WO2007077177A1 - Schaltbarer freilauf und elektromechanische fahrzeugbremse mit dem schaltbaren freilauf - Google Patents

Schaltbarer freilauf und elektromechanische fahrzeugbremse mit dem schaltbaren freilauf Download PDF

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WO2007077177A1
WO2007077177A1 PCT/EP2006/070201 EP2006070201W WO2007077177A1 WO 2007077177 A1 WO2007077177 A1 WO 2007077177A1 EP 2006070201 W EP2006070201 W EP 2006070201W WO 2007077177 A1 WO2007077177 A1 WO 2007077177A1
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WO
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freewheel
outer ring
locking
shaft
locking element
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PCT/EP2006/070201
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Chi-Thuan Cao
Dirk Hofmann
Herbert Vollert
Willi Nagel
Bertram Foitzik
Bernd Goetzelmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16D28/00—Electrically-actuated clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
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    • F16D41/086—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action the intermediate members being of circular cross-section and wedging by rolling
    • F16D41/088—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action the intermediate members being of circular cross-section and wedging by rolling the intermediate members being of only one size and wedging by a movement not having an axial component, between inner and outer races, one of which is cylindrical
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2123/00—Multiple operation forces

Definitions

  • the invention relates to a switchable freewheel having the features of the preamble of claim 1.
  • the switchable freewheel is provided in particular for an electromechanical vehicle brake, in order to further form a parking brake, which is often referred to as a parking brake.
  • the invention also relates to an electromechanical vehicle brake with the switchable freewheel having the features of the preamble of claim 12.
  • 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 may also be formed as a hollow shaft or inner ring. Between the shaft and the outer ring locking elements are arranged, the rotation of the shaft relative to the outer ring in one direction, the so-called. Freewheeling direction, allow and lock against rotation of the shaft relative to the outer ring in the reverse direction, the so-called. Locking direction.
  • the blocking elements can be brought into an open position, in which they are inoperative, ie, they do not lock in any direction against rotation of the shaft relative to the outer ring.
  • the shaft In the off position, the shaft is rotatable in both directions relative to the outer ring.
  • a switchable freewheel In a closed position, a switchable freewheel has the usual function of a freewheel, ie the shaft is rotatable relative to the outer ring in the freewheeling direction and locked against rotation in the reverse direction reversed.
  • electromechanical vehicle brakes are known as wheel brakes for motor vehicles.
  • An electromechanical vehicle brake has an electromechanical actuating device, with which a friction brake lining for braking can be pressed by a brake body that is non-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.
  • rotation /! “Ranslations conversion gear are often helical gearing, for example, spindle drives or roller screws used.
  • the implementation of the rotation into a translational movement is possible for example by means of a pivotable cam.
  • the electric motor and the rotation / translation conversion gear is often a lower reduction gear, for example in Self-boosting electromechanical vehicle brakes are also known which include a self-energizing device that converts a frictional force applied by the rotating brake body to the friction brake pad pressed against the brake body into a pressing force that applies the friction brake pad in addition to that applied by the actuator
  • Self-boosting electromechanical vehicle brakes include a self-energizing device that converts a frictional force applied by the rotating brake body to the friction brake pad pressed against the brake body into a pressing force that applies the friction brake pad in addition to that applied by the actuator
  • wedge, ramp and lever mechanisms are known.
  • the switchable freewheel according to the invention with the features of claim 1 has a Sperrierikafig, which brings the locking elements in the open position by pivoting with respect to the outer ring in a closed position the locking elements in the closed position and by pivoting with respect to the outer ring in a disconnection.
  • the locking element cage which may be formed comparable to a roller cage of a roller bearing, brings the locking elements of the freewheel according to the invention together in the closed position or the open position.
  • the locking element cage and the outer ring are designed like a rotor and a stator in the manner of an electric motor and have at least one coil
  • the blocking element cage can also comprise the stator and the outer ring
  • the blocking element cage can pivot in relation to the outer ring in the closed position and / or in the open position and thereby bring the locking elements in the closed position and / or the off position, ie by energizing the at least one coil Pivoting means a rotation of the locking element cage with respect to the outer ring by a limited angle
  • a bistable design is also conceivable in which the freewheel s remains tromlosed both in the on and in the off position and the at least one coil only for switching from the on to the off position and vice versa must be energized.
  • the freewheel s remains tromlosed both in the on and in the off position and the at least one coil only for switching from the on to the off position and vice versa must be energized.
  • the freewheel according to the invention has the advantage that it can be rotationally symmetrical.
  • forces acting on the freewheel do not cause any moment on parts of the freewheel which cause the freewheel to shift could have consequences.
  • Such forces may be the result of accelerations acting on the freewheel, which act, for example, on a freewheel of an electromechanical wheel brake of a motor vehicle in motion.
  • the invention avoids unintentional switching of the freewheel even at high accelerations acting on the freewheel.
  • a switching torque for switching the freewheel on and / or off in any case interacts rotationally symmetrically with the locking element cage or the outer ring in the case of a rotationally symmetrical magnetic field.
  • An additional advantage of the invention is that a separate actuator for pivoting the locking element cage for switching on and / or off the freewheel is not required, the function of the actuator is by the formation of the locking element cage and the outer ring in the manner of an electric motor in these parts integrated. This saves installation space and enables a compact design of the freewheel according to the invention.
  • subject matter of claim 12 is an electromechanical vehicle brake with a switchable freewheel of the type described above.
  • the vehicle brake is thereby further developed into a parking brake (parking brake).
  • the freewheel acts, for example, on a motor shaft of an electric motor of an actuating device of the vehicle brake.
  • the freewheel When the freewheel is switched off, the motor shaft of the electric motor can be freely rotated in both directions of rotation, and the vehicle brake can be used as a service brake without freewheeling.
  • To detect the vehicle brake it is actuated and the freewheel switched on, he locks against reverse rotation of the actuator and thus against release of the vehicle brake. An applied actuation and braking force of the vehicle brake is maintained unchanged even when the vehicle brake is de-energized.
  • FIG. 1 shows a freewheel according to the invention in a perspective view
  • Figure 2 shows a cross section of the freewheel of Figure 1;
  • Figure 3 is a detail view according to arrow III in Figure 2;
  • Figure 4 is an axial section of a modified embodiment of a freewheel according to the invention.
  • Figure 5 is a schematic representation of an inventive electromechanical vehicle brake. Description of the embodiments
  • the freewheel 1 according to the invention shown in FIG. 1 has a tubular outer ring 2 and a locking element cage 3 arranged coaxially in it.
  • a shaft which is coaxially arranged in the locking element cage 3.
  • the locking element cage 3 is tubular and has axially parallel, substantially rectangular apertures, which are referred to as pockets 5 and in which cylindrical rolling bodies are accommodated, forming the blocking elements 4 of the freewheel 1.
  • the locking element cage 3 and the outer ring 2 are arranged concentrically to each other, the locking element cage 3 and the locking elements 4 are in an annular space between the outer ring. 2 and the shaft 6.
  • the outer ring 2 recesses, which are also referred to as pockets 7.
  • the blocking elements 4 roll on base surfaces 8 of the pockets 7. In the circumferential direction, the base surfaces 8 extend helically in a wedge angle with respect to the circumferential direction. A distance from the base surfaces 8 of the pockets 7 of the outer ring 2 to the surface of the shaft 6 is thereby reduced in a subsequently referred to as a locking direction circumferential direction.
  • a rotation of the shaft 6 in the reverse direction acts on the locking elements 4 pressed against them in the locking direction, ie in the direction of the wedge gap between the base surfaces 8 of the pockets 7 of the outer ring 2 and the shaft 6 becoming narrower.
  • the locking elements 4 lock the shaft 6 in a force-fitting manner a rotation in the reverse direction.
  • the shaft 6 acts on the locking elements 4 pressed against them in the direction of the wedge gap between the base surfaces 8 of the pockets 7 of the outer ring 2 and the shaft 6 Shaft 6 rotatable when freewheel 1.
  • the locking element cage 3 is mounted rotatably or pivotably in the outer ring 2.
  • the storage is a sliding bearing of the tubular locking element cage 3 in the outer ring 2.
  • the pivot bearing centers the locking element cage 3 in the outer ring 2, so that over the entire circumference a uniform gap between the locking element cage 3 and the shaft 6 and the locking element cage 3 does not touch the WeI- Ie 6. A torque transmission from the shaft 6 to the locking element cage 3 and an unwanted switching on or off of the freewheel 1 is thereby avoided.
  • This edge 10 is according to the invention directed obliquely outwards, so that it acts on the locking elements 4 outwardly against the base surfaces 8 of the pockets 7 of the outer ring 2. In the off position shown in Figure 2, the locking elements 4 are thereby lifted from the shaft 6.
  • the edges 10 of the pockets 5 of the locking element cage 3 can also be referred to as contact surfaces for the locking elements 4.
  • the blocking elements 4 touch the shaft 6 only when the freewheel 1 is switched on, when the freewheel 1 is switched off, there is a gap between the blocking elements 4 and the shaft 6.
  • the enlargement in the region of one of the pockets 7 of the outer ring 2 shown in FIG. 3 shows that the base 8 of the pockets 7 does not run with a constant wedge angle to the circumferential direction, but the wedge angle is at the freewheeling direction, i. H. larger in Figure 3 right end of the pockets 7 and is sharpened in the reverse direction steadily or in stages.
  • the initially larger wedge angle of the base surfaces 8 of the pockets 7 causes a higher lifting of the locking elements 4 of the shaft 6 when turning off the freewheel 1 at a predetermined pivot angle of the locking element cage 3.
  • the gap between the locking elements 4 and the shaft 6 is larger
  • the initially larger wedge angle allows switching on the freewheel 1 with a smaller pivot angle of the locking element cage 3 and thus a shortening of the switching time.
  • the acute wedge angle in an end region located in the reverse direction of the base surfaces 8 of the pockets 7 of the outer ring 2 leads to a high clamping force and thus to a good blocking effect.
  • the wedge angle is chosen so pointed in the end region of the base surfaces 8 that self-locking occurs. If the locking element cage 3 is pivoted so far in the reverse direction, that the locking elements 4 in the reverse direction located in the end areas of the base surfaces 8 of the pockets 7 with the acute wedge angle They remain and the locking element cage 3 due to the self-locking by itself in the locked position, ie the freewheel 1 does not dissolve in this case from its on position. To release, either the locking element cage 3 or the shaft 6 must be pivoted in the freewheeling direction.
  • an outer side of the outer ring 2 is provided at the reverse direction end portions of the base surfaces 8 of the pockets 7 with recesses 11.
  • a wall thickness of the outer ring 2 is weakened in said areas, the outer ring 2 is elastic and resilient in said areas in the radial direction. Due to the elasticity of the outer ring 2 in said end regions of the base surfaces 8 of the pockets 7, the blocking elements 4 are pressed resiliently against the shaft 6.
  • An unintentional release for example by a pivoting movement of the shaft 6 with a small pivot angle with respect to the outer ring 2 or by vibrations, is counteracted, a retention of the freewheel 1 in the self-locking, blocking switch-on position is improved.
  • the desired elasticity of the outer ring 2 in the radial direction in the region of the pockets 7 can also be achieved in a different way.
  • a housing, not shown in FIGS. 1 to 3, into which the outer ring 2 is pressed in have recesses on the inner side in said areas.
  • a support of the outer ring 2 is missing from the outside in the said areas and there are created free spaces into which the outer ring 2 can spring radially outward.
  • the base 8 of the pockets 7 of the outer ring 2 has a wedge angle which is so acute that self-locking occurs, ie that when the freewheel 1 is turned on reliable locking against rotation of the shaft 6 in the reverse direction is ensured under all operating conditions.
  • the wedge angle is called middle portion of the base 8 of the pockets 7 larger, ie blunt, as in the end, so that the freewheel 1 is not clamped in the on position with rotated in the reverse direction shaft 6.
  • the locking element cage 3 protrudes on one side from the outer ring 2, it is located in this area in a rigidly connected to the outer ring 2 stator 12 ( Figure 1).
  • the stator 12 has two opposite each other, d. H. rotationally symmetrically arranged coil 13.
  • the locking element cage 3 forms a rotor.
  • the outer ring 2 with its stator 12 and locking element cage 3 are thus formed in the manner of an electric motor as a rotor and as a stator.
  • a rotationally symmetric magnetic field is generated, which exerts a torque on the locking element cage 3 in the reverse direction.
  • the freewheel 1 can thus be switched on by energizing the coils 13.
  • the moment acting on the locking element cage 3 is rotationally symmetrical, the locking element cage 3 is not acted upon transversely to the shaft 6.
  • two tangentially arranged spring elements 14 are provided, which act on the stator 12 and on the locking element cage 3 forming the rotor.
  • the return spring elements 14 are arranged symmetrically and act upon the locking element cage 3 also exclusively rotationally symmetrical, d. H. without resulting lateral force.
  • the return spring elements 14 are designed as fferenzugfedern.
  • the freewheel 1 has a rotationally symmetrical structure without eccentricities. Transverse forces caused by accelerations and vibrations of the freewheel 1 therefore cause no moments on parts of the freewheel 1, which act on these in the input or Ausschalttraum. An unintentional switching of the freewheel 1 is thereby avoided.
  • the locking element cage 3 is integral with the rotor, it forms the rotor itself. According to the invention it is also possible to rigidly connect the rotor with the locking element cage 3, for example with a pin, rivet and / or screw connection (not shown).
  • the blocking element cage 3 can thereby be made of a magnetically non-conductive material in order to avoid magnetic effects during energization of the coils 13 on the blocking elements 4.
  • the outer ring 2 via the locking element cage 3 via. He has there a shaft bearing 15 for not shown in Figure 1 shaft 6 of the freewheel 1 on.
  • a ball bearing has been selected as the shaft bearing 15.
  • Other rolling or sliding bearings may be used as shaft bearings 15 (not shown).
  • the shaft 6 is characterized axially very close to the freewheel 1, d. H. the locking elements 4, rotatably mounted and radially supported. As a result, good coaxiality of the shaft 6 in the outer ring 2 is achieved, which is important for the function of the freewheel 1.
  • the shaft 6, not shown in Figure 1 is rotatably supported on both sides of the locking elements 4 and close to the locking elements 6 and radially supported to ensure good coaxiality of the shaft 6 in the outer ring 2 even under load of the shaft 6.
  • a uniformly distributed to all locking elements 4 blocking effect is achieved, which is important for proper operation of the freewheel 1.
  • the locking element cage 3 has a pivoting angle limit. This is formed in the embodiment by the locking element cage 3 radially outwardly projecting tabs 30 at which the spring elements 14 are mounted to reset the locking element cage 3 and to turn off the freewheel 1.
  • the tabs 30 cooperate with stops 31 on the stator 12, which limit the pivot angle of the locking element cage 3 in both directions.
  • the freewheel 1 has a shiftable friction clutch 16.
  • the friction clutch 16 is formed by the locking element cage 3 and an annular shoulder 17 on a diameter staging of the shaft 6, against which the locking element cage 3 is pressed when engaging the friction clutch 16 in the axial direction and with its end face. When the friction clutch 16 is engaged, the shaft 6, when it rotates, urges the locking element cage 3 with a torque. Depending on the direction of rotation of the shaft 6, the freewheel 1 can thereby turn on and off.
  • the engagement of the switchable friction clutch 16 is carried out magnetically by energizing a coil 18 which is inserted into a housing 19, in which the outer ring 2 of the freewheel 1 is pressed.
  • the housing 19 may be part of a housing of an electromechanical friction brake, not shown in FIG.
  • the energizing of the coil 18 causes a magnetic field, which pulls the locking element cage 3 axially against the annular shoulder 17 of the shaft 6 and the friction clutch 16 thereby engages.
  • a magnetic circuit is closed by the housing 19, the outer ring 2, the locking element cage 3 and the shaft 6.
  • the locking element cage 3 can also be understood as an armature and the annular shoulder 17 of the shaft 6 as a pole piece of a coil 18 also comprising electromagnet for engaging and switching the friction clutch 16.
  • the switchable friction clutch 16 has the advantage that the freewheel 1 is continuously switched on in each angular position.
  • a spring element 20 which is formed in the illustrated embodiment of the invention as a coil spring.
  • the spring element 20 is screwed at one end to a helical groove 21 of the locking element cage 3 and at the other end to a helical groove 22 of a return element 23.
  • the return element 23 is tubular and it is arranged coaxially with the outer ring 2 and the shaft 6.
  • the return element 23 is in the Pressed outer ring 2 and thereby held axially and rotationally fixed.
  • the spring element 20 Since the Sperrieri- cage 3 is pivoted upon engagement of the friction clutch 16 and turning on the freewheel 1 by rotation of the shaft 6 in the direction of rotation of the shaft 6, the spring element 20 is elastically rotated. When switching off the coil 18, the previously elastically twisted spring element 20 exerts a restoring torque on the locking element cage 3 in the freewheeling direction, which supports the switching off of the freewheel 1. Furthermore, mutually facing end faces of the locking element cage 3 and the return element 23 complementary, sawtooth-shaped teeth 24, whose direction is chosen so that they also cause a restoring torque in the freewheeling direction and thus in the Ausschalttraum the freewheel 1 when the Sperrelemen- teklafig 3 of spring element 20 is pulled against the return element 23.
  • the freewheel 1 shown in Figure 4 is the same as that shown in Figures 1 to 3 and explained above freewheel 1 and works in the same way. To avoid repetition, reference is made in this respect to the above statements to FIGS. 1 to 3. The same reference numbers are used for the same components.
  • inventive electromechanical vehicle brake 25 is provided as a wheel brake for a motor vehicle. It has an electromechanical actuating device 26 with which a friction brake lining (not shown individually) for braking on a brake body, for example a brake disk 27, can be pressed. Such vehicle brakes are known in different constructions per se and should therefore not be explained in detail at this point.
  • the actuating device 26 has an electric motor 28, with which via a reduction gear 29, a rotation / translation translation gear 30, for example in the form of a screw, is drivable.
  • the rotation / translation conversion gear 29 converts a rotary drive movement of the electric motor 28 into a translational movement for pressing the friction brake pad against the brake disk 27.
  • the electromechanical vehicle brake 25 is a service brake.
  • the motor shaft is thus the freewheel shaft 6 or the two shafts are rotatably connected to each other.
  • the freewheel 1 can also act on the actuating device 26 of the vehicle brake 25 elsewhere, it can be arranged, for example, on / on a gear shaft of the reduction gear 29 (not shown).
  • the freewheeling direction of the freewheel 1 is selected in the direction of actuation of the vehicle brake 25 and the blocking direction of the freewheel 1 in the release direction of the vehicle brake 25.
  • the vehicle brake 25 forms an actuated and releasable service brake. After switching on the freewheel 1, the vehicle brake 25 can only be operated, d. H.
  • the vehicle brake 25 forms a parking brake in this case (parking brake). Since the actuated vehicle brake 25 acts on the motor shaft of the electric motor 28 by mechanical tension in the release direction of the vehicle brake 25 and thus in the reverse direction of the freewheel 1, the freewheel 1 remains switched on and locked as described above even when it is de-energized. The once established parking brake force is maintained thereby with energy-free vehicle brake 25.
  • the locking element cage 3 can be pivoted to lock the actuated vehicle brake 25 so strong in the reverse direction that the self-locking described above occurs, which keeps the freewheel 1 in the activated blocking position. To release the mechanical tension of the motor shaft must be reduced by energizing the electric motor 28 in the direction of actuation, whereby the freewheel 1 is turned off.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Freilauf (1) zur Weiterbildung einer elektromechanischen Fahrzeugbremse (Betriebsbremse) zu einer Feststellbremse (Parkbremse). Der Freilauf (1) weist einen Außenring (2) und einen Sperrelementekäfig (3) auf, die nach Art eines Elektromotors als Rotor und als Stator ausgebildet und durch Bestromen einer Spule (13) gegeneinander schwenkbar sind. Durch den symmetrischen Aufbau ist der Freilauf (1) unempfindlich gegen Beschleunigungskräfte.

Description

Schaltbarer Freilauf und elektromechanische Fahrzeugbremse mit dem schaltbaren Freilauf
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, die vielfach auch als Parkbremse bezeichnet wird, weiter zu bilden. Die Erfindung betrifft auch eine elektromechanische Fahrzeugbremse mit dem schaltbaren Freilauf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
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 als Hohlwelle oder Innenring ausgebildet sein kann. Zwischen der Welle und dem Außenring sind Sperrelemente angeordnet, die eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring in einer Rich- tung, der sog. Freilaufrichtung, zulassen und gegen eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring in umgekehrter Richtung, der sog. Sperrrichtung, sperren.
Bei einem schaltbaren Freilauf können die Sperrelemente in eine Ausschaltstellung gebracht werden, in der sie außer Funktion sind, d. h. in keiner Rich- tung gegen eine Drehung der Welle gegenüber dem Außenring sperren. In der Ausschaltstellung ist die Welle in beiden Richtungen gegenüber dem Außenring drehbar. In einer Einschaltstellung hat ein schaltbarer Freilauf die übliche Funktion eines Freilaufs, d. h. die Welle ist gegenüber dem Außenring in der Freilaufrichtung drehbar und gegen eine Drehung in der umge- kehrten Sperrrichtung gesperrt.
Ebenfalls sind elektromechanische Fahrzeugbremsen als Radbremsen für Kraftfahrzeuge bekannt. Eine elektromechanische Fahrzeugbremse weist eine elektromechanische Betätigungseinrichtung auf, mit der ein Reibbremsbelag zum Bremsen an einen mit einem Fahrzeugrad drehfesten Bremskör- per 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-/!" ranslations-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 Unter- Setzungsgetriebe, beispielsweise in Form eines Planetengetriebes, zwischengeschaltet. Es sind auch 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 durch Schwenken in Bezug auf den Außenring in eine Einschaltstellung die Sperrelemente in die Einschaltstellung und durch Schwenken in Bezug auf den Außenring in eine Ausschaltrichtung die Sperrelemente in die Ausschaltstellung bringt. Der Sperrelementekäfig, der vergleichbar einem Rollenkäfig eines Rollenlagers ausgebildet sein kann, bringt die Sperrelemente des erfindungsgemäßen Freilaufs gemeinsam in die Einschaltstellung oder die Ausschaltstellung. Er ist durch diese Funktion und nicht durch seine Ausbildung als „Käfig" definiert. Erfindungsgemäß sind der Sperrelementekäfig und der Außenring nach Art eines Elektromotors als Rotor und als Stator ausgebildet und weisen mindestens eine Spule auf. Es kann auch der Sperrelementekäfig den Stator und der Außenring den Rotor bilden. Durch Bestromen der mindestens einen Spule lässt sich der Sperrelementekäfig in Bezug auf den Außenring in die Einschaltstellung und/oder in die Ausschaltstellung schwenken und die Sperrelemente dadurch in die Einschaltstellung und/oder die Ausschaltstellung bringen, d. h. durch Bestromen der mindestens einen Spule wird der erfindungsgemäße Freilauf ein- oder ausgeschaltet. Schwenken bedeutet eine Drehung des Sperrelementekäfigs gegenüber dem Außenring um einen begrenzten Winkel. Außer einer monostabilen Ausbildung, bei der der Freilauf stromlos aus- oder eingeschaltet bleibt ist auch eine bistabile Ausbildung denkbar, bei der der Freilauf stromlos sowohl in der eingeschalteten als auch in der ausgeschalteten Stellung bleibt und die mindestens eine Spule nur zum Umschalten von der Ein- in die Ausschaltstellung und umgekehrt bestromt werden muss. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mindestens eine Spule ein achssymmetrisches Magnetfeld erzeugt.
Der erfindungsgemäße Freilauf hat den Vorteil, dass er rotationssymmetrisch ausgebildet werden kann. Auf den Freilauf einwirkende Kräfte bewirken da- durch kein Moment auf Teile des Freilaufs, die ein Schalten des Freilaufs zur Folge haben könnten. Solche Kräfte können Folge von auf den Freilauf wirkenden Beschleunigungen sein, die beispielsweise auf einen Freilauf einer elektromechanischen Radbremse eines Kraftfahrzeugs in Fahrt einwirken. Die Erfindung vermeidet ein unbeabsichtigtes Schalten des Freilaufs selbst bei hohen auf den Freilauf wirkenden Beschleunigungen. Des Weiteren wirkt ein Schaltmoment zum Ein- und/oder Ausschalten des Freilaufs jedenfalls bei rotationssymmetrischem Magnetfeld rotationssymmetrisch auf den Sperrelementekäfig oder den Außenring ein. Dadurch ist eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Sperrelemente möglich, es tragen alle Sperrelemente in etwa gleich zum Sperren des Freilaufs in der Sperrrichtung bei. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist, dass ein separater Aktuator zum Schwenken des Sperrelementekäfigs zum Ein- und/oder Ausschalten des Freilaufs nicht erforderlich ist, die Funktion der Betätigungseinrichtung ist durch die Ausbildung des Sperrelementekäfigs und des Außenrings nach Art eines Elektro- motors in diese Teile integriert. Das spart Bauraum und ermöglicht eine kompakte Ausbildung des erfindungsgemäßen Freilaufs.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
Gegenstand des Anspruchs 12 ist eine elektromechanische Fahrzeugbremse mit einem schaltbaren Freilauf der vorstehend erläuterten Art. Die Fahrzeugbremse ist dadurch zu einer Feststellbremse (Parkbremse) weitergebildet. Der Freilauf wirkt beispielsweise auf eine Motorwelle eines Elektromotors einer Betätigungseinrichtung der Fahrzeugbremse. Bei ausgeschalteten Freilauf ist die Motorwelle des Elektromotors in beiden Drehrichtungen frei dreh- bar, die Fahrzeugbremse lässt sich wie ohne Freilauf als Betriebsbremse verwenden. Zum Feststellen der Fahrzeugbremse wird sie betätigt und der Freilauf eingeschaltet, er sperrt gegen ein Rückdrehen der Betätigungseinrichtung und damit gegen ein Lösen der Fahrzeugbremse. Eine aufgebrachte Betätigungs- und Bremskraft der Fahrzeugbremse bleibt unverändert auch bei stromloser Fahrzeugbremse aufrecht erhalten. Da der eingeschaltete Freilauf in der Freilaufrichtung drehbar ist, ist ein Betätigen, d. h. Zuspannen der Fahrzeugbremse, auch bei eingeschaltetem Freilauf möglich. Auf Grund 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 nicht selbsttätig, auch wenn er monostabil ausgeführt ist. Erst durch Lösen der mechanischen Verspannung der Fahrzeugbremse durch Bestromung in Betätigungsrichtung löst sich der Freilauf, so dass die Fahrzeugbremse anschließend lösbar ist. Au- ßerdem ist die Einstellung eines Lüftspiels der Fahrzeugbremse und damit eine Verschleißnachstellung durch Einschalten des Freilaufs beim Lösen der Fahrzeugbremse möglich.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Aus- führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Freilauf in perspektivischer Darstellung;
Figur 2 einen Querschnitt des Freilaufs aus Figur 1 ;
Figur 3 eine Einzelheit-Darstellung gemäß Pfeil III in Figur 2;
Figur 4 einen Achsschnitt einer abgewandelten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Freilaufs; und
Figur 5 eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen elektrome- chanischen Fahrzeugbremse. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Freilauf 1 weist einen rohrför- migen Außenring 2 und einen koaxial in ihm angeordneten Sperrelementekäfig 3 auf. Der klaren Darstellung wegen nicht gezeichnet ist eine Welle, die koaxial im Sperrelementekäfig 3 angeordnet ist. Der Sperrelementekäfig 3 ist rohrförmig und weist achsparallele, im Wesentlichen rechteckige Durchbrechungen auf, die als Taschen 5 bezeichnet werden und in denen zylinderförmige Wälzkörper aufgenommen sind, die Sperrelemente 4 des Freilaufs 1 bilden.
Wie im Querschnitt von Figur 2 zu sehen, sind die in Figur 1 nicht dargestellte Welle 6 des Freilaufs 1 , der Sperrelementekäfig 3 und der Außenring 2 konzentrisch zueinander angeordnet, der Sperrelementekäfig 3 und die Sperrelemente 4 befinden sich in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Außenring 2 und der Welle 6. Am Innenumfang weist der Außen- ring 2 Vertiefungen auf, die ebenfalls als Taschen 7 bezeichnet werden. Die Sperrelemente 4 wälzen auf Grundflächen 8 der Taschen 7. In Umfangsrich- tung verlaufen die Grundflächen 8 spiralförmig in einem Keilwinkel zur Um- fangsrichtung. Ein Abstand von den Grundflächen 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 zur Oberfläche der Welle 6 verkleinert sich dadurch in einer nachfolgend auch als Sperrrichtung bezeichneten Umfangsrichtung.
Zum Einschalten des Freilaufs 1 wird der Sperrelementekäfig 3 um seine gedachte Achse in der Sperrrichtung, in der Zeichnung entgegen dem Uhrzeigersinn, geschwenkt, d. h. so weit gedreht, bis die Sperrelemente 4 in Anlage an die Welle 6 gelangen. Er bewegt die Sperrelemente 4 in Umfangsrich- tung, die Sperrelemente 4 wälzen auf den Grundflächen 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 des Freilaufs 1. Da die Grundflächen 8 sich in der Sperrrichtung spiralförmig der Welle 6 nähern, gelangen die Sperrelemente 4 in Kontakt mit der Welle 6 und werden gegen diese gedrückt. Der Sperrelementekäfig 3 und die Sperrelemente 4 sind in eine nicht dargestellte Einschaltstel- lung bewegt, der Freilauf 1 ist eingeschaltet. Eine Drehung der Welle 6 in der Sperrrichtung beaufschlagt die gegen sie gedrückten Sperrelemente 4 in der Sperrrichtung, d. h. in Richtung des enger werdenden Keilspalts zwischen den Grundflächen 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 und der Welle 6. Die Sperrelemente 4 sperren die Welle 6 kraftschlüssig gegen eine Drehung in der Sperrrichtung. Bei umgekehrter Drehrichtung der Welle 6, der sog. Freilaufrichtung, beaufschlagt die Welle 6 die gegen sie gedrückten Sperrelemente 4 in Richtung des größer werdenden Keilspalts zwischen den Grundflächen 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 und der Welle 6. In dieser Dreh- richtung ist die Welle 6 bei eingeschaltetem Freilauf 1 drehbar.
Zum Ausschalten des Freilaufs 1 wird der Sperrelementekäfig 3 in der Freilaufrichtung um seine gedachte Achse in die in Figur 2 dargestellte Ausschaltstellung geschwenkt. Er bewegt die Sperrelemente 4 in Umfangs- richtung, und zwar in der Freilaufrichtung, bis an die Enden der Taschen 7. Hier ist der Abstand der Grundflächen 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 von der Welle 6 größer als ein Durchmesser der zylinderförmigen, als Wälzkörper ausgebildeten Sperrelemente 4, die Sperrelemente 4 sind außer Funktion und die Welle 6 ist in beiden Drehrichtungen frei drehbar.
Der Sperrelementekäfig 3 ist dreh- oder schwenkbar im Außenring 2 gela- gert. Die Lagerung ist eine Gleitlagerung des rohrförmigen Sperrelementekäfigs 3 im Außenring 2. Es sind andere Lagerungen möglich. Die Drehlagerung zentriert den Sperrelementekäfig 3 im Außenring 2, so dass über den gesamten Umfang ein gleichmäßiger Spalt zwischen dem Sperrelementekäfig 3 und der Welle 6 besteht und der Sperrelementekäfig 3 nicht an der WeI- Ie 6 streift. Eine Drehmomentenübertragung von der Welle 6 auf den Sperrelementekäfig 3 und ein ungewolltes Ein- oder Ausschalten des Freilaufs 1 wird dadurch vermieden.
Federelemente 9, die am Sperrelementekäfig 3 eingehängt sind und an den Sperrelementen 4 angreifen, beaufschlagen die Sperrelemente 4 in der Sperrrichtung und in Anlage an einen Rand 10 der Taschen 5 des Sperrelementekäfigs 3, der aus Sicht der Sperrelemente 4 in der Sperrrichtung gelegen ist. Dieser Rand 10 ist erfindungsgemäß schräg nach außen gerichtet, so dass er die Sperrelemente 4 nach außen gegen die Grundflächen 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 beaufschlagt. In der in Figur 2 dargestellten Ausschaltstellung sind die Sperrelemente 4 dadurch von der Welle 6 abgehoben. Die Ränder 10 der Taschen 5 des Sperrelementekäfigs 3 können auch als Anlageflächen für die Sperrelemente 4 bezeichnet werden. Die Sperrelemente 4 berühren die Welle 6 nur bei eingeschaltetem Freilauf 1 , bei ausgeschaltetem Freilauf 1 besteht ein Spalt zwischen den Sperrelementen 4 und der Welle 6.
Die in Figur 3 gezeigte Vergrößerung im Bereich einer der Taschen 7 des Außenrings 2 zeigt, dass der Grund 8 der Taschen 7 nicht mit konstantem Keilwinkel zur Umfangsrichtung verläuft, sondern der Keilwinkel ist an dem in Freilaufrichtung, d. h. in Figur 3 rechts gelegenen Ende der Taschen 7 größer und wird in Sperrrichtung stetig oder in Stufen spitzer. Der zunächst größere Keilwinkel der Grundflächen 8 der Taschen 7 bewirkt ein höheres Abheben der Sperrelemente 4 von der Welle 6 beim Ausschalten des Freilaufs 1 bei einem vorgegebenen Schwenkwinkel des Sperrelementekäfigs 3. Bei ausgeschaltetem Freilauf 1 ist der Spalt zwischen den Sperrelementen 4 und der Welle 6 größer. Außerdem ermöglicht der zunächst größere Keilwinkel ein Einschalten des Freilaufs 1 mit kleinerem Schwenkwinkel des Sperrelementekäfigs 3 und damit eine Verkürzung der Schaltzeit.
Der spitze Keilwinkel in einem in Sperrrichtung gelegenen Endbereich der Grundflächen 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 führt zu einer hohen Klemmkraft und damit zu einer guten Sperrwirkung. Der Keilwinkel ist im genannten Endbereich der Grundflächen 8 so spitz gewählt, dass Selbsthemmung eintritt. Wird der Sperrelementekäfig 3 so weit in Sperrrichtung geschwenkt, dass sich die Sperrelemente 4 in den in Sperrrichtung gelegenen Endbereichen der Grundflächen 8 der Taschen 7 mit dem spitzen Keilwinkel befinden, verbleiben sie und der Sperrelementekäfig 3 auf Grund der Selbsthemmung von selbst in der Sperrstellung, d. h. der Freilauf 1 löst sich in diesem Fall nicht aus seiner eingeschalteten Stellung. Zum Lösen muss entweder der Sperrelementekäfig 3 oder die Welle 6 in der Freilaufrichtung ge- schwenkt werden. Um die Selbsthemmungswirkung zu verbessern, ist eine Außenseite des Außenrings 2 an den in Sperrrichtung gelegenen Endbereichen der Grundflächen 8 der Taschen 7 mit Aussparungen 11 versehen. Eine Wanddicke des Außenrings 2 ist in den genannten Bereichen geschwächt, der Außenring 2 ist in den genannten Bereichen in radialer Rich- tung elastisch und federnd. Durch die Elastizität des Außenrings 2 in den genannten Endbereichen der Grundflächen 8 der Taschen 7 werden die Sperrelemente 4 federnd gegen die Welle 6 gedrückt. Einem unbeabsichtigten Lösen, beispielsweise durch eine Schwenkbewegung der Welle 6 mit einem kleinen Schwenkwinkel in Bezug auf den Außenring 2 oder durch Vib- rationen, wird entgegen gewirkt, ein Verbleiben des Freilaufs 1 in der selbsthemmenden, sperrenden Einschaltstellung wird verbessert. Die gewünschte Elastizität des Außenrings 2 in radialer Richtung im Bereich der Taschen 7 lässt sich auch in anderer Weise erreichen. Beispielsweise kann ein in Figuren 1 bis 3 nicht dargestelltes Gehäuse, in das der Außenring 2 eingepresst ist, in den genannten Bereichen Aussparungen auf der Innenseite aufweisen. Dadurch fehlt eine Abstützung des Außenrings 2 von außen in den genannten Bereichen und es werden Freiräume geschaffen, in die der Außenring 2 radial nach außen federn kann.
In einem mittleren Bereich zwischen den Endbereichen mit dem großen KeM- winkel und mit dem spitzen, die Selbsthemmung der Sperrelemente 4 und des Freilaufs 1 bewirkenden Keilwinkel weist die Grundfläche 8 der Taschen 7 des Außenrings 2 einen Keilwinkel auf, der so spitz ist, dass Selbsthemmung auftritt, d.h. dass bei eingeschaltetem Freilauf 1 ein zuverlässiges Sperren gegen eine Drehung der Welle 6 in der Sperrrichtung unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt ist. Allerdings ist der Keilwinkel im ge- nannten mittleren Bereich der Grundfläche 8 der Taschen 7 größer, d. h. stumpfer, als im Endbereich, so dass der Freilauf 1 nicht in der eingeschalteten Stellung bei in Sperrrichtung gedrehter Welle 6 klemmt.
Der Sperrelementekäfig 3 steht auf einer Seite aus dem Außenring 2 vor, er befindet sich in diesem Bereich in einem mit dem Außenring 2 starr verbundenen Stator 12 (Figur 1 ). Der Stator 12 weist zwei einander gegenüber, d. h. rotationssymmetrisch angeordnete Spulen 13 auf. Der Sperrelementekäfig 3 bildet einen Rotor. Der Außenring 2 mit seinem Stator 12 und Sperrelementekäfig 3 sind dadurch nach Art eines Elektromotors als Rotor und als Stator ausgebildet. Durch Bestromen der Spulen 13 wird ein rotationssymmetrisches Magnetfeld erzeugt, das ein Drehmoment auf den Sperrelementekäfig 3 in der Sperrrichtung ausübt. Der Freilauf 1 lässt sich somit durch Bestromen der Spulen 13 einschalten. Das am Sperrelementekäfig 3 angreifende Moment ist rotationssymmetrisch, der Sperrelementekäfig 3 wird nicht quer zur Welle 6 beaufschlagt.
Zur Rückstellung, d. h. zum Ausschalten des Freilaufs 1 sind zwei tangential angeordnete Federelemente 14 vorgesehen, die am Stator 12 und an dem den Rotor bildenden Sperrelementekäfig 3 angreifen. Die Rückstellfederelemente 14 sind symmetrisch angeordnet und beaufschlagen den Sperrele- mentekäfig 3 ebenfalls ausschließlich rotationssymmetrisch, d. h. ohne resultierende Querkraft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Rückstellfederelemente 14 als Schraubenzugfedern ausgeführt.
Insgesamt weist der Freilauf 1 einen rotationssymmetrischen Aufbau ohne Exzentrizitäten auf. Querkräfte durch Beschleunigungen und Erschütterun- gen des Freilaufs 1 bewirken deswegen keine Momente auf Teile des Freilaufs 1 , die diesen in Ein- oder Ausschaltrichtung beaufschlagen. Ein unbeabsichtigtes Schalten des Freilaufs 1 wird dadurch vermieden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sperrelementekäfig 3 einstückig mit dem Rotor, er selbst bildet den Rotor. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Rotor starr mit dem Sperrelementekäfig 3 zu verbinden, beispielsweise mit einer Stift-, Niet- und/oder Schraubverbindung (nicht dargestellt). Der Sperrelementekäfig 3 lässt sich dadurch aus einem magnetisch nicht leitenden Material herstellen, um Magnetwirkungen beim Bestromen der Spulen 13 auf die Sperrelemente 4 zu vermeiden.
Auf der dem Stator 12 abgewandten Seite steht der Außenring 2 über den Sperrelementekäfig 3 über. Er weist dort ein Wellenlager 15 für die in Figur 1 nicht dargestellte Welle 6 des Freilaufs 1 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als Wellenlager 15 ein Kugellager gewählt worden. Es können auch andere Wälz- oder ein Gleitlager als Wellenlager 15 verwendet werden (nicht dargestellt). Die Welle 6 ist dadurch axial sehr nah am Freilauf 1 , d. h. den Sperrelementen 4, drehbar gelagert und radial abgestützt. Dadurch wird eine gute Koaxialität der Welle 6 im Außenring 2 erreicht, die wichtig für die Funktion des Freilaufs 1 ist. Vorzugsweise ist die in Figur 1 nicht dargestellte Welle 6 beiderseits der Sperrelemente 4 und nahe an den Sperrelementen 6 drehbar gelagert und radial abgestützt, um eine gute Koaxialität der Welle 6 im Außenring 2 auch bei Belastung der Welle 6 sicherzustellen. Dadurch wird eine gleichmäßig auf alle Sperrelemente 4 verteilte Sperrwirkung erzielt, die für eine einwandfreie Funktion des Freilaufs 1 wichtig ist.
Der Sperrelementekäfig 3 weist eine Schwenkwinkelbegrenzung auf. Diese wird im Ausführungsbeispiel durch vom Sperrelementekäfig 3 radial nach außen abstehende Laschen 30 gebildet an denen die Federelemente 14 zum Rückstellen des Sperrelementekäfigs 3 und zum Ausschalten des Freilaufs 1 eingehängt sind. Die Laschen 30 wirken mit Anschlägen 31 am Stator 12 zusammen, die den Schwenkwinkel des Sperrelementekäfigs 3 in beiden Richtungen begrenzen. Bei der in Figur 4 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung weist der Freilauf 1 eine schaltbare Reibungskupplung 16 auf. Die Reibungskupplung 16 ist durch den Sperrelementekäfig 3 und eine Ringschulter 17 an einer Durch- messerstufung der Welle 6 gebildet, gegen die der Sperrelementekäfig 3 beim Einrücken der Reibungskupplung 16 in axialer Richtung und mit seiner Stirnseite gedrückt wird. Bei eingerückter Reibungskupplung 16 beaufschlagt die Welle 6, wenn sie sich dreht, den Sperrelementekäfig 3 mit einem Drehmoment. Abhängig von der Drehrichtung der Welle 6 lässt sich der Freilauf 1 dadurch ein- und ausschalten.
Das Einrücken der schaltbaren Reibungskupplung 16 erfolgt magnetisch durch Bestromen einer Spule 18, die in ein Gehäuse 19 eingesetzt ist, in das der Außenring 2 des Freilaufs 1 eingepresst ist. Das Gehäuse 19 kann Bestandteil eines Gehäuses einer in Figur 4 nicht dargestellten elektromechani- schen Reibungsbremse sein. Das Bestromen der Spule 18 bewirkt ein Mag- netfeld, welches den Sperrelementekäfig 3 axial gegen die Ringschulter 17 der Welle 6 zieht und die Reibungskupplung 16 dadurch einrückt. Ein Magnetkreis wird durch das Gehäuse 19, den Außenring 2, den Sperrelementekäfig 3 und die Welle 6 geschlossen. Der Sperrelementekäfig 3 kann auch als Anker und die Ringschulter 17 der Welle 6 als Polstück eines außerdem die Spule 18 umfassenden Elektromagneten zum Einrücken und Schalten der Reibungskupplung 16 aufgefasst werden. Die schaltbare Reibungskupplung 16 hat den Vorteil, dass der Freilauf 1 stufenlos in jeder Winkelstellung einschaltbar ist.
Zum Ausrücken weist die Reibungskupplung 16 ein Federelement 20 auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schraubenzugfeder ausgebildet ist. Das Federelement 20 ist mit einem Ende auf eine schraubenlinienförmige Nut 21 des Sperrelementekäfigs 3 und mit dem anderen Ende auf eine schraubenlinienförmige Nut 22 eines Rückstellelements 23 geschraubt. Das Rückstellelement 23 ist rohrförmig und es ist koaxial zum Außenring 2 und zur Welle 6 angeordnet. Das Rückstellelement 23 ist in den Außenring 2 eingepresst und dadurch axial und drehfest gehalten. Nach Ausschalten der Bestromung der Spule 18 zieht das Federelement 20 durch seine Federkraft den Sperrelementekäfig 3 axial von der Ringschulter 17 der Welle 6 weg und rückt die Reibungskupplung 16 aus. Da der Sperrelemente- käfig 3 beim Einrücken der Reibungskupplung 16 und Einschalten des Freilaufs 1 durch Drehung der Welle 6 in Drehrichtung der Welle 6 geschwenkt wird, wird das Federelement 20 elastisch verdreht. Beim Ausschalten der Spule 18 übt das zuvor elastisch verdrehte Federelement 20 ein Rückstellmoment auf den Sperrelementekäfig 3 in Freilaufrichtung aus, das das Aus- schalten des Freilaufs 1 unterstützt. Des Weiteren weisen einander zugewandte Stirnseiten des Sperrelementekäfigs 3 und des Rückstellelements 23 komplementäre, sägezahnförmige Verzahnungen 24 auf, deren Richtung so gewählt ist, dass sie ebenfalls ein Rückstellmoment in Freilaufrichtung und damit in Ausschaltrichtung des Freilaufs 1 bewirken, wenn der Sperrelemen- tekäfig 3 von Federelement 20 gegen das Rückstellelement 23 gezogen wird.
Im Übrigen ist der in Figur 4 dargestellte Freilauf 1 gleich ausgebildet wie der in Figuren 1 bis 3 dargestellte und oben erläuterte Freilauf 1 und funktioniert in gleicher Weise. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit Bezug auf die oben stehenden Ausführungen zu Figuren 1 bis 3 verwiesen. Für glei- che Bauteile werden gleiche Bezugszahlen verwendet.
Die in Figur 5 als mechanischer Schaltplan dargestellte, erfindungsgemäße elektromechanische Fahrzeugbremse 25 ist als Radbremse für einen Kraftwagen vorgesehen. Sie weist eine elektromechanische Betätigungseinrichtung 26 auf, mit der ein nicht einzeln dargestellter Reibbremsbelag zum Bremsen an einen Bremskörper, beispielsweise eine Bremsscheibe 27 drückbar ist. Derartige Fahrzeugbremsen sind in unterschiedlichen Konstruktionen an sich bekannt und sollen deswegen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Die Betätigungseinrichtung 26 weist einen Elektromotor 28 auf, mit dem über ein Untersetzungsgetriebe 29 ein Rotations-/Translations- Umsetzungsgetriebe 30, beispielsweise in Form eines Gewindetriebs, antreibbar ist. Das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe 29 setzt eine drehende Antriebsbewegung des Elektromotors 28 in eine Translationsbewegung zum Drücken des Reibbremsbelags an die Bremsscheibe 27 um. Soweit bis hierher beschrieben, ist die elektromechanische Fahrzeugbremse 25 eine Betriebsbremse.
Auf einer Motorwelle des Elektromotors 27 ist der oben beschriebene schaltbare Freilauf 1 angeordnet. Die Motorwelle ist also die Freilaufwelle 6 oder die beiden Wellen sind drehfest miteinander verbunden. Der Freilauf 1 kann auch an anderer Stelle auf die Betätigungseinrichtung 26 der Fahrzeugbrem- se 25 einwirken, er kann beispielsweise an/auf einer Getriebewelle des Untersetzungsgetriebes 29 angeordnet sein (nicht dargestellt). Die Freilaufrichtung des Freilaufs 1 ist in Betätigungsrichtung der Fahrzeugbremse 25 und die Sperrrichtung des Freilaufs 1 in Löserichtung der Fahrzeugbremse 25 gewählt. In der Ausschaltstellung des Freilaufs 1 bildet die Fahrzeug- bremse 25 eine betätig- und lösbare Betriebsbremse. Nach Einschalten des Freilaufs 1 kann die Fahrzeugbremse 25 nur betätigt, d. h. zugespannt, jedoch nicht gelöst werden. Eine einmal aufgebrachte Bremskraft bleibt erhalten. Die Fahrzeugbremse 25 bildet in diesem Fall eine Feststellbremse (Parkbremse). Da die betätigte Fahrzeugbremse 25 die Motorwelle des Elekt- romotors 28 durch mechanische Spannung in Löserichtung der Fahrzeugbremse 25 und damit in Sperrrichtung des Freilaufs 1 beaufschlagt, bleibt der Freilauf 1 wie weiter oben beschrieben auch dann eingeschaltet und gesperrt, wenn er unbestromt ist. Die einmal aufgebaute Feststellbremskraft bleibt dadurch bei energieloser Fahrzeugbremse 25 aufrecht erhalten. Dar- über hinaus kann der Sperrelementekäfig 3 zum Feststellen der betätigten Fahrzeugbremse 25 so stark in der Sperrrichtung geschwenkt werden, dass die oben beschriebene Selbsthemmung eintritt, die den Freilauf 1 in der eingeschalteten Sperrstellung hält. Zum Lösen muss die mechanische Spannung der Motorwelle durch Bestromen des Elektromotors 28 in Betätigungs- richtung abgebaut werden, wodurch der Freilauf 1 ausgeschaltet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltbarer Freilauf, mit einer Welle (6) und einem Außenring (2), die bei ausgeschaltetem Freilauf (1 ) gegeneinander drehbar und die bei eingeschaltetem Freilauf (1) in einer Drehrichtung, der Freilaufrichtung, gegeneinander drehbar und gegen ein gegeneinander Dre- hen in umgekehrter Drehrichtung, der Sperrrichtung, gesperrt sind, mit Sperrelementen (4), die zwischen der Welle (6) und dem Außenring (2) angeordnet sind und die in eine Einschaltstellung, in der die Sperrelemente (4) die Welle (6) und den Außenring (2) gegen ein gegeneinander Drehen in der Sperrrichtung sperren, und in eine Ausschaltstellung, in der die Sperrelemente (4) außer Funktion sind, bringbar sind, und mit einem Sperrelementekäfig (3), der durch Schwenken in Bezug auf den Außenring (2) in eine Einschaltstellung die Sperrelemente (4) in die Einschaltstellung und durch Schwenken in Bezug auf den Außenring (2) in eine Ausschaltstellung die Sperr- elemente (4) in die Ausschaltstellung bringt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrelementekäfig (3) und der Außenring (2) nach Art eines Elektromotors als Rotor und als Stator ausgebildet sind und mindestens eine Spule (13) aufweisen, so dass durch Bestromen der Spule (13) der Sperrelementekäfig (3) in Bezug auf den Außenring (2) in die Ein- und/oder Ausschaltstellung schwenkbar ist.
2. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) des Freilaufs (1 ) ein Wellenlager (15) für die Welle (6) des Freilaufs (1 ) aufweist.
3. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (1 ) Rückstellfederelemente (14) für den Sperrelementekäfig (3) aufweist, die achssymmetrisch angreifen.
4. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrelementekäfig (3) eine Zentrierung aufweist.
5. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrelementekäfig (3) schräg zum Außenring (2) gerichtete Anlageflächen (10) für die Sperrelemente (4) aufweist, die in der Ausschaltstellung die Sperrelemente (4) zum Außenring (2) hin be- aufschlagen.
6. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (1 ) eine Schwenkwinkelbegrenzung aufweist, die einen Schwenkwinkel des Sperrelementekäfigs (3) in Bezug auf den Außenring (2) begrenzt.
7. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (1 ) kraftschlüssig wirkt und Wälzkörper als Sperrelemente (4) aufweist, die in sich in einer Umfangsrichtung verjüngenden Keilspalten zwischen dem Außenring (2) und der Welle (6) angeordnet sind, und dass ein Keilwinkel der Keilspalte in Sperrrich- tung spitzer wird.
8. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel der Keilspalte so spitz wird, dass der Freilauf (1 ) selbsthemmend in der sperrenden Einschaltstellung verbleibt.
9. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) in selbsthemmenden Bereichen der Keilspalte radial elastisch ist.
10. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (1 ) eine schaltbare Reibungskupplung (16) aufweist, durch die der Sperrelementekäfig (3) reibschlüssig mit der Welle (6) verbindbar ist.
11. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (16) ein Rückstellelement (23) aufweist, das beim Ausrücken der Reibungskupplung (16) ein Moment in Richtung der Ausschaltstellung auf den Sperrelementekäfig (3) ausübt.
12. Elektromechanische Fahrzeugbremse, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbremse (24) einen schaltbaren Freilauf (1) mit einem Sperrelementekäfig (3) und einem Außenring (2) aufweist, die nach Art eines Elektromotors als Rotor und als Stator ausgebildet sind, so dass der Freilauf (1 ) durch Bestromen einer Spule (18) ein- und/oder ausschaltbar ist und dass der eingeschaltete Freilauf (1 ) die Fahrzeugbremse (24) gegen Lösen sperrt.
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