DE19645825A1 - Vorrichtung zur Betätigung einer mechanischen Bremse - Google Patents

Description

Zur Betätigung von mechanischen Bremsen, beispielsweise für Fahrzeuge, müssen kleine Betätigungskräfte in große Bremskräfte und große Betätigungswege in kleine oder sehr kleine Bremswege umgewandelt werden. Diese Wandlung muß in einer Bandbreite zwischen sanftem Bremsen bis zu maximaler Bremskraft innerhalb von kurzen Zeitabläufen erfüllt werden. Hierzu sind hydraulisch oder pneumatisch wirkende Betätigungsvorrichtungen bekannt, bei denen eine beispielsweise manuell aufgebrachte Betätigungskraft über einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder verstärkt und einem an der Bremse angreifenden Betätigungselement als Bremskraft aufgeprägt wird. Soll der Bremsvorgang beendet werden, so wird die Betätigungskraft verringert oder auf Null abgesenkt und die Bremse durch eine Federkraft oder eine auf anderem Wege erzeugte Rückstellkraft gelöst. Die bei der Lösung der Bremse eintretende Rückstellbewegung dient dazu, die Betätigungsvorrichtung, insbesondere den hydraulischen oder pneumatischen Wandler zur Verstärkung der Betätigungskraft, wieder in die Bereitschaftsstellung zur Durchführung eines erneuten Bremsvorganges zu verbringen. Voraussetzung dafür ist, daß die beim Lösen der Bremse erzeugte Rückstellkraft für die notwendige Rückführung der einzelnen Komponenten der Betätigungsvorrichtung ausreichend groß ist, zum Beispiel um den in einem hydraulischen oder pneumatischen Zylinder wirksamen Kolben gegen die auf ihn wirkende Reibung in die Ausgangslage zurückzustoßen.

Die Hydraulik- oder Pneumatiksysteme, durch welche die Funktionsfähigkeit der geschilderten Betätigungsvorrichtungen für Bremsen gewährleistet sein muß, sind aufwendig und anfällig. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfachere und robustere Betätigungsvorrichtung zu schaffen, bei der auf hydraulische oder pneumatische Druckerzeugungssysteme verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß die eingangs genannte Forderung nach Umwandlung kleiner Betätigungskräfte oder -momente in große Bremskräfte bzw. -momente bei damit einhergehender Reduzierung der Betätigungsstrecke in eine kleine Bremsstrecke durch ein Rädergetriebe erfüllt werden kann, das eine entsprechend hohe Übersetzung gewährleistet. Rädergetriebe mit einer Übersetzung vom Schnellen in das Langsame, insbesondere solche mit einer hohen Übersetzung, weisen in umgekehrter Kraftflußrichtung jedoch einen schlechten Wirkungsgrad bis zu einem Selbsthemmungseffekt auf, durch den die für das Lösen der Bremse erforderliche Rückstellung beeinträchtigt bzw. verhindert wird. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Bremsbetätigung durch den Einsatz eines Freilaufes vermieden, der eine richtungsgeschaltete Kupplung darstellt in dem Sinne, daß der Freilauf in seinem Sperrzustand die Kraft- bzw. Momentübertragung gewährleistet, im Freilaufzustand die bei der Lösung der Bremse auftretende Rückstellbewegung jedoch praktisch kräftefrei aufnimmt. Damit geht der mit dem Rädergetriebe verbundene Vorteil einher, daß dieses für die Funktionsbereitschaft zu einem erneuten Bremsvorgang keiner Rückstellung in eine Ausgangslage bedarf, sondern in jeder Drehstellung dazu bereit ist.

Gegenüber den bekannten Betätigungsvorrichtungen für Bremsen mit hydraulischen oder pneumatischen Wandlern sind mögliche Getriebe-Ausführungen als Wandler nach der Erfindung wesentlich einfacher und kostengünstiger.

Grundsätzlich eignen sich alle Rädergetriebe für die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung, jedoch werden vor allem Planetengetriebe, insbesondere Zykloidengetriebe, bevorzugt, welche in einer oder wenigen Getriebestufen und damit auf engstem Raum hohe Übersetzungen gewährleisten. So ist es möglich, beispielsweise mit einem Zykloidengetriebe mit einer oder zwei Zykloidenscheiben Übersetzungen von i = 900 und mehr zu verwirklichen (vgl. DE 44 19 432 C 2).

Zur Betätigung des als Wandler dienenden Rädergetriebes beim Bremsvorgang kann im einfachsten Fall eine manuelle Betätigung vorgesehen sein. Es kann jedoch zweckmäßig sein, anstelle einer manuellen Betätigung einen Motor, insbesondere Elektromotor, einzusetzen, der für den Bremsvorgang eingeschaltet wird und dessen Betätigungskraft an dem Rädergetriebe anliegt, solange er eingeschaltet bleibt. Durch Ausschalten des Motors fällt die Betätigungskraft auf Null ab, so daß die Rückstellbewegung der Bremse, die in der Regel durch eine Rückstellfeder bewirkt wird, von dem Freilauf aufgenommen werden kann. Um unterschiedlich große Bremskräfte verwirklichen zu können, ist der Motor zweckmäßigerweise zur Steuerung des von diesem abgegebenen Betätigungsmoments steuerbar.

Der Freilauf kann grundsätzlich an beliebiger Stelle im Kraft- bzw. Momentfluß der Betätigungsvorrichtung eingeschaltet sein, wird jedoch zweckmäßig so gelegt, daß die Rückstellbewegung möglichst direkt aufgenommen werden kann. Es stehen Freiläufe, zum Beispiel Klemmrollen- Freiläufe zur Verfügung, deren Drehumkehrspiel maximal wenige Winkeldrehminuten beträgt, so daß ein sofortiges Ansprechen des Freilaufs in seiner Sperrstellung im Fall eines Bremsvorganges gewährleistet ist. Ein Freilauf mit Innen- und Außenring weist dabei zwei im vorliegenden Fall interessierende Alternativen auf, den Innenring oder den Außenring an die gegebenen Drehrichtungen bei der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung anzupassen. Der Frei lauf kann dementsprechend auch direkt in das Rädergetriebe integriert werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Planetengetriebe in der Symboldarstellung gemäß Richtlinie VDI 2157 Abs. 2 (Wolf-Darstellung);

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung mit einem Axialschnitt des Rädergetriebes;

Fig. 3 eine hälftige Seitenansicht der Betätigungsvorrichtung gemäß Fig. 2, geschnitten längs der Linie III-III in Fig. 2, und

Fig. 4 eine hälftige Seitenansicht der Betätigungsvorrichtung gemäß Fig. 2 gesehen in Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 2.

Die Symboldarstellung gemäß Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung mit einem Planetengetriebe 10, dem ein Elektromotor 1, eine Bremse 2 und ein Freilauf 3 zugeordnet sind. Der Elektromotor 1 ist über eine Antriebswelle 1a, die Bremse 2 über eine Abtriebswelle 2a, die das Summenglied des Planetengetriebes 10 darstellt, und der Freilauf 3 über eine Gestell-Anschlußwelle 3a mit dem Planetengetriebe 10 verbunden.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 2 bis 4 ist das Planetengetriebe 10 ein Zykloidengetriebe mit einer Antriebswelle 1a eines Elektromotors 1, die als Hohlwelle ausgebildet und drehfest mit einer Exzenterwelle 11 gekuppelt ist. Der nicht dargestellte Stator des Elektromotors 1 ist im Raum gegen eine Drehung gestellfest fixiert. Die Exzenterwelle 11 weist einen Exzenter 12 auf, der über eine Wälzlagerung 13 eine Doppel-Zykloidenscheibe 14 antreibt. Die Doppel-Zykloidenscheibe 14 weist eine erste Zykloidenverzahnung 16 auf, die mit Wälzkörpern 18 eines in Antriebsrichtung gestellfesten Wälzkörperrings 19 kämmt. Eine zweite Zykloidenverzahnung 17 der Doppel- Zykloidenscheibe 14 kämmt über Wälzkörper 20 mit einem Wälzkörperring 21. Der Wälzkörperring 21 ist einstückig mit einer Abtriebswelle 2a und der Wälzkörperring 19 ist einstückig mit einer Gestell-Anschlußwelle 3a des Zykloidengetriebes 10.

Der Wälzkörperring 21 mit der damit einstückigen Abtriebswelle 2a ist über ein Gleitlager 38 axial und radial an dem Wälzkörperring 19 und der damit einstückigen Gestell-Anschlußwelle 3a sowie an einem Lagerring 36 gelagert. Eine auf beiden Seiten eingebördelte Spannhülse 37 haltert und zentriert den Lagerring 36 an dem Wälzlagerring 19. Die Exzenterwelle 11 und die damit gekuppelte Antriebswelle 1a ist durch zwei Wälzlager 13a und 13b gelagert, während die Abtriebswelle 2a durch das Wälzlager 13b und das Gleitlager 38 und die Gestell- Anschlußwelle 3a durch das Wälzlager 13a und das Gleitlager 38 eindeutig gelagert sind. Die Wälzlager 13a, 13b sind in nicht dargestellter Weise in axialer und radialer Richtung mit ihrem Innenring auf dem Exzenter 12 und mit ihrem Außenring an der Doppel-Zykloidenscheibe 14 befestigt.

Der Wälzkörperring 19 hält mit der Gestell-Anschlußwelle 3a den Innenring eines Freilaufes 3. Der Freilauf 3 ist über seinen Außenring gestellfest. In dieser Anordnung wirkt der Freilauf 3 in seiner Sperrstellung als Gestell für den Wälzkörperring 19, so daß dieser in der Freilauf- Sperrstellung die oben erwähnte Gestellfunktion des Getriebes hat. Der Innenring des Freilaufs ist auf der Gestell-Anschlußwelle 3a und der Außenring davon am Gestell Jeweils in axialer und radialer Richtung gehalten und fixiert. Durch die unterschiedliche Zähnezahl der Zykloidenverzahnungen 16 bzw. 17 ergibt sich eine Übersetzung von beispielsweise i = 900 zwischen der Antriebswelle 1a und der Abtriebswelle 2a. In der der Sperrstellung des Freilaufs 3 entgegengesetzten Drehrichtung kann der Freilauf 3 kein Reaktionsmoment aufnehmen, so daß dadurch auch der Wälzkörperring 19 keine Gestellabstützung hat.

Die Abtriebswelle 2a ist an einer Seite zu einer Nocke 30 geformt, die als Betätigungselement für eine als Schwingrahmenbremse ausgestaltete Bremse 2 dient. Die Bremse 2 weist zwei einander gegenüberliegende, bei 31 angelenkte und über ein Glied 31a und ein Gelenk 31b schwimmend aufgehängte Bremsarme 32 auf, die durch eine Rückstell-Druckfeder 33 in Richtung Lösestellung beaufschlagt sind. Die Bremsarme 32 sind dadurch miteinander so gekoppelt, daß sie bei Einwirkung der Betätigungsnocke 30 zugleich gegen eine raumfeste Reaktionsnocke 35 und in die Bremsstellung gedrückt werden. Die Bremse 2 ist einer nur angedeuteten umlaufenden Scheibe 34, zum Beispiel einer Bremsscheibe, zugeordnet.

Die Wirkungsweise der Betätigungsvorrichtung ist folgende:
Ausgehend von der in Fig. 4 gezeigten Lösestellung der Bremse 2 wird beispielsweise durch Schließen des Schalters 1b des Elektromotors 1 dessen Antriebswelle 1a und von dieser die Exzenterwelle 11 angetrieben. Durch den Antrieb der Exzenterwelle 11 und die bekannte, hier nicht näher erläuterte Funktion des Zykloidengetriebes wird der Wälzkörperring 19 in einer Momenten- und Drehrichtung belastet, in der er durch die Sperrstellung des Freilaufs 3 an einer Drehung gehindert und somit gestellfest ist. Das Betätigungsmoment des Elektromotors 1 wird somit auf die Abtriebswelle 2a an dem Wälzkörperring 21 entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Zykloidengetriebes 10 erhöht übertragen. Hierdurch wird die Betätigungsnocke 30 um die Zentralachse des Zykloidengetriebes 10 geschwenkt und drückt dabei auf die Bremsarme 32 der Bremse 2, so daß diese mit großer Kraft und unter Überwindung der Spreizkraft der Rückstellfeder 33 an die Scheibe 34 angedrückt werden. Durch eine nicht gezeigte Steuerung der Stromaufnahme des Elektromotors 1 kann das von diesem abgegebene Betätigungsmoment gesteuert werden, um dadurch den Bremsvorgang in entsprechender Bandbreite von sanfter Bremsung bis schlagartiger Vollbremsung variieren zu können.

Soll der Bremsvorgang beendet werden, so wird die Stromverbindung des Elektromotors 1 unterbrochen, wodurch das an der Exzenterwelle 11 wirkende Betätigungselement auf Null absinkt. Hierdurch wird die Kraft der Rückstellfeder 33 wirksam, so daß durch die auseinandergedrückten Bremsarme 32 die Betätigungsnocke 30 in die Gegen- Drehrichtung beaufschlagt wird. Gegenüber einer entsprechenden Drehung widersetzt sich die Doppel- Zykloidenscheibe 14 einer entsprechenden Rückdrehung infolge der Selbsthemmung, die aufgrund der hohen Übersetzung vorliegt, so daß sie in der eingenommenen Drehstellung verbleibt. Jedoch wirkt durch diese Momentbeaufschlagung der Wälzkörperring 19 in der entgegengesetzten Drehrichtung auf den Freilauf 3, in welcher von diesem kein Reaktionsmoment erzeugt wird. Daher dreht sich das Zykloidengetriebe 10 als Ganzes um einen entsprechenden Betrag der Rückstellbewegung im Freilauf. Ohne Freilauf würde eine selbsthemmungsfähige Übersetzung ins Schnelle Eintreten, die zum Blockieren des Getriebes führen würde. Mit dem in das Zykloidengetriebe 10 integrierten Freilauf 3 hingegen besitzt dieser in seinem zur Aufnahme eines Reaktionsmoments unfähigen Zustand keine Gestellwirkung.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Drehrichtung der Exzenterwelle 11 beim Bremsvorgang und in Sperrichtung des Freilaufs 3 die gleiche wie diejenige der Abtriebswelle 2a. Jedoch kommt es auf eine bestimmte gleiche oder ungleiche Drehrichtung von Antriebswelle und Abtriebswelle nicht an, weil an die Drehrichtung der Abtriebswelle 2a lediglich die Zuordnung der Sperrichtung des Freilaufs und der Bremse angepaßt werden muß.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Betätigung einer mechanischen Bremse (2), insbesondere Fahrzeugbremse, mit einem Betätigungsantrieb (1, 1a) zur Erzeugung eines Betätigungsmoments, mit einem von dem Betätigungsantrieb angetriebenen Rädergetriebe (10) zur Erhöhung des Betätigungsmoments und mit einem mit dem erhöhten Betätigungsmoment des Rädergetriebes beaufschlagbaren, an der Bremse angreifenden Betätigungselement (30), wobei in dem Kraftfluß von dem Betätigungsantrieb (1, 1a) zu der Bremse (2) ein Freilauf (3) derart eingeschaltet ist, daß an dem Betätigungselement (30) bei Funktion des Betätigungsantriebs (1, 1a) eine dem Betätigungsmoment entsprechende Bremskraft wirksam ist und daß bei einer Verringerung oder nach dem Wegfall des Betätigungsmoments eine durch die Lösung der Bremse (2) bewirkte Rückstellbewegung zumindest des Betätigungselements (30) von dem Freilauf (3) aufgenommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rädergetriebe (10) ein Zykloidengetriebe ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rädergetriebe ein mehrstufiges Zahnrad- Planetengetriebe ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (3) zwischen dem Betätigungsantrieb (1, 1a) und dem Rädergetriebe (10) angeordnet ist und in seiner Sperrstellung das Gestell des Rädergetriebes bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rädergetriebe (10) ein Zykloidengetriebe mit einer Doppel-Zykloidenscheibe (14) ist und daß ein der einen Zykloidenverzahnung (16) der Doppel- Zykloidenscheibe (14) zugeordneter Wälzkörperring (19) sich in der Sperrstellung des Freilaufs (3) gestellfest abstützt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rädergetriebe ein Übersetzungsverhältnis von mindestens 900 hat.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsantrieb (1, 1a) ein Motor, insbesondere Elektromotor ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des von dem Motor (1, 1a) erzeugten Betätigungsmoments steuerbar ist.