EP1943432A1 - Keilbremse mit gegenläufig bewegten keilelementen - Google Patents

Keilbremse mit gegenläufig bewegten keilelementen

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Publication number
EP1943432A1
EP1943432A1 EP06807714A EP06807714A EP1943432A1 EP 1943432 A1 EP1943432 A1 EP 1943432A1 EP 06807714 A EP06807714 A EP 06807714A EP 06807714 A EP06807714 A EP 06807714A EP 1943432 A1 EP1943432 A1 EP 1943432A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wedge
brake
elements
wedge elements
friction surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06807714A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Venus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1943432A1 publication Critical patent/EP1943432A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/02—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members
    • F16D55/22—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads
    • F16D55/224—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members
    • F16D55/225—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members the braking members being brake pads
    • F16D55/226—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members the braking members being brake pads in which the common actuating member is moved axially, e.g. floating caliper disc brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2125/00—Components of actuators
    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/20—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa
    • F16D2125/22—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa acting transversely to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/08—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms
    • F16D2127/10—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having wedging elements

Definitions

  • the invention relates to a braking device with a
  • Self-reinforcing device in particular for motor vehicles, according to the preamble of patent claim 1, and a motor vehicle brake system according to the preamble of patent claim 12.
  • Such brakes essentially comprise an electric actuator that actuates a wedge element that supports a friction member (brake pad) against the friction surface of a component to be braked, such as a brake pad. a brake disc, presses.
  • the wedge member has on its back a wedge surface which is inclined at a pitch angle ⁇ relative to the friction surface. The wedge surface is supported against an abutment that absorbs the braking forces.
  • the wedge element In a brake operation, the wedge element is moved parallel to the direction of movement of the element to be braked, wherein it is pressed at the same time because of its wedge surface in the direction of the braked element. Due to the friction between the friction member and friction surface, the wedge member is automatically taken in the direction of movement and pushes even more against the braked element (self-reinforcement). Once the braking effect has reached a predetermined value, the wedge member is held by the actuator or moved back to an optimal position.
  • the wedge element is usually operated at an operating point at which, assuming an expected friction value ⁇ neither compressive forces nor tensile forces must be exerted on the wedge and with a small change in the position of the wedge element a maximum change in the braking effect can be achieved.
  • the coefficient of friction is not constant, but dependent on various environmental conditions, such as temperature, wet, pollution, corrosion, etc ..
  • the actuators used reach their performance limit.
  • the actuators used in the wedge brake must therefore be designed accordingly strong in order to still be able to solve the wedge brake under such conditions.
  • more powerful actuators are more expensive and require more space.
  • An essential aspect of the invention is to provide a self-reinforcing wedge brake with a self-locking mechanism, the movement of the wedge member in Clamping direction inhibits automatically and thus automatically reduces the forces to be applied by the actuator in the opposite direction.
  • the braking device comprises at least two wedge elements, one of which is self-reinforcing and the other designed to be self-releasing. That the one wedge element has a brake force increasing effect upon displacement in the direction of movement of the element to be braked, and the other wedge element upon displacement in the direction of movement releasing the brake (in the uncoupled state and individually).
  • the two wedge elements are drivingly connected to each other via a coupling device so that they move in opposite directions in a direction parallel to the friction surface. That is, when one wedge member moves in the direction of movement of the member to be braked, the other wedge member moves exactly in the opposite direction. In this case, the wedge elements move in a direction perpendicular to the friction surface direction in the same direction to the element to be braked to or away.
  • the self-inhibiting effect of the overall system results from the following consideration: During a braking operation, one wedge is taken along in the direction of movement of the element to be braked due to the self-reinforcing effect and presses even more against the element to be braked. The movement in the direction of the element to be braked is due to the drive coupling also joined by the other wedge element, which is thus also stronger pressed against the element to be braked. With increasing normal force against the element to be braked, the second, self-releasing wedge element is also taken more strongly in the direction of movement and thereby exerts a force corresponding to the movement of the first Wedge element automatically counteracts. The second wedge element thus introduces a force into the first wedge via the coupling device, which tries to move the first wedge counter to the direction of movement of the element to be braked.
  • wedge element should be understood to mean not just any wedge-shaped element, but generally any element with a wedge effect, such as a so-called wedge plate with a plurality of elevations and recesses (in the manner of a washboard) corresponding abutment cooperates.
  • the wedge brake comprises two wedge-shaped elements which slide on differently inclined wedge surfaces of an abutment.
  • One of the wedge surfaces extends, viewed in the direction of movement of the element to be braked, converging relative to the friction surface and the other wedge surface of the abutment diverging.
  • the coupling device comprises two lever elements, which are connected at a first portion in each case with one of the wedge elements, and at another, adjacent to each other, form fit engage each other.
  • the levers pivot in a brake operation preferably about an axis which is perpendicular to the direction of movement and parallel to the friction surface of the braked element.
  • connection of the levers with the wedge elements on the first section preferably comprises a pin which slides in a slot.
  • the slot preferably extends to the pivot axis of the lever.
  • the coupling device may according to a second embodiment of the invention, for example, include two perpendicular to the friction surface extending shafts, each cooperating with one of the wedge elements and move the wedge elements in rotation of the waves in opposite directions.
  • the shaft mechanism is preferably designed in such a way that the wedge elements are moved in opposite directions (parallel to the direction of movement of the element to be braked) when the shafts rotate in the same direction.
  • the shafts are preferably connected to each other at a first portion with one of the wedge elements and at another portion via an intermediate gear.
  • the gear is preferably selected by an actuator, such as an actuator. an electric motor, driven.
  • the shafts may e.g. have on their the friction surface facing end face an eccentrically arranged driver.
  • the taker may e.g. slide in a slot provided in the wedge element.
  • the wedge brake according to the invention is preferably formed symmetrically, ie, in particular the wedge elements, wedge angle and the components of the coupling device are symmetrical with respect to a central axis perpendicular to the friction surface.
  • the wedge elements or the associated wedge surfaces of the abutment can also be designed differently.
  • the friction linings of the wedge elements can also be designed differently.
  • the brake device according to the invention preferably also comprises an adjusting device for compensating the brake pad wear. Adjustment devices are well known from the prior art.
  • the braking device according to the invention preferably comprises only a single actuator for actuating the wedge elements.
  • the actuator preferably acts directly on one of the wedge elements, but may also act on an element of the coupling device.
  • two or more actuators could be provided.
  • the actuators are preferably electric motors.
  • the braking device according to the invention is considered as a whole preferably designed as a pressure wedge. It is self-releasing.
  • FIG. 1 is a side view of a braking device with counter-rotating wedge elements according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a brake device with a released brake mechanism according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows the brake device of FIG. 2 with the brake mechanism tensioned
  • FIG. 4 is a side sectional view of the brake device of FIG. 2 with the brake mechanism open
  • FIG. 3 shows the brake device of FIG. 2 with the brake mechanism tensioned
  • FIG. 4 is a side sectional view of the brake device of FIG. 2 with the brake mechanism open
  • FIG. 3 shows the brake device of FIG. 2 with the brake mechanism tensioned
  • FIG. 4 is a side sectional view of the brake device of FIG. 2 with the brake mechanism open
  • FIG. 5 is a side sectional view of the brake device of FIG. 3 with the brake mechanism tensioned;
  • Fig. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI in Fig. 4.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII in Fig. 5th
  • Fig. 1 shows a side view of a wedge brake 1 with two wedge elements 2a, 2b according to a first embodiment.
  • the wedge elements 2a, 2b respectively slide on corresponding wedge surfaces 5a, 5b of an abutment 3, which are inclined in different directions with respect to the friction surface 20 of an element 6 to be braked (for example a brake disk).
  • the wedge elements 2a, 2b are also drivingly connected to each other via a coupling mechanism (lever 7a, 7b).
  • the wedge surfaces 5a, 5b of the abutment 3 are here designed so that the one surface 5a, viewed in the direction of movement 21, converges with respect to the friction surface 20, and the other surface 5b diverges.
  • this wedge 2a therefore exerts an effect which applies the brake 1, while the other wedge 2b exhibits a brake-releasing effect.
  • the first wedge 2a can therefore also be referred to as self-reinforcing and the other 2b as self-releasing. (In opposite direction of movement 21, the wedges 2a, 2b reverse effects).
  • the two wedge elements 2a, 2b are, as mentioned, via a lever mechanism 7,8 drivingly connected to each other.
  • This lever mechanism is designed so that the two wedge elements 2a, 2b always move in opposite directions in a direction parallel to the friction surface 20 (X-direction). In this case, however, the wedge elements 2a, 2b move in the same direction in a direction perpendicular to the friction surface 20 (Y direction). The wedge elements 2a, 2b therefore tension the brake 1 synchronously or release it synchronously.
  • the Disstarkungs bin of the first wedge 2a is therefore inhibited by the second wedge 2b. This can in particular be prevented that the self-reinforcing wedge 2a is taken too strong at very high friction ⁇ and high speeds of the element to be braked. The applied by the actuator 17 in the opposite direction forces are reduced accordingly.
  • the coupling device comprises in the present example, two lever elements 7a, 7b, which are each pivotally mounted about an associated axis 9a, 9b.
  • the pivot axes 9a, 9b extend in a direction perpendicular to the direction of movement X and the Friction surface 20 parallel axis.
  • the lever elements 7a, 7b are connected at their upper end by means of a pin / slot mechanism IIa, 10a or IIb, 10b respectively with the associated wedge element 2a, 2b.
  • the pins IIa and IIb slide in each case in an associated slot 10a or 10b, which extends in the direction of the pivot axis 9a, 9b.
  • the lever elements 7a, 7b also each comprise a circular segment-shaped region 8 with a radius of curvature r x or r 2 . These segments 8 engage one another in a form-fitting manner and can be designed, for example, as gear segments.
  • the self-reinforcing wedge (here 2a) can optionally be designed as a pressure or tension wedge.
  • the self-releasing wedge (2b) is due to its arrangement always a pressure wedge.
  • the overall braking device 1 is preferably designed as a pressure wedge. That is, the wedge members 2a, 2b behave like a pressure wedge when the overall system is considered. The wedge brake 1 is thus always self-releasing.
  • the wedge brake 1 is formed here symmetrically with respect to a vertical axis standing on the friction surface 20. This achieves, in particular, that the two wedge elements 2a, 2b are synchronous, i. move at the same speed, in the Y direction.
  • the wedge coupling thus always shows pressure wedge behavior. It is therefore self-releasing and can not lock itself.
  • Fig. 2 shows a perspective view of a second embodiment of a wedge brake with counter-moving wedge elements 2a, 2b, wherein the brake is in the released position.
  • the same elements as in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the wedge brake 1 in turn comprises two wedge elements 2a, 2b, which are supported on an abutment 3 and slide on oppositely inclined surfaces 5a and 5b.
  • the wedge elements 2a, 2b each comprise on their front side a brake lining 12a, 12b facing the element (not shown) to be braked.
  • On its rear side a wedge surface 4a or 4b is formed, which cooperates with the corresponding oblique surface 5a, 5b of the abutment 3.
  • Function and structure of the wedge mechanism is substantially identical to that in Fig. 1, so that reference is made in this regard to the description of FIG. 1.
  • the coupling device here comprises no lever elements 7a, 7b but two shafts 15a, 15b, which are connected via a pin / slot connection IIa, 16a and IIb, 16b with the wedge elements 2a, 2b.
  • the coupling mechanism is here covered by a housing 13 and will be explained in more detail below with reference to FIGS. 4-7.
  • Fig. 3 shows the brake 1 of Fig. 2 with tensioned brake mechanism.
  • the wedge elements 2a, 2b are closer together and further forward in the direction of the element to be braked (not shown).
  • the element 6 to be braked is not shown here for reasons of clarity.
  • Fig. 4 shows a side sectional view of the wedge brake 1 of Fig. 2, in which the coupling mechanism is better seen.
  • the coupling mechanism comprises the two shafts 15a, 15b, which run parallel and substantially perpendicular to the friction surface 20 of the element 6 to be braked.
  • the two shafts are driven by a gear 18, which is arranged between the shafts 15a, 15b, immediately adjacent and is actuated by an electric motor 17.
  • the electric drive 17 is at the back of the waves 15a, 15b arranged.
  • two gears 19a, 19b are arranged, which are provided for the lateral guide 15a, 15b.
  • the two pins IIa, IIb and thus also the two wedge elements 2a, 2b are here in the outer position.
  • Fig. 5 shows the same sectional view as Fig. 4, but with the brake mechanism tensioned.
  • the pins IIa, IIb and the associated wedge elements 2a, 2b are in the innermost position.
  • the brake pads 12a, 12b are thereby pressed against the braked element 6 and generate maximum braking action.
  • Fig. 6 shows a sectional view along the line VI-VI in Fig. 4.
  • the two shafts 15a, 15b and the intermediate driven gear 18 are clearly visible.
  • the arrow A indicates the direction of rotation of the driven gear 18.
  • the two shafts 15a, 15b rotate in the same direction about their axes.
  • the wedge elements 2a, 2b make a translatory movement and move towards each other.
  • the resulting axial movement of the wedge elements 2a, 2b is indicated by the arrows D and E.
  • Fig. 7 shows the brake device 1 in the fully cocked position.
  • the directions of movement of the shafts 15a, 15b are indicated by the arrows B and C, respectively.
  • the resulting axial movement of the two wedge elements 2a, 2b is indicated by the arrows D and E.
  • the brake device 1 shown in the figures can be designed for example as a wheel brake for motor vehicles. Basically, it can be used universally for any other objects.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Aktuator (17) und einer Selbstverstärkungseinrichtung (2a, 3) zum Verstärken der vom Aktuator (17) erzeugten Kraft, wobei die Selbstverstärkungseinrichtung (2,3) ein Keilelement (2a) umfasst, das auf eine Reibfläche (20) eines zu bremsenden Elements (6) wirkt und eine Keilfläche (4a) aufweist, die sich an einem Widerlager (3) abstützt. Ein selbsttätiges Festklemmen des Keilelements (2a) in der Bremsvorrichtung (1) kann verhindert werden, wenn die Bremsvorrichtung (1) wenigstens zwei Keilelemente (2a, 2b) aufweist, die über eine Koppeleinrichtung (7, 8; 15, 18) antriebsmäßig miteinander verbunden sind, so dass sie sich in einer parallel zur Reibfläche (20) verlaufenden Richtung (X) gegenläufig bewegen.

Description

Beschreibung
Keilbremse mit gegenläufig bewegten Keilelementen
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung mit einer
Selbstverstärkungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Kfz-Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Selbstverstärkende Bremsen sind aus einer Vielzahl von Druckschriften, wie z.B. der DE 101 54 178 B4 oder der DE 102 18 825 Al bekannt. Derartige Bremsen umfassen im Wesentlichen einen elektrischen Aktuator, der ein Keilelement betätigt, das ein Reibglied (Bremsbelag) gegen die Reibfläche eines ab- zubremsenden Bauteils, wie z.B. einer Bremsscheibe, drückt. Das Keilelement hat an seiner Rückseite eine Keilfläche, die unter einem Steigungswinkel α gegenüber der Reibfläche geneigt ist. Die Keilfläche stützt sich gegen ein Widerlager ab, das die Bremskräfte aufnimmt.
Bei einer Bremsbetätigung wird das Keilelement parallel zur Bewegungsrichtung des abzubremsenden Elements bewegt, wobei es wegen seiner Keilfläche gleichzeitig auch in Richtung des abzubremsenden Elements gedrückt wird. Aufgrund der Reibung zwischen Reibglied und Reibfläche wird das Keilelement selbsttätig in Bewegungsrichtung mitgenommen und drückt noch stärker gegen das abzubremsende Element (Selbstverstärkung) . Sobald die Bremswirkung einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird das Keilelement vom Aktuator festgehalten oder in eine optimale Lage zurück bewegt.
Das Keilelement wird üblicherweise in einem Arbeitspunkt betrieben, an dem unter der Annahme eines zu erwartenden Reib- werts μ weder Druckkräfte noch Zugkräfte auf den Keil ausgeübt werden müssen und bei einer geringen Veränderung der Position des Keilelements eine maximale Veränderung der Bremswirkung erzielt werden kann. Der Reibwert ist jedoch nicht konstant, sondern abhangig von verschiedenen Umgebungsbedingungen, wie z.B. der Temperatur, Nasse, Verschmutzung, Korrosion, etc.. Mit zunehmendem Reibwert μ wird das Keilelement starker in die Öffnung hineingezogen, wodurch immer stärkere Zugkräfte in Gegenrichtung erforderlich sind, um die Brems- kraft zu verringern bzw. das Keilelement zu losen. Insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen und hohen Geschwindigkeiten des abzubremsenden Elements gelangen die verwendeten Aktuatoren an ihre Leistungsgrenze. Die in der Keilbremse verwendeten Aktuatoren müssen daher entsprechend stark ausge- legt sein, um die Keilbremse auch unter solchen Bedingungen noch losen zu können. Leistungsstarkere Aktuatoren sind jedoch teurer und benotigen mehr Bauraum.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Keilbremse zu schaffen, bei der geringere Betatigungskrafte notwendig sind, um das Keilelement bei hohen Reibwerten entgegen der Bewegungsrichtung des abzubremsenden Elements zu bewegen .
Gelost wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im
Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 12 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteranspruchen .
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine selbst verstärkende Keilbremse mit einem selbst hemmenden Mechanismus auszustatten, der eine Bewegung des Keilelements in Klemmrichtung selbsttätig hemmt und somit die vom Aktuator in Gegenrichtung aufzubringenden Kräfte automatisch reduziert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bremsvorrichtung wenigstens zwei Keilelemente, von denen das eine selbst verstärkend und das andere selbst lösend ausgelegt ist. D.h. das eine Keilelement hat bei einer Verschiebung in Bewegungsrichtung des zu bremsenden Elements eine die Bremskraft verstärkende Wirkung, und das andere Keilelement bei Verschiebung in der Bewegungsrichtung eine die Bremse lösende Wirkung (im ungekoppelten Zustand und einzeln betrachtet) . Die beiden Keilelemente sind jedoch über eine Koppeleinrichtung antriebsmäßig miteinander verbunden, so dass sie sich in einer parallel zur Reibfläche verlaufenden Rich- tung gegenläufig bewegen. D.h., wenn sich das eine Keilelement in Bewegungsrichtung des abzubremsenden Elements bewegt, bewegt sich das andere Keilelement genau in Gegenrichtung. Dabei bewegen sich die Keilelemente in einer senkrecht zur Reibfläche verlaufenden Richtung gleichsinnig auf das zu bremsende Element zu bzw. davon weg.
Die selbst hemmende Wirkung des Gesamtsystems ergibt sich aus folgender Betrachtung: Bei einem Bremsvorgang wird der eine Keil aufgrund des Selbstverstärkungseffekts in Bewegungsrich- tung des abzubremsenden Elements mitgenommen und drückt noch stärker gegen das abzubremsende Element. Die Bewegung in Richtung des abzubremsenden Elements wird aufgrund der antriebsmäßigen Kopplung auch vom anderen Keilelement mitgemacht, das somit ebenfalls stärker gegen das abzubremsende Element gedrückt wird. Mit zunehmender Normalkraft gegen das abzubremsende Element wird das zweite, selbst lösende Keilelement ebenfalls stärker in Bewegungsrichtung mitgenommen und übt dadurch eine Kraft aus, die der Bewegung des ersten Keilelements automatisch entgegen wirkt. Das zweite Keilelement leitet also über die Koppeleinrichtung eine Kraft in den ersten Keil ein, die versucht, den ersten Keil entgegen der Bewegungsrichtung des abzubremsenden Elements zu bewegen.
Unter der Bezeichnung „Keilelement" soll im vorliegenden Fall nicht nur jedes keilförmige Element, sondern allgemein jedes Element mit einer Keilwirkung verstanden werden, wie z.B. eine so genannte Keilplatte mit mehreren Erhebungen und Vertie- fungen (in der Art eines Waschbretts) , die mit einem korrespondierenden Widerlager zusammen wirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Keilbremse zwei keilförmige Elemente, die auf unterschiedlich geneig- ten Keilflächen eines Widerlagers gleiten. Eine der Keilflächen verläuft dabei, in Bewegungsrichtung des abzubremsenden Elements betrachtet, gegenüber der Reibfläche konvergierend und die andere Keilfläche des Widerlagers divergierend.
Die Koppeleinrichtung umfasst gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zwei Hebelelemente, die an einem ersten Abschnitt jeweils mit einem der Keilelemente verbunden sind, und an einem anderen, aneinander angrenzenden Abschnitt, formschlüssig ineinander greifen. Die Hebel schwenken bei ei- ner Bremsbetätigung vorzugsweise um eine Achse, die senkrecht zur Bewegungsrichtung und parallel zur Reibfläche des abzubremsenden Elements liegt.
Die Verbindung der Hebel mit den Keilelementen am ersten Ab- schnitt umfasst vorzugsweise einen Stift, der in einem Langloch gleitet. Das Langloch erstreckt sich vorzugsweise auf Schwenkachse der Hebel zu. Die Koppeleinrichtung kann gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung z.B. auch zwei senkrecht zur Reibfläche verlaufende Wellen umfassen, die jeweils mit einem der Keilelemente zusammen wirken und die Keilelemente bei Rotation der Wellen gegenläufig bewegen. Der Wellenmechanismus ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Keilelemente bei einer gleichsinnigen Drehung der Wellen in entgegen gesetzte Richtungen (parallel zur Bewegungsrichtung des abzubremsenden Elements) bewegt werden.
Die Wellen sind vorzugsweise an einem ersten Abschnitt jeweils mit einem der Keilelemente und an einem anderen Abschnitt über ein dazwischen liegendes Zahnrad miteinander verbunden. Das Zahnrad wird vorzugsweise von einem Aktuator, wie z.B. einem Elektromotor, angetrieben.
Zur Verbindung der Wellen mit den Keilelementen können die Wellen z.B. an ihrer der Reibfläche zugewandten Stirnseite einen exzentrisch angeordneten Mitnehmer aufweisen. Der Mit- nehmer kann z.B. in einem im Keilelement vorgesehenen Langloch gleiten.
Die erfindungsgemäße Keilbremse ist vorzugsweise symmetrisch gebildet, d.h., insbesondere die Keilelemente, Keilwinkel und die Bestandteile der Koppeleinrichtung sind bezüglich einer senkrecht zur Reibfläche stehenden Mittelachse symmetrisch. Die Keilelemente bzw. die zugehörigen Keilflächen des Widerlagers können aber auch unterschiedlich ausgelegt sein. Daneben können auch die Reibbeläge der Keilelemente unter- schiedlich ausgelegt sein. Durch eine geeignete Auswahl der verschiedenen geometrischen und physikalischen Parameter lässt sich insbesondere die hemmende Wirkung der Bremsvorrichtung nach Wunsch einstellen. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung umfasst vorzugsweise auch eine Nachstelleinrichtung zum Ausgleich des Bremsbelagverschleißes. Nachstelleinrichtungen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung umfasst vorzugsweise nur einen einzigen Aktuator zum Betätigen der Keilelemente. Der Aktuator greift vorzugsweise direkt an einem der Keilele- mente an, kann aber auch auf ein Element der Koppeleinrichtung wirken. Wahlweise könnten auch zwei oder mehr Aktuatoren vorgesehen sein. Bei den Aktuatoren handelt es sich vorzugsweise um Elektromotoren.
Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung ist insgesamt betrachtet vorzugsweise als Druckkeil ausgelegt. Sie ist dadurch selbstlösend.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeich- nungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Bremsvorrichtung mit gegenläufig bewegten Keilelementen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Bremsvorrichtung mit gelöstem Bremsmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 die Bremsvorrichtung von Fig. 2 mit gespanntem Bremsmechanismus; Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht der Bremsvorrichtung von Fig. 2 mit geöffnetem Bremsmechanismus;
Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht der Bremsvorrichtung von Fig. 3 mit gespanntem Bremsmechanismus;
Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 4; und
Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in Fig. 5.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Keilbremse 1 mit zwei Keilelementen 2a, 2b gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Keilelemente 2a, 2b gleiten jeweils auf korrespondierenden Keilflächen 5a, 5b eines Widerlagers 3, die gegenüber der Reibfläche 20 eines abzubremsenden Elements 6 (z.B. eine Bremsscheibe) in unterschiedlicher Richtung geneigt sind. Die Keilelemente 2a, 2b sind außerdem über einen Koppelmechanismus (Hebel 7a, 7b) antriebsmäßig miteinander verbunden.
Die Keilflächen 5a, 5b des Widerlagers 3 sind hier so gestaltet, dass die eine Fläche 5a, in Bewegungsrichtung 21 betrachtet, bezüglich der Reibfläche 20 konvergiert, und die andere Fläche 5b divergiert. Bei einer Verschiebung des ersten Keils 2a in Bewegungsrichtung 21 übt dieser Keil 2a daher eine die Bremse 1 zuspannende Wirkung aus, während der andere Keil 2b eine die Bremse lösende Wirkung zeigt. Der erste Keil 2a kann daher auch als selbst verstärkend und der andere 2b als selbst lösend bezeichnet werden. (Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung 21 zeigen die Keile 2a, 2b umgekehrte Wirkungen) . Die beiden Keilelemente 2a, 2b sind, wie erwähnt, über einen Hebelmechanismus 7,8 antriebsmaßig miteinander verbunden. Dieser Hebelmechanismus ist so ausgelegt, dass sich die beiden Keilelemente 2a, 2b in einer parallel zur Reibflache 20 verlaufenden Richtung (X-Richtung) immer gegenläufig bewegen. Dabei bewegen sich die Keilelemente 2a, 2b jedoch gleichsinnig in einer zur Reibflache 20 senkrechten Richtung (Y-Richtung) . Die Keilelemente 2a, 2b spannen die Bremse 1 daher synchron zu bzw. losen diese synchron.
Bei einem Bremsvorgang gelten folgende Überlegungen: Wenn der erste Keil 2a mit seinem Bremsbelag (nicht gezeigt) die Reibflache 20 des gebremsten Elements 6 berührt, wird der Keil aufgrund der Reibkraft weiter in Bewegungsrichtung mitgenom- men und verstärkt dadurch selbsttätig die von einem Aktuator 17 ausgeübte Betatigungskraft (Selbstverstarkung) . Das zweite Keilelement 2b, das etwa gleichzeitig mit dem ersten Keilelement 2a die Reibflache 20 berührt, wird ebenfalls in Bewegungsrichtung 21 mitgenommen. Dadurch wirkt eine Kraft F = μ-Fs2, die über die Koppeleinrichtung 7,8 auf den ersten Keil 2a übertragen wird und genau in entgegen gesetzter Richtung auf den ersten Keil 2a wirkt. Der Selbstverstarkungseffekt des ersten Keils 2a wird daher durch den zweiten Keil 2b gehemmt. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, dass der selbst verstärkende Keil 2a bei sehr hohen Reibwerten μ und hohen Geschwindigkeiten des abzubremsenden Elements 6 zu stark mitgenommen wird. Die vom Aktuator 17 in Gegenrichtung aufzubringenden Kräfte werden entsprechend reduziert.
Die Koppeleinrichtung umfasst im vorliegenden Beispiel zwei Hebelelemente 7a, 7b, die jeweils um eine zugehörige Achse 9a, 9b schwenkbar gelagert sind. Die Schwenkachsen 9a, 9b verlaufen in einer zur Bewegungsrichtung X senkrechten und zur Reibfläche 20 parallelen Achse. Die Hebelelemente 7a, 7b sind an ihrem oberen Ende mittels eines Stift/Langloch-Mechanismus IIa, 10a bzw. IIb, 10b jeweils mit dem zugehörigen Keilelement 2a, 2b verbunden. Die Stifte IIa bzw. IIb gleiten jeweils in einem zugehörigen Langloch 10a bzw. 10b, das sich in Richtung der Schwenkachse 9a, 9b erstreckt. Die Hebelelemente 7a, 7b umfassen außerdem jeweils einen kreissegmentförmigen Bereich 8 mit einem Krümmungsradius rx bzw. r2. Diese Segmente 8 greifen formschlüssig ineinander und können beispiels- weise als Zahnradsegmente ausgebildet sein.
Der selbst verstärkende Keil (hier 2a) kann wahlweise als Druck- oder Zugkeil ausgelegt sein. Der selbst lösende Keil (2b) ist aufgrund seiner Anordnung immer ein Druckkeil.
Die Gesamt-Bremsvorrichtung 1 ist vorzugsweise als Druckkeil ausgelegt. D.h., die Keilelemente 2a, 2b verhalten sich, wenn das Gesamtsystem betrachtet wird, wie ein Druckkeil. Die Keilbremse 1 ist somit stets selbstlösend.
Die Keilbremse 1 ist hier bezüglich einer senkrecht auf die Reibfläche 20 stehenden Mittelachse symmetrisch gebildet. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass sich die beiden Keilelemente 2a, 2b synchron, d.h. mit gleicher Geschwindigkeit, in Y-Richtung bewegen.
Mathematisch kann folgendes Kräftegleichgewicht angesetzt werden :
Für den Keil 2a gilt:
EFx= 0: FM + μ-Fs/2 - FNi • sinα-FH • sinß = 0 ΣFY = 0: -Fs/2 + Fm-cosα - FH-cosß = 0
Für Keil 2b gilt:
ΣFX = 0: μ-Fs/2 +FN2-sinα - FH-sinß = 0
ΣFY = 0: -Fs/2 +FN2-cosα + FH-cosß = 0
Nach Auflösen dieses Gleichungssystems erhält man:
FM tanα
Mit FB = μ-Fs gilt:
C* = -^- = -^- > 0 für 0 < α < 90° und μ > 0.
FM tanα
Die Keilkopplung zeigt somit stets Druck-Keilverhalten. Sie ist daher selbstlösend und kann nicht selbsttätig sperren.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Keilbremse mit gegenläufig bewegten Keilelementen 2a, 2b, wobei sich die Bremse in der gelösten Stellung befindet. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Keilbremse 1 umfasst wiederum zwei Keilelemente 2a, 2b, die sich an einem Widerlager 3 abstützen und auf gegengleich geneigten Flächen 5a bzw. 5b gleiten. Die Keilelemente 2a, 2b umfassen an ihrer Vorderseite jeweils einen dem abzubremsen- den Element (nicht gezeigt) zugewandten Bremsbelag 12a, 12b. Auf ihrer Rückseite ist eine Keilfläche 4a bzw. 4b gebildet, die mit der korrespondierenden schrägen Flache 5a, 5b des Widerlagers 3 zusammen wirkt. Funktion und Aufbau des Keilmechanismus ist im Wesentlichen identisch wie in Fig. 1, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird.
Im Unterschied zur Ausfuhrungsform von Fig. 1 umfasst die Koppeleinrichtung hier keine Hebelelemente 7a, 7b sondern zwei Wellen 15a, 15b, die über eine Stift-/Langlochverbindung IIa, 16a bzw. IIb, 16b mit den Keilelementen 2a, 2b verbunden sind. Die Koppelmechanik ist hier von einem Gehäuse 13 abgedeckt und wird im Folgenden anhand der Fig. 4-7 naher erläutert.
Fig. 3 zeigt die Bremse 1 von Fig. 2 mit gespanntem Bremsmechanismus. Wie zu erkennen ist, stehen die Keilelemente 2a, 2b enger zusammen und weiter nach vorne in Richtung des abzubremsenden Elements (nicht gezeigt) . Das abzubremsende Element 6 ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dar- gestellt.
Fig. 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Keilbremse 1 von Fig. 2, in der der Koppelmechanismus besser zu erkennen ist. Der Koppelmechanismus umfasst die beiden Wellen 15a, 15b, die parallel und im Wesentlichen senkrecht auf die Reibflache 20 des abzubremsenden Elements 6 verlaufen. An ihrer der Reibflache 20 zugewandten Stirnseite ist jeweils ein exzentrisch gelagerter Stift IIa, IIb angeordnet, der mit dem entsprechenden Langloch 16a, 16b des Keilelements 2a, 2b zusammen wirkt. Die beiden Wellen werden über ein Zahnrad 18 angetrieben, das zwischen den Wellen 15a, 15b, unmittelbar angrenzend angeordnet ist und von einem Elektromotor 17 betätigt wird. Der elektrische Antrieb 17 ist an der Ruckseite der Wellen 15a, 15b angeordnet. Ferner sind zwei Zahnräder 19a, 19b angeordnet, die zur seitlichen Führung 15a, 15b vorgesehen sind.
Die beiden Stifte IIa, IIb und damit auch die beiden Keilele- mente 2a, 2b befinden sich hier in der äußeren Position.
Fig. 5 zeigt sie selbe Schnittansicht wie Fig. 4, jedoch mit gespanntem Bremsmechanismus. Die Stifte IIa, IIb und die zugehörigen Keilelemente 2a, 2b befinden sich dabei in der inners- ten Position. Die Bremsbeläge 12a, 12b werden dadurch gegen das abzubremsende Element 6 gedrückt und erzeugen maximale Bremswirkung .
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 4. Dabei sind insbesondere die beiden Wellen 15a, 15b und das dazwischen liegende angetriebene Zahnrad 18 gut zu erkennen. Der Pfeil A bezeichnet die Drehrichtung des angetriebenen Zahnrades 18. Anhand der Pfeile B und C ist zu erkennen, dass die beiden Wellen 15a, 15b gleichsinnig um ihre Achsen rotieren. Wegen der exzentrischen Lagerung der Stifte IIa, IIb in den Wellen 15a, 15b vollziehen die Keilelemente 2a, 2b eine translatorische Bewegung und bewegen sich aufeinander zu. Die resultierende Axialbewegung der Keilelemente 2a, 2b ist durch die Pfeile D und E gekennzeichnet.
Fig. 7 zeigt die Bremsvorrichtung 1 in der vollständig gespannten Stellung. Die Bewegungsrichtungen der Wellen 15a, 15b sind mit den Pfeilen B bzw. C gekennzeichnet. Die resultierende Axialbewegung der beiden Keilelemente 2a, 2b ist mit den Pfeilen D und E bezeichnet.
Die in den Figuren dargestellte Bremsvorrichtung 1 kann beispielsweise als Radbremse für Kraftfahrzeuge ausgelegt sein. Grundsätzlich ist sie universell für beliebige andere Objekte einsetzbar .
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele von Koppelmechanismen dienen lediglich zur Erläuterung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. Grundsätzlich können beliebige andere Koppelmechanismen konstruiert werden, die eine gegenläufige Bewegung zweier Keilelemente bewirken.

Claims

Patentansprüche
1. Bremsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Aktuator (17) und einem selbst verstärkenden Keilelement (2a, 2b), das die Bremswirkung unter Ausnutzung der kinetischen Energie des abzubremsenden Elements (6) selbsttätig verstärkt und auf eine Reibfläche (20) eines zu bremsenden Elements (6) wirkt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bremsvorrichtung (1) ein zweites, selbst lösendes Keilelement (2a, 2b) und eine Koppeleinrichtung (7, 8; 15, 18) umfasst, die die beiden Keilelemente (2a, 2b) antriebsmäßig miteinander verbindet, so dass das zweite Keilelement (2b) einer selbst verstärkenden Bewegung des ersten Keilelements (2a) entgegen wirkt.
2. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Koppeleinrichtung (7, 8; 15, 18) derart ausgelegt ist, dass sich die Keilelemente (2a, 2b) in einer parallel zur
Reibfläche (20) verlaufenden Richtung (X) gegenläufig bewegen .
3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich die Keilelemente (2a, 2b) in einer senkrecht zur Reibfläche (20) verlaufenden Richtung (Y) gleichsinnig bewegen und die Bremse (1) synchron zuspannen oder lösen.
4. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Koppeleinrichtung (7, 8; 15, 18) zwei Hebelelemente (7a, 7b) umfasst, die an einem ersten Abschnitt jeweils mit einem der Keilelemente (2a, 2b) verbunden sind und einen zweiten Abschnitt (8) aufweisen, an dem die Hebelelemente (7a, 7b) formschlüssig ineinander greifen.
5. Bremsvorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verbindung zwischen einem der Keilelemente (2a, 2b) und einem der Hebel (7a, 7b) eine Stift (IIa, IIb) /Langloch (10a, 10b) -Verbindung ist.
6. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Koppeleinrichtung (7, 8; 15, 18) eine senkrecht zur Reibfläche (20) verlaufende erste Welle (15a), die einem ers- ten Keilelement (2a) zugeordnet ist, und eine parallel dazu verlaufende zweite Welle (15b), die dem zweiten Keilelement (2b) zugeordnet ist, umfasst.
7. Bremsvorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wellen (15a, 15b) an einem ersten Abschnitt jeweils mit einem der Keilelemente (2a, 2b) und an einem anderen Abschnitt über ein Zahnrad (18) miteinander verbunden sind.
8. Bremsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wellen (15a, 15b) an ihrer der Reibfläche (20) zugewandten Stirnseite einen exzentrisch angeordneten Mitnehmer (IIa, IIb) aufweisen, der an einem der Keilelemente (2a, 2b) angreift.
9. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Nachstelleinrichtung zum Ausgleich eines Bremsbelagverschleißes vorgesehen ist.
10. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein einziger Aktuator (17) zum Betätigen der Keilelemente (2a, 2b) vorgesehen ist.
11. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktuator (17) direkt an einem der Keilelemente (2a, 2b) oder an der Koppeleinrichtung (7, 8; 15, 18) angreift.
12. Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit mehreren Radbremsen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Radbremsen eine Bremsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassen.
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