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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische
Bremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine derartige Bremse ist bekannt
aus der
DE 199 44
876 A1 . Die bekannte bremse weist einen Elektromotor auf,
mit dem über
ein Schraubgetriebe ein Reibbremsbelag an einen drehbaren Bremskörper andrückbar ist.
Dem Elektromotor und dem Schraubgetriebe ist bei der bekannten Bremse
ein Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe zwischengeschaltet,
was allerdings nicht zwingend ist. Die bekannte Bremse ist als Scheibenbremse
ausgebildet, ihr Bremskörper
ist eine Bremsscheibe. Die bisher genannten Teile der bekannten
Bremse bilden eine Betriebsbremse.
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Zur zusätzlichen Ausbildung als Feststellbremse
weist die bekannte Bremse eine Feststelleinrichtung auf, mit der
die Betriebsbremse in betätigter Stellung
feststellbar ist. Die Feststelleinrichtung umfasst ein Klinkenrad,
das drehfest mit einem Rotor des Elektromotors ist, und eine Sperrklinke,
die mit dem Klinkenrad in- und außer Eingriff bringbar ist. Steht
die Sperrklinke in Eingrift mit dem Klinkenrad, sperrt sie das Klinkenrad
gegen Drehung und stellt dadurch die Betriebsbremse in ihrer jeweiligen
Stellung fest. Befindet sich die Sperrklinke außer Eingriff vom Klinkenrad
ist der Rotor des Elektromotors frei drehbar und damit die Betriebsbremse
betätigbar und
lösbar.
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Erläuterung
und Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße, elektromechanische Bremse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen schaltbaren Freilauf
als Feststelleinrichtung auf, wobei eine Freilaufrichtung einer
Betätigungsrichtung
der Betriebsbremse entspricht. In eingeschalteter Stellung lässt der
Freilauf eine Betätigung der
Betriebsbremse zu und sperrt gegen ein Lösen der Betriebsbremse. In
abgeschalteter Stellung ist der Freilauf nicht wirksam und ein Betätigen und
Lösen der
Betriebsbremse ist in herkömmlicher
Weise möglich.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Bremse auch bei eingeschaltetem
Freilauf betätigbar und
fester zuspannbar ist. Bei Verwendung als Feststellbremse kann daher
der Freilauf vor oder während
einer Betätigung
der Bremse, d. h. vor oder während
des Zuspannens, eingeschaltet werden. Auch ist eine Erhöhung einer
Bremskraft bei eingeschaltetem Freilauf möglich.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum
Gegenstand.
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Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Bremse
eine drehmomentgeschaltete Kupplung auf, die ein Drehmoment vom
Freilauf auf beispielsweise ein Schraubgetriebe zum Andrücken eines
Reibbremsbelags an einen drehbaren und zu bremsenden Bremskörper überträgt (Anspruch
2). Unter einer drehmomentgeschalteter Kupplung ist eine, Vorrichtung
zu verstehen, die Drehmomente bis zu höchstens einem Grenzdrehmoment überträgt und über dem
Grenzdrehmoment liegende Drehmomente nicht überträgt. Durch Überschreiten des Grenzdrehmoments
der drehmomentgeschalteten Kupplung lässt sich die erfindungsgemäße Bremse
auch dann betätigen
und lösen,
wenn der Freilauf durch Defekt blockiert ist. Eine Verfügbarkeit
der Bremse ist dadurch erhöht.
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Anspruch 3 sieht eine Sperrkörper-Kupplung als
drehmomentgeschaltete Kupplung vor, da das Grenzdrehmoment einer
Sperrkörper-Kupplung
exakter vorgebbar ist als beispielsweise das Grenzdrehmoment einer
Rutschkupplung. Außerdem
ist eine Änderung
des Grenzdrehmoments durch Verschleiß bei einer Sperrkörper-Kupplung
niedrig. Sperrkörper-Kupplungen
sind beispielsweise mit federbelasteten Kugeln oder Bolzen bekannt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung
gemäß Anspruch
4 sieht vor, dass der Freilauf durch Betätigen der Betriebsbremse abschaltbar
ist. In der Feststellbremsfunktion, also bei in betätigter Stellung
festgestellter Betriebsbremse, lässt
sich die Bremse dadurch lösen,
dass sie zunächst
weiter zugespannt wird, wodurch der Freilauf abgeschaltet wird,
so dass die Bremse lösbar
ist. Die erfindungsgemäße Bremse
ist dadurch lösbar
und uneingeschränkt
als Betriebsbremse nutzbar bei einem Defekt ihres die Feststelleinrichtung
bildenden Freilaufs. Die Verfügbarkeit
der erfindungsgemäßen Bremse
ist dadurch erhöht.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung
gemäß Anspruch
5 sieht vor, den Freilauf nach Art einer Ratsche mit einem Klinkenrad
und einer in das Klinikenrad ein- und ausrückbaren Sperrklinke auszubilden. Mit
eingerückter
Sperrklinke ist der Freilauf eingeschaltet, mit ausgerückter Sperrklinke
ist der Freilauf abgeschaltet. Das Klinkenrad weist beispielsweise sägezahnförmige Zähne auf,
die bei Drehung des Klinkenrads in einer Freilaufrichtung die eingerückte Sperrklinke
außer
Eingriff drücken,
also ausrücken. Die
ausgerückte
Stellung der Sperrklinke ist stabil, d. h. die Sperrklinke tritt
nicht von selbst in Eingriff mit dem Klinkenrad. Der Freilauf lässt sich
dadurch durch Drehung des Klinkenrads in Freilaufrichtung, d. h.
durch Betätigen
der Bremse, abschalten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Achsschnitt einer erfindungsgemäßen elektromechanischen
Bremse; und
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2 eine
Einzelheitdarstellung gemäß Pfeil II
in 1.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die in der Zeichnung dargestellte,
erfindungsgemäße elektromechanische
Bremse 10 ist als Scheibenbremse ausgebildet. Sie weist
einen Bremssattel 12 auf, in dem zwei Reibbremsbeläge 14 beiderseits
einer Bremsscheibe 16 einliegen. Der Bremssattel 12 ist
als sog. Schwimmsattel ausgebildet, d. h. er ist quer zur Bremsscheibe 16 verschieblich.
Durch Andrücken
des einen, in der Zeichnung rechts dargestellten Reibbremsbelags 14 an
die Bremsscheibe 16 wird der Bremssattel 12 quer
zur Bremsscheibe 16 verschoben und drückt den anderen, in der Zeichnung
links dargestellten Reibbremsbelag 14 an die andere Seite
der Bremsscheibe 16 an.
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Auf einer Seite der Bremsscheibe 16 weist der
Bremssattel 12 ein Motor- und Getriebegehäuse 18 auf,
das auf einer der Bremsscheibe 16 abgewandten Seite mit
einem Deckel 20 verschlossen ist. Im Motor- und Getriebegehäuse 18 ist
ein Elektromotor 22 untergebracht. Ein Stator 24 des
Elektromotors 22 ist fest im Motor- und Getriebegehäuse 18 angeordnet.
Der Elektromotor 22 ist als Hohlwellenmotor ausgebildet,
sein Rotor 26 ist rohrförmig.
Der Rotor 26 ist mit einem Schrägrollenlager 28 drehbar
im Motor- und Getriebegehäuse 18 gelagert
und stützt
sich über
das Schrägrollenlager 28 axial
im Motor- und Getriebegehäuse 18 ab.
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In dem die Hohlwelle des Elektromotors 22 bildenden,
rohrförmigen
Rotor 26 ist ein Schraubgetriebe 30 zur Umwandlung
einer Rotationsbewegung des Elektromotors 22 in eine translatorische
Bewegung zum Andrücken
des Reibbremsbelags 14 an die Bremsscheibe 16 untergebracht.
Das Schraubgetriebe 30 ist im dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung als Rollengewindetrieb 32 ausgeführt. Der
Rotor 26 des Elektromotors 22 ist Teil des Rollengewindetriebs 32,
er ist mit einem Innengewinde 38 versehen und bildet eine
Mutter des Rollengewindetriebs 32. Außer dem Rotor 26 weist
der Rollengewindetrieb 32 eine Spindel 34 und eine
Anzahl Gewinderollen 36 auf. Die Spindel 34 ist koaxial
im Rotor 26 angeordnet. Die Gewinderollen 36 befinden
sich in einem Zwischenraum zwischen der Spindel 34 und
dem rohrförmigen
Rotor 26. Die Gewinderollen 36 stehen sowohl mit
einem Gewinde der Spindel 34 als auch mit einem Innengewinde 38 des
Rotors 26 in Eingriff. Die Gewinderollen 36 sind über den
Umfang der Spindel 34 verteilt angeordnet. Bei einem rotierenden
Antrieb des Rotors 26 wälzen die
Gewinderollen 36 im Innengewinde 38 des Rotors 26 und
auf dem Gewinde der Spindel 34 ab und vollführen zugleich
eine Umlaufbewegung um die Spindel 34 nach Art von Planetenrädern eines
Planetengetriebes. Die Umlaufbewegung der Gewinderollen 36 bewirkt
eine Axialverschiebung der Spindel 34.
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An einem der Bremsscheibe 16 zugewandten
Ende der Spindel 34 ist der eine Reibbremsbelag 14 angebracht.
Eine Drehsicherungsrippe 40 des Bremssattels 12,
die in eine in der Zeichnung nicht sichtbare Aussparung des Reibbremsbelags 14 eingreift,
verhindert ein Mitdrehen des Reibbremsbelags 14 und der
mit ihm verbundenen Spindel 34 beim rotierenden Antrieb
des die Mutter des Rollengewindetriebs 32 bildenden Rotors 26.
Durch rotierenden Antrieb des Rotors 26, also durch Bestromen
des Elektromotors 22 lässt
sich über
den Rollengewindetrieb 32 der Reibbremsbelag 14 an
die Bremsscheibe 16 andrücken und bei umgekehrter Drehrichtung
des Rotors 26 von der Bremsscheibe 16 abheben.
Das Andrücken
des Reibbremsbelags 14 an die Bremsscheibe 16 soll
auch als Betätigen,
das Abheben des Reibbremsbelags 14 von der Bremsscheibe 16 als Lösen der
Bremse 10 bezeichnet werden.
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Im bisher beschriebenen Umfang bildet
die elektromechanische Bremse 10 eine Betriebsbremse. Zur
zusätzlichen
Ausbildung als Feststellbremse weist die erfindungsgemäße Bremse 10 ein
Feststelleinrichtung 42 auf. Die Feststelleinrichtung 42 umfasst
einen schaltbaren Freilauf 44, der als sog. Ratsche oder
Klinkenfreilauf ausgebildet ist. Es kommen grundsätziich auch
andere, schaltbare Freiläufe
in Betracht. Der Freilauf 44 umfasst ein Klinkenrad 46, das
gegenüber
dem Rotor 26 des Elektromotors 22 drehbar ist.
Das Klinkenrad 46 ist als eine Art Zahnrad ausgebildet,
wobei das Klinkenrad 46 sägezahnförmige Zähne 47 aufweist, wie
in der Einzelheitdarstellung von 2 gut
erkennbar. Außer
dem Klinkenrad 46 weist der Freilauf 44 eine Sperrklinke 48 auf,
die zum Schalten des Freilaufs 44 mit einem bistabilen
Elektromagneten 50 in- und außer Eingriff vom Klinkenrad 46 bringbar
ist. Die Stellung, in der sich die Sperrklinke 48 in Eingriff
mit dem Klinkenrad 46 befindet kann auch als eingerückte Stellung
bezeichnet werden. Die Stellung, in der sich die Sperrklinke 48 außer Eingriff
vom Klinkenrad 46 befindet, kann auch als ausgerückte Stellung
bezeichnet werden. Die Sperrklinke 48 und der Elektromagnet 50 sind
in einer Ebene mit dem Klinkenrad 46, d. h. radial zum
Rotor 26, außen
an einem Umfang des Klinkenrads 46 angeordnet. Die Sperrklinke 48 ist
radial zum Klinkenrad 46 verschieblich in einem Gehäuse 52 des
Elektromagneten 50 geführt.
Diese Anordnung und Konstruktion ist nicht zwingend, es ist beispielsweise
auch eine achsparallele Anordnung einer Sperrklinke denkbar (nicht
dargestellt).
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Der Elektromagnet 50 weist
einen klotzförmigen
Anker 54 auf, der fest auf die Sperrklinke 48 aufgesetzt
ist. Auf einer dem Klinkenrad 46 abgewandten Seite ist
das Gehäuse 52 des
Elektromagneten 50 mit einem vergleichsweise massiven,
kappenförmigen
Polstück 56 verschlossen,
das einen Deckel des Gehäuses 52 bildet.
Eine dem Klinkenrad 46 zugewandte Seite des Gehäuses 52 des
Elektromagneten 50 ist von einem lochscheibenförmigen Permanentmagneten 58 verschlossen.
Die Sperrklinke 48 ist im Polstück 56 und im Permanentmagneten 58 verschieblich
geführt.
Das Polstück 56 ist
von einer Ringspule 60 umschlossen. Zwischen dem Permanentmagneten 58 und
dem Anker 54 ist eine Schraubendruckfeder 62 auf
die Sperrklinke 48 aufgesetzt, die sich am Permanentmagneten 58 abstützt und
die über
das Polstück 54 die
Sperrklinke 48 vom Klinkenrad 46 wegdrückt.
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Zum Einschalten des Freilaufs 44 wird
die Spule 60 des bistabilen Elektromagneten 50 bestromt,
so dass der Anker 54 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 52 zum
Permanentmagneten 58 bewegt wird. Die mit dem Anker 54 fest
verbundene Sperrklinke 48 gelangt dadurch in Eingriff mit
dem Klinkenrad 46. Bei am Permanentmagneten 58 anliegendem
Anker 54 ist die Magnetkraft des Permanentmagneten 58 größer als
die Kraft der Schraubendruckfeder 62, so dass der Anker 54 auch
bei unbestromter Ringspule 60 am Permanentmagneten 58 verbleibt
und die Sperrklinke 48 in Eingriff mit dem Klinkenrad 46 hält. Die
Stellung, in der sich die Sperrklinke 48 in Eingriff mit
dem Klinkenrad 46 befindet ist also stromlos stabil.
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Zum Abschalten des Freilaufs 44 wird
die Ringspule 60 des bistabilen Elektromagneten 50 in umgekehrter
Richtung bestromt, so dass das Magnetfeld der Ringspule 60 eine
Magnetkraft des Permanentmagneten 58 so stark schwächt, dass
die Schraubendruckfeder 62 den Anker 54 vom Permanentmagneten 58 abdrückt und
dadurch die Sperrklinke 48 außer Eingriff vom Klinkenrad 46 bringt. Auch
diese Stellung des Elektromagneten 50 ist stabil, da bei
unbestromter Ringspule 60 die Magnetkraft des Elektromagneten 58 nicht
ausreicht, um den vom Permanentmagneten 58 beabstandeten
Anker 54 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 62 zu
bewegen. Der Elektromagnet 50 ist also bistabil, d. h. sein
Anker 54 und mit ihm die Sperrklinke 48 verbleiben
bei stromloser Ringspule 60 in der jeweiligen Stellung.
Der Elektromagnet 50 muss nur zum Umschalten, also zum
Ein- und Ausschalten des Freilaufs 44, d. h. zum Ein- und
Ausrücken
der Sperrklinke 48 bestromt werden.
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Der Freilauf 44 weist eine
Besonderheit auf: Ein dem Klinkenrad 46 zugewandtes Ende
der Sperrklinke 48 weist eine zu den sägezahnförmigen Zähnen 47 des Klinkenrads 46 komplementäre Schräge 64 auf
wie in 2 zu sehen. Durch Drehen
des Klinkenrads 46 in einer in 2 mit 66 bezeichneten Freilaufrichtung
drücken
die Zähne 47 die
Sperrklinke 48 an deren Schräge 64 radial nach
außen
außer Eingriff
vom Klinkenrad 46. Dabei heben die Zähne 47 des Klinkenrads 46 den
Anker 54 des Elektromagneten 50 vom Permanentmagneten 58 ab.
Aufgrund des dadurch bewirkten Zwischenraums zwischen dem Permanentmagneten 58 und
dem Anker 54 wird die auf den Anker 54 ausgeübte Magnetkraft
des Permanentmagneten 58 so stark geschwächt, dass
die Schraubendruckfeder 62 den Anker 54 vollends
vom Permanentmagneten 58 wegdrückt. Die Sperrklinke 48 wird
also durch Drehen des Klinkenrads 46 in Freilaufrichtung 66 ausgerückt, der
Freilauf 44 wird abgeschaltet, sofern die Ringspule 60 nicht
bestromt ist. Die Freilaufrichtung 66 des Klinkenrads 46 entspricht der
Betätigungs-
oder Zuspannrichtung der Bremse 10. Der Freilauf 44 der
erfindungsgemäßen Bremse 10 ist
also durch Betätigen
oder durch stärkeres
Zuspannen der Bremse 10 abschaltbar.
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Durch die sägezahnförmigen Zähne 47 des Klinkenrads 46 und
die Schräge 64 der
Sperrklinke 48 ist das Klinkenrad 46 in einer
Richtung drehbar und sperrt gegen Drehung in entgegengesetzter Richtung,
wenn die Sperrklinke 48 eingerückt, d. h. der Freilauf 44 eingeschaltet
ist. Die Richtung, in der das Klinkenrad 46 bei eingerückter Sperrklinke 48 drehbar
ist, wird als Feilaufrichtung bezeichnet und ist in 2 mit Pfeil 66 dargestellt.
Als Freilaufrichtung 66 ist die Betätigungs- und Zuspannrichtung
der Bremse 10 gewählt.
Die Bremse 10 lässt
sich bei eingeschaltetem Freilauf 44 betätigen und
ist gegen Lösen
gesperrt. Bei ausgerückter
Sperrklinke 48, also bei abgeschaltetem Freilauf 44 ist
das Klinkenrad 46 in beiden Drehrichtungen frei drehbar,
die Bremse 10 lässt
sich betätigen
und lösen.
Der schaltbare Freilauf 44 bildet eine Feststelleinrichtung
der Bremse 10, mit dem die Bremse 10 in betätigter Stellung
feststellbar ist. Eine einmal aufgebrachte Bremskraft bleibt bei
stromloser Bremse 10 aufrecht erhalten, wenn der Freilauf 44 eingeschaltet
ist. Es ist weder eine Bestromung des Elektromotors 10 noch
des Elektromagneten 50 zur Aufrechterhaltung einer einmal
aufgebrachten Bremskraft erforderlich. Durch den schaltbaren Freilauf 44 bildet
die erfindungsgemäße, elektromechanische
Bremse 10 eine Betriebs- und Feststellbremse.
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Zur Übertragung eines Drehmoments
vom Rotor 26 auf das Klinkenrad 46 des Freilaufs 44 und umgekehrt
weist die Bremse 10 eine drehmomentgeschaltete Kupplung 68 auf.
Diese ist im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung als Sperrkörper-Kupplung
ausgebildet. Die drehmomentgeschaltete Kupplung 68 weist
eine lochscheibenförmige
Kupplungsscheibe 70 auf, die über noch zu erläuternde,
kalottenförmige
Sperrkörper 72 mit
dem Klinkenrad 46 zusammenwirkt. Die Kupplungsscheibe 70 ist
axial neben dem Klinkenrad 46 drehfest auf den Rotor 26 aufgesetzt,
sie ist mit einer Anzahl achsparalleler Bohrungen 74 versehen, die äquidistant
auf einem gedachten, zur Kupplungsscheibe 70 konzentrischen
Kreis angeordnet sind. In den Bohrungen 74 liegen die kalottenförmigen Sperrkörper 72 ein,
die an einer der Kupplungsscheibe 70 zugewandten Stirnseite
des Klinkenrads 46 angebracht sind. Ein als Schraubendruckfeder
ausgebildetes Federelement 76, das auf den Rotor 26 aufgesetzt,
ist und sich an einem Flansch 78 des Rotors 26 abstützt, drückt das
Klinkenrad 26 in Richtung der Kupplungsscheibe 70 und
drückt
dadurch die Sperrkörper 72 in
die Bohrungen 74 der Kupplungsscheibe 70. Auf
diese Weise überträgt die drehmomentgeschaltete
Kupplung 68, die die Kupplungsscheibe 70 mit den
Bohrungen 74, das Klinkenrad 46 des Freilaufs 44 mit
den Sperrkörpern 72 und
das Federelement 76 umfasst, ein Drehmoment von der Kupplungsscheibe 70 und
von dem mit ihr drehfesten Rotor 26 auf das Klinkenrad 46 des
Freilaufs 44 und umgekehrt. Überschreitet ein zwischen dem
Klinkenrad 46 und der Kupplungsscheibe 70 wirksames
Drehmoment ein Grenzmoment, drückt
das Drehmoment die Sperrkörper 72 gegen
die Kraft des Federelements 76 außer Eingriff von den Bohrungen 74 der Kupplungsscheibe 70.
Die Kupplungsscheibe 70 und mit ihr der Rotor 26 sind
somit durch Überschreiten des
Grenzmoments der drehmomentgeschalteten Kupplung 68 gegenüber dem
Klinkenrad 46 drehbar. Dadurch lässt sich die Bremse 10 auch
dann betätigen
und lösen,
wenn das Klinkenrad 46 des Freilaufs 44 beispielsweise
durch einen Defekt blockiert ist. Die Bremse 10 ist dadurch
auch bei nicht lösbarer Feststellbremse
verfügbar.