JP2004176927A - 電気機械的なブレーキ - Google Patents

Abstract

【解決手段】自動車のための自己倍力機構を有する電気機械的なブレーキ１０において、パーキングブレーキ機能の実現のためにブレーキ１０が単安定形の切換え可能なフリーホイール３８を備えており、そのロックに切換られた状態が不安定であり、かつロック解除に切換えられた状態が安定である。
【効果】本フリーホイール３８によればパーキングブレーキ機能が得られる他に、ブレーキ１０の解除時に所望のクリアランスが得られた際にフリーホイール３８がロック状態に切換えられることでブレーキ１０のクリアランスが調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車のための電気機械的なブレーキであって、操作ユニットが設けられており、該操作ユニットによって、制動されるべき回転可能な制動体に摩擦ブレーキパッドが圧着可能であり、その場合、操作ユニットが電動機と、回転を並進運動に変換する伝動装置とを有している形式のものに関する。本発明はさらに、請求項９の上位概念に記載した特徴を有するこの種のブレーキのクリアランス調整のための方法と、請求項１０の上位概念に記載した特徴を有するこの種のブレーキのためのフリーホイールとに関する。

電気機械的なブレーキはそれ自体種々の構成で公知である。これらのブレーキは電動機と、回転を並進運動に変換する伝動装置とを備えた操作エレメントを有しており、この伝動装置を介して、制動されるべき制動体、例えばブレーキドラムまたはブレーキディスクに摩擦ブレーキパッドが圧着可能である。電動機と、回転を並進運動に変換する伝動装置との間に減速伝動装置が間挿されることができる。回転を並進運動に変換する伝動装置としては多くの場合スクリュ伝動装置が使用される。電動機またはこれに後置された減速伝動装置の回転運動を、摩擦ブレーキパッドを制動体に圧着させるための並進運動に変換させる別の可能性もあり、そのことのために例えばカムが使用されることができる。

この種の電気機械的なブレーキはドイツ連邦共和国特許公開第１９９４５５４３号明細書から公知である。この公知のブレーキはパーキングブレーキ機能の実現のためにフリーホイールとして記載された切換え可能なロック装置を有しており、該ロック装置によって電動機のロータが不動にロック可能である。切換えのために、このロック装置は双安定的な１つのエレクトロマグネットを有しており、該エレクトロマグネットによって、ロックされなければ互いに回転可能である２つのリングに１つの係止体が形状結合的に係合可能であり、このことにより、リング相互の回転がブロックされる。この状態はロック装置のロックされた状態であり、この状態ではロック装置が電動機の回転を両回転方向でブロックし、これにより電気機械的なブレーキの操作と解除とが阻止される。ロックに切換えられた状態ではブロック体がロック装置の一方のリングとの係合から解除され、その結果、ロック装置の両リングは自由に互いに回転可能となる。このことにより、電動機が回転可能となり、かつ電気機械的なブレーキが操作されかつ解除される。
ドイツ連邦共和国特許公開第１９９４５５４３号明細書

本発明の課題は上記ブレーキを改良することにある。

上記課題は本発明によれば、冒頭に記載した形式の電気機械的なブレーキにおいて、ブレーキが単安定形の切換え可能なフリーホイールを有しており、該フリーホイールがロックに切り換えられた状態でブレーキの操作を許容してブレーキの解除をブロックし、かつロック解除に切換えられた状態でブレーキの解除と操作とを許容するようになっており、かつ、フリーホイールのロックに切換えられた状態が不安定であり、かつ、ロック解除に切換えられた状態が安定であることによって解決される。

請求項１の特徴概念に記載された特徴を備えた本発明によるブレーキは単安定形の切換え可能なフリーホイールを有しており、該フリーホイールはロックに切換えられた状態でブレーキの操作を許容してブレーキの解除をブロックする。フリーホイールはロック解除に切換えられた状態でブレーキの解除と操作とを許容する。フリーホイールのロックに切換えられた状態は不安定であり、要するに、フリーホイールはロックに切換えられた状態で保持されなければフリーホイールがおのずからそのロック解除に切換えられた状態にもどる。フリーホイールはロック解除に切換えられた状態では安定である。フリーホイールはそのブロック方向で作用するトルクによって、ロック解除に切換えられてブロックする状態に保持されることもできる。

本発明はフリーホイールがその単安定形の構成ゆえに、電動機が電気機械的なブレーキの操作方向（締付け方向）に通電されることで、操作ユニットの電動機によってロック解除の状態に切換え可能であるという利点を有している。このことにより、電気機械的なブレーキの解除状態でフリーホイールがロックの状態に切換えられた際に比較的高い動的制動力が得られ、これにより、予めフリーホイールがロック解除の状態に切換えられる必要なしに電気機械的なブレーキが直ちに締付け方向に操作される。本発明の別の利点とするところは、フリーホイールのブロック力が無際限とならないように、フリーホイールが、ロックに切換えられた状態では電気機械的なブレーキの任意に高い操作力を維持することにある。さらに別の付加的な利点とするところは、フリーホイールが段階的なクリック止め機構を有せず、それゆえ、電気機械的なブレーキはいかなる位置でも無段にロック可能であることにある。

本発明は例えばディスクブレーキ、ドラムブレーキ、多板ブレーキまたは噛合いブレーキのような種々のブレーキ構造に使用可能である。

従属請求項には請求項１に記載された発明の有利な構成が記載されている。

本発明の有利な１構成では、フリーホイールがクランプ形フリーホイールとして形成されている（請求項５）。クランプ形フリーホイールは一般的にはクランピングローラ形フリーホイールまたはクランピングボディ形フリーホイールとして形成される。これらのクランプ形フリーホイールは極めて騒音が少なく、かつ例えばラチェット形フリーホイールより大きな切換え速度で作動する。さらに、ブロック力もしくはブロックトルクが高い。クランピングローラ形フリーホイールは相対して回転可能なボディを有しており、これらのフリーホイールの中間室は一方向に楔状に狭くなっており、その結果、一方向での回転時にクランピングローラは狭くなる楔隙間へ向かって運動して、ボディのそれ以上の相対した回転をブロックする。クランピングボディ形フリーホイールは相対して運動可能なボディの同心的な走行軌道を有しており、そのことのためにクランピングボディは非円形である。

請求項９の特徴概念に記載した特徴を備えた本発明による方法は電気機械的なブレーキの解除に際してフリーホイールのロック状態への切換え時に所望のクリアランスを調整することに関している。フリーホイールは所望のクリアランスが得られるのに先立ってロックの状態に切換えられる。それというのは、フリーホイールはブロックされるまでに運動の遊びを有しているからである。この方法の有する利点とするところは、簡単な摩耗後調整が得られることにある。

請求項１０の特徴概念に記載した特徴を備えた本発明によるフリーホイールは先に電気機械的なブレーキについて説明した通りである。このフリーホイールは電気機械的なブレーキのためのみならず、その他の使用のためにも適しており、従って独立請求項として請求される。

次に、図示の実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１に示した本発明によるブレーキ１０は電気機械的なブレーキとして形成されており、かつ機械的な自己倍力機構を有している。このブレーキは自動車で使用されるために設けられている。ブレーキ１０はブレーキキャリパ１２を有しており、該ブレーキキャリパ内には固定の摩擦パッド１４と可動の摩擦パッド１６とが配置されている。これらの摩擦パッド１４，１６は、制動されるべき回転可能な制動体として形成されたブレーキディスク１８の両側に位置している。

ブレーキ１０は電気機械的な操作ユニット２０を有しており、該操作ユニットはケーシング２２内に取付けられている。操作ユニット２０は電動機と回転運動を並進運動に変換する伝動装置としてのボールスクリュとを有している。電動機とボールスクリュ伝動装置との間には減速伝動装置、特に遊星歯車伝動装置が間挿されてもよい。操作ユニット２０のこれらの構成部分はケーシング２２内に取付けられており、それゆえ図面には見られない。可動の摩擦パッド１６には操作ユニット２０のボールスクリュ伝動装置のスピンドル２４が抗張的および抗圧縮的に結合されており、その結果、可動の摩擦パッド１６は操作ユニット２０によって、ブレーキディスク１８に対して平行移動的に、またはより正確にいえば後でさらに説明する２つの斜面３２の一方の斜面に対しては平行に、かつブレーキディスク１８に対しては鋭角に摺動させられる。本発明の図示の実施例では摩擦パッド１６は両方向にブレーキディスク１８に対して平行に摺動可能であり、スピンドルは引張力および圧縮力を摩擦パッド１６に伝達する。ブレーキ１０は必ずしもこの構造を有するとは限らず、例えば摩擦パッド１６が他の方向に、特にブレーキディスク１８に対して直角方向に摺動するような電気機械的なブレーキも公知である（図示せず）。

自己倍力機構の構成のためにブレーキ１０は二重斜面機構２６を有しており、この二重斜面機構はしばしば二重楔機構とも呼ばれている。二重斜面機構２６は、可動の摩擦パッド１６の、ブレーキディスク１８とは逆の側の背面に配置されている二重楔２８と、ブレーキディスク１８に向かい合ってブレーキキャリパ１２に配置されていて二重楔２８と協働する二重斜面３０とを有している。

二重斜面３０は２つの斜面３２を有しており、これらの斜面はブレーキディスク１８に対して鋭角に互いに逆向きに傾斜して延びている。二重楔２８は２つの楔面３４で斜面３２に支持される。摩擦軽減のため斜面３２と楔面３４との間にはローラ３５が配置されている。操作ユニット２０による二重楔２８の摺動により、二重楔はその一方の楔面３４で二重斜面３０の対応する斜面３２に沿って滑動する。その際、可動の摩擦パッド１６はブレーキディスク１８へ向かって斜めに運動させられてブレーキディスク１８に圧着される。反動力がブレーキキャリパ１２をブレーキディスク１８に対して直角方向に摺動せしめ、その結果、固定の摩擦パッド１４がブレーキディスク１８の他方の側に圧着され、ブレーキディスク１８が制動される。二重楔２８は常にブレーディスク１８の回転方向に摺動させられる。回転するブレーキディスク１８の制動時に該ブレーキディスク１８に圧着された可動の摩擦パッド１６に作用する摩擦力はブレーキディスク１８に対して平行な力により、二重楔２８が摺動する斜面３２とブレーキディスク１８との間の楔隙間を狭める方向に二重楔２８に圧力を印加する。このことにより、ブレーキディスク１８への摩擦パッド１６の圧着力が高められる。

操作ユニット２０が無通電の際には、ブレーキキャリパ１２と二重楔２８とに引掛けられた復帰ばねエレメント３６が二重楔２８ひいてはこれと一緒に可動の摩擦パッド１６を出発位置へ運動せしめる。ボールスクリュ伝動装置は、復帰ばねエレメント３６によってブレーキ１０を出発位置へ戻すことができるように自縛的でなく形成されている。

操作ユニット２０のケーシング２２には、操作ユニット２０の電動機のモータ軸４０に作用する切換え可能なフリーホイール３８がフランジ結合されている。このフリーホイール３８が図２のａとｂとに示されている。フリーホイール３８は、モータ軸４０の周りに配置されたクランピングローラ４２を有するクランピングローラ式フリーホイールとして形成されている。モータ軸４０は円形であって同軸的に締付けリング４４内に配置されており、該締付けリングはフリーホイール３８のケーシング４６内に固定的に配置されている。締付けリング４４はその内側にそれぞれのクランピングローラ４２のためにそれぞれ１つのポケット４８を有している。その場合、このポケットは締付けリング４４の内側に設けられた凹所であり、これらの凹所は周方向で締付けリング４４の内周面に対して接線方向に、かつそれらが内周面へ移行するまで延びており、かつクランピングローラ４２の半径に相応する曲率を有する、周方向でみたそれらの他方の端部で終わっている。ポケット４８の接線方向の面はクランピングローラ４２のための締付け面５０と、ストッパ５２の湾曲とを形成している。

モータ軸４０と締付けリング４４との間にはローラ保持器５４が配置されており、該ローラ保持器はクランピングローラ４２を互いに結合せしめていて、かつ周方向で常に互いに同じ間隔に保っている。ローラ保持器５４は、解除ばねエレメント５６を有しており、これらの解除ばねエレメントはばね舌片として形成されていて、クランピングローラ４２を外向きに締付けリング４４に圧着せしめている。

フリーホイール３８は切換え機構としてエレクトロマグネット５８を有しており、該エレクトロマグネットによってタペット６０が半径方向内向きにモータ軸４０へ向かって運動可能である。タペット６０の端面とモータ軸４０との間には１つのクランピングローラ４２が配置されている。エレクトロマグネット５８は単安定形であり、無通電状態ではタペット６０が、図面では見られない復帰ばねによって図２のａに示されているようにクランピングローラ４２から持上げられる。この状態はフリーホイール３８のロック解除された状態であり、この状態ではモータ軸４０が両方向に自由に回転可能である。フリーホイール３８のこのロック解除された状態ではフレーキ１０は自由に操作可能（締付け可能）かつ解除可能である。

フリーホイール３８をロック状態に切り換えるためにエレクトロマグネット２５が通電されると、タペット６０が半径方向でモータ軸４０へ向かって運動して、該タペットとモータ軸４０との間に位置するクランピングローラ４２をモータ軸４０の周囲に圧着せしめる（図２のｂ参照）。モータ軸４０は一方向で、要するにモータ軸４０がクランピングローラ４２をストッパ５２へ向けて転動せしめる一方向で自由に回転可能となる。図２のｂに示された他方の回転方向ではモータ軸４０はクランピングローラ４２をポケット４８の締付け面５０に沿って転動せしめる。締付け面５０とモータ軸４０との間の中間室がこの方向ではクランピングローラ４２の直径よりも小さくなるため、クランピングローラ４２はモータ軸４０を固定的に締め付ける。その際、トルクの増大に伴って締付力が上昇し、その結果、モータ軸４０はブロック方向であるこの方向で確実に回転不能にロックされる。クランピングローラ４２の転動は、タペット６０とモータ軸４０との間に位置していてタペット６０によってモータ軸４０の周囲に圧着されるクランピングローラ４２によって導入される。ローラ保持器５４は、当該クランピングローラ４２によって残りの他のクランピングーラ４２が連行されて締付け過程に関与するために役立つ。フリーホイール３８の自由回転方向はブレーキ１０の締付け方向に、かつブロック方向はブレーキ１０の解除方向に設けられる。

締付け面５０を備えた締付けリング４４のポケット４８の構成は両回転方向でも可能（図示せず）であり、その結果、フリーホイール３８はロックに切換られた状態では両回転方向でブロックする。さらに、操作ユニット２０の電動機の逆の回転方向でブロックすることができるように、逆向きに配置された第２のフリーホイールを設けることもできる。

フリーホイール３８は単安定形であり、該フリーホイールはエレクトロマグネット５８の無通電時にロック解除状態に切換えられる。しかし、このフリーホイールは図２のｂに示されたロックに切換えられた状態でのみブロック方向のトルクをモータ軸４０へ作用させるようになっている。ブロック方向とは逆の自由回転方向でのモータ軸４０のわずかな回転がフリーホイール３８をロック解除せしめる。

本発明によるフリーホイール３８によれば、電気機械的なブレーキ１０のパーキングブレーキ機能が得られる。そのことのために、ブレーキ１０は操作ユニット２０によって操作（締付け）され、かつフリーホイール３８はブレーキ１０の締付け時または締付け終了時にロック状態に切換えられる。次いで、操作ユニット２０が遮断され、締付けられたブレーキ１０の弾性に基づくモータ軸４０のわずかな戻り回転がフリーホイール３８を図２のｂに示されたロック状態にもたらす。エレクトロマグネット５８の通電は遮断されることができ、締付けられたブレーキ１０の機械的な張力に基づいてモータ軸４０へブロック方向で作用するトルクが、フリーホイール３８をロックに切換えられた状態に保つ。これにより、印加された制動力がブレーキ１０の無通電状態でも維持される。ブレーキ解除のためには、操作ユニット２０の電動機が短時間だけブレーキ締付け方向に通電され、その結果、モータ軸はわずかな角度だけ自由回転方向で回転し、このことにより、単安定形のフリーホイール３８はロック解除の状態へ戻され、この状態でモータ軸４０は両方の回転方向で自由に回転可能となる。フリーホイール３８のロック状態への切換は有利にはエレクトロマグネット５８のパルス状の通電によって行われる。特に既に上述した両回転方向のための締付け面５０を備えたフリーホイール３８の構成では、エレクトロマグネット５８は常時通電されず、パルス状に通電される。フリーホイール３８のロック解除のために操作ユニット２０の電動機はブレーキディスク１８の回転方向に無関係に、たとえこのことが（後退走行の場合に）ブレーキ１０の解除方向であっても、常に自由回転方向に通電される。

本発明によれば、切換え可能なフリーホイール３８によってブレーキ１０のクリアランスが調整される。ブレーキ１０の解除時に摩擦ブレーキパッド１６がブレーキディスク１８から離れた場合、またはわずかに離れた場合にフリーホイール３８がロック状態に切換えられる。フリーホイール３８はモータ軸４０のブレーキ解除方向でのそれ以上の回転、ひいてはブレーキ１０のそれ以上の解除をブロックする。このことにより、摩擦ブレーキパッド１４，１６が摩耗している場合には摩擦ブレーキパッド１４，１６とブレーキディスク１８との間のクリアランスは増大せずにコンスタントに維持される。二重楔２８はもはやその出発位置までは摺動して戻されず、その結果、クリアランスは増大しない。復帰ばねエレメント３６が二重楔２８にその出発位置へ向けて圧力を印加しているため、ひいては、非自縛的なボールスクリュウ伝動装置を介して操作ユニット２０の電動機のモータ軸４０にブレーキ解除方向の圧力を印加しているため、復帰ばねエレメントはブレーキ解除方向のトルクをモータ軸４０に作用し、このトルクがエレクトロマグネット５８の無通電時にフリーホイールをロック位置に保持する。ブレーキ１０を改めて操作する際に、操作ユニット２０の電動機がフリーホイール３８をロック解除する。このクリアランス調整が、パーキングブレーキ機能をも生じるのと同じフリーホイール３８によって行われることを指摘しておく。

本発明による電気機械的なブレーキの該略図である。

図１のブレーキの切換え可能なフリーホイールにおいて、ａ）はロック解除に切換えられた状態を、かつｂ）はロックに切換えられた状態を示す図である。

符号の説明

１０ ブレーキ、 １２ ブレーキキャリパ、 １４，１６ ブレーキパッド、 １８ ブレーキディスク、 ２０ 操作ユニット、 ２２ ケーシング、 ２４ スピンドル、 ２６ 二重斜面機構、 ２８ 二重楔、 ３０ 二重斜面、 ３２ 斜面、 ３４ 楔面、 ３５ ローラ、 ３６ 復帰ばねエレメント、 ３８ フリーホイール、 ４０ モータ軸、 ４２ クランピングローラ、 ４４ 締付けリング、 ４６ ケーシング、 ４８ ポケット、 ５０ 締付け面、 ５２ ストッパ、 ５４ ローラ保持器、 ５６ 解除ばねエレメント、 ５８ エレクトロマグネット、 ６０ タペット

Claims (12)

1. 自動車のための電気機械的なブレーキであって、操作ユニットが設けられており、該操作ユニットによって、制動されるべき回転可能な制動体に摩擦ブレーキパッドが圧着可能であり、その場合、操作ユニットが電動機と、回転を並進運動に変換する伝動装置とを有している形式のものにおいて、ブレーキ（１０）が単安定形の切換え可能なフリーホイール（３８）を有しており、該フリーホイールは、そのロックに切換えられた状態でブレーキ（１０）の操作を許容してブレーキ（１０）の解除をブロックし、かつロック解除に切換えられた状態でブレーキ（１０）の解除と操作とを許容するようになっており、かつ、フリーホイールのロックに切換えられた状態が不安定であり、かつロック解除に切換えられた状態が安定であることを特徴とする電気機械的なブレーキ。
2. 操作ユニット（２０）が自縛的でない請求項１記載の電気機械的なブレーキ。
3. ブレーキ（１０）が、その解除位置へ向けてブレーキ（１０）に圧力を印加する復帰ばねエレメント（３６）を有している請求項１記載の電気機械的なブレーキ。
4. ブレーキ（１０）が自己倍力機構（２６）を有している請求項１記載の電気機械的なブレーキ。
5. フリーホイール（３８）がクランプ形フリーホイールとして形成されている請求項１記載の電気機械的なブレーキ。
6. フリーホイール（３８）が複数のロックエレメント（４２）を有しており、これらのロックエレメントが互いに結合されていて、これにより共通に運動するようになっている請求項記載の電気機械的なブレーキ。
7. フリーホイール（３８）が、非ブロック位置へ向けてフリーホイール（３８）のロックエレメント（４２）に圧力を印加する少なくとも１つの解除ばねエレメント（５６）を有している請求項１記載の電気機械的なブレーキ。
8. フリーホイール（３８）がロックに切換えられた状態で両方の回転方向でブロックするようになっている請求項１記載の電気機械的なブレーキ。
9. ロックに切換えられた状態でブレーキの解除をブロックする切換え可能なフリーホイールを備えた電気機械的なブレーキのクリアランス調整のための方法において、ブレーキ（１０）の解除時に、所定のクリアランスが到達された際にフリーホイール（３８）をロック状態に切換えることを特徴とする電気機械的なブレーキのクリアランス調整のための方法。
10. 切換え可能なフリーホイールにおいて、フリーホイール（３８）が単安定形であり、かつロックに切換えられた状態で一方の回転方向の回転を許容し、かつ反対の回転方向の回転をブロックし、ロック解除に切換えられた状態で両回転方向での回転を許容するようになっており、その場合、ロックに切換えられた状態が不安定であり、かつロック解除に切換えられた状態が安定であることを特徴とする切換え可能なフリーホイール。
11. フリーホイール（３８）が、互いに結合されていて一緒に運動する複数のロックエレメント（４）を有している請求項１０記載のフリーホイール。
12. フリーホイール（３８）が、そのロックエレメント（４２）に非ブロック位置へ向けて圧力を印加する少なくとも１つの解除ばねエレメント（５６）を有している請求項１０記載のフリーホイール。

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