DE202012008390U1

DE202012008390U1 - Elektromagnetisch betätigbare Bremse

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Publication number: DE202012008390U1
Application number: DE202012008390U
Authority: DE
Original assignee: Intorq & Co KG GmbH
Current assignee: Intorq & Co KG GmbH
Priority date: 2012-06-16
Filing date: 2012-06-16
Publication date: 2013-09-17
Anticipated expiration: 2022-06-17

Abstract

Elektromagnetisch betätigbare Bremse, ein hydraulisches Dämpferelement aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid des Dämpferelements eine magnetorheologische Flüssigkeit ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Bremse.
Bei Bremsen der in Rede stehenden Art kommt es regelmäßig zu einer unerwünscht hohen Geräuschentwicklung beim Öffnen und Schließen der Bremse. Die Geräusche entstehen, wenn Bauteile aufeinander prallen. Das Problem tritt bei Bremsen unterschiedlichster Bauart auf, beispielsweise Trommel- oder Scheibenbremsen, beispielsweise wenn beim Lüften bzw. Öffnen der Bremse die sogenannte Ankerplatte gegen das Bremsengehäuse anschlägt oder wenn beim Schließen bzw. Verknüpfen der Bremse die Reibbelagpaarungen aufeinander prallen.
Gemäß dem Stand der Technik sind bereits Lösungen für dieses Problem bekannt, diese sind jedoch mit Nachteilen behaftet. Beispielsweise schlägt die DE 101 43 499 die Verwendung von Anschlagdämpfern mit unterschiedlichen Steifigkeiten vor. Derartige Lösungen besitzen jedoch immer den Nachteil, dass die vom Dämpfer aufgebauten Gegenkräfte die Bremswirkung mindern, insbesondere es nicht möglich ist, abhängig von der jeweiligen Betriebssituation unterschiedliche Dämpfungseigenschaften zu realisieren.
So kann es beispielsweise gewünscht sein, im Normalbetrieb eine maximale Geräuschdämpfung zu erzielen, gleichzeitig jedoch auch die Möglichkeit zu eröffnen, in einem Notfall auf die Geräuschdämpfung zugunsten eines schnelleren Ansprechens der Bremse zu verzichten. Dies ist nicht möglich, wenn die Dämpfungseigenschaften derart von der Beschaffenheit der Dämpferelemente abhängen, dass diese zur Änderung der Dämpfungseigenschaften ausgetauscht oder beispielsweise durch Justierschrauben nachgestellt werden müssten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch betätigbare Bremse aufzuzeigen, die über eine Dämpfung verfügt, deren Dämpfungseigenschaften sich im Betrieb in kürzester Zeit an die jeweilige Betriebssituation anpassen lassen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Merkmale der Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bremse ein hydraulisches Dämpferelement aufweist, dessen Hydraulikfluid eine magnetorheologische Flüssigkeit ist.
Magnetorehologische Flüssigkeiten (kurz MRF) sind Suspensionen von magnetisch polarisierbaren Partikeln in einer Trägerflüssigkeit. Als Partikel kommen beispielsweise Carbonyleisenpulver zum Einsatz, die als kugelförmige Partikel mit Durchmessern zwischen 1 und 10 μm bei einem Volumenanteil zwischen 20 und 40% in der Trägerflüssigkeit vorliegen. Als Trägerflüssigkeiten können beispielsweise Mineralöle, synthetische Öle, Ethylenglykol und Wasser eingesetzt werden, häufig kommen auch Hilfsstoffe in Form von Additiven zur Stabilisierung und Viskositätsverbesserung zum Einsatz. Beim Anlegen eines Magnetfeldes werden die Partikel polarisiert und bilden Ketten in Richtung der Feldlinien. Hierdurch nimmt die scheinbare Viskosität der MRF schlagartig zu, wobei diese Änderung der scheinbaren Viskosität in wenigen Millisekunden erfolgt und reversibel ist, d. h. bei Wegfall des magnetischen Feldes sinkt die scheinbare Viskosität wieder auf ihren Ausgangswert ab.
Bei einer erfindungsgemäßen Bremse ist es also möglich, bei Anlegen eines elektromagnetischen Feldes im Bereich des Dämpfers die scheinbare Viskosität der MRF und damit das Dämpfungsverhalten des Dämpfers gezielt zu steuern. Hierzu kann ein Elektromagnet vorhanden sein, der nur dazu dient, das elektromagnetische Feld für die Beeinflussung des Dämpfers zu erzeugen. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Dämpfer in einem von dem Magnetfeld eines zur Betätigung der Bremse vorgesehenen Elektromagneten durchsetzten Bereich der Bremse angeordnet ist. Dann können die Dämpfungseigenschaften mit dem Magnetfeld des oder der Elektromagnete beeinflusst werden, der gleichzeitig zum Betätigen der Bremse dient. Bei einem solchen Dämpfer wird die scheinbare Viskosität der MRF immer dann erhöht, wenn der Elektromagnet ein elektromagnetisches Feld erzeugt, d. h. der Dämpfer würde bei allen durch die Elektromagneten bewirkten Betätigungsvorgänge der Bremse eine hohe Dämpfungswirkung, beim abgeschalteten Elektromagneten jedoch lediglich eine niedrige Dämpfungswirkung entfalten.
Eine solche Anordnung würde beispielsweise einer elektromagnetisch lüftbaren Federkraftbremse beim Schließen der Bremse aufgrund der Federkraft durch den abgeschalteten Elektromagneten eine niedrige Dämpfungswirkung und beim Lüften der Bremse, das durch Einschalten bewirkt wird, eine hohe Dämpfungswirkung aufweisen. Daher ist es vorteilhaft, die Bremse mit einem zu dem Elektromagneten parallel geschalteten Freilaufdiodenzweig auszustatten. Die Freilaufdiode in dem Freilaufdiodenzweig bewirkt, dass beim Abschalten des Elektromagneten der Abbau des Magnetfeldes verzögert wird, d. h. beim Abschalten des Elektromagneten weist der Dämpfer auch nach dem Abschalten noch für einen kurzen Zeitraum eine erhöhte Dämpfungswirkung auf, was zumindest bei geeigneter Abstimmung der Dämpfungseigenschaften des Dämpfers auf das Schließverhalten der Bremse ausreicht, um auch während des Schließvorgangs der Bremse eine erhöhte Dämpferwirkung zu gewährleisten, wodurch zumindest eine befriedigende Geräuschunterdrückung erreicht werden kann.
Weiterhin kann bei derartigen Bremsen ein Notabschalter vorgesehen werden, der nicht nur den Stromfluss in dem Elektromagneten unterbricht, sondern auch gleichzeitig für eine Unterbrechung des parallel geschalteten Freilaufdiodenzweigs sorgt. Bei einer derartigen Abschaltung wird die Freilaufdiode wirkungslos, d. h. das Magnetfeld fällt schlagartig ab und die scheinbare Viskosität der MRF und damit die Dämpfungswirkung des Dämpferelements sinken schlagartig. Durch eine derartige Notabschaltung lassen sich nun zwei Betriebsmodi für das Schließen der Bremse realisieren, ein Modus unter Nutzung der Freilaufdiode, bei dem die Bremse mit hoher Dämpfungswirkung schließt, und ein Modus, bei dem die Freilaufdiode nicht genutzt wird, der dazu dient, die Bremse unter Inkaufnahme einer höheren Geräuschentwicklung zugunsten eines schnelleren Aufbaus der maximalen Bremskraft zu schließen, wie es beispielsweise bei einer Notabschaltung oftmals wünschenswert ist.
Vorteilhafterweise weist eine derartige Bremse auch eine Gleichrichterschaltung auf. Diese erlaubt es, die Bremse zum Einen an einer Wechselstromversorgungsspannung zu betreiben, zum Anderen lässt sich in vorteilhafter Weise die Gleichrichterschaltung mit dem Freilaufdiodenzweig kombinieren. Erfolgt die Abschaltung durch Unterbrechung der Stromzufuhr bei einer derartigen Schaltung wechselstromseitig, so findet die Abschaltung unter Nutzung des Freilaufdiodenzweiges statt. Bei einer gleichstromseitigen Abschaltung wird gleichzeitig auch der dem Elektromagneten parallel geschaltete Freilaufdiodenzweig unterbrochen, es kommt zur schnellen Abschaltung mit resultierender verminderter Dämpfungswirkung.
Eine vorteilhafte Weise zur konstruktiven Gestaltung eines in Rede stehenden Dämpferelementes ist es, eine bewegliche Dämpferscheibe in einer mit der MRF gefüllten Kammer anzuordnen. Die Dämpferscheibe wird starr mit dem in seiner Bewegung zu dämpfenden Bauteil der Bremse gekoppelt. Dabei kann es sich beispielsweise um die Ankerplatte der Bremse handeln. Da diese im Betrieb einer Bremse eine definierte Bewegungsrichtung hat, hat auch die Dämpferscheibe in der Kammer eine definierte Bewegungsrichtung, so dass es vorteilhaft ist, die Dämpferscheibe so zu gestalten, dass sie sich rechtwinklig zu ihrer Bewegungsrichtung erstreckt, da so die MRF der Dämpferscheibe den maximalen Widerstand entgegensetzt.
Wird die Dämpferplatte in der Kammer bewegt, so kann die MRF die Dämpferscheibe an deren Rand umspülen, was dazu führt, dass es im Zentrum der Dämpferscheibe zu einer erhöhten Druckbeanspruchung der Dämpferscheibe kommt, da die Flüssigkeit von hier einen längeren Weg zum Rand der Dämpferscheibe zurücklegen muss. Es kann daher vorteilhaft sein, die Dämpferscheibe mit Perforationen zu versehen, die den Durchtritt der MRF durch die Dämpferscheibe ermöglichen, um lokalen Überbeanspruchungen durch die beschriebene Druckerhöhung vorzubeugen.
Weiterhin kann es im Hinblick auf eine Optimierung des Strömungsverhaltens der MRF vorteilhaft sein, dass die Dämpferscheibe eine konusartige Kontur aufweist. Die resultierende Dämpferscheibe weist dadurch in ihrem Zentrum, wo sich Perforationen befinden, sowie im Bereich ihres Randes, der von der MRF umspült werden kann, eine geringere Dicke auf als in dem dazwischen liegenden Bereich, von dem aus die MRF einen längeren Weg entweder zu dem Rand der Dämpferscheibe oder zu den Perforationen im Zentrum hat. Die resultierende Kontur der Dämpferscheibe erinnert dabei an einen sehr flachen Doppelkonus. Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Optimierung der Strömungswege die Lebensdauer der MRF signifikant erhöht werden kann und beispielsweise Verklumpungsvorgänge wirkungsvoll verhindert werden können.
Weiter kann die Verklumpung auch dadurch verhindert werden, dass das Magnetfeld des oder der Elektromagnete mit höherfrequenten Wechselanteilen überlagert wird. Hierzu kann gegebenenfalls ein separater Magnetkreis vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1, die eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Bremse zeigt, näher erläutert.
Die beispielhaft als Scheibenbremse ausgeführte Bremse weist einen Bremsrotor 5 auf, der zwischen einem Flansch 6 und einer Ankerscheibe 4 angeordnet ist. Geschlossen wird die Bremse durch Federn 2, die die Ankerscheibe 4 gegen den Bremsrotor 5 und diesen damit auf den Flansch 6 drücken. Zum Öffnen der Bremse sind die Elektromagnete 3 vorgesehen.
Bei der beispielhaft dargestellten Bremse sind zwei erfindungsgemäße Dämpferelemente mit geringfügig unterschiedlicher Bauart dargestellt. Bei beiden wird die MRF-gefüllte Kammer 15 durch einen mit einem Deckel 10 verschlossenen Hohlraum im Magnetgehäuse 1 gebildet. Die Kammer 15 liegt in einem Bereich des Magnetgehäuses 1, der von den elektromagnetischen Feldern der Elektromagnete 3 durchsetzt wird. Kolbenstangen 8 sorgen für eine starre Verbindung der Dämpferscheiben 7 und 9 mit der Ankerscheibe 4.
Im Fall des ersten beispielhaften Dämpferelements ist die Dämpferscheibe 7 als Scheibe ausgeführt, im Fall des zweiten Dämpferelements ist die Dämpferscheibe 9 als Ringkolben ausgeführt. Der Unterschied zwischen den beiden Varianten sind unterschiedlich sich ergebende Strömungswege der MRF bei Bewegung der Dämpferscheibe 7 bzw. 9. Im Fall der Dämpferscheibe 7 ergibt sich die Dämpfungswirkung hauptsächlich nach dem sogenannten Verdrängungsprinzip, auch als „squeeze-mode” bezeichnet, d. h. die Dämpfungswirkung ergibt sich hauptsächlich daraus, dass die MRF aus einem ersten Raumbereich in einen zweiten Raumbereich verdrängt wird. Im Fall der Ausführung der Dämpferscheibe 9 als Ringkolben erfolgt die Dämpfung nach dem Prinzip der gedrosselten Strömung, dem sogenannten „flow-mode”, bei der der dominierende Mechanismus zur Erzeugung der Dämpfungswirkung die Drosselwirkung der schmalen Kanäle ist, welche von der MRF beim Umströmen der Dämpferscheibe 9 passiert werden müssen.
Die beispielhaft nur für die eine Seite der Bremse schematisch dargestellte Schaltung zur Ansteuerung der Elektromagnete zeigt eine Gleichrichterschaltung, welche einen parallel zu den Elektromagneten geschalteten Freilaufdiodenzweig aufweist. Dabei kann der Gleichstromkreis mit dem Schalter 11 und der Wechselstromkreis mit dem Schalter 12 unterbrochen werden. Die Schaltung weist neben der Gleichrichterdiode 14 auch eine Freilaufdiode 13 auf.
Wird zum Schließen der Bremse der wechselstromseitige Schalter 12 geöffnet, so sorgt die Freilaufdiode 13 für einen verzögerten Abbau des Magnetfeldes und ein daraus resultierend stärker gedämpftes Schließen der Bremse. Dies ist in Regel bei Bremsvorgängen während des Normalbetriebs gewünscht. Wird dagegen der gleichstromseitige Schalter 11 zum Schließen der Bremse geöffnet, so wird dabei auch gleichzeitig der zu den Elektromagneten 3 parallel geschaltete Freilaufdiodenzweig der Freilaufdiode 13 unterbrochen. Die Bremse schließt infolge mit verminderter Dämpfung, was beispielsweise im Fall einer Notabschaltung durch die schnellere Reaktionszeit und den schnelleren Bremskraftaufbau gewünscht sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10143499 [0003]

Claims

Elektromagnetisch betätigbare Bremse, ein hydraulisches Dämpferelement aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid des Dämpferelements eine magnetorheologische Flüssigkeit ist.
Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpferelement in einem von dem Magnetfeld eines zur Betätigung der Bremse vorgesehenen Elektromagneten (3) durchsetzten Bereich der Bremse angeordnet ist.
Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse einen parallel zum Elektromagneten geschalteten Freilaufdiodenzweig (13) aufweist.
Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse eine Gleichrichterschaltung (14) aufweist.
Bremse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse einen Schalter (11) zur Unterbrechung des Stromflusses in dem Elektromagneten (3) bei gleichzeitiger Unterbrechung des parallel geschalteten Freilaufdiodenzweiges (13), vorzugsweise durch Unterbrechung des Gleichstromkreises der Gleichrichterschaltung, aufweist.
Bremse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse einen Schalter (12) zur Unterbrechung des Wechselstromkreises des Gleichrichters aufweist.
Bremse nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpferelement eine, sich vorzugsweise rechtwinklig zur ihrer Bewegungsrichtung erstreckende, bewegliche Dämpferscheibe (7, 9) in einer mit der magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Kammer (15) aufweist.
Bremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferscheibe (7) Perforationen aufweist.
Bremse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferscheibe eine konusartige Kontur aufweist.
Bremse nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine elektromagnetisch luftbare Federkraftbremse handelt.