KR101681035B1 - 전기기계식 차량 브레이크 - Google Patents

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토마스 빈클러
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 특히 유압식으로 작동가능한 작동 브레이크 및 전기기계식으로 작동가능한 파킹 브레이크 장치를 구비하는 조합된 전기기계식 차량 브레이크에 관한 것으로, 브레이크 하우징 (20) 의 유압식 작동 압력 챔버 (6) 는, 제동 작동을 작용시키는 유압식 압력 매체에 의하여 부하를 받을 수 있는 브레이크 피스톤 (5) 에 의하여 한정되고, 그리하여 브레이크 피스톤 (5) 은 제동 효과를 달성하기 위하여 길이방향 피스톤 축을 따라 작동될 수 있고, 파킹 브레이크 장치는 기어 장치 (1) 에 의하여 브레이크 피스톤 (5) 에 작용하고, 이러한 기어 장치 (1) 는 전기기계식 액추에이터 (7) 의 회전 운동을 병진 운동으로 전환하는 것의 결과로, 브레이크 피스톤 (5) 이 작동하여 파킹 브레이크 작동이 수행되고 작동 위치가 유지되며, 기어 장치는 다수의 롤링 부재 (4) 에 의하여 서로 접촉하는 나사 너트 (3) 및 나사 스핀들 (2) 을 포함하고, 기어 장치 (1) 가 부하 상태에서 작동될 때 롤링 부재 (4) 의 롤링을 허용하는 한편, 기어 장치 (1) 가 무부하 상태에서 작동될 때 롤링 부재 (4) 의 슬립을 허용하는 스프링 부재 (10) 가 제공된다. 본 발명에 따라, 스프링 부재 (10) 는, 나사 너트 (3) 에 형성되어 스프링 부재 (10) 용의 정지부를 형성하는 포켓-형상의 리세스 (23) 와 롤링 부재 (4) 사이에 배치된다.

Description

전기기계식 차량 브레이크{ELECTROMECHANICAL VEHICLE BRAKE}
본 발명은 전기기계식, 특히 유압식으로 작동가능한 서비스 브레이크 및 전기계식으로 작동가능한 파킹 (parking) 브레이크 장치를 포함하는 조합된 차량 브레이크에 관한 것으로, 유압식 작동 압력 챔버는, 서비스 제동 작동을 실행하기 위하여 유압식 압력 매체에 의해 부하를 받을 수 있는 브레이크 피스톤에 의하여 브레이크 하우징에서 한정되고, 브레이크 피스톤은 제동 효과를 생산하기 위하여 길이방향 피스톤 축을 따라 작동될 수 있고, 파킹 브레이크 장치는 기어 장치에 의하여 브레이크 피스톤에 작용하고, 이러한 기어 장치는 전기기계식 액추에이터의 회전 운동을 병진 운동으로 전환하고, 그럼으로써 브레이크 피스톤이 작동하여 파킹 브레이크 작동이 수행되고 작동 위치가 유지되며, 기어 장치는 다수의 롤링 부재에 의하여 서로 접촉하는 나사 너트 및 나사 스핀들을 포함하고, 기어 장치가 부하 상태에서 작동될 때 롤링 부재의 롤링을 허용하는 한편, 기어 장치가 무부하 상태에서 작동될 때 롤링 부재의 슬립을 허용하는 스프링 부재가 제공된다.
예컨대, DE 101 50 803 B4 로부터 전기로 작동가능한 파킹 브레이크 장치를 구비하는 유압식 차량 브레이크가 공지되었다. 공지된 차량 브레이크에서, 나사 너트/스핀들 장치의 작동 원리에 대하여, 파킹 브레이크 힘을 생산하기 위하여 전기 모터의 회전 운동을 브레이크 피스톤의 길이방향 운동으로 전환하는 기어장치가 제공된다. 전형적인 실시 형태에 따라, 상기 기어 장치는 소위 "스핀들/재순환 볼 슬리브 장치" 의 형태이고, 이는 또한 볼 나사 또는 재순환 볼 스핀들이라고 일컬어진다. 볼 나사는 다수의 롤링 부재에 의하여 서로 접촉하는 나사 너트 및 나사 스핀들을 포함한다.
소위 볼 재순환 없이 롤링 부재 장치를 포함하는 나사 너트는 독일 실용 신안 DE 76 40 810 U 로부터 공지되었다. 이러한 경우, 롤링 부재는 나사 너트에 단단하게 연결된 2 개의 정지부 사이에서 제한된 이동성을 가진다. 상기 장치의 단점은, 구멍을 통한 핀으로서, 정지부가 외측으로부터 나사 너트 내로 삽입되는 것이다. 외측으로부터 나사 너트에 드릴링 (drilling) 할 때 구멍은 명확하게 나사 나선에 부합하여야 하기 때문에, 생산이 어렵다.
또한, 원칙적으로 동등하게 구성된 볼 나사를 필요로 하고 브레이크-바이-와이어 브레이크 시스템 (brake-by-wire brake systems) 용으로 제공된 순수한 전기기계식 작동 (EMB) 을 포함하는 브레이크가 있다.
본 발명의 목적은 순수한 전기기계식 작동을 포함하는 브레이크에서의 사용에 그리고 조합된 브레이크에서의 사용에 동등하게 적합한 볼 나사의 생산을 단순화하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1 의 특징부에 의하여 달성된다. 이러한 경우, 나사 너트에 형성되어 스프링 부재용의 정지부가 제공되는 포켓-형상의 리세스와 롤링 부재 사이에 배치되는 스프링 부재가 제공된다. 그러므로, 스프링 부재가 지지되는 포켓-형상의 리세스가 나사 너트에 가공된다는 점에서, 스프링 부재용 정지부는 추가의 부품 없이 나사 너트에 통합된다.
추가의 유리한 특징은 종속 청구항으로부터 명백하다.
본 발명의 주제의 특히 유리한 개발에서, 포켓-형상의 리세스는, 나사 너트의 나사 나선으로부터 시작하여 접선방향으로 연장되고, 스프링 부재용의 수직 정지면을 포함하며, 상기 수직 정지면에는 스프링 부재가 접하여 지지된다.
본 발명의 추가의 유리한 개발은, 제 2 스프링 부재를 제공하고, 상기 제 2 스프링 부재는, 롤링 부재의 다른 단부에서, 나사 너트에 형성되어 제 2 스프링 부재용의 정지부를 제공하는 추가의 포켓-형상의 리세스와 롤링 부재 사이에 배치된다. 그러므로 스프링 부재가 지지되는 포켓-형상의 리세스는 나사 너트에 가공된다는 점에서, 스프링 부재용의 제 2 정지부는 추가 부품 없이 나사 너트에 통합된다. 상기 포켓-형상의 리세스는, 스프링 부재용의 수직 정지면을 갖고서, 나사 너트의 나사 나선에 접선으로 배치된 리세스로서 구성된다.
나사 너트의 제조 공정에서, 상기 포켓-형상의 리세스는 밀링 (milling) 공정 또는 임팩트 (impact) 공정을 사용하여 나사 너트에 형성된다.
도 1 은 및 전기기계식으로 작동가능한 파킹 브레이크 및 유압식으로 작동가능한 서비스 브레이크를 포함하는 차량 브레이크의 단면도이고,
도 2a ~ c 는 본 발명에 따른 나사 너트의 상이한 도면이고, 및
도 3 은 본 발명에 따른 나사 너트의 입체도이다.
본 발명은 첨부된 도면에 관련하여 이하의 전형적인 실시 형태에 관하여 더 자세하게 설명된다.
도 1 에 도시된 유압식 차량 브레이크는, 한편으로는, 유압식으로 작동가능한 서비스 브레이크 및, 다른 한편으로는, 전기기계식으로 작동가능한 파킹 브레이크를 포함한다. 도시된 예에서, 차량 브레이크는 부동-캘리퍼 디스크 브레이크의 형태이고, 유압식 작동에 의하여 생성된 차량 브레이크의 기능은 당업자에게 잘 공지되어 있고, 이러한 이유 때문에 더 자세하게 설명될 필요가 없다. 2 단 변속기, 필수 센서 및 전기 제어 장치 (22) 와 함께 구동 모듈 (21) 에서 통합된 전기 모터 (7) 또는 전기기계식 액추에이터 (actuator) (7) 는 파킹 브레이크를 작동시키는데에 사용된다. 전술한 차량 브레이크는, 브레이크 디스크 (도시되지 않음) 의 외부 가장자리 주위에 신장된 브레이크 캘리퍼 (brake caliper) (20) 또는 브레이크 하우징 및, 브레이크 디스크의 양측에 배치된 2 개의 브레이크 패드 (26, 27) 를 포함한다. 브레이크 하우징 (20) 은, 축 방향으로 이동가능한 브레이크 피스톤 (5) 을 수용하는 브레이크 실린더 (9) 를 내측에 형성한다. 서비스 제동 작동을 실행시키기 위하여, 브레이크 액은 브레이크 압력을 형성하기 위하여 브레이크 피스톤 (5) 및 브레이크 실린더 (9) 사이에 형성된 작동 압력 챔버 (6) 로 공급될 수 있고, 이러한 브레이크 압력은 브레이크 피스톤 (5) 을 브레이크 디스크를 향하여 길이방향 피스톤 축 (A) 을 따라 축 방향으로 옮길 수 있다. 이로 인해, 브레이크 피스톤 (5) 을 향하여 배향된 브레이크 패드 (27) 는 브레이크 디스크에 가압되고, 브레이크 하우징 (20) 은 반대 방향으로의 상호작용에 의하여 옮겨지고 이로 인해 다른 브레이크 패드 (26) 가 또한 브레이크 디스크에 가압된다.
이미 언급된 것처럼, 파킹 브레이크 공정을 수행하기 위한 파킹 브레이크 장치는 전기기계식으로 작동가능하고 브레이크 피스톤 (5) 에 대하여 또한 작용한다. 이러한 목적을 위해, 전기 모터 (7) 또는 전기기계식 액추에이터 (7) 의 회전 운동을 병진 운동으로 전환하여 브레이크 피스톤 (5) 을 축 (A) 을 따라 작동시키는 기어 장치 (1) 가 제공된다. 기어 장치 (1) 는, 롤링 부재 (4) 에 의하여 서로 연결된 나사 너트 (3) 및 나사 스핀들 (2) 에 의하여 실질적으로 형성된다. 롤링 부재 (4) 는 볼의 형태이다. 나사 스핀들 (2) 에 연결된 샤프트 (17) 는 브레이크 디스크로부터 멀리 배향된 측면 상에서 브레이크 하우징 (20) 으로부터 돌출되고, 삽입된 2 단 기어 감속 장치에 의하여 전술한 전기기계식 액추에이터 (7) 에 의하여 구동된다. 이러한 경우, 브레이크 하우징 (20) 의 구멍에 작동 압력 챔버 (6) 를 밀봉하기 위한 수단이 제공되고, 이러한 구멍을 통하여 샤프트 (17) 는 돌출된다. 나사 스핀들 (2) 에 전달된 회전 운동은 볼 (4) 에 의하여 나사 너트 (3) 로 전달되고, 이러한 볼 (4) 은 나사 너트 (3) 및 나사 스핀들 (2) 사이의 나사 나선에 위치되고, 이러한 나사 너트 (3) 는 축 (A) 의 방향으로 병진 운동을 실행한다. 이로 인해 나사 너트 (3) 가 접하여 지지되는 브레이크 피스톤 (5) 은 또한 작동된다. 동시에, 나사 스핀들 (2) 은 브레이크 하우징 (20) 의 계단식 구멍 (30) 에 의하여 수용되고 축 베어링 (18) 및 나사 스핀들 (2) 에 연결된 칼라 (collar) (19) 에 의하여 브레이크 하우징 (20) 에 접하여 지지된다. 따라서 기어 장치 (1) 는 전기기계식 액추에이터 (7) 의 회전 운동을 선형 운동으로 전환하고, 파킹 브레이크 공정을 실행하기 위한 인가 힘을 발생시키는 원인이 된다.
파킹 브레이크 장치가 해제될 때, 전기 모터 (7) 는 상응하여 반대 방향으로 작동되고, 나사 너트 (3) 및 브레이크 피스톤 (5) 은 도면의 오른쪽으로 이동한다. 브레이크 패드 (26, 27) 는 더 이상 브레이크 디스크와 접촉하지 않고 파킹 브레이크 공정은 끝이 난다.
전술한 전기 모터 (7) 및 2 단 변속기는 구동 모듈 (21) 의 부품을 형성하는 하우징 (28) 에 의하여 수용되고, 이러한 하우징 (28) 은 하우징 커버 (28a) 에 대해 밀봉될 수 있다. 도 1 에 도시된 실시 형태에서, 2 단 변속기는 웜 기어 (11, 12) 의 형태이다. 웜 기어는, 롤링 접촉 기어와 반대로, 슬라이딩 (sliding) 부품이 운동에 또한 존재하는 롤링 접촉 웜 기어의 카테고리이다. 이러한 웜 기어는 나선형-톱니모양의 기어 휠, 웜 및 헬리컬 톱니모양의 휠, 이들 사이에서 맞물리는 웜 휠에 의하여 구성된다.
제 1 변속단, 즉 제 1 웜 기어 (11) 는 입구측에서 전기 모터 (7) 의 출력 샤프트 (8) 에 연결되는 반면에, 제 2 변속단, 즉 제 2 웜 기어 (12) 는 출력측에서 기어 장치 (1 또는 2, 3) 및 샤프트 (17) 에 연결된다. 도시된 바와 같이, 제 1 웜 (13) 은 전기 모터 (7) 의 출력 샤프트 (8) 에 설치되고 제 1 웜 휠 (14) 과 맞물린다. 제 2 웜 (15) 은 제 1 웜 휠 (14) 의 회전의 중심에 설치되고, 이로 인해 회전 설정된다. 이어서 제 2 웜 (15) 은, 샤프트 (17) 에 회전 불가능하게 연결되고 기어 장치 (1) 와 함께 샤프트 (17) 를 회전 설정하는 제 2 웜 휠 (16) 과 맞물리고, 이로 인해 브레이크 피스톤 (5) 의 병진 운동을 발생시킨다. 상기 방법으로 설정된 인가 힘이 파킹 브레이크 공정 동안 유지되도록, 제 2 웜 기어 (12) 는 자가-잠금 되도록 형성된다.
부하 하에서의 기어 장치 (1) 의 작동시, 롤링 부재 (4) 는 나사 나선에서 구른다. 이로 인해, 축 베어링 (18) 에서 마찰 손실을 허용하는 75% ~ 85% 또는 85% ~ 95% 의 비교적 고효율이 달성된다. 이에 반해서, 무부하 상태에서의 기어 장치 (1) 의 작동시, 롤링 부재 (4) 는 슬립하고 - 즉, 브레이크 피스톤 (5) 과 결합된 브레이크 패드 (27) 가 브레이크 디스크 (도시되지 않음) 에 접촉할 때까지- 실질적으로 무부하 작동이 여기에 포함되기 때문에 볼 (4) 은 슬립한다. 볼 (4) 은 부하 하에서만 작동하거나 구르기 시작한다. 그러므로 브레이크 패드 (26, 27) 가 마모되면, 기어 장치 (1) 는 조절과 동시에 작동한다. 개별 조절 장치의 생략, 또는 작동 장치 및 조절 장치의 단일 부품으로의 통합은 특히 비용 효과가 크고 동시에 견고하다. 기어 장치 (1) 의 부하 하에서의 롤링 부재 (4) 의 구름 (rolling) 및 기어 장치 (1) 의 무부하 작동 시의 롤링 부재 슬립 (slipping) 이 항상 가능하도록, 롤링 부재 (4) 에 대하여 구름 이동이 가능하도록 하는 스프링 부재 (10) 가 제공된다. 롤링 부재 (4) 는, 나사 나선에서 2 개의 정지부 사이에 이동성이 제한된 상태로 배치되고, 롤링 부재 (4) 에 대하여 구름 이동이 가능하도록 하는 스프링 부재 (10) 는 제 1 정지부와 롤링 부재 (4) 사이에 배치된다. 제 1 정지부는 포켓-형상의 리세스 (23) 의 형태이고 나사 너트 (3) 의 나사 나선으로부터 시작하여 접선방향으로 연장된다. 포켓-형상의 리세스 (23) 는 수직 정지면 (25) 에서 끝나고, 특히 도 2 및 3 에 도시된 바와 같이 스프링 부재 (10) 가 정지면에 접하여 지지된다. 제 2 스프링 부재 (29) 는 롤링 부재 (4) 와 다른 정지부, 즉 다른 포켓-형상의 리세스 (24) 사이에 배치되고, 소위 완충 스프링의 역할을 한다. 상기 완충 스프링은 제 2 포켓-형상의 리세스 (24) 에 접하여 지지된다.
도 2a ~ c 로부터 명백한 바와 같이, 양 정지부는 나사 너트 (3) 의 포켓-형상의 리세스 (23, 24) 로서 구성되고, 그러므로 추가의 부품 없이 나사 너트 (3) 로 통합된다. 포켓-형상의 리세스 (23, 24) 는 나사 너트 (3) 의 제조 동안 밀링 공정 또는 임팩트 공정을 사용하여 나사 너트 (3) 에 가공된다.
도 3 으로부터 명백한 바와 같이, 포켓-형상의 리세스 (23) -및 마찬가지로 나사 너트 (3) 의 다른 단부에 있는 포켓-형상의 리세스 (24)- 는, 스프링 부재 (10) 용의 수직 정지면 (25) 을 갖고서, 나사 너트 (3) 의 나사 나선에 접선으로 배치된 리세스로서 구성된다.
기재된 구성에 있어서, 정지부에 대한 개별 부품이 불필요하고, 정지부는 비용 효과적으로 나사 너트 (3) 로 통합되므로 유리하다.
본 발명은 특히 도면에 관련하여, 조합된 브레이크의 예를 주로 사용하여 설명되었지만, 어떠한 종류의 유압식 작동 장치를 구비하지 않는 순수한 전기기계식 작동 (EMB) 을 갖는 브레이크-바이-와이어 브레이크 장치에도 원칙적으로 적용할 수 있다.
1 : 기어 장치
2 : 스핀들 또는 나사 스핀들
3 : 나사 너트
4 : 롤링 부재 또는 볼
5 : 브레이크 피스톤
6 : 유압식 작동 압력 챔버
7 : 전기기계식 액추에이터
8 : 출력 샤프트
9 : 브레이크 실린더
10 : 제 1 스프링 부재
11 : 제 1 웜 기어
12 : 제 2 웜 기어
13 : 제 1 웜
14 : 제 1 웜 휠
15 : 제 2 웜
16 : 제 2 웜 휠
17 : 샤프트
18 : 축 베어링
19 : 칼라
20 : 브레이크 캘리퍼
21 : 구동 모듈
22 : 제어 장치
23 : 리세스
24 : 리세스
25 : 정지면
26 : 브레이크 패드
27 : 브레이크 패드
28 : 하우징
28a : 하우징 커버
29 : 제 2 스프링 부재
30 : 계단식 구멍

Claims (8)

  1. 전기기계식 차량 브레이크로서,
    서비스 제동 작동을 실행하기 위하여 유압식 압력 매체에 의하여 부하를 받도록 구성된 브레이크 피스톤에 의하여 브레이크 하우징에서 한정되는, 유압식 작동 압력 챔버로서, 제동 효과를 생성하기 위하여 상기 브레이크 피스톤은 길이방향 피스톤 축 (A) 을 따라 유압식으로 작동되도록 구성되는, 상기 유압식 작동 압력 챔버,
    기어 장치에 의하여 상기 브레이크 피스톤에 작용하는 전기기계식 액추에이터로서, 상기 기어 장치는 상기 전기기계식 액추에이터의 회전 운동을 병진 운동으로 전환함으로써, 상기 브레이크 피스톤이 작동하여 파킹 브레이크 작동을 수행하고 작동되는 위치에 유지되도록 하며, 상기 기어 장치는 다수의 롤링 부재에 의하여 서로 접촉하는 나사 너트 및 나사 스핀들을 포함하는, 상기 전기기계식 액추에이터, 및
    상기 기어 장치가 부하 상태에서 작동될 때 상기 롤링 부재의 롤링을 허용하는 한편, 상기 기어 장치가 무부하 상태에서 작동될 때 상기 롤링 부재가 슬립하는 것을 허용하는 스프링 부재로서, 상기 스프링 부재는, 상기 나사 너트에 형성되어 상기 스프링 부재를 위한 정지부를 형성하는 포켓-형상의 리세스와 상기 롤링 부재 사이에 배치되고, 상기 스프링 부재의 하나의 단부는 상기 나사 너트에 의해 정의된 상기 포켓-형상의 리세스의 정지면에 직접 접촉하는, 상기 스프링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포켓-형상의 리세스는, 상기 나사 너트의 나사 나선으로부터 시작하여 접선방향으로 연장되어 상기 스프링 부재에 대한 수직 정지면을 포함하며, 상기 수직 정지면에는 스프링 부재가 접하여 지지되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 2 스프링 부재를 더 포함하고,
    상기 제 2 스프링 부재는, 상기 나사 너트에 형성되어 상기 제 2 스프링 부재에 대한 정지부를 형성하는 추가의 포켓-형상의 리세스와 롤링 부재 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포켓-형상의 리세스는, 상기 스프링 부재에 대한 수직 정지면을 갖고서, 상기 나사 너트의 상기 나사 나선에 접선으로 배치된 리세스로서 구성되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 포켓-형상의 리세스는 밀링 공정 또는 임팩트 공정을 사용하여 상기 나사 너트에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기기계식 차량 브레이크는 유압식으로 작동가능한 서비스 브레이크 및 전기기계식으로 작동가능한 파킹 브레이크 장치를 포함하는 조합된 브레이크인 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기기계식 액추에이터는 파킹 브레이크 장치의 형태인 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 포켓-형상의 리세스는 상기 나사 너트의 축 방향으로 오픈된 것을 특징으로 하는 전기기계식 차량 브레이크.
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