WO2022174858A1 - Arretierungseinheit für aktuator einer fahrzeugbremse - Google Patents

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WO2022174858A1
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drive
torque
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slide
locking unit
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PCT/DE2022/100036
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Benjamin Wuebbolt-Gorbatenko
Harald Hochmuth
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D41/084—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action the intermediate coupling members wedging by pivoting or rocking

Definitions

  • the present invention relates to a locking unit for an actuator, in particular an electromechanical actuator, of a vehicle brake.
  • a large number of embodiments of actuators for vehicle brakes are known in the prior art. It is known to design the drive train to be self-locking in order to secure the position of the vehicle brake. However, self-locking requires increased power from a drive motor. Other embodiments known in the prior art have an additional locking unit or brake unit, which means that the drive train does not have to be designed to be self-locking. Both frictional and form-fitting principles of action are known for the additional locking units. Frictional active principles are susceptible to external stimuli that can reduce the braking effect, which means that the position of the actuator cannot be secured. Additional locking units, which are based on a form-fitting operating principle, are comparatively expensive, since an additional actuator is required to actuate the locking unit.
  • the locking unit according to the invention for an actuator, in particular an electromechanical actuator, of a vehicle brake has a fixed positive-locking element, a drive disk, a driven disk and at least one slide.
  • the drive disk can be connected in a torque-transmitting manner to a drive unit of the actuator, for example an electric motor.
  • the output disk can be connected in a torque-transmitting manner to a drive train of the actuator and the at least one slide is arranged on the output disk in a torque-transmitting manner and is displaceable in the radial direction.
  • the input disk and the output disk are coupled to one another in a torque-transmitting manner.
  • the at least one slide is set up to be in a form-fitting engagement with the fixed form-fitting element when there is no drive torque. Furthermore, the at least one slide is coupled to the drive disk in such a way that, in a state subject to drive torque, a torque applied to the drive disk opens the form-fitting engagement between the stationary form-fitting element and the slide.
  • the advantage of the solution according to the invention lies in particular in the fact that the locking unit is based on a form-fitting operating principle and can be actuated by the drive unit of the actuator.
  • the locking unit therefore does not require an additional actuator for actuation.
  • the form-fitting operating principle enables a high level of positioning security for the actuator, in particular for the drive train of the actuator. As a result, a high level of positional security for the vehicle brake can be ensured.
  • the state subject to drive torque is a state in which a torque, for example from the drive unit of the actuator, is transmitted to the drive pulley.
  • the locking unit is open, which means that the slide and the fixed positive-locking element are not positively engaged, and the drive disk transmits the torque to the driven disk, which transmits the torque to the drive train of the actuator.
  • the torque of the drive unit can be transmitted to the drive train in this state.
  • the no-torque state is a state in which no torque is applied to the drive pulley. In this state without drive torque, the locking unit is closed, which means that the slide and the fixed positive-locking element are positively engaged with one another and can thereby prevent the drive train of the actuator that can be coupled or is coupled to the driven pulley from being misaligned.
  • the locking unit enables a positive locking of the actuator, in particular the drive train of the actuator, which can be actuated by the drive unit of the actuator.
  • the locking is formed by the fixed form-fitting element and the at least one slide. The slide is actuated by the drive disk, wherein the drive disk can be driven or is driven by the drive unit of the actuator.
  • the drive pulley, the driven pulley and the fixed positive-locking element are arranged essentially concentrically with one another. A compact design of the locking unit is thereby possible.
  • the fixed positive-locking element is designed as an outer ring with peripheral internal teeth, which is arranged at a distance from the output disk in the radial direction to the outside.
  • the stationary outer element can, for example, be accommodated in a non-rotatable manner in a housing of the locking unit.
  • the distance between the output disk and the outer ring in the radial direction makes it possible to move the output disk relative to the outer ring, particularly in a state in which no positive locking is formed, and thus to transmit the torque of the drive unit to the drive train. Due to the circumferential internal toothing, the form-fitting engagement between the slide and the outer ring is essentially always possible, regardless of the position in which the output disk, and thus the slide, is located relative to the outer ring.
  • the slide has counter-toothing at a radially outer end, which is set up to form a form fit with the toothing of the outer ring.
  • Gearing is particularly suitable as an engagement geometry, since it essentially enables self-centering of the gearing and thus simplifies the meshing of the gearing even with slightly imprecise positioning relative to one another. In addition, particularly steep tooth flanks prevent unintentional loosening of the engagement.
  • At least one spring element is also provided, which pretensions the at least one slide outwards in the radial direction.
  • the spring element is preferably designed as a compression spring which is set up to bring the slide into engagement with the outer ring in a relaxed, ie force-free, state.
  • the locking unit is set up in such a way that it is in the drive torque-free, so a force-free state of the drive pulley is automatically in a closed or locked state. This means that the form fit between the outer ring and the slider is always formed, unless the slider is actively held in a non-engaged position.
  • the drive pulley has at least one connecting link.
  • the at least one slider has a driver which is accommodated and guided in the at least one connecting link of the drive pulley. As a result, the slide is connected to the drive disk in a torque-transmitting manner and is "taken along" by a rotary movement of the drive disk.
  • the at least one connecting link is designed in such a way that a rotary movement of the drive disk moves the at least one slide radially inwards via the driver.
  • a torque transmission for example from the drive unit, to the drive disk, and a locking function of the locking unit is deactivated.
  • the connecting link essentially has a symmetrical shape.
  • the slide can be moved radially inwards, independently of the direction of rotation of the drive disk, in order to release the form-fitting engagement.
  • the actuator has a drive unit, for example an electric motor, a drive train and a locking unit described above and below.
  • the drive unit is coupled to the drive train in a torque-transmitting manner.
  • the drive train has a transmission gear, in particular with a large transmission ratio, and a rotation/translation conversion gear, the transmission gear being set up to transmit a rotational movement of the drive unit to the rotation/translation conversion gear in a predetermined transmission ratio.
  • the rotation/translation conversion gear is set up to convert the rotational movement into a translatory movement in order to move a brake shoe of the vehicle brake in a translatory manner.
  • the locking unit is arranged between the drive unit and the drive train and is set up to transmit a torque of the drive unit to the drive train in a state subject to drive torque, i.e. a state in which the drive unit is activated and transmitting torque, and in a state without drive torque condition, i.e. one Condition in which the drive unit is deactivated and does not transmit any torque, to positively prevent rotational movement of the drive train.
  • the transmission gear has in particular a transmission ratio i of equal to or greater than 20, preferably a transmission ratio of 50, particularly preferably a transmission ratio greater than 100. This makes it possible to achieve an almost infinitely variable locking of the drive train with the positive locking unit.
  • a helical gear in particular a spindle drive or a roller screw drive, can be used as the rotation/translation conversion gear.
  • the drive unit of the actuator drives the drive disk of the locking unit by means of the rotational movement introduced, as a result of which the form-fitting engagement between the slide and the fixed form-fitting element is released and the locking function of the locking unit is thus deactivated.
  • the rotary movement is transmitted from the drive pulley to the driven pulley and from there to the transmission gear.
  • the transmission gear transmits the rotational movement to the rotation/translation conversion gear, which converts the rotational movement into a translatory or linear movement, which serves to actuate brake bodies, for example brake shoes, of the vehicle brake.
  • a high transmission ratio of the transmission gear makes it possible, in combination with a positive locking unit, to ensure an almost infinitely variable locking function. This means that the locking unit enables an almost infinitely variable locking of the drive train of the actuator.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a locking unit according to a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a drive pulley of the locking unit according to an embodiment of the invention
  • 3 shows a schematic representation of one half of a locking unit according to an embodiment of the invention without a drive pulley
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an actuator of a vehicle brake according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a locking unit 1 according to an embodiment of the invention, wherein a drive pulley 2 (see Fig. 2) of the locking unit 1 is not shown.
  • the locking unit 1 has a driven pulley 3 , two slides 4 and a stationary form-fitting element 5 .
  • the fixed positive-locking element 5 is designed as an outer ring 6 which is held in a housing (not shown) of the locking unit 1 in a rotationally fixed manner.
  • the outer ring 6 has an inner toothing 7 on its inner peripheral surface, which is set up to be in positive engagement with the slides 4 .
  • the output disk 3 is essentially centered within the outer ring 6, i.e. concentrically to the outer ring 6, with an outer diameter of the output disk 3 being smaller than a tip circle diameter of the internal toothing 7, so that the drive disk 3 can rotate relative to the outer ring.
  • the output disk 3 is coupled to an output shaft 8, for example a shaft of a drive train 9 (see FIG. 4), in order to transmit torque.
  • the output disk 3 has openings 10 which serve to couple the output disk 3 to the drive disk 2 in a torque-transmitting manner.
  • the drive pulley 2 has correspondingly shaped projections, which are not shown here.
  • the two slides 4 are arranged on the input disk 3 in such a way that they are connected to the output disk 3 in a torque-proof manner, but can move in the radial direction, shown here as an example by the arrow 11 , relative to the output disk 3 .
  • the driven pulley 3 preferably has 2 essentially identical plates, which are arranged concentrically but spaced apart from one another in the axial direction. As a result, the two plates form an intermediate space between them, in which the slides 4 are accommodated.
  • the slides 4 At a first end facing the outer ring 6, the slides 4 each have a toothing 12 which is designed as a corresponding counter-toothing to the inner toothing 7 of the outer ring.
  • the inner toothing 7 of the outer ring 6 and the toothing 12 of the slide 4 are positively engaged with one another.
  • the slides 4 are each pretensioned by a spring element 13 in the direction of the outer ring 6 .
  • the spring elements 13 are each designed as a compression spring 14 here, for example.
  • the slides 4 each have a pin-like carrier 15 which protrudes axially in the direction of the drive disk 2 .
  • a locking function of the locking unit 1 is activated, which means that the toothing 12 of the slide 4 is in engagement with the internal toothing 7 .
  • a rotational movement of the output disk 3 and thus in particular also a rotational movement of the output shaft 8 is prevented or blocked.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the drive pulley 2 of the locking unit 1 according to an embodiment of the invention.
  • the drive pulley 2 is designed as a link plate 16 and has a slotted link 17 for each slide 4 .
  • the scenes 17 are designed as openings 18 and have a predetermined contour.
  • the links 17 are arranged in such a way that in each case a driver 15 of a slide 4 protrudes into the link 17 , that is to say it is accommodated therein and can be guided through the contour of the link 17 .
  • the drive pulley 2 is coupled in a torque-transmitting manner to a drive shaft 19, for example a drive shaft of a drive unit, such as an electric motor.
  • a drive shaft 19 rotates, for example in a direction 20
  • this is transmitted to the drive pulley 2 by the non-rotatable connection between the drive shaft 19 and the drive pulley 2.
  • the drivers 15 are guided by the connecting link 17 in such a way that they move radially inwards and thus displace the slides 4 in the radial direction 11 shown in FIG. 1 .
  • the form-fitting engagement between the teeth 12 of the slide 4 and the inner teeth 7 of the outer ring 6 is released.
  • FIG. 1 As shown in FIG.
  • the contours of the links 17 are preferably designed in such a way that the carriers 15, and thus the slides 4, are moved radially inwards by a rotary movement of the drive disk 2, regardless of the direction of rotation of the rotary movement initiated by the drive shaft 19.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an electromechanical actuator 20 of a vehicle brake according to an embodiment of the invention.
  • the actuator 20 has a drive unit 21, which is embodied here by way of example as an electric motor 22, and the drive train 9.
  • the drive unit 21 is coupled in a torque-transmitting manner to the drive train 9 with the interposition of the locking unit 1 , so that a rotational movement initiated by the drive unit 21 is transmitted to the drive train 9 via the locking unit 1 .
  • the drive train 9 has a transmission gear 23 and a rotation/translation conversion gear 24, the rotation/translation conversion gear 24 being embodied here by way of example as a spindle drive 25 and being set up to convert a rotational movement transmitted by the transmission gear 23 into a translatory movement or to convert linear movement.
  • the end of the spindle drive 25 facing away from the transmission 23 is designed to move a brake shoe 26 of the vehicle brake (not shown) in order to actuate and/or release the vehicle brake.
  • the drive shaft 19 initiates a rotational movement which drives the drive disk 2 of the locking unit 1 .
  • the locking unit 1 is in a so-called driving torque state, in which the rotational movement initiated by the electric motor 22 moves from the drive pulley 2 to the driven pulley 3 and from there via the output shaft 8, which is preferably a shaft of the transmission gear 23, to the Transmission gear 23 is transmitted.
  • the transmission gear 23 transmits the rotational movement to the spindle drive 25, which converts the rotational movement into a translatory or linear movement and thus actuates the brake shoe 26.
  • Such a positive locking unit 1 in combination with a large transmission ratio of the transmission 23 makes it possible to ensure an almost infinitely variable locking function. This means that the locking unit 1 enables the drive train 9 of the actuator 20 to be locked in an almost infinitely variable manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arretierungseinheit (1) für einen Aktuator (20) einer Fahrzeugbremse, aufweisend ein feststehendes Formschlusselement (5, 6), eine Antriebsscheibe (2), die mit einer Antriebseinheit (21, 22) des Aktuators (20) drehmomentübertragend verbindbar ist, eine Abtriebsscheibe (3), die mit einem Antriebsstrang (9) des Aktuators (20) drehmomentübertragend verbindbar ist, und zumindest einen Schieber (4), der drehmomentübertragend und in radialer Richtung (11) verschieblich an der Abtriebsscheibe (3) angeordnet ist, wobei die Antriebsscheibe (2) und die Abtriebsscheibe (3) drehmomentübertragend miteinander gekoppelt sind, wobei der zumindest eine Schieber (4) dazu eingerichtet ist, in einem antriebsmomentfreien Zustand mit dem feststehenden Formschlusselement (5) formschlüssig in Eingriff zu sein, und wobei der zumindest eine Schieber (4) derart mit der Antriebsscheibe (2) gekoppelt ist, dass in einem antriebsmomentbehafteten Zustand ein auf die Antriebsscheibe (2) aufgebrachtes Drehmoment den formschlüssigen Eingriff zwischen dem feststehenden Formschlusselement (5) und dem Schieber (4) öffnet. Ferner betrifft die Erfindung auch einen Aktuator (20) für eine Fahrzeugbremse mit einer erfindungsgemäßen Arretierungseinheit (1).

Description

Arretierunqseinheit für Aktuator einer Fahrzeuqbremse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arretierungseinheit für einen, insbesondere elektromechanischen, Aktuator eine Fahrzeugbremse.
Stand der Technik
Aktuatoren für Fahrzeugbremsen sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Dabei ist es bekannt, zur Positionssicherung der Fahrzeugbremse den Antriebsstrang selbsthemmend auszulegen. Die Selbsthemmung erfordert jedoch eine erhöhte Leistung von einem Antriebsmotor. Andere im Stand der Technik bekannte Ausführungsformen verfügen über eine zusätzliche Arretierungseinheit bzw. Bremseinheit, wodurch der Antriebsstrang nicht selbsthemmend ausgelegt sein muss. Dabei sind sowohl reibschlüssige als auch formschlüssige Wirkprinzipien für die zusätzlichen Arretierungseinheiten bekannt. Reibschlüssige Wirkprinzipien sind anfällig für äußere Anregungen, die die Bremswirkung mindern können, wodurch die Positionssicherung des Aktuators nicht sichergestellt werden kann. Zusätzliche Arretierungseinheiten, die auf einem formschlüssigen Wirkprinzip basieren, sind vergleichsweise teuer, da ein zusätzlicher Aktuator zur Betätigung der Arretierungseinheit erforderlich ist.
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Arretierungseinheit für einen Aktuator einer Fahrzeugbremse zu verbessern, insbesondere besteht ein weiterer Bedarf, eine Arretierungseinheit bereitzustellen, die eine verbesserte Arretierung ermöglicht.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Arretierungseinheit für einen Aktuator einer Fahrzeugbremse bereitzustellen, die insbesondere eine verbesserte Arretierung ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Arretierungseinheit für einen, insbesondere elektromechanischen Aktuator einer Fahrzeugbremse, weist ein feststehendes Formschlusselement, eine Antriebsscheibe, eine Abtriebsscheibe und zumindest einen Schieber auf. Die Antriebsscheibe ist mit einer Antriebseinheit des Aktuators, bspw. einem Elektromotor, drehmomentübertragend verbindbar. Die Abtriebsscheibe ist mit einem Antriebsstrang des Aktuators drehmomentübertragend verbindbar und der zumindest einen Schieber ist drehmomentübertragend und in radialer Richtung verschieblich an der Abtriebsscheibe angeordnet. Die Antriebsscheibe und die Abtriebsscheibe sind drehmomentübertragend miteinander gekoppelt. Der zumindest eine Schieber ist dazu eingerichtet, in einem antriebsmomentfreien Zustand mit dem feststehenden Formschlusselement formschlüssig in Eingriff zu sein. Ferner ist der zumindest eine Schieber derart mit der Antriebsscheibe gekoppelt, dass in einem antriebsmomentbehafteten Zustand ein auf die Antriebsscheibe aufgebrachtes Drehmoment den formschlüssigen Eingriff zwischen dem feststehenden Formschlusselement und dem Schieber öffnet.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die Arretierungseinheit auf einem formschlüssigen Wirkprinzip basiert, und von der Antriebseinheit des Aktuators betätigt werden kann. Somit benötigt die Arretierungseinheit keinen zusätzlichen Aktuator zur Betätigung. Ferner ermöglicht das formschlüssige Wirkprinzip eine hohe Positionierungssicherheit des Aktuators, insbesondere des Antriebsstrangs des Aktuators. Dadurch kann eine hohe Positionssicherheit der Fahrzeugbremse gewährleistet werden.
Der antriebsmomentbehaftete Zustand ist ein Zustand, in dem ein Drehmoment, bspw. von der Antriebseinheit des Aktuators, auf die Antriebsscheibe übertragen wird. In diesem antriebsmomentbehafteten Zustand ist die Arretierungseinheit offen, das bedeutet, der Schieber und das feststehende Formschlusselement sind nicht formschlüssig in Eingriff, und die Antriebsscheibe überträgt das Drehmoment auf die Abtriebsscheibe, die das Drehmoment auf den Antriebsstrang des Aktuators überträgt. Dadurch kann in diesem Zustand das Drehmoment der Antriebseinheit auf den Antriebsstrang übertragen werden.
Der antriebsmomentfreie Zustand ist ein Zustand, in dem kein Drehmoment auf die Antriebsscheibe aufgebracht wird. In diesem antriebsmomentfreien Zustand ist die Arretierungseinheit geschlossen, das bedeutet, der Schieber und das feststehende Formschlusselement sind formschlüssig miteinander in Eingriff, und können dadurch verhindern, dass sich der mit der Abtriebsscheibe koppelbare bzw. gekoppelte Antriebsstrang des Aktuators verstellt. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Arretierungseinheit eine formschlüssige Arretierung des Aktuators, insbesondere des Antriebsstrangs des Aktuators ermöglicht, die durch die Antriebseinheit des Aktuators betätigbar ist. Die Arretierung wird dabei durch das feststehende Formschlusselement und den mindestens einen Schieber gebildet. Der Schieber wird durch die Antriebsscheibe betätigt, wobei die Antriebsscheibe von der Antriebseinheit des Aktuators antreibbar ist bzw. angetrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Antriebsscheibe, die Abtriebsscheibe und das feststehende Formschlusselement im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet. Dadurch ist eine kompakte Bauweise der Arretierungseinheit möglich.
Gemäß einer Ausführungsform ist das feststehende Formschlusselement als ein Außenring mit umlaufender Innenverzahnung ausgebildet, der in radialer Richtung nach außen beabstandet zur Abtriebsscheibe angeordnet ist. Das feststehende Außenelement kann bspw. in einem Gehäuse der Arretierungseinheit drehfest aufgenommen sein. Durch den Abstand zwischen der Abtriebsscheibe und dem Außenring in radialer Richtung ist es möglich, die Abtriebsscheibe, insbesondere in einem Zustand, in dem kein Formschluss ausgebildet ist, relativ zum Außenring zu bewegen, und so das Drehmoment der Antriebseinheit auf den Antriebsstrang zu übertragen. Durch die umlaufende Innenverzahnung ist der formschlüssige Eingriff zwischen dem Schieber und dem Außenring im Wesentlichen immer möglich, unabhängig davon in welcher Position sich die Abtriebsscheibe, und damit der Schieber relativ zum Außenring befindet.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Schieber an einem radial äußeren Ende eine Gegenverzahnung auf, die dazu eingerichtet ist, mit der Verzahnung des Außenrings einen Formschluss auszubilden. Eine Verzahnung eignet sich in besondererWeise als Eingriffsgeometrie, da sie im Wesentlichen eine Selbstzentrierung der Verzahnungen ermöglicht und so Ineinandergreifen der Verzahnungen auch bei leicht ungenauer Positionierung zueinander vereinfacht. Zusätzlich verhindern insbesondere steil ausgebildete Zahnflanken ein ungewolltes Lösen des Eingriffs.
Gemäß eine Ausführungsform ist ferner zumindest ein Federelement vorgesehen, das den zumindest einen Schieber in radialer Richtung nach außen vorspannt. Das Federelement ist vorzugsweise als eine Druckfeder ausgelegt, die dazu eingerichtet ist, den Schieber in einem entspannten, also kraftfreien, Zustand mit dem Außenring in Eingriff zu bringen. Man kann also auch sagen, dass die Arretierungseinheit derart eingerichtet ist, dass sie in dem antriebsmomentfreien, also einem kraftfreien, Zustand der Antriebsscheibe automatisch in einem geschlossenen bzw. gesperrten Zustand ist. Das bedeutet, dass der Formschluss zwischen dem Außenring und dem Schieber immer ausgebildet ist, außer der Schieber wird aktiv in einer Nicht-Eingriffsposition gehalten.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Antriebsscheibe zumindest eine Kulisse auf. Darüber hinaus weist der zumindest eine Schieber, gemäß einer Ausführungsform, einen Mitnehmer auf, der in der zumindest einen Kulisse der Antriebsscheibe aufgenommen und geführt ist. Dadurch ist der Schieber drehmomentübertragend mit der Antriebsscheibe verbunden und wird von einer Drehbewegung der Antriebsscheibe „mitgenommen“.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zumindest eine Kulisse derart ausgebildet, dass durch eine Drehbewegung der Antriebsscheibe, der zumindest eine Schieber über den Mitnehmer nach radial innen bewegt wird. Dadurch wird der formschlüssige Eingriff zwischen dem Schieber und dem Außenring durch eine Drehmomentübertragung, von bspw. der Antriebseinheit, auf die Antriebsscheibe gelöst, bzw. geöffnet und eine Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit deaktiviert.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Kulisse im Wesentlichen eine symmetrische Form auf. Dadurch kann der Schieber unabhängig von der Richtung der Drehbewegung der Antriebsscheibe nach radial innen bewegt werden, um den formschlüssigen Eingriff zu lösen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Fahrzeugbremse. Der Aktuator weist eine Antriebseinheit, bspw. einen Elektromotor, einen Antriebsstrang und eine vorstehend und nachfolgend beschriebene Arretierungseinheit auf. Die Antriebseinheit ist drehmomentübertragend mit dem Antriebsstrang gekoppelt. Der Antriebsstrang weist ein Übersetzungsgetriebe, insbesondere mit einem großen Übersetzungsverhältnis, und ein Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe auf, wobei das Übersetzungsgetriebe dazu eingerichtet ist, eine Drehbewegung der Antriebseinheit in einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis auf das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe zu übertragen. Ferner ist das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe dazu eingerichtet, die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln, um eine Bremsbacke der Fahrzeugbremse translatorisch zu bewegen. Die Arretierungseinheit ist zwischen der Antriebseinheit und dem Antriebsstrang angeordnet, und ist dazu eingerichtet, in einem antriebsmomentbehafteten Zustand, also einem Zustand, in dem die Antriebseinheit aktiviert ist und ein Drehmoment überträgt, ein Drehmoment der Antriebseinheit auf den Antriebsstrang zu übertragen, und in einem antriebsmomentfreien Zustand, also einem Zustand, in dem die Antriebseinheit deaktiviert ist und kein Drehmoment überträgt, eine Drehbewegung des Antriebsstrangs formschlüssig zu verhindern.
Das Übersetzungsgetriebe besitzt insbesondere ein Übersetzungsverhältnis i von gleich oder größer als 20, bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis von 50, besonders bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis größer als 100. Das ermöglicht es, mit der formschlüssigen Arretierungseinheit eine nahezu stufenlose Arretierung des Antriebsstrangs zu erreichen.
Als das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe kann bspw. ein Schraubgetriebe, insbesondere ein Spindeltrieb oder ein Rollengewindetrieb verwendet werden.
Die Antriebseinheit des Aktuators treibt die Antriebsscheibe der Arretierungseinheit durch die eingeleitete Drehbewegung an, wodurch der formschlüssige Eingriff zwischen dem Schieber und dem feststehenden Formschlusselement gelöst und somit die Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit deaktiviert. Die Drehbewegung wird von der Antriebsscheibe auf die Abtriebsscheibe und von dort auf das Übersetzungsgetriebe übertragen. Das Übersetzungsgetriebe überträgt die Drehbewegung auf das Rotations-/Translations- Umsetzungsgetriebe, das die Drehbewegung in eine translatorische bzw. lineare Bewegung umwandelt, die dazu dient, Bremskörper, bspw. Bremsbacken, der Fahrzeugbremse zu betätigen. Insbesondere ein hohes Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes ermöglicht es in Kombination mit einer formschlüssigen Arretierungseinheit eine nahezu stufenlose Arretierungsfunktion zu gewährleisten. Das bedeutet, dass die Arretierungseinheit eine nahezu stufenlose Arretierung des Antriebsstrangs des Aktuators ermöglicht.
Detailbeschreibung anhand Zeichnung
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Arretierungseinheit gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ohne Antriebsscheibe,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Antriebsscheibe der Arretierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Hälfte einer Arretierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ohne Antriebsscheibe, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Aktuators einer Fahrzeugbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Arretierungseinheit 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Antriebsscheibe 2 (siehe Fig. 2) der Arretierungseinheit 1 nicht dargestellt ist. Die Arretierungseinheit 1 weist eine Abtriebsscheibe 3, zwei Schieber 4 und ein feststehendes Formschlusselement 5 auf.
Das feststehende Formschlusselement 5 ist als ein Außenring 6 ausgebildet, der drehfest in einem Gehäuse (nicht dargestellt) der Arretierungseinheit 1 aufgenommen ist. Der Außenring 6 besitzt an seiner Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung 7, die dazu eingerichtet ist, mit den Schiebern 4 formschlüssig in Eingriff zu stehen.
Die Abtriebsscheibe 3 ist innerhalb des Außenrings 6 im Wesentlichen zentriert, also konzentrisch, zum Außenring 6 angeordnet, wobei ein Außendurchmesser der Abtriebsscheibe 3 kleiner ist als ein Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung 7, sodass die Antriebsscheibe 3 relativ zum Außenring drehen kann. Darüber hinaus ist die Abtriebsscheibe 3 drehmomentübertragend mit einer Abtriebswelle 8, bspw. einer Welle eines Antriebsstrangs 9 (siehe Fig. 4) gekoppelt. Ferner besitzt die Abtriebsscheibe 3 Öffnungen 10, die dazu dienen, die Abtriebsscheibe 3 drehmomentübertragend mit der Antriebsscheibe 2 zu koppeln. Hierfür weist die Antriebsscheibe 2 entsprechend ausgeformte Vorsprünge auf, die hier nicht gezeigt sind.
Die zwei Schieber 4 sind an der Antriebsscheibe 3 derart angeordnet, dass sie drehmomentfest mit der Abtriebsscheibe 3 verbunden sind, sich aber in radialer Richtung, hier beispielhaft durch den Pfeil 11 dargestellt, relativ zur Abtriebsscheibe 3 bewegen kann. Hierfür weist die Abtriebsscheibe 3 vorzugsweise 2 im Wesentlichen gleich ausgebildete Platten auf, die konzentrisch, aber in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Dadurch bilden die beiden Platten einen Zwischenraum zwischen sich aus, in dem die Schieber 4 aufgenommen sind. An einem ersten, dem Außenring 6 zugewandten Ende weisen die Schieber 4 jeweils eine Verzahnung 12 auf, die als entsprechende Gegenverzahnung zur Innenverzahnung 7 des Außenrings ausgebildet ist. Um eine Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit 1 umzusetzen, sind die Innenverzahnung 7 des Außenrings 6 und die Verzahnung 12 der Schieber 4 formschlüssig in Eingriff miteinander.
An einem zweiten, radial innenliegenden Ende sind die Schieber 4 jeweils durch ein Federelement 13 in Richtung zum Außenring 6 hin vorgespannt. Das bedeutet, wenn keine externe Kraft auf den Schieber 4 einwirkt, befindet sich die Verzahnung 12 mit der Innenverzahnung 7 in formschlüssigen Eingriff. Die Federelemente 13 sind hier beispielhaft jeweils als eine Druckfeder 14 ausgebildet. Darüber hinaus weisen die Schieber 4 jeweils einen pinartig ausgebildeten Mitnehmer 15 auf, der axial in Richtung zur Antriebsscheibe 2 hin vorsteht.
Es ist zu beachten, dass auch wenn in der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform zwei Schieber 4 vorgesehen sind, das Vorhandensein eines Schiebers 4 bereits ausreicht, um die Funktion des Arretierungseinheit 1 zu realisieren und sicherzustellen.
In der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform ist eine Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit 1 aktiviert, da bedeutet, die Verzahnungen 12 der Schieber 4 sind mit der Innenverzahnung 7 in Eingriff. Dadurch ist eine Drehbewegung der Abtriebsscheibe 3, und somit insbesondere auch eine Drehbewegung der Abtriebswelle 8 unterbunden bzw. gesperrt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsscheibe 2 der Arretierungseinheit 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsscheibe 2 ist als eine Kulissenscheibe 16 ausgebildet, und weist für jeden Schieber 4 jeweils eine Kulisse 17 auf. Die Kulissen 17 sind als Öffnungen 18 ausgebildet und weisen eine vorbestimmte Kontur auf. Die Kulissen 17 sind dabei derart angeordnet, dass jeweils ein Mitnehmer 15 eines Schiebers 4 in die Kulisse 17 vorsteht, also darin aufgenommen ist und durch die Kontur der Kulisse 17 geführt werden kann.
Die Antriebsscheibe 2 ist drehmomentübertragend mit einer Antriebswelle 19, bspw. einer Antriebswelle einer Antriebseinheit, wie bspw. einem Elektromotor, gekoppelt. Wenn die Antriebswelle 19 eine Drehbewegung, bspw. in eine Richtung 20 ausführt, wird diese durch die drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 19 und der Antriebsscheibe 2 auf die Antriebsscheibe 2 übertragen. Dadurch werden die Mitnehmer 15 von der Kulisse 17 derart geführt, dass sie sich nach radial innen bewegen und somit die Schieber 4 in der in Fig. 1 gezeigten radialen Richtung 11 verschieben. So wird der formschlüssige Eingriff zwischen der Verzahnung 12 der Schieber 4 und der Innenverzahnung 7 des Außenrings 6 gelöst. Wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, die Schieber 4 und der Außenring 6 nicht miteinander in Eingriff sind, kann sich die Abtriebsscheibe 3 relativ zum Außenring 6 drehen. Dadurch kann die Drehbewegung der Antriebswelle 19 über die Antriebsscheibe 2 und die Abtriebsscheibe 3 auf die Abtriebswelle 8 übertragen werden.
Die Konturen der Kulissen 17 sind dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass die Mitnehmer 15, und so die Schieber 4, von einer Drehbewegung der Antriebsscheibe 2 nach radial innen bewegt werden, unabhängig von der Drehrichtung der von der Antriebswelle 19 eingeleiteten Drehbewegung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Aktuator 20 einer Fahrzeugbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Aktuator 20 besitzt eine Antriebseinheit 21, die hier beispielhaft als ein Elektromotor 22 ausgeführt ist, und den Antriebsstrang 9.
Die Antriebseinheit 21 ist unter Zwischenschaltung der Arretierungseinheit 1 drehmomentübertragend mit dem Antriebsstrang 9 gekoppelt, sodass eine von der Antriebseinheit 21 eingeleitete Drehbewegung über die Arretierungseinheit 1 an den Antriebsstrang 9 übertragen wird.
Der Antriebsstrang 9 weist ein Übersetzungsgetriebe 23 und ein Rotations-/Translations- Umsetzungsgetriebe 24 auf, wobei das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe 24 hier beispielhaft als ein Spindeltrieb 25 ausgeführt ist und dazu eingerichtet ist, eine von dem Übersetzungsgetriebe 23 übertragene Drehbewegung in eine translatorische bzw. lineare Bewegung umzuwandeln. Das dem Übersetzungsgetriebe 23 abgewandte Ende des Spindeltriebs 25 ist dazu ausgelegt eine Bremsbacke 26 der Fahrzeugbremse (nicht dargestellt) zu verschieben, um die Fahrzeugbremse zu betätigen und/oder zu lösen.
Das Übersetzungsgetriebe 23 besitzt vorzugsweise ein großes Übersetzungsverhältnis i, insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von mindestens i=20, bevorzugt von i=50, besonders bevorzugt von i>100.
Wenn der Elektromotor 22 bestromt wird, die Antriebseinheit 21 also aktiv ist, wird von der Antriebswelle 19 eine Drehbewegung eingeleitet, die die Antriebsscheibe 2 der Arretierungseinheit 1 antreibt. Dadurch wird der formschlüssige Eingriff zwischen den Schiebern 4 und dem Außenring 6 gelöst und somit die Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit 1 deaktiviert. Wenn die Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit 1 deaktiviert ist, befindet sich die Arretierungseinheit 1 in einem sogenannten antriebsmomentbehafteten Zustand, in dem die von dem Elektromotor 22 eingeleitete Drehbewegung von der Antriebsscheibe 2 auf die Abtriebsscheibe 3 und von dort über die Abtriebswelle 8, die vorzugsweise eine Welle des Übersetzungsgetriebes 23 ist, auf das Übersetzungsgetriebe 23 übertragen wird. Das Übersetzungsgetriebe 23 überträgt die Drehbewegung auf den Spindeltrieb 25, der die Drehbewegung in eine translatorische bzw. lineare Bewegung umwandelt und so die Bremsbacke 26 betätigt.
Wenn der Elektromotor 22 nicht bestromt wird, die Antriebseinheit 21 also inaktiv bzw. deaktiviert ist, wird kein Drehmoment auf die Antriebsscheibe 2 übertragen und die Arretierungseinheit 1 befindet sich in einem sogenannten antriebsmomentfreien Zustand. Dadurch wird keine Kraft auf die Mitnehmer 15 der Schieber 4 aufgebracht und die Schieber 4 durch die Vorspannkraft der Federelemente 13 nach radial außen verschoben, sodass die Schieber 4 und der Außenring 6 einen formschlüssigen Eingriff ausbilden. Dadurch ist die Arretierungsfunktion der Arretierungseinheit 1 aktiviert, und ein Drehen der Abtriebsscheibe 3 relativ zum Außenring 6 ist gesperrt. Da die Abtriebsscheibe 3 drehfest mit der Abtriebswelle 8 gekoppelt ist, blockiert bzw. sperrt der formschlüssige Eingriff ebenfalls ein Drehen der Abtriebswelle 8. Dadurch ist eine Bewegung des Antriebsstrangs 9 blockiert und der Antriebsstrang 9 kann so in der arretierten Position sicher gehalten werden. So kann bspw. verhindert werden, dass sich die Position der Bremsbacke 26 verändert.
Eine solche formschlüssige Arretierungseinheit 1 in Kombination mit einem großen Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes 23 ermöglicht es, eine nahezu stufenlose Arretierungsfunktion zu gewährleisten. Das bedeutet, dass die Arretierungseinheit 1 eine nahezu stufenlose Arretierung des Antriebsstrangs 9 des Aktuators 20 ermöglicht.
Bezugszeichenliste
1 Arretierungseinheit
2 Antriebsscheibe
3 Abtriebsscheibe
4 Schieber
5 Formschlusselement
6 Außenring
7 Innenverzahnung
8 Abtriebswelle
9 Antriebsstrang
10 Öffnung
11 radiale Richtung
12 Verzahnung
13 Federelement
14 Druckfeder
15 Mitnehmer
16 Kulissenscheibe
17 Kulisse
18 Öffnung
19 Antriebswelle
20 Aktuator
21 Antriebseinheit
22 Elektromotor
23 Übersetzungsgetriebe
24 Rotations-/T ranslations-Umsetzungsgetriebe
25 Spindeltrieb
26 Bremsbacke

Claims

Ansprüche
1. Arretierungseinheit (1) für einen Aktuator (20) einer Fahrzeugbremse, aufweisend: ein feststehendes Formschlusselement (5, 6), eine Antriebsscheibe (2), die mit einer Antriebseinheit (21, 22) des Aktuators (20) drehmomentübertragend verbindbar ist, eine Abtriebsscheibe (3), die mit einem Antriebsstrang (9) des Aktuators (20) drehmomentübertragend verbindbar ist, und zumindest einen Schieber (4), der drehmomentübertragend und in radialer Richtung (11) verschieblich an der Abtriebsscheibe (3) angeordnet ist, wobei die Antriebsscheibe (2) und die Abtriebsscheibe (3) drehmomentübertragend miteinander gekoppelt sind, wobei der zumindest eine Schieber (4) dazu eingerichtet ist, in einem antriebsmomentfreien Zustand mit dem feststehenden Formschlusselement (5) formschlüssig in Eingriff zu sein, und wobei der zumindest eine Schieber (4) derart mit der Antriebsscheibe (2) gekoppelt ist, dass in einem antriebsmomentbehafteten Zustand ein auf die Antriebsscheibe (2) aufgebrachtes Drehmoment den formschlüssigen Eingriff zwischen dem feststehenden Formschlusselement (5) und dem Schieber (4) öffnet.
2. Arretierungseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei die Antriebsscheibe (2), die Abtriebsscheibe (3) und das feststehende Formschlusselement (5) im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind.
3. Arretierungseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das feststehende Formschlusselement (5) als ein Außenring (6) mit umlaufender Innenverzahnung (7) ausgebildet ist, der in radialer Richtung (11) nach außen beabstandet zur Abtriebsscheibe (3) angeordnet ist.
4. Arretierungseinheit (1) nach Anspruch 3, wobei der zumindest eine Schieber (4) an einem radial äußeren Ende eine Gegenverzahnung (12) aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit der Innenverzahnung (7) des Außenrings (6) einen Formschluss auszubilden.
5. Arretierungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ein Federelement (13) vorgesehen ist, das den zumindest einen Schieber (4) in radialer Richtung (11) nach außen vorspannt.
6. Arretierungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebsscheibe (2) zumindest eine Kulisse (17) aufweist.
7. Arretierungseinheit (1) nach Anspruch 6, wobei der zumindest eine Schieber (4) einen Mitnehmer (15) aufweist, der in der zumindest einen Kulisse (17) der Antriebsscheibe (2) aufgenommen und geführt ist.
8. Arretierungseinheit (1) nach Anspruch 7, wobei die zumindest eine Kulisse (17) derart ausgebildet ist, dass durch eine Drehbewegung der Antriebsscheibe (2), der zumindest eine Schieber (4) über den Mitnehmer (15) nach radial innen bewegt wird.
9. Arretierungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Kulisse (17) im Wesentlichen eine symmetrische Form aufweist.
10. Aktuator (20) für eine Fahrzeugbremse, aufweisend: eine Antriebseinheit (21), einen Antriebsstrang (9), der drehmomentübertragend mit der Antriebseinheit (21) gekoppelt ist, und ein Übersetzungsgetriebe (23) und ein Rotations-/Translations- Umsetzungsgetriebe (24) aufweist, wobei das Übersetzungsgetriebe (23) dazu eingerichtet ist, eine Drehbewegung der Antriebseinheit (21) in einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis auf das Rotations- /Translations-Umsetzungsgetriebe (24) zu übertragen, wobei das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe (24) dazu eingerichtet ist, die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln, um eine Bremsbacke (26) der Fahrzeugbremse translatorisch zu bewegen, und eine Arretierungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die zwischen der Antriebseinheit (21) und dem Antriebsstrang (9) angeordnet ist, und dazu eingerichtet ist, in einem antriebsmomentbehafteten Zustand ein Drehmoment der Antriebseinheit (21) auf den Antriebsstrang (9) zu übertragen und in einem antriebsmomentlosen Zustand eine Drehbewegung des Antriebsstrangs (9) formschlüssig zu verhindern.
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