DE60206416T2

DE60206416T2 - Schraubenaktuator mit verriegelungsmechanismus

Info

Publication number: DE60206416T2
Application number: DE60206416T
Authority: DE
Inventors: Nico Kollaard; Carl Vissers; Henk Kapaan; Koos Zwarts; Bernie Van Leeuwen
Original assignee: SKF Industrie SpA
Current assignee: SKF Industrie SpA
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: AU2002353327A1; KR20040088027A; WO2003050437A3; EP1456564A2; CN1748097A; WO2003050437A2; AU2002353327A8; US20060032712A1; JP2005512001A; DE60206416D1; EP1456564B1; ITTO20011164A0; ITTO20011164A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Spindelstellglied, das ein Gehäuse, einen Spindelmechanismus mit einer Spindel und einer Mutter, wobei einer dieser Bauteile zum Gehäuse drehbar gelagert ist, einen Motor, der antriebsmäßig mit dem Spindelmechanismus verbunden ist, eine mechanische Verriegelungseinrichtung, die ein Sperrelement und ein drehbares Element enthält, das mit einem drehbaren Bauelement des Motors und/oder dem Spindelmechanismus verbunden ist, eine Steuereinrichtung, um das Sperrelement zwischen einer Verriegelungsstellung und einer freien Stellung auszulenken, sowie einen Untersetzungsgetriebe-Mechanismus enthält, von dem eines der Zahnräder das Drehelement bildet und Zähne besitzt, um in das Sperrelement einzugreifen.
Ein derartiges Spindelstellglied ist aus WO-A-00/42333 bekannt und kann für viele Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise dazu, um die Bremse eines Fahrzeugs, die Kupplung eines Fahrzeugs usw. zu betätigen. In einigen Fällen ist es erwünscht, dass das Spindelstellglied in einer bestimmten Stellung befestigt ist, um den Bauteil, der betätigt wird, in einem gewünschten Zustand zu halten. Als Beispiel sei der lang dauernde eingebremste Zustand der Feststellbremse eines Fahrzeugs erwähnt.
Im Allgemeinen ist es nicht erwüscht, dass sich der Motor des Spindelstellglieds dauernd in einem erregten Zustand (eingeschaltet) befindet, um den gewünschten Zustand aufrecht zu halten. Beispielsweise würde im Falle eines elektrisch angesteuerten Motors die Batterie entleert werden.
Die Sperreinrichtung des Spindelstellglieds gemäß WO-A-00/42333 kann dazu verwendet werden, um den Spindelmechanismus in einer bestimmten Stellung zu fixieren, so dass der Motor nicht in einem angesteuerten Zustand gehalten werden muss, wobei dies bedeutet, dass die Spannungsquelle geschont werden kann.
Bei diesem bekannten Spindelstellglied wird die Verriegelungseinrichtung über einen Elektromagnet angesteuert, der in der Verriegelungsstellung unter dem Einfluss einer Feder gehalten wird.
Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein Spindelstellglied zu liefern, bei dem die Möglichkeit besteht, dass die gehaltene Stellung auf effiziente und rein mechanische Art fixiert wird.
Die mechanische Verriegelungseinrichtung kann auf mehrere Arten ausgeführt werden, beispielsweise mit Reibungselementen. Vorzugsweise enthält das drehbare Element Zähne, die in der Verriegelungsstellung mit dem Sperrelement in Eingriff gebracht werden. Diese Zähne können entweder radial oder axial ausgerichtet sein.
Es kann ein Fühler vorgesehen sein, der die Drehungen des drehbaren Bauelements über dessen Zähne abtastet.
Erfindungsgemäß enthält die Verriegelungseinrichtung ein axial fixiertes, drehbares Antriebselement, das in das Sperrelement über Rollelemente eingreift, die mit Laufbahnen auf den einander gegenüber liegenden Flächen des Antriebselements und des Sperrelements in Berührung stehen, wobei die Laufbahnen von zumindest dem Antriebselement oder dem Sperrelement Rampen bilden, die eine fortlaufende Neigung in Umfangsrichtung besitzen, so dass dann, wenn das Antriebselement vor und zurück gedreht wird, das Sperrelement hin und her bewegt wird.
Das Sperrelement und das Antriebselement können sich zueinander innerhalb eines begrenzten Drehbogens frei drehen, der von einem Endanschlag gebildet wird, so dass das Sperrelement zusammen mit dem Antriebselement in Drehung versetzt wird, nachdem das Sperrelement vom Antriebselement ausgelenkt und in die Verriegelungsstellung gebracht wurde, in der es am drehbaren Bauteil des Motors für eine Drehung befestigt ist. In dieser Stellung wird auch die Spindel in Drehung versetzt.
Das Antriebselement ist mit dem Mechanismus einer Handbremse verbunden. Vorzugsweise enthält der Mechanismus der Handbremse ein Kabel, das um das Antriebselement oder um eine Welle geschlungen ist, die mit ihm verbunden ist.
Die oben erwähnten Bewegungen des Sperrelements werden dadurch, dass es auf einer Welle drehbar gelagert ist, die mit dem Spindelmechanismus verbunden ist, durch eine Drehkupplung ermöglicht, die eine Drehverbindung zwischen dem Sperrelement und der Welle bis zu einem Schwellenwert des Drehmoments liefert und relative Drehungen oberhalb dieses Schwellenwerts des Drehmoments zulässt.
Dazu enthält die Drehkupplung ein abgeflachtes Feld auf der Welle sowie ein Vorspannelement, das in einer radialen Bohrung des Sperrelements aufgenommen wird, wobei das Vorspannelement mit dem abgeflachten Feld elastisch in Eingriff gedrückt wird.
Die Erfindung kann bei einer Bremszange verwendet werden, die ein Gehäuse sowie zwei gegenüber liegende Bremsklötze, einen Spindelmechanismus mit einer Spindel und einer Mutter, wobei eines dieser Bauelemente zum Gehäuse drehbar gelagert ist, sowie einen Motor besitzt, der antriebsmäßig mit dem Spindelmechanismus verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist eine mechanische Verriegelungseinrichtung vorgesehen, die ein Sperrelement und ein drehbares Element, das mit einem drehbaren Bauelement des Motors und/oder des Spindelmechanismus verbunden ist, sowie eine Steuereinrichtung enthält, um das Sperrelement zwischen einer Verriegelungsstellung einer freien Stellung auszulenken.
Die Erfindung soll nunmehr im Zusammenhang mit jener Ausführungsform beschrieben werden, die in den Zeichnungen dargestellt ist, in denen zeigt:
1 den Schnitt durch eine Bremszange mit einer elektromagnetisch betätigten Verriegelungseinrichtung;
2 bis 4 teilweise aufgeschnittene Ansichten einer Bremszange mit einem Spindelstellglied gemäß der Erfindung, d.h. mit einer mechanisch betätigten Verriegelungseinrichtung; und
5 bis 7 Details der Steuerphasen der Ausführungsform von 2 bis 4.
Die Bremszange von 1 enthält ein Spindelstellglied, das eine Mutter 5 besitzt, in der über Kugeln 28 eine Spindel 6 drehbar gelagert ist. Die Mutter 5 und die Spindel 6 besitzen geeignet geformte spindelartige Rillen 31.
Der Elektromotor 7 besitzt einen Stator 8, der mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, sowie einen Rotor 9, der in einer drehbaren Buchse 17 gelagert ist. Die drehbare Buchse 17 ist an einer inneren, ortsfesten Buchse 13 drehbar angebracht. Die innere Buchse 13 enthält Laufbahnen 18 für die Lager 19. Andernfalls kann die Buchse 13 selbstverständlich auch die Innenringe von getrennten Lagern tragen.
Die innere Buchse 13 besitzt einen nach außen verlaufenden Flansch 14, der zwischen einer Aufnahme 11, die radial in das Gehäuse 1 verläuft, sowie einen radial nach außen verlaufenden Mutternflansch 15.
Der radial nach außen verlaufende Mutternflansch 15 wie auch der Flansch 14 der Buchse 13 werden in einer zylindrischen Bohrung 10 des Gehäuses 1 aufgenommen. Die Aufnahme 11 verläuft zur Wand der zylindrischen Bohrung 10 radial nach innen.
In der zylindrischen Bohrung 10 wird ein zylindrischer Kolben 22 nicht-drehbar gehalten, in dem ein Stellkopf 29 untergebracht ist. Der Stellkopf 29 steht mit der Spindel 6 des Spindelstellglieds 4 in Eingriff und ist mit dem zylindrischen Kolben 22 über ein drehbares Lager 23 gekuppelt.
Durch ein in Betrieb setzen des Motors 7 treibt der Rotor 9 die Spindel 6 des Spindelstellglieds 4 über eine Welle 26 an. Die Welle 26 ist auf einer Seite mit einem Untersetzungsgetriebe-Mechanismus 20 verbunden, der vom Rotor 9 über die drehbare Buchse 17 und ihrem nach innen verlaufenden Flansch 24 angetrieben wird. Auf der anderen Seite verläuft die mittlere Antriebswelle 26 in eine zylindrische Bohrung 27 der Spindel 6, wobei die Welle 26 mit der Spindel 6 über eine Keil/Nut-Kupplung 60 nicht drehbar gekuppelt ist.
Dadurch wird die Spindel 6 in Drehung versetzt und nach außen bewegt, um den Bremsklotz 3 näher zum Bremsklotz 2 zu bringen, um eine Bremswirkung auf eine Bremsscheibe (nicht dargestellt) auszuüben.
Durch die dadurch auf die Mutter 5 ausgeübten Druckkräfte wird die ortsfeste Lagerbuchse 13 fest gegen die Auflage 11 des Gehäuses 1 geklemmt.
Da Fehlausrichtungen angepasst werden, die die Laufbahnen und die Kugeln des Spindelstellglieds beschädigen können, können der Flansch 14 der Buchse 13 sowie auch der Mutternflansch 15 vorzugsweise entlang der Fläche einer imaginären Kugel gekrümmt sein, um eine gewisse Anpassung des Spindelstellglieds 4 zusammen mit dem Rotor 9 und dem Untersetzungsgetriebe-Mechanismus 20 zu ermöglichen.
Um bei einem lange dauernden Anziehen der Feststellbremse die Funktionsfähigkeit aufrecht zu erhalten, ist ein Zahnrad 42 des Untersetzungsgetriebe-Mechanismus 20 mit Zähnen 45 versehen, die mit einem nicht drehbaren Verriegelungselement 41 in Eingriff gebracht werden können, im Besonderen mit dessen Yähnen 54. Das Verriegelungselement 41, das axial parallel zur Welle 26 bewegbar ist, wird in eine inaktive Stellung von einem ortsfesten Elektromagnet 44 ausgelenkt, der dann angesteuert wird, wenn die Feststellbremse außer Betrieb ist.
Sobald die Feststellbremse betätigt wird, endet die Erregung des Elektromagneten 44, wodurch das Verriegelungselement 41 in die Zähne 45 des Zahnrads 42 unter der Wirkung einer Druckfeder 48 eingreifen kann. Durch das Verriegeln der Drehung des Zahnrads 42 ist das Stellglied verriegelt, um die Wirkung der Feststellbremse aufrecht zu erhalten.
2 bis 4 zeigen eine Bremszange, die großteils jener Bremszange entspricht, die 1 zeigt. Diese Bremszange enthält jedoch ein Spindelstellglied gemäß der Erfindung, d.h. ein Stellglied, das eine Steuereinrichtung besitzt, die das Stellglied in einem gebremsten Zustand nicht mit Hilfe eines Elektromagneten, sondern lediglich mechanisch verriegelt.
Die Verriegelungseinrichtung enthält ein axial fixiertes, drehbares Antriebselement 55, das auf der Welle 26 untergebracht ist. Dieses Antriebselement 55 steht mit dem Sperrelement 42 über Rollelemente 56 in Eingriff. Diese Rollelemente 56 werden in Laufbahnen 58 des Antriebselements 55, die eine konstante Tiefe aufweisen, sowie in Laufbahnen 57 des Sperrelements 41 aufgenommen, die rampenförmig ausgebildet sind, wobei das bedeutet, dass sie eine fortlaufend ansteigende Tiefe besitzen.
Das Antriebselement 55 ist mit einem Rollenkabel 52 verbunden, das um das Antriebselement 55 geschlungen ist. Wenn am Rollenkabel 52 gezogen wird, wird das Antriebselement 55 in Drehung versetzt, wobei dies dazu führt, dass der Abstand in axialer Richtung des Sperrelements 41 gegenüber dem Antriebselement 55 über die Laufbahnen 57, 58 und die Rollelemente 56 vergrößert wird. Das Sperrelement 41 enthält Zähne 54, die auf diese Weise mit den Zähnen 45 des Zahnrads 42 in Eingriff gebracht werden.
Das Sperrelement 41 wird anfangs bezogen auf die Welle 26 mit Hilfe einer Drehkupplung nicht drehbar gehalten. Diese Drehkupplung enthält ein abgeflachtes Feld 59 auf der Welle 26 sowie eine vorgespannte Kugel 50, die mit Hilfe einer Schraubenfeder 62 mit dem abgeflachten Feld 59 elastisch in Eingriff gedruckt wird. Sowohl die Kugel 50 als auch die Schraubenfeder 62 werden in einer Bohrung 61 des Sperrelements 41 auf genommen.
Mit Hilfe dieser Drehkupplung wird das Sperrelement 41 anfangs zur Welle 26 auch dann nicht drehbar gehalten, wenn das Antriebselement 55 in Drehung versetzt wird, um das Sperrelement 41 zum Zahnrad 42 auszulenken. Nachdem das Antriebselement 55 über einen bestimmten Abstand gedreht wurde, wird dessen freie Drehung zum Sperrelement 41 mit Hilfe eines Endanschlags (siehe 5 bis 7) verhindert. Bei einer weiteren Drehung wird das Sperrelement 41 zusammen mit der weiteren Drehung des Antriebselements 55 gedreht, wodurch die Spindel 6 des Spindelmechanismus 4 in Drehung versetzt wird, wodurch die Handbremse wirken kann.
In 5 bis 7 sind mehrere Schritte dargestellt, um eine Wirkung der Handbremse über das Antriebselement 55 und das Sperrelement 41 zu erhalten. Das Antriebselement 55 enthält einen Zapfen 63, der in eine Rille 65 des Sperrelements 41 vorspringt. 5 zeigt die verriegelte Stellung der in Frage kommenden Verriegelungseinrichtung, das heißt dann, wenn die Handbremse nicht angezogen ist.
6 zeigt die Anfangsdrehung des Antriebselements 55 gegenüber dem Sperrelement 41, das auf der Welle 26 mit Hilfe der Drehkupplung hinsichtlich einer Drehung fixiert ist (siehe 2 bis 4). Dadurch wird das Sperrelement 41 vom Antriebselement 55 weg gedrückt, wie dies oben beschrieben wurde. Dadurch gelangen die Zähne 54 des Sperrelements 41 mit den Zähnen 45 des Zahnrads 42 in Eingriff.
Eine weitere Drehung des Antriebselements 55 verursacht, dass sich auch das Sperrelement 41 dreht, wenn man in Betracht zieht, dass der Zapfen 63 am Ende der Rille 65 (Endanschlag) aufliegt. Dadurch wird das Sperrelement 41 zusammen mit der weiteren Drehung des Antriebselements 55 in Drehung versetzt, womit man eine Drehung der Zähne 54 und damit eine Drehung der Zähne 45 und des Zahnrads 42 erhält.
Damit wird die Spindel 6 des Spindelmechanismus in Drehung versetzt, wodurch man eine Bremswirkung erhält.

Claims

Spindelstellglied, das enthält ein Gehäuse (1), einen Spindelmechanismus (4) mit einer Spindel (6) und einer Mutter (5), wobei einer dieser Bauteile zum Gehäuse (1) drehbar gelagert ist, einen Motor (7), der antriebsmäßig mit dem Spindelmechanismus (4) verbunden ist, eine mechanische Verriegelungseinrichtung, die ein Sperrelement (41) und ein drehbares Element enthält, das mit einem drehbaren Bauelement des Motors (7) und/oder des Spindelmechanismus (4) verbunden ist, eine Steuereinrichtung, um das Sperrelement (41) zwischen einer Verriegelungsstellung, in der es zum drehbaren Bauelement des Motors (7) hinsichtlich einer Drehung fixiert ist, und einer freien Stellung auszulenken, in der das Sperrelement (41) hinsichtlich einer Drehung nicht an einem drehbaren Bauelement des Motors (7) fixiert ist, einen Untersetzungsgetriebe-Mechanismus (20), von dem eines der Zahnräder (42) das Drehelement bildet und Zähne (45) trägt, um in das Sperrelement (41) einzugreifen; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein axial fixiertes, drehbares Antriebselement (55) enthält, das in das Sperrelement (41) über Rollelemente (56) eingreift, die mit Laufbahnen (57, 58) auf einander gegenüber liegenden Flächen des Antriebselements (55) und des Sperrelements (41) in Berührung stehen, wobei die Laufbahnen (57) zumindest des Antriebselements oder des Sperrelements (41) Rampen bilden, die in Richtung des Umfangs eine fortlaufende Neigung besitzen, so dass das Sperrelement (41) hin und her bewegt wird, wenn das Antriebselement (55) nach vor und zurück gedreht wird.
Spindelstellglied gemäß Anspruch 1, wobei das Sperrelement (41) und das Antriebselement (55) zueinander innerhalb eines begrenzten Drehbogens frei drehbar sind, der von einem Endanschlag (63, 65) gebildet wird, so dass das Sperrelement (41) zusammen mit dem Antriebselement (55) in Drehung versetzt wird, nachdem das Sperrelement (41) vom Antriebselement (55) ausgelenkt und in die Verriegelungsstellung gebracht wurde.
Spindelstellglied gemäß Anspruch 2, wobei das Antriebselement (55) mit einem Handbremsen-Mechanismus verbunden ist.
Spindelstellglied gemäß Anspruch 3, wobei der Handbremsen-Mechanismus ein Kabel (52) enthält, das um das Antriebselement (55) oder um eine damit verbundene Welle geschlungen ist.
Spindelstellglied gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Sperrelement (41) auf einer Welle (26) drehbar gelagert ist, die mit dem Spindelmechanismus verbunden ist, wobei eine Drehkupplung eine Drehverbindung zwischen dem Sperrelement (41) und der Welle (26) bis zu einem Schwellenwert des Drehmoments liefert und oberhalb dieses Drehmomentwerts eine relative Drehung zulässt.
Spindelstellglied gemäß Anspruch 5, wobei die Drehkupplung ein abgeflachtes Feld (59) auf der Welle (26) sowie ein Vorspannelement (50) enthält, das in einer radialen Bohrung (61) des Sperrelements (41) aufgenommen wird, wobei das Vorspannelement (50) mit dem abgeflachten Feld (59) elastisch in Eingriff gedrückt wird.