WO2010094555A1 - Elektromechanisch betätigbare bremse - Google Patents

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WO2010094555A1
WO2010094555A1 PCT/EP2010/051178 EP2010051178W WO2010094555A1 WO 2010094555 A1 WO2010094555 A1 WO 2010094555A1 EP 2010051178 W EP2010051178 W EP 2010051178W WO 2010094555 A1 WO2010094555 A1 WO 2010094555A1
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locking
state
unit
locking element
brake
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PCT/EP2010/051178
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Andreas Heise
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • F16D2129/06—Electric or magnetic
    • F16D2129/08—Electromagnets

Definitions

  • the invention relates to an electromechanically operable brake according to the preamble of claim 1.
  • the brake caliper comprises on the one hand a hydraulic actuator and on the other hand a e- lektromechanische actuator unit.
  • the hydraulic actuator is usually provided for the service brake function, and the electro-mechanical actuator is essentially responsible for the implementation of the parking brake function.
  • the brake caliper is locked in the tightened state. This is realized via a switchable freewheel cooperating with a rolling element ramp transmission.
  • EP 1 460 301 A2 discloses an electromechanically actuated disc brake for motor vehicles having an actuating unit with an electric motor, the rotor of which can be locked by a locking unit having a locking element.
  • the locking unit has a pawl, a ratchet wheel, an electromagnet and a spring.
  • the spring is arranged such that the armature of the electromagnet assumes a stable position only in a position in which the pawl is disengaged from the ratchet wheel.
  • the electromagnet is therefore monostable. det.
  • the pawl is actuated by energizing the coil of the electromagnet to move the armature. After the disc brake applying electric motor is turned off, the spring action of the caliper and the two brake pads causes a partial reverse rotation of the rotor against the application direction until the pawl prevents further rotation.
  • both the pawl and the teeth of the ratchet wheel are designed such that the aforementioned spring can not disengage the pawl with the ratchet wheel.
  • a so-called undercut angle is selected accordingly. This means that the disc brake is locked in its applied state, with no electrical energy to maintain the lock is necessary.
  • the pawl and the teeth of the ratchet wheel are formed such that rotation of the rotor in the application direction for releasing the lock leads. The pawl is thereby pressed out of the ratchet wheel and brought by the action of the spring in that position in which the pawl is brought out of engagement with the ratchet wheel. A short movement of the rotor in the application direction thus leads to the termination of the parking brake operation.
  • the EP 1 032 773 Bl discloses a disc brake for motor vehicles, which is actuated by means of an electric motor with the interposition of an axially movable part having reduction gear, wherein a locking device is provided, with a rotatory moving part of the reduction gear or one with the reduction gear in force-transmitting Connect- the part cooperates in the sense of blocking it.
  • the locking device is formed by an actuatable by means of a solenoid plunger, which cooperates with the rotationally moving part.
  • the solenoid is designed monostable. The plunger is held in the de-energized state by the action of a biased spring in recesses of the rotary moving part.
  • the present invention has for its object to provide an electromechanically actuated brake, which ensures a secure locking even in case of failure of the power supply of the brake.
  • the invention is based on the idea to achieve the parking brake function of an electromechanically actuable brake by a locking unit having a first substantially stable non-locking state and a second substantially stable locking state, in which for preventing a release of the brake Locking element of the locking unit is engaged with a arranged on a member of an actuating unit locking structure.
  • the locking unit and the locking structure are designed such that in the locking state of the locking unit, a brake application is possible, but the locking element remains in engagement or held with the locking structure or held, so that at a termination, or in the event of an unexpected interruption, the brake application is still locked against release.
  • the proposed brake offers the advantage that a tension the brake without prior release of the lock is possible.
  • the parking brake is not inadvertently released even in the event of a failure of the power supply of the brake during a post-tensioning.
  • the electromechanically actuated brake comprises a brake caliper, with two co-operating with a respective side surface of a brake disc, limited slidably disposed in the brake caliper friction linings.
  • the electromechanically operable brake has a hydraulic actuating unit independent of the electromechanical actuating unit.
  • the hydraulic actuation unit for the service brake function and the electromechanical actuation unit for the parking brake function can be used.
  • the electromechanical actuator unit can be dispensed with an additional hydraulic actuator unit and the electromechanical actuator unit for service brake function and parking brake function can be used.
  • the electromechanical actuating unit of the brake preferably comprises an electric motor which actuates the brake with the interposition of a transmission.
  • the transmission is a reduction gear, which has at least one axially movable part.
  • one of the friction linings is brought directly by the applied by the axially movable part actuating force and the other friction lining by the action of a force applied by the brake caliper reaction force with the brake disc.
  • the actuator of the locking unit as an electromagnetic actuator with formed at least one electrically controllable coil.
  • the actuator is a bistable E- lektromagnet.
  • at least one coil of the actuator can be controlled bidirectionally or two coils can be controlled unidirectionally.
  • the actuator comprises at least one permanent magnet or a spring. This or these hold the locking element in at least one of the two states.
  • the locking element is resiliently held in engagement with the locking structure in the second state.
  • the side of the locking structure facing the locking element comprises sawtooth-shaped or ramp-shaped structures. These have a steep and a flat edge, which are arranged and aligned on the force-transmitting element of the actuating unit such that in the second state of the locking unit by a cooperation of a steep flank of a structure with the locking element, a release of the brake is prevented.
  • the locking element is preferably designed as a simple plunger, which is arranged on one of the anchors of the locking unit.
  • the locking element is resiliently arranged in the locking unit, so that, when the brake is applied in the second state, it is deflected by a flat flank of a structure of the locking device. is moved structure and thus causes no locking.
  • the locking element is always held by the elastic arrangement in touching contact with the locking structure, so that the locking element is tracked on the surface of the locking structure.
  • the saw-tooth-shaped or ramp-shaped structures of the locking structure are made resilient or elastic. This ensures that in the second state, the structures are displaced by the locking element during application of the brake, i. be pushed away, and so do not cause locking.
  • the locking structure is formed as a number of sprung ramps or the entire ramped locking structure is slidably formed.
  • the locking element is preferably arranged in the second state substantially unyielding in the locking unit in order to effect a pushing away of the sawtooth or ramp-shaped structures.
  • the locking element is wedge-shaped or ramp-shaped at its end facing the locking structure.
  • the end thus comprises a beveled first and a second flank, which advantageously extends substantially perpendicular to the locking structure.
  • the locking element is arranged and aligned such that in the second state of the locking unit by a cooperation of the second flank with the locking structure, a release of the brake is prevented.
  • the wedge- or ramp-shaped locking element in the second state is resiliently arranged in the locking unit, so that the locking element is displaced during application of the brake in the second state by interaction of its bevelled first edge with the locking structure and thus causes no locking.
  • the locking element is always held by the elastic arrangement in touching contact with the locking structure, so that the locking element is tracked on the surface of the locking structure. In this way, we ensured at a termination of the Nachspannens a lock against release of the brake.
  • the locking structure comprises a plurality of structures with mutually substantially mutually perpendicular flanks (with respect to the two sides of a cooperation of locking element and locking structure).
  • the structures are designed either as holes or blind holes in a metal sheet or a solid material or as rectangular, for example cuboid, elevations.
  • the locking structure preferably comprises a number of radially or axially or linearly arranged structures (whether ramped or cuboid), depending on which element of the actuating unit the locking structure is arranged.
  • the locking structure is arranged on a rotatable element of the actuating unit.
  • the locking structure on a rotor of the electric motor or on a gear, such as a transmission arranged. It is then advantageous that the structures of the locking structure are arranged circular or circular segment.
  • the arrangement on the rotor or a gear has the advantage of an easily accessible arrangement.
  • the ramp-shaped structures consist of one or more sheets, which are part of an electric motor.
  • the locking element is directly or indirectly connected to an emergency release, by means of which the locking element can be mechanically brought from the second state to the first state. This allows for a direct or indirect manual emergency release.
  • a position of the locking element by means of driving the coil of the electromagnetic actuator can be determined.
  • it is concluded from the application of current or voltage to the position of the armature from the application of a coil of the actuator. It is particularly preferred to close by applying a coil with a pulsating voltage or with an AC voltage by evaluating the current waveform and / or the voltage curve when switching on and / or off on the inductance of the coil.
  • the inductance depends on the anchor position and thus can be closed to the anchor position.
  • the position of the locking element is determined by evaluating a change in a magnetic field.
  • the magnetic field change may be effected by means of another coil, which is not the coil of the electromagnetic actuator, or by means of a magnetic field sensor, e.g. a Hall sensor or a magnetoresistive sensor.
  • FIG. 2 is a partial view of a first embodiment of a brake according to the invention
  • FIG. 3 shows a locking structure on a rotor of a
  • FIG. 5 shows a locking unit according to the first embodiment. approximately, for example,
  • Fig. 7 shows the interaction of locking unit
  • Locking structure based on a third embodiment
  • FIG. 8 is a partial view of a fourth embodiment of a brake according to the invention.
  • FIG. 9 shows partial views of a fifth and sixth embodiment of a brake according to the invention.
  • FIG. 10 partial views of further embodiments of a brake according to the invention.
  • Fig. 11 example current courses in a locking unit.
  • FIG. 1 shows, by way of example, an electromechanically actuated brake known from WO 2004/083670 A1, the brake caliper of which is shown in section being displaceably mounted in a stationary holder (not shown).
  • a pair of friction linings 4 and 5 are disposed in the caliper so as to face the left and right side surfaces of a brake disk 6. While the first friction lining 4 can be brought into engagement directly with the brake disk 6 by means of an actuating element 7 through the actuating unit, the second friction lining 5 is set against the opposing one by the action of a reaction force applied by the brake caliper when the arrangement is actuated Side surface of the brake disc 6 pressed.
  • the actuating unit which is attached to the brake caliper by means of fasteners (not shown), has a modular construction and essentially consists of four independent assemblies or modules, namely a drive unit 1, a first reduction gear 2 actuating the first friction lining 4 simultaneously converts a rotary motion into a translational motion, a second reduction gear 3 operatively connected between the drive unit 1 and the first reduction gear 2 and an electronic control unit 8.
  • the drive unit 1 consists of an electric motor whose stator 9 is immovably arranged in a motor housing 12 and whose rotor 10 is connected to a shaft 13 which is operatively connected to the second reduction gear 3.
  • the first reduction gear 2 is formed as a ball screw, which is arranged in a transmission housing 14.
  • the ball screw consists of a threaded nut 16 and a threaded spindle 17, wherein between the threaded nut 16 and the threaded spindle 17 a plurality of unspecified balls are arranged, which rotate during a rotational movement of the threaded spindle 17 and the threaded nut 16 in an axial or translational movement offset.
  • the threaded nut 16 is made in two parts and consists of a first part 18, which forms the above-mentioned actuator 7, and a second part 19, in which a return region for the balls is formed, in which the balls without load at the beginning of the supporting career can run back.
  • the second reduction gear 3 is formed, for example, as a planetary gear.
  • the arrangement is such that the rotor 10 or the shaft 13 of the electric motor with the interposition of the second reduction gear 3, the threaded spindle 17 drives, while the first part 18 of the threaded nut 16 is supported on the first friction lining 4.
  • the coupling of the first reduction gear 2 to the second reduction gear 3 by means of a transverse force-free plug-in connection, which carries the reference numeral 20 and which can be carried out, for example, as a serration.
  • the bearing of the rotor 10 serve two radial bearings 21, 22, which are arranged in the motor housing 12.
  • electromechanically actuated brakes which comprise a parking brake device for realizing a parking brake function, by which the rotor of the electric motor of the actuating unit of the brake can be locked by a locking element.
  • a locking mechanism for electromechanically actuated brakes is proposed, which will be explained in more detail with reference to the embodiments shown in FIGS. 2 to 14.
  • Such a locking mechanism is preferably used in the brake shown in Fig. 1.
  • Fig. 2 shows schematically a partial view of a first embodiment of a brake according to the invention.
  • An electric motor 31 with housing 46, stator 45 and rotor 34 is shown.
  • a locking structure 33 is arranged.
  • a locking unit 38 is disposed above the locking structure 33 on the housing 46, wherein a locking member 37 of the locking unit 38 in the Locked position engages the locking structure 33 through an opening in housing 46.
  • Locking unit 38 is bistable
  • a bistable locking unit (or a bistable electromagnet) is understood as meaning a locking unit (an electromagnet) which has two stable positions (two).
  • the stable positions (end positions) are kept currentless, ie, without electrical activation, the locking unit (the electromagnet) remains in one of the two stable positions (End positions) It is possible to switch between the two positions (end positions) by means of suitable energisation.
  • Fig. 3 shows the rotor 34 of the electric motor 31 with the locking structure 33 according to the first embodiment in plan view obliquely from above, in axial plan view and in side view.
  • the locking structure 33 is arranged on the end face of the rotor 34 facing the locking unit 38 (see FIG. 2).
  • the exemplary locking structure 33 consists of a plurality of ramp- or saw-tooth-shaped formations whose elevations (teeth, ramps) in the axial direction upwards (in the direction of the locking unit 38, see FIG. 2) are formed.
  • the locking structure 33 is arranged annularly on the rotor 34 by way of example, i. the ramp-shaped or sawtooth-shaped formations form a closed shape on the carrier element (here rotor 34).
  • some coil windings 35 of the electric motor 31 are shown schematically.
  • the electric motor 31 is a brushless DC motor.
  • the locking structure 33 can also be provided in the form of ramped or sawtooth-shaped recesses (instead of elevations) in the support element (eg, rotor 34), which are formed in the axial direction to be executed (not shown).
  • the support element eg, rotor 34
  • Fig. 4 three embodiments of locking structures are shown in side view. The embodiment shown in Fig. 4a) corresponds to the variant shown in Fig. 3a).
  • the sawtooth-shaped locking structure 33 is solid, for example, as ramped or sawtooth-shaped formations fastened on the carrier element or in one piece with the carrier element.
  • the ramp-shaped formations of the locking structure 33 'of FIG. 4b) are punched out of the carrier element according to the example and shaped accordingly upwards.
  • the locking structure 3 "schematically illustrated in FIG. 4c comprises sprung mounted ramps, the ramp inclination of which can be reduced by pressure exerted essentially perpendicular to the carrier element in the direction of the carrier element.
  • One end of the ramp element is rotatably mounted on the carrier element and the ramp element is kept away from the carrier element by a spring between carrier element and ramp element, so that a ramp is formed by the ramp element.
  • Fig. 5 shows the locking unit 38 according to the first embodiment in an enlarged view.
  • the interlocking element 37 engageable locking structure 33 is not shown.
  • Locking units 38 comprises an electrically controllable actuator 36 for actuating the locking element 37 of the locking unit 38.
  • the electrically controllable actuator 36 is, for example, by a bistable electromagnet with two coils 47 and a permanent magnet 39, wherein permanent magnet 39 provides for bistability.
  • Permanent magnet 39 is, for example, annular and arranged between the two coils 47.
  • the armature 41 of the electromagnet is disposed in a space between the two coils 47 and the permanent magnet 39. At one end of the armature 41, the locking element 37 is arranged. 5 shows the locking element 37 in the stable position "locked.”
  • Surrounding the actuator 36 is a sheet-metal housing 42, from which the locking element 37 protrudes at least in the "locked" position.
  • two wires 49 are led out per coil 47, but it is also possible to choose a common center tap for the two coils (halves) (see FIG. 10a)).
  • Locking element 37 is formed, for example, as an elongated, substantially straight plunger.
  • the cross section of the plunger may e.g. be round or oval or square or rectangular.
  • the bistable solenoid is located on one of its two end positions (ie in one of its stable positions) and the locking element 37 (and thus the armature 41) is moved by external force in the direction of the other end position, so first acts a strong counterforce, which tries locking element 37 to hold in the stable position. If locking element 37 is moved further, the counterforce falls from a predetermined point (for example, halfway between the two attachment points) to zero counterforce (corresponds to an unstable position). Upon further movement locking element 37 is attracted with increasing strength to the opposite end position.
  • the unstable point is usually in the middle of the electromagnet.
  • it is advantageous to design the bistable electromagnet so that the unstable point is further away from the locking element 37 (ie the locking structure 3).
  • the rear (in Fig. 5, 6: left) end position (position "unlocked”) is stable, the (right) end position
  • the locking structure (locked position) is also stable.
  • the locking element 37 is stably pressed in the direction of the locking structure 33 (to the right) to the housing 42, in the opposite direction (to the left), the locking element 37 can be moved with a corresponding force to overcome the resulting counterforce.
  • the armature 41 may move slightly leftwards, i.
  • the locking unit 38 / the locking element 37 is resiliently held in the "locked” position, meaning that a stable position (state) is not understood to be a rigid (in the sense of fixed or immovable) position, but rather a “position-retaining”, possibly compliant, position.
  • Fig. 6 shows a locking unit 38 'according to a second embodiment.
  • the interlocking element 37 engageable locking structure 33 is not shown.
  • Locking units 38 ' comprises an electrically controllable actuator 36' for actuating the locking mechanism. elements 37 of the locking unit 38 '.
  • Locking unit 38 ' is bistable, that is, without electrical control, it remains in one of two stable positions.
  • the electrically controllable actuator 36 ' is for example formed by a bistable electromagnet with two coils 47 and a spring 40.
  • Spring 40 is installed in such a way that it is most relaxed in the two stable positions (right and left end position) and thus provides the bistability.
  • the armature 41 of the electromagnet is arranged in a space between the two coils 47.
  • Fig. 6a shows the locking member 37 in the stable position "locked”
  • Fig. 6b shows the locking member 37 in the stable position "unlocked”.
  • Spring 40 is biased, so that with a small deviation of the armature 41 from the (unstable) central position spring 40 exerts a force on the armature 41, which acts in the direction of the corresponding stable position. If one of the coils 47, no matter with which polarity, energized, the armature 41 is pulled in their direction. Instead of the magnet 39 of the first embodiment (FIG. 5), iron is arranged in the second embodiment.
  • the electrically controllable actuator of the locking unit is formed by a bistable electromagnet with a permanent magnet, a coil and a spring.
  • locking unit 38 substantially corresponds to the locking unit 38 of the first embodiment, but locking unit 38" additionally comprises a mechanical emergency release device.
  • the emergency release device can be designed in the form of an emergency release pull lever which acts on the armature 41 or directly on the locking element 37.
  • the emergency release device is formed by a tension element 43 which acts on the armature 41.
  • a defect of the actuator 36 or a failure of the electrical power supply of the locking unit 38 '' can be moved by, eg manual, actuation of the tension element 43 of the armature 41 and thus the locking member 37 in the drawing upwards, whereby the lock, for example of the rotor 34, is canceled.
  • the tension element 43 projects directly or indirectly out of the housing wall 42 via an intermediate element and is preferably sealed off by a sealing element (not shown).
  • a linear locking structure 33 is shown, but it may also be a locking structure as shown in Fig. 3 (in non-perspective view) or other arrangement.
  • Fig. 7a shows a locking structure 33 and a locking unit 38 '' with locking element 37.
  • Locking structure 33 is arranged on a movable force-transmitting element (support member) of the actuating unit of the electromechanical brake. This may be the rotor 34 of an electric motor 31 according to FIG. 2, for example.
  • Arrow 44 represents that direction of movement or direction of rotation of the support element, which corresponds to an increase in the application force F, ie a braking force increase, (application direction).
  • the locking element 37 is actuated by suitable energization of the electrically controllable actuator 36.
  • Anchor 41 and thus locking element 37 move from the position “unlocked”, in which the locking element 37 is not in engagement with the locking structure 33, in a position "locked”.
  • Latching unit 38 is disposed relative to latching structure 33 such that latching element 37 is engaged in latching position with latching structure 33.
  • the longitudinal axis of the locking element 37 is advantageously aligned substantially parallel to the steep flanks or sloping (undermined) sides of the sawtooth or ramp-shaped locking structure 33 or perpendicular to the support element of the locking structure 33, to effect a secure locking against the application direction 44 ,
  • a movement of the carrier element (eg, rotor 34) in the direction of "locking” is still possible according to the invention during a mechanical retightening (movement of the carrier element in the direction of the arrow 44), the locking element 37 (and the armature 41) being moved slowly rising edge / ramp of the locking structure 33 a little pushed in the direction of the locking unit 38, but without losing its current preferred direction (as far as possible protruding from the locking unit 38), ie the position "locked” is maintained stable.
  • the locking unit 38 is designed such that in the "locked" position, the locking element 37 (for example, by the action of the permanent magnet 39 and the spring 40) in each case after driving over a ramp moves back into the end position (see Fig. 7a) for the Situation shortly before overcoming a ramp, and Fig. 7b) for the situation shortly after passing over a ramp.)
  • the locking element 37 then falls back, as it were, onto the carrier element or to the next ramp or recesses) of the locking structure 33 together with the bistability of the locking unit 38, movement of the carrier element (eg of the rotor or of another movable element of the actuating unit) is permitted only in one direction, namely the direction of tightening 44.
  • the carrier element eg of the rotor or of another movable element of the actuating unit
  • the locking element 37 is actuated by suitable energization of the actuator 36, if necessary, the clamping force of the ramp edges is reduced or canceled on the locking element 37 at the same time by a force is applied by the motor 31 in the supply direction , Anchor 41 and thus locking element 37 move from the position "locked” in the position "unlocked", in which locking element 37 is not in engagement / contact with the locking structure 33 is.
  • the brake can be completely released with appropriate control of the electric motor 31.
  • the locking unit 38 or the coupling of the locking element 37 in the actuator 36 may be rigid or slightly flexible (for example two stable end positions).
  • FIG. 8 shows a different arrangement of the rotor 34 of an electric motor 31, locking structure 33 and locking unit 38 compared to the first embodiment shown in FIG. 3.
  • FIG. 8 shows in axial plan view the end of a rotor 34 of an electric motor 31 according to a fourth Embodiment shown schematically.
  • the locking structure 33 is for example arranged on the axis of the rotor 34 from the outside on a wheel (similar to a normal gear) and the protrusions rise in the radial direction (radial arrangement compared to the axial arrangement of Fig. 3).
  • the shapes of the locking structure 33 are ramp-shaped or sawtooth-shaped, ie the one Flank of a molding increases slowly, while the other edge of a formation in the radial direction to the center of the axis to.
  • the ramp-shaped or sawtooth-shaped formations are arranged in a closed shape, namely circular on the carrier wheel.
  • the locking unit 38 is arranged with its axis perpendicular to the rotor axis, wherein the locking element 37 can be moved in the radial direction to the center of the rotor axis, so that the locking element 37 can engage in the locking structure 33.
  • the interaction of locking structure 33 and locking unit 38 with locking element 37 runs in principle as explained with reference to FIG. 7 and therefore does not need to be explained again.
  • an arrangement of the locking structure 33 in length is possible (linear locking structure).
  • the ramp-shaped or sawtooth-shaped formations can be arranged on a rod-shaped or sheet-shaped carrier element or be stamped out of a metal sheet, wherein the carrier element or sheet metal forms part of a movable force-transmitting element of the electromechanical actuating unit (eg part of a Axialgetriebes) or non-positively connected to a movable force-transmitting element of the electromechanical actuator unit.
  • An exemplary linear locking structure 33 on a straight or stretched support element corresponds to an arrangement shown schematically in Fig. 7.
  • Fig. 9a shows in plan view a multi-stage transmission and an electric motor 31 of an electromechanical brake according to a fifth embodiment.
  • a pinion of the brushless electric motor 31 is engaged with a first gear 51.
  • a pinion of the gear 51 engages in a second gear 50 a.
  • a locking unit 38 is arranged, whose locking element 37 engages in the locking structure 33 mounted on the rotor of the electric motor 31.
  • the locking structure 33 is only partially visible in FIG. 9 a), since it is partially covered by the motor housing.
  • the motor housing thus comprises a recess through which locking element 37 can engage in locking structure 33.
  • the locking structure 33 is arranged on a gear of the actuating unit.
  • a gear 52 with external teeth which is e.g. Part of a transmission of the actuator is (e.g., a rotary-to-translate or a rotary-rotary).
  • a locking structure 33 is arranged on a side surface of the gear 52 (support member).
  • the shape of the latching structure corresponds to the latching structure shown in Fig. 3b), i. It consists of a plurality of ramp or sawtooth-shaped formations whose elevations are formed in the axial direction. Again, ramp or sawtooth-shaped formations with recesses (not shown) in the support member in the axial direction are also conceivable.
  • armature 41 is arranged in a plunger 58 via an armature 41 in a plunger 58, wherein at the end of the plunger 58, a wedge-shaped locking member 57 is attached.
  • the locking structure 53 consisting of quadrangular projections (e.g., rectangular blocks) spaced on the support member.
  • the slope of the wedge-shaped locking member 57 is aligned such that in locking position of the locking unit 38 (anchor 41 in the shown in Fig. 10a) lower end position) at a retightening of the brake (application direction 44), the locking member 57 through the elevations of the locking structure 53.
  • the vertical flank of the locking element 57 is therefore in the application direction (counter to the release direction), so that a release of the brake can be prevented, and the slope is opposite to the application direction.
  • the locking element 57 ' is designed as a ram with a wedge-shaped bevelled end.
  • the locking structure 53 ' consists of recesses or holes in a support element, e.g. a sheet. Again, the slope of the locking member 57 'is oriented so that when retightening the brake in the "locked" state, the locking member 57' by the edges of the recesses of the locking structure 53 'is raised.
  • FIG. 10c shows, according to the example, the locking structure 53 (block-shaped elevations) in an axial plan view on a rotor 34 of an electric motor 51.
  • Fig. IIa) and IIb) show a locking unit 38 in a) locked and b) unlocked state.
  • Fig. Llc) shows an exemplary voltage curve U over time t, which is given to coil 47 (SPl).
  • FIG. 11d) shows the current I SPI in coil 47 in the locked state a)
  • FIG. 11e) shows the current I SP i in coil 47 in the unlocked state b).
  • the inductance of the closed magnetic circuit coil 47 (SP1) becomes largest when the circle is fully closed, and lowest when the circle is open. In between, there are any number of intermediate levels, which can also be measured analogously. From the current flow can be closed so on the position of the locking element 37.

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Abstract

Bremse für Kraftfahrzeuge mit einer Verriegelungseinheit (38) und mit einer elektromechanischen Betätigungseinheit, wobei ein sich bewegendes kraftübertragendes Element (34, 52) der Betätigungseinheit eine Verriegelungsstruktur (33, 53) umfasst, mit welcher ein mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktuators (36) betätigbares Verriegelungselement (37, 57) in Eingriff bringbar ist, wobei die Verriegelungseinheit (38) einen ersten und einen zweiten stabilen Zustand besitzt, wobei in dem ersten Zustand das Verriegelungselement (37, 57) nicht in Eingriff mit der Verriegelungsstruktur (33, 53) steht und in dem zweiten Zustand mit der Verriegelungsstruktur (33, 53) derart in Eingriff steht, dass das Element (34, 52) der Betätigungseinheit entgegen der Zuspannrichtung (44) verriegelt ist, wobei das Verriegelungselement (37, 57) jeweils in dem ersten oder dem zweiten Zustand verbleibt, solange der Aktuator (36) nicht angesteuert wird, und wobei in dem zweiten Zustand ein Zuspannen der Bremse möglich ist, wobei das Verriegelungselement (37, 57) in Eingriff mit der Verriegelungsstruktur (33, 53) bleibt.

Description

Elektromechanisch betätigbare Bremse
Die Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigbare Bremse gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der WO 00/61962 ist eine Teilbelagsscheibenbremse mit e- lektromechanischer Betätigungseinheit bekannt. Zum Aufbringen von Zuspannkräften umfasst der Bremssattel einerseits eine hydraulische Betätigungsvorrichtung und andererseits eine e- lektromechanische Betätigungseinheit. Die hydraulische Betätigungsvorrichtung ist üblicherweise für die Betriebsbremsfunktion vorgesehen und die elektromechanische Betätigungseinheit ist im Wesentlichen für die Umsetzung der Feststellbremsfunktion verantwortlich. Zur Umsetzung einer Feststellbremsfunktion bei elektromechanischer Zuspannung der Bremse mittels der elektromechanischen Betätigungseinheit wird der Bremssattel im zugespannten Zustand verriegelt. Dies ist über einen mit einem Wälzkörperrampengetriebe zusammenwirkenden, schaltbaren Freilauf realisiert.
In der EP 1 460 301 A2 wird eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einer Betätigungseinheit mit einem Elektromotor offenbart, dessen Rotor durch eine Verriegelungseinheit mit einem Verriegelungselement verriegelbar ist. Die Verriegelungseinheit weist eine Sperrklinke, ein Klinkenrad, einen Elektromagneten und eine Feder auf. Die Feder ist derart angeordnet, dass der Anker des Elektromagneten eine stabile Lage nur in einer Position einnimmt, bei der die Sperrklinke außer Eingriff mit dem Klinkenrad gebracht ist. Der Elektromagnet ist also monostabil ausgebil- det. Zum Einleiten eines Feststellbremsvorgangs wird die Sperrklinke betätigt, indem die Spule des Elektromagneten bestromt wird, um den Anker zu bewegen. Nachdem der die Scheibenbremse zuspannende Elektromotor abgeschaltet wird, verursacht die Federwirkung des Bremssattels und der beiden Bremsbeläge ein partielles Rückdrehen des Rotors entgegen der Zuspannrichtung, bis die Sperrklinke die weitere Drehung verhindert .
In der EP 1 460 301 A2 sind sowohl die Sperrklinke als auch die Zähne des Klinkenrades derart ausgebildet, dass die bereits erwähnte Feder die Sperrklinke mit dem Klinkenrad nicht außer Eingriff bringen kann. Dazu wird ein sogenannter Hinterschnittwinkel entsprechend gewählt. Das bedeutet, dass die Scheibenbremse in ihrem zugespannten Zustand verriegelbar ist, wobei keine elektrische Energie zur Aufrechterhaltung der Verriegelung notwendig ist. Andererseits sind die Sperrklinke und die Zähne des Klinkenrades derart ausgebildet, dass eine Drehung des Rotors in Zuspannrichtung zum Lösen der Verriegelung führt. Die Sperrklinke wird dabei aus dem Klinkenrad gedrückt und durch die Wirkung der Feder in diejenige Position gebracht, in der die Sperrklinke mit dem Klinkenrad außer Eingriff gebracht ist. Eine kurze Bewegung des Rotors in Zuspannrichtung führt also zur Beendigung des Feststellbremsvorganges .
Die EP 1 032 773 Bl offenbart eine Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, die mittels eines Elektromotors unter Zwischenschaltung eines ein axial bewegliches Teil aufweisenden Untersetzungsgetriebes betätigbar ist, wobei eine Feststellvorrichtung vorgesehen ist, die mit einem sich rotatorisch bewegenden Teil des Untersetzungsgetriebes oder einem mit dem Untersetzungsgetriebe in kraftübertragender Verbindung stehen- den Teil im Sinne dessen Blockierens zusammenwirkt. Die Feststellvorrichtung wird durch einen mittels eines Hubmagneten betätigbaren Stößel gebildet, der mit dem sich rotatorisch bewegenden Teil zusammenwirkt. Der Hubmagnet ist monostabil ausgeführt. Der Stößel wird im stromlosen Zustand durch die Wirkung einer vorgespannten Feder in Aussparungen des rotatorisch bewegenden Teils gehalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanisch betätigbare Bremse bereitzustellen, welche eine sichere Verriegelung auch bei einem Ausfall der Energieversorgung der Bremse gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektromechanisch betätigbare Bremse gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Feststellbremsfunktion einer elektromechanisch betätigbaren Bremse durch eine Verriegelungseinheit zu erzielen, welche einen ersten im wesentlichen stabilen Nicht-Verriegelungs-Zustand und einen zweiten im wesentlichen stabilen Verriegelungs-Zustand besitzt, in welchem zur Verhinderung eines Lösens der Bremse ein Verriegelungselement der Verriegelungseinheit mit einer auf einem Element einer Betätigungseinheit angeordneten Verriegelungsstruktur in Eingriff steht. Dabei sind die Verriegelungseinheit und die Verriegelungsstruktur derart ausgeführt, dass in dem Verriegelungs-Zustand der Verriegelungseinheit ein Zuspannen der Bremse möglich ist, wobei jedoch das Verriegelungselement in Eingriff bzw. Kontakt mit der Verriegelungsstruktur bleibt oder gehalten wird, so dass bei einer Beendigung, oder auch bei einer unerwarteten Unterbrechung, des Zuspannvorgangs die Bremse gegenüber eines Lösens immer noch verriegelt ist. Die vorgeschlagene Bremse bietet den Vorteil, dass ein Nach- spannen der Bremse ohne vorheriges Lösen der Verriegelung möglich ist. So wird die Feststellbremse auch im Fall eines Ausfalls der Energieversorgung der Bremse während eines Nach- spannens nicht unbeabsichtigt gelöst.
Bevorzugt umfasst die elektromechanisch betätigbare Bremse einen Bremssattel, mit zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkenden, im Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen.
Auch ist es bevorzugt, dass die elektromechanisch betätigbare Bremse eine von der elektromechanischen Betätigungseinheit unabhängige hydraulische Betätigungseinheit aufweist. In diesem Fall kann z.B. die hydraulische Betätigungseinheit für die Betriebsbremsfunktion und die elektromechanischen Betätigungseinheit für die Feststellbremsfunktion genutzt werden. Bei geeigneter Auslegung der elektromechanischen Betätigungseinheit kann auf eine zusätzliche hydraulische Betätigungseinheit verzichtet werden und die elektromechanische Betätigungseinheit für Betriebsbremsfunktion und Feststellbremsfunktion genutzt werden.
Die elektromechanische Betätigungseinheit der Bremse umfasst bevorzugt einen Elektromotor, welcher unter Zwischenschaltung eines Getriebes die Bremse betätigt. Dabei handelt es sich bei dem Getriebe um ein Untersetzungsgetriebe, welches zumindest ein axial bewegliches Teil aufweist. Dabei wird einer der Reibbeläge durch die vom axial beweglichen Teil aufgebrachten Betätigungskraft direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Eingriff gebracht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Aktuator der Verriegelungseinheit als ein elektromagnetischer Aktuator mit mindestens einer elektrisch ansteuerbaren Spule ausgebildet. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen bistabilen E- lektromagnet . Bevorzugt ist mindestens eine Spule des Aktua- tors bidirektional ansteuerbar oder es sind zwei Spulen uni- direktional ansteuerbar.
Damit die Verriegelungseinheit einen ersten und einen zweiten im wesentlichen stabilen Zustand besitzt, umfasst der Aktua- tor zumindest einen Dauermagneten oder eine Feder. Dieser bzw. diese halten das Verriegelungselement in zumindest einem der beiden Zustände. So wird besonders bevorzugt das Verriegelungselement nachgiebig in dem zweiten Zustand in Eingriff mit der Verriegelungsstruktur gehalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die dem Verriegelungselement zugewandte Seite der Verriegelungsstruktur sägezahnförmige oder rampenförmige Strukturen. Diese besitzen eine steile und eine flache Flanke, welche derart auf dem kraftübertragenden Element der Betätigungseinheit angeordnet und ausgerichtet sind, dass in dem zweiten Zustand der Verriegelungseinheit durch ein Zusammenwirken einer steilen Flanke einer Struktur mit dem Verriegelungselement ein Lösen der Bremse verhindert wird.
Das Verriegelungselement ist dabei bevorzugt als einfacher Stößel ausgeführt, welcher an einem der Anker der Verriegelungseinheit angeordnet ist. Durch eine möglichst einfache Geometrie des Verriegelungselements werden Herstellungskosten reduziert .
Bevorzugt ist das Verriegelungselement in dem zweiten Zustand nachgiebig bzw. elastisch in der Verriegelungseinheit angeordnet, so dass es beim Zuspannen der Bremse in dem zweiten Zustand durch eine flache Flanke einer Struktur der Verriege- lungsstruktur verschoben wird und so keine Verriegelung bewirkt. Besonders bevorzugt wird das Verriegelungselement durch die elastische Anordnung immer in Berührkontakt mit der Verriegelungsstruktur gehalten, so dass das Verriegelungselement auf der Oberfläche der Verriegelungsstruktur nachgeführt wird. Hierdurch wird im Fall einer Beendigung des Nachspan- nens eine Verriegelung gegen Lösen der Bremse sichergestellt. Der Anker der Verriegelungseinheit, an welchem das Verriegelungselement befestigt ist, wird beim Nachführen auf der O- berflache nicht oder nur wenig in seiner Position bewegt.
Alternativ ist es bevorzugt, dass die sägezahnförmigen oder rampenförmigen Strukturen der Verriegelungsstruktur nachgiebig bzw. elastisch ausgeführt sind. Hierdurch wird erreicht, dass in dem zweiten Zustand die Strukturen beim Zuspannen der Bremse durch das Verriegelungselement verschoben werden, d.h. weggedrückt werden, und so keine Verriegelung bewirken. Besonders bevorzugt ist die Verriegelungsstruktur als eine Anzahl von gefederten Rampen ausgebildet oder die gesamte mit Rampen versehene Verriegelungsstruktur ist verschiebbar ausgebildet .
Bei einer nachgiebigen Verriegelungsstruktur ist das Verriegelungselement bevorzugt in dem zweiten Zustand im wesentlichen unnachgiebig in der Verriegelungseinheit angeordnet, um ein Wegdrücken der sägezahnförmigen oder rampenförmigen Strukturen bewirken zu können.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Verriegelungselement an seinem der Verriegelungsstruktur zugewandten Ende keilförmig oder rampenförmig ausgebildet. Das Ende umfasst also eine abgeschrägte erste und eine zweiten Flanke, welche vorteilhafterweise im wesentlichen senkrecht zur Verriegelungsstruktur verläuft. Das Verriegelungselement ist derart angeordnet und ausgerichtet, dass in dem zweiten Zustand der Verriegelungseinheit durch ein Zusammenwirken der zweiten Flanke mit der Verriegelungsstruktur ein Lösen der Bremse verhindert wird.
Bevorzugt ist das keil- oder rampenförmige Verriegelungselement in dem zweiten Zustand nachgiebig bzw. elastisch in der Verriegelungseinheit angeordnet, so dass das Verriegelungselement beim Zuspannen der Bremse in dem zweiten Zustand durch Zusammenwirken seiner abgeschrägten ersten Flanke mit der Verriegelungsstruktur verschoben wird und so keine Verriegelung bewirkt. Besonders bevorzugt wird das Verriegelungselement durch die elastische Anordnung immer in Berührkontakt mit der Verriegelungsstruktur gehalten, so dass das Verriegelungselement auf der Oberfläche der Verriegelungsstruktur nachgeführt wird. Hierdurch wir bei einer Beendigung des Nachspannens eine Verriegelung gegen Lösen der Bremse sichergestellt .
Bevorzugt umfasst die Verriegelungsstruktur mehrere Strukturen mit beidseitig im wesentlichen senkrechten Flanken (bezogen auf die beiden Seiten einer Zusammenwirkung von Verriegelungselement und Verriegelungsstruktur) . Besonders bevorzugt sind die Strukturen entweder als Löcher oder Sacklöcher in einem Blech oder einem Vollmaterial oder als rechteckige, z.B. quaderförmige, Erhebungen ausgeführt. Durch das keil- oder rampenförmige Verriegelungselement und die einfache Geometrie der Verriegelungsstruktur wird ein sicheres Verriegeln bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten erzielt. Die Verriegelungsstruktur umfasst bevorzugt eine Anzahl von radial oder axial oder linear angeordneten Strukturen (ob rampen- oder quaderförmig), je nach dem an welchem Element der Betätigungseinheit die Verriegelungsstruktur angeordnet ist . Bevorzugt ist die Verriegelungsstruktur auf einem drehbaren Element der Betätigungseinheit angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Verriegelungsstruktur auf einem Rotor des Elektromotors oder auf einem Zahnrad, z.B. eines Getriebes, angeordnet. Dabei ist es dann vorteilhaft, dass die Strukturen der Verriegelungsstruktur kreisförmig oder kreissegmentförmig angeordnet sind. Die Anordnung auf dem Rotor oder einem Zahnrad besitzt den Vorteil einer leicht zugänglichen Anordnung.
Bevorzugt bestehen die rampenförmige Strukturen aus ein oder mehreren Blechen, welche Bestandteil eines Elektromotors sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verriegelungselement direkt oder indirekt mit einem Notentriegelungselement verbunden, mittels welchem das Verriegelungselement mechanisch aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand bringbar ist. Dies lässt eine direkte oder indirekte handbetätigte Notentriegelung zu.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Position des Verriegelungselements mittels Ansteuerung der Spule des elektromagnetischen Aktuators bestimmbar. Hierbei wird aus der Beaufschlagung einer Spule des Aktuators mit Strom oder Spannung auf die Position des Ankers geschlossen. Dabei ist es besonders bevorzugt, durch Beaufschlagen einer Spule mit einer pulsierenden Spannung oder mit einer Wechselspannung durch Auswertung des Stromverlaufs und/oder des Spannungsverlaufs beim Ein- und/oder Ausschalten auf die Induktivität der Spule zu schließen. Die Induktivität hängt von der Ankerlage ab und somit kann auf die Ankerposition geschlossen werden. Ebenso ist es bevorzugt, durch ein elektrisches Ausmessen der Ankerposition mindestens eine Endlage des Verriegelungsmechanismus zu überprüfen.
Bevorzugt wird die Position des Verriegelungselementes durch Auswertung einer Änderung eines Magnetfeldes bestimmt. Die Magnetfeldänderung kann mittels einer weiteren Spule, welche nicht die Spule des elektromagnetischen Aktuators ist, oder mittels eines Magnetfeldsensors, z.B. eines Hall-Sensors oder eines magnetoresistiven Sensors, bestimmt werden.
Ebenso wird bevorzugt das Nachspannen der Bremse durch Überwachen der Ankerposition beim mechanischen Verschieben des Ankers, z.B. über eine Rampe, überwacht.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte elektrome- chanisch betätigbare Scheibenbremse,
Fig. 2 eine Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremse,
Fig. 3 eine Verriegelungsstruktur auf einem Rotor eines
Elektromotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in vergrößerter Darstellung,
Fig. 4 verschiedene Ausführungsbeispiele einer Verriegelungsstruktur,
Fig. 5 eine Verriegelungseinheit gemäß dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel,
Fig. 6 eine Verriegelungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 das Zusammenwirken von Verriegelungseinheit und
Verriegelungsstruktur anhand eines dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 8 eine Teilansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremse,
Fig. 9 Teilansichten eines fünften und sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremse,
Fig. 10 Teilansichten weiterer Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Bremse, und
Fig. 11 beispielsgemäße Stromverläufe in einer Verriegelungseinheit .
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektromechanisch betätigbare Bremsen bekannt. Fig. 1 zeigt beispielsgemäß eine aus der WO 2004/083670 Al bekannte elektromechanisch betätigbare Bremse, deren im Schnitt dargestellter Bremssattel in einem nicht gezeigten feststehenden Halter verschiebbar gelagert ist. Ein Paar von Reibbelägen 4 und 5 ist im Bremssattel derart angeordnet, dass sie der linken und der rechten Seitenfläche einer Bremsscheibe 6 zugewandt sind. Während der erste Reibbelag 4 mittels eines Betätigungselements 7 durch die Betätigungseinheit direkt mit der Bremsscheibe 6 in Eingriff bringbar ist, wird der zweite Reibbelag 5 durch die Wirkung einer bei der Betätigung der Anordnung vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft gegen die gegenüberliegende Seitenfläche der Bremsscheibe 6 gedrückt.
Die Betätigungseinheit, die mittels nicht gezeigter Befestigungsmittel am Bremssattel angebracht ist, weist einen modu- laren Aufbau auf und besteht im Wesentlichen aus vier selbstständigen Baugruppen bzw. Modulen, und zwar aus einer Antriebseinheit 1, einem den ersten Reibbelag 4 betätigenden ersten Untersetzungsgetriebe 2, das gleichzeitig eine Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt, einem zwischen der Antriebseinheit 1 und dem ersten Untersetzungsgetriebe 2 wirkungsmäßig geschalteten zweiten Untersetzungsgetriebe 3 sowie einer elektronischen Steuereinheit 8.
Die Antriebseinheit 1 besteht aus einem Elektromotor, dessen Stator 9 unbeweglich in einem Motorgehäuse 12 angeordnet ist und dessen Rotor 10 mit einer Welle 13 verbunden ist, die mit dem zweiten Untersetzungsgetriebe 3 wirkungsmäßig verbunden ist. Das erste Untersetzungsgetriebe 2 ist als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet, das in einem Getriebegehäuse 14 angeordnet ist. Der Kugelgewindetrieb besteht dabei aus einer Gewindemutter 16 sowie einer Gewindespindel 17, wobei zwischen der Gewindemutter 16 und der Gewindespindel 17 mehrere, nicht näher bezeichnete Kugeln angeordnet sind, die bei einer Rotationsbewegung der Gewindespindel 17 umlaufen und die Gewindemutter 16 in eine axiale bzw. translatorische Bewegung versetzen. Die Gewindemutter 16 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem ersten Teil 18, das das vorhin erwähnte Betätigungselement 7 bildet, sowie einem zweiten Teil 19, in dem ein Rücklaufbereich für die Kugeln ausgebildet ist, in dem die Kugeln ohne Belastung an den Anfang der tragenden Laufbahn zurücklaufen können. Das zweite Untersetzungsgetriebe 3 ist beispielsgemäß als ein Planetengetriebe ausgebildet.
Die Anordnung ist derart getroffen, dass der Rotor 10 bzw. die Welle 13 des Elektromotors unter Zwischenschaltung des zweiten Untersetzungsgetriebes 3 die Gewindespindel 17 antreibt, während das erste Teil 18 der Gewindemutter 16 sich am ersten Reibbelag 4 abstützt. Die Ankopplung des ersten Untersetzungsgetriebes 2 an das zweite Untersetzungsgetriebe 3 erfolgt mittels einer querkraftfreien Steckverbindung, die das Bezugszeichen 20 trägt und die beispielsweise als eine Kerbverzahnung ausgeführt werden kann. Der Lagerung des Rotors 10 dienen zwei Radiallager 21, 22, die im Motorgehäuse 12 angeordnet sind.
Außerdem sind elektromechanisch betätigbare Bremsen bekannt, welche zur Realisierung einer Feststellbremsfunktion eine Feststellbremsvorrichtung umfassen, durch welche der Rotor des Elektromotors der Betätigungseinheit der Bremse durch ein Verriegelungselement verriegelbar ist.
Erfindungsgemäß wird ein Verriegelungsmechanismus für elektromechanisch betätigbare Bremsen vorgeschlagen, welcher nachfolgend anhand der in den Fig. 2 bis 14 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert wird. Ein derartiger Verriegelungsmechanismus wird bevorzugt in der in Fig. 1 dargestellten Bremse eingesetzt. Es ist jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Verriegelungsmechanismus in einer Bremse mit einer elektromechanischen Betätigungseinheit und einer davon unabhängigen hydraulischen Betätigungseinheit einzusetzen .
Fig. 2 zeigt schematisch eine Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bremse. Es ist ein Elektromotor 31 mit Gehäuse 46, Stator 45 und Rotor 34 dargestellt. An Rotor 34 ist eine Verriegelungsstruktur 33 angeordnet. Eine Verriegelungseinheit 38 ist oberhalb der Verriegelungsstruktur 33 an dem Gehäuse 46 angeordnet, wobei ein Verriegelungselement 37 der Verriegelungseinheit 38 in der Stellung „verriegelt" durch eine Öffnung in Gehäuse 46 in die Verriegelungsstruktur 33 eingreift. Verriegelungseinheit 38 ist bistabil ausgeführt. Unter einer bistabilen Verriegelungseinheit (bzw. einem bistabilen Elektromagneten) wird eine Verriegelungseinheit (ein Elektromagnet) verstanden, die (der) zwei stabile Stellungen (Endlagen) besitzt. Diese werden im Folgenden auch mit Stellung/Position „verriegelt" und „entriegelt" bezeichnet. Die stabilen Stellungen (Endlagen) werden dabei stromlos gehalten, d.h. ohne elektrische Ansteuerung verharrt die Verriegelungseinheit (der Elektromagnet) in einer der zwei stabilen Stellungen (Endlagen) . Zwischen den beiden Stellungen (Endlagen) kann durch geeignete Bestro- mung umgeschaltet werden.
Fig. 3 zeigt den Rotor 34 des Elektromotors 31 mit der Verriegelungsstruktur 33 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels in Aufsicht von schräg oben, in axialer Draufsicht und in Seitenansicht. Die Verriegelungsstruktur 33 ist auf der der Verriegelungseinheit 38 (siehe Fig. 2) zugewandten Endfläche des Rotors 34 angeordnet. Die beispielsgemäße Verriegelungsstruktur 33 besteht aus einer Vielzahl von rampen- bzw. säge- zahnförmigen Ausformungen, deren Erhebungen (Zähne, Rampen) in axialer Richtung nach oben (in Richtung der Verriegelungseinheit 38, siehe Fig. 2) ausgebildet sind. Die Verriegelungsstruktur 33 ist beispielsgemäß ringförmig auf dem Rotor 34 angeordnet, d.h. die rampen- bzw. sägezahnförmigen Ausformungen bilden eine geschlossene Form auf dem Trägerelement (hier Rotor 34) . In Fig. 3c) sind einige Spulenwicklungen 35 des Elektromotors 31 schematisch dargestellt. Bevorzugt handelt es sich bei dem Elektromotor 31 um einen bürstenlosen Gleichstrom-Motor .
Alternativ zu dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Verriegelungsstruktur 33 auch in Form von rampen- bzw. sägezahnförmigen Ausnehmungen (anstelle von Erhebungen) im Trägerelement (z.B. Rotor 34), welche in axialer Richtung ausgebildet sind, ausgeführt sein (nicht dargestellt) . In Fig. 4 sind drei Ausführungsbeispiele von Verriegelungsstrukturen in Seitenansicht dargestellt. Das in Fig. 4a) dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht der in Fig. 3a) dargestellten Variante. Die sägezahnförmige Verriegelungsstruktur 33 ist massiv ausgeführt, z.B. als auf dem Trägerelement befestigte rampen- bzw. sägezahnförmige Ausformungen oder einstückig mit dem Trägerelement. Die rampenförmigen Ausformungen der Verriegelungsstruktur 33' aus Fig. 4b) sind beispielsgemäß aus dem Trägerelement ausgestanzt und entsprechend nach oben geformt. Die in Fig. 4c) schematisch dargestellte Verriegelungsstruktur 3' ' umfasst gefedert gelagerte Rampen, deren Rampenneigung durch im wesentlichen senkrecht zum Trägerelement in Richtung des Trägerelements hin ausgeübten Druck verringerbar ist. Ein Ende des Rampenelementes ist drehbar an dem Trägerelement gelagert und das Rampenelement wird durch eine Feder zwischen Trägerelement und Rampenelement von dem Trägerelement ferngehalten, so dass durch das Rampenelement eine Rampe gebildet wird. In allen Ausführungsbeispielen sind die „Ausformungen" der Verriegelungsstruktur 3, 3', 3'' jeweils an einer Flanke langsam ansteigend, während die andere Flanke sehr steil senkrecht zur Oberfläche des Trägerelementes abfällt.
Fig. 5 zeigt die Verriegelungseinheit 38 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in vergrößerter Darstellung. Die mit Verriegelungselement 37 in Eingriff bringbare Verriegelungsstruktur 33 ist nicht dargestellt. Verriegelungseinheiten 38 umfasst einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator 36 zur Betätigung des Verriegelungselements 37 der Verriegelungseinheit 38. Der elektrisch ansteuerbare Aktuator 36 wird beispielsgemäß durch einen bistabilen Elektromagnet mit zwei Spulen 47 und einem Dauermagnet 39 gebildet, wobei Dauermagnet 39 für eine Bistabilität sorgt. Dauermagnet 39 ist z.B. ringförmig ausgebildet und zwischen den beiden Spulen 47 angeordnet. Der Anker 41 des Elektromagneten ist in einem Raum zwischen den beiden Spulen 47 und dem Dauermagnet 39 angeordnet. An einem Ende des Ankers 41 ist das Verriegelungselement 37 angeordnet. Fig. 5 zeigt das Verriegelungselement 37 in der stabilen Position „verriegelt". Umgeben ist Aktuator 36 von einem Blechgehäuse 42, aus welchem das Verriegelungselement 37 zumindest in der Position „verriegelt" herausragt.
Beispielsgemäß sind pro Spule 47 zwei Drähte 49 herausgeführt, es kann aber auch eine gemeinsame Mittelanzapfung für die beiden Spulen (Hälften) gewählt werden (siehe Fig. 1Oa)) .
Verriegelungselement 37 ist beispielsgemäß als ein länglicher, im wesentlichen gerader Stößel ausgebildet. Der Querschnitt des Stößels kann z.B. rund oder oval oder quadratisch oder rechteckig ausgeführt sein.
Befindet sich der bistabile Elektromagnet auf einer seiner beiden Endlagen (d.h. in einer seiner stabilen Positionen) und wird das Verriegelungselement 37 (und damit der Anker 41) durch äußere Krafteinwirkung in Richtung der anderen Endlage bewegt, so wirkt zunächst eine starke Gegenkraft, welche versucht Verriegelungselement 37 in der stabilen Position zu halten. Wird Verriegelungselement 37 weiter bewegt, so fällt die Gegenkraft ab einem vorgegebenen Punkt (z.B. dem halben Weg zwischen den beiden Anschlagpunkten) auf Gegenkraft Null ab (entspricht einer instabilen Position) . Bei Weiterbewegung wird Verriegelungselement 37 mit zunehmender Stärke zur gegenüberliegenden Endlage hingezogen. Bei an sich bekannten Elektromagneten bzw. Hubmagneten der oben beschriebnen Bauart liegt der instabile Punkt meist in der Mitte des Elektromagneten. Für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinheit ist es vorteilhaft, den bistabilen Elektromagnet derart auszuführen, dass der instabile Punkt weiter von dem Verriegelungselement 37 (also der Verriegelungsstruktur 3) entfernt liegt.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel (ebenso wie bei dem in Fig. 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel) ist die rückseitige (in Fig. 5, 6: linke) Endlage (Position „entriegelt") stabil. Die (rechte) Endlage an der Verrieglungsstruktur (Position „verriegelt") ist ebenfalls stabil. Das Verriegelungselement 37 wird in der Richtung der Verrieglungsstruktur 33 (nach rechts) stabil an das Gehäuse 42 angedrückt, in entgegen gesetzter Richtung (nach links) kann das Verriegelungselement 37 bei entsprechender Krafteinwirkung zur Überwindung der entstehenden Gegenkraft bewegt werden. So ist es möglich, dass im Fall eines Nach- spannens der Bremse (siehe Beschreibung weiter unten), wenn das Verrieglungselement 37 eine Rampe der Verrieglungsstruktur 33 hinauf gleitet, der Anker 41 sich gering nach links bewegen kann, d.h. die Verriegelungseinheit 38 / das Verriegelungselement 37 nachgiebig in der Position „verriegelt" gehalten wird. Unter einer stabilen Lage (Zustand) wird also kein starre (im Sinne von feste oder unbewegliche) Lage verstanden, sondern eine „positionsbeharrende", gegebenenfalls nachgiebige Lage.
Fig. 6 zeigt eine Verriegelungseinheit 38' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die mit Verriegelungselement 37 in Eingriff bringbare Verriegelungsstruktur 33 ist nicht dargestellt. Verriegelungseinheiten 38' umfasst einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator 36' zur Betätigung des Verriegelungs- elements 37 der Verriegelungseinheit 38' . Verriegelungseinheit 38' ist bistabil ausgeführt, d.h. ohne elektrische Ansteuerung verharrt sie in einer von zwei stabilen Stellungen. Der elektrisch ansteuerbare Aktuator 36' wird beispielsgemäß durch einen bistabilen Elektromagnet mit zwei Spulen 47 und einer Feder 40 gebildet. Feder 40 ist derart verbaut, dass sie in den beiden stabilen Stellungen (rechte und linke Endlage) am weitesten entspannt ist und hierdurch für die Bista- bilität sorgt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Anker 41 des Elektromagneten in einem Raum zwischen den beiden Spulen 47 angeordnet. An einem Ende des Ankers 41 ist das Verriegelungselement 37 befestigt. Bei hinreichend guter Gleiteigenschaft des Ankers 41 ist die Mittellage instabil. Fig. 6a) zeigt das Verriegelungselement 37 in der stabilen Position „verriegelt", Fig. 6b) zeigt das Verriegelungselement 37 in der stabilen Position „entriegelt". Feder 40 ist vorgespannt, so dass bei einer kleinen Abweichung des Ankers 41 aus der (instabilen) Mittellage Feder 40 eine Kraft auf den Anker 41 ausübt, welche in Richtung der entsprechenden stabilen Position wirkt. Wird eine der Spulen 47, egal mit welcher Polarität, bestromt, so wird der Anker 41 in deren Richtung gezogen. Anstelle des Magneten 39 aus dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 5) ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Eisen angeordnet.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird der elektrisch ansteuerbare Aktuator der Verriegelungseinheit durch einen bistabilen Elektromagnet mit einem Dauermagneten, einer Spule und einer Feder gebildet.
Anhand von Fig. 7 soll das Zusammenwirken von Verriegelungsstruktur 33 und Verriegelungseinheit 38 mit Verriegelungselement 37 am Beispiel eines dritten Ausführungsbeispiels verdeutlicht werden. Die weiter unten folgenden Erläuterungen zum Zusammenwirken gelten aber entsprechend auch für andere Ausführungsformen. Die Verriegelungseinheit 38'' gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen der Verriegelungseinheit 38 des ersten Ausführungsbeispiels, Verriegelungseinheit 38'' umfasst jedoch zusätzlich eine mechanische Notlösevorrichtung. Die Notlösevorrichtung kann in Form eines Notentriegelungszughebel ausgeführt sein, welcher auf den Anker 41 oder direkt auf das Verriegelungselement 37 wirkt. Bei dem in Fig. 7a) dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist die Notlösevorrichtung durch ein Zugelement 43 gebildet, das auf den Anker 41 wirkt. Bei einem Defekt des Aktuators 36 oder einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung der Verriegelungseinheit 38'' kann durch, z.B. händische, Betätigung des Zugelementes 43 der Anker 41 und damit das Verriegelungselement 37 in der Zeichnung nach oben bewegt werden, wodurch die Verriegelung, z.B. des Rotors 34, aufgehoben wird. Das Zugelement 43 ragt direkt oder indirekt über ein Zwischenelement aus der Gehäusewandung 42 heraus und ist bevorzugt durch ein nichtdargestelltes Dichtungselement abgedichtet. In Fig. 7 ist eine lineare Verriegelungsstruktur 33 dargestellt, es kann sich jedoch auch um eine Verriegelungsstruktur wie in Fig. 3 dargestellt (bei nichtperspektivischer Darstellung) oder eine sonstige Anordnung handeln .
Fig. 7a) zeigt eine Verriegelungsstruktur 33 und eine Verriegelungseinheit 38'' mit Verriegelungselement 37. Verriegelungsstruktur 33 ist auf einem beweglichen kraftübertragendes Element (Trägerelement) der Betätigungseinheit der elektrome- chanischen Bremse angeordnet. Dies kann z.B. der Rotor 34 eines Elektromotors 31 entsprechend Fig. 2 sein. Pfeil 44 stellt diejenige Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung des Trägerelementes dar, die einer Vergrößerung der Zuspannkraft F, d.h. einer Bremskrafterhöhung, entspricht (Zuspannrichtung) . Zum Einleiten eines Feststellbremsvorgangs wird das Verriegelungselement 37 durch geeignete Bestromung des elektrisch ansteuerbaren Aktuators 36 betätigt. Anker 41 und damit Verriegelungselement 37 bewegen sich von der Position „entriegelt", in welcher das Verriegelungselement 37 nicht in Eingriff mit der Verriegelungsstruktur 33 steht, in eine Position „verriegelt". Verriegelungseinheit 38 ist derart relativ zu der Verriegelungsstruktur 33 angeordnet, dass Verriegelungselement 37 in der Position „verriegelt" mit der Verriegelungsstruktur 33 in Eingriff steht. Wenn der die Bremse zuspannende Elektromotor 31 abgeschaltet wird, verursacht die Federwirkung des Bremssattels und der Bremsbeläge ein partielles Rückdrehen der beweglichen Elemente der Betätigungseinheit und damit des Trägerelementes (z.B. des Rotors 34) entgegen der Zuspann- richtung 44 (entgegen der Pfeilrichtung 44) bis Verriegelungselement 37 an der steilen Flanke der nächsten Ausformung/Ausnehmung (z.B. Rampe oder Sägezahn) der Verriegelungsstruktur 33 sozusagen hängen bleibt, wie es in Fig. 7b) dargestellt ist. So wird eine weitere Bewegung des Trägerelementes (z.B. Rotors 34) entgegen der Zuspannrichtung 44 und damit ein Lösen der Bremse verhindert. Das Verriegelungselement 37 wird aufgrund der bistabilen Ausführung der Verriegelungseinheit 38, z.B. durch die Wirkung des Dauermagneten 39 oder der Feder 40, in seiner „verriegelt"-Position (in der rechten Endlage in Fig. 5 oder 6) gehalten.
Die Längsachse des Verriegelungselements 37 ist vorteilhafterweise im wesentlichen parallel zu den steilen Flanken bzw. abfallenden (unterhöhlten) Seiten der sägezahn- oder rampen- förmigen Verriegelungsstruktur 33 bzw. senkrecht zum Trägerelement der Verriegelungsstruktur 33 ausgerichtet, um eine sichere Verriegelung entgegen der Zuspannrichtung 44 zu bewirken . Eine Bewegung des Trägerelementes (z.B. Rotors 34) in Zu- spannrichtung 44 ist während der Position „verriegelt" erfindungsgemäß weiterhin möglich. Bei einem mechanischen Nachspannen (Bewegung des Trägerelementes in Pfeilrichtung 44) wird das Verriegelungselement 37 (und der Anker 41) durch eine langsam ansteigende Flanke/Rampe der Verriegelungsstruktur 33 ein wenig in Richtung der Verriegelungseinheit 38 hineingeschoben, ohne jedoch seine aktuelle Vorzugsrichtung (möglichst weit aus der Verriegelungseinheit 38 herauszuragen) zu verlieren, d.h. die Position „verriegelt" wird stabil beibehalten. Der Verriegelungseinheit 38 ist derart ausgeführt, dass sich in der Position „verriegelt" das Verriegelungselement 37 (z.B. durch die Wirkung des Dauermagneten 39 bzw. der Feder 40) jeweils nach Überfahren einer Rampe in die Endlage zurück bewegt (siehe Fig. 7a) für die Situation kurz vor Ü- berfahren einer Rampe und Fig. 7b) für die Situation kurz nach Überfahren einer Rampe) . Das Verriegelungselement 37 fällt dann sozusagen auf das Trägerelement bzw. auf die nächste Rampe zurück. Durch die rampen- bzw. sägezahnförmige Struktur (Erhebungen oder Ausnehmungen) der Verriegelungsstruktur 33 zusammen mit der Bistabilität der Verriegelungseinheit 38 wird eine Bewegung des Trägerelementes (z.B. des Rotors oder eines anderen beweglichen Elements der Betätigungseinheit) nur in einer Richtung, nämlich der Zuspannrich- tung 44, zugelassen. Somit ist ein unbeabsichtigtes Lösen der Bremse nicht möglich, jedoch ein Nachspannen.
Zur Beendigung des Feststellbremsvorganges bzw. zum Lösen der Verriegelung wird das Verriegelungselement 37 durch geeignete Bestromung des Aktuators 36 betätigt, gegebenenfalls wird gleichzeitig die Klemmkraft der Rampenflanken auf das Verriegelungselement 37 verringert oder aufgehoben, indem in Zu- spannrichtung eine Kraft durch den Motor 31 aufgebracht wird. Anker 41 und damit Verriegelungselement 37 bewegen sich von der Position „verriegelt" in die Position „entriegelt", in welcher Verriegelungselement 37 nicht in Eingriff/Kontakt mit der Verriegelungsstruktur 33 steht. Die Bremse kann bei entsprechender Ansteuerung des Elektromotors 31 vollständig gelöst werden.
Im Falle einer Verriegelungsstruktur 33'' wie in Fig. 4c) dargestellt (gefedert gelagerte Rampen) , sei zum Zusammenwirken von Verriegelungsstruktur und Verriegelungseinheit 38 hinzugefügt, dass in der Position „verriegelt" eine Bewegung des Trägerelementes entgegen der Zuspannrichtung durch die Wechselwirkung des Verriegelungselementes 37 mit einem der hochstehenden Rampenelementen verhindert wird. Eine Bewegung des Trägerelementes in Zuspannrichtung 44 während der Position „verriegelt" ist möglich, da die Rampenelemente durch das Verriegelungselement 37 einfach in Richtung des Trägerelementes nach unten gedrückt werden.
In Falle einer nachgiebigen Verriegelungsstruktur 33'' kann die Verriegelungseinheit 38 bzw. die Kopplung des Verriegelungselementes 37 im Aktuator 36 starr oder wenig nachgiebig ausgebildet sein (z.B. zwei stabile Endlagen) .
Fig. 8 zeigt eine im Vergleich zu dem in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel andere Anordnung von Rotor 34 eines Elektromotors 31, Verriegelungsstruktur 33 und Verriegelungseinheit 38. In Fig. 8 ist in axialer Draufsicht das Ende eines Rotors 34 eines Elektromotors 31 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Verriegelungsstruktur 33 ist beispielsgemäß an der Achse des Rotors 34 von außen auf einem Rad angeordnet (ähnlich einem normalen Zahnrad) und die Ausformungen erheben sich in radialer Richtung (radiale Anordnung im Vergleich zu der axialen Anordnung aus Fig. 3) . Die Ausformungen der Verriegelungsstruktur 33 sind rampen- bzw. sägezahnförmig ausgebildet, d.h. die eine Flanke einer Ausformung steigt langsam an, während die andere Flanke einer Ausformung in radialer Richtung auf den Achsenmittelpunkt zu verläuft. Beispielsgemäß sind die rampen- bzw. sägezahnförmigen Ausformungen in einer geschlossenen Form, nämlich kreisförmig auf dem Trägerrad, angeordnet. Die Verriegelungseinheit 38 ist mit ihrer Achse senkrecht zur Rotorachse angeordnet, wobei das Verriegelungselement 37 in radialer Richtung auf den Mittelpunkt der Rotorachse zu bewegt werden kann, so dass das Verriegelungselement 37 in die Verriegelungsstruktur 33 eingreifen kann. Das Zusammenspiel von Verriegelungsstruktur 33 und Verriegelungseinheit 38 mit Verriegelungselement 37 verläuft prinzipiell wie anhand von Fig. 7 erläutert und braucht deshalb nicht nochmals erläutert werden .
Ebenso ist eine Anordnung der Verriegelungsstruktur 33 in der Länge möglich (lineare Verriegelungsstruktur) . Z.B. können die rampen- bzw. sägezahnförmigen Ausformungen (Erhebungen oder Aussparungen) auf einem stabförmigen oder blechförmigen Trägerelement angeordnet sein oder aus einem Blech herausgeprägt sein, wobei das Trägerelement bzw. Blech ein Teil eines beweglichen kraftübertragendes Elements der elektromechani- schen Betätigungseinheit ist (z.B. Teil eines Axialgetriebes) oder kraftschlüssig mit einem beweglichen kraftübertragendes Elements der elektromechanischen Betätigungseinheit verbunden ist. Eine beispielsgemäße lineare Verriegelungsstruktur 33 auf einem geraden oder gestreckten Trägerelement entspricht einer in Fig. 7 schematisch dargestellten Anordnung.
Fig. 9a) zeigt in Draufsicht ein mehrstufiges Getriebe und einen Elektromotor 31 einer elektromechanischen Bremse gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Ein Ritzel des bürstenlosen Elektromotors 31 greift in ein erstes Zahnrad 51 ein. Ein Ritzel des Zahnrades 51 greift in ein zweites Zahnrad 50 ein. Im Bereich des Elektromotors 31 ist eine Verriegelungseinheit 38 angeordnet, deren Verriegelungselement 37 in die auf dem Rotor des Elektromotors 31 angebrachte Verriegelungsstruktur 33 eingreift. Die Verriegelungsstruktur 33 ist dabei in Fig. 9a) nur teilweise sichtbar, da sie von dem Motorgehäuse teilweise verdeckt wird. Das Motorgehäuse umfasst also eine Aussparung, durch welche Verriegelungselement 37 in Verriegelungsstruktur 33 eingreifen kann.
Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ist die Verriegelungsstruktur 33 auf einem Zahnrad der Betätigungseinheit angeordnet. In Fig. 9b) ist in axialer Draufsicht ein Zahnrad 52 mit außenliegenden Zähnen dargestellt, welches z.B. Teil eines Getriebes der Betätigungseinheit ist (z.B. eines Rota- tions-Translations-Getriebes oder eines Rotations-Rotations- Getriebes) . Auf einer Seitenfläche des Zahnrades 52 (Trägerelement) ist eine Verriegelungsstruktur 33 angeordnet. Beispielsgemäß entspricht die Form der Verriegelungsstruktur der in Fig. 3b) dargestellten Verriegelungsstruktur, d.h. sie besteht aus einer Vielzahl von rampen- bzw. sägezahnförmigen Ausformungen, deren Erhebungen in axialer Richtung ausgebildet sind. Auch hier sind Rampen- bzw. sägezahnförmigen Ausformungen mit Ausnehmungen (nicht dargestellt) im Trägerelement in axialer Richtung ebenfalls denkbar.
Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele betrafen eine rampen- oder sägezahnförmige Verriegelungsstruktur 33, welche mit einem stößeiförmigen Verriegelungselement 37 zusammenwirkt. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei welchen das Verriegelungselement 57 an seinem der Verriegelungsstruktur zugewandten Ende rampen- oder keilförmig ausgebildet ist und mit einer Verriegelungsstruktur 53 mit Erhebungen und/oder Ausnehmungen zusammenwirkt, welche gerade Flanken besitzen. In Fig. 10 sind einige entsprechende Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
Bei dem in Fig. 10a) dargestellten Ausführungsbeispiel geht Anker 41 in einen Stößel 58 über bzw. an Anker 41 in ein Stößel 58 angeordnet, wobei an dem Ende des Stößels 58 ein keilförmiges Verriegelungselement 57 angebracht ist. Auf einem Trägerelement ist die Verriegelungsstruktur 53 bestehend aus viereckigen Erhebungen (z.B. rechtwinkligen Klötzen), welche beabstandet auf dem Trägerelement angeordnet sind, angebracht. Die Schräge des keilförmigen Verriegelungselements 57 ist derart ausgerichtet, dass in Position „verriegelt" der Verriegelungseinheit 38 (Anker 41 in der in Fig. 10a) dargestellten unteren Endlage) bei einem Nachspannen der Bremse (Zuspannrichtung 44) das Verriegelungselement 57 durch die Erhebungen der Verriegelungsstruktur 53 angehoben wird. Die senkrechte Flanke des Verriegelungselements 57 steht also in Zuspannrichtung (entgegen der Löserichtung) , so dass ein Lösen der Bremse verhindert werden kann, und die Schräge steht entgegen der Zuspannrichtung.
Bei dem in Fig. 10b) dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verriegelungselement 57' als Stößel mit keilförmig abgeschrägtem Ende ausgeführt. Die Verriegelungsstruktur 53' besteht aus Ausnehmungen oder Löchern in einem Trägerelement, z.B. einem Blech. Auch hier ist die Schräge des Verriegelungselements 57' derart ausgerichtet, dass bei einem Nachspannen der Bremse im Zustand „verriegelt" das Verriegelungselement 57' durch die Kanten der Ausnehmungen der Verriegelungsstruktur 53' angehoben wird.
Andere Kombinationen von Verriegelungselementen 57, 57' mit Verriegelungsstrukturen 53, 53', als die in Fig. 10 darge- stellten Kombinationen, sind ebenfalls möglich, z.B. ein Verriegelungselement 57' mit einer Verriegelungsstrukturen 53.
Fig. 10c) zeigt beispielsgemäß die Verriegelungsstruktur 53 (klotzförmige Erhebungen) in axialer Draufsicht auf einem Rotor 34 eines Elektromotors 51.
Fig. IIa) und IIb) zeigen eine Verriegelungseinheit 38 in a) verriegelter und b) entriegeltem Zustand. Fig. llc) zeigt einen beispielsgemäßen Spannungsverlauf U über der Zeit t, der auf Spule 47 (SPl) gegeben wird. Fig. lld) zeigt den Strom ISPI in Spule 47 im verriegelten Zustand a) und Fig. lle) zeigt den Strom ISPi in Spule 47 im entriegelten Zustand b) . Die Induktivität der Spule 47 (SPl) mit geschlossenem Magnetkreis wird bei vollständig geschlossenem Kreis am größten, bei offenem Kreis am geringsten. Dazwischen gibt es beliebig viele Zwischenstände, die ebenfalls analog gemessen werden können. Aus dem Stromverlauf kann so auf die Stellung des Verriegelungselementes 37 geschlossen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanisch betätigbare Bremse, insbesondere
Scheibenbremse, für Kraftfahrzeuge, mit einer Verriegelungseinheit (38), welche die Funktion einer Feststellbremse erfüllt, und mit einer elektromechanischen Betätigungseinheit, durch welche mittels eines Elektromotors (31), insbesondere unter Zwischenschaltung eines Getriebes (2, 3), die Bremse betätigbar ist, wobei ein sich bewegendes kraftübertragendes Element (34, 52) der Betätigungseinheit eine Verriegelungsstruktur (33, 53) um- fasst, mit welcher ein mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktuators (36) betätigbares Verriegelungselement (37, 57) der Verriegelungseinheit (38) in Eingriff bringbar ist, wobei die Verriegelungseinheit (38) zumindest einen ersten stabilen Zustand und einen zweiten stabilen Zustand besitzt, wobei in dem ersten Zustand das Verriegelungselement (37, 57) nicht in Eingriff mit der Verriegelungsstruktur (33, 53) steht und in dem zweiten Zustand das Verriegelungselement (37, 57) mit der Verriegelungsstruktur (33, 53) derart in Eingriff steht, dass das Element (34, 52) der Betätigungseinheit bezüglich einer Bewegung entgegen der Zuspannrichtung (44) verriegelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit (38) derart ausgeführt ist, dass das Verriegelungselement (37, 57) jeweils in dem ersten oder dem zweiten Zustand verbleibt, solange der Aktuator (36) nicht angesteuert wird, und dass die Verriegelungseinheit (38) und die Verriegelungsstruktur (33, 53) derart ausgeführt sind, dass in dem zweiten Zustand der Verriegelungseinheit (38) ein Zuspannen der Bremse, insbesondere eine Bewegung des Elements (34, 52) der Betätigungseinheit in Zuspannrichtung, möglich ist, wobei das Verriegelungselement (37, 57) in Eingriff, insbeson- dere Kontakt, mit der Verriegelungsstruktur (33, 53) bleibt oder gehalten wird.
2. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (36) der Verriegelungseinheit (38) als ein elektromagnetischer Aktuator, insbesondere als ein bistabiler Elektromagnet, mit mindestens einer elektrisch ansteuerbaren Spule (47) ausgebildet ist.
3. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 1 o- der 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit (38) mindestens einen Dauermagneten (39) und/oder mindestens eine Feder (40) umfasst, welcher/welche das Verriegelungselement (37, 57) in zumindest einem der beiden Zustände der Verriegelungseinheit
(38), insbesondere nachgiebig, hält, insbesondere das Verriegelungselement (37, 57) in dem zweiten Zustand in Eingriff mit der Verriegelungsstruktur (33, 53) hält.
4. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verriegelungselement (37) zugewandte Seite der Verriegelungsstruktur (33, 33' , 33' ' ) mindestens eine, insbesondere mehrere, sägezahnförmige oder rampenförmige Struktur (en) , insbesondere Erhebung (en) oder Ausnehmung (en), mit jeweils einer steilen und einer flachen Flanke umfasst, welche derart angeordnet ist/sind, dass in dem zweiten Zustand der Verriegelungseinheit (38) durch ein Zusammenwirken einer steilen Flanke einer Struktur mit dem Verriegelungselement (37) ein Lösen der Bremse verhindert wird.
5. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (37) in dem zweiten Zustand nachgiebig in der Verriegelungseinheit (38), insbesondere dem Aktuator (36), angeordnet ist, so dass das Verriegelungselement (37) beim Zuspannen der Bremse in dem zweiten Zustand durch eine flache Flanke einer Struktur verschoben wird, jedoch insbesondere in Berührkontakt mit der Verriegelungsstruktur (33, 33' ) gehalten wird.
6. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sägezahnförmigen oder rampenförmigen Strukturen der Verriegelungsstruktur (33'')/ welche insbesondere in geschlossener Form angeordnet sind, derart nachgiebig ausgebildet sind, dass in dem zweiten Zustand die sägezahnförmigen oder rampenför- migen Strukturen beim Zuspannen der Bremse durch das Verriegelungselement (37) einzeln oder gemeinsam verschoben werden.
7. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement
(37) in dem zweiten Zustand im wesentlichen unnachgiebig in der Verriegelungseinheit (38), insbesondere in dem Aktuator (36), angeordnet ist.
8. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (57) an seinem der Verriegelungsstruktur (53) zugewandten Ende keilförmig oder ram- penförmig mit einer abgeschrägten ersten und einer, insbesondere im wesentlichen senkrecht zur Verriegelungsstruktur (53) verlaufenden, zweiten Flanke ausgebildet ist, so dass in dem zweiten Zustand der Verriegelungseinheit (38) durch ein Zusammenwirken der zweiten Flanke des Verriegelungselements (57) mit der Verriegelungsstruktur (53) ein Lösen der Bremse verhindert wird.
9. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement
(57) in dem zweiten Zustand nachgiebig in der Verriegelungseinheit (38), insbesondere dem Aktuator (36), angeordnet ist, so dass das Verriegelungselement (57) beim Zuspannen der Bremse in dem zweiten Zustand durch Zusammenwirken seiner ersten Flanke mit der Verriegelungsstruktur (57) verschoben wird, jedoch insbesondere in Berührkontakt mit der Verriegelungsstruktur (53) gehalten wird.
10. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach Anspruch 8 o- der 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsstruktur (53) mehrere Strukturen, insbesondere Ausnehmungen oder Erhebungen, mit beidseitig im wesentlichen senkrechten Flanken umfasst.
11. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsstruktur (33, 53) auf einem drehbaren Element der Betätigungseinheit, insbesondere auf einem Rotor (34) oder im Bereich eines Rotors (34) des Elektromotors (31) oder auf einem Zahnrad (52), insbesondere eines Getriebes, angeordnet ist, wobei die Strukturen, insbesondere Erhebungen oder Ausnehmungen, der Verriegelungsstruktur (33, 53) insbesondere kreisförmig oder kreissegmentförmig angeordnet sind.
12. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (37, 57) direkt oder indirekt mit einem Notentriegelungselement (43) verbunden ist, mittels welchem das Verriegelungselement (37, 57) mechanisch aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand bringbar ist.
13. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des Verriegelungselements (37, 57) mittels Ansteuerung der Spule (47) des elektromagnetischen Aktu- ators bestimmbar ist.
14. Elektromechanisch betätigbare Bremse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des, insbesondere elektromagnetisch betätigbaren, Verriegelungselementes (37, 57) durch Auswertung einer Änderung eines Magnetfeldes, insbesondere mittels einer weiteren Spule oder eines Magnetfeldsensors, insbesondere eines Hall-Sensors, bestimmbar ist.
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