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Die Erfindung betrifft eine Lamellenbremse für ein drehbares Element, beispielsweise eine Welle eines Antriebs für ein Kraftfahrzeug.
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Bekannte Lamellenbremsen werden beispielsweise hydraulisch betätigt. Aus der US 3, 313, 381 A und US 4,352,415 A sind jeweils elektromagnetisch betätigbare Multilamellenbremsen mit Elektromagneten bekannt, deren Platzierung und Raumbedarf verbesserungsfähig ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lamellenbremse bereitzustellen, welche im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Lamellenbremse gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft eine Lamellenbremse für ein drehbares Element. Die Lamellenbremse weist eine Grundstruktur auf, welche beispielsweise ein Gehäuse der Lamellenbremse sein kann. Typischerweise dient die Grundstruktur als Referenz von radialen oder axialen Bewegungen.
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Die Lamellenbremse weist eine Anzahl von Hauptlamellen auf, welche mit dem drehbaren Element drehfest verbunden und relativ zur Grundstruktur drehbar sind. Dadurch können Drehbewegungen fest zwischen dem drehbaren Element und den Hauptlamellen übertragen werden, so dass beispielsweise die Hauptlamellen durch eine Drehbewegung des drehbaren Elements mit angetrieben werden und bei Abbremsung der Hauptlamellen auch das drehbare Element mit abgebremst wird.
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Die Lamellenbremse weist eine Anzahl von Zwischenlamellen auf, welche zwischen den Hauptlamellen jeweils fest oder nur begrenzt drehbar an der Grundstruktur gelagert sind. Fest gelagerte Zwischenlamellen sind somit relativ zur Grundstruktur nicht drehbar, typischerweise jedoch trotzdem axial verschiebbar.
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Die Lamellenbremse weist eine Betätigungseinrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, zur Betätigung der Lamellenbremse die Hauptlamellen gegen die Zwischenlamellen zu drücken. Dadurch kann eine Reibung zwischen Hauptlamellen und Zwischenlamellen erreicht werden, wodurch die Hauptlamellen und damit auch das drehbare Element abgebremst werden.
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Die Betätigungseinrichtung weist eine Betätigungsscheibe auf, welche auf dem drehbaren Element axial verschiebbar und relativ zur Grundstruktur begrenzt drehbar ist. Die Betätigungseinrichtung weist einen Elektromagneten auf, bei dessen Bestromung die Betätigungsscheibe gegen die Grundstruktur verdreht wird. Des Weiteren weist die Betätigungseinrichtung eine Anzahl von Rampen sowie eine Anzahl von in den Rampen gelagerten Kugeln auf, wobei bei Drehung der Betätigungsscheibe die Kugeln durch Bewegung in den Rampen die Betätigungsscheibe axial gegen die Lamellen verschieben.
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Auf diese Weise kann eine einfache Betätigungseinrichtung für eine Lamellenbremse realisiert werden, welche mittels eines einfach zu betätigenden Elektromagneten und einer Kugel-Rampen-Anordnung wirkt. Die Betätigungsscheibe wird durch ihre Drehung und durch die Wirkung der Kugeln gegen die Lamellen geschoben, wodurch die Lamellenbremse betätigt wird.
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Unter einer axialen Verschiebbarkeit der Betätigungsscheibe wird dabei deren grundsätzliche Beweglichkeit in der Grundstruktur verstanden. Wie angegeben ist eine axiale Bewegung typischerweise das Resultat einer Drehung der Betätigungsscheibe mit daraus folgender Bewegung der Kugeln in den Rampen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung kommt bei Bestromung des Elektromagneten eine mit dem drehbaren Element drehfest verbundene Gegenscheibe mit der Betätigungsscheibe in Eingriff und dreht die Betätigungsscheibe. Die Gegenscheibe kann hierzu insbesondere axial beweglich auf dem drehbaren Element gelagert sein und wird bei Bestromung des Elektromagneten gegen die Betätigungsscheibe bewegt. Anders ausgedrückt hat die Gegenscheibe grundsätzlich die Drehbewegung des drehbaren Elements und überträgt diese Drehbewegung bei Betätigung auf die Betätigungsscheibe. Das drehbare Element sorgt somit letztlich für die Drehung der Betätigungsscheibe. Die Betätigungsscheibe kann dabei insbesondere durch Reibung zwischen der Betätigungsscheibe und der Gegenscheibe bewegt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann der Elektromagnet eine unmittelbare rotatorische Kraft zur Drehung der Betätigungsscheibe gegenüber der Grundstruktur erzeugen. Dadurch kann auf zusätzliche Elemente verzichtet werden.
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Der Elektromagnet kann insbesondere in der Betätigungsscheibe angeordnet sein. Alternativ kann der Elektromagnet beispielsweise auch in der Grundstruktur oder außerhalb davon angeordnet sein.
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Die Betätigungsscheibe kann mit der Grundstruktur über eine Vorspanneinrichtung verbunden sein, welche die Betätigungsscheibe axial und/oder bezüglich Drehung in eine Ruhelage vorspannt. Dadurch kann eine Rückstellung der Betätigungsscheibe und damit eine Deaktivierung der Lamellenbremse für den Fall erreicht werden, dass der Elektromagnet nicht mehr betätigt wird, wobei in einem solchen Fall typischerweise keine Bremswirkung mehr erwünscht wird.
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Die Betätigungsscheibe kann insbesondere als Joch ausgeführt sein oder ein Joch aufweisen. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Führung eines erzeugten Magnetfelds.
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Die Betätigungsscheibe kann insbesondere im Querschnitt U-förmig ausgeführt sein, wobei Schenkel des U zu den Lamellen hinweisen. Dadurch kann eine Spule eines Elektromagneten bevorzugt in einer dadurch entstehenden Ausnehmung gelagert werden.
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Die Rampe oder die Rampen können beispielsweise in der Grundstruktur, in einer mit der Grundstruktur verbundenen Rampenscheibe und/oder in der Betätigungsscheibe ausgebildet sein. Zwischen Betätigungsscheibe und Grundstruktur sind dann typischerweise die Kugeln angeordnet, welche in den entsprechend ausgebildeten Rampen laufen. Die Lamellenbremse kann ausgehend von einer unbetätigten Ruheposition zumindest eine erste Rampe und eine zweite Rampe aufweisen. In der ersten Rampe laufen dabei Kugeln bei Drehung der Betätigungsscheibe in einer ersten Drehrichtung. In der zweiten Rampe laufen Kugeln bei Drehung der Betätigungsscheibe in einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Drehrichtung. Die ersten und zweiten Rampen können jeweils auch Rampenpaare sein, so dass beispielsweise in der Grundstruktur und in der Betätigungsscheibe jeweilige Rampen ausgebildet sein können.
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Dadurch kann die Lamellenbremse so verwendet werden, dass die Betätigungsscheibe in beiden Drehrichtungen gedreht werden kann, und dabei eine jeweilige Aktivierung der Lamellenbremse erfolgt. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn wie weiter oben beschrieben eine Gegenscheibe verwendet wird, da diese je nach Drehrichtung des drehbaren Elements unterschiedlich auf die Betätigungsscheibe wirkt.
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Die erste Rampe und die zweite Rampe können gleiche Steigungen aufweisen. Damit wird die Betätigungsscheibe bei entsprechenden Auslenkungen in unterschiedlichen Drehrichtungen in gleicher Weise gegen die Lamellen gedrückt. Die erste Rampe und die zweite Rampe können jedoch auch unterschiedliche Steigungen aufweisen. Dadurch kann für unterschiedliche Drehrichtungen, beispielsweise für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, eine jeweils unterschiedliche Charakteristik der Lamellenbremse eingestellt werden.
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Die Grundstruktur kann ein Gehäuse der Lamellenbremse sein. Sie dient typischerweise zum Schutz der Lamellenbremse und umgibt andere Komponenten.
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Die Lamellenbremse kann insbesondere eine Welle als drehbares Element aufweisen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine typische Antriebswelle oder eine Radwelle eines Kraftfahrzeugs handeln.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:
- 1: eine Lamellenbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine Lamellenbremse 10 schematisch gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Lamellenbremse 10 weist eine Grundstruktur 15 auf, welche als Gehäuse der Lamellenbremse 10 dient. Sie weist außerdem ein drehbares Element 17 in Form einer Welle auf, welche über ein Lager 18 mit der Grundstruktur 15 drehbar verbunden ist.
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Die Lamellenbremse 10 weist eine Anzahl von Lamellen 20 auf. Dabei handelt es sich um Hauptlamellen 22, welche mit dem drehbaren Element 17 drehfest verbunden sind, sowie um Zwischenlamellen 24, welche mit der Grundstruktur 15 drehfest verbunden sind. Die Lamellen 20 sind in einem nicht betätigten Zustand der Lamellenbremse 10 getrennt voneinander, so dass keine Reibung zwischen ihnen entsteht. Werden sie jedoch gegeneinandergedrückt, so entsteht Reibung zwischen ihnen und das drehbare Element 17 wird auf diese Weise abgebremst. Für eine solche Betätigung sind die Lamellen 20 axial verschiebbar angeordnet. Die hierzu relevante Achse entspricht derjenigen des drehbaren Elements 17.
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Die Lamellenbremse 10 weist eine Betätigungseinrichtung 30 auf. Diese dient dazu, die Lamellen 20 wie bereits erwähnt gegeneinanderzudrücken und dadurch die Lamellenbremse 10 zu betätigen, wenn dies gewünscht ist.
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Die Betätigungseinrichtung 30 weist eine Betätigungsscheibe 32 auf, welche axial bewegbar und relativ zur Grundstruktur 15 lediglich begrenzt drehbar gelagert ist. Zur Definition einer Ruhelage dient eine Vorspanneinrichtung 70, welche vorliegend in Form mehrerer Federn ausgeführt ist. Dadurch wird die Betätigungsscheibe 32 in einen Ruhezustand sowohl axial wie auch radial definiert zurückgestellt.
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Mit der Betätigungsscheibe 32 ist ein Kontaktelement 33 verbunden, welches im Fall einer Verschiebung der Betätigungsscheibe 32 nach rechts mit den Lamellen 20 in Kontakt kommt und diese somit gegeneinanderdrückt.
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Die Betätigungseinrichtung 30 weist einen Elektromagneten 40 auf. Dieser ist in der Betätigungsscheibe 32 aufgenommen, wobei die Betätigungsscheibe 32 hierzu eine U-Form mit in Richtung der Lamellen 20 weisenden Schenkeln aufweist.
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Die Betätigungseinrichtung 30 weist ferner eine Gegenscheibe 50 auf, welche drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dem drehbaren Element 17 verbunden ist. Wird der Elektromagnet 40 betätigt, so wird die Gegenscheibe 50 gegen die Betätigungsscheibe 32 gezogen, wodurch eine Drehbewegung des drehbaren Elements 17 partiell durch Reibung auf die Betätigungsscheibe 32 übertragen werden kann. Somit kann die Betätigungsscheibe 32 gedreht werden, was in beiden Richtungen möglich ist.
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Die Betätigungseinrichtung 30 weist ferner eine Rampenscheibe 60 auf. In dieser sind Rampen 65 angeordnet. Entsprechend sind auch in der Betätigungsscheibe 32 Rampen 35 angeordnet. In den Rampen 35, 65 sind Kugeln 80 gelagert, welche in den Rampen 35, 65 bei Drehung der Betätigungsscheibe 32 relativ zur Grundstruktur 15 laufen können. Durch eine entsprechend vorgegebene Steigung der jeweiligen Rampen 35, 65 kann auf diese Weise eine Drehung der Betätigungsscheibe 32 über die Kugeln 80 in eine axiale Bewegung der Betätigungsscheibe 32 nach rechts umgesetzt werden.
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Zur Betätigung der Lamellenbremse 10 kann somit der Elektromagnet 40 bestromt werden, was dazu führt, dass die Gegenscheibe 50 gegen die Betätigungsscheibe 32 gezogen wird. Sofern sich das drehbare Element 17 dreht, wird eine entsprechende Drehbewegung durch Reibung in eine teilweise Drehbewegung der Betätigungsscheibe 32 umgesetzt. Dies führt wiederum über die bereits erwähnten Kugeln 80 in ihren Rampen 35, 65 dazu, dass die Betätigungsscheibe 32 axial nach rechts geschoben wird, was wiederum dazu führt, dass die Lamellen 20 gegeneinandergedrückt werden. Dadurch kann die gewünschte Bremswirkung erreicht werden.
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Die Betätigungsscheibe 32 kann auch als Kugel-Rampen-Scheibe bezeichnet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung wird somit nur eine geringe Magnetkraft benötigt, um die Gegenscheibe 50 axial gegen die Betätigungsscheibe 32 zu ziehen. Dadurch kann ein Lüftspiel geschlossen werden. Nach dem Anliegen der Gegenscheibe 50 kann die Magnetkraft erhöht werden, so dass sich aus der Betätigungskraft und der Steigung der Rampen 35, 65 eine Axialkraft für die Bremskraft ergibt. Die Steigung kann dabei im Gegensatz zu einer Aktuierung mit einer außenliegenden Motor-Getriebe-Einheit kleiner ausfallen, da der Verdrehwinkel deutlich größer gewählt werden kann als der Hub einer Motor-Getriebe-Einheit. Die entsprechende Anbindung des Elektromagneten 40 an die Grundstruktur 15 wird typischerweise mit entsprechender Elastizität, Dauerhaltbarkeit und dem notwendigen Weg versehen.
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Es sei erwähnt, dass ein Magnet zur Betätigung auch beispielsweise in der Grundstruktur 15 oder außerhalb angeordnet sein kann. Dadurch kann beispielsweise ein konstanter Magnet-Luftspalt erreicht werden, was die Regelbarkeit gegebenenfalls positiv beeinflussen kann.
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Die Betätigungsscheibe 32 bzw. das Kontaktelement 33 können beispielsweise einen eingesetzten Reibbelag aufweisen, was Reibung und/oder Abrieb verbessern kann. Diese Elemente können auch beispielsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise aus Magnetblech oder Material mit ähnlich positiven Eigenschaften für eine hohe magnetische Flussdichte in einem Joch und aus Grauguss oder Material mit ähnlich positiven Eigenschaften im Reibbereich zu den Lamellen 20 zur Optimierung der Verschleißeigenschaften.
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Alternativ zur gezeigten Ringform der Betätigungsscheibe 32 kann auch eine andere geometrische Form verwendet werden.
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Alternativ zum nur einen Elektromagneten 40 können auch mehrere Elektromagneten bzw. mehrere Wicklungen verwendet werden, so dass eine gewisse Redundanz erreicht wird.
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Alternativ zur gezeigten U-Form kann auch eine W-Form bzw. E-Form der Betätigungsscheibe 32 im Querschnitt verwendet werden.
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Es kann zusätzlich ein Rastmechanismus vorgesehen sein, welcher eine aktuierte Position der Betätigungsscheibe 32 ohne Bestromung hält und somit eine Feststellbremswirkung ermöglicht.
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Es kann auch eine Hebelanbindung nach radial außen vorgesehen sein, an die eine elektrisch betätigte Motor-Getriebe-Einheit, vorzugsweise mit einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor, und gegebenenfalls mit einem rot-rot-Getriebe und selbsthemmendem Spindel-Mutter-Getriebe angeschlossen wird. Dadurch wird eine Feststellbremsfunktion ermöglicht und es wird zusätzlich Redundanz durch insgesamt zwei unterschiedliche Aktuierungsmöglichkeiten ermöglicht.
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Es sei erwähnt, dass die gezeigte Lamellenbremse 10 in Flüssigkeit laufen kann, beispielsweise in Getriebeöl, jedoch auch trocken laufen kann. Entsprechende Einheiten können auch durch Dichtungen getrennt werden, so dass es sowohl trocken- als auch nasslaufende Bereiche geben kann.
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Insgesamt hat sich die beschriebene Ausführung als preiswert sowie als robust gegen lange Standzeiten und Korrosion/Verschmutzung erwiesen. Die beschriebene Lamellenbremse 10 weist somit eine hohe Verfügbarkeit auf.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können. Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lamellenbremse
- 15
- Grundstruktur
- 17
- drehbares Element
- 18
- Lager
- 20
- Lamellen
- 22
- Hauptlamellen
- 24
- Zwischenlamellen
- 30
- Betätigungseinrichtung
- 32
- Betätigungsscheibe
- 33
- Kontaktelement
- 35
- Rampe
- 40
- Elektromagnet
- 50
- Gegenscheibe
- 60
- Rampenscheibe
- 65
- Rampe
- 70
- Vorspanneinrichtung
- 80
- Kugeln
