnung 13 am Formgedächtnisaktor 4 dessen elektrischen Widerstand und Temperatur, sodass aus der Spannungs-Dehnungskurve des Formgedächtnisaktors 4 die Aktorkraft bestimmt werden kann. Zusätzlich werden für die Ermittlung der Bremskraft die Übersetzungskennlinie der Kniehebelanordnung 14 und die durch einen Positionssensor 21 ermittelte Getriebestellung berücksichtigt.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei die mit der ersten Ausgestaltung übereinstimmenden Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dargestellt ist die Regelbremsstellung für die die Kniehebelanordnung 14 durch den Formgedächtnisaktor 4 in eine Getriebestellung über die Totpunktlage 20 hinaus geführt ist und an einem Abstützelement 22 anliegt. Damit kann der Formgedächtnisaktor 4 im Regelbremsbetrieb energieeffizient deaktiviert werden. Zusätzlich liegt eine Haltevorrichtung 23 mit einem Elektromagnet 24 und eine Federanordnung 25 vor, die in der Regelbremsstellung gespannt ist. Zum Lüften der Bremse, wird der Elektromagnet 24 ausgelöst und die Federanordnung 25 führt die Kniehebelanordnung 14 wieder über die Totpunktlage.
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Die in 4 in der Regelbremsstellung gezeigte dritte Ausführung unterscheidet sich von der zweiten Ausführung durch eine Agonist-Antagonist-Anordnung 26 für den Formgedächtnisaktor 4 mit einer ersten FGL-Draht-Drahtanordnung 27 zur Verlagerung der Kniehebelanordnung 14 über die Totpunktlage 20 für den Regelbremsbetrieb und einer zweiten FGL-Draht-Drahtanordnung 28 für die Rückführung zur Bremslüftungsstellung bis zu einem Abstützelement 64.
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5 und 6 zeigen eine Weitergestaltung, die zu einer Ruhestrombremse führt. Für die in 5 dargestellte passive Bremsstellung wird eine für das Festsetzen ausreichende Bremskraft durch einen mechanischen Energiespeicher 29 im zweiten Bremszusteller 2 aufgebracht. In dieser passiven Bremsstellung werden der piezoelektrische Aktor 3 im ersten Bremszusteller 1 und der Formgedächtnisaktor 4 im zweiten Bremszusteller 2 nicht angesteuert. Zum Übergang von der passiven Bremsstellung in den Regelbremsbetrieb verlagert der Formgedächtnisaktor 4 im zweiten Bremszusteller 2 den rückseitigen Abstützungspunkt 30 des ersten Bremszustellers 1 durch eine Komprimierung des mechanischen Energiespeichers 29 bis zu einer Elektromagnethaltevorrichtung 31, die in der Folge die Kraftwirkung des mechanischen Energiespeichers 29 auffängt. Wie in 6 dargestellt, erhält dadurch der piezoelektrischen Aktor 3 den für den Regelbremsbetrieb notwendigen, von der Passivstellung 63.1 zur Aktivstellung 63.2 verlagerten rückseitigen Abstützungspunkt 30, sodass die Bremskraft von Null bis zu einer Maximalbremskraft in Abhängigkeit der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 3 des ersten Bremszustellers 1 eingestellt werden kann. Fällt die Energieversorgung für die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 3 und die Elektromagnethaltevorrichtung 31 aus, führt der mechanische Energiespeicher 29 die elektromechanische Bremsvorrichtung wieder in die passive Bremsstellung zurück.
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Für eine zweite Weitergestaltung umfasst der zweite Bremszusteller 2 einen entlang eines Linearelements 33 verlagerbaren Schreitantrieb 32, der einen piezoelektrischen Aktor 3.1 des ersten Bremszustellers 1 rückseitig abstützt. Weitere Komponenten der elektromechanischen Bremsvorrichtung sind in 7 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Der Schreitantrieb 32 ermöglicht eine präzise bidirektionale Einstellung der rückseitigen Abstützung des ersten Bremszustellers 1 über einen Hubbereich, der nur durch die Ausdehnung des Linearelements 33 begrenzt wird. Dabei führt die Verwendung eines Formgedächtnisaktors 4 für den Schreitantrieb 32 zur Realisierung einer kompakten Leichtbaueinheit. Für im Einzelnen nicht dargestellte Ausführungsvarianten erfolgt die Abstützung des piezoelektrischen Aktors 3.1 durch das relativ zum Schreitantrieb 32 bewegte Linearelement 33.
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8 und 9 zeigen isometrische Ansichten und 10 stellt einen Längsschnitt des Schreitantriebs 32 dar. Ersichtlich sind eine erste Zugplatte 37 an einem ersten Ende des Gehäuses 36 und eine zweite Zugplatte 38 an einem zweiten Ende des Gehäuses 36 des Schreitantriebs 32. Des Weiteren ist eine erste FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2 mit FGL-Drähten gezeigt, die mit der ersten Zugplatte 37 und einer zweiten Betätigungsvorrichtung 42 am zweiten Ende des Gehäuses 36 verbunden ist. Aus 7 wird deutlich, dass eine zweite FGL-Kontraktionsvorrichtung 35.1, 35.2 parallel zur ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2 vorliegt, die als spiegelbildliche Anordnung eine entgegengesetzte Wirkrichtung aufweist. Die Schreitfunktion wird im Folgenden exemplarisch für die durch die erste FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2 angetriebenen Komponenten erläutert.
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Die am Gehäuse 36 anliegende und mit der ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2 verbundene erste Zugplatte 37 ist Teil einer ersten Lateralfixierung 47, die zusätzlich ein auf das Linearelement 33 wirkendes erstes laterales Keilgetriebe 43 mit einem ersten Außenkonus 45 und einem ersten Innenkonus 46 umfasst. Die erste Zugplatte 37 bildet eine einteilig mit dem Gehäuse 36 verbundene, erste Mitnahmevorrichtung 39, die deutlicher in 9 dargestellt ist. Gezeigt ist eine isometrische Ansicht für einen gegenüber 8 in Umfangsrichtung versetzten Schnitt, der durch einen ersten Anschlag 65 der ersten Mitnahmevorrichtung 39 verläuft. Dabei liegt der erste Anschlag 65 am ersten Außenkonus 45 des ersten lateralen Keilgetriebes 43 so an, dass bei einer Bewegung der Mitnahmevorrichtung 39 axial zum Linearelement 33, das erste laterale Keilgetriebe 43 in der Offenstellung relativ zum Linearelement 33 verschoben wird. Mithin liegt für die Offenstellung ein konstanter Abstand zwischen dem ersten Außenkonus 45 und dem ersten Innenkonus 46 vor, der auch unter Zug der ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2 beibehalten wird.
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An der zweiten Lateralfixierung 48 ist die erste FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2 mit einer zweiten Betätigungsvorrichtung 42 verbunden, die einstückig mit dem zweiten Innenkonus 50 ausgebildet ist. Ersichtlich ist, dass sich die zweite Betätigungsvorrichtung 42 in der Gehäuseöffnung 51 relativ zum Gehäuse 36 bewegen kann. Unter Berücksichtigung der zweiten Lateralfederanordnung 53 mit einer den zweiten Außenkonus 49 in Richtung der zweiten Zugplatte 38 vorspannenden, zweiten radial äußeren Feder 56 und einer den zweiten Innenkonus 50 in Richtung der zweiten Zugplatte 38 vorspannenden, zweiten radial inneren Feder 57, führt die aus der Aktivierung der ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2 resultierende Zugkraft zwischen der ersten Zugplatte 37 und der zweiten Betätigungsvorrichtung 42 zu einer Bewegung des zweiten Innenkonus 50 relativ zum zweiten Außenkonus 49 und damit zu einer Verriegelung des zweiten lateralen Keilgetriebes 44 am Linearelement 33.
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Zum dauerhaften Festsetzen des Schreitantriebs 32 relativ zum Linearelement 33 dient eine zentrale Feststellvorrichtung 58 mit einer durch einen zentralen Federenergiespeicher 60 vorgespannten zentralen Keilbremse 59. Zum Lösen der zentralen Feststellvorrichtung 58 wird für die dargestellte Ausführung eine zentrale Formgedächtnisanordnung 61 verwendet.
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Zum Ausführen einer Schreitbewegung in Form einer Relativbewegung zwischen dem Schreitantrieb 32 und dem Linearelement 33 wird zunächst die zentrale Formgedächtnisanordnung 61 aktiviert und so die zentrale Feststellvorrichtung 58 gelöst. Sodann erfolgt eine Aktivierung der ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2, die zu einer Verriegelung des zweiten lateralen Keilgetriebes 44 gegen das Linearelement 33 und einer Bewegung der ersten Lateralfixierung 47 mit dem in Offenstellung bleibenden ersten lateralen Keilgetriebe 43 in Richtung des zweiten lateralen Keilgetriebes 44 führt. Dabei werden die erste Lateralfederanordnung 52 sowie die zweite Lateralfederanordnung 53 komprimiert und die zentrale Feststellvorrichtung 58 relativ zum Linearelement 33 verschoben. Das erneute Festsetzen der zentralen Feststellvorrichtung 58 nach einem Phasenwechsel der zentralen Formgedächtnisanordnung 61 erlaubt eine Deaktivierung der ersten FGL-Kontraktionsvorrichtung 34.1, 34.2. In der Folge relaxieren die erste Lateralfederanordnung 52 und die zweite Lateralfederanordnung 53 und der Schreitantrieb 32 nimmt wieder seine Ausgangslänge ein.
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Für eine Weiterentwicklung weist die in 11 vereinfacht ohne einen Federenergiespeicher dargestellte zentrale Keilbremse 59 eine zentrale Formgedächtnisanordnung 61 auf, die ein erstes FGL-Zugdrahtsystem 69 und ein zweites FGL-Zugdrahtsystem 70 umfasst. Für die zentrale Keilbremse 59 ist eine spiegelbildliche Anordnung mit einem ersten Zentralkeil 67 und einem zweiten Zentralkeil 68 vorgesehen. Dabei ist das erste FGL-Zugdrahtsystem 69 zwischen dem Gehäuse 36 und dem ersten Zentralkeil 67 aufgespannt und verläuft zu diesem Zweck durch eine Öffnung im zweiten Zentralkeil 68. Entsprechend spiegelbildlich ist das zweite FGL-Zugdrahtsystem 70 ausgebildet. Mit dieser Anordnung kann das Lösen beider Zentralkeile 67, 68 der zentrale Keilbremse 59 sichergestellt werden.
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Für eine schneller ansteuerbare Ausführungsalternative des Schreitantriebs 32 umfasst die in 12 als Längsschnitt dargestellte, zentrale Feststellvorrichtung 58 einen zentralen piezoelektrischen Aktor 62, der für die Komprimierung des zentralen Federenergiespeichers 60 vorteilhafterweise mittels der Bremskraftregelungseinrichtung 12 für den piezoelektrischen Aktor 3 im ersten Bremszusteller 1 angesteuert wird.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Bremszusteller
- 2
- zweiter Bremszusteller
- 3, 3.1
- piezoelektrischer Aktor
- 4
- Formgedächtnisaktor
- 5
- Reibbelagträger
- 6.1, 6.2
- Reibbelag
- 7
- Bremskörper
- 8
- Bremsspalt
- 9
- Bremssattel
- 10, 10.1, 10.2
- FGL-Draht
- 11
- Rückstellfeder
- 12
- Bremskraftregelungseinrichtung
- 13
- Sensoranordnung
- 14
- Kniehebelanordnung
- 15
- Festlager
- 16
- Loslager
- 17
- erstes Getriebeglied
- 18
- zweites Getriebeglied
- 19
- Mittelgelenk
- 20
- Totpunktlage
- 21
- Positionssensor
- 22
- Abstützelement
- 23
- Haltevorrichtung
- 24
- Elektromagnet
- 25
- Federanordnung
- 26
- Agonist-Antagonist-Anordnung
- 27
- erste FGL-Drahtanordnung
- 28
- zweite FGL-Drahtanordnung
- 29
- mechanischer Energiespeicher
- 30
- rückseitiger Abstützungspunkt
- 31
- Elektromagnethaltevorrichtung
- 32
- Schreitantrieb
- 33
- Linearelement
- 34.1, 34.2
- erste FGL-Kontraktionsvorrichtung
- 35.1, 35.2
- zweite FGL-Kontraktionsvorrichtung
- 36
- Gehäuse
- 37
- erste Zugplatte
- 38
- zweite Zugplatte
- 39
- erste Mitnahmevorrichtung
- 40
- zweite Mitnahmevorrichtung
- 41
- erste Betätigungsvorrichtung
- 42
- zweite Betätigungsvorrichtung
- 43
- erstes laterales Keilgetriebe
- 44
- zweites laterales Keilgetriebe
- 45
- erster Außenkonus
- 46
- erster Innenkonus
- 47
- erste Lateralfixierung
- 48
- zweite Lateralfixierung
- 49
- zweiter Außenkonus
- 50
- zweiter Innenkonus
- 51
- Gehäuseöffnung
- 52
- erste Lateralfederanordnung
- 53
- zweite Lateralfederanordnung
- 54
- erste radial äußere Feder
- 55
- erste radial innere Feder
- 56
- zweite radial äußere Feder
- 57
- zweite radial innere Feder
- 58
- zentrale Feststellvorrichtung
- 59
- zentrale Keilbremse
- 60
- zentraler Federenergiespeicher
- 61
- zentrale Formgedächtnisanordnung
- 62
- zentraler piezoelektrischer Aktor
- 63.1
- Passivstellung
- 63.2
- Aktivstellung
- 64
- Abstützelement
- 65
- erster Anschlag
- 66
- zweiter Anschlag
- 67
- erster Zentralkeil
- 68
- zweiter Zentralkeil
- 69
- erstes FGL-Zugdrahtsystem
- 70
- zweites FGL-Zugdrahtsystem
