DE102021111030A1 - Multi-stage braking device for aircraft high-lift systems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein Antriebssystem eines Hochauftriebssystems eines Flugzeugs, bei welcher es sich insbesondere um eine elektromechanische Bremse handelt und welche eine erste Bremsstufe aufweist. Die erste Bremsstufe umfasst ein erstes Bremselement, welches mit einer drehbar gelagerten Welle verbunden ist, sowie einen ersten Betätigungsmechanismus, welcher ausgebildet ist, bei einer Betätigung der Bremse das erste Bremselement gegen einen entlang der Welle axial beabstandeten ersten Anschlag zu drücken, sodass durch die Reibung zwischen erstem Bremselement und erstem Anschlag ein Bremsmoment erzeugt wird. Erfindungsgemäß weist die Bremse eine zweite Bremsstufe auf, welche mindestens ein zweites Bremselement, einen das erste Bremselement radial zumindest teilweise umgebenden zweiten Anschlag, sowie einen zweiten Betätigungsmechanismus umfasst. Der zweite Betätigungsmechanismus ist dazu ausgebildet, das zweite Bremselement radial gegen den zweiten Anschlag zu drücken, wenn ein Drehmoment der Welle ein definiertes, die zweite Bremsstufe aktivierendes Grenzmoment überschreitet, sodass durch die Reibung zwischen dem zweiten Bremselement und dem zweiten Anschlag ein Bremsmoment erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Antriebssystem sowie ein Flugzeug mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung.The invention relates to a braking device for a drive system of a high-lift system of an aircraft, which is in particular an electromechanical brake and which has a first braking stage. The first braking stage comprises a first braking element, which is connected to a rotatably mounted shaft, and a first actuating mechanism, which is designed to press the first braking element against a first stop that is axially spaced along the shaft when the brake is actuated, so that the friction a braking torque is generated between the first braking element and the first stop. According to the invention, the brake has a second braking stage, which comprises at least one second braking element, a second stop radially at least partially surrounding the first braking element, and a second actuating mechanism. The second actuating mechanism is designed to press the second braking element radially against the second stop when a torque of the shaft exceeds a defined limit torque that activates the second braking stage, so that a braking torque is generated by the friction between the second braking element and the second stop. The invention also relates to a drive system and an aircraft with a braking device according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein Antriebssystem eines Hochauftriebssystems eines Flugzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Antriebssystem und ein Flugzeug mit einer solchen Bremsvorrichtung.The present invention relates to a braking device for a drive system of a high-lift system of an aircraft according to the preamble of claim 1 and a drive system and an aircraft with such a braking device.

Elektromechanische Bremsen, bei denen eine Bremsung aufgrund eines elektrischen Signals erfolgt, kommen in vielen Bereichen der Technik zum Einsatz, beispielsweise in Zügen oder im Fahrzeugbau (sog. „Brake-by-Wire“). In Flugzeugen werden derartige Bremsen häufig als sogenannte Power-Off-Bremsen in Antrieben von Hochauftriebssystemen (auch als „High-Lift-Systeme“ bezeichnet) eingesetzt. Derartige elektromechanische Power-Off-Bremsen (E-POB) erzeugen bei aktiver Energieversorgung kein Bremsmoment und werden erst dann betätigt, wenn die Energieversorgung ausfällt oder abgeschaltet wird.Electromechanical brakes, in which braking takes place on the basis of an electrical signal, are used in many areas of technology, for example in trains or in vehicle construction (so-called "brake-by-wire"). In aircraft, such brakes are often used as so-called power-off brakes in drives of high-lift systems (also referred to as "high-lift systems"). Electromechanical power-off brakes (E-POB) of this type do not generate any braking torque when the energy supply is active and are only actuated when the energy supply fails or is switched off.

E-POB in High-Lift-Systemen funktionieren typischerweise kraftschlüssig, d. h. das Bremsmoment wird durch Reibung erreicht, und erzeugen im Verhältnis zu ihrem Gewicht relativ wenig Bremsmoment. Daraus folgt, dass diese Bremsen stets wenig Reserve besitzen. Schon geringe Veränderungen, z. B. beim Reibwert, führen zu nicht akzeptablen Leistungsverlusten. Eine große Herausforderung stellt dabei das Sicherstellen eines ausreichenden Bremsmoments unter Vibrationsbedingungen dar. Dies liegt daran, dass die Leistung des Elektromagneten der E-POB, im Gegensatz beispielsweise zu hydraulisch betätigten Bremsen, begrenzt ist.E-POB in high-lift systems typically function in a non-positive manner, i. H. the braking torque is achieved by friction, and generate relatively little braking torque in relation to their weight. It follows that these brakes always have little reserve. Even small changes, e.g. B. in the coefficient of friction, lead to unacceptable performance losses. A major challenge is ensuring sufficient braking torque under vibration conditions. This is due to the fact that the power of the electromagnet of the E-POB is limited, in contrast to, for example, hydraulically operated brakes.

Um dieses Problem zu umgehen, ist es bekannt, solche Bremsen zweistufig auszulegen. Mit der ersten Bremsstufe wird eine zweite Bremsstufe nur dann aktiviert, wenn das an der zu bremsenden Welle (Bremswelle) anliegende Drehmoment sich weiter erhöht und die Welle weiter gedreht wird. Oft geschieht dies über einen axial angeordneten Kugelrampenmechanismus. Bei richtiger Auslegung der mechanischen Verstärkung ergibt sich dadurch ein Bremsmoment, welches stets Reserve zum treibenden Drehmoment hat und somit statisch sicher ist.In order to avoid this problem, it is known to design such brakes in two stages. With the first braking stage, a second braking stage is only activated if the torque applied to the shaft to be braked (brake shaft) continues to increase and the shaft continues to rotate. This is often done via an axially arranged ball ramp mechanism. If the mechanical reinforcement is designed correctly, this results in a braking torque that always has a reserve for the driving torque and is therefore statically safe.

Ein solcher Mechanismus benötigt jedoch Platz und führt zu einer größeren Abmessung der Bremse. Darüber hinaus sind die Bremsstufen üblicherweise über zwei mehr oder weniger getrennte Stufen realisiert, wozu viele Bauteile notwendig sind. Damit verbunden sind hohe Kosten in der Herstellung, eine aufwendige Montage und Einstellung sowie ein hohes Gewicht der Bremse. Unter Vibrationsbedingungen sind solche bekannten mehrstufigen Bremsen durch unvermeidliche Spiele zwischen den Bauteilen und deren Massenkräfte zudem anfällig.However, such a mechanism takes up space and makes the brake larger in size. In addition, the braking stages are usually implemented using two more or less separate stages, which requires a large number of components. This entails high production costs, complicated assembly and adjustment, and a high weight of the brake. Under vibration conditions, such known multi-stage brakes are also susceptible to unavoidable play between the components and their inertial forces.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bremsvorrichtung für den Einsatz in High-Lift-Systemen bereitzustellen, welche eine hohe Bremskraft erzeugen kann und gleichzeitig kompakt und leichtbauend konstruiert ist. Darüber hinaus soll die Bremskraft möglichst nicht durch Vibrationen beeinträchtigt werden.The object of the present invention is therefore to provide a braking device for use in high-lift systems which can generate a high braking force and at the same time has a compact and lightweight design. In addition, the braking force should not be affected by vibrations.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, this object is achieved by a braking device having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the following description.

Demnach wird eine Bremsvorrichtung für ein Antriebssystem eines Hochauftriebssystems eines Flugzeugs vorgeschlagen, bei welcher es sich insbesondere um eine elektromechanische Bremse handelt und welche eine erste Bremsstufe aufweist. Die erste Bremsstufe umfasst ein erstes Bremselement, welches mit einer drehbar gelagerten Welle verbunden ist, sowie einen ersten Betätigungsmechanismus, welcher ausgebildet ist, bei einer Betätigung der Bremse das erste Bremselement gegen einen entlang der Welle axial beabstandeten ersten Anschlag zu drücken, sodass durch die Reibung zwischen erstem Bremselement und erstem Anschlag ein Bremsmoment erzeugt wird.Accordingly, a braking device for a drive system of a high-lift system of an aircraft is proposed, which is in particular an electromechanical brake and which has a first braking stage. The first braking stage comprises a first braking element, which is connected to a rotatably mounted shaft, and a first actuating mechanism, which is designed to press the first braking element against a first stop that is axially spaced along the shaft when the brake is actuated, so that the friction a braking torque is generated between the first braking element and the first stop.

Das Merkmal, dass das erste Bremselement mit der Welle verbunden ist, ist breit auszulegen und erfordert keine feste (beispielsweise rotationsstarre) Verbindung. Insbesondere ist eine Bewegung des ersten Bremselements unter gewissen Umständen an eine Bewegung der Welle gekoppelt. Vorzugsweise ist eine Relativbewegung, beispielsweise eine Drehung des ersten Bremselements gegenüber der Welle, unter gewissen Bedingungen möglich.The feature that the first braking element is connected to the shaft is to be interpreted broadly and does not require a fixed (e.g. rotationally rigid) connection. In particular, under certain circumstances a movement of the first braking element is coupled to a movement of the shaft. A relative movement, for example a rotation of the first braking element with respect to the shaft, is preferably possible under certain conditions.

Der Begriff „Betätigung der Bremse“ ist ebenfalls breit auszulegen und kann beispielsweise das Ausfallen bzw. Abschalten einer Energieversorgung, das Senden eines Signals oder das Anlegen einer Spannung, eines Stroms, eines Drucks o.ä. umfassen.The term "actuation of the brake" is also to be interpreted broadly and can include, for example, the failure or switching off of an energy supply, the transmission of a signal or the application of a voltage, current, pressure or the like.

Erfindungsgemäß weist die Bremse eine zweite Bremsstufe auf, welche mindestens ein zweites Bremselement, einen das erste Bremselement radial zumindest teilweise umgebenden zweiten Anschlag, sowie einen zweiten Betätigungsmechanismus umfasst. Der zweite Betätigungsmechanismus ist dazu ausgebildet, das zweite Bremselement radial gegen den zweiten Anschlag zu drücken, wenn ein Drehmoment der Welle ein definiertes, die zweite Bremsstufe aktivierendes Grenzmoment überschreitet, sodass durch die Reibung zwischen dem zweiten Bremselement und dem zweiten Anschlag ein Bremsmoment erzeugt wird.According to the invention, the brake has a second braking stage, which comprises at least one second braking element, a second stop radially at least partially surrounding the first braking element, and a second actuating mechanism. The second actuating mechanism is designed to press the second braking element radially against the second stop when a torque of the shaft exceeds a defined limit torque that activates the second braking stage, so that the friction between the second Braking element and the second stop, a braking torque is generated.

Bei der erfindungsgemäßen Bremse handelt es sich um eine zweistufige Bremse, wobei die zweite Stufe erst bei Überschreiten eines gewissen Grenzmoments aktiviert wird und das Gesamtbremsmoment der Bremse erhöht.The brake according to the invention is a two-stage brake, with the second stage only being activated when a certain limit torque is exceeded and increasing the overall braking torque of the brake.

Die erfindungsgemäße Lösung schlägt also vor, die radiale Betätigung der zweiten Bremsstufe von der axialen Betätigung der ersten Bremsstufe zu entkoppeln. Dies ermöglicht zum einen eine kompaktere Bauweise, da der zweite Betätigungsmechanismus innerhalb des ersten Bremselements angeordnet sein kann. Darüber hinaus lässt sich durch die radiale Wirkung der zweiten Bremsstufe eine extrem hohe Brems- und Haltekraft realisieren, welche im Prinzip nur durch die maximale Belastbarkeit der Bauteile begrenzt ist. Schließlich ermöglicht die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremse die Eliminierung sämtlicher Spiele, die unter Vibrationen das Bremsmoment reduzieren. So wirkt sich beispielsweise ein vibrationsbedingtes axiales Spiel nicht auf das durch die radial wirkende zweite Bremsstufe erzeugte Bremsmoment aus.The solution according to the invention therefore proposes decoupling the radial actuation of the second braking stage from the axial actuation of the first braking stage. On the one hand, this enables a more compact design, since the second actuating mechanism can be arranged within the first braking element. In addition, the radial effect of the second braking stage enables an extremely high braking and holding force to be achieved, which in principle is only limited by the maximum load capacity of the components. Finally, the operation of the brake according to the invention makes it possible to eliminate all the play that reduces the braking torque under vibration. For example, axial play caused by vibration does not affect the braking torque generated by the radially acting second braking stage.

In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Betätigungsmechanismus ausgebildet ist, aufgrund einer Relativbewegung, insbesondere einer relativen Drehbewegung, zwischen Welle und erstem Bremselement das zweite Bremselement gegen den zweiten Anschlag zu drücken. Die erste Stufe bremst die Welle also insbesondere konventionell ab (das erste Bremselement fungiert insbesondere als Bremsscheibe, wobei der Begriff „Bremsscheibe“ breit auszulegen ist und keine durchgängige Scheibe erfordert; insbesondere kann auch ein Ring als Bremsscheibe angesehen werden), während die zweite Stufe erst bei Bedarf durch die Relativverdrehung zwischen Welle und erstem Bremselement aktiviert wird. Das mit der ersten Bremsstufe erzeugte Bremsmoment wird dabei genutzt, um bei weiterer Wellendrehung die zweite Bremsstufe zu aktivieren. Dadurch lässt sich ein konstruktiv einfacher und kompakter Mechanismus zur Aktivierung der zweiten Bremsstufe realisieren, welcher auf der Überschreitung eines Grenzmoments und einer dadurch erfolgenden relativen Verdrehung basiert.In a possible embodiment it is provided that the second actuating mechanism is designed to press the second braking element against the second stop due to a relative movement, in particular a relative rotational movement, between the shaft and the first braking element. The first stage brakes the shaft in a particularly conventional manner (the first braking element acts in particular as a brake disc, whereby the term “brake disc” is to be interpreted broadly and does not require a continuous disc; in particular, a ring can also be regarded as a brake disc), while the second stage only does so is activated if necessary by the relative rotation between the shaft and the first braking element. The braking torque generated with the first braking stage is used to activate the second braking stage as the shaft rotates further. As a result, a structurally simple and compact mechanism for activating the second braking stage can be implemented, which is based on exceeding a limit torque and the relative rotation that occurs as a result.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Bremselement nicht rotationsstarr mit der Welle verbunden ist, sodass eine Relativdrehung zwischen diesen Bauteilen möglich ist. Vorzugsweise ist der zweite Betätigungsmechanismus dazu ausgebildet, eine Relativbewegung zwischen erstem Bremselement und Welle zu verhindern bzw. zu blockieren, insbesondere kraftschlüssig zu blockieren, wenn ein Drehmoment der Welle unterhalb des Grenzmoments liegt.In a further possible embodiment it is provided that the first braking element is not rotationally rigidly connected to the shaft, so that a relative rotation between these components is possible. The second actuating mechanism is preferably designed to prevent or block a relative movement between the first braking element and the shaft, in particular to block it in a non-positive manner, when a torque of the shaft is below the limit torque.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Betätigungsmechanismus einen radial wirkenden Kugelrampenmechanismus mit mindestens einer radial beweglichen Kugel umfasst. Der Kugelrampenmechanismus umfasst vorzugsweise mindestens zwei, besonders vorzugsweise mindestens drei radial bewegliche Kugeln. Diese sind insbesondere symmetrisch auf Umfang verteilt. Der Kugelrampenmechanismus ermöglicht einen kompakten und leichten Aufbau des zweiten Betätigungsmechanismus bzw. der zweiten Bremsstufe, welcher sich im Wesentlichen innerhalb des ersten Bremselements befinden kann.In a further possible embodiment it is provided that the second actuating mechanism comprises a radially acting ball ramp mechanism with at least one radially movable ball. The ball ramp mechanism preferably includes at least two, more preferably at least three, radially moveable balls. In particular, these are distributed symmetrically over the circumference. The ball ramp mechanism enables a compact and lightweight construction of the second actuating mechanism or the second braking stage, which can be located essentially within the first braking element.

Vorzugsweise korrespondiert eine Relativdrehung zwischen erstem Bremselement und Welle mit einer radialen Bewegung der mindestens einen Kugel, welche auf einer entsprechenden Kugelrampe abrollt. Die Kugel ist vorzugsweise über eine Feder in eine Position vorgespannt, in der die zweite Bremsstufe deaktiviert ist. Überwindet die Differenz zwischen dem an der Welle angreifenden Drehmoment und dem durch die erste Bremsstufe erzeugten Bremsmoment die durch die mindestens eine Feder auf die mindestens eine Kugel ausgeübte Kraft, wird die Kugel entgegen der Federkraft verschoben, insbesondere radial nach innen in Richtung Welle, wobei eine Relativdrehung zwischen erstem Bremselement und Welle erfolgt. Die Federkraft des Kugelrampenmechanismus wirkt einer solchen Relativdrehung entgegen.A relative rotation between the first braking element and the shaft preferably corresponds to a radial movement of the at least one ball, which rolls on a corresponding ball ramp. The ball is preferably spring biased into a position in which the second braking stage is deactivated. If the difference between the torque acting on the shaft and the braking torque generated by the first braking stage overcomes the force exerted by the at least one spring on the at least one ball, the ball is displaced against the spring force, in particular radially inwards towards the shaft, with a Relative rotation between the first braking element and shaft takes place. The spring force of the ball ramp mechanism resists such relative rotation.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Bremselement eine Klemmrolle ist, welche in einer Klemmrollenausnehmung des ersten Bremselements drehbar gelagert ist. Das erste Bremselement dient dabei insbesondere gleichzeitig als Haltevorrichtung bzw. Käfig für die mindestens eine Klemmrolle. Die Klemmrolle kann so angeordnet sein, dass die bei einer Drehung der Welle bzw. des ersten Bremselements an einer zur Welle gewandten Innenfläche des zweiten Anschlags abrollt. Vorzugsweise sind mindestens zwei, besonders vorzugsweise mindestens drei Klemmrollen vorgesehen. Diese können symmetrisch auf Umfang verteilt sein.In a further possible embodiment it is provided that the second braking element is a clamping roller which is rotatably mounted in a clamping roller recess of the first braking element. The first braking element serves in particular at the same time as a holding device or cage for the at least one pinch roller. The clamping roller can be arranged in such a way that when the shaft or the first braking element rotates, it rolls on an inner surface of the second stop facing the shaft. At least two, particularly preferably at least three, pinch rollers are preferably provided. These can be distributed symmetrically over the circumference.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Betätigungsmechanismus ein mit der Welle rotationsstarr verbundenes Betätigungselement umfasst, welches zumindest teilweise innerhalb des ersten Bremselements angeordnet ist. Das Betätigungselement ist insbesondere derart ausgebildet, dass es bei einer Relativbewegung zwischen Welle und erstem Bremselement das zweite Bremselement kontaktiert und radial nach außen gegen den zweiten Anschlag drückt. Das Betätigungselement betätigt also durch eine Relativdrehung zum ersten Bremselement die zweite Bremsstufe und kann ein mit der Welle fest verbundenes separates Bauteil oder einstückig mit der Welle ausgebildet sein. Ferner ist denkbar, dass das Betätigungselement koaxial mit der Welle angeordnet ist.In a further possible embodiment it is provided that the second actuating mechanism comprises an actuating element which is connected to the shaft in a rotationally rigid manner and which is at least partially arranged inside the first braking element. The actuating element is designed in particular in such a way that it contacts the second braking element when there is a relative movement between the shaft and the first braking element and presses radially outward against the second stop. The actuating element thus actuates the second braking stage by rotating it relative to the first braking element and can be a separate component which is firmly connected to the shaft or can be designed in one piece with the shaft. It is also conceivable that the actuating element is arranged coaxially with the shaft.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Betätigungselement mindestens eine Rampe umfasst, welche einer zur Welle weisenden Innenfläche des ersten Bremselements gegenüberliegt und auf welcher die mindestens eine Klemmrolle bei einer Relativbewegung zwischen Welle und erstem Bremselement derart abrollt, dass sie sich radial nach außen bewegt. Die Rampe kann durch einen abgeflachten Abschnitt des ansonsten einen runden Querschnitt aufweisenden Betätigungselements realisiert sein. Alternativ kann die Rampe eine steigende oder fallende Form oder eine Kombination hiervon aufweisen. Die genaue Form der Rampe bestimmt dabei die Dynamik der zweiten Bremsstufe, d.h. das Verhältnis der radialen Auslenkung der Klemmrolle zum Winkel der Relativdrehung zwischen Welle und erstem Bremselement.In a further possible embodiment, it is provided that the actuating element comprises at least one ramp, which is opposite an inner surface of the first braking element pointing towards the shaft and on which the at least one clamping roller rolls during a relative movement between the shaft and the first braking element in such a way that it moves radially outwards emotional. The ramp can be implemented by a flattened section of the actuating element, which otherwise has a round cross section. Alternatively, the ramp may have an ascending or descending shape, or a combination thereof. The exact shape of the ramp determines the dynamics of the second braking stage, i.e. the ratio of the radial deflection of the clamping roller to the angle of the relative rotation between the shaft and the first braking element.

In bei deaktivierter zweiter Bremsstufe kann die Klemmrolle mittig zu einem Rampenabschnitt des Betätigungselements angeordnet sein, wobei die Bereiche links und rechts von der Klemmrolle (bei einer frontalen Querschnittsansicht des Betätigungselements) die Rampen bilden. Vorzugsweise ist der Rampenabschnitt symmetrisch in Bezug auf die Klemmrolle bei deaktivierter zweiter Bremsstufe, sodass das Verhalten der zweiten Bremsstufe, d.h. die Art und Weise der radialen Auslenkung der Klemmrolle, in beiden Drehrichtungen des Betätigungselements relativ zum ersten Bremselement gleich ist. Die zweite Bremsstufe funktioniert in diesem Fall identisch in beide Drehrichtungen.When the second braking stage is deactivated, the pinch roller can be arranged in the center of a ramp section of the actuating element, with the areas to the left and right of the pinch roller (in a frontal cross-sectional view of the actuating element) forming the ramps. Preferably, the ramp section is symmetrical with respect to the pinch roller when the second brake stage is deactivated, so that the behavior of the second brake stage, i.e. the type of radial deflection of the pinch roller, is the same in both directions of rotation of the actuating element relative to the first brake element. In this case, the second braking stage works identically in both directions of rotation.

Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die zweite Bremsstufe nur in eine Drehrichtung funktioniert, d.h. dass nur auf einer Seite von der Klemmrolle (bei deaktivierter zweiter Bremsstufe) eine Rampe zum Auslenken der Klemmrolle vorgesehen ist. Ebenfalls ist vorstellbar, dass die Rampen links und rechts von der Klemmrolle unterschiedlich ausgebildet sind, sodass das Verhalten der zweiten Bremsstufe von der Drehrichtung der Welle abhängt.Alternatively, however, it can also be provided that the second braking stage only works in one direction of rotation, i.e. that a ramp for deflecting the clamping roller is provided only on one side of the clamping roller (when the second braking stage is deactivated). It is also conceivable that the ramps to the left and right of the clamping roller are designed differently, so that the behavior of the second braking stage depends on the direction of rotation of the shaft.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Bremselement ringförmig ist und das Betätigungselement insbesondere vollständig umschließt. Dadurch ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemä-ßen Bremse. Der zweite Betätigungsmechanismus ist im Wesentlichen innerhalb des ersten Bremselements angeordnet, sodass sich im Vergleich zu einer einstufigen Scheibenbremse keine signifikant längere axiale Abmessung ergibt. Das ringförmige erste Bremselement kann als Bremsscheibe der ersten Bremsstufe angesehen werden und erfüllt eine Doppelfunktion, nämlich zusätzlich als Halterung bzw. Rollenkäfig für die mindestens eine Klemmrolle.In a further possible embodiment it is provided that the first braking element is ring-shaped and in particular completely encloses the actuating element. This results in a particularly compact construction of the brake according to the invention. The second actuating mechanism is located substantially within the first braking element so that there is no significantly longer axial dimension compared to a single-stage disc brake. The ring-shaped first braking element can be regarded as a braking disc of the first braking stage and fulfills a double function, namely as a holder or roller cage for the at least one clamping roller.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Bremselement mindestens eine Ausnehmung mit einer Kugelrampe aufweist, insbesondere an einer der Welle zugewandten Innenfläche, in welcher eine Kugel gelagert und mittels einer radial verlaufenden Feder in eine Verriegelungsposition am tiefsten Punkt der Ausnehmung vorgespannt ist. Die Kugel sowie die Kugelrampe sind insbesondere Teil eines Kugelrampenmechanismus. Dieser kann wie zuvor beschrieben funktionieren. Die Kugelrampe kann linear verlaufen, wobei die Steigung der Rampe das zur Aktivierung der zweiten Bremsstufe erforderliche Grenzmoment bestimmt (zusammen mit der Federkraft der die Kugel in die Ausnehmung drückenden Feder). Allerdings sind auch andere Rampenformen denkbar, beispielsweise nichtlineare Kugelrampen.In a further possible embodiment it is provided that the first braking element has at least one recess with a ball ramp, in particular on an inner surface facing the shaft, in which a ball is mounted and is pretensioned by a radially running spring into a locking position at the deepest point of the recess. In particular, the ball and the ball ramp are part of a ball ramp mechanism. This can work as previously described. The ball ramp can be linear, with the slope of the ramp determining the limit torque required to activate the second braking stage (together with the spring force of the spring pushing the ball into the recess). However, other ramp shapes are also conceivable, for example non-linear spherical ramps.

Kugel und Ausnehmung bilden Verriegelungselemente des zweiten Betätigungsmechanismus, welche bei einem unterhalb des Grenzmoment liegenden Drehmoment an der Welle, d.h. bei deaktivierter zweiter Bremsstufe, das erste Bremselement mit dem Betätigungselement, d.h. mit der Welle, verriegeln, sodass sich sie sich gemeinsam um die Drehachse der Welle drehen. Erst wenn das Drehmoment der Welle das Grenzmoment überschreitet, entkoppeln sich die beiden Bauteile, sodass es zu einer Relativdrehung kommt, die die zweite Bremsstufe aktiviert.Ball and recess form locking elements of the second actuating mechanism, which, when the torque on the shaft is below the limit torque, i.e. when the second braking stage is deactivated, lock the first braking element with the actuating element, i.e. with the shaft, so that they rotate together around the axis of rotation of the rotate shaft. Only when the torque of the shaft exceeds the limit torque do the two components decouple, resulting in a relative rotation that activates the second braking stage.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Feder in einer radial verlaufenden Aussparung des Betätigungselements gelagert ist und die Kugel radial nach außen in die Ausnehmung des ersten Bremselements drückt.In a further possible embodiment it is provided that the spring is mounted in a radially running recess of the actuating element and presses the ball radially outwards into the recess of the first braking element.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Betätigungsmechanismus eine Betätigungsplatte umfasst, welche auf der dem ersten Anschlag gegenüberliegenden Seite des ersten Bremselements angeordnet ist und über einen Federmechanismus in Richtung des ersten Bremselements gedrückt wird. Bei der Betätigungsplatte muss es sich nicht um eine Platte handeln, sondern es kann eine beliebige Form zum Einsatz kommen, beispielsweise ein ringförmiges Element. Der erste Betätigungsmechanismus umfasst vorzugsweise ferner einen Elektromagneten, welcher ausgebildet ist, bei Bestromung bzw. bei aktiver Energieversorgung die Betätigungsplatte entgegen der Kraft des Federmechanismus vom ersten Bremselement wegzuziehen bzw. fernzuhalten. Fällt die Energieversorgung des Elektromagneten aus oder wird sie abgeschaltet, wird die Betätigungsplatte durch den Federmechanismus, welcher mehrere Druckfedern umfassen kann, gegen das erste Betätigungselement und letzteres gegen den ersten Anschlag gedrückt.In a further possible embodiment it is provided that the first actuating mechanism comprises an actuating plate which is arranged on the side of the first braking element opposite the first stop and is pressed in the direction of the first braking element via a spring mechanism. The actuating plate does not have to be a plate, but any shape can be used, for example a ring-shaped member. The first actuation mechanism preferably also comprises an electromagnet which is designed to pull the actuation plate away from or keep it away from the first brake element when energized or when the energy supply is active, counter to the force of the spring mechanism. If the energy supply to the electromagnet fails or is switched off, the actuating plate is pressed against the first actuating element and the latter against the first stop by the spring mechanism, which can comprise a number of compression springs.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Anschlag und der zweite Anschlag ein das erste Bremselement insbesondere vollständig umgebendes Gehäuse bilden, durch welches vorzugsweise die Welle hindurchgeführt ist. Der zweite Anschlag kann ein vom ersten Anschlag abstehender, umlaufender, ringförmiger Absatz bzw. Gehäusering sein. Er kann auf der Innenseite, an die die mindestens eine Klemmrolle gedrückt wird, eine reibungserhöhende Beschichtung aufweisen.In a further possible embodiment it is provided that the first stop and the second stop form a housing which in particular completely surrounds the first braking element and through which the shaft is preferably passed. The second stop can be a circumferential annular shoulder or housing ring protruding from the first stop. It can have a friction-increasing coating on the inside against which the at least one pinch roller is pressed.

Bei der ersten Bremsstufe handelt es sich vorzugsweise um eine konventionelle Bremse in Form einer Scheibenbremse, wobei das erste Bremselement als Bremsscheibe fungiert. Zur Erhöhung des Bremsmoments dieser ersten Stufe können die Kontaktflächen von erstem Bremselement und erstem Anschlag beschichtet sein. Auch konische Kontaktflächen sind möglich.The first braking stage is preferably a conventional brake in the form of a disc brake, with the first braking element functioning as a brake disc. To increase the braking torque of this first stage, the contact surfaces of the first braking element and the first stop can be coated. Conical contact surfaces are also possible.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Bremsstufe eine elektromechanische Power-Off-Bremse ist.In a further possible embodiment it is provided that the first braking stage is an electromechanical power-off brake.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Hochauftriebssystem eines Flugzeugs mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.The present invention relates to a drive system for a high-lift system of an aircraft with a braking device according to the invention. This obviously results in the same advantages and properties as for the braking device according to the invention, which is why a repeated description is dispensed with at this point.

Ebenfalls betrifft die vorliegende Erfindung ein Flugzeug mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung.The present invention also relates to an aircraft with a braking device according to the invention.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

  • 1: eine Frontansicht und eine seitliche Schnittansicht der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in geöffnetem Zustand; und
  • 2: die Frontansicht der Bremsvorrichtung gemäß 1 bei aktivierter zweiter Bremsstufe.
Further features, details and advantages of the invention result from the exemplary embodiment explained below with reference to the figures. Show it:
  • 1 1: a front view and a side sectional view of the braking device according to an exemplary embodiment in the open state; and
  • 2 : according to the front view of the braking device 1 when the second braking stage is activated.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 10 in einer Frontansicht (links) und in einer seitlichen Schnittansicht entlang der Längsachse der Welle 14 (rechts), wobei die Bremsvorrichtung 10 geöffnet ist, d.h. beide Bremsstufen deaktiviert sind.the 1 shows an embodiment of the braking device 10 according to the invention in a front view (left) and in a lateral sectional view along the longitudinal axis of the shaft 14 (right), wherein the braking device 10 is open, ie both braking stages are deactivated.

Die Bremsvorrichtung 10 weist zwei Bremsstufen auf. Bei der ersten Bremsstufe handelt es sich um eine konventionelle elektromechanische power-off-Bremse (E-POB) mit einem Elektromagneten 11, welcher im aktivierten, d.h. im bestromten Zustand eine ringförmige Betätigungsplatte bzw. Ankerplatte 15 in Richtung Elektromagnet 11 zieht. Eine abzubremsende Welle 14 ist durch den Elektromagneten 11 und die Ankerplatte 15 hindurchgeführt (bzw. von diesen Bauteilen umschlossen) und drehbar in einem Gehäuse 18, 28 gelagert.The braking device 10 has two braking stages. The first braking stage is a conventional electromechanical power-off brake (E-POB) with an electromagnet 11 which, when activated, i.e. when energized, pulls an annular actuating plate or anchor plate 15 in the direction of the electromagnet 11. A shaft 14 to be braked is passed through the electromagnet 11 and the anchor plate 15 (or enclosed by these components) and is rotatably mounted in a housing 18, 28.

Das Gehäuse umfasst einen axialen Anschlag 18, vorliegend als erster Anschlag 18 bezeichnet, durch welchen die Welle 14 hindurchgeführt ist. Die Welle 14 ist mit einem ersten Bremselement 12 verbunden, welches als Bremsscheibe der ersten Bremsstufe der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 10 dient. Im aktivierten Zustand zieht der Elektromagnet 11 die Ankerplatte 15 entgegen der Federkraft eines Federmechanismus 17 zu sich heran, sodass sich das erste Bremselement 12 frei mit der Welle 14 mitdrehen kann. Im deaktivierten Zustand, beispielsweise bei einem Ausfall oder einem Abschalten der Energieversorgung des Elektromagneten 11, drückt der Federmechanismus 17, welcher mehrere auf Umfang verteilte Druckfedern umfassen kann, die Ankerplatte 15 axial gegen das erste Bremselement 12 und dieses wiederum axial gegen den ersten Anschlag 18.The housing includes an axial stop 18, referred to here as the first stop 18, through which the shaft 14 is passed. The shaft 14 is connected to a first braking element 12, which serves as a brake disk for the first braking stage of the braking device 10 according to the invention. In the activated state, the electromagnet 11 pulls the anchor plate 15 towards itself against the spring force of a spring mechanism 17 so that the first braking element 12 can rotate freely with the shaft 14 . In the deactivated state, for example if the energy supply to the electromagnet 11 fails or is switched off, the spring mechanism 17, which can comprise a plurality of compression springs distributed over the circumference, presses the anchor plate 15 axially against the first braking element 12, which in turn presses axially against the first stop 18.

Die Reibung zwischen den Kontaktflächen des ersten Bremselements 12 und des ersten Anschlags 18 führt zum Abbremsen der Welle 14, d.h. zur Erzeugung eines ersten Bremsmoments durch die erste Bremsstufe. Um bei Bedarf das Bremsmoment dieser ersten Bremsstufe zu steigen, können diese Kontaktflächen beschichtet und/oder konisch geformt sein.The friction between the contact surfaces of the first braking element 12 and the first stop 18 leads to the braking of the shaft 14, i.e. to the generation of a first braking torque by the first braking stage. In order to increase the braking torque of this first braking stage, if necessary, these contact surfaces can be coated and/or conically shaped.

Elektromagnet 11, Ankerplatte 15 und Federmechanismus 17 bilden einen ersten Betätigungsmechanismus 16, welcher die erste Bremsstufe betätigt bzw. aktiviert. Die Ankerplatte 15 kann, wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt, einen ringförmig umlaufenden Anschlag aufweisen, welcher das erste Bremselement 12 kontaktiert. Das durch die erste Bremsstufe (Typ Scheibenbremse) erzeugte Bremsmoment hängt von den typischen Parametern ab: Federkraft, Reibwert, Reibradius und Anzahl der Reibflächen (hier: 2).Electromagnet 11, anchor plate 15 and spring mechanism 17 form a first actuating mechanism 16 which actuates or activates the first braking stage. As shown in the exemplary embodiment shown here, the anchor plate 15 can have a ring-shaped circumferential stop which contacts the first braking element 12 . The braking torque generated by the first braking stage (disc brake type) depends on the typical parameters: spring force, coefficient of friction, friction radius and number of friction surfaces (here: 2).

Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 10 weist ferner eine zweite Bremsstufe auf, welche nur dann aktiviert wird, wenn das an der Welle 14 angreifende Drehmoment ein bestimmtes Grenzmoment überschreitet. Hierzu ist das erste Bremselement 12 ringförmig ausgebildet und weist drei auf Umfang gleichmäßig verteilte Ausnehmungen 21 auf, in denen jeweils eine Klemmrolle 22 aufgenommen ist. Diese Ausnehmungen 21 werden daher auch als Klemmrollenausnehmungen 21 bezeichnet. Die Klemmrollen 22 dienen als zweite Bremselemente zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmoments bei aktivierter zweiter Bremsstufe. Das erste Bremselement 12 fungiert somit gleichzeitig als Bremsscheibe für die erste Bremsstufe sowie als Rollenkäfig für die Klemmrollen 22. Anstelle von drei Klemmrollen 22 können auch weniger (z.B. zwei oder sogar nur eine) oder mehr Klemmrollen 22 zum Einsatz kommen.The braking device 10 according to the invention also has a second braking stage, which is only activated when the shaft 14 attacks fend torque exceeds a certain limit torque. For this purpose, the first braking element 12 is ring-shaped and has three circumferentially evenly distributed recesses 21, in each of which a clamping roller 22 is accommodated. These recesses 21 are therefore also referred to as clamping roller recesses 21 . The pinch rollers 22 serve as second braking elements to generate an additional braking torque when the second braking stage is activated. The first braking element 12 thus functions simultaneously as a brake disc for the first braking stage and as a roller cage for the pinch rollers 22. Instead of three pinch rollers 22, fewer (eg two or even just one) or more pinch rollers 22 can be used.

Das erste Bremselement 12 mit den Klemmrollen 22 ist von einem sich vom ersten Anschlag 18 aus in Richtung Elektromagnet 11 erstreckenden Gehäusering 28 radial umgeben, welche als zweiter Anschlag 28 dient. Die beiden Anschläge 18, 28 bilden ein zum Elektromagneten 11 hin offenes Gehäuse.The first braking element 12 with the clamping rollers 22 is surrounded radially by a housing ring 28 which extends from the first stop 18 in the direction of the electromagnet 11 and serves as a second stop 28 . The two stops 18, 28 form a housing which is open toward the electromagnet 11.

Innerhalb des ringförmigen ersten Bremselements 12 befindet sich ein rotationsfest mit der Welle 14 verbundenes Betätigungselement 24, welches einen größeren Durchmesser als die Welle 14 aufweist. Die Breite (von der Seite aus gesehen) des Betätigungselements 24 entspricht im Wesentlichen der Breite des ersten Bremselements 12. Das Betätigungselement 24 ist in den Bereichen, die den Klemmrollen 22 bei nicht aktivierter zweiter Bremsstufe gegenüberliegen, abgeflacht. Das Betätigungselement 24 weist also drei solche abgeflachten Rampenflächen 23 auf, auf denen die Klemmrollen 22 aufliegen bzw. abrollen. Das Betätigungselement 24 ist ferner so geformt, dass sich dessen größte Abmessung innerhalb des ringförmigen ersten Bremselements 12 befindet (d.h. das erste Bremselement 12 und das Betätigungselement 24 könnten sich prinzipiell - in Abwesenheit der weiter unten beschriebenen gefederten Kugeln 30 - frei gegeneinander drehen).Inside the annular first braking element 12 there is an actuating element 24 which is rotationally fixed to the shaft 14 and has a larger diameter than the shaft 14 . The width (seen from the side) of the actuating element 24 essentially corresponds to the width of the first braking element 12. The actuating element 24 is flattened in the areas opposite the pinch rollers 22 when the second braking stage is not activated. The actuating element 24 thus has three such flattened ramp surfaces 23 on which the pinch rollers 22 rest or roll. The actuating member 24 is also shaped so that its largest dimension is within the annular first braking member 12 (i.e. the first braking member 12 and the actuating member 24 could in principle - in the absence of the sprung balls 30 described below - rotate freely relative to each other).

Das Betätigungselement 24 weist drei radial verlaufende und zu dessen umfangseitiger Außenfläche hin offene Aussparungen 33 auf, welche gleichmäßig auf Umfang verteilt sind (d.h. der Winkel zwischen den Aussparungen 33 beträgt jeweils 120°). In den Aussparungen 33 befinden sich Federn bzw. Druckfedern 32, welche jeweils eine zugeordnete Kugel 30 radial nach außen drücken. Das erste Bremselement 12 weist an dessen zum Betätigungselement 24 weisender Innenfläche drei Ausnehmungen 34 auf, welche bei deaktivierter zweiter Bremsstufe die Aussparungen 33 überdecken, sodass die Kugeln 30 vollständig in die Ausnehmungen 34 gedrückt werden, wie dies in der 1 dargestellt ist (Verriegelungsposition).The actuating element 24 has three radially extending recesses 33 which are open towards its peripheral outer surface and which are distributed uniformly over the circumference (ie the angle between the recesses 33 is 120° in each case). In the recesses 33 are springs or compression springs 32, which each press an associated ball 30 radially outwards. The first braking element 12 has three recesses 34 on its inner surface facing the actuating element 24, which cover the recesses 33 when the second braking stage is deactivated, so that the balls 30 are pressed completely into the recesses 34, as is shown in FIG 1 shown (locked position).

Die Ausnehmungen 34 sind V-förmig, wobei die beiden Flanken der Ausnehmungen 34 Kugelrampen bilden. Die Federkraft der Federn 32, die die Kugeln in die Ausnehmungen 34 drücken, sorgt dafür, dass das erste Bremselement 12 mit dem Betätigungselement 24 und somit mit der Welle 14 verriegelt ist, wenn die zweite Bremsstufe nicht aktiv ist. Das erste Bremselement 12 dreht sich dann mit der Welle 14 mit.The recesses 34 are V-shaped, with the two flanks of the recesses 34 forming ball ramps. The spring force of the springs 32, which press the balls into the recesses 34, ensures that the first braking element 12 is locked to the actuating element 24 and thus to the shaft 14 when the second braking stage is not active. The first braking element 12 then rotates with the shaft 14 .

Wird nun die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 10 betätigt bzw. aktiviert, so erfolgt zunächst ein Abbremsen mittels der ersten Bremsstufe, bei der das erste Bremselement 12 als Bremsscheibe axial gegen den ersten Anschlag 18 gedrückt wird und ein erstes Bremsmoment erzeugt. Überschreitet das Drehmoment der Welle 14 ein bestimmtes Grenzmoment, welches insbesondere durch die Rampenform der Ausnehmungen 34 und die Federkraft der Federn 32 bestimmt ist, so werden die gefederten Kugeln 30 radial zur Mitte, d. h. zur gemeinsamen Drehachse des Betätigungselements 24 und der Welle 14, gedrückt. Dadurch wird eine Relativverdrehung des stehenden ersten Bremselements 12 zur drehenden Welle 14 erzeugt, wodurch sich die Abflachungen bzw. Rampenflächen 25 in Bezug auf die Klemmrollen 22 bewegen. Dies betätigt die zweite Bremsstufe.If the braking device 10 according to the invention is now actuated or activated, braking initially takes place by means of the first braking stage, in which the first braking element 12 as a brake disk is pressed axially against the first stop 18 and generates a first braking torque. If the torque of the shaft 14 exceeds a specific limit torque, which is determined in particular by the ramp shape of the recesses 34 and the spring force of the springs 32, the sprung balls 30 are moved radially towards the center, i. H. pressed to the common axis of rotation of the actuating element 24 and the shaft 14. As a result, the stationary first braking element 12 rotates relative to the rotating shaft 14 , as a result of which the flattened areas or ramp surfaces 25 move in relation to the pinch rollers 22 . This actuates the second braking stage.

Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung bei aktivierter zweiter Bremsstufe in einer Frontansicht, wobei die zuvor beschriebene Relativverdrehung zwischen Betätigungselement 24 und erstem Bremselement 12 zu sehen ist. Die bei deaktivierter zweiter Bremsstufe links und rechts der Klemmrollen 22 befindlichen Bereiche der Rampenflächen 25 wirken bei einer Verdrehung des Betätigungselements 24 als Rampen 23, die die Klemmrollen 22 radial nach außen gegen die Innenfläche des zweiten Anschlags 28 drücken. Welche der beiden Rampen 23 aktiv ist, hängt von der Drehrichtung der Welle 14 bzw. des Betätigungselements 24 in Bezug auf das erste Bremselement 12 ab. Das durch die zweite Bremsstufe erzeugte Bremsmoment entsteht durch die Reibung zwischen Klemmrollen 22 und der zur Welle 14 weisenden Innenfläche des zweiten Anschlags 28.the 2 shows the braking device according to the invention with the second braking stage activated in a front view, with the relative rotation between the actuating element 24 and the first braking element 12 described above being visible. When the second braking stage is deactivated, the areas of the ramp surfaces 25 to the left and right of the clamping rollers 22 act as ramps 23 when the actuating element 24 is rotated, which press the clamping rollers 22 radially outwards against the inner surface of the second stop 28 . Which of the two ramps 23 is active depends on the direction of rotation of the shaft 14 or of the actuating element 24 in relation to the first braking element 12 . The braking torque generated by the second braking stage is caused by the friction between the clamping rollers 22 and the inner surface of the second stop 28 facing the shaft 14.

Das Betätigungselement 24, die Klemmrollen 22 sowie die gefederten Kugeln 30, 32 bilden einen zweiten Betätigungsmechanismus 26, der die zweite Bremsstufe aktiviert. Anstelle von Rampenflächen 25 in Form von Abflachungen können anders geformte Rampen 23 zum Einsatz kommen, beispielsweise abgeschrägte und/oder geschwungene Flächen. Dies beeinflusst wiederum die Bremsdynamik der zweiten Bremsstufe. Auch die Rampenform der Ausnehmungen 34 kann von linearen Rampen abweichen und/oder eine geringere oder größere Steigung aufweisen, um ein entsprechendes Grenzmoment zur Aktivierung der zweiten Bremsstufe einzustellen. Anstelle von drei können auch weniger (z.B. zwei oder sogar nur eine) oder mehr gefederte Kugeln 30 und Ausnehmungen 34 vorgesehen sein.The actuating element 24, the pinch rollers 22 and the sprung balls 30, 32 form a second actuating mechanism 26 which activates the second braking stage. Instead of ramp surfaces 25 in the form of flat areas, differently shaped ramps 23 can be used, for example beveled and/or curved surfaces. This in turn influences the braking dynamics of the second braking stage. Also the ramp shape of the Aus Recesses 34 can deviate from linear ramps and/or have a smaller or larger gradient in order to set a corresponding limit torque for activating the second braking stage. Instead of three, fewer (eg two or even only one) or more spring-loaded balls 30 and recesses 34 can be provided.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind bei deaktivierter zweiter Bremsstufe die gefederten Kugeln 30, 32 bzw. die Ausnehmungen 34 und die Klemmrollen 22 abwechselnd zueinander angeordnet. Die Mittelpunkte der Klemmrollenausnehmungen 21 und der Ausnehmungen 34 des ersten Bremselements 12 sind also jeweils mit einem Winkel von 60° abwechselnd angeordnet und auf Umfang verteilt.In the exemplary embodiment shown here, the spring-loaded balls 30, 32 or the recesses 34 and the pinch rollers 22 are arranged alternately with one another when the second braking stage is deactivated. The center points of the clamping roller recesses 21 and the recesses 34 of the first braking element 12 are thus each arranged alternately at an angle of 60° and distributed over the circumference.

Das erste Bremselement 12, das Gehäuse mit den Anschlägen 18, 28, das Betätigungselement 24, die Ankerplatte 15 und die Welle 14 sind koaxial zueinander angeordnet. Ferner entspricht die Dicke des ersten Bremselements 12 im Wesentlichen der Dicke des ringförmigen Anschlags der Ankerplatte 15, welcher beim Bremsen das erste Bremselement 12 kontaktiert.The first braking element 12, the housing with the stops 18, 28, the actuating element 24, the anchor plate 15 and the shaft 14 are arranged coaxially with one another. Furthermore, the thickness of the first braking element 12 essentially corresponds to the thickness of the annular stop of the anchor plate 15, which contacts the first braking element 12 during braking.

Das mit der ersten Bremsstufe erzeugte Bremsmoment wird also genutzt, um bei weiterer Wellendrehung die zweite Bremsstufe zu aktivieren. Das dazu erforderliche Drehmoment kann über die radial angeordneten Federn 32 und die Rampenform im Rollenkäfig bzw. ersten Bremselement 12 eingestellt werden. Die erste Bremsstufe bremst die Welle 14 konventionell ab, während die zweite Bremsstufe erst bei Bedarf mechanisch durch die Relativverdrehung aktiviert wird. Das damit erzeugte Halte- bzw. Bremsmoment ist nur durch die maximale Belastbarkeit der Bauteile begrenzt. Das vorgeschlagene Design ist kompakt und deswegen auch problemlos in bestehende Getriebe oder Stellantriebe integrierbar. Der elektrische Leistungsbedarf ist gering.The braking torque generated with the first braking stage is therefore used to activate the second braking stage as the shaft continues to rotate. The torque required for this can be adjusted via the radially arranged springs 32 and the ramp shape in the roller cage or first braking element 12 . The first braking stage brakes the shaft 14 conventionally, while the second braking stage is activated mechanically by the relative rotation only when required. The holding or braking torque thus generated is only limited by the maximum load capacity of the components. The proposed design is compact and can therefore be easily integrated into existing gearboxes or actuators. The electrical power requirement is low.

Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 10 ist auch als schaltbare Kupplung einsetzbar.The braking device 10 according to the invention can also be used as a switchable clutch.

Insgesamt ergeben sich durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Bremsvorrichtung 10 folgende Vorteile:

  • - kompakte Abmessungen,
  • - geringes Gewicht,
  • - hohe Bremskraft,
  • - extrem hohe Bremsmomentverstärkung bei geringem Energieaufwand,
  • - geringe Anzahl von Bauteilen,
  • - geringere Kosten,
  • - hohe Zuverlässigkeit,
  • - einfache Montage,
  • - große Variabilität,
  • - funktionelle Kombination von Klemmrollenkäfig, Bremsscheibe und Synchronisierung,
  • - Eliminierung sämtlicher Spiele, die unter Vibrationen das Bremsmoment reduzieren,
  • - Integrierbarkeit / Nachrüstbarkeit, und
  • - Bremskraft / Haltekraft ist unabhängig von der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung.
Overall, the construction of the braking device 10 according to the invention results in the following advantages:
  • - compact dimensions,
  • - low weight,
  • - high braking power,
  • - Extremely high braking torque boost with low energy consumption,
  • - small number of components,
  • - lower costs,
  • - high reliability,
  • - easy construction,
  • - great variability,
  • - functional combination of roller cage, brake disc and synchronization,
  • - elimination of all play that reduces braking torque under vibration,
  • - integrability / upgradeability, and
  • - Braking force / holding force is independent of the electrical power available.

Bezugszeichenlistereference list

1010
Bremsvorrichtungbraking device
1111
Elektromagnetelectromagnet
1212
Erstes Bremselement (Bremsscheibe)First braking element (brake disc)
1414
WelleWave
1515
Betätigungsplatte (Ankerplatte)actuating plate (anchor plate)
1616
Erster BetätigungsmechanismusFirst actuation mechanism
1717
Federmechanismusspring mechanism
1818
Erster AnschlagFirst stop
2020
GehäuseHousing
2121
Klemmrollenausnehmungpinch roller recess
2222
Zweites Bremselement (Klemmrolle)Second braking element (pinch roller)
2323
Ramperamp
2424
Betätigungselementactuator
2525
Rampenflächeramp area
2626
Zweiter BetätigungsmechanismusSecond operating mechanism
2828
Zweiter AnschlagSecond stop
3030
KugelBullet
3232
FederFeather
3333
Aussparungrecess
3434
Ausnehmungrecess

Claims (15)

Bremsvorrichtung (10), insbesondere elektromechanische Bremse, für ein Antriebssystem eines Hochauftriebssystems eines Flugzeugs, die Bremsvorrichtung aufweisend eine erste Bremsstufe, welche Folgendes umfasst: - ein erstes Bremselement (12), welches mit einer drehbar gelagerten Welle (14) verbunden ist, und - einen ersten Betätigungsmechanismus (16), welcher ausgebildet ist, bei einer Betätigung der Bremsvorrichtung (10) das erste Bremselement (12) gegen einen entlang der Welle (14) axial beabstandeten ersten Anschlag (18) zu drücken, sodass durch die Reibung zwischen erstem Bremselement (12) und erstem Anschlag (18) ein Bremsmoment erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine zweite Bremsstufe umfassend: - mindestens ein zweites Bremselement (22), - einen das erste Bremselement (12) radial zumindest teilweise umgebenden zweiten Anschlag (28), - einen zweiten Betätigungsmechanismus (26), welcher ausgebildet ist, das zweite Bremselement (22) radial gegen den zweiten Anschlag (28) zu drücken, wenn ein Drehmoment der Welle (14) ein definiertes, die zweite Bremsstufe aktivierendes Grenzmoment überschreitet, sodass durch die Reibung zwischen zweitem Bremselement (22) und zweitem Anschlag (28) ein Bremsmoment erzeugt wird.Braking device (10), in particular an electromechanical brake, for a drive system of a high-lift system of an aircraft, the braking device having a first braking stage, which comprises the following: - a first braking element (12) which is connected to a rotatably mounted shaft (14), and - a first actuating mechanism (16) which is designed to press the first braking element (12) against a first stop (18) spaced axially along the shaft (14) when the braking device (10) is actuated, so that the friction between the first braking element (12) and first stop (18), a braking torque is generated, characterized by a second braking stage comprising: - at least one second braking element (22), - a second stop (28) at least partially surrounding the first braking element (12) radially, - a second actuating mechanism (26 ), which is designed to press the second braking element (22) radially against the second stop (28) when a torque of the shaft (14) exceeds a defined limit torque activating the second braking stage, so that the friction between the second braking element (22 ) and second stop (28) a braking torque is generated. Bremsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Betätigungsmechanismus (26) ausgebildet ist, aufgrund einer Relativbewegung, insbesondere einer relativen Drehbewegung, zwischen Welle (14) und erstem Bremselement (12) das zweite Bremselement (22) gegen den zweiten Anschlag (28) zu drücken.Braking device (10) after claim 1 , wherein the second actuating mechanism (26) is designed to press the second brake element (22) against the second stop (28) due to a relative movement, in particular a relative rotary movement, between the shaft (14) and the first brake element (12). Bremsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Bremselement (12) nicht rotationsstarr mit der Welle (14) verbunden ist, wobei vorzugsweise der zweite Betätigungsmechanismus (26) ausgebildet ist, eine Relativbewegung zwischen erstem Bremselement (12) und Welle (14) zu blockieren, insbesondere kraftschlüssig zu blockieren, wenn ein Drehmoment der Welle (14) unterhalb des Grenzmoments liegt.Braking device (10) after claim 1 or 2 , wherein the first braking element (12) is not rotationally rigidly connected to the shaft (14), wherein the second actuating mechanism (26) is preferably designed to block a relative movement between the first braking element (12) and the shaft (14), in particular to block it in a non-positive manner , when a torque of the shaft (14) is below the limit torque. Bremsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Betätigungsmechanismus (26) einen radial wirkenden Kugelrampenmechanismus mit vorzugsweise mindestens zwei, besonders vorzugsweise mindestens drei radial beweglichen Kugeln (30) umfasst.Braking device (10) according to one of the preceding claims, wherein the second actuating mechanism (26) comprises a radially acting ball ramp mechanism with preferably at least two, particularly preferably at least three, radially movable balls (30). Bremsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Bremselement (22) eine Klemmrolle ist, welche in einer Klemmrollenausnehmung (21) des ersten Bremselements (12) drehbar gelagert ist, wobei vorzugsweise mindestens zwei, besonders vorzugsweise mindestens drei Klemmrollen (22) vorgesehen sind.Braking device (10) according to one of the preceding claims, wherein the second braking element (22) is a clamping roller which is rotatably mounted in a clamping roller recess (21) of the first braking element (12), with preferably at least two, particularly preferably at least three clamping rollers (22 ) are provided. Bremsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Betätigungsmechanismus (26) ein mit der Welle (14) rotationsstarr verbundenes Betätigungselement (24) umfasst, welches zumindest teilweise innerhalb des ersten Bremselements (12) angeordnet und insbesondere derart ausgebildet ist, dass es bei einer Relativbewegung zwischen Welle (14) und erstem Bremselement (12) das zweite Bremselement (22) kontaktiert und radial nach außen gegen den zweiten Anschlag (28) drückt.Braking device (10) according to one of the preceding claims, wherein the second actuating mechanism (26) comprises an actuating element (24) which is connected to the shaft (14) in a rotationally rigid manner and which is at least partially arranged within the first braking element (12) and is in particular designed in such a way that when there is a relative movement between the shaft (14) and the first braking element (12), it contacts the second braking element (22) and presses it radially outwards against the second stop (28). Bremsvorrichtung (10) nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei das Betätigungselement (24) mindestens eine Rampe (23) umfasst, welche einer Innenfläche des ersten Bremselements (12) gegenüberliegt und auf welcher die mindestens eine Klemmrolle (22) bei einer Relativbewegung zwischen Welle (14) und erstem Bremselement (12) derart abrollt, dass sie sich radial nach außen bewegt.Braking device (10) according to claims 5 and 6 , wherein the actuating element (24) comprises at least one ramp (23) which is opposite an inner surface of the first braking element (12) and on which the at least one clamping roller (22) during a relative movement between the shaft (14) and the first braking element (12) such rolls so that it moves radially outwards. Bremsvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das erste Bremselement (12) ringförmig ist und das Betätigungselement (24) insbesondere vollständig umschließt.Braking device (10) after claim 6 or 7 , wherein the first braking element (12) is ring-shaped and in particular completely encloses the actuating element (24). Bremsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Bremselement (12) mindestens eine Ausnehmung (34) mit einer Kugelrampe aufweist, insbesondere an einer der Welle (14) zugewandten Innenfläche, in welcher eine Kugel (30) gelagert und mittels einer radial verlaufenden Feder (32) in eine Verriegelungsposition am tiefsten Punkt der Ausnehmung (34) vorgespannt ist.Braking device (10) according to one of the preceding claims, wherein the first braking element (12) has at least one recess (34) with a ball ramp, in particular on an inner surface facing the shaft (14), in which a ball (30) is mounted and by means of a radially extending spring (32) is biased into a locking position at the deepest point of the recess (34). Bremsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und nach Anspruch 9, wobei die Feder (32) in einer radial verlaufenden Aussparung (33) des Betätigungselements (24) gelagert ist und die Kugel (30) radial nach außen in die Ausnehmung (34) des ersten Bremselements (12) drückt.Braking device (10) according to one of Claims 6 until 8th and after claim 9 , wherein the spring (32) is mounted in a radially extending recess (33) of the actuating element (24) and presses the ball (30) radially outwards into the recess (34) of the first braking element (12). Bremsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Betätigungsmechanismus (16) eine Betätigungsplatte (15) umfasst, welche auf der dem ersten Anschlag (18) gegenüberliegenden Seite des ersten Bremselements (12) angeordnet ist und über einen Federmechanismus (17) in Richtung des ersten Bremselements (12) gedrückt wird, wobei der erste Betätigungsmechanismus (16) vorzugsweise ferner einen Elektromagneten (11) umfasst, welcher ausgebildet ist, bei Bestromung die Betätigungsplatte (15) entgegen der Kraft des Federmechanismus (17) vom ersten Bremselement (12) fernzuhalten.Braking device (10) according to one of the preceding claims, wherein the first actuating mechanism (16) comprises an actuating plate (15) which is arranged on the side of the first braking element (12) opposite the first stop (18) and via a spring mechanism (17) is pressed in the direction of the first braking element (12), the first actuating mechanism (16) preferably further comprising an electromagnet (11) which is designed, when energized, to push the actuating plate (15) against the force of the spring mechanism (17) from the first braking element ( 12) keep away. Bremsvorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Anschlag (18) und der zweite Anschlag (28) ein das erste Bremselement (12) insbesondere vollständig umgebendes Gehäuse (20) bilden, durch welches vorzugsweise die Welle (14) hindurchgeführt ist.Braking device (10) according to the preceding claim, wherein the first stop (18) and the second stop (28) form a housing (20) which in particular completely surrounds the first braking element (12) and through which the shaft (14) is preferably passed. Bremsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Bremsstufe eine elektromechanische Power-Off-Bremse ist.Braking device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the first braking stage is an electromechanical power-off brake. Antriebssystem für ein Hochauftriebssystem eines Flugzeugs mit einer Bremsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Drive system for a high-lift system of an aircraft with a braking device (10) according to one of the preceding claims. Flugzeug mit einer Bremsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, welche insbesondere Teil eines Antriebssystems eines Hochauftriebssystems ist.Aircraft with a braking device (10) according to one of Claims 1 until 13 , which is in particular part of a drive system of a high-lift system.
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