DE10357853A1

DE10357853A1 - Bremseinrichtung zur Kopplung zweier Bauteile

Info

Publication number: DE10357853A1
Application number: DE10357853A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Münster
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-07-07
Also published as: US20050126866A1; US7124863B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung (1) zur Kopplung zweier Bauteile, insbesondere zweier Stabilisatorhälften eines Fahrzeugstabilisators, mit einem Bremsgehäuse (2), einer durch das Bremsgehäuse (2) verlaufenden Motorwelle (3), einem Magnetteil (6) und einem bestrombaren Ankerteil (9), die rotationsstarr mit dem Bremsgehäuse (2) und der Motorwelle (3) verbunden sind. DOLLAR A Um ein hohes Maß an Sicherheit auch bei einem Defekt in dynamisch kritischen Situationen zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Magnetteil (6) und das bestrombare Ankerteil (9) längsverschiebbar mit dem Bremsgehäuse (2) und der Motorwelle verbunden sind, dass auf der Motorwelle (3) eine Spindelmutter (5) gelagert ist, dass bei einer Längsverstellung der Spindelmutter (5) aus einer Mittellage in seitliche Lagen jeweils das Magnetteil (6) oder das Ankerteil (9) derartig verschoben ist, dass ein Abstand (d) zwischen ihnen größer ist als in der Mittellage, und dass die Bremseinrichtung (1) in den seitlichen Lagen der Spindelmutter (5) immer offen ist sowie in einem Mittellagebereich ohne Bestromung geschlossen und bei Bestromung offen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung zur Kopplung zweier Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Rotationsantriebe werden als Steller in vielfältigen Anwendungen, insbesondere in Werkzeugmaschinen und Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei elektrisch angetriebenen Stellern sind in der Regel Blockier- oder Bremseinrichtungen zur Ausfallabsicherung vorhanden. Als Blockier- oder Bremseinrichtungen werden neben formschlüssigen Mechanismen häufig elektromagnetisch schaltende Reibkupplungen und Bremsen verwendet.
Je nach dem Verhalten bei einer Störung, z. B. einem Stromausfall, unterscheidet man zwischen einer Arbeitsstromausführung, bei der ein Schließen der Bremse nur bei anliegender Spannung möglich ist, und einer Ruhestromausführung, bei der das Öffnen der Bremse nur bei anliegender Spannung erfolgen kann.
Fällt bei Ruhestrombremsen die Spannung ab; schließt sich die Bremse selbsttätig. Bekannte Lösungen heben über eine stromdurchflossene Spule das Feld eines parallel angeordneten Permanentmagneten auf und halten die Bremse offen. Bei Spannungsabfall bleibt nur noch das Magnetfeld des Permanentmagneten, die Bremse schließt daher. Derartige Ausführen eignen sich für Anwendungen, die bei Spannungsausfall ein unbedingtes Schließen der Bremse erfordern, um beispielsweise eine Stellvorgang abzubremsen; eine Anwendung ist z. B. der Einsatz in aktiven Stabilisatoren zur Wankregelung von Kraftfahrzeugen, deren Stabilisatorhälften bei freigegebener Bremse gegeneinander verstellt werden können und bei geschlossener Bremse fest miteinander gekoppelt sind. Bei einem Stromausfall muss ein starrer Stabilisator gewährleistet sein, so dass die Bremse umgehend blockiert.
Falls der Stromausfall jedoch bei zueinander verdrehten Drehkörpern erfolgt, wird diese relative Stellung festgelegt. Bei der oben genannten Anwendung bei einem aktiven Stabilisator können zur Zeit des Schließvorganges fahrdynamische Manöver im Grenzbereich durchgeführt werden. So kann grundsätzlich bei einem Defekt während des Wechsels auf die Überholspur der Stabilisator mit verdrehten Hälften blockiert werden. Beim erneuten Rückwechseln auf die eigene Fahrbahn ist der Stabilisator dann so verspannt, dass seine Wirkung weitgehend aufgehoben wird oder erst bei sehr großen Wankwinkeln eintritt. Dadurch ist die Fahrstabilität bis zur Kippgefahr herabgesetzt.
Die DE 693 02 712 T2 zeigt ein Fahrzeug mit Stabilisatoren an der Vorder- und Hinterachse, deren Stabilisatorhälften jeweils durch Stellantriebe zueinander verschwenkt werden können; hierbei ist allerdings keine Bremseinrichtung zwischen den Stabilisatorhälften vorgesehen.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe an die Erfindung, Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen und eine Ruhestrombremseinrichtung zu schaffen, die ein hohes Maß an Sicherheit auch bei einem Defekt in dynamisch kritischen Situationen gewährleistet. Dies soll insbesondere bei einer Anwendung in Stabilisatoren von Kraftfahrzeugen erreicht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Drehlage der beiden durch die Bremseinrichtung gekoppelten Drehkörper zueinander zu erfassen und beim Schließvorgang zu berücksichtigen. Hierbei wird nur in einem zulässigen Winkelbereich um eine Mittellage herum, dem Mittelwinkelbereich, ein Schließen der Bremseinrichtung zugelassen. Da diese Maßnahme gerade auch bei einem Defekt mit fehlender Stromversorgung sichergestellt werden muss, wird hierzu eine rein mechanische Lösung geschaffen.
Hierbei sind das Bremsgehäuse und die Motorwelle der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung mit einem Magnetteil bzw. einem bestrombaren Ankerteil gekoppelt, die ohne Bestromung selbsttätig schließen. Bremsgehäuse und Motorwelle können wahlweise mit einem der Drehkörper verbunden sein. Vorteilhafterweise ist ein Getriebe vorgesehen, z. B. ein Untersetzungsgetriebe zwischen der Motorwelle und einer Stabilisatorhälfte. Magnetteil und Ankerteil können wahlweise mit dem Bremsgehäuse oder der Motorwelle gekoppelt sein. Falls das Bremsgehäuse drehbar ist, wird durch die erfindungsgemäße Bremseinrichtung somit keine Bremse, sondern eine Kupplung realisiert.
Erfindungsgemäß wird nunmehr durch eine auf der Motorwelle angebrachten Spindelmutter in äußeren Drehlagen eine Verschiebung des Ankerteils und Magnetteils erreicht, so dass hier die Bremseinrichtung nicht mehr schließen kann. Die axiale Lage der Spindelmutter korreliert hierbei direkt mit der relativen Winkelstellung der Drehkörper, so dass eine genaue Einstellung möglich ist.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigen
1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Bremseinrichtung für einen aktiven Stabilisator bei Auslenkung der Spindelmutter nach links,
2 eine entsprechende Darstellung bei Auslenkung der Spindelmutter nach rechts,
3 eine entsprechende Darstellung bei einer mittleren Position der Spindelmutter
4 die Stellung von zwei Kraftfahrzeug-Stabilisatorhälften bei einer Spindelmutterposition gemäß 1,
5 die Stellung von der Stabilisatorhälften bei einer Spindelmutterposition gemäß 2, und
6 die Stellung der Stabilisatorhälften bei einer Spindelmutterposition gemäß 3.
Die 1 bis 3 zeigen hierbei die zwischen den Stabilisatorhälften angeordnete Bremseinrichtung ohne Antrieb und Untersetzungsgetriebe.
Eine Bremseinrichtung 1 weist demnach ein Bremsgehäuse 2, eine sich in einer Axialrichtung erstreckende, als Gewindespindel ausgebildete Motorwelle 3, eine auf der Motorwelle 3 über ein Lager 4 gelagerte Spindelmutter 5 und ein Magnetteil 6 mit einem Permanentmagnet 7 auf, wobei das Magnetteil 6 mit dem Bremsgehäuse 2 rotationsfest, aber in Axialrichtung längsverschiebbar geführt und durch eine Feder 8 in einer mittleren Stellung gehalten wird. Weiterhin weist die Bremseinrichtung 1 ein bestrombares Ankerteil 9 mit einem Bremsanker 10 auf, wobei das Ankerteil 9 an z. B. einem von der Motorwelle 3 in radialer Richtung vorragenden Vorsprung 11 rotationsfest und längsverschiebbar geführt sowie über eine Druckfeder 12 in einer mittleren Position gehalten wird.
Die Bremseinrichtung 1 ist Teil eines aktiven Stabilisators eines Kraftfahrzeuges mit zwei in 4 schematisch dargestellten Stabilisatorhälften 15 und 16, deren Mittelpositionen durch Pfeile gekennzeichnet sind. Die Motorwelle 3 wird von einem nicht gezeigten Elektromotor angetrieben und ist über ein ebenfalls nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe mit der Stabilisatorhälfte 15 verbunden. Das Bremsgehäuse 2 ist direkt mit der anderen Stabilisatorhälfte 16 verbunden.
Grundsätzlich ist die Zuordnung des Bremsgehäuses 2 und der Motorwelle 3 zu dem Untersetzungsgetriebe und zu den Stabilisatorhälften beliebig. Durch eine Drehung der Motorwelle 3 in eine der beiden Richtungen wird eine jeweilige Relativverdrehung der Stabilisatorhälften 15, 16 zueinander mit entsprechender Untersetzung erreicht.
1 zeigt eine Stellung bei mehrfacher Verdrehung der Motorwelle 3 derartig, dass die Spindelmutter 5 nach links ausgelenkt wird. Die Relativverdrehung der Stabilisatorhälften 15, 16 ist gemäß 4 aufgrund der Untersetzung geringer. Die Spindelmutter 5 stößt gegen das Magnetteil 6 und verschiebt dieses gegen die Wirkung der Feder 8 nach links, so dass ein Abstand d zu dem Bremsanker 10 ver größert wird. Da die Magnetkraft mit dem Abstand d quadratisch abnimmt und weiterhin die Verschiebbarkeit des Bremsankers 10 konstruktiv durch den maximalen Hub der Ankerfeder 14 begrenzt ist, wird bei der gezeigten Auslenkung auch ohne Bestromung des Magnetteils 6 die Bremseinrichtung 1 nicht geschlossen, so dass die Stabilisatorhälften 15, 16 nicht starr gekoppelt werden können.
Bei der Stellung der 2 sind die Stabilisatorhälften 15, 16 gemäß 5 in der gegenüber 4 entgegengesetzten Richtung relativ zueinander verdreht. Die Spindelmutter 5 ist durch eine entgegengesetzte Drehung der Motorwelle 3 von der Mittelpunktslage aus nach rechts ausgelenkt und verschiebt hierbei auch das Ankerteil 9 mit dem Bremsanker 10 nach rechts gegen die Wirkung der Feder 12.
Auch bei dieser Auslenkung nach rechts ist der Abstand d zwischen Bremsanker 10 und Magnetteil 6 zu groß, als dass aufgrund der Magnetkraft zwischen dem Bremsanker 10 und dem Magnetteil 6 ein Schließen der Bremseinrichtung 1 – mit oder ohne Bestromung – möglich ist. Hierbei ist vorteilhafterweise konstruktiv ein rechtsseitiger Anschlag 13 für das Magnetteil 6 der Bremse vorzusehen, z. B. durch eine geeignete Auslegung der Feder 8 oder durch einen im Gehäuse angebrachten Ring.
Bei der Mittellage der 3 – bei der gemäß 6 die Stabilisatorhälften 15, 16 zueinander nicht oder nur unter einem Winkel innerhalb eines Mittelwinkelbereichs ausgelenkt sind – ist die Spindelmutter 5 auf der Motorwelle 3 nicht oder nur sehr geringfügig ausgelenkt. Sowohl das feststehende Magnetteil 6 als auch das gegebenenfalls noch rotierende Ankerteil 9 mit dem Bremsanker 10 befinden sich in der vorgesehenen Konstruktionslage für ein Schließen der Bremseinrichtung 1. Mit Bestromung des Ankerteils 9 wird die in 3 gezeigte Stellung ohne Eingriff, d.h. mit offener Bremseinrichtung 1, erreicht.
Ohne Bestromung des Magnetteils 6 kann sich die Bremseinrichtung 1 schließen, da der Abstand d bei einer Stellung der Stabilisatorhälften 15, 16 in einem Mittelwinkelbereich um die Mittellage herum hierbei kleiner oder gleich dem maximal möglichen Hub der Ankerfeder 14 ist.
Stellt die gezeigte Drehlage der 3, 6 nur einen Nulldurchgang zwischen Links- und Rechtsverdrehung der beiden Stabilisatorhälften 15, 16 dar, rotiert die Motorwelle 3 mit sehr hoher Drehzahl. Um sicher zu stellen, dass die Bremseinrichtung 1 zuverlässig schließt, ist ein zusätzlicher Reibinnenkonus 18 am Bremsgehäuse 2 und ein entsprechender Reibaußenkonus 19 am Ankerteil 9 vorgesehen, die zusätzlich zu dem Magnetteil 6 und dem Bremsanker 10 in Eingriff gelangen. So kann vermieden werden, dass eine mögliche Restdrehung der Motorwelle 3 wieder zur Auslenkung eines der beiden Bremsteile 2, 3 führt.
Über das Spiel zwischen der Spindelmutter 5 und den beiden Bremsteilen wird die zulässige Abweichung von der Nulllage, also die Restverdrehung der beiden Stabilisatorhälften 15, 16 festgelegt. Je nach Anwendung der Erfindung kann eine sehr präzise Feststellung oder eine sehr sichere Feststellung vorgezogen werden. Da diese Bremseinrichtung nur aus mechanischen Bauteilen besteht, also unabhängig von einer Computersoftware ist, ist deren Funktion auch bei einem Ausfall der Spannungsversorgung sichergestellt.

1: Bremseinrichtung
2: Bremsgehäuse
3: Motorwelle
4: Lager
5: Spindelmutter
6: Magnetteil
7: Permanentmagnet
8: Feder
9: Ankerteil
10: Bremsanker
11: Vorsprung
12: Feder
13: Anschlag
14: Ankerfeder
15: Stabilisatorhälfte
16: Stabilisatorhälfte
18: Reibinnenkonus
19: Reibaußenkonus 19
d: Abstand

Claims

Bremseinrichtung zur Kopplung zweier Bauteile, mit mindestens einem Bremsgehäuse (2), einer durch das Bremsgehäuse (2) verlaufenden, sich in einer Axialrichtung erstreckenden Motorwelle (3), einem Magnetteil (6) und einem bestrombaren Ankerteil (9) zur gegenseitigen Wechselwirkung, von denen eines rotationsstarr mit dem Bremsgehäuse (2) und das andere rotationsstarr mit der Motorwelle (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetteil (6) und das bestrombare Ankerteil (9) längsverschiebbar mit dem Bremsgehäuse (2) und mit der Motorwelle (3) verbunden sind, dass auf der Motorwelle (3) eine bei Drehung der Motorwelle (3) in Axialrichtung, verschiebbare Spindelmutter (5) gelagert ist, dass bei einer Längsverstellung der Spindelmutter (5) aus einer Mittellage in seitliche Lagen jeweils das Magnetteil (6) und/oder das Ankerteil (9) derartig verschoben ist, das ein Abstand (d) zwischen ihnen größer ist als in der Mittellage, und dass die Bremseinrichtung (1) in den seitlichen Lagen der Spindelmutter (5) bei Bestromung und ohne Bestromung offen ist, sowie in einem Mittellagebereich um die Mittellage herum ohne Bestromung geschlossen und bei Bestromung offen ist.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetteil (6) rotationsstarr und längsverschiebbar mit dem Bremsgehäuse (2) und das Ankerteil (9) rotationsstarr und längsverschiebbar mit der Motorwelle (3) verbunden ist.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verschieben der Spindelmutter (5) in einer Längsrichtung das Magnetteil (6) und bei Verschieben in die andere Richtung das Ankerteil (9) aus der Mittelposition verschoben ist.
Bremseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch geke nnzeichnet, dass das Magnetteil (6) und das Ankerteil (9) durch Federn (8, 12) in der Mittelposition gehalten sind.
Bremseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mit der Motorwelle (3) verbundenen, rotierenden Teil (9) und dem Bremsgehäuse (2) ein Reibkonus-Eingriff aus einem Innenkonus (18) und einem Außenkonus (19) vorgesehen ist.
Bremseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetteil (6) und das bestrombare Ankerteil (9) jeweils Permanentmagneten aufweisen, die in dem Mittelwinkelbereich um die Mittellage herum bei fehlender Bestromung die Bremseinrichtung (1) schließen.
Stabilisator für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten Stabilisatorhälfte (15), die mit dem Bremsgehäuse (2) einer Bremseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche starr verbunden ist, und einer zweiten Stabilisatorhälfte (16), die über ein Untersetzungsgetriebe mit der Motorwelle (3) der Bremseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche starr verbunden ist.