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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arretierungseinheit für einen, insbesondere elektromechanischen, Aktuator einer Fahrzeugbremse sowie einen Aktuator für eine Fahrzeugbremse mit einer solchen Arretierungseinheit.
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Stand der Technik
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Aktuatoren für Fahrzeugbremsen sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Dabei ist es bekannt, zur Positionssicherung der Fahrzeugbremse den Antriebsstrang selbsthemmend auszulegen. Die Selbsthemmung erfordert jedoch eine erhöhte Leistung von einem Antriebsmotor. Andere im Stand der Technik bekannte Ausführungsformen verfügen über eine zusätzliche Arretierungseinheit bzw. Bremseinheit, wodurch der Antriebsstrang nicht selbsthemmend ausgelegt sein muss. Dabei sind sowohl reibschlüssige als auch formschlüssige Wirkprinzipien für die zusätzlichen Arretierungseinheiten bekannt. Reibschlüssige Wirkprinzipien sind anfällig für äußere Anregungen, die die Bremswirkung mindern können, wodurch die Positionssicherung des Aktuators nicht sichergestellt werden kann. Zusätzliche Arretierungseinheiten, die auf einem formschlüssigen Wirkprinzip basieren, sind vergleichsweise teuer, da sie einen zusätzlichen Aktuator zur Betätigung erfordern.
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Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Arretierungseinheit für einen Aktuator einer Fahrzeugbremse zu verbessern, insbesondere besteht ein weiterer Bedarf, eine Arretierungseinheit bereitzustellen, die eine verbesserte Arretierung ermöglicht.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Arretierungseinheit für einen Aktuator einer Fahrzeugbremse bereitzustellen, die insbesondere eine verbesserte Arretierung ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Arretierungseinheit für einen, insbesondere elektromechanischen, Aktuator einer Fahrzeugbremse, insbesondere einer elektromechanischen Parkbremse, weist einen schaltbaren Freilauf und einen Sperrschieber auf. Der schaltbare Freilauf weist ein rotierbares Innenelement, einen feststehenden Außenring und zumindest ein Sperrelement auf. Das rotierbare Innenelement ist mit einem Antriebsstrang des Aktuators drehmomentübertragend koppelbar bzw. verbindbar. Das Innenelement und der Außenring sind in einer Abschaltstellung in beide Richtungen gegeneinander drehbar und in einer Einschaltstellung in zumindest einer Richtung für ein Gegeneinanderdrehen gesperrt. Das zumindest eine Sperrelement ist zwischen dem Innenelement und dem Außenring angeordnet, das in der Abschaltstellung außer Funktion ist und in der Einschaltstellung gegen ein Drehen des Innenelements gegenüber dem Außenring in zumindest einer Richtung sperrt. Ferner besitzt die Arretierungseinheit ein Käfigelement und zumindest ein erstes Federelement. Das Käfigelement ist drehmomentübertragend mit dem Innenelement gekoppelt und mit einer Antriebseinheit des Aktuators drehmomentübertragend koppelbar. Darüber hinaus ist das Käfigelement dazu eingerichtet, das zumindest eine Sperrelement in die Abschaltstellung zu bewegen. Das zumindest eine Federelement ist dazu eingerichtet, das zumindest eine Sperrelement in die Einschaltstellung zu bewegen. Der Sperrschieber ist drehmomentübertragend mit dem Innenelement gekoppelt und dazu eingerichtet, in der Einschaltstellung mit dem Außenring formschlüssig in Eingriff zu sein, und in der Abschaltstellung mit dem Innenelement gegenüber dem Außenring drehbar zu sein.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die Arretierungseinheit auf einem reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Wirkprinzip basiert, und von der Antriebseinheit des Aktuators betätigt werden kann. Somit benötigt die Arretierungseinheit keinen zusätzlichen Aktuator zur Betätigung. Ferner ermöglicht der Freilauf, der auf einem reibschlüssigen Wirkprinzip basiert, eine stufenlose Arretierung des Aktuators, insbesondere des Antriebsstrangs des Aktuators. Der Sperrschieber, der auf einem formschlüssigen Wirkprinzip basiert, dient insbesondere als eine Ablaufsicherung für den Freilauf, die ein Ablaufen bei äußeren Anregungen verhindert. Dadurch kann die Positionssicherung des Antriebsstrangs des Aktuators, und damit auch der Fahrzeugbremse, gewährleistet werden.
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Zur Ausbildung des Formschlusses zwischen dem Sperrschieber und dem Außenring kann der Sperrschieber an einem radial äußeren Ende einen Vorsprung aufweisen, der bspw. nasen- oder fingerartig ausgebildet sein kann. Der Außenring kann in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichverteilt angeordnete, Ausnehmungen aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass sie mit dem Vorsprung des Sperrschiebers formschlüssig ineinandergreifen können.
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Die Abschaltstellung beschreibt einen Zustand, in dem die Arretierungseinheit offen ist, also eine Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit deaktiviert ist. Das bedeutet, in der Abschaltstellung überträgt die Arretierungseinheit eine, bspw. von der Antriebseinheit des Aktuators, eingeleitete Drehbewegung auf ein an das Innenelement gekoppelte Abtriebselement, bspw. der Antriebsstrang des Aktuators. Das bedeutet, dass sich der Freilauf in der Abschaltstellung in einem Zustand befindet, in dem das zumindest eine Sperrelement außer Funktion ist und ein Verdrehen des Innenelements relativ zum Außenring in beide Richtungen möglich ist. Der Sperrschieber ist in der Einschaltstellung in einer Position, in der er zusammen mit dem Innenelement relativ zum Außenring drehbar ist. In diesem Zustand der Arretierungseinheit kann ein von der Antriebseinheit eingeleitetes Drehmoment auf den Antriebsstrang übertragen werden.
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Die Einschaltstellung beschreibt einen Zustand, in dem die Arretierungseinheit geschlossen ist, also eine Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit aktiviert ist. Das bedeutet, in der Einschaltstellung verhindert die Arretierungseinheit eine Drehbewegung eines an das Innenelement gekoppelten Abtriebselements, bspw. des Antriebsstrangs des Aktuators. Das bedeutet, dass sich der Freilauf ein der Einschaltstellung in einem Zustand befindet, in dem das zumindest eine Sperrelement ein Drehen des Innenelements relativ zum Außenring in zumindest einer Richtung sperrt. Zusätzlich oder alternativ ist der Sperrschieber in der Einschaltstellung in formschlüssigen Eingriff mit dem Außenring. In diesem Zustand der Arretierungseinheit wird kein Antriebsmoment von der Antriebseinheit des Aktuators eingeleitet, das bedeutet, die Arretierungseinheit wird nicht angetrieben, und der Freilauf und/oder das Sperrelement der Arretierungseinheit verhindern, dass sich der Antriebsstrang des Aktuators verstellt.
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Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Arretierungseinheit zweistufig ausgeführt ist, wobei eine erste Stufe der Arretierungseinheit durch den schaltbaren Freilauf gebildet ist und die zweite Stufe der Arretierungseinheit durch den Sperrschieber gebildet ist. Der schaltbare Freilauf stellt eine stufenlose Arretierung sicher und der Sperrschieber dient als eine Ablaufsicherung, wenn der schaltbare Freilauf, bspw. durch äußere Anregungen, durchrutscht.
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Eine solche Arretierungseinheit kann insbesondere in Aktuatoren für Fahrzeugbremsen eingesetzt werden, die auf einem sogenannten „brake-by-wire“-Prinzip basieren, oder für eine elektromechanische Parkbremse.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Sperrelement als ein Wälzkörperpaar ausgebildet, das dazu eingerichtet ist, ein Drehen des Innenelements gegenüber dem Außenring in der Einschaltstellung in zwei Richtungen zu sperren. Dabei ist das erste Federelement zwischen den beiden Wälzkörpern des Wälzkörperpaars angeordnet und dazu eingerichtet, die Wälzkörper gegeneinander vorzuspannen, also auseinander zu drücken. In der Einschaltstellung drückt das erste Federelement die Wälzkörper des Wälzkörperpaars aufgrund einer Vorspannkraft in Umfangsrichtung auseinander und bewegt die Wälzkörper des Wälzkörperpaars jeweils in eine Klemmposition, in der sie ein Verdrehen des Innenelements relativ zum Außenring sperren. Dadurch kann der schaltbare Freilauf in der Einschaltstellung ein Verdrehen bzw. ein Verstellen des Antriebsstrangs verhindern und so die Positionssicherung des Antriebsstrangs in beiden möglichen Dreh- bzw. Verstellrichtungen gewährleisten. Dadurch kann eine Verbesserung die Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Innenelement an einer Außenumfangsfläche zumindest eine Klemmrampe auf, die dazu eingerichtet ist, eine Klemmposition für das zumindest eine Sperrelement in der Einschaltstellung auszubilden. Gemäß einer Ausführungsform weist der Freilauf mehrere Sperrelemente und mehrere erste Federelemente auf, die vorzugsweise entlang des Umfangs im Wesentlichen gleichverteilt angeordnet sind. Dadurch wird in der Einschaltstellung, eine aus der Klemmposition der Sperrelemente resultierende Klemmkraft des Freilaufs erhöht. So kann eine Funktionssicherheit des Freilaufs verbessert werden und ein Risiko für ein unerwünschtes Durchrutschen des Freilaufs reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Käfigelement einen Pin auf, der in einer Kulisse des Sperrschiebers aufgenommen und geführt ist. Der Pin fungiert als ein Mitnehmer, der dazu dient, eine Position des Sperrschiebers abhängig von einer Bewegung des Käfigelements zu verändern.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Kulisse des Sperrschiebers derart ausgebildet, dass der Sperrschieber bei einer Drehbewegung des Käfigelements nach radial innen bewegt wird. Dadurch wird der Sperrschieber durch eine Drehbewegung des Käfigelements in eine Position gebracht, in der ein formschlüssiger Eingriff mit dem Außenring nicht möglich ist, und für die Dauer der Drehbewegung in dieser Position gehalten.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ferner ein zweites Federelement vorgesehen, das den Sperrschieber in radialer Richtung nach außen vorspannt. So wird der Sperrschieber in der Einschaltstellung durch die Vorspannkraft des zweiten Federelements nach radial außen gedrückt, um mit dem Außenring einen formschlüssigen Eingriff auszubilden. Das zweite Federelement ist also dazu eingerichtet, in einem drehmomentfreien Zustand der Arretierungseinheit, das heißt, in einem Zustand, in dem über die Antriebseinheit keine Drehbewegung eingeleitet wird, den Sperrschieber in dem formschlüssigen Eingriff mit dem Außenring zu halten. Das zweite Federelement ist vorzugsweise als eine Druckfeder ausgebildet.
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Man kann also sagen, dass der Sperrschieber in einem lastfreien Zustand aufgrund der Vorspannkraft der Feder in formschlüssigen Eingriff mit dem Außenring ist und der formschlüssige Eingriff nur durch eine Last, die der Vorspannkraft der Feder entgegenwirkend aufgebracht wird, gelöst werden kann. Somit basiert die Arretierungseinheit auf einem sogenannten „normally-closed“-Prinzip, das bedeutet, die Arretierungseinheit befindet sich in einem passiven, lastfreien Zustand immer in der Einschaltstellung, in der die Arretierungsfunktion aktiviert ist, und muss aktiv, durch eine Lasteinwirkung in die Abschaltstellung gebracht werden, in der die Arretierungsfunktion deaktiviert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Käfigelement Nocken auf, die zwischen den Sperrelementen angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, die Sperrelemente in die Abschaltstellung zu bewegen. Die Nocken dienen dazu, die Bewegungsfreiheit der Sperrelemente in einer Umfangsrichtung, insbesondere in der Abschaltstellung, zu begrenzen. Darüber hinaus sind die Nocken des Käfigelements derart ausgebildet und eingerichtet, dass sie durch eine Drehbewegung des Käfigelements die Sperrelemente in die Abschaltstellung bewegen, sozusagen schalten, und sie in dieser Stellung für die Dauer der Drehbewegung halten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Käfigelement zumindest einen Mitnehmer auf, der drehmomentübertragend mit dem Innenelement in Eingriff ist. Der Mitnehmer greift vorzugsweise formschlüssig in entsprechend ausgebildete Gegengeometrien des Innenelements formschlüssig ein, und dient dazu, eine in das Käfigelement eingeleitete Drehbewegung auf das Innenelement zu übertragen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Fahrzeugbremse. Der Aktuator weist eine Antriebseinheit, bspw. einen Elektromotor, einen Antriebsstrang und eine vorstehend und nachfolgend beschriebene Arretierungseinheit auf. Die Antriebseinheit ist drehmomentübertragend mit dem Antriebsstrang gekoppelt. Der Antriebsstrang weist ein Übersetzungsgetriebe und ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe auf, wobei das Übersetzungsgetriebe dazu eingerichtet ist, eine Drehbewegung der Antriebseinheit, vorzugsweise in einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis, auf das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe zu übertragen. Ferner ist das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe dazu eingerichtet, die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln, um eine Bremsbacke der Fahrzeugbremse translatorisch zu bewegen. Die Arretierungseinheit ist zwischen der Antriebseinheit und dem Antriebsstrang angeordnet, und ist dazu eingerichtet, bei aktivierter Antriebseinheit in der Abschaltstellung zu sein, um ein Drehmoment der Antriebseinheit auf den Antriebsstrang zu übertragen und bei deaktivierter Antriebseinheit in der Einschaltstellung zu sein, um eine Drehbewegung des Antriebsstrangs reibschlüssig und/oder formschlüssig zu verhindern.
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Das Übersetzungsgetriebe besitzt insbesondere ein Übersetzungsverhältnis gleich oder größer als 20, bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis von 50, besonders bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis größer als 100. Das ermöglicht es, mit der formschlüssigen Arretierungseinheit eine nahezu stufenlose Arretierung des Antriebsstrangs zu erreichen.
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Als das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe kann bspw. ein Schraubgetriebe, insbesondere ein Spindeltrieb oder ein Rollengewindetrieb verwendet werden.
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Hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen der Arretierungseinheit gelten obige Ausführungen.
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Die Antriebseinheit des Aktuators betätigt bzw. öffnet die Arretierungseinheit durch die eingeleitete Drehbewegung, das heißt, die Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit wird deaktiviert, indem die Sperrelemente des Freilaufs außer Funktion sind und der Formschluss zwischen dem Sperrschieber und dem Außenring gelöst bzw. geöffnet ist. Die Drehbewegung der Antriebseinheit wird über das Käfigelement auf das Innenelement und von dort auf das Übersetzungsgetriebe übertragen. Das überträgt die Drehbewegung auf das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe, das die Drehbewegung in eine translatorische bzw. lineare Bewegung umwandelt, die dazu dient, Bremskörper, bspw. Bremsbacken, der Fahrzeugbremse zu betätigen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, dem Ausführungsbeispiel und den Figuren. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Arretierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ohne Käfigelement,
- 2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Käfigelements der Arretierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 3a eine schematische Schnittdarstellung eines Freilaufs der Arretierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 3b eine weitere schematische Schnittdarstellung des Freilaufs der Arretierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
- 4 eine schematische Darstellung eines Aktuators einer Fahrzeugbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Figuren sind schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Arretierungseinheit 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Arretierungseinheit 1 weist einen schaltbaren Freilauf 2 und einen Sperrschieber 3 auf, wobei der Freilauf 2 dazu eingerichtet ist, zwei Drehrichtungen sperren zu können.
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Der Freilauf 2 weist einen feststehenden Außenring 4, ein rotierbares Innenelement 5, und vier Sperrelemente 6 auf. Darüber hinaus besitzt der Freilauf 2 ein Käfigelement 7 (siehe 2), das in 1 nicht dargestellt ist. Der feststehende Außenring 4 ist drehfest, bspw. form- und/oder reibschlüssig, in einem Gehäuse 8 der Arretierungseinheit 1 aufgenommen. Das Innenelement 5 ist innerhalb des Außenrings 4 und konzentrisch zu diesem angeordnet. Darüber hinaus ist das Innenelement mit einer Abtriebswelle 9 drehmomentfest koppelbar.
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Die Sperrelemente 6 sind zwischen dem Außenring 4 und dem Innenelement 5 in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet. Die Sperrelemente 6 sind jeweils als ein Wälzkörperpaar 10 ausgebildet, das zwei Wälzkörper 11 aufweist. Zwischen den zwei Wälzkörpern 11 eines Wälzkörperpaares 10 ist ein erstes Federelement 12 angeordnet, das die beiden Wälzkörper 11 des Wälzkörperpaares 10 auseinanderdrückt. Die Wälzkörper 11 sind derart angeordnet, dass sie an einer Innenumfangslauffläche des Außenrings 4 und an einer Außenumfangslauffläche des Innenrings 5 abrollen bzw. wälzen.
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Die Innenumfangslauffläche des Außenrings 4 ist im Wesentlichen glatt und in Umfangsrichtung eben ausgebildet. Die Außenumfangslauffläche des Innenrings 5 weist sogenannte Klemmrampen 13 auf, die in eine vorbestimmte Richtung eine vorbestimmte Steigung aufweisen und dazu eingerichtet sind, eine Klemmposition für die Wälzkörper 11 bereitzustellen. In der Klemmposition „klemmen“ die Wälzkörper 11 zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring 5 und verhindern bzw. sperren ein Verdrehen des Innenrings 5 relativ zum Außenring 4.
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Der Sperrschieber 3 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und weist an einem Längsende einen nasen- bzw. fingerartig ausgebildeten Vorsprung 14 auf, der nach radial außen vorsteht. Der Vorsprung 14 ist dazu eingerichtet, mit dem Außenring 4 einen Formschluss auszubilden. Dazu weist der Außenring 4 ferner in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichverteilt, angeordnete Ausnehmungen 15 auf. Die Ausnehmungen 15 sind in radialer Richtung nach innen offen und in axialer Richtung gesehen versetzt zur Innenumfangslauffläche des Außenring 4 angeordnet.
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Der Sperrschieber 3 ist formschlüssig in einer Vertiefung 16 (siehe 3a) des Innelements 5 aufgenommen und dadurch drehfest mit dem Innenelement 5 verbunden. Darüber hinaus weist der Sperrschieber 3 eine Kulisse 17 auf, die dazu eingerichtet ist, einen Pin 18 des Käfigelements 7 aufzunehmen und zu führen. Durch das Zusammenspiel der Kulisse 17 und des Pins 18 wird der Sperrschieber 3 durch eine Drehbewegung des Käfigelements 7 in radialer Richtung entlang des Pfeils 19 nach innen bzw. unten bewegt, sodass ein Formschluss zwischen dem Sperrschieber 3 und dem Außenring 4 gelöst wird.
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Zusätzlich ist der Sperrschieber 3 in radialer Richtung durch ein zweites Federelement 20 nach außen vorgespannt. Das zweite Federelement 20 ist beispielhaft als eine Druckfeder 21 ausgebildet, die durch eine Vorspannkraft den Sperrschieber 3 nach radial außen schiebt. In einem lastfreien Zustand, bspw., wenn das Käfigelement 7 keine Drehbewegung überträgt, drückt das zweite Federelement 20 den Sperrschieber 3 nach radial außen, wodurch der Formschluss zwischen dem Sperrschieber 3 und dem Außenring 4 ausgebildet werden kann. Ferner hält das zweite Federelement den Sperrschieber 3 in dieser Position und der Formschluss zwischen dem Sperrschieber 3 und dem Außenring 4 kann nur dadurch gelöst werden, dass der Sperrschieber 3 entgegen der Vorspannkraft des zweiten Federelements 20 nach radial innen geschoben wird, bspw. durch eine Drehbewegung des Käfigelements 7.
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2 zeigt schematisch das Käfigelement 7 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung. Das Käfigelement 7 ist im Wesentlichen scheibenartig ausgebildet und besitzt mittig eine Öffnung 22, über die das Käfigelement 7 drehmomentübertragend mit einer Antriebswelle (nicht dargestellt) koppelbar ist. Darüber hinaus weist das Käfigelement 7 vier Nocken 23 auf, die in axialer Richtung vorstehend ausgebildet sind. Die Nocken 23 sind in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichverteilt, angeordnet und dazu eingerichtet zwischen dem Außenring 4 und dem Innenelement 5 jeweils zwischen zwei benachbarten Sperrelementen 6 angeordnet zu sein, siehe auch 3a.
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3a zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Freilaufs 2 der Arretierungseinheit 1 gemäß einer Ausführungsform mit eingesetztem Käfigelement 7. In der in 3a dargestellten Position befindet sich die Arretierungseinheit 1 und somit der Freilauf 2 in der Einschaltstellung. Das heißt, das Käfigelement 7 überträgt keine Drehbewegung und die Wälzkörper 11 der Sperrelemente 6 werden durch das jeweilige erste Federelement 12 in die Klemmposition geschoben und gehalten. Dadurch ist eine Drehbewegung des Innenelements 5 relativ zum Außenring in beide Drehrichtungen 24, 25 gesperrt. Durch eine Drehbewegung des Käfigelements 7 werden die Sperrelemente 6 in Umfangsrichtung aus der Klemmposition raus bewegt und in eine Position gebracht, in der sie außer Funktion sind, also eine Drehbewegung des Innenelements 5 relativ zum Außenring 4 zulassen.
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Mit Bezug zurück zu 2 weist das Käfigelement 7 ferner zwei Mitnehmer 26 auf, die dazu eingerichtet sind formschlüssig mit einer Vertiefung 27 (siehe 3a) des Innenelements 5 in Eingriff zu sein, um eine Drehbewegung des Käfigelements 7 auf das Innenelement 7 zu übertragen, wie in der schematischen Schnittdarstellung in 3b beispielhaft durch den Pfeil 28 dargestellt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Aktuators 29 einer Fahrzeugbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Aktuator 29 besitzt eine Antriebseinheit 30, die hier beispielhaft als ein Elektromotor 31 ausgeführt ist, und einen Antriebsstrang 32.
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Die Antriebseinheit 30 ist unter Zwischenschaltung der Arretierungseinheit 1 drehmomentübertragend mit dem Antriebsstrang 32 gekoppelt, sodass eine von der Antriebseinheit 30 eingeleitete Drehbewegung über die Arretierungseinheit 1 an den Antriebsstrang 32 übertragen wird.
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Der Antriebsstrang 32 weist ein Übersetzungsgetriebe 33 und ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe 34 auf, wobei das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe 34 hier beispielhaft als ein Spindeltrieb 35 ausgeführt ist und dazu eingerichtet ist, eine von dem Übersetzungsgetriebe 33 übertragene Drehbewegung in eine translatorische bzw. lineare Bewegung umzuwandeln. Das dem Übersetzungsgetriebe 33 abgewandte Ende des Spindeltriebs 35 ist dazu ausgelegt, eine Bremsbacke 36 über einen Bremskolben 37 der Fahrzeugbremse (nicht dargestellt) zu verschieben, um die Fahrzeugbremse zu betätigen und/oder zu lösen.
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Das Übersetzungsgetriebe 33 kann ein großes Übersetzungsverhältnis i besitzen, insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von mindestens i=20, bevorzugt von i=50, besonders bevorzugt von i>100.
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Wenn der Elektromotor 31 bestromt wird, die Antriebseinheit 30 also aktiviert ist, wird von einer Antriebswelle (nicht dargestellt) eine Drehbewegung eingeleitet, die das Käfigelement 7 der Arretierungseinheit 1 antreibt. Dadurch werden die Sperrelemente 6 über die Nocken 23 des Käfigelements 7 aus der Klemmposition bewegt und somit ein Reibschluss, der ein Verdrehen des Innenelements 5 zum Außenring 4 verhindert, gelöst. Gleichzeitig wird durch die Drehbewegung des Käfigelements 7 der Pin 18 in der Kulisse 17 bewegt, wodurch der Sperrschieber 3 nach radial innen verschoben wird. Dadurch kann ein Formschluss zwischen dem Sperrschieber 3 und dem Außenring 4 gelöst werden. So befindet sich die Arretierungseinheit 1 in der Abschaltstellung, in der die von dem Elektromotor 31 eingeleitete Drehbewegung von dem Käfigelement 7 auf das Innenelement 5 und von dort über die Abtriebswelle 9, die vorzugsweise eine Welle des Übersetzungsgetriebes 33 ist, auf das Übersetzungsgetriebe 33 übertragen wird. Das Übersetzungsgetriebe 33 überträgt die Drehbewegung auf den Spindeltrieb 35, der die Drehbewegung in eine translatorische bzw. lineare Bewegung zur Verschiebung des Bremskolbens 37 umwandelt und so die Bremsbacke 36 betätigt.
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Wenn der Elektromotor 31 nicht bestromt wird, die Antriebseinheit 30 also inaktiv bzw. deaktiviert ist, wird kein Drehmoment auf das Käfigelement 7 übertragen und die Arretierungseinheit 1 befindet sich in der Einschaltstellung. Durch die fehlende Drehbewegung üben die Nocken 23 keine Kraft auf die Wälzkörper 11 der Sperrelemente 6 aus, und die Wälzkörper 11 werden durch die Vorspannkraft des ersten Federelements 12 auseinander gedrückt und in die Klemmposition bewegt, in der sie eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Außenring 4 und dem Innenelement 5 ausbilden, die ein Verdrehen des Innenelements 5 gegenüber dem Außenring 4 in beide Drehrichtungen 24, 25 sperrt. Gleichzeitig wird der Sperrschieber 3 durch die Vorspannkraft des zweiten Federelements 20 nach radial außen geschoben, sodass der Sperrschieber 3 und der Außenring 4 einen Formschluss ausbilden können. Da das Innenelement 5 drehfest mit der Abtriebswelle 9 gekoppelt ist, blockiert bzw. sperrt der Freilauf 2 und/oder der Formschluss zwischen dem Sperrschieber 3 und dem Außenring 4 ein Drehen der Abtriebswelle 9. Dadurch ist eine Bewegung des Antriebsstrangs 32 blockiert und der Antriebsstrang 32 kann so in der arretierten Position sicher gehalten werden. So kann bspw. verhindert werden, dass sich die Position der Bremsbacke 36 verändert.
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Eine solche Arretierungseinheit 1 ermöglicht es, den Antriebsstrang 32 des Aktuators 29 aufgrund des reibschlüssigen Wirkprinzips des Freilaufs 2 stufenlos zu arretieren. Wenn der Freilauf 2 bspw. aufgrund von äußeren Anregungen durchrutscht, wird die Position des Antriebsstrangs 32 entweder durch einen bereits ausgebildeten Formschluss zwischen dem Sperrschieber 3 und dem Außenring 4 gehalten, oder der durch das zweite Federelement 20 vorgespannte Sperrschieber 3 rastet in die nächste Ausnehmung 15 des Außenring 4 formschlüssig ein, wodurch ein weiteres Ablaufen der Arretierungseinheit verhindert wird. Die Ausnehmungen 15 des Außenrings 4 sind dabei entlang des Umfangs derart ausgebildet und angeordnet, dass die Verschiebung des Antriebsstrangs 32 des Aktuators 29, die bis zum „nachträglichen“ Einrasten des Sperrschiebers 3 in eine Ausnehmung 15 des Außenrings 4 durch das Durchrutschen des Freilaufs 2 verursacht wird, vernachlässigbar ist und die Positionssicherheit des Antriebsstrangs 32 nicht beeinträchtigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arretierungseinheit
- 2
- Freilauf
- 3
- Sperrschieber
- 4
- Außenring
- 5
- Innenelement
- 6
- Sperrelement
- 7
- Käfigelement
- 8
- Gehäuse
- 9
- Abtriebswelle
- 10
- Wälzkörperpaar
- 11
- Wälzkörper
- 12
- erstes Federelement
- 13
- Klemmrampe
- 14
- Vorsprung
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Vertiefung
- 17
- Kulisse
- 18
- Pin
- 19
- Pfeil
- 20
- zweites Federelement
- 21
- Druckfeder
- 22
- Öffnung
- 23
- Nocken
- 24
- Drehrichtung
- 25
- Drehrichtung
- 26
- Mitnehmer
- 27
- Vertiefung
- 28
- Pfeil
- 29
- Aktuator
- 30
- Antriebeinheit
- 31
- Elektromotor
- 32
- Antriebsstrang
- 33
- Übersetzungsgetriebe
- 34
- Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe
- 35
- Spindeltrieb
- 36
- Bremsbacke
- 37
- Bremskolben
