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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Lüftspieleinstellung einer derartigen Bremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9 und einen Freilauf für eine derartige Bremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
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Elektromechanische Bremsen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen an sich bekannt. Sie weisen eine Betätigungseinheit mit einem Elektromotor und einem Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe auf, über das ein Reibbremsbelag an einen zu bremsenden Bremskörper, beispielsweise an eine Bremstrommel oder eine Bremsscheibe, drückbar ist. Dem Elektromotor und dem Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe kann ein Untersetzungsgetriebe zwischengeschaltet sein. Als Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe finden vielfach Schraubgetriebe Verwendung. Es bestehen auch andere Möglichkeiten zur Umsetzung zur einer Rotationsbewegung des Elektromotors oder eines ihm nachgeschalteten Untersetzungsgetriebes in eine Translationsbewegung zum Drücken des Reibbremsbelags gegen den Bremskörper, beispielsweise kann dazu ein Nocken verwendet werden.
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Eine derartige elektromechanische Bremse ist bekannt aus der
DE 199 45 543 A1 . Zur Verwirklichung einer Feststellbremsfunktion weist die bekannte Bremse eine als Freilauf bezeichnete, schaltbare Feststelleinrichtung auf, mit der ein Rotor eines Elektromotors feststellbar ist. Zum Schalten weist die Feststelleinrichtung einen bistabilen Elektromagneten auf, mit dem ein Sperrkörper in formschlüssigen Eingriff mit zwei ansonsten gegeneinander drehbaren Ringen bringbar ist und dadurch gegen eine Drehung der Ringe gegeneinander sperrt. Dies ist der eingeschaltete Zustand der Feststelleinrichtung, in dem die Feststelleinrichtung gegen ein Drehen des Elektromotors in beiden Drehrichtungen sperrt und damit ein Betätigen und ein Lösen der elektromechanischen Bremse verhindert. In ausgeschaltetem Zustand steht der Sperrkörper außer Eingriff von einem der beiden Ringe der Feststelleinrichtung, so dass die Ringe der Feststelleinrichtung frei gegeneinander drehbar sind. Der Elektromotor ist dadurch drehbar und die elektromechanische Bremse lässt sich betätigen und lösen.
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Eine vergleichbare elektromechanische Bremse offenbart das Patent
DE 602 04 839 T2 . Dieses Patent beschreibt und zeigt eine elektromechanische Scheibenbremse mit einem Elektromotor, der über ein zweistufiges Planetengetriebe und einen Kugelgewindetrieb einen Reibbremsbelag gegen eine Bremsscheibe drückt. Zu einer Feststellung der Bremse in betätigtem Zustand ist eine Zahnscheibe mit sägezahnförmigen Zähnen drehfest auf einem dem Reibbremsbelag abgewandten Ende einer Motorwelle des Elektromotors angeordnet, die mit einer Sperrklinke zusammenwirkt, die von einem Permanentmagneten außer Eingriff von den Zähnen der Zahnscheibe gehalten wird und mit einem Elektromagneten in Eingriff mit den Zähnen der Zahnscheibe bringbar ist. Um die Sperrklinke außer Eingriff zu bringen muss der Elekromotor bestromt werden, so dass sich die Motorwelle mit der Zahnscheibe in einer Zuspannrichtung der Scheibenbremse dreht und einer der sägezahnförmigen Zähne die Sperrklinke nach außen in einen Wirkungsbereich des Permanentmagneten drückt, woraufhin die Sperrklinke nach außen außer Eingriff von der Zahnscheibe gelangt und die Bremse gelöst werden kann.
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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 monostabilen, schaltbaren Freilauf auf, der in eingeschaltetem Zustand ein Betätigen der Bremse zulässt und gegen ein Lösen der Bremse sperrt. In ausgeschaltetem Zustand lässt der Freilauf sowohl ein Betätigen als auch ein Lösen der Bremse zu. Der eingeschaltete Zustand des Freilaufs ist instabil, d. h. der Freilauf stellt sich von selbst in seinen ausgeschalteten Zustand wenn er nicht im eingeschalteten Zustand gehalten wird. Der ausgeschaltete Zustand des Freilaufs ist stabil. Der Freilauf kann auch durch ein in Sperrrichtung des Freilaufs wirkendes Moment im eingeschalteten, sperrenden Zustand gehalten werden.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Freilauf aufgrund seiner monostabilen Ausbildung mittels des Elektromotors der Betätigungseinheit ausschaltbar ist, indem der Elektromotor in einer Betätigungsrichtung (Zuspannrichtung) der elektromechanischen Bremse bestromt wird. Dadurch ergibt sich eine höhere Bremsdynamik wenn der Freilauf bei gelöster elektromechanischer Bremse eingeschaltet ist, die elektromechanische Bremse lässt sich sofort in Zuspannrichtung betätigen ohne dass zuvor der Freilauf ausgeschaltet werden muss. Weiterer Vorteil der Erfindung ist eine gegen unendlich gehende Sperrkraft des Freilaufs, der Freilauf erhält in eingeschaltetem Zustand an sich beliebig hohe Betätigungskräfte der elektromechanischen Bremse aufrecht. Zusätzlicher Vorteil ist, dass der Freilauf keine Rasterung aufweist, die elektromechanische Bremse ist stufenlos in jeder Stellung feststellbar.
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Die Erfindung ist an unterschiedlichen Bremsenbauformen wie besipielsweise Scheibenbremsen, Trommelbremsen, Lamellenbremsen oder Klauenbremsen ausführbar.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Freilauf als Klemmfreilauf ausgebildet (Anspruch 5). Klemmfreiläufe werden üblicherweise als Klemmrollen- oder Klemmkörperfreiläufe ausgeführt. Sie arbeiten weitgehend geräuschlos und mit größeren Schaltgeschwindigkeiten als beispielsweise Klinkenfreiläufe. Zudem ist die Sperrkraft bzw. das Sperrmoment erhöht. Klemmrollenfreiläufe weisen gegeneinander drehbare Körper auf, deren Zwischenraum sich in einer Richtung keilförmig verjüngt, so dass sich bei Drehung in einer Richtung Klemmrollen in Richtung der enger werdenden Keilspalte bewegen und gegen ein weiteres gegeneinander Drehen der Körper sperren. Klemmkörperfreiläufe weisen konzentrische Laufbahnen Ihrer gegeneinander bewegbaren Körper auf, dafür sind die Klemmkörper unrund.
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sieht ein Einschalten des Freilaufs beim Lösen der elektromechanischen Bremse so vor, dass sich ein gewünschtes Lüftspiel einstellt. Der Freilauf wird vor Erreichen des gewünschten Lüftspiels eingeschaltet da er einen Leerweg bis zum Sperren aufweist. Das Verfahren hat den Vorteil einer einfachen Verschleißnachstellung.
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Der erfindungsgemäße Freilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 10 ist oben anhand der elektromechanischen Bremse erläutert worden. Er eignet sich außer für elektromechanische Bremsen auch für andere Verwendungen und wird daher selbstständig beansprucht.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schemadarstellung einer elektromechanischen Bremse gemäß der Erfindung; und
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2a und 2b einen schaltbaren Freilauf der Bremse aus 1 in ausgeschaltetem Zustand (2a) und in eingeschaltetem Zustand (2b), in einem Querschnitt.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Bremse 10 ist als elektromechanische Bremse ausgebildet und weist eine mechanische Selbstverstärkung auf. Sie ist zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehen. Die Bremse 10 weist ein Bremssattel 12 auf, in dem ein fester Reibbremsbelag 14 und ein beweglicher Reibbremsbelag 16 angeordnet sind. Die Reibbremsbeläge 14, 16 befinden sich beiderseits einer Bremsscheibe 18, die einen drehbaren, zu bremsenden Bremskörper bildet.
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Die Bremse 10 weist eine elektromechanische Betätigungseinheit 20 auf, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Die Betätigungseinheit 20 umfasst einen Elektromotor und einen Kugelgewinde als Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe. Dem Elektromotor und dem Kugelgewindetrieb können ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe zwischengeschaltet sein. Die Teile der Betätigungseinheit 20 sind im Gehäuse 22 untergebracht und deswegen in der Zeichnung nicht sichtbar. Eine Spindel 24 des Kugelgewindetriebs der Betätigungseinheit 20 ist mit dem beweglichen Reibbremsbelag 16 zug- und druckfest verbunden, so dass mit der Betätigungseinheit 20 der bewegliche Reibbremsbelag 16 parallel zur Bremsscheibe 18, oder genauer ausgedrückt parallel zu einer von zwei noch zu erläuternden Rampen 32 schräg in einem spitzen Winkel zur Bremsscheibe 18 verschiebbar ist. Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Reibbremsbelag 16 in beiden Richtungen parallel zur Bremsscheibe 18 verschiebbar, die Spindel überträgt Zug- und Druckkräfte auf den Reibbremsbelag 16. Die Konstruktion der Bremse 10 ist nicht zwingend, es sind beispielsweise auch elektromechanische Bremsen bekannt und möglich, in denen der Reibbremsbelag 16 in einer anderen Richtung, insbesondere quer zur Bremsscheibe 18 verschiebbar ist (nicht dargestellt).
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Zur Ausbildung einer Selbstverstärkung weist die Bremse 10 einen Doppelrampenmechanismus 26 auf, der vielfach auch als Doppelkeilmechanismus bezeichnet wird. Der Doppelrampenmechanismus 26 umfasst einen Doppelkeil 28, der fest an einer der Bremsscheibe 18 abgewandten Rückseite des beweglichen Reibbremsbelags 16 angeordnet ist, sowie eine korrespondierende Doppelrampe 30, die im Bremssattel 12 angeordnet und der Bremsscheibe 18 zugewandt ist. Die Doppelrampe 30 weist zwei Rampen 32 auf, die schräg in einem spitzen Winkel zur Bremsscheibe 18 mit entgegengesetzter Neigung verlaufen. Der Doppelkeil 28 stützt sich mit zwei Keilflächen 34 an den Rampen 32 ab. Zur Reibungsminderung sind Walzen 35 zwischen den Rampen 32 und den Keilflächen 34 angeordnet. Durch Verschieben des Doppelkeils 28 mit der Betätigungseinrichtung 20 gleitet der Doppelkeil 28 mit einer seiner beiden Keilflächen 34 an der zugehörigen Rampe 32 der Doppelrampe 30 entlang. Der bewegliche Reibbremsbelag 16 wird dabei schräg auf die Bremsscheibe 18 zu bewegt und gegen diese gedrückt. Eine Reaktionskraft verschiebt den Bremssattel 12 quer zur Bremsscheibe 18, so dass der feste Reibbremsbelag 14 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 18 gedrückt und diese gebremst wird. Der Doppelkeil 28 wird immer in Drehrichtung der Bremsscheibe 18 verschoben. Eine beim Bremsen von der drehenden Bremsscheibe 18 auf den gegen sie gedrückten beweglichen Reibbremsbelag 16 ausgeübte Reibungskraft beaufschlagt den Doppelkeil 28 mit einer Kraft parallel zur Bremsscheibe 18 in Richtung eines enger werdenden Keilsspalts zwischen der Rampe 32, an der Doppelkeil 28 entlang verschoben wird, und der Bremsscheibe 18. Dadurch wird eine Andruckkraft des Reibbremsbelags 16 gegen die Bremsscheibe 18 erhöht.
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Am Bremssattel 12 und am Doppelkeil 28 eingehängte Rückstellfederelemente 36 bewegen den Doppelkeil 28 und mit ihm den beweglichen Reibbremsbelag 16 zurück in die Ausgangslage, wenn die Betätigungseinheit 20 stromlos ist. Der Kugelgewindetrieb ist selbsthemmungsfrei ausgeführt um eine Rückstellung der Bremse 10 in den Ausgangszustand durch die Rückstellfederelemente 36 zu ermöglichen.
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An das Gehäuse 22 der Betätigungseinheit 20 ist ein schaltbarer Freilauf 38 angeflanscht, der auf eine Motorwelle 40 des Elektromotors der Betätigungseinheit 20 wirkt. Der Freilauf 38 ist in 2a und 2b dargestellt. Der Freilauf 38 ist als Klemmrollenfreilauf ausgebildet, er weist Klemmrollen 42 auf, die um die Motorwelle 40 herum angeordnet sind. Die Motorwelle 40 ist kreisrund und koaxial in einem Klemmring 44 angeordnet, der fest in einem Gehäuse 46 des Freilaufs 38 angeordnet ist. Der Klemmring 44 weist für jede Klemmrolle 42 eine Tasche 48 an seiner Innenseite auf. Dabei handelt es sich um Vertiefungen an der Innenseite des Klemmrings 44, die in einer Umfangsrichtung tangential zum Innenumfang des Klemmrings 44 verlaufen, bis sie in den Innenumfang übergehen, und die an ihrem in Umfangsrichtung anderen Ende mit einer einem Radius der Klemmrollen 42 entsprechenden Krümmung enden. Die tangentiale Fläche der Taschen 48 bildet eine Klemmfläche 50 und die Krümmung eines Anschlag 52 für die Klemmrollen 42.
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Zwischen der Motorwelle 40 und dem Klemmring 44 ist ein Rollenkäfig 54 angeordnet, der die Klemmrollen 42 miteinander verbindet und in Umfangsrichtung immer in gleichem Abstand voneinander hält. Der Rollenkäfig 54 weist Lösefederelemente 56 auf, die als Federzungen ausgebildet sind und die die Klemmrollen 42 nach außen gegen den Klemmring 44 drücken.
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Als Schaltmechanismus weist der Freilauf 38 einen Elektromagneten 58 auf, mit dem ein Stößel 60 radial nach innen in Richtung der Motorwelle 40 bewegbar ist. Zwischen einem Stirnende des Stößels 60 und der Motorwelle 40 befindet sich eine der Klemmrollen 42. Der Elektromagnet 58 ist monostabil, in unbestromtem Zustand wird der Stößel 60 wie in 2a dargestellt durch eine in der Zeichnung nicht sichtbare Rückstellfeder von der Klemmrolle 42 abgehoben. Dies ist ein ausgeschalteter Zustand des Freilaufs 38, in dem die Motorwelle 40 in beiden Drehrichtungen frei drehbar ist. Bei ausgeschaltetem Freilauf 38 ist die Bremse 10 frei betätigbar (zuspannbar) und lösbar.
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Zum Einschalten des Freilaufs 38 wird dessen Elektromagnet 58 bestromt, der Stößel 60 bewegt sich radial auf die Motorwelle 40 zu und drückt die zwischen ihm und der Motorwelle 40 befindliche Klemmrolle 42 gegen den Umfang der Motorwelle 40 (2b). In einer Richtung ist die Motorwelle 40 frei drehbar, und zwar in der Richtung, in der die Motorwelle 40 die Klemmrollen 42 in Richtung der Anschläge 52 wälzt. In der anderen, in 2b dargestellten Drehrichtung wälzt die Motorwelle 40 die Klemmrollen 42 an den Klemmflächen 50 der Taschen 48 entlang. Da ein Zwischenraum zwischen den Klemmflächen 50 und der Motorwelle 40 in dieser Richtung kleiner als ein Durchmesser der Klemmrollen 42 wird klemmen die Klemmrollen 42 die Motorwelle 40 fest. Dabei erhöht sich eine Klemmkraft mit zunehmendem Moment, so dass die Motorwelle 40 sicher gegen Drehen in dieser Sperrrichtung genannten Richtung gesperrt ist. Das Wälzen der Klemmrollen 42 wird von der zwischen dem Stößel 60 und der Motorwelle 40 befindlichen Klemmrolle 42 eingeleitet, die vom Stößel 60 gegen den Umfang der Motorwelle 40 gedrückt wird. Der Rollenkäfig 54 sorgt dafür, dass sich die übrigen Klemmrollen 42 mit dieser Klemmrolle 42 mitbewegen und am Klemmvorgang beteiligt sind. Die Freilaufrichtung des Freilaufs 38 ist in Zuspannrichtung der Bremse 10, die Sperrrichtung in Löserichtung vorgesehen.
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Es ist auch eine Ausbildung der Taschen 48 des Klemmrings 44 mit Klemmflächen 50 in beiden Drehrichtungen möglich (nicht dargestellt), so dass der Freilauf 38 in eingeschaltetem Zustand in beiden Drehrichtungen sperrt. Auch kann ein zweiter, umgekehrt orientierter Freilauf vorgesehen werden um den Elektromotor der Betätigungseinheit 20 in entgegengesetzter Drehrichtung sperren zu können.
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Der Freilauf 38 ist monostabil, bei unbestromtem Elektromagneten 58 ist er ausgeschaltet. Er verbleibt allerdings in dem in 2b dargestellten Sperrzustand solange ein Moment in Sperrrichtung auf die Motorwelle 40 wirkt. Eine kurze Drehung der Motorwelle 40 in der entgegengesetzten Freilaufrichtung löst den Freilauf 38.
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Mit dem erfindungsgemäßen Freilauf 38 wird eine Feststellbremsfunktion der elektromechanischen Bremse 10 erreicht. Dazu wird die Bremse 10 mit der Betätigungseinheit 20 betätigt (zugespannt) und der Freilauf 38 während oder am Ende des Zuspannens eingeschaltet. Anschließend wird die Betätigungseinheit 20 ausgeschaltet und eine kurze Rückdrehung der Motorwelle 40 aufgrund einer Elastizität der zugespannten Bremse 10 bringt den Freilauf 38 in den in 2b dargestellten Sperrzustand. Die Bestromung des Elektromagneten 58 kann abgeschaltet werden, das aufgrund der mechanischen Spannung der zugespannten Bremse 10 auf die Motorwelle 40 ausgeübte Moment in Sperrrichtung hält den Freilauf 38 in seinem eingeschalteten, gesperrten Zustand. Eine aufgebrachte Bremskraft bleibt bei unbestromter Bremse 10 aufrechterhalten. Zum Lösen wird der Elektromotor der Betätigungseinrichtung 20 kurz in Zuspannrichtung bestromt, so dass sich die Motorwelle 40 um einen kleinen Winkel in Freilaufrichtung dreht, wodurch sich der monostabile Freilauf 38 in seinen ausgeschalteten Zustand umstellt, in dem die Motorwelle 40 in beiden Drehrichtungen frei drehbar ist. Das Einschalten des Freilaufs 38 erfolgt vorzugsweise durch eine impulsartige Bestromung des Elektromagneten 58. Insbesondere bei der weiter oben erläuterten Ausbildung des Freilaufs 38 mit Klemmflächen 50 für beide Drehrichtungen wird der Elektromagnet 58 impulsartig und nicht permanent bestromt. Zum Lösen des Freilaufs 38 wird der Elektromotor der Betätigungseinheit 20 unabhängig von der Drehrichtung der Bremsscheibe 18 immer in Freilaufrichtung bestromt, auch wenn dies (bei Rückwärtsfahrt) die Löserichtung der Bremse 10 ist.
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Erfindungsgemäß wird mit dem schaltbaren Freilauf 38 ein Lüftspiel der Bremse 10 eingestellt. Beim Lösen der Bremse 10 wird der Freilauf 38 eingeschaltet wenn der Reibbremsbelag 16 von der Bremsscheibe 18 abhebt oder ein kurzes Stück abgehoben ist. Der Freilauf 38 sperrt gegen ein weiteres Drehen der Motorwelle 40 in Löserichtung und damit gegen ein weiteres Lösen der Bremse 10. Ein Lüftspiel zwischen den Reibbremsbelägen 14, 16 und der Bremsscheibe 18 vergrößert sich dadurch nicht bei Abnutzung der Reibbremsbeläge 14, 16, sondern bleibt konstant. Es wird der Doppelkeil 28 nicht mehr bis in seine Ausgangsstellung zurück verschoben, so dass sich das Lüftspiel nicht vergrößert. Da die Rückstellfederelemente 36 den Doppelkeil 28 in Richtung seiner Ausgangsstellung und damit die Motorwelle 40 des Elektromotors der Betätigungseinheit 20 über den selbsthemmungsfreien Kugelgewindetrieb in Löserichtung beaufschlagen, bewirken die Rückstellfederelemente 36 ein Drehmoment in Löserichtung auf die Motorwelle 40, das den Freilauf bei unbestromtem Elektromagneten 58 in der gesperrten Stellung hält. Beim erneuten Betätigen der Bremse 10 löst der Elektromotor der Betätigungseinheit 20 den Freilauf 38. Es wird darauf hingewiesen, dass die Lüftspieleinstellung mit demselben Freilauf 38 erfolgt, der auch die Feststellbremsfuktion bewirkt.
