DE20307976U1

DE20307976U1 - Elektromagnetisch betätigte Bremsvorrichtung

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Publication number: DE20307976U1
Application number: DE20307976U
Authority: DE
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2013-05-23

Description

AB SKF Schweinfurt, 21. 5. 2003

DE 03 016 DE STP-go.ne

Beschreibung

Elektromagnetisch betätigte Bremsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Bremsvorrichtung, bestehend aus einem Stator, welcher an einem Gehäuse drehfest befestigt ist, einer Scheibe, welche auf einer Welle drehfest, aber zwischen dem Stator und dem Flansch axial verschiebbar angeordnet ist, wobei zwischen der Scheibe und dem Flansch Mittel angeordnet sind, die durch gegenseitigen fbrmschlüssigen Eingriff eine drehfeste Verbindung zwischen der Scheibe und dem Flansch herstellen und wobei die Mittel aus Schrägen bestehen, die an der dem Flansch zugewandten Stirnseite der Scheibe angeordnet sind, sowie aus Schrägen bestehen, die an der der Scheibe zugewandten Stirnseite des Flansches angeordnet sind, wobei die Schrägen mit einem Eingriffswinkel in Wirkverbindung stehen.

Eine elektromagnetisch betätigte Bremsvorrichtung der eingangs genannten T⁵Ot ist aus der DE 199 57 939 C2 bekannt. Dort wird eine Bremsvorrichtung beschrieben, bei der die Bremskraft dadurch erzielt wird, dass der Anker aufgrund einer Federkraft einer Federeinrichtung gegen eine Bremsplatte gedrückt wird und bei Bestromung einer Magnetspule zum Auflösen der Bremswirkung von der Bremsplatte abgehoben wird. Der Anker steht mit

mindestens einer Servoschräge in Wirkverbindung, an welcher der Anker, nach dem Abschalten des Stroms durch die Magnetspule und damit nach dem Einleiten des Bremsvorgangs, entlang gleitet und eine zusätzliche PCraftkomponente erfährt, die auf den Anker in Richtung der Federkraft der Federeinrichtung wirkt.

Im Fahrzeugsektor werden in den letzten Jahren die Bemühungen verstärkt, die Lenksäule, welche für eine mechanische Kraftübertragung vom Lenkrad auf die Lenkung sorgt, durch eine rein elektrische Übertragung zu ersetzen. Das hat unter anderem die Vorteile, dass der Bauraum für die Lenksäule eingespart wird und dass bei Unfällen der Fahrerschutz verbessert wird. Andererseits ergeben sich durch eine rein elektrische Übertragung des Lenksignals vom Lenker zu den Elektromotoren, die die Stellung der Räder steuern, auch besondere Probleme. Eines dieser Probleme ist das Fehlen eines ausreichenden Lenkwiderstandes am Lenkrad, welches dem Fahrer die Stellung der Räder signalisiert. Dieser Lenkwiderstand ist im normalen Arbeitsbereich der Lenkung recht gering, vergrößert sich aber mit Zunahme des Einschlagwinkels der Räder, bis der Widerstand so groß wird, dass die Lenkung einen Endanschlag erreicht. Um bei der elektrischen Übertragung der Lenksignale vom Lenker zu den Rädern ebenfalls einen Lenkwiderstand zu erzeugen, wird dieser mit Hilfe von elektromagnetisch betätigten Bremsen, welche direkt auf den Lenker wirken, simuliert.

Diese elektromagnetisch betätigten Bremsen erzeugen im Arbeitsbereich einen Drehwiderstand von ca. 1 Nm, welcher aber zum Endanschlag hin sehr stark bis ca. 10 Nm ansteigt. Gleichzeitig müssen die Bremsen aber trotz der hohen aufzubringenden Bremsmomente klein bauen, damit sie nicht so viel Platz im Armaturenbrett benötigen.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Bremse der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass es möglich ist, auch bei sehr kleinen Abmessungen der Bremse eine große Bremskraft bereit zu stellen, und eine mechanische Bremskraftverstärkung zu erzeugen, die in Abhängigkeit des Bremsmoments nichtlinear ansteigt.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schräge, welche zur mechanischen Erhöhung der Bremskraft dient, derart elastisch ausgestaltet ist, dass sich deren Eingriffswinkel mit steigendem Bremsmoment zwischen Stator und Scheibe verringert.

Durch die erfmdungsgemäße elastische Ausgestaltung der Schrägen wird bewirkt, dass bei Erhöhung des Bremsmomentes der elektromagnetischen Bremse die mechanische Hilfskraft nicht linear, sondern progressiv, bevorzugt exponentiell, ansteigt. Dies hat zur Folge, dass mit einer gleich großen elektromagnetischen Bremse eine höhere Bremskraft erzeugt werden kann, oder dass die Bremse bei gleichbleibenden Abmessungen eine höhere Bremskraft erzeugt.

Die elastischen Schrägen, die eine mechanische Verstärkung der Bremskraft erzeugen, sind derart ausgestaltet, dass sie sich bei steigendem Bremsmoment zwischen den die Schrägen aufweisenden Bauteilen verformen können, wodurch sich deren Eingriffswinkel verändert. Dies fuhrt dazu, dass zusätzlich zur magnetisch erzeugten Kraft eine mechanische Kraft entsteht, welche die magnetische Kraft verstärkt. Je nachdem, ob sich der Eingriffwinkel bei steigendem Bremsmoment erhöht oder abnimmt, kann die

zusätzliche mechanische Kraft schneller oder langsamer ansteigen als dies bei unverändertem Eingriffwinkel der Fall wäre.

Da häufig eine größere Bremskraft erwünscht ist, sind die Schrägen vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich deren Eingriffswinkel verringert.

Damit der Eingriffswinkel der Schrägen in Abhängigkeit des Bremsmoments veränderbar ist, sind diese bevorzugt mindestens auf einem der zusammenwirkenden Bauteile (Flansch oder Scheibe) elastisch oder federnd ausgebildet.

Die Schrägen müssen nicht notwendigerweise in die beiden zusammenwirkenden Bauteile eingearbeitet sein. Es ist auch möglich, dass die Schrägen auf mindestens einem Bauteil durch mindestens eine Wellfederscheibe gebildet werden, welche auf dem Bauteil befestigt ist. Dies kann durch Schweißpunkte, Klebepunkte, Niete oder auch anderen Befestigungsmethoden geschehen.

Weiterhin können die Schrägen auch aus Elastomer bestehen. Dabei kann mindestens ein Bauteil ganz aus Elastomer bestehen oder es wird ein separates elastisches Teil auf der Scheibe oder dem Flansch angebracht.

Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird eine elektromagnetische Bremse geschaffen, welche in der Lage ist, bei ansteigendem Bremsmoment die durch die Spule aufgebrachte Bremskraft durch eine mechanische Komponente zu verstärken, wobei sich die mechanische Zusatzkraft in Abhängigkeit des Biemsmoments nichtlinear verändert.

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In den Zeichnungen sind Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Bremse dargestellt.

Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau der elektromechanischen Bremsvorrichtung in der Seitenansicht,

Figur 2 stellt einen Ausschnitt aus Fig. 1 dar,

Figur 3 zeigt eine Ausfuhrungsart als Alternative zu Figur 1, bei der die Schrägen durch Wellfederscheiben gebildet sind,

Figur 4 zeigt das Kräftediagramm bei geringem Bremsmoment M (&agr; ist groß),

Figur 5 zeigt das Kräftediagramm bei hohem Bremsmoment M (a ist klein),

Figur 6 zeigt eine zu Figur 1 bzw. Figur 3 alternative Ausführung, bei der die Schrägen durch Elastomer gebildet sind,

Figur 7 zeigt in der Draufsicht die in einer Elastomerschicht ausgebildeten Erhebungen und

Figur 8 verdeutlicht den nichtlinearen Anstieg der bremsverstärkenden mechanischen Kraft F_3x in Abhängigkeit vom Bremsmoment M.

In Figur 1 wird schematisch der Aufbau einer elektromagnetisch betätigten Bremsvorrichtung 1 dargestellt, welche zur mechanischen Verstärkung der Bremskraft ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Stator 2, einem Flansch 5 und einer Scheibe 3. In dem Stator 2, der drehfest an einem

Gehäuse befestigt ist, sind vorzugsweise die Spulen angebracht, welche bei Stromfluss ein magnetisches Feld erzeugen. Der Flansch 5 ist drehfest und axial unverschieblich auf der Welle 4 befestigt. Zwischen Stator 2 und Flansch 5 ist eine Scheibe 3 angeordnet, welche axial auf einer Welle 4 verschiebbar ist und auch drehbar ausgebildet sein kann. Die Stirnseite 6 der Scheibe 3 weist mehrere Schrägen 7 über dem Umfang verteilt auf, und auch die Stirnseite 8 des Flansches 5 weist mehrere Schrägen 9 über den Umfang verteilt auf. Die Schrägen 7, 9 sind derart ausgebildet, dass sie auf der Stirnseite 6 Erhebungen und auf der Stirnseite 8 Vertiefungen bilden, welche ineinander greifen. Die Scheibe 3 und der Flansch 5 liegen mit ihren Stirnseiten 6, 8 derart nahe beieinander, dass die Schrägen 7, 9 ineinander greifen und folglich die Scheibe 3 auf der Welle nicht drehbar ist. Wird die Spule des Stators 2 bestromt, so entwickelt sich ein Magnetfeld, welches die Scheibe 3 gegen die Oberfläche des Stators 2 zieht. Da auf der Oberfläche der Sicheibe 3, die dem Stator 2 zugewandt ist, und auf der Oberfläche des Stators 2 jeweils Bremsbeläge aufgebracht sind, wird die rotierende Welle 4 abgebremst. Dadurch entsteht ein Bremsmoment M, das eine Kraft F (siehe Figur 2) zwischen den Schrägen 7 der Scheibe 3 und den Schrägen 9 des Flansches 5 bewirkt. Diese Kraft F wird durch die Schrägen 7, 9 in eine axiale Komponente F_3x und eine radiale Komponente F_r zerlegt (siehe Figur 2).

Aus Figur 2 ist leicht ersichtlich, dass die Aufteilung der Kraft F in die radiale und axiale Komponente F₁. und F_3x vom Eingriffswinkel &agr; abhängig ist. Ist der Eingriffs winkel &agr; groß, ist die axiale Kraftkomponente F_3x, also die zusätzliche mechanische Bremskraftverstärkung, verhältnismäßig klein. Je kleiner aber &agr; wird, desto mehr wächst F_3x an und desto größer wird die zusätzliche mechanische Bremskraftverstärkung.

!Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze, wenn man z. B. bei elektrischen Lenksystemen im normalen Arbeitsbereich einen relativ geringen Widerstand haben möchte, der aber stark ansteigen soll, wenn man sich den Endanschlägen nähert. Erfmdungsgemäß werden also mindestens die Schrägen 7, 9 einer Seite derart elastisch ausgebildet, dass sich der Eingriffswinkel &agr; bei steigendem Drehmoment M verringert und somit eine axiale Bremskraftverstärkung F_3x bereitgestellt wird, welche nichtlinear ansteigt (Figur 8).

Figur 3 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform der Erfindung. Zur kostengünstigen Bereitstellung von elastischen Schrägen 7, 9 am Flansch 5 bzw. an der Scheibe 3 ist an mindestens einem dieser Bauteile eine Wellfederscheibe 10 befestigt. Der Flansch 5 und die Scheibe 3 sind in einer derartigen Lage zueinander, dass die Erhöhungen und Vertiefungen der Wellfederscheiben ineinander greifen. Wenn das Bremsmoment M noch relativ gering ist, ist der Eingriffswinkel &agr; der Schrägen 7, 9 relativ groß, weshalb die axiale Kraft Fa_x noch sehr klein ist und nicht viel zur Verstärkung der elektromagnetischen Bremskraft beiträgt (Figur 4). Wird aber das Bremsmoment M deutlich erhöht, verformen sich beide Wellfederscheiben 10, wodurch der Eingriffswinkel «nun kleiner ist als vormals. Dies bewirkt, class die axiale Kraft F_3x deutlich ansteigt, und somit die elektromagnetisch aufgebrachte Bremskraft in erheblichem Maße in nichtlinearer Abhängigkeit vom Bremsmoment M verstärkt wird (Figur 5). Form und Federsteifigkeit der Wellfederscheibe 10 müssen natürlich so ausgelegt werden, dass keine Selbsthemmung auftritt.

weitere Ausfuhrungsform ist in Figur 6 zu sehen. Hier ist an der Scheibe 3 oder am Flansch 5 oder an beiden Bauteilen eine Elastomerschicht 11 befestigt, in welche die Vertiefungen und/oder die Erhebungen, welche die

Schrägen 7, 9 bilden, eingeformt sind. Vorzugsweise werden die Erhebungen 2LUS dem elastomeren Material hergestellt. Die Funktionsweise ist die gleiche wie bei der Ausführung mit den Wellfederscheiben 10. Die Schrägen 7, 9 sind derart ausgeformt, dass sich bei einer Erhöhung des Bremsmomentes M die aus Elastomer bestehenden Erhebungen verformen, so dass sich der Eingriffswinkel a₂ gegenüber dem Eingriffswinkel cüj verkleinert. Dies wiederum bewirkt eine Erhöhung der axialen Kraft F_3x, welche die elektromagnetisch erzeugte Bremskraft zusätzlich nichtlinear verstärkt. Die Vertiefungen sind vorzugsweise wie V-Nuten ausgestaltet, deren seitliche Wände sich nach außen mit einem Radius R krümmen, und die Schrägen 7, 9 der anderen Stirnseite 6, 8 bestehen aus Erhebungen, welche der Kontur der V-Nuten entsprechen.

Figur 7 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Elastomerschicht 11, bei der die Erhebungen aus elastischem Material gebildet werden.

AB SKF Schweinfurt, 21. 5. 2003

DE 03 016 DE STP-go.ne

Bezugszeichenliste

1	Bremsvorrichtung
2,	Stator
3	Scheibe
4	Welle
5	Flansch
6	Stirnseite
7	Schräge
8	Stirnseite
9	Schräge
10	Wellfederscheibe
11	Elastomerschicht
F	Kraft
Fax	axiale Komponente von F
Fr	radiale Komponente von F
q:	Eingriffswinkel
	Eingriffswinkel
*OL₂*	Eingriffswinkel
F.	Radius

Claims

1. Elektromagnetisch betätigte Bremsvorrichtung (1), bestehend aus
einem Stator (2), welcher an einem Gehäuse drehfest befestigt ist,
einer Scheibe (3), welche auf einer Welle (4) drehfest, aber zwischen dem Stator (2) und einem Flansch (5) axial verschiebbar angeordnet ist,
wobei zwischen der Scheibe (3) und dem Flansch (5) Mittel (7, 9) angeordnet sind, die durch gegenseitigen formschlüssigen Eingriff eine drehfeste Verbindung zwischen der Scheibe (3) und dem Flansch (5) herstellen, und
wobei die Mittel (7, 9) aus Schrägen (7) bestehen, die an der dem Flansch (5) zugewandten Stirnseite (6) der Scheibe (3) angeordnet sind, sowie aus Schrägen (9) bestehen, die an der der Scheibe (3) zugewandten Stirnseite (8) des Flansches (5) angeordnet sind, wobei die Schrägen (7, 9) mit einem Eingriffswinkel (α) in Wirkverbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Schräge (7, 9) derart elastisch ausgestaltet ist, dass sich deren Eingriffswinkel (α) mit steigendem Bremsmoment (M) zwischen Stator (2) und Scheibe (3) verändert.

2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Eingriffswinkel (α) mit steigendem Bremsmoment (M) verringert.

3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägen (7, 9) mindestens einer Stirnseite (6, 8) aus mindestens einer Wellfederscheibe (10) bestehen.

4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wellfederscheibe (10) an der Scheibe (3) und/oder am Flansch (5) durch mindestens einen Schweißpunkt, einen Klebepunkt oder eine Niete befestigt ist.

5. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schrägen (7, 9) mindestens einer Stirnseite (6, 8) bildende Material Elastomermaterial ist.

6. Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägen (7, 9) der einen Stirnseite (6, 8) aus V-förmigen Nuten bestehen, deren seitliche Wände sich nach außen mit einem Radius (R) krümmen und die Schrägen (7, 9) der anderen Stirnseite (6, 8) aus Erhebungen bestehen, welche der Kontur der Schrägen (7, 9) der einen Stirnseite (6, 8) entsprechen.

7. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale bremsverstärkende Kraft (F_ax) eine Funktion des Bremsmomentes (M) ist, welche mit steigendem Bremsmoment (M) nichtlinear, vorzugsweise exponentiell, ansteigt.