JP6486283B2 - 電気的に操作される摩擦ブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、操作装置によって操作されるブレーキライニングを有する、電気的に操作される摩擦ブレーキに関する。その際、操作装置は、電気的なアクチュエータによって駆動され、そして第一の伝達要素を有している。この伝達要素は、ブレーキライニングと接続されており、そして、操作装置は、ライニング押圧力の達成の為のブレーキングの為に、第一の伝達要素をある回転角度だけ回転させる。そして第一の伝達要素は、ライニング押圧力の達成の為に、回転角度に応じて入力トルクを必要とする。

本発明は、電気的に操作されるブレーキ、つまり例えば電動モーターのような電気的なアクチュエータが、レバー、スクリュー、ボールスピンドル、カム、偏心部、流体、ガス等のような伝達部材を介して、例えばブレーキディスクやブレーキドラムのような摩擦面において、例えばブレーキディスクのようなブレーキライニングに押圧されるブレーキに関する。操作ストロークにわたる力の推移の態様は、電気的に操作されるブレーキにおいては、ブレーキトルクの調達の為、操作時間にとって、及びエネルギー消費にとって重要である。

特に、車両の電気的に操作される運転ブレーキに対して、押圧力に対する要求と短い操作時間に関する高い要求がある要求がある。例えば、今日の車両にとっては操作時間はフルブレーキに対して約２００ｍｓが要求される。その際、今日の車両の前輪のディスクブレーキにおいては、３０ｋＮから４０ｋＮのライニング押圧力が発生する可能性がある。これは多くの場合、更に明らかに大きい。操作ストローク×ライニング押圧力は、ブレーキの操作の為のエネルギー要求であり、そして所定の操作磁界のもと必要な操作性能に通じるので、電気的なアクチュエータは大きな電気的な性能に相応して必要であることは明らかである。４０ｋＮのライニング押圧力に対して、フルブレーキングの為の２ｍｍの操作ストロークが戻られるとき、エネルギー要求はおよそ４０Ｗｓである。ブレーキ過程が、０．２秒内に実施されるとき、ブレーキ毎に少なくとも２００Ｗの平均的機械的性能が必要とされる。これは、電気的なアクチュエータによって調達される必要がある。しかし可能な構造空間、重量、コスト、および電流要求は、電気的なアクチュエータに対して、モーター性能を低く保つことを前提とする。よって、任意に大きな電気的アクチュエータが使用可能であるわけではない。

線形的に電気的に操作されるブレーキ、つまり例えばスクリュー、ボールスピンドル、流体のような線形的な伝達要素においては、操作ストロークとアクチュエータ（力、トルク）の間の線形的な比率によって、上昇するブレーキトルクを有する摩擦面において、一定の摩擦係数という仮定のもと、ゼロから最大値までの線形的に上昇するライニング押圧力が必要である。線形的なブレーキの必要な変換比率は、その際、必要な最大力（フルブレーキ）によって決定される。というのは、これらが保証される必要があるからであり、そしてすべてのより小さなブレーキ押圧力は一定のままである。しかしこれは不都合である。といのは、他の全ての場合、つまり通常の多くの場合において電気的なアクチュエータは最適には利用されつくすことができず、そして過剰にサイズ決めされているからである。そのような線形的なブレーキにおいては、電気的なアクチュエータは可能な負荷よりも低い負荷でもって、設計されたフルブレーキングまで作動させられる。その際、変換比率と、これに伴い達成可能な操作時間は、しかし、一定の高いステップダウンによって決定される。これは、フルブレーキの場合を前もって定める。これによって、フルブレーキの場合に相当しないブレーキングの為の線形的なブレーキにおいて、最適化された、または可能な限り短い操作時間が達成されない。

その上、電気的に操作されるブレーキへのコスト圧力は高い、というのはこれらは、比較的簡単な液圧ブレーキと競合する必要があるからである。よって、電気的アクチュエータにおいてあらゆる可能なコスト最適化が重要である。その際、電気的なアクチュエータが小さく保たれることが可能であるほど、これは好適となる。

線形的なブレーキに対する改善は、（例えば特許文献１に記載されているような）非線形的な電気的に操作されるブレーキによって得られる。これらブレーキにおいては、非線形的な伝達要素（例えばカム、偏心部、非線形的なランプウェー等のようなもの）が、アクチュエータとブレーキライニングの間に設けられている。特許文献１においては、例えば偏心したピボット又はカム（これにブレーキライニングが固定されている）を有する一つの軸が、操作手段によって回転させられる。その際、電動モーターのトルクは、ロッド又はレバーを介してブレーキの非線形的な伝達要素へと伝達される。ピボット又はカムの偏心性によって、ブレーキライニングが摩擦面に押さえ付けられる。その際、非線形的な関係が、軸の回転角度又は操作ストロークとライニング押圧力又は発生するブレーキトルクの間に生じる。その際、偏心部又はカムによって、力の変換が生じ（小さなストロークは大きな力を引き起こす）、これによって電気的なアクチュエータが小さくサイズ決めされることが可能である。これによって、操作時間も、線形的な電気的に操作されるブレーキより短縮可能である。

通常、ブレーキ、特に車両ブレーキの組込み比率は、極めて制限された構造空間のみがブレーキの収容の為に提供可能であるので、よって電動モーターは小さな構造サイズのものが使用される必要がある。その際、好ましくは小さな電動モーターの高い回転数から、極めて高いブレーキライニングの押圧力も発生されることが可能である。これは、特許文献１のロッドとレバーの代わりに、例えば、電動モーターによって駆動されるギアによっても達成されることが可能である。その際、例えばギアの出力段は、偏心部又はカムを有し、かつギアの中に統合された軸を回転させる。その際、非線形的な伝達要素がここでもまたブレーキライニング上に作用する。そのようなギアによって、最も小さな構造空間で１：４０の変換も実現可能であり、これによって小さな電動モーターが使用されることが可能である。これによって操作時間が更に減少されることが可能である。ただし、そのようなギアは極めて複雑で、よって高価でもある。

特許文献２により、パーキングブレーキが公知である。ここでは、ブレーキ位置ロッドによって駆動される駆動接続部が使用される。駆動接続部は、電動モーターによって回転される湾曲ディスクの形状であり、かつ湾曲ディスクの面に沿って形成される調整要素に形成されている。湾曲ディスクは、その際、電動モーターに一定のトルクが生じ、ブレーキ時間を短縮するよう、そしてブレーキ位置ロッドの極めて迅速な変換動作が達成されるよう形成されていることが可能である。

摩擦ブレーキを解除するために、しばしば戻りばねがテンションをかけられる。この戻りばねは、摩擦ブレーキの解除の際に負荷開放され、そしてその際開放されるエネルギーによって摩擦ブレーキを開く。例えば、特許文献３は、電気的に操作される摩擦ブレーキを示す。この摩擦ブレーキにおいては、操作の間に回復ばねが負荷開口される。電気的な駆動部は、よって摩擦ブレーキの全ての操作の間、解除ばねにテンションをかけるためのエネルギーをもたらす。

国際公開第２０１０／１３３４６３ Ａ１号明細書 国際公開第０１／９０５９５ Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０ ２００６ ０１２ ０７６ Ａ１号明細書

本発明の課題は、電気的に操作される摩擦ブレーキの達成可能な操作時間を更に短縮し、そして同時に摩擦ブレーキを低コストに抑えることである。

この課題は、発明に従い、隆起湾曲部を有する第二の伝達要素が設けられ、および第一の伝達要素に連結要素が設けられており、その際、連結要素に走査要素が設けられており、および走査要素が、電気的なアクチュエータの作用の基、第一の伝達要素の操作の為に隆起湾曲部を走査し、その際、第二の伝達要素が、第一の伝達要素の為の入力トルクをもたらし、そして第一の伝達要素の入力トルクが、ブレーキライニングの異なる摩耗状態に対する角度領域にわたって包絡線を生じ、そして第二の伝達要素によってもたらされる入力トルクが、角度領域にわたって包絡線の領域をカバーすることによって達成される。第二の伝達要素は、操作装置内で必要とされる変換の多くをもたらす。これによって電気的なアクチュエータは負荷開放される。ギアモーターの例においては、それ以外では同じ摩擦ブレーキにおいて、モーターギアの変換が１：４０から１：１２まで減少させられることが可能である（非線形的な第二の伝達要素の場合）。というのは、第二の伝達要素が、力変換（又はトルク変換）をもたらすからである。これによって、モーターギア内での１から２の変換ステップの省略と、これにともないコスト削減が達成されることが可能である。同時に、これによって電気的なアクチュエータの出力トルクも小さくなり、これによって基本的に小さな歯車がモーターギア内で使用されることが可能であり、このことは再び更なる価格メリットをもたらす。第二の伝達要素の追加的な変換によって、摩擦ブレーキの操作時間もまた短縮される。逆に、達成すべき操作時間のもとでモーターの大きさが縮小されることが可能である。よって同様に、摩擦ブレーキの全ての摩耗状態にわたって作動が保証されることが可能である。

レバーの第一の端部が連結要素内に回転可能に支承されて配置されており、そしてレバーの第二の端部が第一の伝達要素と接続されているとき、連結要素と第一の伝達要素の接続は、構造的に極めて簡易に行われる。

特に極めて簡単かつ有利な形態は、第二の伝達要素が、湾曲ディスクとして、または隆起湾曲部を有する連結リンクガイドとして形成されており、そして電気的なアクチュエータが湾曲ディスクまたは連結リンクガイドを回転させるとき生じる。これによって簡単かつ頑丈な構造的手段を有する操作装置が可能であり、そして極めてコンパクトに実現される。

二つの第一の伝達要素が設けられているとき、これらが平行四辺形駆動部の形成の為に、それぞれ一つのレバーを介して連結要素と接続されているとき有利である。平行四辺形によって、両方の伝達要素の簡単でかつ安価な方法による強制的な同期が生じる。

代替的形態においては、連結要素がトグルジョイントとして形成されており、そのトグルリンクが走査要素を介して隆起湾曲部に沿って形成されており、その際、トグルジョイントの一方の第一のアーム部に電気的なアクチュエータが係合し、そしてトグルジョイントの他方のアーム部が第一の伝達要素と接続されている。トグルジョイントによって特に高い変換が第二の伝達要素内で実現されることが可能である。

隆起湾曲部内にくぼみ部が設けられており、このくぼみ部内で走査要素が安定的な姿勢を取っているとき、極めて簡単なパーキングブレーキ機能が実現されることが可能である。これによって操作装置は、所定の位置（パーキングブレーキ）に固定されることが可能であり、そして外部の力によってのみ解除されることが可能である。

第一の伝達要素は、好ましくは偏心駆動部として、又はカム駆動部として形成されている。というのは、これによって簡単な手段で高い変換が小さな操作ストロークのもと実現されることが可能だからである。

隆起湾曲部が第一の伝達要素のストローク変換特性線に対応して形成されているとき、極めて有利である。このようにして、電気的なアクチュエータの基本的に一定なトルクが達成されることが可能である。電気的なアクチュエータは、よって、操作装置の全ての操作領域にわたって常に所定のトルク領域内で作動させられことが可能である。当該領域においては良好な効率が生じる。

摩擦ブレーキの自動的な戻りをすべての操作領域にわたって実現するために、有利には解除ばねが設けられている。この解除ばねは、操作装置に作用する。解除ばねが第一の伝達要素に設けられるばね走査要素によってテンションをかけられるか、または負荷開放されるとき、解除ばねがテンションをかけられるか又は負荷開放される領域は、意図的に制御されることが可能である。これによって解除ばねは、操作領域の所定の領域内で摩擦ブレーキの操作のため、又は戻りの為の補助エネルギーを提供し、そして他の領域では電気的なアクチュエータを摩擦ブレーキの操作または戻りのもとサポートする。

本発明に係る摩擦ブレーキの他の有利な効果は以下の説明から生ずる。

本発明を以下に添付の図面１から９に基づき詳細に説明する。これら図面は、本発明の有利な形態をこれに限定することなく示している。図は以下を示す。

発明に係る摩擦ブレーキの図 操作装置の代替的形成の図 第一の伝達要素の操作領域に渡るライニング押圧力の図 その操作領域にわたる第一の伝達要素内への入力トルク 第二の伝達要素の生じるトルク特性線及びストローク変換特性線 解除ばねを有する発明に係る摩擦ブレーキの図 電気的アクチュエータの操作領域にわたる内側のライニング押圧力から生ずるトルクの図 操作領域にわたる解除ばねの復元トルクの図 発明に係る摩擦ブレーキの電気的アクチュエータのトルクの図

図１は、ここでは例えば、摩擦面２とブレーキライニング３を有するブレーキディスクの形式の発明に係る摩擦ブレーキ１の有利な実施例を簡略的に示す。ブレーキライニングは、操作装置１０を介してブレーキングの為に摩擦面に押さえ付けられる。しかしまた、摩擦ブレーキ１は、ドラムブレーキとして形成されていることも可能である。そして当然、一次的な動きも制動することが可能であろう。つまり例えばブレーキディスクの替わりに摩擦面としての平坦なスチール。ブレーキライニング３は、ここにおけるように、ライニングキャリア４に設けられていることも可能である。摩擦ブレーキ１は、例えば十分公知なフローティングキャリパーブレーキとして形成されていることが可能である。例えばブレーキキャリパーのようなそのような摩擦ブレーキの公知な部材は、視認性の観点からここには表されていない、または単に示唆されているのみである。

ブレーキライニング３またはライニングキャリア４には、ブレーキライニング３（またはライニングキャリア４）と接続されており、よってこれと協働する第一の伝達要素５が作用する。第一の伝達要素５は、ここでは例えば操作軸６として形成されている。これに、偏心ピボット７（オフセットされた回転軸によって示唆されている）が設けられている。例えば、操作軸６に偏心ピボット７が着成されていることが可能であり、または操作軸６内に偏心した軸方向の孔が設けられていることも可能である。この孔の中にピボット７が挿入されている。操作軸６は、摩擦ブレーキ１の位置固定的な部材、例えばブレーキキャリパーに支承されているか、またはほぼ位置固定的な部材、例えば摩擦調整部に回転可能に支承されている。ピボット７には、ブレーキライニング３またはライニングキャリア４が設けられている。操作軸６が回転角度αだけ旋回させられると、ブレーキライニング３は回転方向に応じて、摩擦面２に対する操作ストロークｓだけ移動する、またはこれから持ち上げられる（二重矢印によって示唆されている。）偏心したピボット７の替わりに、カムもまた伝達要素５として設けられていることが可能である。例えば９０度の回転角度αが、制動していない状態からフルブレーキまで意図され得る。その際、偏心またはカムは、ブレーキングのために必要な操作ストロークｓを保証するよう幾何検討されている。摩擦ブレーキ１の操作のこのような形式は、特許文献１に記載されている。

第一の伝達要素５による摩擦面２に対するブレーキライニング３の調整（送り、独語：Ｚｕｓｔｅｌｌｅｎ）は接触以降、法線力を生じる。これはブレーキ力又はブレーキトルクを引き起こす。法線力は、その際、第一の伝達要素５によって生じ、そしてこれによってフルに受け止められる。つまり法線力は、伝達要素５によって完全に支持される。場合によっては発生する自己強化作用による高められた法線力も、伝達要素５によって支持される。

摩擦面２に対するブレーキライニング３の押圧は、基本的に、ハイトゲイン（独語：Ｈｏｅｈｅｎｇｅｗｉｎｎ）、つまりブレーキライニング３の方向の調整ストロークをもたらす幾何及びメソッドによって行われることが可能である。第一の伝達要素５は、その際好ましくは、直線的に形成されていない。つまり、インプット（ここでは例えば回転角度α）とアウトプット（ここでは例えば操作ストロークｓ）の間に直線的な関係が無い。しかしまた、第一の伝達要素５は、線形状に形成されていることも可能である。これは例えば線形の隆起湾曲部を有するカムとしてである。第一の伝達要素５は、ボール状傾斜路として、または曲げられたねじ山段としても考え得る。カムは、巻き上げられた傾いた平面である。その際、巻き上げは、曲げられることも、空間又は平面内の任意のカーブまたは面であることも可能である。同様に、第一の伝達要素５はピストンを有する液圧シリンダーまたは空圧シリンダーも有し得る。これは例えば偏心部又はカムによって操作される。

発明に従い、摩擦ブレーキ１内には、第二の伝達要素８が設けられている。以下に説明するように、この伝達要素は、第一の伝達要素５と協働する。

ここで第二の伝達要素８は、隆起湾曲部１７を有し、回転ポイント９に回転可能に支承された湾曲ディスク１１を有している。隆起湾曲部は、電気的アクチュエータ１２、例えば電動モーターまたはギアモーターによって駆動される。湾曲ディスク１１または電気アクチュエータ１２は、摩擦ブレーキ１の位置固定的な部材１３に支持されている。これは、図１に示唆されているように、例えばブレーキキャリパー、または図示されていない十分公知な摩擦調整部（これはほぼ位置固定と見られる）である。湾曲ディスク１１では、走査要素１４、例えば針状支承部が転動する。その際、走査要素１４は、連結要素１５に回転可能に支承されて配置されている。隆起湾曲部１７の形状に応じて、第二の伝達要素８は線形状又は非線形状である。連結要素１５には、ここでは更に、第二のレバー１６の端部が回転可能に支承されて配置されている。レバー１６の向かい合った其々の端部は、操作軸６に固定されている。機械的に見て、連結要素１５は転動ロッカーアームである。これは同時に、平行四辺形伝動機構の部材である。当然、第一の伝達要素５のみが設けられており、よってレバー１６のみが必要であることも可能である。同様に、二より多くの第一の伝達要素５が設けられ、よって二より多くのレバー１６が設けられていることも可能である。

湾曲ディスク１１が電気的なアクチュエータ１２によって、例えば時計回りに回転させられると、走査要素１４は湾曲ディスク１１上を転動し、これによって連結要素１５は、湾曲ディスク１１の湾曲形状に従い上にまたは下に向かって移動させられる。連結要素１５の移動によって、同時に、レバー１６を介して操作軸６が回転させられ、そしてブレーキライニング３が摩擦面２に向かって押圧される。ブレーキライニング３を摩擦面２から持ち上げるために、湾曲ディスク１１の反対方向への回転が行われる。

摩擦ブレーキ１の操作要素１０の運動学は、よって第一の伝達要素５と第二の伝達要素１０のストローク変換比率（または力若しくはトルク変換比率）から成る。

伝達要素１０の隆起湾曲部１７は、湾曲ディスク１１の替わりに、連結リンクガイドによっても実現されていることが可能である。隆起湾曲部１７は、その際、複数回巻かれている、または空間的に形成されていることも可能である結果、始動位置と最終位置の間に３６０度よりも大きな回転領域が生じることが可能である。例えば湾曲ディスク１１は、らせんのように形成されていることが可能である。その際、変位装置、たとえばねじ（ねじ山）によって湾曲ディスク１１は、常に正しく配置されることが可能である。連結リンクガイドは、スパイラル形状に形成されていることも可能である。

湾曲ディスク１１または連結リンクガイドまたは空間内又は平面内の一般的な任意の隆起湾曲部１７の隆起湾曲部が、当然に、各機械的に意味のある形式で、つまり上述した転動ロッカーアームの他にも、傾斜レバーや走査要素１４の他のガイドによって走査されることが可能である。走査は、ローラー支承部と異なるものによっても行われることが可能である。つまり、例えばロール部、滑り接触部、球部によってである。よって走査とは、隆起湾曲部１７における走査要素１４の転動又は滑動であると解される。

連結要素１５は、その際、複数部材式に形成されていることも可能である。例えば複数のジョイント式に接続された要素またはレバー等である。

湾曲ディスク１１（または連結リンクガイド）の隆起湾曲部１７は、走査要素１４が当該領域内で安定的なエネルギー効率のよい状態を得る結果、第二の伝達要素８が外部からの力無く自発的には、制動されていない状態に戻ることができないよう形成されている領域を有することも可能である。これは図１では例えば湾曲ディスク１１の隆起湾曲部１７の端部にくぼみ部２０の形式で設けられていることが可能である。走査要素１４がこのくぼみ部内に位置するとき、走査要素１４は、例えば電気的なアクチュエータ１２、ケーブル機構（独語：Ｓｅｉｌｚｕｇ）等による外からの力の作用なく、単独でこの位置から外に移動することが出来ない。これは例えばパーキングブレーキ機能の為に使用されることが可能である。

保持ハンドル部を介してもパーキングブレーキ機能は実現されることが可能である。操作装置１０の操作によって所定の位置を保持ハンドル部が通過すると、同様に操作位置（パーキング位置）も状態固定される。アンロックの為に、つまりパーキングブレーキを解除するためには、保持ハンドル部を、例えばケーブル機構によって解除する必要がある。その際、電磁石が、ばねに抗しての保持ハンドル部の係合のために使用されることが可能である。保持ハンドル部はその後、磁石の作用無しに摩擦によってロックされパーキング位置に留まる。解除の為に、操作要素１２は更に移動させらえることが可能であろう。これによって摩擦が減少され、そしてばねが保持ハンドル部を解除する。

図２に従う発明に係る摩擦ブレーキ１の代替的態様においては、連結要素１５に再び走査要素１４が回転可能に支承されて配置されており、この走査要素が再び第二の伝達要素８の隆起湾曲部１７上で転動する。連結要素１５は、ここではトグルジョイントとして形成されている。その際、トグルリンクは、走査要素１４を介して隆起湾曲部１７に沿って転動する。連結要素１５のアーム部において、レバー１６の端部が接続されており、これを介してここではカムが回転させられる。連結要素１５の他のアーム部には、操作レバー１８が係合している。この操作レバーは、電気的なアクチュエータ１２によって駆動されるモーターレバー１９を介して操作される。操作レバー１８には、リニア駆動部が係合していることも可能であろう。隆起湾曲部１７は、ここでは位置固定的に配置されている。

同様に、他の転動ガイド部も考え得る。例えば、隆起湾曲部１７に沿って転動する走査要素１４もまた、孔の中を滑動する連結リンクガイド又はピボットによってガイドされることが可能である。

発明に係る摩擦ブレーキ１の検討の出発点は、図３に表されているように、例えば、予め定められるライニング押圧力、Ｆ_Ｎ−操作ストロークｓグラフ又はライニング押圧力Ｆ_Ｎ−回転角度αグラフであることが可能である。グラフは、線形的な、又は非線形的（図３のような）な関係を表している。そのようなグラフは、例えば、基礎となるブレーキデザインから生ずる。ブレーキデザインは、ブレーキ部材の強度及び非線形な第一の伝達要素の形状寸法、つまり例えば偏心部の形状寸法的比率を考慮し、そして公知とみなされるであろうか、または適用条件に応じて予設定される。その際、摩擦ブレーキ１の異なる摩耗状態もまた考慮されることが可能である。図３においては、曲線３ａが摩耗の無いブレーキ、そして曲線ｂ）が完全に摩耗した状態のブレーキを示している。ブレーキライニング３の摩耗によって、摩擦ブレーキ１の強度が著しく変化する。同様に、温度の影響も、摩擦ブレーキの強度において考慮されることが可能であろう。

このライニング押圧力Ｆ_Ｎ−回転角度αのグラフから、既知である形状寸法的な比率より、ライニング押圧力Ｆ_Ｎの達成の為に必要な第一の伝達要素５の入力トルクＴ_Ｅが探出されることが図４に表されているように可能である。この中には、ここでもまた異なる摩耗状態が表されている。その際、曲線４ａは摩耗を有さない摩擦ブレーキ１を、そして曲線４ｂは完全に摩耗した状態の摩擦ブレーキを再現している。摩擦ブレーキ１の作動を、全ての摩耗状態にわたって保証することができるように、入力トルクＴＥは包絡線（点線４ｃ）によって与えられる領域をカバーする必要がある。この入力トルクＴ_Ｅは、適当に検討される第二の伝達要素８から捻出されよう。

しかし電気的アクチュエータの為に、これが全ての作動領域にわたってできる限り一定のトルク（例えば電動モーターによって）で、または一定の力で、好ましくは高効率の領域で運転されることが可能であるとき特に有利である。アクチュエータ１２の所望の一定のトルクという仮定の基、入力トルクＴ_Ｅまたは図４の包絡線は（第二の伝達要素８の入力回転角度に傾倒されて）、直接的に、第二の伝達要素８におけるトルク変換特性線（又は力変換特性性）を表す。局所的なトルク変換は、しかしストローク変換特性線の接線の各勾配に相当するので、逆にストローク変換特性線とこれに伴い隆起湾曲部１７の形状が、トルク比率特性線の積分として生じる。これは図５に表されている。この中で曲線５ａは、トルク比率特性線（摩耗を考慮した場合の包絡線）を示し、そして曲線５ｂは、この曲線の積分、つまりストローク変換特性線を示す。これより、回転角度α（操作ストローク）にわたる隆起湾曲部１７の形状が、直接導き出させることが可能であり、電気的アクチュエータの基本的に一定なトルクを達成する。この理由から、好ましくは非線形の第二の伝達要素８が使用される。その隆起湾曲部１７は、第一の伝達要素５のストローク変換特性線に対応して形成されている。

特許文献１の第一の伝達要素と摩擦ブレーキを有する摩擦ブレーキに対しては、約２５０ｍｓの操作時間で４０ｋＮのライニング押圧力となる。本発明に係る摩擦ブレーキ１にとっては、操作時間が約１８０ｍｓに減少され、このことは著しい改善を意味する。

多数の電気的に操作される摩擦ブレーキ１においては、これらがエネルギーの無い状態で（電気の無い状態の電気的なアクチュエータ）自動的に、電気的な補助無しにブレーキをかけられていない状態とされる。これは摩擦ブレーキ１の運転中高い機械的な摩擦のもとでは不可能である可能性がある、というのは電気的なアクチュエータ１２のもとでは、まず、解除ブレーキトルク、又は初期離脱トルクまたは初期離脱力（これは、磁気的な支承部摩擦と磁気的な「スナップ動作」から合わせられ、そして定格トルク又は定格力の１０％の値となる）が克服される必要があるからである。この為、電気的なアクチュエータ１２としてのギアモーターにおいては、ギア変換に対しても解除を行うために、モーター軸上よりも高いトルクで回転される必要がある。低い機械的駆動摩擦及び／又は好適な操作力を有する摩擦ブレーキ１においては、摩擦ブレーキ１は所定の領域内で高いライニング押圧力自体によって開かれることができる。しかしこれは全ての領域においては不可能である。というのは例えば、極めて小さなライニング押圧力（例えば氷や雪の上でのブレーキング）のもとでは、初期離脱トルクに対する開放の為に十分な力が存在していないからある。この状態において、摩擦ブレーキを開くための非電気的な貯蔵可能な補助エネルギーが存在している必要がある。これは、例えば、解除ばねであることが可能である。この解除ばねは、ブレーキングの際にテンションをかけられ、そして摩擦ブレーキの開放の為に蓄えられたエネルギーを再放出する。

補助エネルギーが例えばブレーキ操作の際に引っ張られる解除ばねを介して摩擦ブレーキ１自体の操作から供給されるとき、全操作力（又は全操作トルク）はこのばね作用の分だけ高い。エネルギーは、遅くとも摩擦ブレーキ１の解除の際に再び取り出されるので、失われないであろうが、しかしながら駆動トルク要求は高まる。解除ばねは、つまり最も簡単な場合、そのばね特性線にわたって持続的に有効であろうし、かつこれによって、大きな操作トルクの領域内においても追加的に有効となる。これは、解除ばねがそのような領域において摩擦ブレーキ１の開放の為に全く必要とされないにも関わらずそうである。解除ばねが適当に検討された非線形のギアによって操作されることによって、これには、非線形なギアによって解除ばねに対して反対の作用が及ぶ可能性がある。これは、例えば図６を参照しつつ詳細に説明するばねカム２２上に作用する解除ばね２１である。非線形のギアは、その際走査装置１０によって駆動される。

操作軸６には、ばねカム２２が設けられている。これは、操作軸６と共に回転させられる。ばねレバー２３は、一方の端部に回転可能に支承されて設けられている。ばねレバー２３の他方の端部には、ばね走査要素２４が設けられている。ここでは、これは例えば回転可能に支承されたロールである。その際、ばね走査要素２４はばねカム２２を走査し、ここではこの上を転動する。運動学的には、つまりここでもまた、転動ロッカーアームが実現される。ばねレバー２３には解除ばね２１が係合する。ばねカム２２が回転させられると、ばねレバー２３はある角度β分だけ旋回させられ、そして解除ばね２１はこれによってテンションをかけられる。

解除ばね２１は、しかしまたばねカム２２無しでも第一の伝達要素５または第二の伝達要素８に直接係合することが可能であり、そして摩擦ブレーキ１は、解除する及び／又は操作中に補助を行う。解除ばね２１は、例えば、レバー１６に又は平行四辺形駆動部において引きそして押すことが可能である。幾何（操作装置１０及び／又は摩擦ブレーキ１における解除ばね２１の係合点）の選択によって、解除ばね２１は、変化するトルクをブレーキ操作に導入する。これは、摩擦ブレーキ１の操作の間にも、値及び符号を変更することが可能である。例えば、戻りばねトルクは、解除ばね２１によって及び幾何によって大きくなる回転角度αのもと小さくなり、符号が転換し、そして大きくなる回転角度αと共に大きくなることが可能である。

解除ばね作用は、どうあれ正確に生じるが（カム、解除ばね２１の係合等）、摩擦ブレーキ１の異なる箇所にも、つまり操作軸６やレバー１６や平行四辺形においてのみでなく、例えば、湾曲ディスク１１、電気的なアクチュエータ１２の軸、電気的なアクチュエータ１２のギア段などにも作用させられることが可能である。要するに、解除ばね２１によって戻り作用及び／又は操作作用が及ぼされることが可能である、操作装置１０の各箇所である。

解除ばね２１は、通電されていない摩擦ブレーキが強制的に解除された状態へ移行すべきとき、電流の無い状態で操作作用を及ぼすために、例えば、電磁石によって開放又は連結可能であることが可能である。

第二の伝達要素８の好適なストローク変換特性線の探出の為の上述した方法は、力（トルク）の起源を評価しない。よって、摩擦ブレーキ１を完全にまたは場合によっては開くために必要である解除ばね２１は、追加的な力よりも簡単に使用されることが可能である。これによって、全てのストローク変換特性線が、操作装置１０の比率を形作るための解除ばね２１を含めて得られる。ばねカム２４の隆起湾曲部の決定が、上述したように行われることが可能である。

図７には、トルクである。このトルクは、摩擦ブレーキ１が、その内部のライニング押圧力から、電気的なアクチュエータ１２の操作領域を介してこれに対して作用する。操作角度の無い領域内では、トルクは負である。つまりこの負のトルクは下落し、摩擦ブレーキを自動的にもとに戻す。ここでもまた、重要な状態にわたる特性マップが使用される。これは、ライニング磨耗状況、温度及び他の特性をカバーしている。点線の包絡線７ａは、それゆえ下落する解除トルクの領域に、そして補助エネルギー（例えば解除ばね２１）を供給される必要がある。よって、解除トルク（包絡線７ａ）と与えられる運動学の推移によって、ばねカム２２のカム上昇も決定される。よって解除ばね２１は、戻り補助として必要とされる箇所でのみ、テンションをかけられる。この回転角度領域において電気的電流供給が下落すると、摩擦ブレーキは解除ばね２１によって確実に開かれる。この領域の外側では、解除ばね２１の開放が、摩擦ブレーキの操作仮定の為の電気的アクチュエータ１２のサポートを行う。これによって、そうでなければ阻害的である解除ばね２１が、突然、摩擦ブレーキ１の操作のサポートの為になる。

結果は、図８に表されている。図８は、戻りばねトルクＴ_Ｆの推移を、ばねカム２２の回転角度にわたって示している。戻りばねトルクＴ_Ｆは、摩擦ブレーキ１を戻すための摩擦ブレーキ１からの内部力のような小さなブレーキ操作において作用する。強いブレーキング（大きな回転角度）においては、解除ばね２１が再びテンションをかけられ、電気的アクチュエータ１２をブレーキ操作の際にサポートする。

解除ばね２１と操作装置１０の変換は、互いに反対に影響しあう。よって、そのような摩擦ブレーキ１は、通常、反復的プロセスでデザインされる。このプロセスでは、改善ポテンシャルが十分利用し尽くされるまで最適化ステップが繰り返される。その際、摩擦ブレーキ１の新しい検討においては、変換を伴う既知の好適な解除ばね２１か、または操作装置１０の既知の線形又は非線形の変換から出発することが可能であろう。

その様な最適化の結果は、例えば図９内に表されている。その際、電気的なアクチュエータの操作領域にわたって、電気的なアクチュエータ１２（曲線９ｃ）のトルクＴと解除ばね２１（曲線９ｃ）の戻りばねトルクＴ_Ｆがプロットされている。ここで、操作領域にわたって基本的に一定な電気的アクチュエータ１２のトルクＴが良く見て取れる。曲線９ｂは、更に追加的に、摩擦ブレーキ１の自己強化作用を考慮する。これによって電気的アクチュエータ１２の必要なトルクＴが自然に降下する。

発明に係る摩擦ブレーキ１は、上述のように一つのブレーキの例のもと説明された。このブレーキにおいては、ブレーキラインにングを押圧するために、例えば自動車内で必要であるような、能動的な力（トルク）が及ぼされる必要がある。ただし、電気的アクチュエータ１２の作用方向は、本発明にとって取るに足りない。電気的なアクチュエータ１２は、能動的な力（トルク）によっても摩擦ブレーキを操作の際に阻害し、これによって作用方向は逆となろう。摩擦ブレーキ１の操作の為のエネルギーは、この場合、例えばばねのような補助エネルギー源から生ずることが可能である。そのような摩擦ブレーキ１は、例えば鉄道ブレーキ、エレベータブレーキ、クレーンブレーキ等として使用される。これは、電源故障の際にはブレーキングを行う必要がある。その際、上述した解除ばね２１は、ブレーキングの為の補助エネルギー源としても使用されることが可能である。その際、解除ばね２１の為の操作曲線は、その後、当然、ブレーキの操作態様にとって好適に検討される。そのような摩擦ブレーキ１においては、運動学は、開かれて保持されるべき領域内において電気的アクチュエータ１２の力（トルク）が出来る限り小さい、またはゼロでさえあるように検討される。これは、上にパーキングブレーキ機能に対して記載したのと同様、湾曲ディスク、リンク、または運動学の特別な領域にわたって行われる。記載した保持ハンドル部もまた、摩擦ブレーキ１の開かれた保持の為に使用されることが可能であろう。

電機的アクチュエータ１２によって解除されて保持される摩擦ブレーキ１、例えば、鉄道ブレーキ、又はエレベータブレーキにおいては、ばね、及び／又は解除ばね２１が、当然、逆に摩擦ブレーキ１の操作の為に使用されることが可能である。その際、ばね又は操作装置１０の運動学は、この逆のブレーキ挙動に対しても好適に検討されることが可能である。このばね操作される摩擦ブレーキ１においては、操作装置１０は、有利には、全てのカバーすべき場合（様々な自己強化又は自己強化無し、様々なライニング状態及び弾性、様々な摩擦係数、トレランス、様々なモーター状態（電流無も含む）でのモーターの逆トルク（「コギング」）、操作における様々な摩擦損失、温度等）に対して常に確実な操作がばねによって可能であるよう検討されている。

Claims (9)

1. 操作装置（１０）によって操作されるブレーキライニング（３）を有する電気的に操作される摩擦ブレーキであって、その際、操作装置（１０）が、第一の伝達要素（５）を有し、この伝達要素が、ブレーキライニング（３）と接続されており、そして、操作装置（１０）が、ライニング押圧力（Ｆ_Ｎ）の達成の為のブレーキングの為に第一の伝達要素（５）を所定の回転角度（α）だけ回転させ、そして第一の伝達要素（５）が、ライニング押圧力（Ｆ_Ｎ）の達成の為に、回転角度（α）に応じて入力トルク（Ｔ_Ｅ）を必要とする摩擦ブレーキにおいて、隆起湾曲部（１７）を有する第二の伝達要素（８）が設けられており、そして第一の伝達要素（５）に連結要素（１５）が設けられており、その際、連結要素（１５）に走査要素（１４）が設けられており、この走査要素が、電気的なアクチュエータ（１２）の作用の基、第一の伝達要素（５）の操作のために、隆起湾曲部（１７）を走査し、その際、第二の伝達要素（８）が、第一の伝達要素（５）の為の入力トルク（Ｔ_Ｅ）をもたらすこと、及び、ライニング押圧力（Ｆｎ）を達成するための第一の伝達要素（５）の必要な入力トルク（Ｔ_Ｅ）が、ブレーキライニング（３）の摩耗を有さない状態から完全に摩耗した状態までの異なる摩耗状態の為、所定の回転角度（α）にわたって必要な入力トルク（ＴＥ）の最大値を表す曲線（４ｃ）を生じ、そして第二の伝達要素（８）によってもたらされる入力トルク（Ｔ_Ｅ）が、回転角度（α）にわたって前記曲線（４ｃ）以下であること
   を特徴とする摩擦ブレーキ。
2. 連結要素（１５）に、レバー（１６）の第一の端部が回転可能に支承されて設けられており、そしてレバー（１６）の第二の端部が第一の伝達要素（５）と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気的に操作される摩擦ブレーキ。
3. 第二の伝達要素（８）が、隆起湾曲部（１７）を有する湾曲ディスク（１１）として形成されており、そして電気的なアクチュエータ（１２）が湾曲ディスク（１１）又は連結リンクガイドを回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の電気的に操作させる摩擦ブレーキ。
4. 二つの第一の伝達要素（５）が設けられており、これらが平行四辺形駆動部の形成の為に、各一つのレバー（１６）を介して連結要素（１５）と接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電気的に操作される摩擦ブレーキ。
5. 隆起湾曲部（１７）内にくぼみ部が設けられており、この中で、走査要素（１４）が静的な姿勢を取ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の摩擦ブレーキ。
6. 第一の伝達要素（５）が偏心駆動部として、またはカム駆動部として形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気的に操作される摩擦ブレーキ。
7. 隆起湾曲部（１７）が第一の伝達要素（５）のストローク変換特性線に対応して形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電気的に操作される摩擦ブレーキ。
8. 操作装置（１０）に作用する解除ばね（２１）が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電気的に操作される摩擦ブレーキ。
9. 第一の伝達要素（５）にばねカム（２２）が設けられており、このばねカムが、ばね走査要素（２４）を介して解除ばね（２１）にテンションをかけ又は負荷開放することを特徴とする請求項８に記載の電気的に操作される摩擦ブレーキ。

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