DE10355660A1

DE10355660A1 - Motorbetriebene Scheibenbremse

Info

Publication number: DE10355660A1
Application number: DE10355660A
Authority: DE
Inventors: Takuya Alps Usui
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2023-11-29
Also published as: US6959791B2; JP4032386B2; DE10355660B4; JP2004183712A; US20040104088A1

Abstract

Eine motorbetriebene Scheibenbremse überträgt die Drehung eines Motors 20 auf einen Kolben 10, nachdem die Drehung in eine geradlinige Bewegung umgewandelt wurde, über einen Kugelrampenmechanismus 30 und treibt daher den Kolben 10 so an, dass Bremsklötze 3 und 4 gegen einen Scheibenrotor D gedrückt werden, um hierdurch eine Bremskraft zu erzeugen. Die motorbetriebene Scheibenbremse ist mit einem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 zum Vorstellen des Kolbens 10 relativ zu einem sich geradlinig bewegenden Teil 34 in dem Kugelrampenmechanismus 30 entsprechend dem Verschleiß der Bremsklötze 3 und 4 versehen. Der Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 weist einen Begrenzer 51 auf, der mit einem Drehteil 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30 mit Spiel in Drehrichtung in Eingriff steht. Eine Schraubenfeder 60 ist zwischen dem sich drehenden Teil 32 und dem Begrenzer 51 vorgesehen. Die Schraubenfeder 60 erzeugt eine Einstellbelastung, die größer ist als der Drehwiderstand im unbelasteten Zustand des sich drehenden Teils 32, und speichert ein Drehmoment entsprechend der relativen Drehung zwischen dem sich drehenden Teil 32 und dem Begrenzer 51 beim Bremsen. Im Falle eines Ausfalls des Motors wird das sich drehende Teil 32 in Gegenrichtung durch das Drehmoment gedreht, das in der Schraubenfeder 60 gespeichert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine motorbetriebene Scheibenbremse zur Erzeugung einer Bremskraft unter Einsatz eines Drehmoments, das von einem Drehbetätigungsglied erhalten wird. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine motorbetriebene Scheibenbremse, die eine Bremslösefunktion aufweist, die es ermöglicht, automatisch die Bremse aus einem Verriegelungszustand zu lösen, der durch Ausfall des Drehbetätigungsgliedes hervorgerufen wird.

Eine herkömmliche, motorbetriebene Scheibenbremse weist einen Sattel auf, der einen Kolben enthält, ein Drehbetätigungsglied und einen Bewegungsumwandlungsmechanismus zur Übertragung der Drehung des Drehbetätigungsgliedes auf den Kolben, nachdem diese in eine geradlinige Bewegung umgewandelt wurde. Der Kolben wird in Reaktion auf die Drehung des Drehbetätigungsgliedes angetrieben, um so einen Bremsklotz gegen einen Scheibenrotor zu drücken, wodurch eine Bremskraft proportional zum Drehmoment des Drehbetätigungsgliedes erzeugt wird. Wenn bei dieser Art von motorbetriebener Scheibenbremse das Drehbetätigungsglied ausfällt, beispielsweise infolge einer Unterbrechung der Stromversorgungsleitung beim Bremsen, wenn ein Bremsaxialdruck in dem Kolben erzeugt wird, bleibt der Axialdruck in dem Kolben übrig, infolge des inneren Widerstands des Drehbetätigungsgliedes und des inneren Widerstands eines Untersetzungsgetriebes, falls ein solches vorgesehen ist, um das Drehmoment des Drehbetätigungsgliedes zu erhöhen. Daher wird es schwierig, die Bremse zu lösen.

Unter diesen Umständen wurden bislang einige Vorgehensweisen entwickelt, um automatisch die Bremse im Falle eines Ausfalls des Drehbetätigungsgliedes zu lösen. So beschreibt beispielsweise die internationale Veröffentlichung WO00/60255 (nachstehend als „Patentdokument 1" bezeichnet), dass der Rotor eines Motors mit einer Feder versehen ist, um den Rotor in Gegenrichtung durch Rückstellkraft der Feder zu drehen. Die veröffentlichte japanische Veröffentlichung der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr. 2000-507333 (entsprechend dem US-Patent Nr. 6 179 097; nachstehend als „Patentdokument 2" bezeichnet) beschreibt, dass ein Elektromotor zum Rückstellen des Kolbens in einem Teil eines Untersetzungsmechanismus vorgesehen ist, der an dem Motor angebracht ist, und der Motor zum Rückstellen des Kolbens im Falle eines Ausfalls bei dem Hauptelektromotor zum Vorstellen des Kolbens aktiviert wird. Die veröffentlichte japanische Übersetzung der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr. 2000-506348 (entsprechend dem US-Patent Nr. 6 257 377; nachstehend als „Patentdokument 3" bezeichnet) beschreibt, dass eine elektromagnetische Kupplung in einem Axialdrucklastlagerteil zum Lagern der Mutter des Bewegungsumwandlungsmechanismus vorgesehen ist, und im Falle eines Motorausfalls die elektromagnetische Kupplung gelöst wird, um die Mutter zurückzuziehen.

Bei der Vorgehensweise, die im Patentdokument 1 beschrieben wird, nimmt allerdings das Ausmaß der Auslenkung der Feder mit Drehung des Rotors zu. Daher muss der Rotor gegen eine hohe Federkraft bei jedem Bremsvorgang gedreht werden. Da das Ausmaß der Drehung des Rotors entsprechend dem Ausmaß des Verschleißes des Bremsklotzes zunimmt, nimmt der Verbrauch elektrischer Energie zum Drehen des Rotors mit zunehmender Lebensdauer zu. Da die Rückstellkraft der Feder proportional zum Verschleiß des Bremsklotzes zunimmt, kann darüber hinaus ein stabiler Betrieb nicht erreicht werden.

Die im Patentdokument 2 beschriebene Vorgehensweise erfordert einen Motor zum Lösen der Bremse, zusätzlich zu dem Hauptmotor zum Vorstellen des Kolbens. Daher nehmen nicht nur unvermeidlich die Abmessungen des Sattels zu, sondern steigen auch die Herstellungskosten an. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass der Bremslösmotor selbst ausfällt. Daher ist die Bremse nicht verlässlich.

Die Vorgehensweise, die im Patentdokument 3 beschrieben ist, leidet an Schwierigkeiten wie beispielsweise einer Erhöhung des Energieverbrauchs infolge der Zufuhr von Energie zur elektromagnetischen Kupplung, und einer Erhöhung der Kosten infolge der Bereitstellung der elektromagnetischen Kupplung.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehend geschilderten, beim Stand der Technik auftretenden Probleme entwickelt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer äußerst verlässlichen, motorbetriebenen Scheibenbremse, die mechanisch im Falle eines Motorausfalls gelöst werden kann, ohne eine Erhöhung des Energieverbrauchs und eine starke Erhöhung der Herstellungskosten zu verursachen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine motorbetriebene Scheibenbremse zur Verfügung, die einen Sattel aufweist, der mit einem Kolben versehen ist, ein Drehbetätigungsglied, und einen Umwandlungsmechanismus von Drehbewegung auf geradlinige Bewegung zum Übertragen der Drehung des Drehbetätigungsgliedes auf den Kolben, nachdem diese in eine geradlinige Bewegung umgewandelt wurde. Der Kolben wird in Reaktion auf die Drehung des Drehbetätigungsgliedes angetrieben, um einen Bremsklotz gegen einen Scheibenrotor anzudrücken, wodurch eine Bremskraft erzeugt wird. Die motorbetriebene Scheibenbremse ist mit einem Klotzverschleißkompensationsmechanismus zum Vorstellen des Kolbens relativ zu einem sich geradlinig bewegenden Teil in dem Umwandlungsmechanismus für Drehbewegung in geradlinige Bewegung versehen, entsprechend dem Verschleiß des Bremsklotzes. Der Klotzverschleißkompensationsmechanismus weist einen drehbaren Begrenzer auf, der mit einem Drehteil in dem Umwandlungsmechanismus zur Umwandlung von Drehbewegung in geradlinige Bewegung im Eingriff steht, mit Spiel in Drehrichtung. Ein elastisches Teil ist zwischen dem Drehteil in dem Umwandlungsmechanismus für Umwandlung von Drehbewegung in geradlinige Bewegung und dem Begrenzer in dem Klotzverschließkompensationsmechanismus angeordnet. Das elastische Teil erzeugt eine Einstellbelastung, die größer ist als ein Drehwiderstand im unbelasteten Zustand des Drehteils, und speichert ein Drehmoment entsprechend der Relativdrehung zwischen dem Drehteil und dem Begrenzer während des Bremsens.

Bei der motorbetriebenen Scheibenbremse mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird dann, falls die Bremse infolge eines Ausfalls des Drehbetätigungsglieds während des Bremsens blockiert wurde, das Drehteil des Umwandlungsmechanismus von Drehbewegung in geradlinige Bewegung in Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung während des Bremsens gedreht, durch das Drehmoment, das in dem elastischen Teil beim Bremsen gespeichert wurde. Der Umwandlungsmechanismus für Drehbewegung in geradlinige Bewegung kehrt daher in seine Ausgangslage zurück. Daher wird die Bremse automatisch freigegeben. In diesem Fall wird das Drehmoment, das in dem elastischen Teil gespeichert werden soll, nur durch die Relativdrehung des Drehteils in dem Umwandlungsmechanismus für Drehbewegung in geradlinige Bewegung und des Begrenzers in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus innerhalb des Spielbereichs erzeugt. Das Ausmaß der Auslenkung des elastischen Teils wird daher konstant, nachdem die Relativdrehung aufgehört hat. Daher besteht keine Möglichkeit dafür, dass der Verbrauch elektrischer Energie zum Drehen des Drehbetätigungsgliedes mit steigender Lebensdauer zunimmt. Es besteht auch keine Möglichkeit dafür, dass die Herstellungskosten stark ansteigen, da das elastische Teil einfach zwischen dem Drehteil und dem Begrenzer vorgesehen ist.

Wenn das elastische Teil eine Schraubenfeder ist, die konzentrisch zum Drehteil oder dem Begrenzer gewickelt ist, um ein Torsionsdrehmoment zu speichern, kann das elastische Teil kompakt in dem Sattel aufgenommen werden. Hierdurch wird ermöglicht, eine Erhöhung der Abmessungen des Sattels zu verhindern.

1 ist eine Vertikalschnittansicht, welche den allgemeinen Aufbau einer motorbetriebenen Scheibenbremse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils der in 1 dargestellten, motorbetriebenen Scheibenbremse.
3 ist eine Schnittansicht, welche die vereinigte Anordnung eines Drehteils in einem Kugelrampenmechanismus und eines Begrenzers in einem Klotzverschleißkompensationsmechanismus zeigt, welche die motorbetriebene Scheibenbremse gemäß der vorliegenden Erfindung bilden.
4 ist eine schematische Ansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen dem Kugelrampenmechanismus und einem Kolben in der motorbetriebenen Scheibenbremse gemäß der vorliegenden Erfindung während des Betriebs unter der Annahme zeigt, dass ein Klotzverschleiß vorhanden ist.
5 ist ein Diagramm, welches das bei jedem Bauteil erzeugte Drehmoment und die Bremskraft zeigt, die während des Bremsvorgangs der motorbetriebenen Scheibenbremse gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, entsprechend der Position des Drehteils in dem Kugelrampenmechanismus.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der motorbetriebenen Scheibenbremse gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesen Figuren ist ein Träger 1 an einem sich nicht drehenden Teil (beispielsweise einem Gelenk) eines Fahrzeugs befestigt, das sich an der inneren Seite eines Scheibenrotors D in bezug auf das Fahrzeug befindet. Ein Sattel 2 wird durch den Träger so gehaltert, dass er schwebend in Axialrichtung des Scheibenrotors D bewegbar ist. Ein Paar von Bremsklötzen 3 und 4 ist an beiden Seiten des Scheibenrotors D angeordnet. Die Bremsklötze 3 und 4 werden durch den Träger 1 so gehaltert, dass sie sich in Axialrichtung des Scheibenrotors D bewegen können. Der Sattel 2 weist einen Sattelkörper 8 des Baugruppentyps auf, der ein Klauenteil 5 aufweist, welches an seinem distalen Ende einen Klauenabschnitt 5a aufweist. Der Sattelkörper 8 weist weiterhin eine ringförmige Basis 6 auf, die mit dem proximalen Ende des Klauenteils 5 verbunden ist, und ein Motorgehäuse 7, das an der Basis 6 befestigt ist. Der Klauenabschnitt 5a des Klauenteils 5 ist nah benachbart zur Rückseite des äußeren Bremsklotzes 4 angeordnet, der sich an der Außenseite des Scheibenrotors D relativ zum Fahrzeug befindet.
Der Sattel 2 weist weiterhin einen Kolben 10 auf, der gegen die Rückseite des inneren Bremsklotzes 3 anstoßen kann, der sich an der Innenseite des Scheibenrotors D relativ zum Fahrzeug befindet. Weiterhin weist der Sattel 2 einen Rotor (Drehbetätigungsglied) 20 und einen Kugelrampenmechanismus (Umwandlungsmechanismus von Drehbewegung in geradlinige Bewegung) 30 auf, um die Drehung des Motors 20 auf den Kolben 10 nach deren Umwandlung in eine geradlinige Bewegung zu übertragen. Ein Untersetzungsmechanismus 40 überträgt die Drehung des Motors 20 auf den Kugelrampenmechanismus 30, nach Verringerung der Geschwindigkeit. Ein Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 ändert die Ausgangsposition des Kolbens 10 entsprechend dem Ausmaß des Verschleißes der Bremsklötze 3 und 4, um den Verschleiß der Klötze 3 und 4 zu kompensieren. Weiterhin weist der Sattel 2 eine Schraubenfeder 54 und eine Schraubenfeder (elastisches Teil) 60 auf, die als Bremslösemechanismus dient, um die Bremse dadurch zu lösen, dass automatisch der Kugelrampenmechanismus 30 in seine Ausgangslage zurückgestellt wird, falls der Motor 20 beim Bremsen ausfällt.
Der Kolben 10 weist einen Kolbenkörper 11 mit großem Durchmesser und ein Wellenteil 12 mit geringem Durchmesser auf, die zur Ausbildung eines einteiligen Körpers miteinander verbunden sind. Der Kolbenkörper 11 ist in enger Nähe zum inneren Bremsklotz 3 angeordnet. Das Wellenteil 12 erstreckt sich in beträchtlichem Ausmaß zum Motorgehäuse 7 hin. Das Wellenteil 12 ist mit einer axialen Bohrung 12a versehen. Eine hohle Halterungsstange 14 erstreckt sich von einer Endplatte 13, die an dem Motorgehäuse 7 befestigt ist. Der distale Endabschnitt der Halterungsstange 14 ist in die axiale Bohrung 12a gleitbeweglich, jedoch drehstarr in Bezug auf das Wellenteil 12 eingefügt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Axialdruckdetektorsensor 15 zwischen dem Kolbenkörper 11 und dem Wellenteil 12 zu dem Zweck angeordnet, eine Brems-Gegenkraft (Bremsaxialdruck) festzustellen, die auf den Kolben 10 von dem Bremsklotz 3 ausgeübt wird. Der Axialdruckdetektorsensor 15 weist bei dieser Ausführungsform eine Lastzelle auf. Ein Messsignal, das von dem Axialdruckdetektorsensor 15 erhalten wird, wird einer externen Steuerung (nicht gezeigt) über ein Kabel 16 zugeführt, das sich durch das hohle Innere der Halterungsstange 14 erstreckt. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Gummiabdeckung 17 zwischen dem Kolbenkörper 11 und dem Klauenteil 5 des Sattelkörpers 8 ausgebreitet vorgesehen ist, um das Innere des Sattelkörpers 8 nach außen hin abzuschirmen.
Der Motor 20 weist einen Stator 21 auf, der an dem Motorgehäuse 7 angebracht und befestigt ist, und einen hohlen Rotor 22, der in dem Stator 21 angeordnet ist. Der Rotor 22 wird drehbeweglich durch das Motorgehäuse 7 und die Basis 6 über Lager 23 und 24 gehaltert. Der Motor 20 wird so betätigt, dass sich der Rotor 22 um einen gewünschten Winkel mit einem gewünschten Drehmoment dreht, entsprechend einem Befehl von einer Steuerung (nicht gezeigt). Der Drehwinkel des Rotors 22 wird durch einen Drehdetektor 27 festgestellt, der einen Drehmelderrotor 25, der an dem Rotor 22 befestigt ist, und einen Drehmelderstator 26 aufweist, der an der Endplatte 13 des Motorgehäuses 7 befestigt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das Motorgehäuse 7 mit einem Verbinder 28 zum Leiten von Signalleitungen versehen ist, welche den Stator 21 des Motors 20 und den Drehdetektor 27 mit der Steuerung verbinden. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist das Drehbetätigungsglied den Motor 20 auf, der wie voranstehend geschildert mit dem Stator 21 und dem Rotor 22 versehen ist. Allerdings ist die vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf die voranstehend geschilderten Einzelheiten beschränkt. Es ist ebenfalls möglich, andere, elektrisch angetriebene Drehbetätigungsglieder zu verwenden, beispielsweise einen Ultraschallmotor.
Der Kugelrampenmechanismus 30 weist eine hohle, erste Scheibe (Drehteil) 32 auf, die drehbeweglich durch den Innenumfangsabschnitt der Basis 6 des Sattelkörpers 8 über ein Lager 31 gehaltert ist. Eine hohle, zweite Scheibe (sich geradlinig bewegendes Teil) 34 steht im Eingriff mit dem Wellenteil 12 des Kolbens 10 über einen Gewindeabschnitt 33. Kugeln 36 sind zwischen den beiden Scheiben 32 und 34 unter Verwendung eines Halters 35 angeordnet. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der ersten Scheibe 32 und der zweiten Schreibe 34 sind mit drei Paaren bogenförmiger Kugelnuten 32a und 34a versehen, die entlang der Umfangsrichtung verlaufen. Die Kugeln 36 sind zwischen den drei Paaren von Kugelnuten 32a und 34a angeordnet. Jener Abschnitt (Gewindeabschnitt 33) der zweiten Scheibe 34, der im Eingriff mit dem Wellenteil 12 des Kolbens 10 steht, ist mit einem verlängerten, zylindrischen Abschnitt 37 versehen, der sich in beträchtlichem Ausmaß zur Endplatte 13 des Motorgehäuses 7 hin erstreckt. Kegelscheibenfedern 38 sind in dem zylindrischen Abschnitt 37 vorgesehen. Die Kegelscheibenfedern 38 werden an ihrem einen Ende durch die Halterungsstange 14 so gehaltert, dass normalerweise die zweite Scheibe 34 zur ersten Scheibe 32 über den zylindrischen Abschnitt 37 gezwungen wird. Andererseits wird die zweite Scheibe 34 an einer Drehung gehindert, durch die Reibungskraft einer Federbeilagscheibe 39, die an dem Sattelkörper 8 über eine Halterungsplatte 39a angebracht ist. Wenn sich die erste Scheibe 32 in bezug auf die zweite Scheibe 34 dreht, rollen die Kugeln 36 auf den schrägen unteren Oberflächen der Kugelnuten 32a und 34a ab, wodurch die zweite Scheibe 34 dazu veranlasst wird, sich zum Scheibenrotor D vorzustellen bzw. von diesem zurückzuziehen. Der Kolben 10 folgt der Bewegung der zweiten Scheibe 34.
Der Untersetzungsmechanismus 40 weist ein exzentrisches Zahnrad 44 auf, das mit einem ersten und zweiten, externen Zahnrad 42 bzw. 43 versehen ist. Das exzentrische Zahnrad 44 ist drehbeweglich auf eine exzentrische Welle 41 aufgepasst, die vereinigt mit dem Rotor 22 ausgebildet ist. Ein erstes, inneres Zahnrad 45 ist an dem Sattelkörper 8 befestigt, und kämmt mit dem ersten, externen Zahnrad 42 des exzentrischen Zahnrades 44. Ein zweites, internes Zahnrad 46 ist auf der Rückseite der ersten Scheibe 32 vorgesehen, und kämmt mit dem zweiten, externen Zahnrad 43 des exzentrischen Zahnrades 44. Das exzentrische Zahnrad 44 dreht sich um seine eigene Achse, während es in Reaktion auf die Drehung der exzentrischen Welle 41 (Rotor 22) umläuft, durch Kämmen mit dem ersten inneren Zahnrad 45 und dem zweiten inneren Zahnrad 46. Daher dreht sich die erste Scheibe 32 mit einem vorbestimmten Drehverhältnis (Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis) in bezug auf den Rotor 22, da die Anzahl der Zähne des ersten inneren Zahnrades 45 und jene des zweiten inneren Zahnrades 46 voneinander verschieden sind.
Es wird angenommen, dass die Anzahl an Zähnen des ersten externen Zahnrades 42 gleich Z1 ist; die Anzahl an Zähnen des zweiten externen Zahnrades 43 gleich Z2; die Anzahl an Zähnen des ersten inneren Zahnrades 45 gleich n1; und die Anzahl an Zähnen des zweiten inneren Zahnrades 46 gleich n2. Dann ist das Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis N gegeben durch N = 1 – (n1 × Z2/Z1/n2). Dreht sich der Rotor 22 des Motors 20 daher um einen bestimmten Drehwinkel θ, so ist der Drehwinkel der ersten Scheibe 32 gleich θ N. In diesem Fall wird, wenn die Schräge (Voreilung) der Kugelnuten 32a und 34a des Kugelrampenmechanismus 30 mit L bezeichnet wird, die zweite Scheibe 34 um S = (L/360) × (θN) vorgestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn das Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis L einen größeren Wert als 0 aufweist, sich die erste Scheibe 32 in der selben Richtung dreht wie der Rotor 22, wogegen dann, wenn das Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis N einen kleineren Wert als 0 aufweist, sich die erste Scheibe 32 in Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Drehung des Rotors 22 dreht.
Der Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 weist einen Begrenzer 51 auf, der drehbar auf den verlängerten, zylindrischen Abschnitt 37 der zweiten Scheibe 34 in dem Kugelrampenmechanismus 30 aufgepasst ist. Der Begrenzer 51 ist betriebsmäßig der ersten Scheibe 32 zugeordnet. Ein Federhalter 53 ist auf den verlängerten, zylindrischen Abschnitt 37 der zweiten Scheibe 34 aufgepasst, und wird auf seinem Ort in bezug auf die zweite Scheibe 34 durch Stifte 52 festgehalten. Eine Schraubenfeder (elastisches Teil) 54 ist um den Federhalter 53 herum angeordnet. Ein Ende der Schraubenfeder 54 ist mit dem Begrenzer 51 verbunden. Das andere Ende der Schraubenfeder 54 ist mit dem Federhalter 53 verbunden.
Wie deutlich in 3 gezeigt ist, weist der Begrenzer 51 mehrere (bei der vorliegenden Ausführungsform 2) in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 55 an seinem einen Endabschnitt auf. Die Nuten 55 sind in Umfangsrichtung des Begrenzers 51 gleichmäßig beabstandet angeordnet. Jede Nut 55 steht im Eingriff mit einem bogenförmigen Eingriffsvorsprung 56, der von dem hinteren Ende der ersten Scheibe 32 aus vorspringt. Jede Nut 55 des Begrenzers 51 weist eine Umfangslänge auf, die ausreichend größer ist als die Breite des Eingriffsvorsprungs 56 der ersten Scheibe 32. Daher können der Begrenzer 51 und die erste Scheibe 32 relativ zueinander innerhalb eines Bereichs verdreht werden, in welchem sich jeder Eingriffsvorsprung 56 innerhalb der zugehörigen Nut 55 bewegen kann. Anders ausgedrückt steht der Begrenzer 51 im Eingriff mit der ersten Scheibe 32 mit einem vorbestimmten Spiel in Drehrichtung. Der Begrenzer 51 und der Federhalter 53 weisen jeweils einen Vertiefungsabschnitt (nicht gezeigt) an einer Position in ihrer Drehrichtung auf. Die jeweiligen Vertiefungsabschnitte des Begrenzers 51 und des Federhalters 53 gelangen in Eingriff miteinander in Drehrichtung, um die relative Drehung in einer Richtung des Begrenzers 51 und des Federhalters 53 zu begrenzen. Die Schraubenfeder 54 ist zwischen dem Begrenzer 51 und dem Federhalter 53 mit einem vorbestimmten Offset angeordnet, um so zu ermöglichen, dass die Vertiefungsabschnitte in Eingriff miteinander gelangen. Die Schraubenfeder 54 bringt daher eine vorbestimmte Einstellbelastung auf den Begrenzer 51 und den Federhalter 53 auf. Die voreingestellte Belastung oder Vorbelastung ist höher eingestellt als die gesamte Reibungskraft, die von der Federscheibe 39 und den Kegelscheibenfedern 38 erzeugt wird (nachstehend einfach als „die Reibungskraft der Federscheibe 39'' bezeichnet), welche die zweite Scheibe 34 an einer Drehung hindert. Falls daher beim Bremsklotz 3 ein Verschleiß auftritt, wird die Drehung des Rotors 22 auf die zweite Scheibe 34 über die Schraubenfeder 54 übertragen, wodurch der Kolben 10 (nicht drehbar) dazu veranlasst wird, über den Gewindeabschnitt 32 vorgestellt zu werden. Auf diese Weise wird der Klotzverschleiß kompensiert.
Die Schraubenfeder 60, die als der Bremslösemechanismus dient, ist um die erste Scheibe 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30 und auch um den Begrenzer 51 in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 herumgeschlungen. Die erste Scheibe 32 und der Begrenzer 51 sind betriebsmäßig einander durch den Eingriff zwischen den Eingriffsvorsprüngen 56 und den Nuten 55 zugeordnet. Ein Ende der Schraubenfeder 60 ist mit der ersten Scheibe 32 verbunden. Das andere Ende der Schraubenfeder 60 ist mit dem Begrenzer 51 verbunden. Die Schraubenfeder 60 weist eine kleinere Federkraft auf als die Schraubenfeder 54 in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50. Die Schraubenfeder 60 ist zwischen der ersten Scheibe 32 und dem Begrenzer 51 so angeordnet, dass sie eine Einstellbelastung, die größer ist als der Drehwiderstand im unbelasteten Zustand, auf die erste Scheibe 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30 ausübt. Es wird darauf hingewiesen, dass es ebenfalls möglich ist, eine Spiralfeder einzusetzen, eine Kegelscheibenfeder, oder ein elastisches Teil, beispielsweise ein Gummi- oder Harzteil, über eine Schraubenfeder hinaus. Bei der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht allerdings die Verbindung einer Schraubenfeder als elastisches Teil, dass dieses kompakt in dem Sattel 2 aufgenommen werden kann, und ermöglicht es daher, eine Vergrößerung der Abmessungen des Sattels 2 zu verhindern.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Betriebs der motorbetriebenen Scheibenbremse mit dem voranstehend geschilderten Aufbau. Die folgende Beschreibung erfolgt unter der Annahme, dass bei den Bremsklötzen 3 und 4 Verschleiß aufgetreten ist, unter Bezugnahme auf 4 sowie auf die 1 bis 3.
Falls Verschleiß bei den Bremsklötzen 3 und 4 vorhanden ist, wie in (A) von 4 gezeigt, ist ein Spalt 6a entsprechend dem Klotzverschleiß zwischen dem inneren Bremsklotz 3 und dem Kolben 10 vorhanden, zusätzlich zu einem vorbestimmten Abstand (Klotzabstand) 60. Weiterhin hält in diesem Anfangszustand der Begrenzer 51 die Ausgangsposition durch die eingestellte Belastung der Schraubenfeder 54 aufrecht. Daher ist, wie in (A) von 4 gezeigt, jeder Eingriffsvorsprung 56 der ersten Scheibe 32 an einem Nutende in der zugehörigen Nut 55 des Begrenzers 51 angeordnet.
Wenn sich der Rotor 22 des Motors 20 gegenüber der voranstehend geschilderten Ausgangsposition im Uhrzeigersinn dreht, gesehen von der rechten Seite der 1 und 2 aus (nachstehend wird der Ausdruck „Uhrzeigersinn" und „Gegenuhrzeigersinn" unter der Annahme verwendet, dass die motorbetriebene Scheibenbremse von der rechten Seite der 1 und 2 aus gesehen wird), so dreht sich das exzentrische Zahnrad 44, welches den Geschwindigkeitsuntersetzungsmechanismus 40 bildet, um seine eigene Achse, während es umläuft. In Reaktion hierauf dreht sich die erste Scheibe (Drehteil) 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30 im Gegenuhrzeigersinn mit dem voranstehend geschilderten, vorbestimmten Drehverhältnis (Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis N) in bezug auf den Rotor 22. Zu diesem Zeitpunkt rollen, da die Drehung der zweiten Scheibe 34 durch die Federscheibe 39 eingeschränkt wird, die Kugeln 36 in dem Kugelrampenmechanismus 30 zwischen den Kugelnuten 32a und 34a. Dies führt dazu, dass die zweite Scheibe 34 vorgestellt wird, und die Vorschubbewegung der zweien Scheibe 34 wird auf den Kolben 10 über den Gewindeabschnitt 33 übertragen. Falls kein Klotzverschleiß vorhanden ist, führt die Drehung der ersten Scheibe 32 dazu, dass sich jeder Eingriffsvorsprung 56 in der zugehörigen Nut 55 des Begrenzers 51 von dem einen Nutende so lange bewegt, bis er an das andere Nutende anstößt. Daher wird der Klotzabstand 60 ausgeglichen, und liegt der Kolben 10 am Bremsklotz 3 an, um die Bremsung einzuleiten. Wenn jedoch Klotzverschleiß vorhanden ist, bleibt selbst dann, wenn sich jeder Eingriffsvorsprung 56 der ersten Scheibe 32 in der zugehörigen Nut 55 des Begrenzers 51 bewegt hat, bis er an das andere Nutende anstößt, also selbst dann, wenn sich jeder Eingriffsvorsprung 56 um eine ausreichend große Entfernung bewegt hat, dass der Klotzabstand 60 aufgehoben ist, der Spalt 6a entsprechend dem Klotzverschleiß immer noch zwischen dem Bremsklotz 3 und dem Kolben 10 übrig {(A) → (B) von 4}.
Andererseits behalten während der Bewegung des Kolbens 10 über eine Entfernung entsprechend dem Klotzabstand 60 der Federhalter 53 und der Begrenzer 51 den nicht-drehenden Zustand bei (drehen sich nicht relativ zueinander), wie im Falle der zweiten Scheibe 34, da der Drehwiderstand infolge der Reibungskraft der Federscheibe 39, die auf die zweite Scheibe 34 einwirkt, und die Federkraft der Schraubenfeder 54 in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 größer sind als die Federkraft der Schraubenfeder 60, die als der Bremslösemechanismus dient. Dies führt dazu, dass eine Relativdrehung zwischen dem Begrenzer 51 und der erste Scheibe 32 auftritt, die zur Drehung durch den Rotor 22 veranlasst wird. Daher tritt bei der Schraubenfeder 60, die als der Bremslösemechanismus dient, eine Torsionsverformung auf. Daher wird ein vorbestimmtes Drehmoment in der Schraubenfeder 60 gespeichert.
Danach, wenn sich der Rotor 22 weiterdreht, drückt jeder Eingriffsvorsprung 56 der ersten Scheibe 32 auf das zugehörige Nutende des Begrenzers 51, wodurch der Begrenzer 51 zur Drehung veranlasst wird. Zu dieser Zeit wird, da die eingestellte Belastung der Schraubenfeder 54 in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 größer ist als die Reibungskraft der Federscheibe 39, die Drehung des Begrenzers 51 auf die zweite Scheibe 34 über die Schraubenfeder 54, den Federhalter 53 und die Stifte 52 übertragen. Daher wird der Kolben 10 vorgestellt, in Reaktion auf die Drehung der zweiten Scheibe 34, da er an einer Drehung durch die Halterungsstange 14 gehindert ist, und im Eingriff mit der zweiten Scheibe 34 über den Gewindeabschnitt 33 steht. Dies führt dazu, dass der Spalt 6a entsprechend dem Klotzverschleiß aufgehoben wird, wie gezeigt in (B) → (C) von 4.
Danach drückt, in Reaktion auf die weitere Drehung des Rotors 22 des Motors 20, der Kolben 10 den inneren Bremsklotz 3 gegen eine Seite des Scheibenrotors D. Die zu dieser Zeit hervorgerufene Gegenkraft führt dazu, dass der Sattel 2 sich relativ zu dem Träger 1 bewegt (nach rechts in 1). Daher führt der Klauenabschnitt 5a des Klauenteils 5 dazu, dass der äußere Bremsklotz 4 gegen die andere Seite des Scheibenrotors D gedrückt wird. Auf diese Weise wird eine Bremsung eingeleitet. In dieser Stufe führt jeder Eingriffsvorsprung 56 der ersten Scheibe 32 dazu, dass sich der Begrenzer 51 weiterdreht. {(C) → (D) von 4}. Der Reibungswiderstand des Gewindeabschnittes 33 für den Gewindeeingriff zwischen dem Kolben 10 und der zweiten Scheibe 34 nimmt jedoch zu, infolge der Erzeugung der Bremskraft (Bremsaxialdruck). Wenn der Reibungswiderstand größer wird als die eingestellte Belastung der Schraubenfeder 54 in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50, wird die Drehung der zweiten Scheibe 34 angehalten, und wird auch die Drehung des Federhalters 53, der mit der zweiten Scheibe 34 durch die Stifte 52 verbunden ist, angehalten. Daher tritt ein Unterschied in bezug auf Drehung zwischen dem Begrenzer 51 und dem Federhalter 53 auf. Dieser Drehunterschied wird durch Torsionsverformung der Schraubenfeder 54 ausgeglichen. Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn der Bremsvorgang eingeleitet wird, ein Bremsaxialdruck in dem Kolben 10 erzeugt wird. Die Steuerung (nicht gezeigt) steuert daher den elektrischen Strom, der dem Motor 20 zugeführt werden soll, auf Grundlage eines Signals von dem Axialdruckdetektorsensor 15, so dass eine gewünschte Bremskraft entsprechend dem Ausmaß des Niederdrückens des Bremspedals (nicht gezeigt) erhalten wird.
Wenn sich der Rotor 22 des Motors 20 aus der voranstehend geschilderten Bremsposition im Gegenuhrzeigersinn dreht, dreht sich die erste Scheibe 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30 im Uhrzeigersinn, und ziehen sich die zweite Scheibe 34 und der Kolben 10 zusammen als eine Einheit zurück, durch die Einwirkung der Zwangskraft der Kegelscheibenfedern 38. Daher wird die auf den Scheibenrotor D einwirkende Druckkraft freigegeben. Zu diesem Zeitpunkt folgt der Begrenzer 51 der Drehung der ersten Scheibe 32 durch die Einwirkung der Rückstellkraft der Schraubenfeder 54, so dass er zu einer Position zurückkehrt, an welcher der Kolben 10 mit der Erzeugung eines Bremsaxialdrucks beginnt, also zur Bremseinleitungsposition {(D) → (C') von 4}. Hierbei wird der Betrieb des Motors 20 so gesteuert, dass sich der Motor 20 um ein zusätzliches Ausmaß dreht, entsprechend dem Klotzabstand 60 gegenüber jener Position, an welcher der Bremsklotz 3 den Scheibenrotor D berührt. Daher dreht sich die erste Scheibe 32 weiter über einen vorbestimmten Winkel, sogar nach dem die Andruckkraft gelöst wurde, um zu der Position zurückzukehren, an welcher jeder Eingriffsvorsprung 56 gegen ein Ende der zugehörigen Nut 55 des Begrenzers 51 anstößt. Auf diese Weise wird der vorbestimmte Klotzabstand 60 sichergestellt {(C') → (A') von 4}.
Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn kein Klotzverschleiß vorhanden ist, der voranstehend geschilderte Schritt nicht vorhanden ist, durch welchen der Abstand 6a entsprechend dem Klotzverschleiß ausgeglichen wird {(B) → (C) von 4}, jedoch im übrigen der Vorgang ebenso ist wie dann, wenn Klotzverschleiß vorhanden ist.
5 ist ein Diagramm, welches das Drehmoment zeigt, das bei jedem Bauelement während des voranstehend geschilderten Bremsvorgangs erzeugt wird, und die erzeugte Bremskraft entsprechend der Position (Drehwinkel) der ersten Scheibe 32 in jedem Zustand (A bis D), der in 4 gezeigt ist. In dem Diagramm bezeichnet: T60 das Drehmoment, das bei der Schraubenfeder 60 erzeugt wird, die als der Bremslösemechanismus dient; T58 das Drehmoment, das bei der Schraubenfeder 54 in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 erzeugt wird; R32 den Drehwiderstand der ersten Scheibe 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30; R34 den Drehwiderstand der zweiten Scheibe 34 in dem Kugelrampenmechanismus 30; und F die erzeugte Bremskraft.
Wie aus den in 5 gezeigten Ergebnissen deutlich wird, steigt das Drehmoment T60, das in der Schraubenfeder 60 erzeugt wird, während des Schrittes von (A) → (B) an, der in 4 gezeigt ist, also wenn sich die erste Scheibe 32 innerhalb des Spielbereiches in Richtung der Drehung der ersten Scheibe 32 und des Begrenzers 51 dreht (also Eingriff zwischen den Nuten 55 und den Eingriffsvorsprüngen 56). Danach bleibt das Drehmoment T60 auf einem vorbestimmten Niveau, trotz einer weiteren Drehung der ersten Scheibe 32. Anders ausgedrückt wird das Ausmaß der Auslenkung der Schraubenfeder 60 auf innerhalb eines vorbestimmten Bereichs begrenzt.
Wenn eine Bremsblockierung infolge eines Ausfalls des Motors 20 auftritt, werden die zweite Scheibe 34 und der Kolben 10 zusammen als eine Einheit durch die Beaufschlagungskraft der Kegelscheibenfedern 38 und das entgegengesetzt wirkende Drehmoment in dem Kugelrampenmechanismus 30 infolge der Gegenkraft von dem Bremsklotz 3 zurückgezogen, zusammen mit der Rückstellkraft der Schraubenfeder 54, usw.. Daher kehrt der Kolben 10 in die Bremseinleitungsposition zurück, an welcher der Kolben 10 mit der Erzeugung eines Bremsaxialdrucks beginnt. In diesem Zustand stehen der Scheibenrotor D und der Bremsklotz 3 in Berührung miteinander, wird jedoch beinahe keine Bremskraft erzeugt. Die Bremse kann daher so angesehen werden, dass sie sich im unblockierten Zustand befindet. Daher kann die Feder 54 ein Teil eines Bremslösemechanismus bilden, wie dies nachstehend erläutert wird.
Weiterhin wird bei diese Ausführungsform ein Ausmaß an Drehmoment entsprechend dem Ausmaß der Auslenkung der Schraubenfeder 60 beim Bremsen gespeichert. Daher wird die erste Scheibe 32 durch dieses gespeicherte Drehmoment gedreht, wodurch die zweite Scheibe 34 und der Kolben 10 zur Bewegung veranlasst werden, wodurch ermöglicht wird, dass sich der Kolben 10 vollständig von dem Bremsklotz 3 trennen kann. Da das Ausmaß der Auslenkung der Schraubenfeder 60 beim Bremsen wie voranstehend geschildert auf innerhalb eines vorbestimmten Bereichs begrenzt ist, wird ermöglicht, das Problem auszuschalten, dass der Verbrauch elektrischer Energie zum Drehen des Motors 20 im Verlaufe der Zeit zunimmt, entsprechend dem Ausmaß des Verschleißes der Bremsklötze 3 und 4.
Bei der voranstehenden Ausführungsform wird als Beispiel die Schraubenfeder 60 als der Bremslösemechanismus eingesetzt. Die Schraubenfeder 60 ist um die erste Scheibe 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30 sowie um den Begrenzer 51 in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 herumgeschlungen.
Die erste Scheibe 32 und der Begrenzer 51 sind betriebsmäßig einander durch den Eingriff zwischen den Eingriffsvorsprüngen 56 und den Nuten 55 zugeordnet. Ein Ende der Schraubenfeder 60 ist mit der ersten Scheibe 32 verbunden, und das andere Ende der Schraubenfeder 60 ist mit dem Begrenzer 51 verbunden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise auf die geschilderte Anordnung beschränkt. Die Anordnung kann daher auch so sein, dass die Schraubenfeder 60 nicht verwendet wird, sonder statt dessen der Klotzverschleißkompensationsmechanismus 50 so ausgebildet ist, dass er auch als Bremslösemechanismus dient. In diesem Fall weist der Bremslösemechanismus den Begrenzer 51 auf, die Stifte 52, den Federhalter 53 und die Schraubenfeder 54. Wenn der Klotzverschleißkompensationsmechanismus auch als der Bremslösemechanismus eingesetzt wird, ermöglicht dies eine Verringerung der Anzahl erforderlicher Bauteile.
In einem Fall, in welchem der Klotzverschleißkompensationsmechanismus so ausgebildet ist, dass er auch als der Bremslösemechanismus dient, findet der folgende Vorgang statt, wenn ein Motorausfall während der voranstehend geschilderten Bremsung auftritt, beispielsweise infolge einer Unterbrechung der Motorwicklung. Der Begrenzer 51 dreht sich im Uhrzeigersinn durch die Einwirkung der Beaufschlagungskraft der Schraubenfeder 54, welche den Drehunterschied zwischen dem Begrenzer 51 und dem Federhalter 53 gespeichert hat. Dies führt dazu, dass auch die erste Scheibe 32 in dem Kugelrampenmechanismus 30 zwangsweise im Uhrzeigersinn gedreht wird. Daher werden die zweite Scheibe 34 und der Kolben 10 zusammen als eine Einheit durch die Beaufschlagungskraft der Kegelscheibenfedern 38 zurückgezogen. Daher wird die Kraft gelöst, welche den Bremsklotz 3 gegen den Scheibenrotor D drückt. Daher wird die Bremse automatisch freigegeben. Die erste Scheibe 32 dreht sich daher im Uhrzeigersinn, da die Federkraft der Schraubenfeder 54 zum Drehen der ersten Scheibe 32 im Uhrzeigersinn durch ihre Torsionsverformung in jenem Zustand, in welchem ein Bremsaxialdruck in dem Kolben 10 erzeugt wird, größer eingestellt wurde als der Drehwiderstand der ersten Scheibe 32. Es wird darauf hingewiesen, dass zu diesem Zeitpunkt der Begrenzer 51 zu der Position {(C) in 4} zurückkehrt, an welcher ein Bremsaxialdruck in dem Kolben 10 aufzutreten beginnt.
Wie voranstehend im einzelnen beschrieben wurde, sorgt die motorbetriebene Scheibenbremse gemäß der vorliegenden Erfindung für folgende Vorteile. Falls die Bremse blockiert hat, infolge eines Ausfalls des Drehbetätigungsgliedes, wird die Bremse automatisch gelöst, unter Verwendung des Drehmoments, das in dem elastischen Teil während des Bremsens gespeichert wurde. Daher ist es unnötig, getrennt eine Antriebsquelle zum Lösen der Bremse vorzusehen, und wird daher ermöglicht, eine Verringerung der Abmessungen und eine Verringerung der Kosten zu erzielen. Zusätzlich nimmt die Verlässlichkeit zu. Weiterhin wird ermöglicht, da das Ausmaß der Auslenkung des elastischen Teils zum Speichern von Drehmoment konstant wird, nachdem es bis zu einem bestimmten Ausmaß angestiegen ist, das Problem auszuschalten, dass der Verbrauch elektrischer Energie zum Drehen des Drehbetätigungsgliedes mit wachsendem Alter zunimmt.
Wenn eine Schraubenfeder als das elastische Teil eingesetzt wird, kann das elastische Teil kompakt in dem Sattel aufgenommen werden. Daher wird ermöglicht, eine Vergrößerung der Abmessungen des Sattels zu verhindern.

Claims

Motorbetriebene Scheibenbremse, die einen Sattel aufweist, wobei der Sattel aufweist: einen Kolben zum Druckbeaufschlagen eines Bremsklotzes; ein Drehbetätigungsglied; und einen Umwandlungsmechanismus von Drehbewegung auf geradlinige Bewegung zur Übertragung der Drehung des Drehbetätigungsgliedes auf den Kolben, nachdem sie in eine geradlinige Bewegung umgewandelt wurde; wobei der Kolben in Reaktion auf eine Drehung des Drehbetätigungsgliedes angetrieben wird, um den Bremsklotz gegen einen Scheibenrotor zu drücken, wodurch eine Bremskraft erzeugt wird; die motorbetriebene Scheibenbremse weiterhin einen Klotzverschleißkompensationsmechanismus aufweist, um den Kolben relativ zu einem sich geradlinig bewegenden Teil in dem Umwandlungsmechanismus von Drehbewegung in geradlinige Bewegung entsprechend dem Verschleiß des Bremsklotzes vorzustellen, und der Klotzverschleißkompensationsmechanismus einen drehbaren Begrenzer aufweist, der im Eingriff mit einem sich drehenden Teil in dem Umwandlungsmechanismus von Drehbewegung in geradlinige Bewegung steht, mit Spiel in einer Drehrichtung; wobei ein elastisches Teil zwischen dem sich drehenden Teil in dem Umwandlungsmechanismus von Drehbewegung in geradlinige Bewegung und dem Begrenzer in dem Klotzverschleißkompensationsmechanismus vorgesehen ist, und das elastische Teil dazu ausgebildet ist, eine Einstellbelastung zu erzeugen, die größer ist als ein Drehwiderstand im unbelasteten Zustand des sich drehenden Teils, und ein Drehmoment entsprechend der relativen Drehung zwischen dem sich drehenden Teil und dem Begrenzer während des Bremsens zu speichern.
Motorbetriebene Scheibenbremse nach Anspruch 1, bei welcher das elastische Teil eine Schraubenfeder ist, die konzentrisch um das sich drehende Teil oder dem Begrenzer geschlungen ist, um ein Drehmoment zu speichern.