DE102006009724A1

DE102006009724A1 - Bremsaktuator für Scheibenbremsen

Info

Publication number: DE102006009724A1
Application number: DE200610009724
Authority: DE
Inventors: Rainer Venus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Aufnahme der kinetischen Energie eines rotierenden Körpers, wobei der Aktuator eine um eine Drehachse drehbare Abgreifvorrichtung umfasst, die durch Reibkontakt die kinetische Energie des Rotationskörpers aufzugreifen vermag und wobei die Drehachse der Abgreifvorrichtung von der Rotationsachse des rotierenden Körpers bzw. der Bremsscheibe beabstandet angeordnet ist.

Description

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.

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.

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.

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.

Die Aufgabe wird gelost durch einen Aktuator nach Anspruch 1.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines Figurenbeispiels erläutert. Von den Figuren zeigen
1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise freigelegten Aktuators
2 eine nähere Ansicht gemäß 1
3 eine Schnittdarstellung im Bereich der Abgreifvorrichtung des Aktuators,
4 eine Darstellung der Kontaktverhältnisse zwischen Abgreifvorrichtung und Bremsscheibe, und
5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Aktuators.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 7_a , 7_b 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.
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 D_i und einen äußeren Berührungsdurchmesser D_a auf der Bremsscheibe 2 bestimmt ist. Dazwischen liegt ein mittlerer Berührungsdurchmesser D_m.
Sofern das nicht dargestellte Führungselement 8 die Druckelemente so führt, dass sie lediglich im Bereich zwischen D_a und D_m 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 7_a allmählich vom äußeren Berührungsdurchmesser D_a in Richtung auf den mittleren Berührungsdurchmesser D_m. Dabei gelangt es erfindungsgemäß außer Kontakt mit der Bremsscheibe 2, so dass insbesondere im Bereich zwischen dem mittleren Berührungsdurchmesser D_m und dem inneren Berührungsdurchmesser D_i kein Kontakt zwischen dem Druckelement 7_a 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 D_m eine solche Drehbewegung verursacht.
Umgekehrt ist es erfindungsgemäß aber auch möglich, nur die jeweils unteren Druckelemente 7_b , also diejenigen, die den Bereich zwischen dem mittleren Berührungsdurchmesser D_m und dem inneren Berührungsdurchmesser D_i 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 D_m kein entgegenwirkender Reibkontakt zustande kommt.
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.
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 D_a, D_i nicht genau vorhersagen. In diesem Fall steht die alleinige und dann höhere Bremswirkung durch die Druckelemente 7 im Vordergrund.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Aktuator (1), insbesondere für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, zur Aufnahme von Rotationsenergie eines um eine Achse (5) rotierenden Körpers (2), mit einer Abgreifvorrichtung (3) die zur Aufnahme von Rotationsenergie des rotierenden Körpers (2) mit diesem in Reibverbindung bringbar und um eine Drehachse (4) drehbar gelagert ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (4) der Abgreifvorrichtung (3) oder die gedachte Verlängerung dieser Drehachse (4) von der Rotationsachse (5) des rotierenden Körpers (2) beabstandet angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgreifvorrichtung (3) vollständig auf einer Seite der Rotationsachse (5) angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zur Wandlung der aufgenommenen kinetischen Energie a) in elektrische Energie oder b) in Bremsenergie zum Abbremsen des Rotationskörpers ausgebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgreifvorrichtung (3) einen Reibkörper aufweist, der im Bereich einer Stirnseite (6) der Abgreifvorrichtung (3) in Reibverbindung mit dem Rotationskörper (2) bringbar ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgreifvorrichtung (3) mehrere Druck elemente (7) aufweist, die relativ zur Abgreifvorrichtung (3) und parallel zur Drehachse (4) verschieblich gelagert sind und für die Herstellung der Reibverbindung im Bereich einer Stirnseite (6) der Abgreifvorrichtung (3) einzeln gegen den Rotationskörper (2) bewegbar sind.
Aktuator nach einem der beiden vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Abstand vorgebbarer Bereiche des Reibkörpers oder einzelner Druckelemente (7) zum Rotationskörper (2) oder b) der Anpressdruck vorgebbarer Bereiche des Reibkörpers oder einzelner Druckelemente (7) gegen den Rotationskörper (2) während der Drehung der Abgreifvorrichtung (3) um ihre Drehachse (4) veränderbar ausgebildet ist.
Aktuator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Abstands oder des Anpressdrucks ein Führungselement (8) vorgesehen ist, welches eine teilweise oder vollständig die Drehachse (4) umlaufende Führungsbahn (9) aufweist, gegen die der Reibkörper oder die Druckelemente (7) bei der Drehung der Abgreifvorrichtung (3) um die Drehachse (4) direkt oder indirekt abstützbar sind.
Aktuator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) ein Rollenlager, insbesondere ein Axiallager ist.
Aktuator nach einem der beiden vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausrichtung des Führungselements (8) wenigstens ein antreibbares Betätigungselement (10) vorgesehen ist.
Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Abgreifvorrichtung (3) unabhängig von der Rotationsrichtung des Rotationskörpers (2) wählbar ist.
Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgreifvorrichtung (3) Mittel (13) zur Übertragung ihrer aufgenommenen Rotationsenergie an wenigstens eine benachbarte Komponente (11, 12) aufweist.
Aktuator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine benachbarte Komponente (11, 12) als Zuspanneinrichtung ausgebildet ist, die einen Kolben (14) umfasst, der durch die übertragene Drehbewegung zu einer Axialbewegung in Richtung auf den Rotationskörper (2) bewegbar ist, um diesen mit einer Bremskraft zu beaufschlagen.
Bremse, insbesondere Scheibenbremse, mit einem um eine Achse (5) rotierenden Körper (2), insbesondere einer Bremsscheibe, und mit einem Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Aufnahme von Rotationsenergie des rotierenden Körpers.
Fahrzeug mit einer Bremse nach Anspruch 13.