DE102019122088A1

DE102019122088A1 - Elektromechanischer Bremsenaktuator

Info

Publication number: DE102019122088A1
Application number: DE102019122088.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Beier; Christoph Moritz; Arne Reiners; Jan Reiners
Original assignee: Wabco Europe BVBA
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2021-02-18
Also published as: WO2021032494A1; CN114270068A; US20220297659A1; EP4013652A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromechanischen Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) für eine Bremse, insbesondere eine Nutzfahrzeug-Scheibenbremse, mit:- einem Elektromotor (106, 206),- einer damit wirkverbundenen, Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408), und- einem Bremsstößel (114, 214, 314) zur Betätigung eines Bremshebels (358) der Bremse (368),wobei die Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) und der Bremsstößel (114, 214, 314) miteinander in Anlage stehende Kontaktflächen zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments aufweisen,wobei die Kontaktfläche der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(φ) mit einer Änderungsrate r'(φ) in Abhängigkeit von der Winkelstellung φ der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoments der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) und der auf den Bremsstößel (114, 214, 314) übertragenen Kraft erfolgt wobei der Abstand r(φ) bei einer Winkelstellung φ = φminminimal und bei einer Winkelstellung φ = φmaxmaximal ist. Es wird vorgeschlagen,dass in einem ersten Winkelbereich φmin≤ φ ≤ φmaxdie Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise positiv ist, und dass in einem zweiten Winkelbereich φmax≤ φ ≤ 360° die Änderungsrate r'(<p) zumindest bereichsweise negativ ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsenaktuator für eine Bremse, insbesondere eine Nutzfahrzeug-Scheibenbremse, mit: einem Elektromotor zum Erzeugen eines Antriebs-Drehmoments, einer mit dem Elektromotor wirkverbundenen, rotatorisch beweglich gelagerten Kurvenscheibe, und einem entlang einer Stößelachse beweglichen Bremsstößel zur Betätigung eines Bremshebels der Bremse, wobei die Kurvenscheibe und der Bremsstößel miteinander in Anlage stehende Kontaktflächen aufweisen, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurvenscheibe und Bremsstößel aneinander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontaktfläche der Kurvenscheibe in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(φ) mit einer Änderungsrate r'(φ) in Abhängigkeit von der Winkelstellung φ der Kurvenscheibe definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoment der Kurvenscheibe und der auf den Bremsstößel übertragenen Kraft erfolgt, wobei der Abstand r(φ) bei einer Winkelstellung φ = φ_min minimal und bei einer Winkelstellung φ = φ_max maximal ist.
Diese nichtlineare Übertragung ist vorzugsweise so gestaltet, dass beispielsweise zur Überwindung des Lüftspiels zwischen Bremsbacke bzw. Bremsbelag und Bremsscheibe zunächst große Vorschubstrecken bei geringerer Bremskraftübertragung realisiert werden können, wohingegen in einem Bereich, der ein Aufbringen großer Bremskräfte erfordert, eine größere Bremskraft bei geringerem Vorschub des Bremsstößels erzielt werden kann.
Elektromechanische Bremsenaktuatoren sind in der Kraftfahrzeug-, insbesondere Nutzkraftfahrzeugbranche allgemein bekannt. AT 516801 A2 schlägt beispielsweise einen elektromechanischen Aktuator mit zwei Übertragungsgliedern vor, um ausreichend geringe Bremsbetätigungszeiten zu realisieren und gleichzeitig mittels eines möglichst kleinen und sparsamen Elektromotors eine gewünschte Bremsleistung zu erzielen. An dem ersten Übertragungsglied ist ein Koppelglied vorgesehen, an dem ein Abtastelement angeordnet ist. Das zweite Übertragungsglied weist eine Erhebungskurve auf. Das Abtastelement tastet die Erhebungskurve ab, wobei das zweite Übertragungsglied das Eingangsmoment für das erste Übertragungsglied aufbringt und die Eingangsmomente des ersten Übertragungsgliedes über den Verdrehwinkel für unterschiedliche Verschleißzustände des Bremsbelages eine Nullkurve ergeben.
Systeme wie das vorgenannte haben den Nachteil, dass der konstruktive Aufbau eine hohe Komplexität aufweist, die zum einen bezüglich Fertigung und Montage kostenintensiv ist, und zum anderen einer einfachen Wartbarkeit entgegensteht. Auch erfordert die Vielzahl der Bauteile einen vergleichsweise großen Bauraum der Anordnung.
Die DE 10 2017 004 436 A1 schlägt einen elektromechanischen Bremsenaktuator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bei dem eine Kurvenscheibe und ein Bremsstößel miteinander in Anlage stehende Kontaktflächen aufweisen, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurvenscheibe und Bremsstößel aneinander abgleiten oder abrollen. Auf diese Weise kann die Kurvenscheibe dazu eingesetzt werden, in Verbindung mit dem auf der Kontaktfläche in Anlage stehenden Bremsstößel eine Rotationsbewegung der Kurvenscheibe direkt in eine nichtlineare Bewegung des Bremsstößels umzuwandeln.
Die Kontaktfläche der Kurvenscheibe ist dabei derart geformt, dass der Bremsstößel zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgelenkten Position hin und her bewegbar ist, und die Kurvenscheibe zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition hin und her bewegbar ist, wobei die Ausgangsposition der Kurvenscheibe mit der zurückgezogenen Position des Bremsstößels korrespondiert und die Endposition der Kurvenscheibe mit der ausgelenkten Position des Bremsstößels korrespondiert.
In der ausgelenkten Position ist die Bremse voll zugespannt. Aufgrund nicht vermeidbarer Nachgiebigkeit der Konstruktion unterliegt die kinematische Kette der Kraftübertragung mechanisch-elastischer Verformungen. Mechanische Energie wird somit innerhalb der kinematischen Kette, bspw. im Bremssattel gespeichert. Wird die Endposition der Kurvenscheibe überschritten oder die Bremse unkontrolliert geöffnet, beispielsweise durch eine Fehlansteuerung oder einen Ausfall des Elektromotors, wird der Bremsstößel bzw. dessen Kontaktfläche abrupt von der ausgelenkten Position in die zurückgezogene Position bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die in der kinematischen Kette gespeicherte Energie unkontrolliert in den Bremsenaktuator eingespeist. Dies führt zu einer mechanischen Belastung des Aktuators und kann zu einer Reduzierung der ansonsten möglichen Lebensdauer führen bzw. direkt die Funktionsfähigkeit des Bremsenaktuators beeinträchtigen.
Vor diesem Hintergrund lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Bremsenaktuator anzugeben, der die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend überwindet. Insbesondere lag die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator anzugeben, der einen fehlertoleranten Betrieb bei hoher Lebensdauer ermöglicht.
Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe bei einem Aktuator der eingangs beschriebenen Art, indem in einem ersten Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise positiv ist, und in einem zweiten Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise negativ ist. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die im Fehlerfall, also beispielsweise bei einem Überdrehen der Kurvenscheibe über die Winkelstellung φ = φ_max hinaus, frei gewordene Energie in dem zweiten Winkelbereich durch Reibungsverluste sukzessive abgebaut wird. Eine Beschädigung des Aktuators wird somit verhindert.
Es gibt zumindest einen Winkelbereich zwischen φ_max und φ_min, in dem eine definierte negative Steigung für einen kontrollierten Rückgang von r dafür sorgt, so dass ein Sprung von r_max auf r_min verhindert wird.
Die Erfindung betrifft in erster Linie Scheibenbremsen, wobei bei einer Scheibenbremse der zum Bremsbelag korrespondierende Gegenpart die Bremsscheibe ist. Prinzipiell ist die Erfindung jedoch auch in Zusammenhang mit Trommelbremsen einsetzbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einer Winkelstellung φ = φ_min die Änderungsrate r'(φ_min) = 0. Somit hat die Funktion r(<p) bei einer Winkelstellung φ = φ_min einen Sattelpunkt bzw. einen Tiefpunkt.
Weiter bevorzugt ist bei einer Winkelstellung φ = φ_min die Ableitung der Änderungsrate nach dem Winkel r''(φ_min) > 0. Somit hat die r(<p) eine positive Krümmung, also einen nach links gekrümmten Kurvenverlauf.
Wird bei einer Winkelstellung φ = φ_min die Ableitung der Änderungsrate r'(φ_min) = 0 und ist die Funktion r(φ) bei dieser Winkelstellung positiv gekrümmt, so hat die Funktion r(φ) bei der Winkelstellung φ = φ_min einen Tiefpunkt. Beginnend von dieser Start-Winkelstellung φ_min nimmt der Abstand somit zumindest abschnittsweise zu. Der minimale Abstand rmin, welcher bei der Winkelstellung φ = φ_min erreicht wird, definiert somit die Rückzugsposition des Stößels.
Weiter bevorzugt ist bei einer Winkelstellung φ = φ_max die Änderungsrate r'(φ_max) = 0. Somit hat die Funktion r(<p) bei einer Winkelstellung φ = φ_max einen Sattelpunkt bzw. einen Hochpunkt.
Vorzugsweise ist bei einer Winkelstellung φ = φ_max die Änderungsrate und r''(φ_max) < 0. Somit hat die r(<p) eine negative Krümmung, also einen nach rechts gekrümmten Kurvenverlauf.
Wird bei einer Winkelstellung φ = φ_max die Änderungsrate r'(φ_max) = 0 und ist die Funktion r(φ) bei dieser Winkelstellung negativ gekrümmt, wird nicht nur ein Sattelpunkt, sondern ein Hochpunkt der Funktion definiert. Der Winkel φ_max definiert in diesem Fall die Winkelstellung, in welcher der Abstand r(φ) ein Maximum annimmt und damit die Position, in welcher der Stößel maximal ausgelenkt ist.
Somit ist der Bewegungsbereich des Stößels durch die Funktion r(<p) definiert, welche bei φ = φ_min einen Tiefpunkt aufweist und bei φ = φ_max einen Hochpunkt aufweist. Dieser Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max definiert somit den Bewegungsbereich, in welchem der Stößel von einer Rückzugsposition in eine ausgelenkte Position bewegbar ist, um eine Bremskraft aufzubringen. Dieser Bereich entspricht dem vorgesehenen Betrieb der Kurvenscheibe innerhalb des Bremsenaktuators. Definitionsgemäß besitzt die Kurvenscheibe in diesem Bereich eine positive Steigung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich der Abstand r(φ) bei mindestens einer Winkelstellung φ = φ_p' mit φ_max ≤ φ_p' ≤ 360° sprunghaft um einen Wert Δr, wobei der Sprung vorzugsweise $Δ r \leq \frac{1}{10} r (φ_{m a x})$
ist.
Der Wert Δr, um welchen sich der Abstand r(φ) ändert, ist vom Durchmesser der des Stößels im Bereich der Kontaktfläche zu der korrespondierenden Kontaktfläche der Kurvenscheibe abhängig. Eine solche Kontaktfläche kann ferner an einer mit dem Stößel gekoppelten Abrolleinheit, z.B. einer Druckrolle, ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise entspricht der Wert Δr, und damit die Sprunghöhe, mindestens dem Radius der Druckrolle.
Durch einen solchen Sprung wird zum einen bei einer Fehlfunktion des Bremsenaktuators, welche beispielsweise zu einem Überdrehen der Kurvenscheibe führt, die Bremse nach Überschreiten eines Toleranzbereichs, hier φ_max ≤ φ ≤ 360°, die Bremskraft in einem vordefinierten Bereich sprunghaft abgebaut. Ein solcher vordefinierter Sprung ermöglicht einen schnellen Abbau der gespeicherten Energie und verhindert zugleich eine übermäßige Energieeinbringung in den Bremsenaktuator durch das sprunghafte Zurückschnellen des Stößels infolge der sprunghaften Reduzierung des Abstandes der Kontaktfläche r(<p).
Zum anderen wird durch einen solchen Sprung im Falle einer Fehlfunktion, welche zu einem Drehen der Kurvenscheibe entgegen der Drehrichtung führt, ein Überdrehen der Scheibe aus dieser, nur im Fehlerfall und somit im unkontrollierten Zustand auftretenden Richtung, verhindert.
Unter einer solchen sprunghaften Änderung wird verstanden, dass die Änderungsrate lim_φ→φ
p' r'(φ) → -∞ ist, und wobei der Sprung vorzugsweise $Δ r \leq \frac{1}{10} r (φ_{m a x})$
ist.
Vorzugsweise steigt der Abstand r(φ) in einem Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max streng monoton, sodass r'(φ_min ≤ φ ≤ (φ_max) > 0 ist. Somit steigt der Abstand r(φ) in dem Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max permanent an, wobei die Änderungsrate r'(φ) in dem gesamten Winkelbereich > 0 ist. Somit wird gewährleistet, dass der Stößel, welcher mit der Kontaktfläche der Kurvenscheibe in Kontakt ist, und an dieser abgleitet bzw. abrollt, einen kontinuierlichen Vorschub erfährt, bis bei einer Winkelstellung φ = φ_max der Abstand r(φ) maximal wird und der Stößel maximal ausgelenkt ist.
Weiter bevorzugt fällt der Abstand r(φ) in einem Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° streng monoton, sodass r'(φ_max ≤ φ ≤ 360°) < 0 ist. Somit wird mit Überschreiten der Winkelstellung φ = φ_max der Abstand r(φ) kontinuierlich reduziert, sodass die Bremskraft kontinuierlich abgebaut wird, bis der Stößel schließlich in seine zurückgezogene Position gebracht wurde, in welcher φ = φ_min.
Es wird verstanden, dass wenn beispielsweise φ_min = 0 gilt, ebenso φ_min = 360°, da die Drehung der Kurvenscheibe mit Überschreiten der 360° von neuem starten würde.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Funktion r(φ) in dem ersten Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max einen erster Funktionsverlauf r₁(φ) auf, wobei in dem zweiten Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° einen zweiten Funktionsverlauf r₂(φ) aufweist, der von r₁(φ) verschieden ist. Somit wird der Verlauf des Abstandes r(φ) in Abhängigkeit der Winkelstellung φ in einem ersten Bereich, in welchem der Abstand r(φ) zumindest abschnittsweise steigt, durch den Funktionsverlauf r₁(φ) beschrieben und in einem zweiten Winkelbereich, in welchem der Abstand r(φ) zumindest abschnittsweise fällt, durch einen Funktionsverlauf r₂(φ) beschrieben. Da diese Funktionsverläufe verschieden sind, lässt sich der Funktionsverlauf somit in geeigneter Weise innerhalb des Winkelbereichs beschreiben und ermöglicht so eine vereinfachte Darstellung des Abstands der Kontaktfläche zum Drehpunkt.
Vorzugsweise treffen sich r₁(φ) und r₂(φ) in einer Winkelstellung φ_1,2, in welcher $r_{1}^{'} (φ)$
und $r_{2}^{'} (φ)$
stetig sind und r₁(φ) eine negative Krümmung, also einen nach rechts gekrümmten Kurvenverlauf, aufweist. Somit gehen die Funktionsverläufe r₁(φ) und r₂(φ) vorzugsweise sprunglos ineinander über. Durch den stetigen Verlauf der Funktionsverläufe r₁(φ) und r₂(φ) wird ferner sichergestellt, dass sich die Funktionsverläufe in nur einem Punkt der Winkelstellung φ_1,2 treffen.
Weiter bevorzugt treffen sich r₁(φ) und r₂(φ) in einer zweiten Winkelstellung φ_2,1, in welcher $r_{2}^{'} (φ_{2,1})$
und $r_{1}^{'} (φ_{2,1})$
ebenfalls stetig sind und r₁(φ) eine positive Krümmung, also einen nach links gekrümmten Kurvenverlauf, aufweist.. Somit geht auch der Funktionsverlauf r₂(φ) sprungfrei in r₁(φ) über.
Vorzugsweise treffen sich r₁(φ) und r₂(φ) in mindestens einer Winkelstellung φ_1,2 in welcher $r_{1}^{'} = r_{2}^{'} .$
Somit treffen die Funktionsverläufe r₁(φ) und r₂(φ) sich bei der Winkelstellung knickfrei. Dies begünstigt einen sanften Verlauf des Stößels auf der Kontaktfläche der Kurvenscheibe und somit eine verschleißarme Kraftübertragung. Eine solche Winkelstellung kann beispielsweise beabstandet zu der Winkelstellung φ_max bzw. φ_min liegen, sodass in einem Winkelbereich φ > φ_max die Änderungsrate r₁(φ) negativ ist und der Funktionsverlauf r₁(φ) in diesen Bereich fällt, sodass die Steigung des Funktionsverlaufs r₁(φ) bei der Winkelstellung φ_1,2 negativ wird und der Steigung $r_{2}^{'} (φ)$
des zweiten Funktionsverlaufs von r₂(φ) entspricht.
Weiter bevorzugt ist die Winkelstellung φ_1,2 eine erste Winkelstellung, in welcher r₁(φ) vorzugsweise eine negative Krümmung aufweist, und r₁(φ) und r₂(φ) treffen sich ferner in einer zweiten Winkelstellung φ_2,1, in welcher $r_{2}^{'} = r_{1}^{'}$
und r₁(φ) vorzugsweise eine positive Krümmung aufweist. Somit treffen die Funktionsverläufe r₂(φ) und r₁(φ) sich bei der Winkelstellung knickfrei.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Funktion r(φ) eine Übergangsfunktion r₃(φ) auf, welche in einer ersten Winkelstellung φ_1,3 auf den ersten Funktionsverlauf r₁(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{1}^{'} (φ_{1,3}) = r_{3}^{'} (φ_{1,3})$
ist, und welche bei einer Winkelstellung φ_3,2 auf den zweiten Funktionsverlauf r₂(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{2}^{'} (φ_{3,2}) = r_{3}^{'} (φ_{3,2})$
ist. Somit kann beispielsweise eine lineare Zunahme des Abstandes r(φ) in einem Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max gewährleistet werden, welcher durch den Funktionsverlauf r₁(φ) beschrieben wird. Ferner kann in einem zweiten Winkelbereich mit φ_max ≤ φ ≤ 360° ein linearer Funktionsverlauf r₂(φ) vorgesehen sein, in welchem der Abstand linear abnimmt. Solche Funktionsverläufe wären dann in einfacher Weise durch eine Übergangsfunktion höheren Grades miteinander, insbesondere stetig und knickfrei, verbindbar. In einem solchen Fall erfährt der Stößel, welcher auf der Kontaktfläche der Kurvenscheibe abgleitet oder abrollt, keinen Ruck bzw. keine Erschütterung.
Gilt ferner $r_{1}^{'} (φ_{1,3}) = r_{3}^{'} (φ_{1,3}),$
ist die Funktion r(<p) stetig und der Funktionsverlauf r₁(φ) geht knickfrei in die Übergangsfunktion r₃(φ) über. Gilt $r_{2}^{'} (φ_{3,2}) = r_{3}^{'} (φ_{3,2}),$
so geht der zweite Funktionsverlauf r₂(φ) knickfrei in die Übergangsfunktion über. In einem solchen Fall gleitet bzw. rollt der Stößel sanft über die Kontaktfläche der Kurvenscheibe.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Übergangsfunktion r₃(φ) eine erste Übergangsfunktion, und die Funktion r(φ) eine ferner eine zweite Übergangsfunktion r₃(φ)' aufweist, welche in einer dritten Winkelstellung φ₃,₁ auf den ersten Funktionsverlauf r₁(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{1}^{'} (φ_{3,1}) = r_{3}^{'} (φ_{1,3})'$
ist, und welche bei einer Winkelstellung φ₂,₃ auf den zweiten Funktionsverlauf r₂(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{2}^{'} (φ_{2,3}) = r_{3}^{'} (φ_{2,3})$
ist.
Vorzugsweise ist in einem Winkelbereich φ_max ≤ φ < φ_p die Änderungsrate r'(φ_max ≤ φ < φ_p) = 0 wobei vorzugsweise φ_max - φ_p ≤ 0,1 · (φ_max - φ_min) ist. Somit ist in einem Winkelbereich φ_max ≤ φ < φ_bp ein Plateau bzw. ein Bereich vorgesehen, in welchem der Abstand r(φ) konstant ist. Durch einen solchen sich an den maximalen Abstand r(φ_max) anschließenden Bereich, wird beispielsweise bei einem fehlerhaften bzw. im Rahmen zulässiger Toleranzen eingestellten Lüftspiel, ein Überdrehen der Kurvenscheiben über die Winkelstellung φ_max hinaus ein plötzlicher Abfall der Bremskraft vermieden, da die Position des Stößels in einem vordefinierten Bereich konstant gehalten wird. Die Breite des Plateaus ist demnach abhängig von den gegebenen Toleranzen der Lüftspieleinstellung zu wählen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kurvenscheibe eine Einbuchtung zur Definition einer Parkbremsposition in ihrem Umfang aufweist, wobei die Einbuchtung zwischen einem Kontaktpunkt mit dem Bremsstößel in der Ausgangsposition und einem Kontaktpunkt mit dem Bremsstößel in der Endposition angeordnet ist. Befindet sich die Kurvenscheibe mit ihrer Einbuchtung in einer solchen Kontaktposition, bleibt die in dieser Position bereitgestellte Bremsleistung, die über den Bremsstößel eingebracht wird, konstant, auch wenn der antreibende Elektromotor nicht länger mit elektrischer Energie versorgt wird. Durch eine zielführende Positionierung der Einbuchtung lässt sich die Parkbremskraft modulieren. Diese Funktionalität geht mit einer geringen baulichen Komplexität einher, ist darüber hinaus wartungsfreundlich und mechanisch zuverlässig.
Vorzugsweise ist die Einbuchtung derart angeordnet, dass der Bremsstößel, wenn er in der Einbuchtung angeordnet ist, eine Bremskraft in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 50% der Maximalbremskraft überträgt. Durch eine derartige Funktionsintegration lässt sich eine Parkbremsfunktionalität mit einer geringen Bauteilanzahl realisieren. Ferner wirkt sich dieses positiv auf den erforderlichen Bauraum der Vorrichtung aus. Um die Bremskraft im Normalbetrieb nicht unnötig zu modulieren, bzw. eine vom Fahrer ungewollte Bremskraftmodulierung zu verhindern kann dieser Bereich vorteilhafterweise im Bereich der negativen Steigung der Kurvenscheibe angebracht sein.
Die Erfindung wird in einem ersten Aspekt, wie vorstehend beschrieben durch einen Bremsenaktuator gelöst. Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt eine Kurvenscheibe für einen solchen Bremsenaktuator, welche zum Anschluss an die Antriebswelle eines Elektromotors eingerichtet ist,
wobei die Kurvenscheibe eine Kontaktfläche aufweist, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurvenscheibe und Bremsstößel mit der Kontaktfläche des Bremsstößels derart in Anlage bringbar ist, dass die Kontaktflächen aneinander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontaktfläche der Kurvenscheibe in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(φ) mit einer Änderungsrate r'(φ) in Abhängigkeit von der Winkelstellung φ der Kurvenscheibe definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoments der Kurvenscheibe und der auf den Bremsstößel übertragenen Kraft erfolgt, wobei der Abstand r(φ) bei einer Winkelstellung φ = φ_min minimal und bei einer Winkelstellung φ = φ_max maximal ist. Die Erfindung löst die zugrunde liegende Aufgabe in einem zweiten Aspekt dadurch, in einem ersten Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise positiv ist, und dass in einem zweiten Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise negativ ist. Bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile des erfindungsgemäßen Bremsenaktuators sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile der Kurvenscheibe für einen solchen Bremsenaktuator.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der folgenden Figuren. Im Einzelnen zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuators in einer Seitenansicht,
2 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß 1 in einer weiteren Seitenansicht,
3 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß der 1 und 2 in einer Teilschnitt-Seitenansicht,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators in einer Draufsicht,
5 eine Draufsicht auf den Aktuator gemäß 4,
6 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß der 4 und 5 in einer Ansicht von schräg oben ohne Gehäuse,
7 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß der 4-6 in einer Ansicht von schräg oben,
8 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß der 4-7 in einer Teilschnitt-Ansicht,
9 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß der 4-8 in einer Seitenansicht ohne Gehäuse,
10 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß der 4-9 mit verschlossenem Gehäuse,
11 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators sowie einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse in einer Seitenansicht,
12 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators in einem axial-Teilschnitt, und
13 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß 12 in einer Draufsicht auf die Kurvenscheibe,
14 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,
15 ein Diagramm der Funktion r(<p) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
16 ein Diagramm der Funktion r'(φ) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
17 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,
18 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
19 ein Diagramm der Funktion r'(φ) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
20 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,
21 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
22 ein Diagramm der Funktion r'(φ) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
23 ein Diagramm der Funktion r(<p) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,
24 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
25 ein Diagramm der Funktion r'(φ) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
26 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,
27 ein Diagramm der Funktion r(φ) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,
28 ein Diagramm der Funktion r'(φ) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten.

1 zeigt einen elektromechanischen Aktuator 102 mit einem Gehäuse 104. Der Aktuator 102 weist einen Elektromotor 106 auf. Über ein Getriebe (vgl. 2) wird das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 106 an eine Kurvenscheibe 108 übertragen. Die Kurvenscheibe 108 dient der nichtlinearen Übertragung der Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 108 an einen Bremsstößel 114.
Der Bremsstößel 114 kann insbesondere linear in Richtung der dargestellten Pfeilrichtung ausgelenkt werden. An seinem der Kurvenscheibe 108 zugewandten Ende verfügt der Bremsstößel 114 über einen Stößelkopf 112. Dieser Stößelkopf 112 umschließt einen Wälzkörper 110, der mittels der Lager 116 gelagert ist. Der Wälzkörper 110 gleitet auf dem Umfang der Kurvenscheibe 108 ab. Hiermit wird eine Übertragung der Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 108 in eine Linearbewegung des Bremsstößels 114 erzielt. Über einen Verbindungsabschnitt 118 ist der elektromechanische Aktuator 102 insbesondere mit einer Bremse (nicht dargestellt) verbindbar.
In 2 ist das bereits angesprochene Getriebe 119 detailliert. Das Getriebe 119 ist zweistufig ausgebildet. Die erste Stufe des Getriebes 119 ist als Umlaufrädergetriebe 120 ausgebildet. Das Umlaufrädergetriebe 120 weist ein Hohlrad 122 auf, Umlaufräder 124 sowie ein Sonnenrad 126. In an sich bekannter Weise findet in dem Umlaufrädergetriebe 120 eine Wandlung der Bewegungsgrößen des Elektromotors 106 statt. Dem Umlaufrädergetriebe 120 nachgelagert ist ein Stirnradgetriebe 128. Dieses Stirnradgetriebe 128 ist mit dem Umlaufrädergetriebe 120 über ein weiteres Stirnradgetriebe (nicht sichtbar) verbunden. Das Stirnradgetriebe 128 befindet sich auf einer Welle 130, auf der auch die Kurvenscheibe 108 angebracht ist. Somit erfolgt eine Übertragung des Antriebsdrehmoments von dem Elektromotor 106 über das Getriebe 119 und die Welle 130 an die Kurvenscheibe 108. Es soll verstanden werden, dass das Getriebe 119 erfindungsgemäß prinzipiell entlang der gesamten 360° um die Drehachse der Kurvenscheibe 108 herum angeordnet werden kann, um verschiedenen Bauraumsituationen gerecht zu werden.
Eine beispielhafte Ausbildung der Kurvenscheibe 108 ist 3 zu entnehmen. Wie in 3 dargestellt, befindet sich der Stößel 114 in einer vollständig eingefahrenen Ausgangsposition. Der Abstand zwischen dem Wälzkörper 110 des Stößelkopfes 112 zur Drehachse der Kurvenscheibe 108 ist hier am geringsten. Wird nun die Kurvenscheibe 108 gegen den Uhrzeigersinn rotiert, so findet aufgrund der Ausformung der Kurvenscheibe 108 eine Translation des Bremsstößels 114 statt. Dieses rührt insbesondere daher, dass bei zunehmender Rotation der Kurvenscheibe 108 aus der Ausgangsposition der Kontaktwinkel zwischen Bremsstößel 114 und Kurvenscheibe 108 relativ zu der Stößelachse kleiner wird.
Dieses bewirkt weiterhin, dass eine Drehwinkeländerung der Kurvenscheibe 108 bei einer derartigen Ausformung der Kurvenscheibe 108 dazu führt, dass eine Drehwinkeländerung der Kurvenscheibe 108 in einem Bereich kleiner Auslenkungen des Bremsstößels 114 zur Überwindung einer größeren Strecke auf Seiten des Bremsstößels 114 bei kleinerer übertragener Bremskraft führt und wobei im Bereich der Maximalauslenkung 114 des Bremsstößels eine äquivalente Drehwinkeländerung der Kurvenscheibe 108 eine kleinere Auslenkung des Bremsstößels 114 bei höherer übertragener Bremskraft zur Folge hat.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Aktuators 202 ist in 4 dargestellt. Der Aktuator 202 verfügt erneut über ein Gehäuse 204, sowie einen Elektromotor, dem ein Getriebe nachgelagert ist (beide Bauteile nicht in 4 dargestellt). Ein Antriebsdrehmoment wird in bekannter Weise auf die Kurvenscheibe 208 übertragen. Erneut dient die Kurvenscheibe 208 dazu, die Rotationsbewegung des Antriebes in eine translatorische Bewegung des Bremsstößels 214 zu übertragen. Der Bremsstößel 214 verfügt über einen Bremsstößelkopf 212, welcher einen Wälzkörper 210 umschließt, der mithilfe der Lager 216 gelagert ist. An der Welle (nicht dargestellt) ist eine Nockenwelle 244 mit einem Nocken 242 angeordnet. Der Nocken 242 ist mittels des Wälzkörpers 240 und der Federführung 238 dazu eingerichtet, ein Federelement 236, die in einer Federführung 234 geführt ist und in dem Gehäuse 204 befestigt ist, zu betätigen. Hierbei ist vorgesehen, dass der Nocken 242 in einem ersten Bewegungsbereich das Federelement 236 komprimiert und damit spannt und Energie speichert und in einem zweiten Bewegungsbereich die in dem Federelement 236 gespeicherte Energie aufnimmt und an die Nockenwelle 244, die mit der Kurvenscheibe 208 gekoppelt ist, abgibt. Darüber hinaus ist der Nocken 244 dazu eingerichtet eine Rastposition zu definieren. Während in den Figuren eine spezifische Anordnung der Energiespeicher- und Abgabe Bauelemente (Nocken 242, Wälzkörper 240, Federführung 238, Federelement 236, Federlager 234) gezeigt ist, soll verstanden werden, dass diese Elemente erfindungsgemäß prinzipiell frei bezüglich um die Drehachse der Kurvenscheibe 208 herum angeordnet werden können, um spezifischen Bauraumanforderungen, beispielsweise im Fahrzeug, bestmöglich gerecht zu werden.
In 5 ist eine Draufsicht der bereits aus 4 bekannten Ausführungsform ohne das betreffende Gehäuse gezeigt. 5 kann nun der Aufbau des Getriebes 219 entnommen werden. Das Getriebe 219 weist als eine erste Stufe das Umlaufrädergetriebe 220 auf. Mittels eines Stirnradgetriebes 228, findet eine weitere Drehzahlreduktion und -momenterhöhung in dem Getriebe 219 statt. Dem Getriebe 219 nachgeschaltet ist die Welle 230 auf welcher die Kurvenscheibe 208 befestigt ist.
6 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels. Diesem kann insbesondere der Aufbau des Umlaufrädergetriebes 220 entnommen werden. Dieses weist in an sich bekannter Weise ein Hohlrad 222 auf in welchem die Umlaufräder 224 angeordnet sind. Zentral befindet sich in dem Umlaufrädergetriebe 220 das Sonnenrad 226.
7 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels in einer Teilschnittdarstellung.
In 8 ist eine Schnittansicht des Aktuators 202 mit Schnittebene entlang der Welle 230 dargestellt. Wie aus der Figur zu entnehmen, ist die Welle 230 nicht Bauteilgleich mit der Nockenwelle 244 ausgebildet, mit dieser jedoch insbesondere kraftschlüssig verbunden.
In 9 ist das Getriebe 219 freigestellt. Erweiternd zu den bereits diskutierten Abbildungen kann 9 entnommen werden, dass die Umlaufräder 224 auf einem Steg 250 angeordnet sind.
10 zeigt das geschlossene Gehäuse 204 des elektromechanischen Aktuator 202. Das Gehäuse 204 weist einen ersten Gehäuseabschnitt 254 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 256 auf. Die Gehäuseabschnitte 254 und 256 sind mittels der Schrauben 258 miteinander verbunden.
11 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators 302 sowie einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 368 in einer Seitenansicht. Das Wirkprinzip der Scheibenbremse 368 besteht darin, dass ein Bremsbelag 356 nach Überwindung eines Luftspaltes an eine Bremsscheibe 354 gedrückt wird. Die auftretende Reibung bremst ein mit der Bremsscheibe 354 verbundenes Rad (nicht dargestellt) ab. Alternativ kann in der Scheibenbremse 368 ein Bremsenaktuator gemäß einem der übrigen Ausführungsbeispiele verbaut sein.
Die hierzu erforderliche Kraft wird über den Bremshebel 358 an den Bremsbelag 356 übertragen. Der Bremshebel 358 wird wiederum von dem Bremsstößel 314 betätigt. Dieser wird in bekannter Weise von der Kurvenscheibe 308 betätigt.
Im Hinblick auf die Führung des Bremsstößels 314 sind zwei alternative Bremsstößel-Führungen gezeigt 315, 315' gezeigt. Die gerade Bremsstößel-Führung 315 dient der rein-linearen (translatorischen) Führung des Bremsstößels 314.
Alternativ kann eine gekrümmte Bremsstößel-Führung 315' vorgesehen sein, welche eine nichtlineare Führung des Bremsstößels 314 ermöglicht.
Der in 11 dargestellte elektromechanische Aktuator 302 verfügt darüber hinaus über einen Hebel 360 der mit der Kurvenscheibe 308 gekoppelt ist. An dem Hebel 360 ist ein Federkopf 362 befestigt, der wiederum mit einem Federelement 336 verbunden ist. Am anderen Ende des Federelements 336 befindet sich ein Lager 366. Erneut ist das Federelement 336 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Hebels 360 und somit der Kurvenscheibe 308, Energie an das Federelement 336 abzugeben so dass diese komprimiert wird und Energie speichert. Darüber hinaus ist das Federelement 336 dazu eingerichtet, Energie über den Federkopf 362 an den Hebel 360 und die Kurvenscheibe 308 in Abhängigkeit ihres Drehwinkelbereiches zu übertragen. Hinsichtlich des grundlegenden Wirkprinzips sei auf die obigen Ausführungen verwiesen. Es soll verstanden werden, dass die Anordnung aus Hebel 360 und den korrespondierenden Energiespeicher- und Abgabe Bauelementen (Federkopf 362, Lager 366, Feder 336) erfindungsgemäß prinzipiell frei um die Kurvenscheibe 308 platziert werden kann.
Eine weitere alternative Ausführungsform dieser Einrichtung zum Speichern und Abgeben von Energie ist in 12 dargestellt. Auf die Kurvenscheibe 408 ist eine Axialbahn 478 aufgebracht. Diese Axialbahn 478 erstreckt sich in Axialrichtung auf einer Seite der Kurvenscheibe 408 und weist unterschiedliche Axialausdehnungen aus. Mit der Axialbahn 478 steht ein Rollenlager 474 in Kontakt, welches über einen Federkopf 472 auf ein Federelement 436 wirkt. Das Federelement 436 ist mittels eines Lagers 470 ortsfest gelagert.
Bei Rotation der Kurvenscheibe 408 folgt das Rollenlager 474 der Axialbahn 478 in Axialrichtung. Bewegt sich das Rollenlager 474 dabei in Richtung des Lagers 470 wird das zwischen Lager 470 und Federkopf 472 angeordnete Federelement 436 komprimiert und mithin in dieser Energie gespeichert.
Bewegt sich das Rollenlager 474 hingegen auf einem solchen Abschnitt der Axialbahn 478, bei dem sich das Rollenlager 474 in Richtung der Kurvenscheibe 408 bewegt, so unterstützt das Federelement 436 die Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 408 und gibt mithin ihre gespeicherte Energie an diese ab. Es soll verstanden werden, dass die Positionierung der Axialbahn 478 prinzipiell auf beiden Seiten der Kurvenschreibe 408 möglich ist.
In 13 ist eine Draufsicht einer solchen mit einer Axialbahn 478 versehenen Kurvenscheibe 408 dargestellt. Die Axialbahn 478 ist dabei zentriert um die Drehachse der Kurvenscheibe 408 angeordnet.
Die 14 und 15 zeigen Diagramme der Funktion r(φ) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (1 - 13) der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe.
Die 14 zeigt die Funktion r(φ) in Polarkoordinaten beginnend von einer Winkelstellung φ = φ_min, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Winkelstellung von 0° entspricht.
Es wird verstanden, dass wenn beispielsweise φ_min = 0 gilt, ebenso φ_min = 360°, da die Drehung der Kurvenscheibe mit Überschreiten der 360° von neuem starten würde. Die gezeigten Winkelstellungen und Radien sind lediglich beispielhaft und können beliebig angepasst bzw. versetzt werden.
Die Funktion r(φ) steigt in einem ersten Winkelbereich 0° ≤ φ ≤ 270° streng monoton und fällt in einem zweiten Winkelbereich 270° ≤ φ ≤ 360° streng monoton.
Die Funktion r(φ) weist, wie insbesondere 16 zeigt, in dem ersten Winkelbereich eine positive Änderungsrate r'(φ) auf. Folglich nimmt der Abstand r(φ) in dem Winkelbereich 0 ≤ φ ≤ 270° stetig zu. Wie insbesondere 15 zeigt, nimmt der Abstand r(φ) in diesem Winkelbereich insbesondere linear zu.
In dem Winkelbereich 270° ≤ φ ≤ 360° nimmt der Abstand r(φ) streng monoton ab, sodass die Änderungsrate r'(φ) in diesem Bereich negativ ist, wie insbesondere auch 16 zeigt. Wie insbesondere 15 zeigt, nimmt der Abstand in diesem Winkelbereich linear ab.
Wie der Funktionsverlauf der Änderungsrate r'(φ) gemäß 16 zeigt, ist die Änderungsrate in einem Winkelbereich 0 ≤ φ ≤ 270° konstant, sodass der Abstand r(φ) sich linear ändert. In diesem Winkelbereich ist r'(φ) > 0, sodass der Abstand r(φ) zunimmt, bis der Abstand bei der Winkelstellung φ = 270° ein Maximum annimmt. Bei dieser Winkelstellung kommt es zu einem sprunghaften Wechsel der Änderungsrate, welche an diesem Punkt nicht stetig ist, und von einer positiven Steigung mit r'(φ) ≥ 0 in eine negative Steigung mit r'(φ) ≤ 0 wechselt. In diesem Punkt hat die Kontaktfläche der Kurvenscheibe folglich einen Knick.
Die 17 und 18 zeigen Diagramme der Funktion r(φ) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt 19 ein Diagramm der Funktion r'(<p) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten.
Die Funktion r(φ) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den 14 und 15 gezeigten Funktion durch einen Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ φ_p, in welchem der Abstand r(φ) konstant ist. Dieser Bereich schließt sich folglich an die Winkelstellung φ_max an, sodass der maximale Abstand r_max in diesem Bereich konstant ist und eine Art Toleranzbereich bildet. In diesem Toleranzbereich ist der Abstand r(φ) maximal, sodass der Stößel in der maximal ausgelenkten Position gehalten wird und auch bei einem Überdrehen der Kurvenscheibe weiterhin eine konstante Bremskraft auf die Bremsscheibe ausgeübt wird.
Wie insbesondere 19 zeigt, ist die Änderungsrate r'(φ) in einem Winkelbereich 0 ≤ φ ≤ 270° positiv und fällt bei der Winkelstellung φ = 270° sprunghaft auf eine Änderungsrate von r'(φ) = 0 ab. In diesem Bereich ändert sich der Abstand r(φ) folglich nicht. Im Anschluss an diesen Toleranzbereich fällt die Änderungsrate r'(<p) sprunghaft ab, sodass die Änderungsrate r'(<p) negativ und insbesondere konstant und der Abstand r(φ) in diesem Winkelbereich linear fällt.
Den 20 und 21 zeigen Diagramme der Funktion r(φ) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt 22 ein Diagramm der Funktion r'(<p) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten.
Die Funktion r(φ) gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den 14 und 15 gezeigten Funktion durch einen Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ φ_p', in welchem der Abstand r(φ) konstant ist sowie eine sprunghafte Änderung des Abstandes r(φ) bei der Winkelstellung φ = φ_p'. Bei dieser Winkelstellung fällt der Abstand r(φ) sprunghaft um einen Wert $Δ r \leq \frac{1}{10} r (φ_{m a x}),$
wobei die 20 und 21 diesen Sprung nicht maßstabsgetreu zeigen und nur einen exemplarischen Sprung Δr veranschaulichen. Durch einen solchen vordefinierten Sprung kann schnell und effizient die gespeicherte Energie abgebaut werden, wobei die Belastung des Bremsenaktuators verhältnismäßig gering ist. Somit wird die Prozesszeit, welche benötigt wird, um den Bremsstößel in seine Ausgangslage zurückzubefördern, reduziert.
Wie insbesondere 22 zeigt, sinkt die Änderungsrate r'(φ) bei der Winkelstellung sprunghaft und steigt anschließend wieder sprunghaft auf einen Wert r'(φ) ≤ 0. Die Änderungsrate r'(φ) ist anschließend in einem Winkelbereich φ > φ_p' wieder stetig und insbesondere konstant, sodass in einem Winkelbereich φ_p' ≤ φ ≤ 360° der Abstand r(φ) linear abnimmt.
Die 23 und 24 zeigen Diagramme der Funktion r(φ) gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt 25 ein Diagramm der Funktion r'(<p) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten.
Die Funktion r(φ) gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den 14 und 15 gezeigten Funktion durch einen stetigen Verlauf der Änderungsrate r'(φ). Die Funktionsverläufe r₁(φ) und r₂(φ) treffen sich bei einer Winkelstellung φ = φ_p1,2 , in welcher $r_{1}^{'} (φ_{p 1,2}) = r_{2}^{'} (φ_{p 1,2})$
ist und bei einer Winkelstellung φ = φ_p2,1, in welcher $r_{2}^{'} (φ_{p 2,1}) = r_{1}^{'} (φ_{p 2,1}) .$
Die Funktionsverläufe r₁(φ) und r₂(φ) treffen sich somit knickfrei, sodass der Stößel sanft auf der Kontaktfläche der Kurvenscheibe abgleitet, bzw. abrollt und keine Erschütterung erfährt.
Die erste Winkelstellung φ = φ_p1,2 beschreibt dabei eine Winkelstellung, welche auf die Winkelstellung φ = φ_max folgt, bei welcher der Abstand r(φ) maximal wird. Die zweite Winkelstellung φ_p2,1 folgt auf die Winkelstellung φ = φ_min, bei welcher der Abstand minimal wird. Somit verläuft der Bereich der Kurvenscheibe, in welchem der Abstand r₂(φ) der Kontaktfläche zum Drehpunkt des Stößels abnimmt, sanft uns insbesondere knickfrei in den Bereich der Kurvenscheibe über, in welchem der Abstand r₁(φ) insbesondere linear zunimmt.
Wie insbesondere 25 zeigt, ist r'(φ) im gesamten Winkelbereich stetig.
Die 26 und 27 zeigen Diagramme der Funktion r(φ) gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt 28 ein Diagramm der Funktion r'(<p) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten.
Die Funktion r(φ) gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den 14 und 15 gezeigten Funktion dadurch, dass bei einer Winkelstellung φ_1,3 < φ_max der erste Funktionsverlauf r₁(φ) auf eine Übergangsfunktion r₃(φ) trifft, wobei der Übergang sanft und insbesondere knickfrei verläuft. Bei einem solchen knickfreien Übergang gilt $r_{1}^{'} (φ_{1,3}) = r_{3}^{'} (φ_{1,3}) .$
Ferner trifft der zweite Funktionsverlauf r₂(φ) bei einer zweiten Winkelstellung φ₃,₂ > φ_max auf die Übergangsfunktion r₃(φ) sanft und ebenfalls knickfrei, sodass ferner gilt, $r_{2}^{'} (φ_{3,2}) = r_{3}^{'} (φ_{3,2}) .$
Bevorzugt trifft ferner eine zweite Übergangsfunktion r₃(φ)' bei einer dritten Winkelstellung φ_max < φ₂,₃ < 360° auf den zweiten Funktionsverlauf r₂(φ), wobei der Übergang sanft und insbesondere knickfrei verläuft. Bei einem solchen knickfreien Übergang gilt $r_{2}^{'} (φ_{2,3}) = r_{3}^{'} (φ_{2,3}) .$
Bei einer vierten Winkelstellung φ₃,₁ > φ_min trifft die zweite Übergangsfunktion r₃(φ)' auf den Funktionsverlauf r₁(φ) wobei der Übergang sanft und insbesondere knickfrei verläuft. Bei einem solchen knickfreien Übergang gilt $r_{1}^{'} (φ_{3,1}) = r_{3}^{'} (φ_{3,1}) .$
Eine solche Übergangsfunktion ermöglich einen steten Funktionsverlauf der Änderungsrate von r'(<p) gemäß 28.
Bezugszeichenliste

102: Elektromechanischer Aktuator
104: Gehäuse
106: Elektromotor
108, 108', 108'': Kurvenscheibe
110: Wälzkörper
112: Stößelkopf
114: Bremsstößel
116: Lager
118: Verbindungsabschnitt
119: Getriebe
120: Umlaufrädergetriebe
122: Hohlrad
124: Umlaufräder
126: Sonnenrad
128: Stirnradgetriebe
130: Welle
202: Elektromechanischer Aktuator
204: Gehäuse
206: Elektromotor
208: Kurvenscheibe
210: Wälzkörper
212: Stößelkopf
214: Bremsstößel
216: Lager
218: Verbindungsabschnitt
219: Getriebe
220: Umlaufrädergetriebe
222: Hohlrad
224: Umlaufräder
226: Sonnenrad
228: Stirnradgetriebe
230: Welle
234: Federlager
236: Federelement
238: Federführung
240: Wälzkörper
242: Nocken
244: Nockenwelle
246: Wellenlager
248: Wellenlager
250: Steg
254: Erster Gehäuseabschnitt
256: Zweiter Gehäuseabschnitt
258: Schraube
302: Elektromechanischer Aktuator
308: Kurvenscheibe
310: Wälzkörper
314: Bremsstößel
315: Gerade Bremsstößelführung
315': Gekrümmte Bremsstößelführung
336: Federelement
354: Bremsscheibe
356: Bremsbelag
358: Bremshebel
360: Hebel
362: Federkopf
366: Lager
368: Scheibenbremse
402: Elektromechanischer Aktuator
408: Kurvenscheibe
436: Federelement
470: Lager
472: Federkopf
474: Rollenlager
476: Drehachse
478: Axialbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AT 516801 A2 [0003]
DE 102017004436 A1 [0005]

Claims

Elektromechanischer Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) für eine Bremse, insbesondere eine Nutzfahrzeug-Scheibenbremse, mit: - einem Elektromotor (106, 206) zum Erzeugen eines Antriebs-Drehmoments, - einer mit dem Elektromotor (106, 206) wirkverbundenen, rotatorisch beweglich gelagerten Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408), und - einem entlang einer Stößelachse beweglichen Bremsstößel (114, 214, 314) zur Betätigung eines Bremshebels (358) der Bremse (368), wobei die Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) und der Bremsstößel (114, 214, 314) miteinander in Anlage stehende Kontaktflächen aufweisen, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) und Bremsstößel (114, 214, 314) aneinander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontaktfläche der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(φ) mit einer Änderungsrate r'(φ) in Abhängigkeit von der Winkelstellung φ der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoments der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) und der auf den Bremsstößel (114, 214, 314) übertragenen Kraft erfolgt wobei der Abstand r(φ) bei einer Winkelstellung φ = φ_min minimal und bei einer Winkelstellung φ = φ_max maximal ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise positiv ist, und dass in einem zweiten Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise negativ ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 1, wobei bei einer Winkelstellung φ = φ_min die Änderungsrate r'(φ_min) = 0 Ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 2, wobei bei einer Winkelstellung φ = φ_min die Funktion r(φ) positiv gekrümmt ist, sodass r"(<φ_min) > 0 ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einer Winkelstellung φ = φ_max die Änderungsrate r'(φ_max) = 0 ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einer Winkelstellung φ = φ_max die Funktion r(φ) negativ gekrümmt ist, sodass r''(φ_max) < 0 ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Abstand r(φ) bei mindestens einer Winkelstellung φ = φ_p' mit φ_max ≤ φ_p' ≤ 360° sprunghaft um einen Wert $Δ r \leq \frac{1}{10} r (φ_{m a x})$
ändert.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand r(<p) in einem Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max streng monoton steigt, sodass r'(φ_min ≤ φ ≤ φ_max) > 0 ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand r(φ) in einem Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° streng monoton fällt, sodass r'(φ_max ≤ φ ≤ 360°) < 0 ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Funktion r(φ) in dem ersten Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max einen erster Funktionsverlauf r₁(φ) aufweist, und in dem zweiten Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° einen zweiten Funktionsverlauf r₂(φ) aufweist, der von r₁(φ) verschieden ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 9, wobei sich r₁(φ) und r₂(φ) in mindestens einer Winkelstellung φ_1,2 treffen, in welcher $r_{1}^{'} (φ)$
und $r_{2}^{'} (φ)$
stetig sind.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 10, wobei die Winkelstellung φ_1,2 eine erste Winkelstellung ist, in welcher r₁(φ) vorzugsweise eine negative Krümmung aufweist, und wobei r₁(φ) und r₂(φ) sich ferner in einer zweiten Winkelstellung φ_2,1, treffen in welcher $r_{2}^{'} = r_{1}^{'}$
ist, und r₁(φ) vorzugsweise eine positive Krümmung aufweist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 9 oder 10, wobei sich r₁(φ) und r₂(φ) in mindestens einer Winkelstellung φ_1,2 treffen, in welcher $r_{1}^{'} = r_{2}^{'} .$
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 12, wobei die Winkelstellung φ_1,2 eine erste Winkelstellung ist, in welcher r₁(φ) vorzugsweise eine negative Krümmung aufweist, und wobei r₁(φ) und r₂(φ) sich ferner in einer zweiten Winkelstellung φ_2,1, treffen in welcher $r_{2}^{'} = r_{1}^{'}$
ist, und r₁(φ) vorzugsweise eine positive Krümmung aufweist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Funktion r(φ) eine Übergangsfunktion r₃(φ) aufweist, welche in einer ersten Winkelstellung φ_1,3 auf den ersten Funktionsverlauf r₁(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{1}^{'} (φ_{1,3}) = r_{3}^{'} (φ_{1,3})$
ist, und welche bei einer Winkelstellung φ_3,2 auf den zweiten Funktionsverlauf r₂(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{2}^{'} (φ_{3,2}) = r_{3}^{'} (φ_{3,2})$
ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 14, wobei die Übergangsfunktion r₃(φ) eine erste Übergangsfunktion ist, und die Funktion r(φ) eine ferner eine zweite Übergangsfunktion r₃(φ)' aufweist, welche in einer dritten Winkelstellung φ₃,₁ auf den ersten Funktionsverlauf r₁(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{1}^{'} (φ_{3,1}) = r_{3}^{'} (φ_{3,1})'$
ist, und welche bei einer Winkelstellung φ₂,₃ auf den zweiten Funktionsverlauf r₂(φ) trifft, wobei vorzugsweise $r_{2}^{'} (φ_{2,3}) = r_{3}^{'} (φ_{2,3})$
ist.
Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem Winkelbereich φ_max ≤ φ < φ_p die Änderungsrate r'(φ_max ≤ φ < φ_p ) = 0 ist, wobei vorzugsweise φ_max - φ_p ≤ 0,1 · (φ_max - φ_min)° ist.
Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) für einen Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche zum Anschluss an die Antriebswelle eines Elektromotors (106, 206) eingerichtet ist, wobei die Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) eine Kontaktfläche aufweist, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) und Bremsstößel (114, 214, 314) mit der Kontaktfläche des Bremsstößels (114, 214, 314) derart in Anlage bringbar ist, dass die Kontaktflächen aneinander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontaktfläche der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(φ) mit einer Änderungsrate r'(φ) in Abhängigkeit von der Winkelstellung φ der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408) definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoment der Kurvenscheibe (108, 108', 108", 208, 308, 408)und der auf den Bremsstößel (114, 214, 314) übertragenen Kraft erfolgt wobei der Abstand r(φ) bei einer Winkelstellung φ = φ_min minimal und bei einer Winkelstellung φ = φ_max maximal ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Winkelbereich φ_min ≤ φ ≤ φ_max die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise positiv ist, und dass in einem zweiten Winkelbereich φ_max ≤ φ ≤ 360° die Änderungsrate r'(φ) zumindest bereichsweise negativ ist.