WO2020007384A1 - Bremse mit keilgetriebe und mechanischem energiespeicher sowie verfahren für deren betrieb - Google Patents

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WO2020007384A1
WO2020007384A1 PCT/DE2019/000172 DE2019000172W WO2020007384A1 WO 2020007384 A1 WO2020007384 A1 WO 2020007384A1 DE 2019000172 W DE2019000172 W DE 2019000172W WO 2020007384 A1 WO2020007384 A1 WO 2020007384A1
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brake
shape memory
braking
transmission
mechanical
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PCT/DE2019/000172
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Alexander Müller
Norman Perner
Martin Reichle
Wolfgang TZSCHORN
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Chr. Mayr Gmbh + Co. Kg
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/58—Mechanical mechanisms transmitting linear movement
    • F16D2125/66—Wedges

Definitions

  • the present application relates to a brake with a wedge gear and mechanical energy store according to the preamble features of claim 1 and a method for its operation.
  • Brakes the clamping bodies of which are acted upon by the spring arrangement of a mechanical energy store via a wedge gear, are known and are used in particular for fixing linearly moving or rotating ones
  • the clamping bodies typically engage in profile grooves of the counterpart to be braked, reference being made, for example, to the design as a linear brake to DE 101 27664 C I, one along one
  • Guide rail moved, generic brake disclosed with a wedge gear, the wedge-shaped actuating piston driving the clamping body by a spring arrangement of a mechanical energy store when braking
  • the brake is released by a
  • Electromagnet which generates a force restoring the spring arrangement in overcurrent mode.
  • the one to be moved is at the beginning of the brake release
  • the drive spindle used for the brake ventilation movement can be moved back to a zero position.
  • Actuators for preloading a spring arrangement that is designed for high braking forces are typically large. Therefore, for alternative
  • Actuators proposed shape memory materials, which are characterized by a high force density and which perform an actuating movement
  • plastic deformation occurs in a low-temperature phase, for which a martensite structure is present ⁇ .
  • a martensite structure is present ⁇ .
  • the shape changes to the state before the plastic deformation.
  • a subsequent cooling for which again
  • Martensite structure does not return to the original deformation state with a one-way effect shape memory alloy without additional effort. However, it is possible to train the material through several matching plastic transformation and temperature change cycles so that a two-way effect occurs and an actuator component can be created that changes between two defined shape states depending on the temperature.
  • Examples of such Materials are NiMnGa with a high degree of deformation or
  • Shape memory polymers with a cinnamic acid group are Shape memory polymers with a cinnamic acid group.
  • Shape memory actuators for direct application of force to brake pistons
  • DE 1020050201 describes 26 Al shape memory plates for the
  • Toggle lever mechanism in a two-leg design, a wire-shaped shape memory element being fixed at the two outer joint ends and running over the central joint of the toggle lever. The when activating the
  • DE 102009041 907 A1 specifies heatable or coolable shape memory elements as a possible configuration for an actuator. Furthermore is out
  • Shape memory material when braking so that no closed-circuit brake is implemented.
  • This also applies to the linear brake disclosed by DE 1 0201 6005003 A1, which has an outside space that is outside the brake housing and thus additional space claiming Bowden cable actuator, which is driven by a shape memory wire.
  • a Bowden cable actuator allows the use of long wire lengths, so that due to the long travel range, a reduction gear with a constant transmission ratio is proposed for the direct application of force to a piston element acting on a clamping housing.
  • the shape memory wire in the Bowden cable must be continuously energized for permanent activation.
  • the possibility is mentioned of fixing the braking position with an additional locking element ⁇ . Not disclosed is a constructive design for releasing the latching and for an additional actuator, which is necessary to release the brake due to the Bowden cable arrangement which only generates tensile forces.
  • DE 10201 61 1 8772 A1 describes a brake with a mechanical one
  • the additional shape memory belt ⁇ must perform an actuating movement against the triggering direction, a wire-shaped shape memory controller not being used for this purpose.
  • the invention has for its object a brake with a
  • the wedge gear serves to drive at least one clamping body, which engages in a groove of a guide rail or on a rotating counterpart to be braked during braking.
  • a spring assembly that prestresses the spring arrangement is used to release the brake
  • a fixing device which controllably maintains the brake release position so that the actuator device can be deactivated.
  • the fixing device preferably operates according to the
  • a fixation device which is provided by a
  • Electric holding magnet is formed.
  • Another preferred embodiment is a spring force actuator secured by means of an electro-holding magnet.
  • the fixing device can be replaced by a part of the
  • Actuator device for releasing the brake are formed so that the
  • Fixing device comprises a shape memory actuator, which is switched off when the brake is released and is therefore deactivated.
  • the fixing device has a
  • the actuator device for releasing the brake comprises a mechanical transmission and a shape memory actuator, the transmission input side with the Shape memory plate is in constant drive connection. Accordingly, there is a permanent coupling of the transmission output side with the spring arrangement of the mechanical energy store, so that this is in constant drive connection to the shape memory actuator via the mechanical transmission.
  • the shape memory controller is designed so that, when activated, it moves the spring arrangement of the mechanical energy store into the brake release position via the mechanical transmission. This is under one
  • Shape memory plate in the activated state of the plate with one after one
  • Phase changes are triggered either thermally, magnetically or optically.
  • a phase change takes place from the non-activated state with a martensite structure to an activated state with an austenite structure by energization or the connection to an external one
  • a shape memory wire is advantageously used which has a higher spring hardness in the hot state than in the cold state, so that the activation generates tensile forces which act on the input side of the mechanical transmission when the brake is released.
  • the mechanical transmission is designed such that a non-linear transmission characteristic is present, the gradient of the translation of the mechanical transmission for the entire course of the transmission movement directed against the force of the spring arrangement increasing monotonically in the direction of the brake release position and the amount of the translation of the mechanical transmission in the
  • Brake release position is greater than one and corresponds to at least twice the ratio in the brake position.
  • the amount of the translation of the mechanical transmission in the brake release position is at least five times the translation in the brake position.
  • the definition remains even if the force flow in the mechanical transmission is reversed during braking, that is to say during a transmission movement from the brake release position to the braking position.
  • the fixing device can be arranged in such a way that it acts at least indirectly on the spring arrangement via the mechanical transmission and in one
  • the inventors have recognized that the non-linear stress expansion characteristic of the shape memory actuator in the activated state with an austenite phase with low elongation and a stress-induced mixing phase can be used particularly well for increasing elongation if the actuating forces to be applied to the mechanical transmission on the input side during the brake release during the course of movement up to
  • a shape memory adjuster in particular a shape memory wire, acts on a guide slide which is moved parallel to the direction of movement of the spring arrangement in the mechanical energy store.
  • a shape memory wire is used use ⁇ , which runs from a fixed logger on the brake housing via deflection rollers to a loose bearing on the mechanical transmission.
  • the inventors have recognized that it is advantageous to move the final approach phase to the fixing device when the brake is released, in the steepest section of the
  • an advantageous further development consists in using a sensor to detect the temperature and / or the resistance of the shape memory controller, so that a position determination can be derived from the stress expansion characteristic.
  • the gear ratio selected according to the invention means that the brake is first released with a high degree of activation of the shape memory actuator, which can be reduced in the course of the ventilation movement.
  • the initial section of the ventilation movement is operated at a high temperature, so that large initial actuating forces result. Due to the monotonically increasing gradient of the translation for a transmission movement from the braking position to the brake release position and due to the additional requirement that the amount of the translation of the mechanical transmission in the brake release position is greater than one and corresponds to at least twice the translation in the brake position, the degree of activation of the shape memory element in the final phase of
  • Ventilation movement can be lowered. Accordingly, the shape memory element is held at the final approximation just above the threshold of a phase transition back to the unactivated state, a reduced voltage in the activated shape memory element meaning that the reverse transformation temperature is also lower. As a result, braking can be triggered within a very short time after reaching the brake ventilation position, the inventive method
  • the arrangement ⁇ requires that the available brake
  • the spring force is sufficient not only to apply a braking force to the clamping body of the brake via the wedge gear, but there is an additional requirement due to the permanent coupling of the shape memory actuator to return it to the braking position.
  • Shape memory controller uses a wire-shaped element, this means that when braking, an elongation of the shape memory wire must be carried out. This presupposes that the shape memory controller is in the non-activated state. For a thermally activated shape memory material, a cooling phase must therefore be awaited after the brake is released, which is due to the
  • Gear characteristic selected according to the invention is shortened.
  • the actuator device for releasing the brake comprises a multiplicity of parallel-acting and individually controllable ones
  • the transmission characteristic according to the invention can be used to bring the final approach to the stop positions of the
  • Cooling phase is further shortened.
  • the mechanical gear is designed as a toggle lever gear.
  • the gradient of the gear ratio which increases monotonically according to the invention, is realized by a transmission kinematics, which leads to the
  • Brake release position is arranged within a range around a gear dead center position.
  • the area of a gear dead center position means a position of the toggle lever gear for which the amount of the translation is at least 5 or at least 10.
  • the force acting via the mechanical transmission can be used for faster brake release
  • Fixation device can be assigned.
  • the amount of the translation is considered, since after the gearbox dead center position has been passed, the direction of movement changes
  • Gearbox output reverses and the gear ratio takes a negative value.
  • a separate brake release arrangement is therefore provided, which is preferably designed as a further spring force element, the force introduction point and / or force direction on the toggle lever mechanism of which differs from that of the spring arrangement, which is in drive connection to the clamping body of the brake.
  • Brake release arrangement is used to move the toggle lever back over the gear dead center. Accordingly, it is preferred to limit the force effect of the separate brake release arrangement to a section of the transmission brake movement, which particularly preferably comprises only the area of the transmission dead center position.
  • the gear movement of the second variant which is carried out beyond the gear dead center position when the brake is released, requires a configuration of the
  • Fixing device for controllably holding the brake release position, which exerts a retaining force on the separate brake release arrangement.
  • An electric holding magnet is preferably used which, in the brake release position, acts either directly on the brake release arrangement or via at least part of the mechanical transmission, and preferably keeps it energized for the brake release position.
  • an electric lifting magnet is used to form the fixing device and the brake release arrangement of the second variant.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a brake according to the invention in the
  • FIG 3 shows the linear brake from FIG. 2 in the brake release position.
  • FIG. 4 shows the cross-sectional view B-B from FIG. 2.
  • Fig. 7 shows expansion stress characteristics of a thermally activated
  • Fig. 8 shows the transmission characteristic of the mechanical transmission for the in the
  • FIG. 9 represents ⁇ for the transmission according to FIG. 8 the course of movement and the forces acting on the transmission input side during a brake ventilation movement.
  • Fig. 1 0 shows a second embodiment of a brake according to the invention in the
  • Fig. 1 1 shows the second embodiment of Figure 10 in the brake release position.
  • Fig. 1 2 shows a third embodiment of a brake according to the invention in the
  • Fig. 1 3 shows the third embodiment of Figure 1 2 in the
  • Fig. 1 4 shows a fourth embodiment of a brake according to the invention in the
  • Fig. 1 5 shows the linear brake from Figure 1 4 in the brake release position.
  • Fig. 1 6 shows a fifth embodiment of a brake according to the invention in the
  • Fig. 1 7 shows the brake of Figure 1 6 in the brake release position.
  • Figure 1 shows a schematic simplification of a perspective view of a carriage 1 on a guide rail 2 with a double prismatic profile.
  • the carriage 1 has a brake housing 4, in which a shape memory adjuster 1 7 with individually controllable shape memory elements 1 8.1 - 1 8.5 is arranged.
  • the brake housing 4 comprises a housing middle part 5, which is one
  • FIGS. 2 and 3 show longitudinal sections AA for a first embodiment of the invention in a schematic simplification, an associated cross-sectional view BB through the center plane of the wedge gear 9 being shown in FIG. 4. A is shown
  • Push rod 34 is in direct drive connection to the actuating piston 1 0.1 of a wedge gear 9. It can be seen from FIG. 4 that actuating pistons 10.1-10.4 with inclined surfaces, to which roller bearings 11.1-1.1.4 are assigned, exert a force effect on the clamping bodies 3, 3.1 when braking.
  • FIG. 2 shows an actuator arrangement 14 with a mechanical transmission 1 6 and one
  • Shape memory plate 1 7 in the form of a shape memory wire 20.
  • Shape memory wire 20 forms several windings between a fixed bearing 32 on the housing middle part 5 and a loose bearing 33 within a guide carriage 21, which is in a sliding bearing 30 between the housing middle part 5 and the
  • Housing cover 6 moves.
  • the guide carriage 21 is in direct drive connection with the input side of the mechanical transmission 1 6 via the rigid member 35.3.
  • the shape memory wire 20 is cohesively connected to the fixed bearing 32 or the loose bearing 33 at the respective deflection sections by an adhesive connection, so that individually controllable ones
  • Shape memory elements 1 8.1, 1 8.2 arise.
  • the associated separate electrical contacts of the individually controllable shape memory elements 1 8.1, 1 8.2 are not shown in FIGS. 2 and 3.
  • Brake release position LS is a toggle lever gear with rigid links 35.1, 35.2 and 35.3.
  • the fixed bearing is formed by the pivot bearing 36.3 on the middle rigid member 35.2, on which there are also loose bearings with the pivot bearings 36.2 and 36.4.
  • the coupling on the transmission input side to the guide slide 21 takes place via the rotary bearing 36.5 designed as a floating bearing. Between the first rigid part 35.1 and the push rod 34 there is another loose bearing with the pivot bearing 36.1.
  • Shape memory plate 1 7 This parallel guidance results in a compact design that covers the entire longitudinal extent of the middle part 5 of the housing
  • Figure 2 shows the mechanical transmission 1 6 in the braking position BS.
  • the individually controllable shape memory elements 1 8.1, 1 8.2 are energized and activated by heating to the phase transition temperature. This results in an increased voltage of the individually controllable
  • the fixing device 15 is formed by an electromagnet. This preferably has a rear elastic support 29, which is designed in such a way that deflection in the brake ventilation direction is possible and a stop for
  • Shape memory controller 1 7 without additional actuation, the braking can be effected by triggering the electromagnet on the fixing device 1 5.
  • Figure 5 shows the martensite content in the structure of a thermally activated
  • Shape memory material when going through a temperature cycle.
  • a complete martensite structure is available for the cooled shape memory setter 1 7, whereby heating from an initial austenite temperature threshold As leads to a successive conversion of martensite into austenite, which occurs when the final one
  • Austenite temperature threshold Af has been completed. There is a hysteresis effect for the renewed cooling, an initial one lying below Af
  • Martensite temperature threshold Ms marks the beginning of the regression to martensite and the regression is completely completed at a final martensite temperature threshold Mf, which in turn lies below As.
  • the temperature thresholds Mf, Ms, As and Af are from the stress state of the
  • the shape memory controller 17 shows a significantly steeper stress-strain curve which, from a certain degree of elongation, has a kink to a pseudo-elastic behavior, which is due to a mixed phase of austenite and stress in the Structure formed martensite is marked.
  • the shape memory material has a pronounced hysteresis behavior in the pseudoelastic range.
  • the stress-strain curve for the austenite phase can be determined by a
  • Temperature setting can be adjusted.
  • the dashed curve is at a higher temperature compared to the solid curve for the austenite phase. Accordingly, when the brake is released by a
  • Gearboxes are exercised so that a gearbox movement is also possible for smaller ones
  • the area of a steeply falling expansion stress characteristic curve can be used in the austenite phase if the intermediate mechanical transmission 1 6 has the characteristics required according to the invention with a monotonically increasing gradient Gear ratio as long as the movement takes place against the force of the spring arrangement.
  • FIG. 8 shows the kinematics of the mechanical transmission 1 6 for the first embodiment according to FIGS. 2 and 3.
  • GE denotes the distance of the transmission input for a movement from the braking position BS into the ventilation position LS, against which the distance of the transmission output GA is plotted in FIG. 9 which flattens with increasing movement to the ventilation position LS ⁇ .
  • the transmission ratio I increases as shown in FIG. 8, which theoretically assumes an infinite value at gearbox dead center TP ⁇ .
  • the negative transmission characteristic for a movement beyond the gear dead center TP is not shown in detail.
  • the brake position BS and the brake release position LS are determined so that in the final approximation phase of the ventilation movement there is a high gear ratio I ⁇ as long as the spring arrangement 1 6 is being worked on, i.e. At gearbox output A there is a force directed against GA ⁇ .
  • an amount of the ratio I greater than one is required, which is at least twice and preferably five times the ratio I for the
  • Braking position BS corresponds.
  • the translation threshold with a doubling of the amount of the translation which characterizes the area which allows an approach without great opposing forces to the fixing device 15, is shown as a dash-dotted horizontal line in FIG.
  • the preferred quintuple translation threshold is in FIG. 8 dash-dotted lines.
  • the selected transmission characteristic enables the degree of activation initially set when the brake is applied to the
  • Shape memory plate 1 7 in the last section of the brake ventilation movement can be reduced. Accordingly, it is preferred to work for the final approach phase in a temperature range which is only slightly above that in FIG. 5
  • Shape memory plate 1 7 can be shortened.
  • Ventilation movement is referred to the dash-dotted curve in Figure 9, which represents the necessary force at the transmission input E to compress the spring assembly 1 3 at the transmission output A.
  • This force curve is available when the brake is released in order to lengthen the shape memory plate 1 7. The force necessary for this, provided that a cold, not activated
  • Shape memory plate 1 7 here ⁇ is shown by the dash-and-dot curve in Figure 9. It can be seen that the driving force available from the spring arrangement 1 3 when braking is also sufficiently large at the beginning of the actuating movement, the shape memory controller 1 7 preferably being designed such that with increasing elongation the pseudoplastic region of the martensite phase shown in FIG. 7 is achieved, so that a successively increasing proportion of force is available for the application of the clamping body 3 in the course of the braking movement.
  • the shape memory controller 1 comprises 7 individually controllable shape memory elements 1 8.1, 1 8.2, preference is given already in the phase of the final approach to the brake ventilation position LS due to the reduced
  • Shape memory elements 1 8.1, 1 8.2 deactivated.
  • the mean temperature of the shape memory plate 17 is thus reduced, so that the activated ones remain
  • Shape memory elements 1 8.1, 1 8.2 after reaching the brake release position LS can cool down more quickly, thus further reducing the time for which braking is not carried out again after ventilation.
  • FIGS. 10 and 11 represent the braking position BS and the ventilation position LS.
  • the components that correspond to the first exemplary embodiment are provided with the same reference numerals.
  • the fixation device is formed by the individually controllable shape memory element 1 8.1 of the shape memory actuator.
  • the shape memory element 1 8.1 is also switched current-free and yields to the
  • the compressed spring assembly 1 3 free. Due to the delayed brake release, the second embodiment is suitable as a parking brake.
  • FIGS. 1 2 and 1 3 represent the braking position BS and the ventilation position LS.
  • Embodiment led the gear movement when releasing the brake in a narrowly limited section beyond the gear dead center position TP by the spring forces are still so small that the activation of the shape memory actuator 1 7 can be carried out in accordance with the above embodiments.
  • the brake release position BS in the area of the gearbox dead center position TP, for which the toggle lever gear has a gear ratio of at least 5 and preferably at least 10.
  • the requirement of a monotonically increasing gradient of the translation applies only up to the transmission dead center TP, ie for the course of the ventilation movement, which is directed against the force of the spring arrangement 13.
  • the brake release arrangement 1 9 can be designed as a spring belt ⁇ . It is preferred to use the spatial scope
  • Brake release arrangement 1 9 to an area to limit the transmission dead center position TP.
  • This advantageously relates to a section in which an amount of translation of at least 5 and preferably at least 10 is present ⁇ .
  • FIGS. 2 and 3 with a brake release position BL in front of the gearbox dead center TP
  • Brake release accelerating auxiliary brake spring system with action on the toggle lever can be used to support the initiation of the braking phase.
  • FIGS. 14 and 15 illustrate a fourth embodiment according to the invention, which, like the third embodiment, is based on a gear movement when the brake is released, which in a narrowly limited section extends beyond the gear dead center position TP ⁇ .
  • the fixing device 1 5 acts in the form of an electromagnet on the brake release arrangement 1 9.
  • FIGS. 1 6 and 1 7 show a fifth embodiment according to the invention, the components which correspond to the previous exemplary embodiments being provided with the same reference symbols. Unlike the previous ones
  • Exemplary embodiments include the mechanical transmission 1 6 a toggle lever with a double leg arrangement which is formed by the rigid bodies 35.1 and 35.2, the rotary bearing 36.3 as a fixed bearing and the rotary bearings 36.1 and 36.2 as a loose bearing.
  • a shape memory adjuster 1 7 is a loose bearing 33 which is meandered around deflection rollers 22.1-22.5 and is arranged between a fixed bearing 32 on the housing side and a loose bearing 33 arranged in the region of the central joint on the first rigid member 35.1 stretched shape memory wire 20 used. This arrangement allows a sufficiently long shape memory wire 20 for a flat brake
  • a position sensor 24 for controlling the final approach to the brake release position BL is provided for the fifth exemplary embodiment.
  • the control electronics used for this is not shown in detail.
  • a sensor device 23 on the shape memory wire 20 can be used for a regulated or controlled approach movement, which performs a temperature and / or resistance measurement ⁇ in order to be able to determine the gear position from the wire elongation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremse, umfassend ein Bremsengehäuse; wenigstens einen Klemmkörper zur Bremskraftbeaufschlagung eines abzubremsenden, linear bewegten oder rotierenden Gegenstücks; einen mechanischen Energiespeicher mit einer Federanordnung, die beim Bremsen einen in wenigstens mittelbarer Triebverbindung zum Klemmkörper stehenden Betätigungskolben eines Keilgetriebes bis zum Erreichen der Bremsstellung kraftbeaufschlagt; eine Aktoreinrichtung zum Lüften der Bremse; und eine Fixierungseinrichtung zum steuerbaren Halten der Bremslüftungsstellung. Die Erfindung umfasst eine Aktoreinrichtung mit einem mechanischen Getriebe und einem Formgedächtnissteller, wobei die Fixierungseinrichtung in der Bremslüftungsstellung wenigstens mittelbar über das mechanische Getriebe auf die Federanordnung oder auf eine separate Bremsauslöseanordnung im mechanische Getriebe wirkt; und die Getriebeeingangseite des mechanischen Getriebes mit dem Formgedächtnissteller und die Getriebeausgangsseite des mechanischen Getriebes mit der Federanordnung in ständiger Triebverbindung stehen; wobei der Formgedächtnissteller so ausgelegt ist, dass dieser im aktivierten Zustand die Federanordnung mittels des mechanischen Getriebes in die Bremslüftungsstellung bewegt; und der Gradient der Übersetzung des mechanischen Getriebes für den gesamten Verlauf der gegen die Kraft der Federanordnung gerichteten Getriebebewegung in Richtung der Bremslüftungsstellung ansteigt, wobei der Betrag der Übersetzung des mechanischen Getriebes in der Bremslüftungsstellung größer eins ist und mindestens dem Doppelten der Übersetzung in der Bremsstellung entspricht.

Description

Bremse mit Keilgetriebe und mechanischem Energiespeicher
sowie Verfahren für deren Betrieb
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Bremse mit Keilgetriebe und mechanischem Energiespeicher gemäß der oberbegrifflichen Merkmale von Anspruch 1 sowie ein Verfahren für deren Betrieb.
Bremsen, deren Klemmkörper über ein Keilgetriebe von der Federanordnung eines mechanischen Energiespeichers kraftbeaufschlagt werden, sind bekannt und dienen insbesondere zur Festsetzung von linear bewegten oder rotierenden
Maschinenkomponenten. Dabei greifen die Klemmkörper typischerweise in Profilnuten des abzubremsenden Gegenstücks ein, wobei für die Bauform als Linearbremse beispielhaft auf DE 101 27664 C I verwiesen wird, die eine längs einer
Führungsschiene bewegte, gattungsgemäße Bremse mit einem Keilgetriebe offenbart, dessen die Klemmkörper antreibende, keilförmige Betätigungskolben von einer Federanordnung eines mechanischen Energiespeichers beim Bremsen
kraftbeaufschlag† werden. Das Lüften der Bremse erfolgt durch einen
Elektromagneten, der im Uberstrombetrieb eine die Federanordnung rückstellende Kraft erzeugt. Zu Beginn der Bremsenlüftung liegt der zu bewegende
Betätigungskolben des Keilgetriebes beabstandet zum Anker des Elektromagneten, sodass die maximal rückstellbaren Federkräfte und damit die Bremskraft der
Anordnung begrenzt sind.
Wird eine hydraulische oder pneumatische Aktoreinrichtung zur Kraftbeaufschlagung der Federanordnung eines mechanischen Energiespeichers für das Lüften der Bremse verwendet, können hohe Stellkräfte erzeugt werden. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil einer einfachen Bremsenauslösung durch eine Wegnahme des Betriebsdrucks.
Voraussetzung für eine solche Aktorgestaltung, wie sie beispielsweise durch
DE 1 0201 2025438 AI beschrieben wird, ist ein hinreichend großer Bauraum für die notwendigen Fluidzylinder.
Des Weiteren wird zur Umsetzung eines Fail-Save-Prinzips eine Ruhestrombremse bevorzugt, die ohne die Zufuhr von Fremdenergie bremst. Zu diesem Zweck kann, wie
Bestätigungskopie in DE 1 025291 5 B3 oder DE 1 0201 501 0495 Al beschrieben, mitels eines
pneumatischen, hydraulischen, elektromagnetischen, elektromechanischen oder piezoelektrischen Antriebs die Federanordnung eines mechanischen Energiespeichers vorgespannt und die dadurch erzielte Bremslüftungsstellung mitels eines
elektromagnetisch oder elektromechanisch betätigten Gesperres fixiert werden. In dieser Halteposition besteht die Möglichkeit, den Stellantrieb von der Federanordnung zu trennen. Wird beispielsweise zu diesem Zweck ein Elektromotor verwendet, kann die bei der Bremslüftungsbewegung verwendete Antriebsspindel in eine Null-Position zurückgefahren werden.
Stellaktoren für das Vorspannen einer Federanordnung, die für hohe Bremskräfte ausgelegt ist, sind typischerweise großbauend. Daher wurden für alternative
Stellantriebe Formgedächtnismaterialien vorgeschlagen, die sich durch eine hohe Kraftdichte auszeichnen und die zur Ausführung einer Stellbewegung einen
Phasenumwandlungseffekt nutzten.
Für ein Bauteil aus einer thermisch aktivierbaren Formgedächtnislegierung,
beispielsweise TiNi, TiNiCu, CuZnNi oder CuAINi, erfolgt zunächst eine plastische Verformung in einer Tieftemperaturphase, für die ein Martensitgefüge vorlieg†. Bei einer Erwärmung auf eine Temperatur, die ausreich†, um das Martensitgefüge in ein Austenitgefüge umzuwandeln, resultiert eine Formveränderung zum Zustand vor der plastischen Verformung. Eine nachfolgende Abkühlung, für die wieder ein
Martensitgefüge eintrit, führt bei einer Einwegeffekt-Formgedächtnislegierung ohne zusätzlichen Kraftaufwand nicht zum ursprünglichen Verformungszustand zurück. Allerdings besteht die Möglichkeit durch mehrere übereinstimmende, plastische Umwandlungs- und Temperaturwechselzyklen das Material so zu trainieren, dass ein Zweiwegeffekt auftrit und ein aktorisches Bauteil geschaffen werden kann, das zwischen zwei definierten Formzuständen in Abhängigkeit der Temperatur wechselt.
Zusätzlich zu einer thermischen Aktivierung des Formgedächtniseffekts sind Materialien bekannt, die aufgrund der Einwirkung eines elektrischen Feldes oder unter der Wirkung von UV-Strahlung einen Phasenwechsel ausführen, wobei die
Gefügeveränderung zu einem Formgedächtniseffekt führt. Beispiele solcher Materialien sind NiMnGa mit einem hohen Formänderungsgrad oder
Formgedächtnispolymere mit einer Zimtsäuregruppe.
Formgedächtnisaktoren zur direkten Kraftbeaufschlagung von Bremskolben
großbauender Windkraftanlagenbremsen sind aus EP 2597329 Al bekannt. Des Weiteren werden durch DE 1 0200701 3421 Al trocken ausgeführte
Fahrzeugscheibenbremsen beschrieben, für die ein über ein Keilgetriebe wirkender Formgedächtnisaktor zur Bremskrafterzeugung verwendet wird. Ferner offenbart DE 1 02005055759 Al eine durch einen Wandlerwerkstoff angetriebene Kinematik mit einem Kniehebel zur Ausführung eines Stellelements für eine Fahrzeugbremse. Nicht beschrieben wird die Nutzung der Kniehebelmechanik im Bereich einer
Totpunktlage.
Des Weiteren sind aus DE 1020050201 26 Al Formgedächtnissteller für die
Sicherheitsverriegelung von Kraftfahrzeugkomponenten im Fall einer Havarie bekannt, die Formgedächtnisaktoren für das Vorspannen eines Federelements offenbaren. Dabei erfolgt die Kraftbeaufschlagung der Federanordnung durch einen
Kniehebelmechanismus in zweischenkliger Ausführung, wobei ein drahtförmiges Formgedächtniselement an den beiden äußeren Gelenkenden fixiert ist und über das Mittelgelenk des Kniehebels verläuft. Die bei einer Aktivierung des
Formgedächtnismaterials entstehenden Zugkräfte im Draht führen zu einer Streckung des Kniehebels, wobei der Bewegungsverlauf bis zur Fixierungsstellung nicht bis in einen Bereich geführt wird, in dem der Totpunkt des Getriebes vorliegt. Zudem liegt für die offenbarte Drahtführung eine flache Ubersetzungskennlinie vor.
Für gattungsgemäße Bremsen mit Keilgetriebe und mechanischem Energiespeicher gibt DE 102009041 907 Al beheiz- oder kühlbare Formgedächtniselemente als mögliche Ausgestaltung für ein Stellglied an. Des Weiteren ist aus
DE 1 020040601 09 Al eine Tellerfederanordnung aus einem Formgedächtnismaterial in direkter Triebverbindung zu einem Bremskolben mit Keilflächen bekannt. Nachteilig an der offenbarten Ausführung ist die aktiv ausgeführte Ansteuerung des
Formgedächtnismaterials beim Bremsen, sodass keine Ruhestrombremse realisiert wird. Dies gilt auch für die durch DE 1 0201 6005003 Al offenbarte Linearbremse, die einen außerhalb des Bremsengehäuses liegenden und damit Zusatzbauraum beanspruchenden Bowdenzugaktor aufweist, der durch einen Formgedächtnisdraht angetrieben wird. Ein Bowdenzugaktor erlaubt die Verwendung großer Drahtlängen, sodass durch den langen Stellweg ein Untersetzungsgetriebe mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis zur direkten Kraftbeaufschlagung eines auf ein Spanngehäuse wirkenden Kolbenelements vorgeschlagen wird. Zum Aufrechterhalten der Bremskraft muss der Formgedächtnisdraht im Bowdenzug zur permanenten Aktivierung dauerbestromt werden. Als Alternative wird die Möglichkeit genannt, die Bremsstellung durch ein zusätzliches Rastelemen† zu fixieren. Nicht offenbart ist eine konstruktive Ausführung für die Aufhebung der Verrastung und für eine Zusatzaktorik, die aufgrund der lediglich Zugkräfte erzeugenden Bowdenzuganordnung zum Lüften der Bremse notwendig ist.
Ferner ist aus DE 10201 61 1 8772 Al eine Bremse mit einem mechanischen
Energiespeicher bekannt, dessen Federanordnung mittels eines Formgedächtnisdrahts gelüftet wird. Zu diesem Zweck stehen die Formgedächtnisdrähte in direkter
Triebverbindung zur Federanordnung. Entsprechend müssen diese zur
Aufrechterhaltung der Lüftungsstellung bis zur Bremsenauslösung durch Bestromung ständig aktiviert bleiben. Beim Bremsen wird für eine erste Ausführungsform der Stromfluss durch den Formgedächtnisdraht unterbrochen, sodass mit Abkühlung des Formgedächtnisdrahts eine Bewegung in Richtung der Bremsstellung erfolgt, die durch die Kraftwirkung der Federanordnung angetrieben wird. Um den Nachteil einer zu langsamen Bremsenauslösung zu überwinden, wird für eine zweite Ausführungsform vorgeschlagen, eine beim Einleiten des Bremsens ausgelöste Trennvorrichtung zwischen den Formgedächtnisdrähten und der Federanordnung vorzusehen, die durch einen zusätzlichen drahtförmigen Formgedächtnissteller bewegt wird. Neben dem Nachteil einer durch Fremdenergie aktivierten Bremsung besteht eine weitere Aufgabe darin, die offenbarte Trennvorrichtung beim Lüften der Bremse wieder in den
Kopplungszustand zu bringen. Hierzu muss das zusätzliche Formgedächtniseiemen† eine Stellbewegung entgegen der Auslöserichtung ausführen, wobei zu diesem Zweck ein drahtförmiger Formgedächtnissteller nicht infrage kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremse mit einem eine
Federanordnung umfassenden mechanischen Energiespeicher zur
Kraftbeaufschlagung eines Keilgetriebes und einen Formgedächtnissteller für die Bremsenlüftung anzugeben, die zu einer kompakten Baugröße und zu hohen wirksamen Bremskräften sowie einer schnellen Bremsauslösung führt. Des Weiteren ist ein Verfahren für den Betrieb einer solchen Bremse anzugeben.
Die Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei gehen die Erfinder von einer Bremse aus, die einen mechanischen Energiespeicher mit einer Federanordnung innerhalb des Bremsengehäuses umfasst, welche den
Betätigungskolben eines Keilgetriebes bis zum Erreichen der Bremsstellung
kraftbeaufschlag†. Das Keilgetriebe dient dem Antrieb wenigstens eines Klemmkörpers, der beim Bremsen in eine Nut einer Führungsschiene oder an einem zu bremsenden, rotierenden Gegenstück eingreift.
Zum Lüften der Bremse dient eine die Federanordnung vorspannende
Aktoreinrichtung. Des Weiteren ist eine Fixierungseinrichtung vorgesehen, die die Bremslüftungsstellung steuerbar aufrechterhält, sodass die Aktoreinrichtung deaktiviert werden kann. Bevorzugt arbeitet die Fixierungseinrichtung nach dem
Ruhestromprinzip, sodass die Bremslüftungsstellung nur solange bestehen bleibt, wie ein Steuersignal anlieg† oder eine kontinuierliche Energieversorgung vorhanden ist. Besonders bevorzugt wird eine Fixierungseinrichtung, die durch einen
Elektrohaftmagnet gebildet wird. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung stellt einen mittels eines Elektrohaftmagneten gesicherten Federkraftaktor dar. Für eine konstruktiv einfache Ausführung kann die Fixierungseinrichtung durch einen Teil der
Aktoreinrichtung für das Lüften der Bremse gebildet werden, sodass die
Fixierungseinrichtung einen Formgedächtnissteller umfasst, der beim Auslösen der Bremse stromfrei geschaltet und damit deaktiviert wird.
Für eine bevorzugte Weitergestaltung weist die Fixierungseinrichtung eine
federelastische Abstützung am Bremsengehäuse auf, die so gestaltet ist, dass ein elastischer Anschlag für eine Bewegung in Bremslüftungsrichtung oder in
Bremsrichtung vorlieg†.
Die Aktoreinrichtung für das Lüften der Bremse umfasst ein mechanisches Getriebe und einen Formgedächtnissteller, wobei die Getriebeeingangsseite mit dem Formgedächtnissteller in ständiger Triebverbindung steht. Entsprechend besteht eine permanente Kopplung der Getriebeausgangsseite mit der Federanordnung des mechanischen Energiespeichers, sodass diese über das mechanische Getriebe in ständiger Triebverbindung zum Formgedächtnissteller steht.
Der Formgedächtnissteller ist so ausgelegt, dass dieser im aktivierten Zustand die Federanordnung des mechanischen Energiespeichers über das mechanische Getriebe in die Bremslüftungsstellung bewegt. Vorliegend wird unter einem
Formgedächtnissteller im aktivierten Zustand der Steller mit einem nach einem
Phasenwechsel vorliegende Gefüge verstanden, das im Vergleich zum nicht aktivierten Zustand eine steilere Spannungsdehnungskennlinie ausweist. Dabei kann ein
Phasenwechsel entweder thermisch, magnetisch oder optisch ausgelöst werden. Für die bevorzugte Ausgestaltung eines Formgedächtnisstellers aus einer thermisch aktivierbaren Formgedächtnislegierung erfolgt eine Phasenumwandlung vom nicht aktivierten Zustand mit einem Martensitgefüge zu einem aktivierten Zustand mit einem Austenitgefüge durch Bestromung oder die Verbindung mit einer externen
Wärmequelle. Vorteilhafterweise wird ein Formgedächtnisdraht verwendet, der im Heißzustand eine höhere Federhärte als im Kaltzustand aufweist, sodass durch das Aktivieren Zugkräfte erzeugt werden, die beim Lüften der Bremse eingangsseitig auf das mechanische Getriebe wirken.
Erfindungsgemäß ist das mechanische Getriebe so ausgelegt, dass eine nichtlineare Getriebekennlinie vorlieg†, wobei der Gradient der Übersetzung des mechanischen Getriebes für den gesamten Verlauf der gegen die Kraft der Federanordnung gerichteten Getriebebewegung in Richtung der Bremslüftungsstellung monoton ansteigt und der Betrag der Übersetzung des mechanischen Getriebes in der
Bremslüftungsstellung größer eins ist und mindestens dem Doppelten der Übersetzung in der Bremsstellung entspricht. Für eine bevorzugte Ausgestaltung beträgt der Betrag der Übersetzung des mechanischen Getriebes in der Bremslüftungsstellung mindestens dem Fünffachen der Übersetzung in der Bremsstellung.
Unter dem Begriff Übersetzung wird vorliegend das Verhältnis zwischen
Antriebsgeschwindigkeit und Abtriebsgeschwindigkeit am mechanischen Getriebe verstanden, wobei unabhängig von der Kraftflussrichtung die Getriebeeingangsseite, der die Antriebsgeschwindigkeit zugeordnet ist, in ständiger Triebverbindung zum Formgedächtnissteller steht. Entsprechend besteht auf der Getriebeausgangsseite eine ständige Triebverbindung zur Federanordnung, deren durch das Getriebe
angetriebene Bewegung die Abtriebsgeschwindigkeit zugeordnet wird. Diese
Festlegung bleibt vorliegend auch dann bestehen, wenn sich beim Bremsen, das heißt bei einer Getriebebewegung von der Bremslüftungsstellung zur Bremsstellung, der Kraftfluss im mechanischen Getriebe umkehrt.
Die erfindungsgemäße Getriebeauslegung führt zu mehreren Vorteilen. Zum einen kann die Fixierungseinrichtung so angeordnet werden, dass diese wenigstens mittelbar über das mechanische Getriebe auf die Federanordnung wirkt und bei einem
Untersetzungsgetriebe entsprechend der verringerten Haltekraftanforderung
kleinbauend und im Hinblick auf die Ansteuerung stromsparend ausgelegt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der für eine Getriebebewegung in Lüftungsrichtung zunehmend steiler ansteigenden Ubersetzungskennlinie ist in einer verbesserten Ausnutzung der aktorischen Kapazität des Formgedächtnisstellers und in einer vorteilhaften
Endannäherung an die Lüftungsstellung zu sehen. Dabei haben die Erfinder erkannt, dass die nichtlineare Spannungsdehnungskennlinie des Formgedächtnisstellers im aktivierten Zustand mit einer Austenitphase bei geringer Dehnung und einer spannungsinduzierten Mischphase für eine zunehmende Dehnung besonders gut ausgenutzt werden kann, wenn die beim Bremslüften eingangsseitig am mechanischen Getriebe aufzubringenden Stellkräfte im Bewegungsverlauf bis zur
Bremslüftungsstellung für die Endannäherung im Bereich der Bremslüftungsstellung am stärksten abnehmen. Als Folge erlaubt eine verbesserte Materialausnutzung des Formgedächtnisstellers einen kompakt bauenden Aktor, der bevorzugt vollständig innerhalb des Bremsengehäuses angeordnet ist.
Für eine vorteilhafte Ausgestaltung wirkt ein zugerzeugender Formgedächtnissteller, insbesondere ein Formgedächtnisdraht, auf einen Führungsschlitten, der parallel zur Bewegungsrichtung der Federanordnung im mechanischen Energiespeicher bewegt wird. Für eine weitere bevorzugte Ausführung wird ein Formgedächtnisdraht verwende†, der von einem Festloger am Bremsengehäuse über Umlenkrollen zu einem Loselager am mechanischen Getriebe verläuft.
Die Erfinder haben erkannt, dass es vorteilhaft ist, die Endannäherungsphase an die Fixierungseinrichtung beim Lüften der Bremse, in den steilsten Abschnitt der
Ubersetzungskennlinie zu legen. Dies ermöglicht, die abschließende
Annäherungsphase an die Fixierungsposition gegen eine stark verringerte Gegenkraft ausführen zu können. Mithin erlaubt der monoton ansteigende Gradient der
Übersetzung für eine Getriebebewegung von der Bremsstellung zur
Bremslüftungsstellung gegen die Kraftwirkung des Federpakets ein präzises Anfahren der Halteposition, wobei für eine vorteilhafte Ausgestaltung ein Positionssensor zum Erfassen der Annäherungsbewegung an die Bremslüftungsstellung verwendet wird.
Des Weiteren besteht eine vorteilhafte Weiterentwicklung darin, mittels eines Sensors die Temperatur- und/oder den Widerstand des Formgedächtnisstellers zu erfassen, sodass eine Positionsbestimmung aus der Spannungsdehnungskennlinie abgeleitet werden kann.
Wesentlich ist ferner, dass der erfindungsgemäß gewählte Übersetzungsverlauf dazu führt, dass das Lüften der Bremse zunächst mit einem hohen Aktivierungsgrad des Formgedächtnisstellers beginnt, der im Verlauf der Lüftungsbewegung zurückgefahren werden kann. Damit wird für einen thermisch aktivierbaren Formgedächtnissteller der Anfangsabschnitt der Lüftungsbewegung mit einer hohen Temperatur betrieben, sodass große initiale Stellkräfte resultieren. Bedingt durch den monoton ansteigenden Gradienten der Übersetzung für eine Getriebebewegung von der Bremsstellung zur Bremslüftungsstellung und aufgrund der zusätzlichen Anforderung, dass der Betrag der Übersetzung des mechanischen Getriebes in der Bremslüftungsstellung größer eins ist und mindestens dem Doppelten der Übersetzung in der Bremsstellung entspricht, kann der Aktivierungsgrad des Formgedächtniselements in der Endphase der
Lüftungsbewegung abgesenkt werden. Entsprechend wird das Formgedächtniselement bei der Endannäherung gerade über der Schwelle einer Phasenumwandlung zurück zum nichtaktivierten Zustand gehalten, wobei eine verringerte Spannung im aktivierten Formgedächtniselement bedeutet, dass auch die Rückumwandlungstemperatur tiefer liegt. Als Folge kann nach dem Erreichen der Bremslüftungsstellung innerhalb kürzester Zeit eine Bremsung ausgelöst werden, wobei die erfindungsgemäße Anordnung verlang†, dass beim Bremsen die zur Verfügung stehende
Federkraftwirkung ausreicht, um nicht nur den Klemmkörper der Bremse über das Keilgetriebe mit einer Bremskraft zu beaufschlagen, sondern es besteht aufgrund der dauerhaften Ankopplung des Formgedächtnisstellers die zusätzliche Anforderung, auch diesen wieder in die Bremsstellung zurückzuführen. Wird für den
Formgedächtnissteller ein drahtförmiges Element verwendet, bedeutet dies, dass beim Bremsen eine Längung des Formgedächtnisdrahts ausgeführt werden muss. Dies setzt voraus, dass sich der Formgedächtnissteller im nicht aktivierten Zustand befindet. Für ein thermisch aktivierbares Formgedächtnismaterial muss daher nach dem Lüften der Bremse eine Abkühlungsphase abgewartet werden, die aufgrund der
erfindungsgemäß gewählten Getriebecharakteristik verkürzt ist.
Für eine bevorzugte Weitergestaltung umfasst die Aktoreinrichtung für das Lüften der Bremse eine Vielzahl parallel wirkender und einzeln ansteuerbarer
Formgedächtniselemente. Dadurch kann die erfindungsgemäße Getriebecharakteristik dazu verwendet werden, die Endannährung an die Haltepositionen der
Bremslüftungsstellung nur mit einem Teil der einzeln ansteuerbaren
Formgedächtniselemente im aktivierten Zustand auszuführen, sodass die
Abkühlungsphase weiter verkürzt wird.
Für eine bevorzugte Ausgestaltung ist das mechanische Getriebe als Kniehebelgetriebe ausgebildet. Der erfindungsgemäß monoton ansteigende Gradient der Übersetzung wird durch eine Getriebekinematik realisiert, die dazu führt, dass die
Bremslüftungsstellung innerhalb eines Bereichs um eine Getriebe-Totpunktlage angeordnet ist. Vorliegend wird unter dem Bereich einer Getriebe-Totpunktlage eine Stellung des Kniehebelgetriebes verstanden, für die der Betrag der Übersetzung mindestens 5 oder mindestens 1 0 beträgt. Dabei sind zwei unterschiedliche
Ausgestaltungen möglich. Für eine erste Variante erfolgt die Bewegung zur
Bremslüftungsstellung auf die Getriebe-Totpunktlage zu, ohne dass diese vollständig erreicht wird. Dies führt zu einer einfachen Gestaltung, wenn die Kraftwirkung der Federanordnung auch noch in der Bremslüftungsstellung ausreich†, um beim Bremsen die Längung des nicht aktivierten Formgedächtnisstellers zu bewirken. Entsprechend wird für die erste Variante eine Fixierungseinrichtung mit einem Elektrohaftmagnet verwende†, der die Kraft der Federanordnung in der Bremslüftungsstellung über wenigstens einen Teil des mechanischen Getriebes auffängt.
Für eine vorteilhafte Weitergestaltung der ersten Variante kann für eine schnellere Bremsenauslösung die über das mechanische Getriebe wirkende Kraft der
Federanordnung in der Lüftungsstellung durch ein Zusatzbremsfedersystem verstärkt werden, das über einen begrenzten Wegabschnitt auf das Getriebe wirkt. Auch diesem Zusatzbremsfedersystem kann eine nach dem Ruhestromprinzip arbeitende
Fixierungseinrichtung zugeordnet werden.
Für die zweite Ausführungsvariante mit einem Kniehebelgetriebe führt die
Getriebebewegung beim Lüften der Bremse über die Getriebe-Totpunktlage hinaus bis zu einem Haltepunkt, der innerhalb des voranstehend definierten Bereichs mit einem Betrag der Übersetzung von mindestens 5 und bevorzugt mindestensl O um die Getriebe-Totpunktlage liegt. Der Betrag der Übersetzung wird betrachtet, da sich nach dem Durchlaufen der Getriebe-Totpunktlage die Bewegungsrichtung am
Getriebeausgang umkehrt und die Übersetzung einen negativen Wert annimmt.
Demnach schließt an die gegen die Kraft der Federanordnung gerichtete
Getriebebewegung beim Lüften bis zum Totpunkt mit zunehmenden Gradient der Übersetzung ein begrenzter Abschnitt mit einer fallenden Übersetzungskennlinie an, für den die Federanordnung antreibend wirkt.
Für die Bremslüftungsstellung der zweiten Ausführungsvariante kann nach dem
Auslösen der Fixierungseinrichtung die Federanordnung des mechanischen
Energiespeichers selbst keine Rückwärtsbewegung über die Getriebe-Totpunktlage ausführen. Daher wird eine separate Bremsauslöseanordnung vorgesehen, die bevorzugt als weiteres Federkraftelement ausgebildet ist, dessen Krafteinleitungspunkt und/oder Kraftrichtung am Kniehebelgetriebe sich von jener der Federanordnung unterscheidet, die in Triebverbindung zum Klemmkörper der Bremse steht. Die
Bremsauslöseanordnung dient dazu, den Kniehebel zurück über den Getriebe- Totpunkt zu verlagern. Entsprechend wird bevorzugt die Kraftwirkung der separaten Bremsauslöseanordnung auf einen Teilabschnitt der Getriebebremsbewegung zu begrenzen, der besonders bevorzugt nur den Bereich der Getriebe-Totpunktlage umfasst. Die Getriebebewegung der zweiten Variante, die beim Lüften der Bremse über die Getriebe-Totpunktlage hinaus geführt wird, erfordert eine Ausgestaltung der
Fixierungseinrichtung zum steuerbaren Halten der Bremslüftungsstellung, die eine Rückhaltekraft auf die separate Bremsauslöseanordnung ausübt. Bevorzugt wird ein Elektrohaftmagnet verwendet, der in der Bremslüftungsstellung entweder direkt auf die Bremsauslöseanordnung oder über wenigstens einen Teil des mechanischen Getriebes auf diese wirkt und bevorzugt unter Bestromung für die Bremslüftungsstellung gespannt hält. Für eine alternative Ausgestaltung, die nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitet, dient ein Elektrohubmagnet zur Ausbildung der Fixierungseinrichtung und der Bremsauslöseanordnung der zweiten Variante.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der
Figurendarstellungen erläutert, die im Einzelnen Folgendes darstellen:
Fig. 1 zeigt einen Schlitten mit einer einen Formgedächtnissteller umfassenden
Linearbremse an einer Führungsschiene in perspektivischer Ansicht.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremse in der
Bremsstellung als Seitenschnittansicht.
Fig. 3 zeigt die Linearbremse aus Figur 2 in der Bremslüftungsstellung.
Fig. 4 zeigt die Querschnittsansicht B-B aus Figur 2.
Fig. 5 zeigt die Phasenumwandlungscharakteristik eines thermisch aktivieren
Formgedächtnismaterials.
Fig. 6 zeigt den Temperaturverlauf der Phasenumwandlungstemperaturen aus
Figur 5.
Fig. 7 zeigt Dehnungsspannungskennlinien eines thermisch aktivierbaren
Formgedächtnismaterials.
Fig. 8 zeigt die Ubersetzungskennlinie des mechanischen Getriebes für die in den
Figuren 2 - 4 dargestellte erste Ausführungsform. Fig. 9 stell† für das Getriebe gemäß Figur 8 den Bewegungsverlauf sowie die getriebeeingangsseitig wirksamen Kräfte bei einer Bremslüftungsbewegung dar.
Fig. 1 0 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremse in der
Bremsstellung als Seitenschnittansicht.
Fig. 1 1 zeigt die zweite Ausführung aus Figur 10 in der Bremslüftungsstellung.
Fig. 1 2 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremse in der
Bremsstellung als Seitenschnittansicht.
Fig. 1 3 zeigt die dritte Ausführungsform gemäß Figur 1 2 in der
Bremslüftungsstellung.
Fig. 1 4 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremse in der
Bremsstellung als Seitenschnittansicht.
Fig. 1 5 zeigt die Linearbremse aus Figur 1 4 in der Bremslüftungsstellung.
Fig. 1 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremse in der
Bremsstellung als Seitenschnittansicht.
Fig. 1 7 zeigt die Bremse aus Figur 1 6 in der Bremslüftungsstellung.
Figur 1 zeigt in schematischer Vereinfachung eine perspektivische Ansicht eines Schlittens 1 an einer Führungsschiene 2 mit einem doppelt prismatischen Profil. Der Schlitten 1 weist ein Bremsengehäuse 4 auf, in dem ein Formgedächtnissteller 1 7 mit einzeln ansteuerbaren Formgedächtniselementen 1 8.1 - 1 8.5 angeordnet ist. Das Bremsengehäuse 4 umfasst einen Gehäusemittelteil 5, der von einem
Gehäusedeckel 6 und einem Gehäuseboden 7 abgedeckt wird. Dabei umgreift der Schlitten 1 die Profilschiene 2 U-förmig, wobei eine Doppelanordnung mit einer ersten Linearbremse im ersten Gehäuseseitenteil 26 und einer zweiten Linearbremse im zweiten Gehäuseteil 27 vorlieg†. Beide Gehäuseseitenteile 26, 27 sind durch ein Gehäuseoberteil 28 verbunden. Figuren 2 und 3 zeigen Längsschnite A-A für eine erste Ausführung der Erfindung in schematischer Vereinfachung, wobei eine zugehörige Querschnitsansicht B-B durch die Mitelebene des Keilgetriebes 9 in Figur 4 gezeigt ist. Dargestellt ist ein
mechanischer Energiespeicher 1 2 mit einer Federanordnung 1 3, die über die
Schubstange 34 in direkter Triebverbindung zum Betätigungskolben 1 0.1 eines Keilgetriebes 9 steht. Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass Betätigungskolben 10.1 - 10.4 mit Schrägflächen, denen Wälzlager 1 1 .1 - 1 1 .4 zugeordnet sind, beim Bremsen eine Kraftwirkung auf die Klemmkörper 3, 3.1 ausüben.
Für das Spannen der Federanordnung 1 3 beim Lüften der Bremse zeigt Figur 2 eine Aktoranordnung 14 mit einem mechanischen Getriebe 1 6 und einem
Formgedächtnissteller 1 7 in Form eines Formgedächtnisdrahts 20. Der
Formgedächtnisdraht 20 bildet mehrere Wicklungen zwischen einem Festlager 32 am Gehäusemitelteil 5 und einem Loselager 33 innerhalb eines Führungsschlitens 21 , der sich in einem Gleitlager 30 zwischen dem Gehäusemitelteil 5 und dem
Gehäusedeckel 6 bewegt. Der Führungsschliten 21 steht mit der Eingangsseite des mechanischen Getriebes 1 6 über das Starrglied 35.3 in direkter Triebverbindung. Getriebeausgangsseitig liegt eine weitere ständige Triebverbindung zwischen dem mechanischen Getriebe 1 6 über das Starrglied 35.1 und die Schubstange 34 zur Federanordnung 1 3 vor.
Für die dargestellte bevorzugte Ausführung ist der Formgedächtnisdraht 20 an den jeweiligen Umlenkungsabschniten durch eine Klebeverbindung stoffschlüssig mit dem Festlager 32 oder dem Loselager 33 verbunden, sodass einzeln ansteuerbare
Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 entstehen. Die zugehörigen separaten elektrischen Kontaktierungen der einzeln ansteuerbaren Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 sind in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellt.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Getriebecharakteristik mit einem monoton ansteigenden Gradienten der Übersetzung für eine gegen die Kraft der
Federanordnung 1 3 gerichtete Getriebebewegung in Richtung der
Bremslüftungsstellung LS dient ein Kniehebelgetriebe mit den Starrgliedern 35.1 , 35.2 und 35.3. Das Festlager wird durch das Drehlager 36.3 am mitleren Starrglied 35.2 gebildet, an dem zusätzlich mit den Drehlagern 36.2 und 36.4 Loselager vorliegen. Die getriebeeingangsseitige Kopplung zum Führungsschlitten 21 erfolgt über das als Loselager ausgebildete Drehlager 36.5. Zwischen dem ersten Starrteil 35.1 und der Schubstange 34 liegt mit dem Drehlager 36.1 ein weiteres Loselager vor.
Durch die gehäuseseitige Führung der Schubstange 34 erfolgt die Bewegung der Federanordnung 1 3 parallel zur Bewegung des Führungsschlittens 21 mit dem
Formgedächtnissteller 1 7. Durch diese Parallelführung ergibt sich eine kompakte Bauform, die die gesamte Längserstreckung des Gehäusemittelteils 5 zur
Unterbringung hinreichend langer, einzeln ansteuerbarer Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 ausnutz†.
Figur 2 zeigt das mechanische Getriebe 1 6 in der Bremsstellung BS. Zum Lüften der Linearbremse werden die einzeln ansteuerbaren Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 bestromt und durch ein Aufheizen über die Phasenumwandlungstemperatur aktiviert. Damit ergibt sich als Folge eine erhöhte Spannung der einzeln ansteuerbaren
Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2, die den Führungsschlitten 21 bis zur Anlage an der Fixierungseinrichtung 1 5 bewegen. Für die dargestellte Ausführung wird die Fixierungseinrichtung 15 durch einen Elektrohaftmagnet gebildet. Bevorzugt weist dieser eine rückseitige federelastische Abstützung 29 auf, die so gestaltet ist, dass eine Einfederung in Bremslüftungsrichtung möglich ist und ein Anschlag zur
Bewegungsbegrenzung in Bremsrichtung vorliegt. In dieser Stellung, die in Figur 3 als Lüftungsstellung LS gezeigt ist, wird die Lage des Führungsschlittens 21 durch
Bestromung des Elektrohaftmagnetes der Fixierungseinrichtung 1 5 fixiert, sodass der Heizstrom am Formgedächtnissteller 1 7 abgeschaltet werden kann und dieser wieder zum erkalteten Zustand zurückgeführt wird, in dem eine Bremsenauslösung möglich ist.
Die Bewegung von der Bremsstellung BS in die Bremslüftungsstellung LS führt für die in den Figuren 2 und 3 gezeigte Ausführung auf den Getriebe-Totpunkt zu, ohne dass die Totlage erreicht wird. In dieser Stellung kann durch die Kraftwirkung der
Federanordnung 1 2 unter Voraussetzung eines hinreichend erkalteten
Formgedächtnisstellers 1 7 ohne eine zusätzliche Aktorik das Bremsen durch ein Auslösen des Elektrohaftmagneten an der Fixierungseinrichtung 1 5 bewirkt werden. Zur Verdeutlichung der Stellbewegung des Formgedächtnisstellers 1 7 und die daraus folgende Anforderung an die Getriebeauslegung wird auf Figuren 5 - 7 verwiesen. Figur 5 zeigt den Martensitanteil im Gefüge eines thermisch aktivierbaren
Formgedächtnismaterials beim Durchlaufen eines Temperaturzyklus. Für den erkalteten Formgedächtnissteller 1 7 liegt ein vollständiges Martensitgefüge vor, wobei durch Erwärmen ab einer initialen Austenittemperaturschwelle As eine sukzessive Umwandlung von Martensit in Austenit eintritt, die bei einer finalen
Austenittemperaturschwelle Af abgeschlossen ist. Für das erneute Abkühlen liegt ein Hystereseeffekt vor, wobei eine unterhalb Af liegende initiale
Martensittemperaturschwelle Ms die beginnende Rückbildung zu Martensit markiert und die Rückbildung bei einer finalen Martensittemperaturschwelle Mf vollständig abgeschlossen ist, die wiederum unterhalb As liegt. Wie in Figur 6 dargestellt, sind die Temperaturschwellen Mf, Ms, As und Af vom Spannungszustand des
Formgedächtnismaterials abhängig.
Aus den in Figur 7 schematisch skizzierten Dehnungsspannungskennlinien ist ersichtlich, dass für die Martensitphase ein pseudoplastischer Bereich vorlieg†, an den sich Kurvenverläufe anschließen, die denen eines Stahlfederelements ähneln. Im pseudoplastischen Bereich liegt ein Plateau vor, bei dem das Formgedächtnismaterial mit Martensitgefüge eine nahezu waagrechte Dehnungsspannungskennlinie aufweist. Erfolgt die Umwandlung von Martensit zu Austenit durch die in Figuren 5 und 6 illustrierte Erwärmung, zeigt der Formgedächtnissteller 1 7 eine wesentlich steilere Spannungsdehnungskennlinie, die ab einem bestimmten Dehnungsgrad einen Knick zu einem pseudoelastischen Verhalten aufweist, die durch eine Mischphase von Austenit und durch Spannung im Gefüge gebildetes Martensit gekennzeichnet ist. Wie in der schematischen Darstellung gezeigt, weist das Formgedächtnismaterial im pseudoelastischen Bereich ein ausgeprägtes Hystereseverhalten auf. Des Weiteren kann die Dehnungsspannungskennlinie für die Austenitphase durch eine
Temperatureinstellung angepasst werden. Dabei liegt die gestrichelt dargestellte Kennlinie im Vergleich zur durchgezogenen Kennlinie für die Austenitphase bei einer höheren Temperatur. Entsprechend kann beim Lüften der Bremse durch ein
hinreichendes Aufheizen des Formgedächtnisstellers 1 7 zunächst bei einer initial vorliegenden Dehnung des aktivierten Materials im Bereich von 3 - 4 % eine durch die Temperaturführung einstellbare, hinreichend große Kraft auf das mechanische
Getriebe ausgeübt werden, sodass eine Getriebebewegung auch für kleinere
Übersetzungen gegen die Wirkung der Federanordnung 1 3 ausgeführt werden kann. Um mit einer kurzen Drahtlänge für die einzeln ansteuerbaren
Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 des Formgedächtnisstellers 1 7 arbeiten zu können, die eine kompakte Baugröße erlaubt, kann der Bereich einer steil abfallenden Dehnungsspannungskennlinie in der Austenitphase ausgenutzt werden, wenn das zwischengeschaltete mechanische Getriebe 1 6 die erfindungsgemäß geforderte Charakteristik mit einem monoton ansteigenden Gradienten der Übersetzung, solange die Bewegung gegen die Kraft der Federanordnung erfolgt, aufweist.
Figur 8 zeigt die Kinematik des mechanischen Getriebes 1 6 für die erste Ausgestaltung gemäß Figuren 2 und 3. GE bezeichnet die Wegstrecke des Getriebeeingangs für eine Bewegung von der Bremsstellung BS in die Lüftungsstellung LS, gegen die in Figur 9 die Wegstrecke des Getriebeausgangs GA durchgezogen aufgetragen ist, die mit zunehmender Bewegung zur Lüftungsstellung LS abflach†. Entsprechend steigt die Übersetzung I wie in Figur 8 dargestellt an, die im Getriebe-Totpunkt TP theoretisch einen unendlichen Wert annimm†. Die negative Übersetzungskennlinie für eine Bewegung über den Getriebe-Totpunkt TP hinaus ist im Einzelnen nicht dargestellt.
Erfindungsgemäß werden die Bremsstellung BS und die Bremslüftungsstellung LS so festgelegt, dass in der Endannäherungsphase der Lüftungsbewegung eine hohe Übersetzung I vorlieg†, solange gegen die Federanordnung 1 6 gearbeitet wird, d.h. am Getriebeausgang A eine entgegen GA gerichtete Kraft vorlieg†. Gefordert wird in der Bremslüftungsstellung LS ein Betrag der Übersetzung I größer eins, der mindestens dem Doppelten und bevorzugt dem Fünffachen der Übersetzung I für die
Bremsstellung BS entspricht. Besonders bevorzugt wird eine Annäherung an die Getriebe-Totpunktlage TP, für die das Kniehebelgetriebe einen Betrag der Übersetzung I von mindestens 5 und bevorzugt mindestens 1 0 aufweist.
Die Übersetzungsschwelle mit einer Verdopplung des Betrags der Übersetzung, der den Bereich kennzeichnet, der eine Annäherung ohne große Gegenkräfte an den Fixierungseinrichtung 1 5 erlaubt, ist als strichpunktierte Waagrechte in Figur 8 dargestellt. Die bevorzugt verfünffachte Übersetzungsschwelle ist in Figur 8 strichzweipunktiert skizziert. Die gewählte Getriebecharakteristik ermöglicht es, dass der initial beim Lütten der Bremse hoch eingestellte Aktivierungsgrad im
Formgedächtnissteller 1 7 im letzten Abschnitt der Bremslüftungsbewegung reduziert werden kann. Demnach wird bevorzugt, für die Endannäherungsphase in einem Temperaturbereich zu arbeiten, der nur geringfügig über der in der Figur 5
dargestellten initialen Martensitschwelltemperatur Ms liegt oder es wird ein
Arbeitspunkt im Mischphasenbereich innerhalb des Temperaturintervalls zwischen Ms und Mf eingestellt. Dies führt zu einer vorteilhaft schnellen Auslösbarkeit der Bremse nach dem Erreichen der Bremslüftungsstellung LS, da die Abkühlzeit des
Formgedächtnisstellers 1 7 verkürzt werden kann.
Zur Verdeutlichung der abnehmenden Kraftanforderung im Verlauf der
Lüftungsbewegung wird auf die strichpunktierte Kurve in Figur 9 verwiesen, die die notwendige Kraft am Getriebeeingang E darstellt, um am Getriebeausgang A die Federanordnung 1 3 zu komprimieren. Dieser Kraftverlauf steht beim Auslösen der Bremse zur Verfügung, um den Formgedächtnisteller 1 7 zu längen. Die hierfür notwendige Kraft, unter Voraussetzung, dass ein erkalteter, nicht aktivierter
Formgedächtnissteller 1 7 vorlieg†, wird durch die strichdoppelpunktierte Kurve in Figur 9 gezeigt. Ersichtlich ist, dass die aus der Federanordnung 1 3 zur Verfügung stehende antreibende Kraft beim Bremsen auch am Anfang der Stellbewegung hinreichend groß ist, wobei der Formgedächtnissteller 1 7 bevorzugt so ausgelegt wird, dass mit einer zunehmenden Längung der in Figur 7 gezeigte pseudoplastische Bereich der Martensitphase erreicht wird, sodass im Verlauf der Bremsbewegung ein sukzessiv ansteigender Kraftanteil für die Beaufschlagung der Klemmkörper 3 zur Verfügung steht.
Für die Ausgestaltung, für die der Formgedächtnissteller 1 7 einzeln ansteuerbare Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 umfasst, wird bevorzugt bereits in der Phase der Endannäherung an die Bremslüftungsstellung LS aufgrund der verringerten
Anforderung an die Stellkraft ein Teil der einzeln ansteuerbaren
Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 deaktiviert. Damit wird die mittlere Temperatur des Formgedächtnisstellers 1 7 verringert, sodass die aktiviert verbleibenden
Formgedächtniselemente 1 8.1 , 1 8.2 nach dem Erreichen der Bremslüftungsstellung LS schneller abkühlen können und somit die Zeitspanne, für die nach dem Lüften keine erneute Bremsung ausgeführt werden, weiter verringert wird.
Für eine zweite, konstruktiv vereinfachte Ausführungsform der Erfindung stellen die in Figuren 1 0 und 1 1 gezeigten seitlichen Schnittansichten die Bremsstellung BS und die Lüftungsstellung LS dar. Die mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmenden Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Für die zweite Ausführungsform wird die Fixierungseinrichtung durch das einzeln ansteuerbare Formgedächtniselement 1 8.1 des Formgedächtnisstellers gebildet.
Dieses bleibt in der Bremslüftungsstellung LS dauerhaft aktiviert und erzeugt über das mechanische Getriebe 1 6 eine Gegenkraft zur komprimierten Federanordnung 1 3 des mechanischen Energiespeichers 1 2. Um sicherzustellen, dass das mechanische Getriebe 1 6 für die Bremslüftungsstellung LS den Getriebe-Totpunkt nicht
überschreitet, wird die Bewegung des Führungsschlittens 21 beim Lüften der Bremse durch einen einstellbaren Anschlag 38 begrenzt. Zum Einleiten einer Bremsung wird auch das Formgedächtniselement 1 8.1 stromfrei geschaltet und gibt nach dem
Erkalten unter die Rückumwandlungstemperatur die komprimierte Federanordnung 1 3 frei. Aufgrund der verzögerten Bremsauslösung eignet sich die zweite Ausführungsform als Standbremse.
Für eine dritte Ausführungsform der Erfindung stellen die in Figuren 1 2 und 1 3 gezeigten seitlichen Schnittansichten die Bremsstellung BS und die Lüftungsstellung LS dar. Die mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel übereinstimmenden
Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird für das dritte
Ausführungsbeispiel die Getriebebewegung beim Lüften der Bremse in einem eng begrenzten Abschnitt über die Getriebe-Totpunktlage TP hinausgeführt, indem die Federkräfte noch so klein sind, dass die Aktivierung des Formgedächtnisstellers 1 7 entsprechend zu den obigen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden kann.
Bevorzugt wird eine Einstellung der Bremslüftungsstellung BS im Bereich der Getriebe- Totpunktlage TP, für die das Kniehebelgetriebe einen Betrag der Übersetzung von mindestens 5 und bevorzugt mindestens 1 0 aufweist. Für das drite Ausführungsbeispiel gilt das Erfordernis eines monoton ansteigenden Gradienten der Übersetzung nur bis zum Getriebe-Totpunkt TP, d.h. für den Verlauf der Lüftungsbewegung, die gegen die Kraft der Federanordnung 1 3 gerichtet ist.
Durch die nach der Getriebe-Totpunktlage in Richtung der Bremslüftungsbewegung wirkende Kraft der Federanordnung 1 3 kann die komprimierte Federanordnung 1 3 aus der Bremslüftungsstellung keine Bremsauslösung bewirken und es bedarf einer zusätzlichen Bremsauslöseanordnung 1 9, deren Krafteinleitungspunkt und/oder deren Kraftrichtung am mechanischen Getriebe 1 6 sich von jener der Federanordnung 1 3 unterscheidet, um beim Bremsen den Kniehebel wieder über den Getriebe-Totpunkt zu verlagern. Dabei kann die Bremsauslöseanordnung 1 9 als Federeiemen† ausgebildet werden. Bevorzugt ist, den räumlichen Wirkungsbereich der
Bremsauslöseanordnung 1 9 auf einen Bereich um die Getriebe-Totpunktlage TP zu begrenzen. Vorteilhafterweise betrifft dies einen Abschnit, in dem ein Betrag der Übersetzung von mindestens 5 und bevorzugt mindestens 10 vorlieg†. Des Weiteren kann auch für die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ausgestaltung der Erfindung mit einer Bremslüftungsstellung BL vor dem Getriebe-Totpunkt TP ein die
Bremsenauslösung beschleunigendes Zusatzbremsfedersystem mit Wirkung auf den Kniehebel zur Unterstützung der Einleitung der Bremsphase verwendet werden.
Figuren 14 und 1 5 verdeutlichen eine vierte erfindungsgemäße Ausgestaltung, die wie die drite Ausführung von einer Getriebebewegung beim Lüften der Bremse ausgeht, die in einem eng begrenzten Abschnit über die Getriebe-Totpunktlage TP hinausführ†. Im Unterschied zur vorherigen Ausgestaltung wirkt die Fixierungseinrichtung 1 5 in Form eines Elektrohaftmagneten an der Bremsauslöseanordnung 1 9.
Figuren 1 6 und 1 7 zeigen eine fünfte erfindungsgemäße Ausgestaltung, wobei die mit den vorherigen Ausführungsbeispielen übereinstimmenden Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zu den vorherigen
Ausführungsbeispielen umfasst das mechanische Getriebe 1 6 einen Kniehebel mit einer Doppelschenkelanordnung, die durch die Starrkörper 35.1 und 35.2, das Drehlager 36.3 als Festlager und die Drehlager 36.1 und 36.2 als Loselager gebildet wird. Als Formgedächtnissteller 1 7 wird ein mäandrierend um Umlenkrollen 22.1 - 22.5 geführter und zwischen einem gehäuseseitigen Festlager 32 und einem im Bereich des Mitengelenks am ersten Starrglied 35.1 angeordnetes Loselager 33 aufgespannter Formgedächtnisdraht 20 verwendet. Diese Anordnung erlaubt, für eine flach bauende Bremse einen hinreichend langen Formgedächtnisdraht 20
unterzubringen sowie einen Kraftangriffspunkt und eine Krafteinleitung am Kniehebel zu realisieren, die die erfindungsgemäße Ubersetzungscharakteristik bewirken.
Zusätzlich ist für das fünfte Ausführungsbeispiel ein Positionssensor 24 zur Steuerung der finalen Annäherung an die Bremslüftungsstellung BL vorgesehen. Die hierfür eingesetzte Steuerungselektronik ist im Einzelnen nicht dargestellt. Alternativ oder ergänzend kann für eine geregelte oder gesteuerte Annäherungsbewegung eine Sensoreinrichtung 23 am Formgedächtnisdraht 20 verwendet werden, die eine Temperatur- und/oder Widerstandsmessung ausführ†, um aus der Drahtlängung die Getriebestellung ermitteln zu können. Des Weiteren liegt am Gehäuseboden 7 ein einstellbarer Anschlag 37 für das Kniehebelgetriebe vor.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche.
Bezugszeichenliste
Schlitten
Führungsschiene
, 3.1 Klemmkörper
Bremsgehäuse
Gehäusemittelteil
Gehäusedeckel
Gehäuseboden
, 9.1 Keilgetriebe
0.1 - 10.4 Betätigungskolben
1 .1 - 1 1 .4 Wälzlager
2, 1 2.1 mechanischer Energiespeicher
3, 13.1 Federanordnung
4 Aktoreinrichtung
5 Fixierungseinrichtung
6, 16.2 mechanisches Getriebe
7 Formgedächtnissteller
8.1 - 18.5 einzeln ansteuerbares Formgedächtniseiemen†9 Bremsauslöseanordnung
0 Formgedächtnisdraht
1 Führungsschlitten
2.1 - 22.5 Umlenkrolle
3 Sensoreinrichtung
4 Positionssensor
5 Profilnut
6 erstes Gehäuseseitenteil
7 zweites Gehäuseseitenteil
8 Gehäuseoberteil
9 federelastische Abstützung 30 Gleitlager
31 Gleitlager
32 Festlager
33 Loselager
34, 34.1 Schubstange
35.1 , 35.2,
35.3 Starrglied
36.1 - 36.8 Drehlager
37 Anschlag
38 Anschlag
LS Bremslüftungsstellung
BS Bremsstellung
E Getriebeeingangsseite
A Getriebeausgangsseite
GE Wegstrecke des Getriebeeingangs
GA Wegstrecke des Getriebeausgangs

Claims

Patentansprüche
1 . Bremse, umfassend
ein Bremsengehäuse (4);
wenigstens einen Klemmkörper (3) zur Bremskraftbeaufschlagung eines abzubremsenden, linear bewegten oder rotierenden Gegenstücks;
einen mechanischen Energiespeicher (1 2) mit einer Federanordnung (1 3), die beim Bremsen einen in wenigstens mittelbarer Triebverbindung zum
Klemmkörper (3) stehenden Betätigungskolben (10.1 , 1 0.2) eines Keilgetriebes (9) bis zum Erreichen der Bremsstellung (BS) kraftbeaufschlagt;
eine Aktoreinrichtung (1 4) zum Lüften der Bremse; und
eine Fixierungseinrichtung (1 5) zum steuerbaren Halten der
Bremslüftungsstellung (LS);
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aktoreinrichtung (1 4) ein mechanisches Getriebe (1 6) und einen
Formgedächtnissteller (1 7) umfasst, wobei die Fixierungseinrichtung (1 5) in der Bremslüftungsstellung (LS) wenigstens mittelbar über das mechanische Getriebe (1 6) auf die Federanordnung (1 3) oder auf eine separate
Bremsauslöseanordnung im mechanische Getriebe (1 6) wirkt; und
die Getriebeeingangseite (E) des mechanischen Getriebes (1 6) mit dem
Formgedächtnissteller (1 7) in ständiger Triebverbindung steht; und
die Getriebeausgangsseite (A) des mechanischen Getriebes (1 6) mit der
Federanordnung (1 3) in ständiger Triebverbindung steht;
wobei der Formgedächtnissteller (1 7) so ausgelegt ist, dass dieser im aktivierten Zustand die Federanordnung (1 3) mittels des mechanischen Getriebes (1 6) in die Bremslüftungsstellung (LS) bewegt; und
der Gradient der Übersetzung des mechanischen Getriebes (1 6) für den gesamten Verlauf der gegen die Kraft der Federanordnung (1 3) gerichteten Getriebebewegung in Richtung der Bremslüftungsstellung (LS) ansteigt, wobei der Betrag der Übersetzung des mechanischen Getriebes (1 6) in der
Bremslüftungsstellung (LS) größer eins ist und mindestens dem Doppelten der Übersetzung in der Bremsstellung (BS) entspricht.
2. Bremse nach Anspruch 1 , wobei der Betrag der Übersetzung des mechanischen Getriebes (1 6) in der Bremslüftungsstellung (LS) mindestens dem Fünffachen der Übersetzung des mechanischen Getriebes (1 6) in der Bremsstellung (BS) entspricht.
3. Bremse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das mechanische Getriebe (1 6) als Kniehebelgetriebe ausgebildet ist.
4. Bremse nach Anspruch 3, wobei sich das Kniehebelgetriebe für die
Bremslüftungsstellung (LS) innerhalb eines Bereichs um eine Getriebe- Totpunktlage (TP) befindet, in dem der Betrag der Übersetzung mindestens 5 und bevorzugt mindestens 1 0 entspricht.
5. Bremse nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Bremse so
ausgebildet ist, dass nach einem Auslösen der Fixierungseinrichtung (1 5) der Klemmkörper (3) und der nicht aktivierte Formgedächtnissteller (1 7) durch eine Federkraftwirkung in die Bremsstellung (BS) bewegt werden.
6. Bremse nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die
Fixierungseinrichtung (1 5) nach dem Ruhestromprinzip arbeitet.
7. Bremse nach Anspruch 6, wobei die Fixierungseinrichtung (1 5) einen
Elektrohaftmagnet oder einen mittels eines Elektrohaftmagneten gesicherten Federkraftaktor oder ein Formgedächtnissteller umfasst.
8. Bremse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Kniehebelgetriebe so
angeordnet ist, dass die Getriebebewegung beim Lüften der Bremse ausgehend von der Bremsstellung (BS) bis zur Bremslüftungsstellung (LS) keine Getriebe- Totpunktlage (TP) durchläuft.
9. Bremse nach Anspruch 8, wobei die Getriebebewegung beim Bremsen durch eine kombinierte Kraftwirkung der Federanordnung (1 3) des mechanischen Energiespeichers (1 2) und eines Zusatzbremsfedersystems angetrieben wird und das Zusatzbremsfedersystem über einen begrenzten Teilabschnitt der Getriebebewegung beim Bremsen eine Kraftwirkung auf das Kniehebelgetriebe ausüb†.
1 0. Bremse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Kniehebelgetriebe so
angeordnet ist, dass die Getriebebewegung beim Lüften der Bremse ausgehend von der Bremsstellung (BS) bis zur Bremslüftungsstellung (LS) eine Getriebe- Totpunktlage (TP) durchläuft und eine Bremsauslöseanordnung (1 9) vorlieg†, die so ausgebildet ist, dass die Bremsauslöseanordnung (1 9) beim Bremsen eine Kraftwirkung erzeugt, die das Kniehebelgetriebe über die Getriebe-Totpunktlage (TP) bewegt.
1 1 . Bremse nach Anspruch 1 0, wobei die Kraftwirkung der Bremsauslöseanordnung (1 9) auf einen Teilabschnitt der Getriebebewegung beim Bremsen begrenzt ist.
1 2. Bremse nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der
Formgedächtnissteller ( 1 7) innerhalb des Bremsengehäuses (4) angeordnet ist.
1 3. Bremse nach Anspruch 1 2, wobei der Formgedächtnissteller (1 7) wenigstens einen Formgedächtnisdraht (20) umfasst, der einen parallel zur
Bewegungsrichtung der Federanordnung (1 3) beweglichen Führungsschlitten (21 ) kraftbeaufschlagt und/oder über Umlenkrollen (22.1 , ..., 22.5) geführt ist.
1 4. Bremse nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der
Formgedächtnissteller (1 7) ein Element aus einer thermisch aktivierbaren
Formgedächtnislegierung umfasst, dem eine Sensoreinrichtung (23) zur
Bestimmung der Temperatur und/oder des Widerstands im aktivierten Zustand zugeordnet ist.
1 5. Bremse nach einem der vorausgehenden Ansprüche mit einem Positionssensor (24) zum Erfassen der Annäherung an die Bremslüftungsstellung (LS).
1 6. Bremse nach einem der vorausgehenden Ansprüche mit einer federelastischen Abstützung (29) der Fixierungseinrichtung (1 5) am Bremsengehäuse (4), die so gestaltet ist, dass eine Einfederung in Bremslüftungsrichtung möglich ist und ein Anschlag zur Bewegungsbegrenzung in Bremsrichtung vorliegt.
1 7. Bremse nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Bremse eine Linearbremse zum Bremsen eines entlang einer Führungsschiene (1 ) bewegten Schlittens (2) ist.
1 8. Verfahren zum Betrieb einer Bremse nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei beim Lüften der Bremse das mechanische Getriebe (1 6) in einen Bereich um eine Getriebe-Totpunktlage (TP) geführt wird, in dem der Betrag der Übersetzung mindestens 5 und bevorzugt mindestens 1 0 entspricht, und das mechanische Getriebe (1 6) in der Bremslüftungsstellung (LS) durch die Fixierungseinrichtung (1 5) gehalten wird.
1 9. Verfahren nach Anspruch 1 8, wobei der Formgedächtnissteller (1 7) einzeln
ansteuerbare Formgedächtniselemente (1 8.1 ,..., 1 8.n) umfasst und beim Lüften der Bremse ein Teil der einzeln ansteuerbaren Formgedächtniselemente
(1 8.1 ,...,1 8.n) deaktiviert wird, bevor die Bremslüftungsstellung (LS) erreicht ist.
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