WO2019086122A1

WO2019086122A1 - Vorrichtung zum erzeugen von energie für eine scheibenbremse, sowie ein verfahren zum erzeugen und speichern von energie für eine scheibenbremse

Info

Publication number: WO2019086122A1
Application number: PCT/EP2017/078195
Authority: WO
Inventors: Markus Stafflinger; Wieslaw Strzala
Original assignee: Wabco Europe Bvba
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1) eines Fahrzeugs zum Erzeugen von Energie, sowie ein Verfahren für eine Scheibenbremse zum Erzeugen und Speichern von Energie, insbesondere für Nutzfahrzeuge (2), aufweisend einen Bremssattel (3), der eine Bremsscheibe übergreift und an einem Bremsträger (5) befestigt ist, eine Zuspanneinrichtung (6) zum zu Spannen eines zuspannseitigen Bremsbelages (7) gegen die Bremsscheibe, wobei die Zuspanneinrichtung (6) eine Druckspindel (13) aufweist und wobei eine Nachstellvorrichtung (14), zum gleichmäßigen Einstellen eines Lüftspiels mit der Druckspindel (13) gekoppelt ist.

Description

Vorrichtung zum Erzeugen von Energie für eine Scheibenbremse, sowie ein Verfahren zum Erzeugen und Speichern von Energie für eine Scheibenbremse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs zum Erzeugen von Energie, sowie ein Verfahren für eine Scheibenbremse zum Erzeugen und Speichern von Energie, insbesondere für Nutzfahrzeuge, aufweisend einen Bremssattel, der eine Bremsscheibe übergreift und an einem Bremsträger befestigt ist, eine Zuspann- einrichtung zum Zuspannen eines Bremsbelages gegen die Bremsscheibe, wobei die Zuspanneinrichtung eine Druckspindel aufweist und wobei eine Nachstellvorrichtung, zum gleichmäßigen Einstellen eines Lüftspiels, mit der Druckspindel gekoppelt ist.

Bremssysteme mit einem System zum Erzeugen von Energie sind hinlänglich bekannt. Die US201 3341 1 32A zeigt ein Bremssystem mit zwei piezoelektrischen Elementen. Das erste piezoelektrische Element nimmt die Energie zwischen dem Bremsbelag und dem Bremsbelagträger auf und gibt die Energie an das zweite piezoelektrische Element weiter, wobei die Energie zur Aktuierung der Bremse eingesetzt wird.

Eine Abspeicherung der aufgenommenen Energie erfolgt nicht.

Ein Energiespeichersystem beschreibt die KR201 30039804A. Dabei ist das Energiespeichersystem in einem geräuschabsorbierenden Teil eines Bremsbelags angeordnet, wobei hier ein piezoelektrisches Element die Energie des erzeugten Bremsdrucks speichert.

Aus der KR1 01 1 54394B geht wiederum ein piezoelektrisches Element zur Abspeicherung von elektrischer Energie in einer Batterie hervor. Das piezoelektrische Element ist in der KR1 01 1 54394B ein Generator. Der piezoelektrische Generator weist einen Zylinder mit Öl auf, der einen Bremsdruck für eine Scheibenbremse generiert. Der piezoelektrische Generator ist an der Außenseite des Öl-Zylinders angeordnet und erzeugt Spannung aufgrund des sich verändernden Öldrucks innerhalb des Öl- Zylinders. Die Batterie ist mit dem piezoelektrischen Generator gekoppelt.

Aus der KR20080051 858A geht ein Energiespeichersystem für PKWs hervor, welches ein piezoelektrisches Element in der Führung des

Bremssattels aufweist und die auftretende Energie, bei der Rückstellung des Bremssattels nach einer Bremsung, abspeichert. Die Rückstellung des Bremssattels findet nur während des Anlegevorgangs statt. Während des Rückstellvorgangs ist die Rückstellung des Bremssattels insgesamt kleiner als die Rückstellung des Druckstücks (ca. 50%). Des Weiteren verschiebt sich der Referenzpunkt, wodurch diese Anordnung ineffizient ist.

Ein thermisches Energiespeichersystem geht aus der JP58037329A2 hervor. Dabei ist das thermische Element in einem Bremsbelag angeordnet, um die entstehende Wärme bei einem Bremsvorgang in elektrische Energie umzuwandeln.

Auch die US201 2000737A beschreibt einen thermoelektrischen Konverter für Bremssysteme, wobei eine positive und eine negative Halbleiterschicht, zum Erzeugen von elektrischer Energie, im Bremsbelag vorhanden sind.

Ebenso geht aus der US201 621 5833A ein thermoelektrischer Konverter für eine Scheibenbremse hervor. Der thermoelektrische Konverter zum Erzeugen der elektrischen Energie, ist dabei außerhalb des Bremsbelages angeordnet. Ein thermisches Element zwischen einer Bremsscheibe und einem

Bremsscheibengehäuse geht aus der GB253081 9A hervor. Aufgrund der, bei einer Bremsung entstehenden, hohen Temperaturen von 1 80°C, bestehen die Platten des Generators, auf der die elektrothermischen Elemente angeordnet sind, aus Keramik.

Ebenso zeigen die CN204539004U und die TW201 61 2434A ein thermo- elektrisches Element zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsscheibengehäuse.

Weiterhin geht aus der DE 1 0201 0050284B4 ein thermoelektrisches Element hervor, dass an der Bremsscheibe angeordnet ist. Das thermo- elektrische Element ist dabei an der Halteeinrichtung der Bremsbeläge angeordnet. Die Halteeinrichtung weist dabei einen ersten und einen zweiten Halbleiterabschnitt auf, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterabschnitt eine Temperaturdifferenz vorherrscht. Das thermoelektrische Element ist dabei an der von der Bremsscheibe abgewandten Seite der Halteeinrichtung angebracht.

Thermoelektrische Elemente, die im Bremsbelag oder in bzw. an der Bremsscheibe angeordnet sind, weisen ein hohes Risiko von auftretenden Schäden, aufgrund der hohen Temperaturen von ca. 800°C, auf. Entsprechende Maßnahmen, wie einen Keramikträger gemäß der

GB253081 9A, sind kostenintensiv. Zudem weisen Scheibenbremsen von Lastkraftwagen bei einem Bremsvorgang wesentlich höhere Temperaturen, höhere Klemmkräfte und höhere Zentrifugalkräfte auf, als bei Personenkraftwagen. Auch ein Verklemmen der Bremsscheibe ist aufgrund der hohen Temperaturen gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es ein System für eine Druckluftscheibenbremse zum Erzeugen und/oder Speichern von Energie bereitzustellen, dass die Nachteile des Stand der Technik überwindet, kostengünstig von Umwelteinflüssen, wie Regen oder Schnee oder Vibrationen, geschützt ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein stromerzeugendes Element, das an einer Zuspanneinrichtung oder in der Zuspanneinrichtung oder an der Nachstellvorrichtung oder in der Nachstellvorrichtung angeordnet ist. Das stromerzeugende Element ist daher innerhalb einer Scheibenbremse angeordnet.

Die Nachstellvorrichtung dient zur gleichmäßigen Einstellung des Lüftspiels bei einer abnehmenden Belagstärke des Bremsbelags der Scheibenbremse. Die Zuspanneinrichtung dient zum Zuspannen der Bremsscheibe, wobei der Bremsbelag an die Bremsscheibe gedrückt wird. Eine derartige Anordnung des stromerzeugenden Elements weist den Vorteil auf, dass innerhalb der Scheibenbremse keine Seitenkräfte auf das stromerzeugende Element wirken, die das stromerzeugende Element beschädigen können, wie sie bei einer Anordnung des stromerzeugenden Elements in der Führung eines Bremssattels der Fall ist. Zudem muss die Bewegung des Bremssattels bei einem Bremsvorgang nicht ausgeglichen werden, um ein Blockieren des Bremssattels, aufgrund der Anordnung des stromerzeugenden Elements innerhalb der Führung des Bremssattels, zu vermeiden.

Des Weiteren beugt die vorteilhafte Anordnung des stromerzeugende Elements eine Beschädigung von Umwelteinflüssen, wie Regen, Schnee, Salz oder Schmutz vor. Unter anderem schützt der Bremssattel der Scheibenbremse das stromerzeugende Element vor den Umwelteinflüssen. Es hat sich auch gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung des stromerzeugenden Elements eine Beschädigung des stromerzeugende Elements vorgebeugt wird, wenn die Bremsscheibe ausgewechselt werden muss oder ein anderer Service an der Scheibenbremse fällig ist. Insbesondere ist es durch die vorteilhafte Anordnung möglich, mehr elektrische Energie zu erzeugen und abzuspeichern. Während ei- nes Bremsvorgangs verschiebt sich der gesamte Antrieb der Zuspanneinrichtung und der Nachstellvorrichtung, wobei eine größere Entfernung zurückgelegt wird, als bei der Führung des Bremssattels. Eine größer zurückgelegte Entfernung bedeutet wiederum, dass mehr Energie erzeugt werden und danach abgespeichert werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Nachstellvorrichtung zumindest einen Stellring mit zumindest einem Ansatz, eine Torsionsfeder mit einem abstehenden Ende und eine Stützeinrichtung auf. Das stromerzeugende Element ist dabei zwischen dem abstehenden Ende der Torsionsfeder und der Stützeinrichtung oder zwischen dem abstehenden Ende der Torsionsfeder und dem Ansatz des Stellrings angeordnet. Diese Anordnungsvarianten erlauben die Umwandlung der Energie einer Torsionsfeder der Nachstellvorrichtung, nach Überwindung des Lüftspiels zwischen der Bremsscheibe und dem zumindest einem Bremsbelag. Dabei wird das stromerzeugende Element deformiert, wobei die aufgenommene Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die elektrische Energie wird wiederum in einer Vorrichtung zum Speichern von Energie abgespeichert.

Das stromerzeugende Element in der Zuspanneinrichtung ist vorteilhaft in einer weiteren Ausgestaltung, zwischen einer ersten Druckfeder und einem Deckel oder zwischen einer zweiten Druckfeder und dem Deckel o- der zwischen einer Druckfederaufnahmeeinrichtung und der ersten Druckfeder oder zwischen der Druckfederaufnahmeeinrichtung und der zweiten Druckfeder (1 2) angeordnet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Energie der Zuspannkräfte der Zuspanneinrichtung, zum Zuspannen des Bremsbelags gegen die Bremsscheibe, in elektrische Energie umgewandelt wird. Für den Rückstellvorgang der Zuspanneinrichtung speichert die Druckfeder der Zuspanneinrichtung Energie während des Zuspann- vorgangs und deformiert das stromerzeugende Element zwischen der ersten Druckfeder und dem Deckel der Zuspanneinrichtung oder zwi- sehen der zweiten Druckfeder und dem Deckel der Zuspanneinrichtung. Sofern das stromerzeugende Element zwischen der Druckfederaufnahmeeinrichtung und der ersten Druckfeder oder zwischen der Druckfederaufnahmeeinrichtung und der zweiten Druckfeder der Zuspanneinrichtung angeordnet ist, wird das stromerzeugende Element während des Zu- spannvorgangs deformiert und erzeugt aus der aufgenommenen Energie der zumindest einen Druckfeder elektrische Energie.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das stromerzeugende Element ein piezoelektrisches Element. Das piezoelektrische Element wandelt in Festkörpern mechanischen Druck in elektrische Spannung um. Das piezoelektrische Element wird vorteilhaft in einer Scheibenbremse zwischen Bauteilen angeordnet, die eine Relativbewegung zueinander ausführen und die auftretenden Kräfte in elektrische Energie umwandeln.

Das stromerzeugende Element ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ein thermoelektrisches Element. Das thermoelektrische Element ist zwischen der Druckfederaufnahmeeinrichtung und dem Deckel angeordnet. In dem Bereich der Druckfederaufnahmeeinrichtung sind besonders hohe Temperaturen, aufgrund der Nähe zu dem mindestens einen Bremsbelag und der Bremsscheibe gegeben. Hingegen weist der Bereich des Deckels kältere Temperaturen auf. Auf Basis des Seebeck Effekts erzeugt das thermoelektrische Element aus der vorhandenen Wärme elektrische Energie. Als Seebeck Effekt wird das Auftreten einer Ther- mospannung, aufgrund eines Temperaturgefälles entlang eines metallischen Leiters, bezeichnet. Thermoelektrische Leiter umfassen Materialien wie Bismuth Telluride (Bi₂Te₃₎, Bleitellurid (PbTe), Silizium- Germainium (BiSb) oder Eisensilikate (FeSi₂).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das

stromerzeugende Element ein pyroelektrisches Element. Das pyroelektri- sche Element ist an der Bremsbelag abgewandten Seite der Druckfeder- aufnahmeeinrichtung angeordnet. Mit Hilfe des pyroelektrischen Elements ist es möglich, Wärme, welche während eines Bremsvorgangs von der Bremsscheibe ausgeht, aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Pyroelektrische Elemente detektieren Temperaturänderungen, die wiederum Spannungen hervorrufen. Diese Spannungen werden in elektrische Energie umgewandelt und können in einem Energiespeicher abgespeichert werden.

Zudem ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das stromerzeugende Element ein elektromagnetisches Element.

Elektromagnetische Elemente weisen den Vorteil auf, dass mechanische Energie, wie Drehmoment, Kraft, Drehzahl oder Geschwindigkeit, in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Krafterzeugung kann direkt mit Hilfe elektrischer Felder, wie zum Beispiel der Ladung zwischen Kondensatorplatten, erfolgen. Die Krafterzeugung kann aber auch über magnetische Felder, d.h. mittels eines stromführenden Leiters im Magnetfeld, ferromagnetische oder dauermagnetische Materialien, aber auch durch Stromwärme in Bimetallen erfolgen.

Es erweist sich zudem als Vorteil, dass das elektromagnetische Element in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ein Permanentmagnet oder ein Solenoid ist, wobei sich der Permanentmagnet in einem Solenoid- Feld oder das Solenoid in einem permanent magnetischen Feld bewegt. Das elektromagnetische Element erzeugt elektrische Energie auf Basis von Bewegungen des Permanentmagneten oder des Solenoid. Damit kann Energie auch während der Fahrt, wenn das Fahrzeug nicht abgebremst wird, gewonnen werden. Die Bewegung des Permanentmagneten oder des Solenoid setzt bereits bei einer normalen Bewegung des Fahrzeugs auf öffentlichen Straßen ein. Unter einer normalen Bewegung ist eine Vorwärtsfahrt oder eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs zu verstehen.

Darüber hinaus ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zumindest ein Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie innerhalb der Scheibenbremse angeordnet. Kurze Übertragungswege zwischen dem zumindest einen stromerzeugenden Element und dem Energiespeicher, führen zu einem geringen bis keinem Verlust der gewonnenen elektrischen Energie aus dem stromerzeugenden Element. Weiterhin kann die gespeicherte Energie auch schnell wieder abgerufen werden. Die Anordnung des Energiespeichers innerhalb der Scheibenbremse verursacht zudem keinen weiteren Platzbedarf in einem Fahrzeug. Zudem ist der Energiespeicher, aufgrund der Anordnung innerhalb der Scheibenbremse, gegenüber Umwelteinflüssen wie Schmutz,

Schnee, Regen, Staub geschützt, was wiederum zur Verlängerung der Lebensdauer des Energiespeichers führt.

Der zumindest ein Energiespeicher ist weiterhin besonders vorteilhaft als Akkumulator oder als Kondensator ausgebildet. Akkumulatoren speichern elektrische Energie in chemische Energie. Beim Entladen wird ein Teil der Wärme freigegeben. Das heißt, dass ein Teil der zum Aufladen aufgewandten Energie verloren geht. Wenn der Energiespeicher als Akkumulator ausgebildet ist, kann die aufgenommene Energie aus dem stromerzeugenden Element über einen langen Zeitraum gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben werden. Kondensatoren hingegen bestehen aus zwei metallischen Platten, die unter Spannung, zwischen den metallischen Platten, ein elektrisches Feld erzeugen. Bei einem Kondensator kann eine gewünschte Spannung angelegt werden. Kondensatoren weisen den Vorteil einer hohen Leistungsdichte auf, weshalb in kurzer Zeit mehr Energie freigesetzt werden kann, als bei Akkumulatoren.

In einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest der eine Energiespeicher vorteilhaft parallel zu der Druckspindel, im inneren des Bremssattels, angeordnet und speichert die Energie des stromerzeugenden Elements. Die Scheibenbremse weist gewöhnlich ungenutzte Freiräume zwischen dem Bremssattel und dem Druckstück bzw. der Exzenterwelle auf. Durch die Anordnung des zumindest einen Energiespeichers in dem Freiraum, muss innerhalb der Scheibenbremse kein zusätzlicher Freiraum für die Anordnung des Energiespeichers geschaffen, bzw. die Scheibenbremse nicht vergrößert werden. Es ist aber auch denkbar, den Energiespeicher beispielsweise unterhalb der Exzenterwelle anzuordnen.

Darüber hinaus zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ein Verfahren für eine Scheibenbremse zum Speichern von Energie.

Die aus dem stromerzeugenden Element erzeugte elektrische Energie wird über eine elektrische Leitung von dem stromerzeugenden Element zu dem Energiespeicher geleitet und abgespeichert. Bei Bedarf wird die in dem Energiespeicher abgespeicherte Energie teilweise oder vollständig abgegeben und zumindest über eine weitere elektrische Leitung an die entsprechenden Stellen von dem Energiespeicher über ein Kabel z.B. an einen vorhandenen Sensor, wie den Verschleißsensor, weitergeleitet, wodurch eine separate Stromversorgung des Sensors mittels eines Kabels am Bordnetz entfällt. Die abgespeicherte Energie kann aber z.B. auch über ein Kabel, z.B. an ein getaktetes Funkmodul, das Sensorwerte kabellos an die Bordelektronik übermittelt, weitergeleitet werden.

Zudem wandelt das stromerzeugende Element einen Wechselstrom mittels eines Wechselstrom-/Gleichstromgenerators in Gleichstrom um, damit die Energie in einem Energiespeicher abgespeichert und zu Nutzung an ein Endgerät weitergleitet werden kann.

Nachfolgend werden ausgewählte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine aktuelle Scheibenbremse,

Fig. 1 a eine geschnittene Draufsicht der Scheibenbremse, Fig. 2 eine geschnittene Draufsicht der Scheibenbremse, mit zwei Energiespeicherelementen und einem stromerzeugenden Element,

Fig. 2a eine geschnittene Ansicht einer Scheibenbremse nach Fig. 1 , bei dem der Energiespeicher unterhalb der Exzenterwelle des Drehhebels angeordnet ist,

Fig. 3 eine geschnittene Ansicht der Nachstellvorrichtung mit einer Stützeinrichtung, bei der das stromerzeugende Element zwischen dem abstehenden Ende der Torsionsfeder und der Stützeinrichtung angeordnet ist,

Fig. 3a eine perspektivische Seitenansicht von Fig. 2,

Fig. 4 eine geschnittene Ansicht der Nachstellvorrichtung, bei der das stromerzeugende Element zwischen dem abstehenden Ende der Torsionsfeder und dem Ansatz des Stellrings angeordnet ist,

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht der Scheibenbremse mit der Zu- spanneinrichtung und dem angeordneten stromerzeugenden Element,

Fig. 5a eine geschnittene Seitenansicht der Scheibenbremse mit der Zu- spanneinrichtung und dem angeordneten stromerzeugenden Element in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5b eine geschnittene Seitenansicht der Scheibenbremse mit der Zu- spanneinrichtung und dem angeordneten stromerzeugenden Element in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 6 eine geschnittene Draufsicht der Scheibenbremse mit einem ther- moelektrischen Element, Fig. 7 eine geschnittene Teilansicht einer Scheibenbremse mit einem py- roelektrischen Element,

Fig. 8 eine geschnittene Teilansicht einer Scheibenbremse mit einem elektromagnetischen Element,

Fig. 9 eine schematische Ansicht zur Erzeugung und Speicherung von elektrischer Energie.

Die Fig. 1 zeigt eine Scheibenbremse 1 für ein Nutzfahrzeug. Die Scheibenbremse 1 weist einen Bremssattel 3 auf, der eine nicht dargestellte Bremsscheibe übergreift. Zudem ist der Bremssattel 3 an einem Bremsträger 5 befestigt. Weiterhin zeigt die Scheibenbremse 1 eine Zuspann- einrichtung 6 zum Zuspannen eines zuspannseitigen Bremsbelags 7 gegen die Bremsscheibe. An der Felgenaußenseite 59 des Bremssattels 3 ist ein zweiter Bremsbelag 7a angeordnet. Die Bremsbeläge 7, 7a sind Teil eines Niederhaltesystems 53. Das Niederhaltesystem 53 besteht aus einem Niederhaltebügel 54, zwei Niederhaltefedern 55, 55a, die je an einer Belagrückenplatte 56, 56a angeordnet sind und den Bremsbelägen 7, 7a, die je an einer Belagrückenplatte 56, 56a angeordnet sind. Die Zu- spanneinrichtung 6 weist einen Drehhebel 8 (siehe Fig. 2) auf, der mit einem Deckel 9 gekoppelt ist. Der Deckel 9 ist ebenfalls ein Bestandteil der Zuspanneinrichtung 6.

Die Fig. 1 a zeigt eine geschnittene Ansicht einer Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 . In Fig. 1 a ist neben den beschriebenen Merkmalen aus Fig. 1 , weiterhin eine erste Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0 für eine erste Druckfeder 1 1 und eine zweite Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0a für eine zweite Druckfeder 1 2 der Zuspanneinrichtung 6 sichtbar. Die erste Druckfeder 1 1 ist zwischen der ersten Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0, quer zur Drehrichtung der nicht dargestellten Bremsscheibe, angeordnet. Die zweite Druckfeder 1 2 ist zwischen der zweiten Druckfederaufnahmeein- richtung 1 0a, quer zur Drehrichtung der nicht dargestellten Bremsscheibe, angeordnet. Eine Druckspindel 1 3 ist quer zur Drehrichtung der Bremsscheibe und zwischen der ersten Druckfeder 1 1 und der zweiten Druckfeder 1 2 angeordnet. Des Weiteren bilden die Druckspindel 1 3 und ein Druckstück 9a eine Nachstelleinrichtung 14 Die Nachstelleinrichtung 14 dient zum gleichmäßigen Nachstellen des Lüftspiels bei einer abnehmenden Belagstärke des Bremsbelags 7, 7a. Weiterhin zeigt die Scheibenbremse 1 einen Drehhebel 8 zum Zuspannen der zuspannseitigen Belagrückenplatte 56 mit dem Bremsbelag 7 gegen die Bremsscheibe.

Die Fig. 2 zeigt eine geschnittene Ansicht der Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 und Fig. 1 a, weshalb auf die einzelnen Merkmale nicht näher eingegangen wird. In der Scheibenbremse 1 nach Fig. 2 sind weiterhin zwei Energiespeicher 29, 29a angeordnet. Die Energiespeicher 29, 29a speichern Energie und geben die Energie bei Bedarf wieder ab. Der erste Energiespeicher 29 ist als Akkumulator 57 ausgebildet. Der zweite Energiespeicher 29 ist als Kondensator 58 ausgebildet. Der Akkumulator 57 ist in einem ersten Zwischenraum 30 und der Kondensator 58 ist in einem zweiten Zwischenraum 31 der Scheibenbremse 1 angeordnet. Die Zwischenräume 30, 31 sind aufgrund der Geometrie der Scheibenbremse 1 bereits vorhanden und müssen nicht aus dem Bremssattel 3 herausgearbeitet werden.

Die Zwischenräume 30, 31 sind parallel zur Druckspindel 1 3, zwischen dem Bremssattel 3 und dem Druckstück 9a, sowie dem Drehhebel 8 angeordnet. Des Weiteren ist in dem ersten Zwischenraum 30 ein erster Konverter 33 und in dem zweiten Zwischenraum 31 ein zweiter Konverter 34, zur Umwandlung der elektrischen Energie, die von zwei piezoelektrischen Elementen 21 c, 21 d erzeugt wurde, angeordnet. Dabei erfolgt eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Von dem Akkumulator 57 führt eine erste elektrische Leitung 35 zu dem ersten Konverter 33. Der erste Konverter 33 ist über eine zweite elektrische Leitung 36 mit dem vierten piezoelektrischen Element 21 c verbunden. Zudem ist auch der Kondensator 58 mit dem fünften piezoelektrischen Element 21 d verbunden. Dazu ist der Kondensator 58 über eine dritte elektrische Leitung 37 mit dem zweiten Konverter 34 verbunden. Vom zweiten Konverter 34 führt eine Kondensatorleitung 38 zu dem fünften piezoelektrischen Element 21 d.

Fig. 2a zeigt eine weitere geschnittene Ansicht der Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 und 1 a, wobei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, unterhalb des Drehhebels 8, in einem dritten Zwischenraum 32 ein dritter Energiespeicher 29c angeordnet ist. Genauer gesagt ist der als zweiter Akkumulator 57a ausgebildete dritte Energiespeicher 29c zwischen dem Bremssattel 3 und einer Exzenterwelle 39 des Drehhebels 8 angeordnet. Zudem ist der zweite Akkumulator 57a zwischen dem Bremssattel 3 und einem Exzenterlager 40, zum Abstützen des Drehhebels 8 an dem

Bremssattel 3, angeordnet.

Eine weitere Möglichkeit, ein stromerzeugende Element 1 5 in der Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 und 1 a anzuordnen, zeigt Fig. 3. In Fig. 3 ist das stromerzeugende Element 1 5 als erstes piezoelektrisches Element 21 ausgebildet. Das erste piezoelektrische Element 21 ist in der Nachstelleinrichtung 14 angeordnet, wobei die Nachstelleinrichtung 14 an der Druckspindel 1 3, zwischen der Exzenterwelle 39 und dem Bremssattel 3 angeordnet ist. Die Nachstelleinrichtung 14 weist eine Torsionsfeder 1 8 mit einem abstehenden Ende 1 9 auf. Das erste piezoelektrische Element 21 stützt sich zum einen an dem abstehenden Ende 1 9 der Torsionsfeder 18 und zum anderen an einer Stützeinrichtung 20 ab. Die Stützeinrichtung 20 ist ein Teil eines Stellrings 1 6. Während des Bremsvorgangs, wenn das Lüftspiel zwischen dem nicht gezeigten zuspannseitigen Bremsbelag 7 und der nicht dargestellten Bremsscheibe überwunden ist, kann sich die Stützeinrichtung 20 nicht mehr weiter in eine Drehrichtung D drehen. Ein Stift 42 der Exzenterwelle 39 wird in Drehrichtung D versetzt und kontaktiert dabei einen Ansatz 1 7 des Stellrings 1 6. Der Stell- ring 1 6 dreht in Drehrichtung Der Stellring 1 6 überträgt die Drehbewegung D auf die in den Stellring 1 6 eingehängte Torsionsfeder 1 8.

Dadurch verdreht sich die Torsionsfeder 1 8 ebenfalls in Drehrichtung D und drückt mit dem abstehenden Ende 1 9 der Torsionsfeder 1 8 das erste piezoelektrische Element 21 gegen die Stützeinrichtung 20. Die während der Verdrehung der Torsionsfeder 1 8 aufgebaute Federkraft deformiert das erste piezoelektrische Element 21 , wodurch das erste piezoelektrische Element elektrische Energie erzeugt.

Fig. 3a zeigt eine perspektivische Teilansicht der Nachstellvorrichtung gemäß Fig. 3. Dabei ist die Anordnung des ersten piezoelektrischen Elements 21 im Detail gezeigt.

Fig. 4 zeigt eine Scheibenbremse 1 mit einem Bremssattel 3, einer Druckspindel 1 3 und mit einer Nachstelleinrichtung 14 nach Fig. 3. Allerdings ist in dem Ausführungsbeispiel ein zweites piezoelektrisches Element 21 a zwischen dem abstehenden Ende 1 9 der Torsionsfeder 1 8 und dem Ansatz 17 des Stellrings 1 6 angeordnet. Wenn der Stift 42 der Exzenterwelle 39 den Ansatz 1 7 des Stellrings 1 6 kontaktiert und den Stellring 1 6 in Drehrichtung D bewegt, wird auch das zweite piezoelektrische Element 21 a in Drehrichtung D bewegt. Das abstehende Ende 1 9 der Torsionsfeder 1 8 weist aufgrund der Vorspannung eine Gegenkraft G auf. Dadurch wird das zweite piezoelektrische Element 21 a verformt und erzeugt aus der aufgebauten Federkraft elektrische Energie.

Das stromerzeugende Element 1 5 kann aber auch in der Zuspanneinrich- tung 6 angeordnet sein. Fig. 5 zeigt einen Teilausschnitt einer Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 , wobei ein drittes piezoelektrisches Element 21 b zwischen der ersten Druckfeder 1 1 und dem Druckstück 9a angeordnet ist. Die erste Druckfeder 1 1 ist dabei zwischen der ersten Druckfederaufnahmeeinrichtung 10 und dem dritten piezoelektrischen Element 21 b angeordnet, um das Druckstück 9a nach einem Bremsvorgang wieder in die Ausgangslage zurückzuführen. Während eines Bremsvorgangs drückt der Drehhebel 8 über die Exzenterwelle 39 das Druckstück 9a in Richtung der zuspannseitigen Belagrückenplatte 56, an dem der zuspannseitige

Bremsbelag 7 angeordnet ist. Dadurch verformt sich die erste Druckfeder 1 1 , wodurch die Federkraft der ersten Druckfeder 1 1 aufgebaut bzw. erhöht wird. Nach dem Bremsvorgang gibt die erste Druckfeder 1 1 , die gespeicherte Federkraft in Richtung des Drehhebels 8 frei, wodurch die erste Druckfeder 1 1 in ihren Ausgangszustand zurückversetzt wird. Bei der Rückstellung des Druckstücks 9a verformt sich das dritte piezoelektrische Element 21 b, aufgrund der frei gewordenen Federkraft und erzeugt elektrische Energie.

Fig. 5a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, für eine Anordnung eines piezoelektrischen Elements 21 c in einer Zuspanneinrichtung 6, gemäß Fig. 5. Dabei ist das vierte piezoelektrische Element 21 c allerdings zwischen der ersten Druckfeder 1 1 und der ersten Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0 angeordnet. Entgegen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, erzeugt das vierte piezoelektrische Element 21 c die elektrische Energie nicht während eines Rückstellvorgangs des Druckstücks 9a, sondern während eines Zustellvorgangs des Druckstücks 9a, in Richtung des zuspannseitigen Bremsbelags 7. Während des Bremsvorgangs wird die Federkraft in der ersten Druckfeder 1 1 , aufgrund der Verformung der ersten Druckfeder 1 1 aufgebaut. Das vierte piezoelektrische Element 21 c wird mittels dieser Federkraft gegen die Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0 gedrückt, wodurch sich das vierte piezoelektrische Element 21 c verformt und elektrische Energie erzeugt.

Fig. 5b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei piezoelektrischen Elementen 21 c, 21 d in einer Scheibenbremse 1 mit einer Zuspanneinrichtung 6 gemäß Fig. 1 a und Fig. 5, weshalb nicht näher auf die einzelnen Merkmale eingegangen wird. Das vierte piezoelektrische Element 21 c ist zwischen der ersten Druckfeder 1 1 und dem Druckstück 9a angeordnet. Ein fünftes piezoelektrisches Element 21 d ist zwischen der zweiten Druckfeder 1 2 und der zweiten Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0a angeordnet. Die Anordnung von zwei piezoelektrischen Elementen 21 c, 21 d ermöglicht mindestens eine doppelt so hohe Energiegewinnung, als nur mit einem piezoelektrischen Element 21 c; 21 d.

Eine weitere Möglichkeit, in einer Scheibenbremse 1 elektrische Energie zu gewinnen, zeigt Fig. 6. Dabei unterscheidet sich die Scheibenbremse 1 nach Fig. 6, gegenüber der Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 und Fig. 1 a, durch die zusätzliche Anordnung eines thermoelektrischen Elements 22. Zudem weist die Scheibenbremse 1 nach Fig. 6 einen vierten Energiespeicher 29d auf, der als zweiter Akkumulator 57a ausgebildet ist. Der zweite Akkumulator 57a ist in dem ersten Zwischenraum 30 angeordnet. Der erste Zwischenraum 30 ist parallel zur Druckspindel 1 3, zwischen dem Bremssattel 3 und dem Druckstück 9a angeordnet. Das thermoelekt- rische Element 22 besteht aus einem ersten elektrischen Leiter 43 mit einem positiv dotierten Halbleitermaterial und einem zweiten elektrischen Leiter 44 mit einem negativ dotierten Halbleitermaterial. Der erste elektrische Leiter 43 und der zweite elektrische Leiter 44 sind über einen metallisch- elektrischen Kontakt miteinander verbunden. Aufgrund der Abwärme der nicht gezeigten Bremsscheibe, sind auf der Seite des zuspannsei- tigen Bremsbelags 7 (heiße Seite) höhere Temperaturen vorhanden, als auf der Seite des nicht dargestellten Drehhebels 8 (kalte Seite). Dadurch entsteht in dem thermoelektrischen Element 22 eine elektrische Spannung, aufgrund des Wärmeflusses von der heißen Seite zur kalten Seite. Der erste elektrische Leiter 43 ist zwischen der ersten Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0 und einem ersten thermoelektrischen Konverter 45 angeordnet. Der zweite elektrische Leiter 44 ist zwischen der zweiten Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0a und einem zweiten thermoelektrischen Konverter 46 angeordnet. Der erste thermoelektrische Konverter 45 ist zudem über eine erste thermoelektrische Leitung 47 mit dem zweiten Akkumulator 57a verbunden. Der zweite elektrische Leiter 44 ist mit dem zweiten thermoelektrischen Konverter 46 verbunden. Der zweite thermoelektrische Konverter 46 ist wiederum mit dem zweiten Akkumulator 57a über eine zweite thermoelektrische Leitung 48 verbunden. Der zweite Akkumulator 57a speichert die aus dem thermoelektrischen Element 22 erzeugte Spannung und gibt die Spannung bei Bedarf wieder ab.

Die Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines pyroelektrischen Elements 25 ist in Fig. 7 dargestellt. Die Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 und 1 a weist zusätzlich einen ersten pyroelektrischen Konverter 25a und einen zweiten pyroelektrischen Konverter 25b auf. Der erste pyroelektri- sche Konverter 25a ist an der dem Bremsbelag 7 abgewandten Seite der ersten Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0 angeordnet. Der zweite pyro- elektrische Konverter 25b ist an der dem Bremsbelag 7 abgewandten Seite der zweiten Druckfederaufnahmeeinrichtung 1 0a angeordnet. Mit Hilfe des pyroelektrischen Elements 25 ist es möglich, Wärme W, welche während eines Bremsvorgangs von der Bremsscheibe ausgeht, aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Die pyroelektrischen Konverter 25a, 25b haben die Eigenschaft, auf eine zeitliche Temperaturänderung mit Ladungstrennung zu reagieren. Während eines Bremsvorgangs, werden die pyroelektrischen Konverter 25a, 25b durch die Wärme W der nicht dargestellten Bremsscheibe erwärmt bzw. nach dem Bremsvorgang wieder abgekühlt. Dabei entsteht eine Spannungsdifferenz in den pyroelektrischen Konvertern 25a, 25b. Diese Spannungsdifferenz wird in den pyroelektrischen Konvertern 25a, 25b in elektrische Energie umgewandelt.

Weiterhin zeigt Fig. 8 eine Scheibenbremse 1 nach Fig. 1 und 1 a, wobei zusätzlich ein Permanentmagnet 26a und einem Solenoid 26b angeordnet ist. Der Permanentmagnet 26a und das Solenoid 26b sind elektromagnetische Elemente 26. Die elektromagnetischen Elemente 26 sind im Inneren des Bremssattels 3 der Scheibenbremse 1 angeordnet. Dabei ist der Permanentmagnet 26a in dem ersten Zwischenraum 30 der Schei- benbremse und das Solenoid 26b ist in dem zweiten Zwischenraum 31 der Scheibenbremse 1 angeordnet. Der Permanentmagnet 26a bewegt sich dabei in einem Solenoid-Feld und das Solenoid 26b bewegt sich in einem permanent magnetischen Feld. Der Permanentmagnet 26a und das Solenoid 26b werden aufgrund der Bewegungen, die während einer Fahrt des Nutzfahrzeugs entstehen angeregt und erzeugen elektrische Energie.

Ein Verfahren zum Erzeugen und Speichern von elektrischer Energie nach den Fig. 1 bis 8, ist in Fig. 9 dargestellt. Zunächst wird mittels eines stromerzeugenden Elements 1 5, das innerhalb der Scheibenbremse 1 angeordnet ist, die Energie aus einer Bremsung des Nutzfahrzeugs oder die Energie während einer Bewegung des Nutzfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt. Piezoelektrische Elemente 1 5, pyroelektrische Elemente 25 und elektromagnetische Elemente 26 erzeugen einen Wechselstrom, der mittels eines Wechselstrom-/ Gleichstromkonverters (AC/DC) 51 in Gleichstrom umgewandelt wird. Danach wird die elektrische Energie in einem Energiespeicher 29, 29a, 29c, 29d abgespeichert. Bei einem thermoelektrischen Element 22, wird ein Gleichstrom-/ Gleichstromkonverter (DC/DC) 52 zur Abspeicherung der elektrischen Energie in dem Energiespeicher 29 eingesetzt.

Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)

1 Scheibenbremse

3 Bremssattel

5 Bremsträger

6 Zuspanneinrichtung

7 zuspannseitiger Bremsbelag

7a zweiter Bremsbelag

8 Drehhebel

9 Deckel

9a Druckstück

10 erste Druckfederaufnahmeeinrichtung

10a zweite Druckfederaufnahmeeinrichtung

1 1 erste Druckfeder

12 zweite Druckfeder

13 Druckspindel

14 Nachstelleinrichtung

15 stromerzeugendes Element

1 6 Stellring

17 Ansatz des Stellrings 1 6

18 Torsionsfeder

19 abstehendes Ende der Torsionsfeder 1 8

20 Stützeinrichtung

21 erstes piezoelektrisches Element

21 a zweites piezoelektrisches Element

21 b drittes piezoelektrisches Element

21 c viertes piezoelektrisches Element

21 d fünftes piezoelektrisches Element

22 thermoelektrisches Element

25 pyroelektrisches Element

25 a erster pyroelektrischer Konverter b zweiter pyroelektrischer Konverter elektromagnetisches Element

a Permanentmagnet

b Solenoid

erster Energiespeicher

a zweiter Energiespeicher

c dritter Energiespeicher

d vierter Energiespeicher

erster Zwischenraum

zweiter Zwischenraum

dritter Zwischenraum

erster Konverter

zweiter Konverter

erste elektrische Leitung

zweite elektrische Leitung

dritte elektrische Leitung

Kondensatorleitung

Exzenterwelle

Exzenterlager

Stift der Exzenterwelle 39

erster elektrischer Leiter des thermoelektrischen Elements 22

zweiter elektrischer Leiter des thermoelektrischen Elements 22

erster thermoelektrischer Konverter

zweiter thermoelektrischer Konverter

erste thermoelektrische Leitung

vierte thermoelektrische Leitung

Wechselstrom- / Gleichstromkonverter

Gleichstrom- / Gleichstromkonverter

Niederhaltesystem

Niederhaltebügel 55 erste Niederhaltefeder

55a zweite Niederhaltefeder

56 erste Belagrückenplatte

56a zweite Belagrückenplatte

57 Akkumulator

57a zweiter Akkumulator

58 Kondensator

59 Felgenaußenseite des Bremssattels 3 D Drehrichtung

W Wärme der Bremsscheibe

G Gegenkraft

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) für Fahrzeuge zum Erzeugen von Energie, insbesondere für Nutzfahrzeuge, aufweisend einen Bremssattel (3), der eine Bremsscheibe übergreift und an einem Bremsträger (5) befestigt ist, eine Zuspanneinrichtung (6) zum Zuspannen eines zuspannseitigen Bremsbelages (7) gegen die Bremsscheibe, wobei die Zuspanneinrichtung (6) eine Druckspindel (1 3) aufweist und wobei eine Nachstellvorrichtung (14), zum gleichmäßigen Einstellen eines Lüftspiels mit der Druckspindel (1 3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromerzeugendes Element (15) an der Zuspanneinrichtung (6) oder in der Zuspanneinrichtung (6) oder an der Nachstelleinrichtung (14) oder in der Nachstelleinrichtung (14) angeordnet ist.

2. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Nachstelleinrichtung (14) zumindest einen Stellring (1 6) mit zumindest einem Ansatz (1 7), eine Torsionsfeder (1 8) mit einem abstehenden Ende (1 9) und eine Stützeinrichtung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das stromerzeugende Element (1 5) zwischen dem abstehenden Ende (1 9) der Torsionsfeder (1 8) und der Stützeinrichtung (20) oder zwischen dem abstehenden Ende (1 9) der Torsionsfeder (1 8) und dem Ansatz (1 7) des Stellrings

(1 6) angeordnet ist.

3. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das stromerzeugende Element (1 5) in der Zuspanneinrichtung (6), zwischen einer ersten Druckfeder (1 1 ) und einem Druckstück (9a) oder zwischen einer zweiten Druckfeder (12) und dem Druckstück (9a) oder zwischen der ersten Druckfederaufnahmeeinrichtung (1 0) und der ersten Druckte- der (1 1 ) oder zwischen einer zweiten Druckfederaufnahmeeinrichtung (1 0a) und der zweiten Druckfeder (1 2) angeordnet ist.

4. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stromerzeugende Element (1 5) ein piezoelektrisches Element (21 , 21 a, 21 b, 21 c, 21 d) ist.

5. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das stromerzeugende Element (1 5) ein thermoelektrisches Element (22) ist, wobei das thermoelektri- sche Element (22) zwischen der Druckfederaufnahmeeinrichtung (1 0) und dem Druckstück (9a) angeordnet ist

6. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das stromerzeugende Element (1 5) ein pyroelektrisches Element (25) ist und an der Bremsbelag (7) abgewandten Seite der Druckfederaufnahmeeinrichtung (1 0) angeordnet ist.

7. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das stromerzeugende Element (1 5) eine elektromagnetisches Element (26) ist.

8. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Element (26) ein Permanentmagnet (26a) oder ein Solenoid (26b) ist, wobei sich der Permanentmagnet (26) in einem Solenoid-Feld oder das Solenoid (26b) sich in einem permanent magnetischen Feld bewegt.

9. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Scheibenbremse (1 ) zumindest ein Energiespeicher (29; 29a; 29c; 29d) zur Speicherung von elektrischer Energie angeordnet ist.

10. Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Energiespeicher (29; 29a; 29c; 29d) ein Akkumulator (57, 57a) oder ein Kondensator (58) ist.

1 1 . Vorrichtung für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 9 oder 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Energiespeicher (29; 29a; 29c; 29d) parallel zu der Druckspindel (1 3), im Inneren des Bremssattels (3) angeordnet ist und die Energie des stromerzeugenden Elements (1 5) speichert.

12. Verfahren für eine Scheibenbremse (1 ) eines Fahrzeugs zum Erzeugen und Speichern von Energie, dadurch gekennzeichnet dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Umwandeln von Energie aus einem Bremsvorgang des Fahrzeugs in elektrische Energie, mit zumindest einem stromerzeugendem Element (1 5), nach einem der Ansprüche 1 bis 8, oder

Umwandeln von Energie während einer Bewegung des Fahrzeugs in elektrische Energie, mit zumindest einem stromerzeugendem Element (1 5), nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und

Abspeichern der elektrischen Energie in mindestens einem Energiespeicher (29; 29a; 29c; 29d) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 .

13. Verfahren für eine Scheibenbremse (1 ) nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass das stromerzeugende Element einen Wechselstrom mittels eines Wechselstrom- /Gleichstromgenerators (51 ) in Gleichstrom umwandelt.