WO2005111458A1 - Schaltbarer freilauf und elektromechanische fahrzeugbremse mit einem schaltbaren freilauf - Google Patents

Schaltbarer freilauf und elektromechanische fahrzeugbremse mit einem schaltbaren freilauf Download PDF

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WO2005111458A1
WO2005111458A1 PCT/EP2005/051904 EP2005051904W WO2005111458A1 WO 2005111458 A1 WO2005111458 A1 WO 2005111458A1 EP 2005051904 W EP2005051904 W EP 2005051904W WO 2005111458 A1 WO2005111458 A1 WO 2005111458A1
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freewheel
switch
actuator
switchable
element cage
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PCT/EP2005/051904
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Dietmar Baumann
Dirk Hofmann
Herbert Vollert
Willi Nagel
Andreas Henke
Bertram Foitzik
Bernd Goetzelmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator
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    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/06—Locking mechanisms, e.g. acting on actuators, on release mechanisms or on force transmission mechanisms
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    • F16D2129/00—Type of operation source for auxiliary mechanisms
    • F16D2129/06—Electric or magnetic
    • F16D2129/08—Electromagnets

Definitions

  • the invention relates to a switchable freewheel with the features of the preamble of claim 1.
  • the switchable freewheel is provided in particular for an electromechanical vehicle brake in order to develop it into a parking brake (parking brake).
  • the invention also relates to an electromechanical vehicle brake with a switchable freewheel according to the features of the preamble of claim 8.
  • Freewheels are known per se, they are also referred to as directional clutches.
  • a freewheel has a shaft and an outer ring, wherein the shaft can also be an inner ring.
  • Locking elements are arranged between the shaft and the outer ring, which allow the shaft to rotate with respect to the outer ring in one direction, the so-called freewheeling direction, and to prevent rotation of the shaft with respect to the outer ring in the opposite direction, the so-called spinning direction.
  • the blocking elements can be brought into a switch-off position in which they are out of function, ie in none Lock direction against rotation of the shaft relative to the outer ring.
  • the shaft In the switch-off position, the shaft can be rotated in both directions with respect to the outer ring.
  • a switchable freewheel In a switch-on position, a switchable freewheel has the usual function of freewheeling a rotatability of the shaft with respect to the outer ring in one direction and blocking against rotation in the opposite direction.
  • Electromechanical vehicle brakes are also known as wheel brakes for motor vehicles.
  • An electromechanical vehicle brake usually has an electromechanical actuating device, with which a friction brake lining can be pressed for braking against a brake body that is rotatable with a vehicle wheel.
  • the brake body is usually a brake disc or a brake drum.
  • the actuating device usually has an electric motor and a rotation / translation conversion gear, which converts a rotating drive movement of the electric motor into a translational movement for pressing the friction brake lining against the brake body.
  • Screw gears for example spindle drives or roller screw drives, are often used as rotation / translation conversion gears. It is also possible to convert the rotational movement into a translational movement, for example by means of a pivotable cam.
  • a reduction gear for example in the form of a planetary gear, is often interposed between the electric motor and the rotation / translation conversion gear.
  • Self-energizing electromechanical vehicle brakes are also known which have a self-energizing device which converts a frictional force exerted by the rotating brake body onto the friction brake lining pressed against the brake body for braking, into a pressure force which presses the friction brake lining against the brake body in addition to a pressure force applied by the actuating device.
  • Wedge, ramp and lever mechanisms are known for self-reinforcement.
  • the switchable freewheel according to the invention with the features of claim 1 has a locking element cage which holds the locking elements at a distance from one another and which is pivotable, ie rotatable by a limited angle.
  • the locking element cage By pivoting in one direction, the locking element cage is brought into a switch-off position and thereby brings the locking elements into their switch-off position, in which the shaft of the freewheel can be rotated in both directions relative to the outer ring.
  • the locking element cage By pivoting the locking element cage in the opposite direction, the locking element cage comes into an on position and brings the locking elements into their on position, in which the locking elements lock in one direction against rotation of the shaft relative to the outer ring and permit rotation in the opposite direction.
  • the locking element cage can be designed similar to a ball or roller cage of a roller bearing, in the pockets of which the locking elements lie and can be moved together in the circumferential direction by pivoting the locking element cage into the switch-off or switch-on position ,
  • the invention has the advantage of a comparatively simple construction of a switchable freewheel. Another advantage of the invention is the active and common movement of the locking elements into the switch-on or switch-off position by pivoting the locking element cage. In addition, the invention enables an axially short, switchable freewheel.
  • Freewheels with a positive fit are known, for example ratchet freewheels.
  • Claim 2 provides a frictional or non-positive clamping freewheel, the locking elements of which are clamping bodies. The locking effect in one direction of rotation is achieved by a frictional connection between the locking elements and the shaft or the outer ring.
  • the shaft and / or the outer ring can have raceways that are at an angle to a circumferential direction run and on which roll spherical or cylindrical locking elements as sprags.
  • Non-circular clamping bodies in connection with concentric raceways of the shaft and the outer ring are also possible for a clamping freewheel.
  • the clamping freewheel has the advantage over a form-fitting freewheel that it is quieter, works with a higher switching speed and has a larger locking torque with the same dimensions.
  • Claim 3 provides that an actuator for pivoting the locking body cage and thus for switching the freewheel engages tangentially and axially seen on the locking element cage within end edge surfaces. This configuration enables an axially short design of the freewheel.
  • Claim 4 provides an outwardly projecting projection, for example a lever, on the locking element cage for pivoting into the on and off position.
  • claim 5 provides an articulated connection of the actuator or a plunger of the actuator to the locking element cage.
  • the articulated connection can have a fork on the outwardly extending lever of the locking element cage, which lies in the axial direction in a form-fitting manner in a groove of the tappet of the actuator (claim 6).
  • Claim 7 provides a resetting device which automatically swivels the locking elements into the switch-off position.
  • the return device can have a return spring element.
  • This embodiment of the invention has the object of a monostable switchable freewheel in which the switch-off position is stable and which automatically switches from the switch-on position to the switch-off position. This makes it possible to actuate and release an electromechanical vehicle brake equipped with the freewheel if the freewheel or its actuator fails, that is to say the vehicle brake can be used without restrictions as a service brake if the freewheel fails.
  • Claim 9 provides that the return spring element acts on the outwardly extending lever of the locking element cage and is arranged outside the outer ring or, for example, a housing of the freewheel. It preferably has a low spring rate.
  • the return spring element is provided in the actuator. With both configurations of the invention, a decoupling of the return spring element or the return device from the freewheel is achieved; the return spring element also resets the actuator.
  • a bidirectional actuator is preferably used (claim 10), which switches the freewheel on and off.
  • Claim 13 relates to an electromechanical vehicle brake with a switchable freewheel of the type explained above.
  • the vehicle brake is thus further developed to a parking brake (parking brake), it can still be used as a service brake when freewheel is switched off.
  • parking brake parking brake
  • To lock the vehicle brake it is actuated and the freewheel is switched on, so that it blocks against turning back of the actuating device and thus against releasing the vehicle brake.
  • An applied actuation and braking force remains unchanged even when the vehicle brake is de-energized.
  • Due to a mechanical tensioning of the actuated vehicle brake the activated freewheel is held in the switched-on position, in which it locks against releasing the vehicle brake.
  • the mechanical tensioning of the applied vehicle brake does not release the freewheel automatically, even if it is designed to be monostable.
  • the freewheel is only released by releasing the mechanical tensioning of the vehicle brake by energizing in the actuation direction, so that the vehicle brake can then be released.
  • Figure 1 shows a cross section of a switchable freewheel according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an electromechanical vehicle brake according to the invention
  • FIG. 3 shows a detail of a modified embodiment of the invention according to arrow IM in FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a top view of the freewheel from FIG. 3.
  • the switchable freewheel 10 is a so-called clamping freewheel. It has a shaft 12 and an outer ring 14 which is concentric with the shaft 12. In a cross-sectional annular space between the shaft 12 and the outer ring 14, pinch rollers 16 are arranged as locking elements.
  • the outer ring 14 is provided with pockets 18 in which the pinch rollers 16 are received. A bottom of the pockets 18 runs at an angle to a circumferential direction of the shaft 12 and the outer ring 14, it forms raceways 20 on which the pinch rollers 16 roll.
  • a tubular pinch roller cage 22 is arranged in the space between the shaft 12 and the outer ring 14, which has cutouts 24 in which the pinch rollers 16 lie rotatably.
  • the pinch roller cage 22 which can also be generally referred to as a locking element cage, keeps the pinch rollers 16 at a distance from one another.
  • Each pinch roller 16 is acted upon by two springs 26, 28 which act in opposite directions in the circumferential direction.
  • the two springs 26, 28 are designed as helical compression springs.
  • One of the two springs 26 lies in the recess 24 of the pinch roller cage 22, it is supported on the pinch roller cage 22 and acts on the pinch roller 16 in a blocking direction.
  • the respective other spring 28 is inserted into the pocket 18 of the outer ring 14, it is supported on the outer ring 14 and acts on the pinch roller 16 in a freewheeling direction.
  • This spring 28 forms a return spring and is referred to as such below.
  • the pinch roller cage 22 can be pivoted through a limited angle.
  • a lever 30 projects radially outward from the pinch roller cage 22, which has a head 32 with spherical outer surfaces 34.
  • a spherical outer surface 34 of the clamping roller cage 22 can be acted upon by a plunger 36 of an electromagnet 38.
  • the electromagnet 38 with the tappet 36 forms an actuator 40 of the freewheel 10.
  • a hydraulic or pneumatic actuator can also be used (not shown).
  • the plunger 36 is arranged tangentially to the freewheel 10, the actuator 40 thus tangentially engages the lever 30 of the pinch roller cage 22.
  • the actuator 40 is located within two imaginary end edge surfaces which limit the freewheel 10 in the axial direction. This arrangement of the actuator 40 enables an axially short freewheel 10. Due to the spherical outer surface 34 on the head 32 of the lever 30, a direction of action of the actuator 40 is normal to the head 30.
  • the actuator 40 shown acts in one direction, namely in the direction of a switched-on position of the freewheel 10. In principle, an actuator acting in both directions is also possible (not shown).
  • the outer ring 14 of the freewheel 10 has a recess 42 for the passage of the lever 30. Edges of the recess 42 form stops 44 for the
  • Levers 30, which limit a pivoting angle of the pinch roller cage 22 To protect the lever 30, the lever 30 and the stops 44 are arranged in this way and aligned that the lever 30 contacts the stops 44 flat.
  • a sleeve 46 is provided on the lever 30, with which the lever 30 abuts the stops 44.
  • the sleeve 46 has the shape of a spring clip made of sheet metal. Sharp edges are avoided in the area of the stops 44, the lever 30 merges into the clamping roller cage 22 with curves 48.
  • the function of the freewheel 10 according to the invention is as follows: In the switch-on position shown, the pinch roller cage 22 moves the pinch rollers 16 in the direction of a narrowing gap between the raceways 20 in the pockets 18 of the outer ring 14 and the shaft 12.
  • the pinch rollers 16 lie on the shaft 12 and on the raceways 20. Due to a wedge effect, the pinch rollers 16 lock against rotation of the shaft 12 in a locking direction, which is indicated by the arrow 49 in FIG.
  • the lock is non-positive or frictional.
  • the freewheel direction indicated by arrow 50 the shaft 12 can be rotated, since it acts on the pinch rollers 16 lying against it in the direction of an increasing gap between the raceways 20 and the shaft 12.
  • the shaft 12 when it is biased in the blocking direction 44 and is blocked by the pinch rollers 16 in the switched-on or blocked position, maintains the block even when the actuator 40 is switched off.
  • the bias of the shaft 12 must be sufficient to hold the pinch rollers 16 against the force of the return springs 28 in the locked position.
  • the actuator 40 is switched off and the return springs 28 press the pinch rollers 16 in the direction of the increasing distance between the raceways 20 and the shaft 12, provided the shaft 12 is not preloaded.
  • the return springs 28 and the counteracting springs 26 inserted into the pinch roller cage 22 lift the pinch rollers 16 outward from the shaft 12, the shaft 12 is freely rotatable in both directions. Since the pinch rollers 16 are lifted off the shaft 12 in the shut-off position, they cause no friction and no wear with the shaft 12.
  • the return springs 28 pivot the pinch roller cage 22 into a shut-off position via the pinch rollers 16 and the springs 26 inserted in the pinch roller cage 22. in Figure 1 clockwise.
  • a common return spring is also possible, which is supported on the outer ring 14 and acts on the pinch roller cage 22 in the direction of the switch-off position (not shown).
  • a return spring can be, for example, a tension or compression spring which acts on the lever 30 of the pinch roller cage 22.
  • a helical or spiral wound torsion spring which acts on the outer ring 14 and on the pinch roller cage 22 is also possible as a return spring.
  • the provision shown with a return spring 28 for each pinch roller 16 is more complex, but has the advantage that each pinch roller 16 is acted upon in the direction of the switch-off position. With only one restoring spring acting on the pinch roller cage 22, the entire restoring force can act on a single pinch roller 16 in extreme cases due to tolerances.
  • the electromechanical vehicle brake 52 according to the invention shown in FIG. 2 as a mechanical circuit diagram is provided as a wheel brake for a motor vehicle. It has an electromechanical actuating device 54 with which a friction brake lining (not shown individually) for braking against one
  • Brake body for example a brake disc 56 can be pressed.
  • Actuating device 54 has an electric motor 58 with which a
  • Reduction gear 60 is a rotation / translation conversion gear 62, for example in the form of a screw drive, can be driven.
  • the electromechanical vehicle brake 52 is a service brake.
  • the switchable freewheel 10 described above is arranged on a motor shaft of the electric motor 58.
  • the freewheeling direction of the freewheel 10 is selected in the actuation direction of the vehicle brake 52 and the blocking direction of the freewheel 10 in the release direction of the vehicle brake 52.
  • the vehicle brake 52 forms an actuatable and releasable service brake.
  • the vehicle brake 52 can only be actuated, i.e. tightened, but can no longer be solved. Once the braking force has been applied, it is maintained.
  • the vehicle brake 10 in this case forms a parking brake (parking brake).
  • the actuated vehicle brake 52 acts on the motor shaft of the electric motor 58 in the release direction of the vehicle brake 52 and thus in the blocking direction of the freewheel 10, the freewheel 10 remains blocked, as described further above, even when its actuator 40 is switched off.
  • the parking brake force that has been built up is thus maintained when the vehicle brake 52 is de-energized.
  • Bias of the motor shaft can be reduced by energizing the electric motor 58 in the actuating direction, whereupon the freewheel 10 releases itself in the manner described above, i.e. switches to the switch-off position.
  • FIGS. 3 and 4 the same reference numbers are used for elements that are the same as FIG. 1. Essentially only the differences from FIG. 1 are explained and otherwise reference is made to the explanations given above for FIGS. 1 and 2.
  • the lever 30 of the clamping roller cage 22 is pivotally connected to the tappet 36 of the actuator 40.
  • the lever 30 has a fork 64, which lies in the axial direction in a form-fitting manner in a groove 66 of the tappet 36.
  • the lever 30 can thereby move with the plunger 36 in both directions and pivot the pinch roller cage 22 in both directions.
  • the freewheel 10 can thus be switched on and off with the tappet 36.
  • a return spring 68 can be arranged outside the freewheel 10 in the extension of the plunger 36, which acts on an end face of the plunger 36.
  • a return spring 70 integrated in the actuator 40 which is shown symbolically in FIGS. 3 and 4.
  • a bidirectional actuator 40 which means an actuator 40 with which the plunger 36 can be moved in both directions. In Figures 3 and 4 all three options are shown, in the practical implementation of the freewheel 10 one of the three options is sufficient.
  • the return springs 28 arranged in the freewheel 10 can be dispensed with if one of the return springs 68, 70 is used outside the freewheel 10 and / or a bidirectional actuator 40.
  • FIG. 4 also shows the arrangement of the actuator within imaginary edge surfaces of the freewheel 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Freilauf (10) zur Weiterbildung einer elektromechanischen Fahrzeugbremse (Betriebsbremse) zu einer Feststell­bremse (Parkbremse). Die Erfindung schlägt einen Klemmfreilauf (10) mit Klemmrollen (16) vor, die in einem Klemmrollenkäflg (22) aufgenommen und durch Schwenken des Klemmrollenkäfigs (22) in eine Ab- und eine Ein­schaltstellung bringbar sind. Der Klemmrollenkäfig (22) weist einen radial abstehenden Hebel (30) auf, an dem ein Aktuator (40) in tangentialer Richtungangreift. Auf diese Weise ist ein in axialer Richtung kurz bauender Freilauf (10) möglich.

Description

Schaltbarer Freilauf und elektromechanische Fahrzeugbremse mit einem schaltbaren Freilauf
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Freilauf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der schaltbare Freilauf ist insbesondere für eine elektromechanische Fahrzeugbremse vorgesehen, um diese zu einer Feststellbremse (Parkbremse) weiterzubilden. Die Erfindung betrifft auch eine elektromechanische Fahrzeugbremse mit einem schaltbaren Freilauf gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.
Freiläufe sind an sich bekannt, sie werden auch als richtungsgeschaltete Kupplungen bezeichnet. Ein Freilauf weist eine Welle und einen Außenring auf, wobei die Welle auch ein Innenring sein kann. Zwischen der Welle und dem Außenring sind Sperrelemente angeordnet, die eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring in einer Richtung, der sog. Freilaufrichtung, zulassen und gegen eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring in umgekehrter Richtung, der sog. Speπτichtung, sperren.
Bei einem schaltbaren Freilauf können die Sperrelemente in eine Abschaltstellung gebracht werden, in der sie außer Funktion sind, d.h. in keiner Richtung gegen eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring sperren. In der Abschaltstellung ist die Welle in beiden Richtungen gegenüber dem Außenring drehbar. In einer Einschaltstellung hat ein schaltbarer Freilauf die übliche Funktion eines Freilaufs einer Drehbarkeit der Welle gegenüber dem Außenring in einer Richtung und einer Sperrung gegen eine Drehung in umgekehrter Richtung.
Ebenfalls sind elektromechanische Fahrzeugbremsen als Radbremsen für Kraftfahrzeuge bekannt. Eine elektromechanische Fahrzeugbremse weist üblicherweise eine elektromechanische Betätigungseinrichtung auf, mit der ein Reibbremsbelag zum Bremsen an einen mit einem Fahrzeugrad drehfesten Bremskörper drückbar ist. Der Bremskörper ist üblicherweise eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel. Die Betätigungseinrichtung weist üblicherweise einen Elektromotor und ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe auf, das eine drehende Antriebsbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung zum Drücken des Reibbremsbelags an den Bremskörper umsetzt. Als Rotations- /Translations-Umsetzungsgetriebe werden vielfach Schraubgetriebe, beispielsweise Spindeltriebe oder Rollengewindetriebe verwendet. Auch ist die Umsetzung der Rotations- in eine Translationsbewegung beispielsweise mittels eines schwenkbaren Nockens möglich. Dem Elektromotor und dem Rotations- /Translations-Umsetzungsgetriebe ist vielfach ein Untersetzungsgetriebe beispielsweise in Form eines Planetengetriebes zwischengeschaltet. Auch sind selbstverstärkende elektromechanische Fahrzeugbremsen bekannt, die eine Selbstverstärkungseinrichtung aufweisen, die eine vom drehenden Bremskörper auf den zum Bremsen gegen den Bremskörper gedrückten Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft in eine Andruckkraft wandelt, die den Reibbremsbelag zusätzlich zu einer von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten Andruckkraft an den Bremskörper drückt. Zur Selbstverstärkung sind Keil-, Rampen- und Hebelmechanismen bekannt.
Erläuterung und Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße schaltbare Freilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Sperrelementekäfig auf, der die Sperrelemente in ihrem Abstand zueinander hält und der schwenkbar, d.h. um einen begrenzten Winkel drehbar ist. Durch Schwenken in einer Richtung wird der Sperrelementekäfig in eine Abschaltstellung gebracht und bringt dabei die Sperrelemente in deren Abschaltstellung, in der die Welle des Freilaufs gegenüber dem Außenring in beiden Richtungen drehbar ist. Durch Schwenken des Sperrelementekäfigs in umgekehrter Richtung gelangt der Sperrelementekäfig in eine Einschaltstellung und bringt dabei die Sperrelemente in deren Einschaltstellung, in der die Sperrelemente in einer Richtung gegen eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring sperren und eine Drehung in umgekehrter Richtung zulassen. Bei Verwendung von Kugeln, Rollen oder dgl. als Sperrelemente kann der Sperr- elementekäfig ähnlich einem Kugel- oder Rollenkäfig eines Wälzlagers ausgebildet sein, in dessen Taschen die Sperrelemente einliegen und durch Schwenken des Sperrelementekäfigs gemeinsam in Umfangsrichtung in die Abschalt- oder die Einschaltstellung bewegbar sind.
Die Erfindung hat den Vorteil eines vergleichsweise einfachen Aufbaus eines schaltbaren Freilaufs. Weiterer Vorteil der Erfindung ist die aktive und gemeinsame Bewegung der Sperrelemente in die Einschalt- oder die Ab- schaltstellung durch Schwenken des Sperrelementekäfigs. Außerdem ermöglicht die Erfindung einen axial kurz bauenden schaltbaren Freilauf.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Freilaufs zum Gegenstand.
Es sind formschlüssig wirkende Freiläufe bekannt, beispielsweise Klinken- freilaufe. Anspruch 2 sieht einen reib- oder kraftschlüssig wirkenden Klemmfreilauf vor, dessen Sperrelemente Klemmkörper sind. Die Sperrwirkung in einer Drehrichtung wird durch Kraftschluss zwischen den Sperrelementen und der Welle oder dem Außenring erzielt. Dazu können die Welle und/oder der Außenring Laufbahnen aufweisen, die in einem Winkel zu einer Umfangsrichtung verlaufen und auf denen kugel- oder zylinderförmige Sperrelemente als Klemmkörper wälzen. Auch sind unrunde Klemmkörper in Verbindung mit konzentrischen Laufbahnen der Welle und des Außenrings für einen Klemmfreilauf möglich. Der Klemmfreilauf hat gegenüber einem formschlüssigen Freilauf den Vorteil, dass er leiser ist, mit größerer Schaltgeschwindigkeit arbeitet und bei gleichen Abmessungen ein größeres Sperrmoment aufweist.
Anspruch 3 sieht vor, dass ein Aktuator zum Schwenken des Sperrkörperkäfigs und damit zum Schalten des Freilaufs tangential und axial gesehen innerhalb von Stimrandflächen am Sperrelementekafig angreift. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine axial kurze Ausbildung des Freilaufs.
Anspruch 4 sieht einen nach außen abstehenden Vorsprung, beispielsweise einen Hebel, am Sperrelementekafig zum Schwenken in die Ein- und Abschaltstellung vor.
Zum Ein- und Abschalten des Freilaufs sieht Anspruch 5 eine gelenkige Verbindung des Aktuators bzw. eines Stößels des Aktuators mit dem Sperrelementekafig vor. Die gelenkige Verbindung kann eine Gabel an dem nach außen stehenden Hebel des Sperrelementekäfigs aufweisen, die in axialer Richtung formschlüssig in einer Nut des Stößels des Aktuators einliegt (Anspruch 6).
Anspruch 7 sieht eine Rückstelleinrichtung vor, die den Sperrelementekafig selbsttätig in die Abschaltstellung schwenkt. Gemäß Anspruch 6 kann die Rückstelleinrichtung ein Rückstellfederelement aufweisen. Diese Ausgestaltung der Erfindung hat einen monostabilen schaltbaren Freilauf zum Gegenstand, bei dem die Abschaltstellung stabil ist und der selbsttätig von der Einschaltstelluπg in die Abschaltstellung umschaltet. Dadurch ist es möglich, eine mit dem Freilauf ausgerüstete elektromechanische Fahrzeugbremse bei Ausfall des Freilaufs oder seines Aktuators zu betätigen und zu lösen, d.h. die Fahrzeugbremse ist bei Ausfall des Freilaufs ohne Einschränkungen als Betriebsbremse benutzbar. Anspruch 9 sieht vor, dass das Rückstellfederelement an dem nach außen stehenden Hebel des Sperrelementekäfigs angreift und ausserhalb des Außenrings oder beispielsweise eines Gehäuses des Freilaufs angeordnet ist. Es weist vorzugsweise eine kleine Federrate auf. Gemäß Anspruch 10 ist das Rückstellfederelement im Aktuator vorgesehen. Mit beiden Ausgestaltungen der Erfindung wird eine Entkopplung des Rückstellfederelements bzw. der Rückstelleinrichtung vom Freilauf erreicht, das Rückstellfederelement stellt auch den Aktuator zurück.
Vorzugsweise findet ein Zweirichtungs-Aktuator Verwendung (Anspruch 10), der den Freilauf ein- und ausschaltet.
Anspruch 13 hat eine elektromechanische Fahrzeugbremse mit einem schaltbaren Freilauf der vorstehend erläuterten Art zum Gegenstand. Die Fahrzeug bremse ist dadurch zu einer Feststellbremse (Parkbremse) weitergebildet, sie lässt sich bei abgeschaltetem Freilauf unverändert als Betriebsbremse verwenden. Zum Feststellen der Fahrzeugbremse wird diese betätigt und der Freilauf eingeschaltet, so dass er gegen ein Rückdrehen der Betätigungseinrichtung und damit gegen ein Lösen der Fahrzeugbremse sperrt. Eine aufgebrachte Betätigungs- und Bremskraft bleibt unverändert auch bei stromloser Fahrzeugbremse aufrecht erhalten. Aufgrund einer mechanischen Verspannung der betätigten Fahrzeugbremse wird der eingeschaltete Freilauf in der Einschaltstellung gehalten, in der er gegen ein Lösen der Fahrzeugbremse sperrt. Durch die mechanische Verspannung der betätigten Fahrzeugbremse löst sich der Freilauf, auch wenn er monostabil ausgeführt ist, nicht selbsttätig. Erst durch ein Lösen der mechanischen Verspannung der Fahrzeugbremse durch Bestromung in Betätigungsrichtung löst sich der Freilauf, so dass die Fahrzeugbremse anschließend lösbar ist.
Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs;
Figur 2 eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Fahrzeugbremse;
Figur 3 eine Einzelheitdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung gemäß Pfeil IM in Figur 1 ; und
Figur 4 eine Draufsicht auf den Freilauf aus Figur 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Figur 1 dargestellte, erfindungsgemäße, schaltbare Freilauf 10 ist ein sog. Klemmfreilauf. Er weist eine Welle 12 und einen Außenring 14 auf, der zur Welle 12 konzentrisch ist. In einem im Querschnitt kreisringförmigen Zwischenraum zwischen der Welle 12 und dem Außenring 14 sind Klemmrollen 16 als Sperrelemente angeordnet. Der Außenring 14 ist mit Taschen 18 versehen, in denen die Klemmrollen 16 aufgenommen sind. Ein Grund der Taschen 18 verläuft in einem Winkel zu einer Umfangsrichtung der Welle 12 und des Außenrings 14, er bildet Laufbahnen 20, auf denen die Klemmrollen 16 wälzen. Außer den Klemmrollen 16 ist ein rohrförmiger Klemmrollenkäfig 22 im Zwischenraum zwischen der Welle 12 und dem Außenring 14 angeordnet, der Aussparungen 24 aufweist, in denen die Klemmrollen 16 drehbar einliegen. Der Klemmrollenkäfig 22, der allgemein auch als Sperrelementekafig bezeichnet werden kann, hält die Klemmrollen 16 in ihrem Abstand voneinander. Jede Klemmrolle 16 wird von zwei Federn 26, 28 beaufschlagt, die einander entgegengesetzt in Umfangsrichtung wirken. Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden Federn 26, 28 als Schraubendruckfedern ausgeführt. Eine der beiden Federn 26 liegt in der Aussparung 24 des Klemmrollenkäfigs 22 ein, sie stützt sich am Klemmrollenkäfig 22 ab und beaufschlagt die Klemmrolle 16 in einer Sperrrichtung. Die jeweils andere Feder 28 ist in die Tasche 18 des Außenrings 14 eingesetzt, sie stützt sich am Außenring 14 ab und beaufschlagt die Klemmrollβ 16 in einer Freilaufrichtung. Diese Feder 28 bildet eine Rückstellfeder und wird im Folgenden als solche bezeichnet.
Zum Schalten des Freilaufs 10 ist der Klemmrollenkäfig 22 um einen begrenzten Winkel schwenkbar. Zum Schwenken steht ein Hebel 30 radial nach außen vom Klemmrollenkäfig 22 ab, der einen Kopf 32 mit balligen Außenflächen 34 aufweist. Eine ballige Außenfläche 34 des Klemmrollenkäfigs 22 ist mit einem Stößel 36 eines Elektromagneten 38 beaufschlagbar. Der Elektromagnet 38 mit dem Stößel 36 bildet einen Aktuator 40 des Freilaufs 10. Anstelle des elektromechanischen Aktuators 40 kann beispielsweise auch ein hydraulischer oder pneumatischer Aktuator Verwendung finden (nicht dargestellt). Der Stößel 36 ist tangential zum Freilauf 10 angeordnet, der Aktuator 40 greift also tangential am Hebel 30 des Klemmrollenkäfigs 22 an. In axialer Richtung gesehen befindet sich der Aktuator 40 innerhalb zweier gedachter Stirnrandflächen, die den Freilauf 10 in axialer Richtung begrenzen. Durch diese Anordnung des Aktuators 40 ist ein axial kurz bauender Freilauf 10 möglich. Durch die ballige Außenfläche 34 am Kopf 32 des Hebels 30 ist eine Wirkungsrichtung des Aktuators 40 normal zum Kopf 30. Der dargestellte Aktuator 40 wirkt in einer Richtung, nämlich in Richtung einer Einschaltstellung des Freilaufs 10. Grundsätzlich ist auch ein in beiden Richtungen wirkender Aktuator möglich (nicht dargestellt).
Der Außenring 14 des Freilaufs 10 weist eine Aussparung 42 für den Durchtritt des Hebels 30 auf. Ränder der Aussparung 42 bilden Anschläge 44 für den
Hebel 30, die einen Schwenkwinkel des Klemmrollenkäfigs 22 begrenzen. Zum Schutz des Hebels 30 sind der Hebel 30 und die Anschläge 44 so angeordnet und ausgerichtet, dass der Hebel 30 die Anschläge 44 flächig berührt. Als weitere Schutzmaßnahme ist eine Manschette 46 am Hebel 30 vorgesehen, mit der der Hebel 30 gegen die Anschläge 44 stößt. Die Manschette 46 hat die Form eines Federclips aus Blech. Scharfe Kanten sind im Bereich der Anschläge 44 vermieden, der Hebel 30 geht mit Rundungen 48 in den Klemmrollenkäfig 22 über.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Freilaufs 10 ist Folgende: In der dargestellten Einschaltstellung bewegt der Klemmrollenkäfig 22 die Klemmrollen 16 in Richtung eines enger werdenden Zwischenraums zwischen den Laufbahnen 20 in den Taschen 18 des Außenrings 14 und der Welle 12. Die Klemmrollen 16 liegen an der Welle 12 und an den Laufbahnen 20 an. Aufgrund eines Keileffekts sperren die Klemmrollen 16 gegen eine Drehung der Welle 12 in einer Sperrrichtung, die in Figur 1 mit dem Pfeil 49 angegeben ist. Die Sperrung ist kraft- bzw. reibschlüssig. In umgekehrter Richtung, der mit Pfeil 50 angegebenen Freilaufrichtung, ist die Welle 12 drehbar, da sie die an ihr anliegenden Klemmrollen 16 in Richtung eines größer werdenden Zwischenraums zwischen den Laufbahnen 20 und der Welle 12 beaufschlagt.
Eine wichtige Eigenschaft des erfindungsgemäßen Freilaufs 10 ist, dass die Welle 12, wenn sie in Sperrrichtung 44 vorgespannt ist und durch die in der Einschalt- oder Sperrstellung befindlichen Klemmrollen 16 gesperrt ist, die Sperrung aufrecht erhält, auch wenn der Aktuator 40 ausgeschaltet wird. Die Vorspannung der Welle 12 muss dabei ausreichen, um die Klemmrollen 16 gegen die Kraft der Rückstellfedern 28 in der Sperrstellung zu halten.
Zum Abschalten des Freilaufs 10 wird der Aktuator 40 ausgeschaltet und die Rückstellfedern 28 drücken die Klemmrollen 16 in Richtung des größer werdenden Abstands zwischen den Laufbahnen 20 und der Welle 12, vorausgesetzt die Welle 12 ist nicht vorgespannt. Dabei heben die Rückstellfedern 28 und die ihnen entgegenwirkenden, in den Klemmrollenkäfig 22 eingesetzten Federn 26 die Klemmrollen 16 nach außen von der Welle 12 ab, die Welle 12 ist in beiden Richtungen frei drehbar. Da die Klemmrollen 16 in der Abschaltstellung von der Welle 12 abgehoben sind, bewirken sie keine Reibung und keinen Verschleiß mit der Welle 12. Über die Klemmrollen 16 und die in den Klemmrollenkäfig 22 eingesetzten Federn 26 schwenken die Rückstellfedern 28 den Klemmrollenkäfig 22 in eine Abschaltstellung, in Figur 1 im Uhrzeigersinn.
Anstelle der in der Zeichnung dargestellten, auf jede Klemmrolle 16 wirkenden Rückstellfedern 28 ist auch eine gemeinsame Rückstellfeder möglich, die sich am Außenring 14 abstützt und den Klemmrollenkäfig 22 in Richtung der Abschaltstellung beaufschlagt (nicht dargestellt). Eine solche Rückstellfeder kann beispielsweise eine Zug- oder Druckfeder sein, die am Hebel 30 des Klemmrollenkäfigs 22 angreift. Auch eine schrauben- oder spiralförmig gewickelte Torsionsfeder, die am Außenring 14 und am Klemmrollenkäfig 22 angreift ist als Rückstellfeder möglich. Die dargestellte Rückstellung mit einer Rückstellfeder 28 für jede Klemmrolle 16 ist aufwendiger, hat jedoch den Vorteil, dass jede Klemmrolle 16 in Richtung der Abschaltstellung beaufschlagt wird. Bei nur einer, auf den Klemmrollenkäfig 22 wirkenden Rückstellfeder kann aufgrund von Toleranzen im Extremfall die gesamte Rückstellkraft auf eine einzige Klemmrolle 16 wirken.
Die in Figur 2 als mechanischer Schaltplan dargestellte, erfindungsgemäße, elektromechanische Fahrzeugbremse 52 ist als Radbremse für einen Kraftwagen vorgesehen. Sie weist eine elektromechanische Betätigungseinrichtung 54 auf, mit der ein nicht einzeln dargestellter Reibbremsbelag zum Bremsen an einen
Bremskörper, beispielsweise eine Bremsscheibe 56 drückbar ist. Derartige
Fahrzeugbremsen sind in unterschiedlichen Konstruktionen an sich bekannt und sollen deswegen an dieser Stelle nicht im einzelnen erläutert werden. Die
Betätigungseinrichtung 54 weist einen Elektromotor 58 auf, mit dem über ein
Untersetzungsgetriebe 60 ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe 62 beispielsweise in Form eines Gewindetriebs antreib bar ist. Das Rotations-
/Translations-Umsetzungsgetriebe 62 setzt eine drehende Antriebsbewegung des Elektromotors 58 in eine Translationsbewegung zum Drücken des Reibbremsbelags an die Bremsscheibe 56 um. Soweit bis hierher beschrieben ist die elektromechanische Fahrzeugbremse 52 eine Betriebsbremse.
Auf einer Motorwelle des Elektromotors 58 ist der oben beschriebene, schaltbare Freilauf 10 angeordnet. Die Freilaufrichtung des Freilaufs 10 ist in Betätigungsrichtung der Fahrzeugbremse 52 und die Sperrrichtung des Freilaufs 10 in Löserichtung der Fahrzeugbremse 52 gewählt. In der Abschaltstellung des Freilaufs 10 bildet die Fahrzeugbremse 52 eine betätig- und lösbare Betriebsbremse. Nach Umschalten des Freilaufs 10 in die Einschaltstellung kann die Fahrzeugbremse 52 nur betätigt, d.h. zugespannt, jedoch nicht mehr gelöst werden. Eine einmal aufgebrachte Bremskraft bleibt aufrecht erhalten. Die Fahrzeugbremse 10 bildet in diesem Fall eine Feststellbremse (Parkbremse). Da die betätigte Fahrzeugbremse 52 die Motorwelle des Elektromotors 58 in Löserichtung der Fahrzeugbremse 52 und damit in Sperrrichtung des Freilaufs 10 beaufschlagt, bleibt der Freilauf 10 wie weiter oben beschrieben auch dann gesperrt, wenn sein Aktuator 40 abgeschaltet ist. Die einmal aufgebaute Feststellbremskraft bleibt dadurch bei energieloser Fahrzeugbremse 52 aufrecht erhalten. Zum Lösen muss die. Vorspannung der Motorwelle durch Bestromen des Elektromotors 58 in Betätigungsrichtung abgebaut werden, woraufhin sich der Freilauf 10 in weiter oben beschriebener Weise selbsttätig löst, d.h. in die Abschaltstellung umschaltet.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Figuren 3 und 4 werden für mit Figur 1 gleiche Elemente gleiche Bezugszahlen verwendet. Es werden im wesentlichen nur die Unterschiede zu Figur 1 erläutert und im Übrigen auf die obigen Ausführungen zu Figuren 1 und 2 verwiesen. Bei der in Figuren 3 und 4 dargestellten Abwandlung des in Figur 1 dargestellten Freilaufs 10 ist der Hebel 30 des Klemmrollenkäfigs 22 schwenkbar mit dem Stößel 36 des Aktuators 40 verbunden. Zur schwenkbaren Verbindung weist der Hebel 30 eine Gabel 64 auf, die in axialer Richtung formschlüssig in einer Nut 66 des Stößels 36 einliegt. Der Hebel 30 läßt sich dadurch mit dem Stößel 36 in beiden Richtungen bewegen und der Klemmrollenkäfig 22 in beiden Richtungen schwenken. Der Freilauf 10 ist dadurch mit dem Stößel 36 ein- und abschaltbar.
Zum Abschalten des Freilaufs 10 kann eine Rückstellfeder 68 außerhalb des Freilaufs 10 in Verlängerung des Stößels 36 angeordnet sein, die ein Stirnende des Stößels 36 beaufschlagt. Eine weitere Möglichkeit ist eine in den Aktuator 40 integrierte Rückstellfeder 70, die in Figuren 3 und 4 symbolisch dargestellt ist. Auch ist die Verwendung eines Zweirichtungs-Aktuators 40 möglich, womit ein Aktuator 40 gemeint ist, mit dem der Stößel 36 in beiden Richtungen bewegbar ist. In Figuren 3 und 4 sind alle drei genannten Möglichkeiten dargestellt, in der praktischen Ausführung des Freilaufs 10 genügt eine der drei Möglichkeiten. Die im Freilauf 10 angeordneten Rückstellfedern 28 können entfallen, wenn eine der Rückstellfedern 68, 70 außerhalb des Freilaufs 10 und/oder ein Zweirichtungs- Aktuator 40 eingesetzt werden.
Figur 4 zeigt auch die Anordnung des Aktuators innerhalbe gedachter Stimrandflächen des Freilaufs 10.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltbarer Freilauf, mit einer Welle und mit einem Außenring, die in einem abgeschalteten Zustand des Freilaufs in beiden Richtungen gegeneinander drehbar sind und die in eingeschaltetem Zustand des Freilaufs in einer Richtung gegeneinander drehbar und gegen Gegeneinanderdrehen in umgekehrter Richtung gesperrt sind, mit Sperrelementen, die zwischen der Welle und dem Außenring angeordnet sind und die in eine Abschaltstellung und in eine Einschaltstellung bringbar sind, wobei die Sperrelemente in der Abschaltstellung außer Funktion sind und in der Einschaltstellung in einer Richtung gegen ein Drehen der Welle gegenüber dem Außenring sperren, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) einen Sperrelementekafig (22) aufweist, der die Sperrelemente (16) in ihrem Abstand zueinander hält und der durch Schwenken in eine Abschaltstellung die Sperrelemente (16) in die Abschaltstellung und durch Schwenken in eine Einschaltstellung die Sperrelemente (16) in die Einschaltstellung bringt.
2. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) ein Klemmfreilauf ist und dass die Sperrelemente (16) Klemmkörper sind.
3. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (40) zum Schwenken des Schwenkelementekäfigs (22) tangential und axial gesehen innerhalb von Stirnrandflächen am Sperrelementekafig (22) angreift.
4. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrelementek fig (22) einen nach außen vorstehenden Vorsprung (30) für den Angriff des Aktuators (40) aufweist.
5. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) eine gelenkige Verbindung (64, 66) des Aktuators (40) mit dem Sperrelementekafig (22) aufweist
6. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) des Sperrelementekäfigs (22) eine Gabel (64) aufweist, die in axialer Richtung formschlüssig in einer Nut (66) eines Stößels (36) des Aktuators (40) einliegt.
7. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) eine Rückstelleinrichtung (28) aufweist, die den Sperrelementekafig (22) selbsttätig in die Abschaltstellung schwenkt.
8. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung ein Rückstellfederelement (28, 68, 70) aufweist, das den Sperrelementekafig (22) in die Abschaltstellung schwenkt.
9. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellfederelement (68) an dem nach außen stehenden Vorsprung (30) des Sperrelementekäfigs (22) angreift und ausserhalb des Außenrings (14) des Freilaufs (10) angeordnet ist.
10. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) einen Aktuator (40) zum Schwenken des Schwenkelementekäfigs (22) aufweist und dass der Aktuator ( 40) das Rückstellfederelement (70) aufweist.
11. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) einen Zweirichtungs-Aktuator (40) zum Schwenken des Schwenkelementekäfigs (22) aufweist.
12. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (10) eine Schwenkwinkelbegrenzung (44) für den Sperrelementekafig (22) aufweist.
13. Elektromechanische Fahrzeugbremse, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbremse (52) einen schaltbaren Freilauf (10) mit Sperrelementen (16) und mit einem Sperrelementekafig (22), mit dem die Sperrelemente (16) in eine Abschaltstellung, in der der Freilauf (10) in beiden Richtungen drehbar ist, und in eine Einschaltstellung, in der der Freilauf (10) gegen eine Drehung in einer Richtung sperrt, bringbar sind und dass die Fahrzeugbremse (52) durch Einschalten des Freilaufs (10) in betätigtem Zustand feststellbar ist.
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