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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere für eine Scheibenbremse
eines Fahrzeugs, zur Aufnahme von Rotationsenergie eines um eine
Achse rotierenden Körpers
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere um diese Rotationsenergie
im weiteren zum Abbremsen eines Fahrzeugs zu verwenden.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, die kinetische Energie eines
abzubremsenden rotierenden Körpers
aufzugreifen, um sie für
Bremsaufgaben oder andere Zwecke einzusetzen. Dabei beschreibt die
DE 102 23 389 A1 eine
Reibungsbremse, welche an der Bremsscheibe eine umlaufende Verzahnung
aufweist. In diese Verzahnung greift ein Ritzel ein, welches über eine
Kupplung mit einer Abtriebsseite verbindbar ausgebildet ist. Während das antriebsseitige
Ritzel durch die rotierende Bremsscheibe permanent in Rotation versetzt
ist, kann diese durch Zuschaltung der Kupplung wahlweise auf die
Antriebsseite weitergeleitet werden. Insbesondere kann die Rotationsenergie
zur Beaufschlagung einer Zuspannvorrichtung verwendet werden, die
ihrerseits die Bremsscheibe wieder mit einer daraus resultierenden
Bremskraft zu beaufschlagen vermag. Nachteilig an dieser Ausführungsform
ist der eher komplizierte Aufbau und das permanent angetriebene
Ritzel.
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Aus
der
DE 42 07 640 C2 ist
dagegen eine Reibungsbremse bekannt, bei der die kinetische Energie
der Bremsscheibe durch eine einkuppelbare Reibverbindung von der
Bremsscheibe abgegriffen wird. Ein an der Kupplung angeordneter
Zahnradring wird in dem Moment zur Rotation gemeinsam mit der Bremsscheibe
angetrieben, in dem die Magnetkupplung eine Reibverbindung zur Bremsscheibe
hin aufbaut. Eine Zuspanneinrichtung greift dabei in das Zahnrad
ein und bewirkt über
einen dadurch axial verstellbaren Kolben eine zusätzliche
Bremskraft auf die Bremsscheibe. Auch hier ist der Aufbau insbesondere
der Kupplung relativ groß.
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Angesichts
der vorgenannten Nachteile liegt die Aufgabe der Erfindung darin,
einen Aktuator zur Aufnahme kinetischer Energie eines rotierenden
Körpers
aufzugreifen, der besonders einfach und kompakt ausgebildet ist.
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Die
Aufgabe wird gelost durch einen Aktuator nach Anspruch 1.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Aktuator zur Aufnahme
der kinetischen Energie eines rotierenden Körpers mit nachfolgenden Merkmalen
besonders kompakt gebaut werden kann. Dazu ist eine Abgreifvorrichtung
vorgesehen, die mit dem rotierenden Körper, also insbesondere der Bremsscheibe,
in Reibverbindung bringbar ist. Die Abgreifvorrichtung ist um eine
Drehachse rotierbar, wobei die Drehung durch den Kontakt der Abgreifvorrichtung
mit dem rotierenden Körper
(Bremsscheibe) hervorgerufen wird. Abweichend vom Stand der Technik
ist dabei vorgesehen, dass die Drehachse der Abgreifvorrichtung
nicht mit der Rotationsachse des Körpers (Bremsscheibe) zusammenfällt.
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Beim
Stand der Technik ist zur Übertragung der
kinetischen Energie der Bremsscheibe stets eine zur Rotationsachse
symmetrisch bzw. konzentrisch angeordnete Komponente erforderlich,
die um die Rotationsachse der Bremsscheibe mit umläuft und zur Übertragung
der kinetischen Energie an geeigneter Stelle mit weiteren Übertragungskomponenten zusammenwirkt.
In der
DE 42 07 640
C2 ist dies beispielsweise ein konzentrisch zur Radachse
angeordneter Reibbelag, der fest mit der Bremsscheibe verbunden
ist. Auch die zugehörige
Kupplung ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur
Radachse angeordnet. Bei der
DE 102 23 389 A1 ist eine konzentrisch zur
Rotationsachse an der Bremsscheibe umlaufend ausgebildete Verzahnung vorgesehen,
mit der ein lokal angeordnetes Ritzel zusammenwirkt. Beide Ausführungsformen
haben den Nachteil, dass die Konstruktion zur Aufnahme der kinetischen Energie
große
Komponenten erfordert, die konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet
sein müssen.
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Hingegen
zeigt der erfindungsgemäße Aktuator
die vorteilhafte Eigenschaft, dass hier eine solche Komponente nicht
erforderlich ist. Zwar ist auch hier eine Abgreifvorrichtung vorgesehen,
die um eine Achse drehbar gelagert ist und zur Aufnahme der kinetischen
Energie der Bremsscheibe ausgebildet ist. Die Drehachse dieser Abgreifvorrichtung
fällt jedoch nicht
mit der Rotationsachse des Körpers
(Bremsscheibe) zusammen. Stattdessen ist die Achse oder sogar die
komplette Abgreifvorrichtung im Wesentlichen auf einer Seite der
Rotationsachse angeordnet. Damit überwindet die Erfindung das
nach dem Stand der Technik vorherrschende Vorurteil, für das Abgreifen
der kinematischen Energie der Bremsscheibe stets konzentrisch dazu
anzuordnende Hilfsmittel (Verzahnung, Reibkupplungsring etc.) vorzusehen. Ein
erfindungsgemäßer Aktuator
mit Abgreifvorrichtung lässt
sich dagegen besonders flexibel und auch sehr kompakt bauen.
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In
einer einfachsten Ausführungsform
der Erfindung ist die Abgreifvorrichtung zur Aufnahme von Rotationsenergie
des Rotationskörpers
mit diesem Körper
in Reibverbindung bringbar. Sie ist weiterhin – wie beschrieben – um eine
Drehachse drehbar gelagert, wobei die Drehachse (oder deren gedachte
Verlängerung)
von der Rotationsachse des rotierenden Körpers (insbesondere Bremsscheibe)
beabstandet angeordnet ist.
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In
Fortführung
des erfinderischen Gedankens ist ein Aktuator vorgesehen, dessen
Abgreifvorrichtung vollständig
auf einer Seite der Rotationsachse angeordnet ist. Dies erlaubt
dessen Anordnung nahe bei oder als Teil einer üblichen Scheibenbremse, die
insbesondere im Fahrzeugbau in einem definierten Bereich der Bremsscheibe
angeordnet ist, dadurch sehr kompakt bzw. klein ausgebildet ist
und außerhalb
dieses Bereichs Raum für
andere Komponenten lässt.
Dabei sei nochmals erwähnt,
dass der erfindungsgemäße Aktuator
für den
rotierenden Körper
und insbesondere eine Bremsscheibe verwendbar ist, ohne dass dieser
Körper
dafür speziell
ausgebildet sein bzw. extra für
diesen Zweck weitere Komponenten beinhalten muss. Die Reibfläche, die
durch übliche
Bremsbeläge
beaufschlagt wird, genügt
hier gleichermaßen
auch für
die Verwendung der Abgreifvorrichtung des erfindungsgemäßen Aktuators.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Abgreifvorrichtung einen Reibkörper auf,
der im Bereich einer Stirnseite der Abgreifvorrichtung in Reibverbindung
mit dem Rotationskörper
bringbar ist. Die kinetische Energie des rotierenden Körpers wird
also allein durch Reibschluss auf die Abgreifvorrichtung übertragen.
Dazu kann in einer einfachen Form die Stirnseite der Abgreifvorrichtung
verwendet werden, die gegen den rotierenden Körper gedrückt wird. Durch die dabei entstehende
Reibverbindung wird die Abgreifvorrichtung – je nach dem, wie bzw. an
welcher Stelle der Abgreifvorrichtung die Reibverbindung zustande
kommt – zur Rotation
um ihre Drehachse angeregt. Diese Rotationsenergie lässt sich
erfindungsgemäß an anderer Stelle
der Abgreifvorrichtung abnehmen und für unterschiedliche Anwendungen
einsetzen.
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Von
Bedeutung für
den erfinderischen Abgriff der Rotationsenergie ist die Art des
Reibkontakts in der Abgreifvorrichtung und dem rotierenden Körper. Sofern
der Reibkörper
mit seiner Stirnseite im Wesentlichen plan bzw. parallel gegen die
Bremsscheibe gedrückt
wird, kommt ein "vollständiger" Reibkontakt zustande.
Dabei bewirken diejenigen Bereiche der Bremsscheibe eine Rotation
der Abgreifvorrichtung in eine erste Drehrichtung, die in radialer
Richtung von der Rotationsachse der Bremsscheibe gesehen jenseits
der Drehachse der Abgreifvorrichtung liegen. Diejenigen Kontaktbereiche
der Bremsscheibe jedoch, die zwischen ihrer Rotationsachse und der Drehachse
der Abgreifvorrichtung liegen, bilden Reibkräfte, die eine entgegengesetzte
Drehung der Abgreifvorrichtung bewirken wollen. Diese teilweise gegeneinander
wirkenden Kräfte
können
zu einer vorteilhaften Bremswirkung durch die Abgreifvorrichtung
führen,
wobei deren gewünschte
Rotation dagegen vernachlässigbar
ausfallen oder ganz ausbleiben kann. Wie später noch zu sehen sein wird,
kann der Kontakt zwischen Abgreifvorrichtung und rotierendem Körper aber
auch so verändert
werden, dass die kinetische Energie des rotierenden Körpers in eine
gerichtete und nennenswerte Rotationsenergie der Abgreifvorrichtung überführbar ist.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Abgreifvorrichtung mehrere Druckelemente.
Diese seien relativ zur Abgreifvorrichtung und parallel zu deren
Drehachse verschieblich oder verschiebbar gelagert, so dass sie
im Wesentlichen auf den Rotationskörper zu- bzw. davon wegbewegbar
sind. Diese Druckelemente sind für
die Herstellung der Reibverbindung im Bereich einer Stirnseite der
Abgreifvorrichtung vorgesehen und insbesondere auch einzeln gegen
den Rotationskörper
bewegbar. Dies bringt zweierlei Vorteile mit sich. Einerseits drückt nun
nicht mehr die Stirnseite bzw. ein Teil der Stirnseite der Abgreifvorrichtung
gegen den Rotationskörper,
sondern ein durch die einzelnen Druckelemente genau definierbarer
Bereich. Damit lässt
sich der Reibverschleiß auf
genau vorgebbare einzelne Elemente reduzieren. Als weiterer Vorteil
erlauben die Druckelemente eine axiale Bewegung parallel zur Drehachse
der Abgreifvorrichtung, sie können
also einzeln und je nach Wunsch an den rotierenden Körper angedrückt werden.
Zugleich sind sie als Verschleißteile
leicht austauschbar.
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Die
kinetische Energie des Rotationskörpers lässt sich besonders wirkungsvoll
auf die Abgreifvorrichtung übertragen,
wenn der Reibkörper
bzw. die einzelnen Druckelemente nur in bestimmten Drehwinkelbereichen
der Abgreifvorrichtung mit dem Rotationskörper eine Reibverbindung aufbauen.
Wie anhand der 4 noch zu sehen sein wird, kommen dafür verschiedene
Drehwinkelbereiche in Frage.
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Zur
Ausnutzung dieser erfinderischen Idee ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand vorgebbarer Bereiche
des Reibkörpers
oder der einzelnen Druckelemente zum Rotationskörper während der Drehung der Abgreifvorrichtung
um deren Drehachse verän derbar
ausgebildet ist. Gleiches gilt für
den Anpressdruck, der für
vorgebbare Bereiche des Reibkörpers
oder für
die einzelnen Druckelemente gegen den Rotationskörper veränderbar sein soll, während die
Abgreifvorrichtung sich um ihre Drehachse dreht. Auf diese Weise
ist es vorteilhaft möglich,
den Reibkörper
bzw. die Druckelemente stets dort mit dem Rotationskörper in
Reibverbindung zu bringen, wo dieser beispielsweise die höchste abgreifbare
Umfangsgeschwindigkeit aufweist. Bereiche geringerer Umfangsgeschwindigkeiten
oder solche Bereiche, bei deren der Reibkontakt die Abgreifvorrichtung
zu einer entgegengesetzten Drehbewegung veranlasst würde, können so
vom Reibkontakt ausgeschlossen werden. Insbesondere erlaubt die flexible
Wahl der Andruckbereiche bzw. des Anpressdrucks auch die freie Wahl
der Drehrichtung der Abgreifvorrichtung, und zwar unabhängig von
der Rotationsrichtung des Rotationskörpers bzw. der Bremsscheibe.
Durch einfache und schnelle Veränderung der
Andruckverhältnisse
lässt sich
dadurch eine bestimmte Drehrichtung und damit gerichtete Drehenergie
der Abgreifvorrichtung erzielen, die vorteilhafterweise unabhängig von
der Rotationsrichtung von Rotationskörper/Bremsscheibe wählbar ist.
Dazu muss bei geeigneter Anordnung der Abgreifvorrichtung bspw.
nur der relevante Reibkontaktbereich zwischen Abgreifvorrichtung
und Rotationskörper/Bremsscheibe
von einer Seite der Drehachse der Abgreifvorrichtung auf die andere
verlegt werden. Auch dies wird anhand der 4 deutlich.
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Gegenüber dem
Stand der Technik lässt
sich also durch einen derartigen Aktuator auf kleinem Raum und unabhängig von
der Drehrichtung des Rotationskörpers
dessen kinetische Energie wahlweise in eine erste oder dieser entgegengesetzte
zweite Drehbewegung der Abgreifvorrichtung wandeln und so besonders
flexibel verwerten.
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In
Fortführung
dieses Gedankens sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung vor, dass zur Veränderung
des Abstands oder des Anpressdrucks ein Führungselement vorgesehen ist. Das
Führungselement
soll erfindungsgemäß eine Führungsbahn
aufweisen, welche die Drehachse der Abgreifvorrichtung teilweise
oder vollständig
umläuft. Gegen
diese Führungsbahn
ist der Reibkörper
oder sind die Druckelemente bei der Drehung der Abgreifvorrichtung
um ihre Drehachse direkt oder indirekt abstützbar. Das führt dazu,
dass der Reibkontakt zwischen dem Reibkörper bzw. den einzelnen Druckelementen
in Abhängigkeit
von der Führungsbahn
zustande kommt, gegen die sich der Reibkörper oder die Elemente beim
Umlauf um die Drehachse abstützen.
Als Führungsbahn
kommt dabei jede Art von Bahn in Frage, welche die Druckelemente
bei ihrem Umlauf um die Drehachse in axialer Richtung beaufschlagen
kann. Die Bahn kann dabei die Drehachse vollständig umlaufen oder auch nur
für bestimmte Drehwinkelbereiche
vorgesehen sein, so dass die Druckelemente außerhalb dieses Drehwinkels
nicht durch diese oder irgendeine Bahn beaufschlagt werden. Gleiches
gilt für
den Fall, dass ein im Wesentlichen einteiliger Reibkörper anstelle
der Druckelemente vorgesehen ist. Der Reibkörper stützt sich dabei an dem Führungselement
mit seiner Führungsbahn
während
des Umlaufs um die Drehachse ab und je nach Ausbildung der Führungsbahn
gelangt der Halbkörper
bei dem Umlauf in Kontakt mit dem Rotationskörper und erfährt dabei
einen wählbaren Anpressdruck.
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In
einem einfachsten Fall ist das Führungselement
ein Rollenlager, insbesondere ein Axiallager. In diesem Fall stellt
die Laufrille des Lagers die Führungsbahn
dar, die hierbei kreisförmig
ausgebildet ist. Sofern die Achse dieses Lagers unter einem Neigungswinkel
relativ zur Drehachse der Abgreifvorrichtung angeordnet ist, also
schräg
dazu steht, verändert
sich der Abstand der Laufbahn zum Rotationskörper mit einer Umdrehung der
dem Rotationskörper
zugewandten Lagerschale bzw. der daran abgestützten Druckelemente bzw. des
Reibkörpers.
Die parallel zur Drehachse geführten
und bspw. federbeaufschlagten Druckelemente werden bei einer Umdrehung
der Abgreifvorrichtung kolbenartig auf und ab bewegt bzw. in axialer
Richtung verschoben und gelangen somit nur in bestimmten, gezielt
vorgebbaren Bereichen mit dem Rotationskörper in Kon takt. Analog gilt
dies auch für
einen einfachen Reibkörper, der
anstelle der Druckelemente vorgesehen sein kann.
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Die
Ausrichtung der Führungsbahn,
also die Ausrichtung des Führungselements
selbst, soll gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung durch wenigstens ein antreibbares bzw. verstellbares Betätigungselement
möglich
sein. Ein solches Betätigungselement
kann ein einfacher Keil sein, der sich einseitig unter das Führungselement
schiebt. Im Fall eines einfachen Axiallagers als Führungselement
wird dieses (eine entsprechende Lagerung bzw. Abstützung vorausgesetzt)
um ein vorgebbares Maß verstellt
und dadurch die Führungsbahn
für die
Druckelemente bzw. den Reibkörper
ihrer Ausrichtung relativ zum Rotationskörper verändert. Als Antrieb kommt für das Betätigungselement
ein herkömmlicher
Stellmotor, ein Spindelantrieb oder ein sonstiger, dem Fachmann
wohlbekannter Antrieb in Frage.
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Bei
einer Ausrichtung des Führungselements,
bei der alle Druckelemente der Abgreifvorrichtung im wesentlichen
unabhängig
von ihrer jeweiligen Drehposition (stets) gegen den Rotationskörper gepresst
werden, kann die daraus resultierende Normalkraft im Sinne einer
Parkbremse genutzt werden, wobei ein geeigneter Selbsthemmungsmechanismus die
gesetzgeberischen Vorgaben erfüllen
soll.
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Die
von der Abgreifvorrichtung aufgenommene kinetische Energie soll
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung an wenigstens eine der Abgreifvorrichtung benachbarte
Komponente übertragbar
sein, um die Drehbewegung dort zu nutzen. Entsprechend sind Mittel
vorgesehen, über
die die Drehbewegung der Abgreifvorrichtung übertragbar sein soll, beispielsweise
eine Zahnradverbindung. Die Abgreifvorrichtung selbst oder insbesondere
die benachbarte Komponente kann zur Wandlung der Drehenergie der
Abgreifvorrichtung in elektrische Energie verwendet werden, etwa
im sinne eines Generators. Auch die Weiterleitung der Energie in
einen mechanischen E nergiespeicher ist denkbar, um sie zu einem
späteren
Zeitpunkt wieder abzurufen.
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Schließlich soll
es auch möglich
sein, die Drehenergie der Abgreifvorrichtung zum Abbremsen des Rotationskörpers zu
bewegen. Dazu ist gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung die wenigstens eine benachbarte Komponente als Zuspanneinrichtung
ausgebildet. Sie weist wenigstens einen Kolben auf, der durch die übertragene
Drehbewegung zu einer Axialbewegung in Richtung auf den Rotationskörper bewegbar
ist, um diesen mit einer Bremskraft zu beaufschlagen. Der erfindungsgemäße Vorteil
liegt hierbei darin, dass die von dem Rotationskörper aufgenommene kinetische
Energie durch den Reibkontakt zwischen Rotationskörper und
Abgreifvorrichtung zwangsläufig
nur über
eine Bremswirkung übertragbar
ist, so dass die übertragene
Energie zur weiteren Abbremsung des Rotationskörpers folgerichtig herangezogen
werden kann. Letztendlich wird durch die aufgenommene kinetische
Energie zusätzliche
Bremskraft bereitgestellt und die Bremswirkung des Aktuators insgesamt
verbessert.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
der Erfindung anhand eines Figurenbeispiels erläutert. Von den Figuren zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht eines teilweise freigelegten Aktuators
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2 eine
nähere
Ansicht gemäß 1
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3 eine
Schnittdarstellung im Bereich der Abgreifvorrichtung des Aktuators,
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4 eine
Darstellung der Kontaktverhältnisse
zwischen Abgreifvorrichtung und Bremsscheibe, und
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5 eine
Darstellung einer weiteren Ausführungsform
eines Aktuators.
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In 1 ist
ein Aktuator 1 dargestellt, der für die Verzögerung einer nur abschnittsweise
dargestellten Bremsscheibe 2 vorgesehen ist, die hier den rotierenden
Körper
darstellt. Als typische Anwendung kommt hier eine Scheibenbremse
eines Kraftfahrzeugs in Frage. Der Rotationskörper 2, der scheibenförmig ausgebildet
ist und um eine Rotationsachse 5 rotiert, liegt dabei zwischen
zwei Bremsbelägen 20, die
aufeinander zubewegbar sind, um die Bremsscheibe 2 zu verzögern.
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Der
Aktuator 1 umfasst in seiner Mitte eine Abgreifvorrichtung 3,
welche um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Umfangsseitig
verfügt
die Abgreifvorrichtung über
eine Verzahnung, die mit zwei benachbarten Zuspanneinrichtungen 11 und 12 zusammenwirkt.
Jede Zuspanneinrichtung 11, 12 verfügt über eine
nicht dargestellte Spindeleinheit, um einen zugehörigen Kolben 14 zu
einer Axialbewegung anzutreiben. Jeder Kolben 14 beaufschlagt
dabei den einen der beiden Bremsbeläge 20, so dass zwischen
diesem und der Bremsscheibe 2 eine Reibverbindung zur Verzögerung zustande
kommt.
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Wie 2 deutlicher
zeigt, weist die Abgreifvorrichtung 3 mehrere Druckelemente 7 auf,
die innerhalb der Abgreifvorrichtung 3 und parallel zur Drehachse 4 verschieblich
gelagert sind. Sie treten dabei durch eine Stirnfläche 6 der
Abgreifvorrichtung hindurch und gelangen – je nach axialer Verschiebung – durch
eine Ausnehmung im Bremsbelag 20 mit der Bremsscheibe 2 in
Reibverbindung. Die Verzahnung 13 überträgt die dabei entstehende Drehbewegung
der Abgreifvorrichtung 4 auf die benachbarten Zuspanneinrichtungen,
wie vorstehend bereits erwähnt.
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Um
die einzelnen Druckkolben 7 je nach Drehposition der Abgreifvorrichtung 3 unterschiedlich weit
in axialer Richtung aus der Abgreifvorrichtung 3 heraus
zu bewegen, ist ein Führungselement 8 vorgesehen.
Das Führungselement 8 ist
als ein faches Axiallager ausgebildet. Die Druckelemente 7 stützen sich
auf der der Bremsscheibe 2 zugewandten Lagerschale des
Lagers 8 ab, während
sich die gesamte Abgreifvorrichtung 3 mit den Druckkolben 7 um
die Achse 4 dreht. Sofern die Achse des Lagers 8 mit
der Drehachse 4 fluchtet, verändern die Druckelemente 7 ihre
axiale Lage relativ zur Abgreifvorrichtung 3 während der
Drehung um die Achse 4 nicht. In dem Moment jedoch, in
dem das Führungselement
bzw. Axiallager 8 um ein Maß relativ zur Drehachse 4 schräg gestellt
wird, verändert
sich die Lage der Führungsbahn,
welche den axialen Hub der Druckkolben bei der Drehung um die Achse 4 vorgibt.
Entsprechend ändert
sich das Maß ihrer
axialen Verschiebung während
der Umdrehung. Die Ausrichtung der Führungsbahn bzw. des Lagers 8 ist
dadurch derart möglich,
dass die Druckelemente 7 nur im Bereich eines vorgebbaren
Drehwinkels der Abgreifvorrichtung mit der nicht dargestellten Bremsscheibe 2 in
Kontakt gelangen, bei Weiterdrehung diesen Kontakt jedoch wieder
lösen bzw.
um ein Maß axial
von der Bremsscheibe fortbewegt werden.
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Die
Ausrichtung des Führungselements 8 geschieht
in dieser Ausführungsform
mittels zweier antreibbarer Betätigungselemente 10,
die hier als Keil ausgebildet sind. Jeder Keil 10 lässt sich über einen
nicht näher
bezeichneten Antrieb verschieben, wobei das Führungselement 8 mit
einer entsprechenden Stellkraft beaufschlagt wird bzw. sich dementsprechend
ausrichtet.
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In 3 ist
der Aktuator 1 im Bereich der Abgreifvorrichtung 3 in
vereinfachter geschnittener Darstellung zu sehen. Die um die Rotationsachse 5 rotierende
Bremsscheibe 2 wird beidseitig von Bremsbelägen 20 beaufschlagt,
von denen in der Schnittdarstellung gemäß 3 nur einer
zu sehen ist. Auf der gegenüberliegenden
Seite ist die Abgreifvorrichtung 3 angeordnet. Innerhalb
der Abgreifvorrichtung 3 sind sieben Druckelemente 7 angeordnet,
von denen nur eines in der Schnittdarstellung zu sehen ist. Jedes
Druckelement 7 ist parallel zur Drehachse 4 der Abgreifvorrichtung 3 in
Richtung auf die Bremsscheibe 2 bzw. entgegengesetzt dazu
verschieblich gelagert und axial federbeaufschlagt. Die Abgreifvorrichtung 3 ist
durch ein Nadellager 21 drehbar geführt.
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Auf
der der Bremsscheibe 2 abgewandten Seite der Druckelemente 7 ist
ein Führungselement 8 in
Form eines Axiallagers angeordnet. Die Druckelemente 7 stützen sich
auf der der Bremsscheibe 2 zugewandten Lagerschale des
Lagers 8 ab. Zwischen jedem Druckelement 7 und
der genannten Lagerschale ist ein Ausgleichselement 22 vorgesehen,
um einen Kippwinkel des Lagers 8 relativ zur Drehachse 4 der
Abgreifvorrichtung 3 auszugleichen. Federelemente drücken die
Druckelemente über
die Ausgleichselemente gegen die Lagerschale des Lagers.
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Auf
die der Bremsscheibe 2 abgewandten Lagerschale des Lagers 8 wirken
zwei Betätigungselemente 10,
die das Lager 8 bzw. dessen Achse um einen vorgebbaren
Winkel relativ zur Drehachse 4 zu kippen bzw. zu verstellen.
Dies hat zur Folge, dass die Druckelemente 7 im Lauf einer
Umdrehung der Abgreifvorrichtung 3 um die Drehachse 4 ihre
axiale Ausrichtung relativ zur Bremsscheibe 2 verändern. Je
nach Stellwinkel des Lagers 8 gelangen die Druckelemente 7 beispielsweise
nur oberhalb der Drehachse 4 mit der Bremsscheibe 2 in
Kontakt, unterhalb der Drehachse 4 hingegen nicht. Die
Druckelemente führen
also bei einer Umdrehung der Abgreifvorrichtung eine axiale Zwangsbewegung
in Richtung Bremsscheibe bzw. entgegen dazu aus. Durch den Kontakt
mit der Bremsscheibe wird ein Reibmoment erzeugt, durch welches
die Bremsscheibe einerseits abgebremst wird und andererseits die
Abgreifvorrichtung in Rotation versetzt wird. Durch Verstellen des Lagers 8 können die
Druckelemente 7 je nach Drehwinkel der Abgreifvorrichtung
verschiedenartig auf die Bremsscheibe 2 drücken, wodurch
die Drehrichtung der Abgreifvorrichtung 3 unabhängig von
der Drehrichtung der Bremsscheibe 2 sowohl im Uhrzeigersinn
als auch gegen den Uhrzeigersinn eingestellt werden kann. Somit
werden mittels der Verstellung des Lagers 8, auf dem alle
Druckelemente radial verteilt sind, gezielt einzelne Druck elemente
abhängig vom
Drehwinkel der Abgreifvorrichtung mit der Bremsscheibe in Reibkontakt
gebracht und andere nicht. In 4 ist die
Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Aktuators
noch einmal im Zusammenhang mit dem Rotationskörper gezeigt. Der Rotationskörper 2 ist
dabei als Bremsscheibe ausgeführt,
die um die Rotationsachse 5 rotiert und in 4 in
Seitenansicht dargestellt ist. Die Abgreifvorrichtung 3 ist über ihren
Umriss dargestellt. Sie ist um die Drehachse 4 drehbar
angeordnet (die Achsen 4 und 5 verlaufen in 4 senkrecht
zur Zeichenebene). Zwei Druckelemente 7a , 7b innerhalb der Abgreifvorrichtung 3 sind beispielhaft
dargestellt. Ebenso wie die anderen nicht dargestellten Druckelemente
sind diese parallel zur Drehachse 4 in Richtung auf die
Bremsscheibe 2 bzw. davon fort bewegbar. Die Bewegung wird über das
bereits beschriebene Führungselement
(Axiallager) gelenkt.
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Die
Drehrichtung der Bremsscheibe 2 in 4 verläuft im Uhrzeigersinn.
Die Reibkontaktstellen der Druckelemente 7 an der Bremsscheibe 2 liegen
auf einem Bereich, der durch einen inneren Berührungsdurchmesser Di und einen äußeren Berührungsdurchmesser Da auf der Bremsscheibe 2 bestimmt
ist. Dazwischen liegt ein mittlerer Berührungsdurchmesser Dm.
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Sofern
das nicht dargestellte Führungselement 8 die
Druckelemente so führt,
dass sie lediglich im Bereich zwischen Da und
Dm die Bremsscheibe berühren, bewirkt dieser Kontakt
einen Mitnahmeeffekt der drehbar gelagerten Abgreifvorrichtung ebenfalls
im Uhrzeigersinn um die Drehachse 4. Wenn sich die Abgreifvorrichtung 3 weiter
dreht, bewegt sich beispielsweise das Druckelement 7a allmählich vom äußeren Berührungsdurchmesser Da in Richtung auf den mittleren Berührungsdurchmesser
Dm. Dabei gelangt es erfindungsgemäß außer Kontakt mit
der Bremsscheibe 2, so dass insbesondere im Bereich zwischen
dem mittleren Berührungsdurchmesser
Dm und dem inneren Berührungsdurchmesser Di kein Kontakt zwischen dem Druckelement 7a und der Bremsscheibe 2 besteht.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich die Abgreifvorrichtung 3 wunschgemäß e benfalls
im Uhrzeigersinn dreht, da nur der Reibkontakt außerhalb
des mittleren Berührungsdurchmessers
Dm eine solche Drehbewegung verursacht.
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Umgekehrt
ist es erfindungsgemäß aber auch
möglich,
nur die jeweils unteren Druckelemente 7b ,
also diejenigen, die den Bereich zwischen dem mittleren Berührungsdurchmesser
Dm und dem inneren Berührungsdurchmesser Di durchlaufen, mit der Bremsscheibe 2 in
Reibkontakt zu bringen. In diesem Fall wird die Drehbewegung der
Abgreifvorrichtung 3 genau entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
ausgelöst,
da außerhalb
des mittleren Berührungsdurchmessers
Dm kein entgegenwirkender Reibkontakt zustande
kommt.
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Der
Abgriff der kinetischen Energie kann also wahlweise in zwei unterschiedliche
Drehbewegungen der Abgreifvorrichtung resultieren, unabhängig von
der Rotationsrichtung der Bremsscheibe 2. Ausschlaggebend
für diese
Wahl ist die Stellung des Führungselements 8 bzw.
des Axiallagers, durch welche das Andruckverhalten der einzelnen
umlaufenden Druckelemente bestimmt wird.
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Selbstverständlich ist
es auch denkbar, das Führungselement
parallel zur Bremsscheibe 2 auszurichten, so dass alle
Druckelemente im Wesentlichen gleich stark gegen die Bremsscheibe
drücken. In
diesem Fall lässt
sich die Drehrichtung der Abgreifvorrichtung aufgrund der gegeneinander
gerichteten Reibkräfte
am äußeren bzw.
inneren Berührungsdurchmesser
Da, Di nicht genau
vorhersagen. In diesem Fall steht die alleinige und dann höhere Bremswirkung
durch die Druckelemente 7 im Vordergrund.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Aktuators
dargestellt. Zu erkennen ist die um die Achse 5 rotierende
Bremsscheibe 2, sowie die Abgreifvorrichtung 3,
die im abgreifenden Zustand dargestellt ist, um Rotationsenergie
der Bremsscheibe 2 aufzunehmen. Die Abgreifvorrichtung 3 umfasst
einen Reibkörper,
der mit seiner Stirnseite 6 der Bremsscheibe 2 zugewandt
ist. Der Reibkörper
wird durch ein Führungselement 8 in Form
eines Axialkugellagers geführt
bzw. gegen die Bremsscheibe 2 gedrückt. Das Abgreifelement 3 ist dabei
um eine Drehachse 4 drehbar angeordnet und in nicht näher dargestellter
Art gelagert.
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Das
Führungselement 8 mit
dem daran abgestützten
Reibkörper
ist über
einen Haltemechanismus 15 schwenkbar, aber drehfest mit
einem Zahnrad 13 verbunden. Der Haltemechanismus 15 und das
Zahnrad 13 sind um eine zur Rotationsachse 5 parallelen
Achse drehbar angeordnet.
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Ein
Betätigungselement 10,
welches gemäß 5 keilförmig ausgebildet
ist, ist über
einen nicht dargestellten Antrieb in Richtung der dargestellten Pfeile
beweglich, um dabei das Führungselement 8 zu
beaufschlagen und dabei den Reibkörper mit seiner Stirnseite 6 auf
die Bremsscheibe 2 zuzubewegen bzw. in Reibverbindung damit
zu bringen.
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Die
Funktionsweise der Ausführungsform gemäß 5 ergibt
sich folgendermaßen:
Durch Betätigung
des Betätigungselements 10 in
Richtung zur Figurenmitte wird das Führungselement 8 mit
seiner Führungsbahn 9 bzw.
seiner Achse 4 um den Haltemechanismus 15 gekippt.
Je nach Auslenkungsmaß gelangt
dabei der Reibkörper
mit einem Teil seiner Stirnseite 6 an die Bremsscheibe 2 bzw.
in Reibkontakt zu dieser. Durch das Axiallager 8 wird der
Reibkontakt sicher aufrecht erhalten. Da sich der Reibkörper unter
Einfluss der Bremsscheibe 2 zu drehen beginnt, gelangen
neue Bereiche des Reibkörpers
in Reibkontakt mit der Bremsscheibe, während entsprechend andere Bereiche
außer
Eingriff gelangen.
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Da
der Reibkörper
durch das Axiallager 8 hindurch drehfest in dem Haltemechanismus 15 aufgenommen
wird, überträgt sich
die Rotationsbewegung auch auf den Haltemechanismus mit dem daran angeordneten
Zahnrad 13. Das Halteelement 15 und das Zahnrad 13 rotieren
dabei um eine Achse, die mit der Drehachse 4 einen Winkel
bildet bzw. im Wesentlichen parallel zur Rotati onsachse 5 der
Bremsscheibe 2 angeordnet ist. Durch Abgriff der Drehbewegung des
Zahnrads 13 lässt
sich die aufgenommene kinetische Energie weiterverwerten.