WO2000014420A1 - Bremseinrichtung für eine mit einem rad eines kraftfahrzeuges gekoppelte welle - Google Patents

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WO2000014420A1
WO2000014420A1 PCT/EP1999/005440 EP9905440W WO0014420A1 WO 2000014420 A1 WO2000014420 A1 WO 2000014420A1 EP 9905440 W EP9905440 W EP 9905440W WO 0014420 A1 WO0014420 A1 WO 0014420A1
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friction
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legs
friction lining
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PCT/EP1999/005440
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Andreas GRÜNDL
Bernard Hoffmann
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Continental Isad Electronic Systems Gmbh & Co. Ohg
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    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets

Definitions

  • Braking device for a shaft coupled to a wheel of a motor vehicle
  • the present invention relates to a braking device for a shaft coupled to a wheel of a motor vehicle.
  • the invention relates to a motor vehicle disc brake.
  • the principle according to the invention can also be used for drum brakes.
  • an electro-magnetic brake which comprises an armature part arranged on a shaft to prevent rotation and a magnet housing arranged to prevent rotation.
  • the magnet housing is axially displaceable and by means of adjustable actuators it is possible to adjust the air gap between the magnet housing and the anchor part without removing protective covers.
  • the adjustment means still have to be set individually, which in turn is time-consuming.
  • both the friction lining and the magnet housing rub against the armature part.
  • Such an electromagnetically actuated friction clutch or friction brake is known from the DT 25 16 590 AI, in which the air gap between a magnet part and an armature part is set by means of an automatic adjusting device. This brake also causes uneven wear of the friction linings or the armature washer, since both the friction linings and a housing of the magnetic part rub against the armature disk.
  • DE 34 11 232 AI proposes that highly wear-resistant friction elements each extend radially continuously in an angular section over the entire radial width of the armature. With such an electromagnetic clutch or brake, however, the area of the friction elements is severely limited. The effect of the friction elements is therefore relatively low and an expensive, highly wear-resistant ceramic friction material has to be used. Furthermore, the problem also arises here that when the friction elements wear, the armature in turn rubs against the pole body of the magnetic circuit.
  • DE 196 29 937 AI deals with a brake system in which a brake caliper is axially adjusted by means of an electric motor.
  • a mechanical adjustment device in the manner of a ratchet support is provided on the brake caliper, which adjusts itself automatically when the brake pads wear.
  • US-A-3, 809, 191 describes an electromechanically actuated brake system which converts a rotary movement into a translatory movement via a deflection mechanism and thus acts on a hydraulic brake system or directly on the brake pads.
  • the U steering mechanism described works with one
  • a brake which is actuated by means of micromechanical actuators.
  • a distance retention mechanism is provided, which ensures a distance between the actuator and an adjacent pair of levers.
  • the adjacent pair of levers is designed as a toggle lever, the levers of which are at an angle of approximately 90 ° to one another.
  • four moving levers are provided in such an arrangement.
  • This arrangement which is complex both in terms of space and in terms of construction, requires in particular a very precise configuration of the connection bearings, since possible play would conflict with the short actuation path of the micromechanical actuator.
  • electromagnetic brakes for electrical machines are known under the name ROBAquick, offered by MAYR Antriebstechnik (Catalog No. 701, 9/91 MAYR Antriebstechnik, p. 48-57), in which the torque is transmitted through that both the iron poles and a friction lining of the coil carrier of the electromagnet rub on an armature disk.
  • the shaft must be fixed axially, otherwise the air gap between changes the armature plate and the iron poles or the friction lining, which leads to the armature plate grazing on the coil carrier.
  • the eccentricity of the armature disk relative to the coil former is critical in this arrangement, since from a certain eccentricity the torque drops considerably or the friction surface heats up.
  • the maximum value of the air gap is critical, since an increase in the air gap beyond the specified value disables the brake. Otherwise, this known arrangement is not described as being suitable for automotive applications.
  • the object of the invention is to remedy these disadvantages and restrictions and to provide a brake for motor vehicles which overcomes or at least reduces these disadvantages.
  • the brake is equipped according to the invention with a friction surface which is connected to the shaft, the friction surface containing soft magnetic material, a friction surface facing the friction surface, which is held essentially immovably on a carrier in each direction of rotation of the shaft, and the is movable in the direction of the friction surface, and an electromagnetic arrangement connected to the carrier with at least one coil, which is designed and faces the friction surface in such a way that when the electromagnetic arrangement is electrically excited, the friction surface and the friction lining come into frictional engagement with one another, and the friction surface containing soft magnetic material forms a magnetic circuit with the electromagnet arrangement, in which, with constant excitation current and rotating friction surface, the magnetic field strength is Surface area of the magnetic circuit essentially does not change.
  • the braking device has an adjusting device, which has at least one axially displaceable actuator for each coil, the actuators - if the friction lining (s) are worn out to such an extent that they do not or hardly protrude above the end face of the legs - the friction linings again so far forward promote that the friction linings protrude beyond the end faces of the legs.
  • the electromagnet arrangement has a plurality of legs which are magnetically connected to one another at their end region facing away from the friction lining.
  • the tightening force of the friction lining against the friction surface which is important for the torque transmission, can thus be increased, since the effective area of the air gap between the friction lining and the friction surface influences this tightening force.
  • the legs of the electromagnet arrangement are magnetically connected to one another by a soft magnetic part of the carrier which forms a yoke.
  • the carrier has the adjusting device for the friction lining, with which the friction lining can be conveyed in the direction of the friction surface.
  • This makes it possible to ensure that the friction lining always projects beyond the end face of the legs, so that the legs do not rub against the friction surface and therefore do not wear out prematurely.
  • a minimum air gap can be set, which means that low excitation of the electromagnet arrangement is sufficient.
  • the adjusting device can be formed by several adjusting screws which extend into corresponding threaded bores in the carrier and which
  • adjuster screws Support the friction linings against the carrier. Depending on the width of the air gap, these adjuster screws are used to push the friction linings in the direction of the friction surface.
  • the adjuster screws can be driven by appropriate electric motors.
  • the adjusting device has at least one axially displaceable actuator for each coil, with all actuators being supported on a common support plate.
  • a common drive moves - when the / the friction linings are worn so far that they do not or hardly protrude above the end face of the legs - the support plate in the direction of the friction surface.
  • the actuators again advance the friction linings so far that the friction linings protrude beyond the end faces of the legs.
  • This embodiment only requires a drive, which can be, for example, a motor-driven spindle / nut drive. Any uneven friction linings can be compensated for by the uneven energization of the coils of the electromagnet arrangement described below.
  • Another alternative to this is a conveyor rod that has a serration.
  • This conveyor rod extends through an opening in the carrier plate, into which a corresponding saw toothing is incorporated.
  • the sawtooth on the conveyor rod is forced into the opening of the carrier plate by a spring arrangement for engagement with the sawtooth.
  • the carrier plate is moved in the opposite direction, for example by a corresponding second lifting magnet or by eddy current repulsion by means of the electromagnet arrangement (away from the friction surface), as a result of which the conveyor rod moves against a stationary stop and so on the sawtooth of the feed rod and the sawtooth are offset against one another in the opening against the spring force by at least one sawtooth.
  • the electromagnet arrangement has a coil enclosing one of the legs or the yoke.
  • the coil is preferably arranged between the friction lining and the carrier.
  • the magnetic circuit has an air gap between the end face of each leg and the friction surface, which is reduced by electrical excitation of the electromagnet arrangement to such an extent that the friction lining and the friction surface come into frictional engagement with one another.
  • each leg containing soft magnetic material contains a carrier material which disintegrates on frictional contact with the friction surface.
  • the coil of the electromagnet arrangement can be connected to a control unit which feeds an actuating current into the coil.
  • the control unit preferably has a sensor arrangement with which the current flowing through the coil and the voltage applied to the coil can be detected in order to determine parameters and / or properties of the magnetic
  • Circle in particular the width of the air gap between the friction surface and the friction lining or the length of the legs.
  • the electromagnet arrangement has at least three loops arranged in the form of loops, which together with respective legs and yokes and the friction surface form a corresponding number of magnetic circles which are arranged essentially parallel to the circumference of the friction surface.
  • the force distribution along the circumference of the friction surface with which the friction surface is drawn towards the end face of the legs can be adjusted by the three separate magnetic circles. This is achieved in that the individual coils are energized depending on the width of the respective air gap between the friction surface and the end face of the respective leg.
  • the electromagnet arrangement can have coils, which together with each leg and yoke and the friction surface form a corresponding number of magnetic circles which are arranged concentrically to the circumference of the friction surface.
  • the surface area of the friction surface is better used for torque transmission.
  • actuation current can be applied to each of the coils separately by the control unit, the electrical power fed in preferably having an initial voltage pulse and an adjoining constant range.
  • the individual coils will be continuously subjected to different power curves, which are adjusted depending on the respective air gap dimension.
  • the friction lining according to the invention has a polygon ring or ellipse ring shape or is composed of several parts to form a polygon ring or ellipse ring shape.
  • the eccentricity of the friction lining is chosen so that it corresponds to the width of the end face of the legs.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a bre device according to the invention in a partially sectioned side view.
  • FIG. 2 shows an arrangement of the coils of the braking device according to the invention according to Fig. 1 in a schematic plan view.
  • FIG. 3 shows an embodiment of an adjusting device of the braking device according to the invention according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a braking device according to the invention in the form of a disc brake for a shaft 10 coupled to a wheel (not shown) of a motor vehicle.
  • the disc brake has a circular disc-shaped friction surface 12 made of soft magnetic material, which is connected to the shaft 10 in a rotational test. To increase the stability, the friction surface 12 can be arranged on a carrier disk 14.
  • the disc brake has a friction lining 16 facing the friction surface 12, which is held on the carrier 20, 22 essentially immovably in the direction of rotation of the shaft 10.
  • the friction lining 16 is arranged in a press fit between two legs 24 of an electromagnet arrangement connected to the carrier such that it can be moved between the legs 24 by one (or more) set screws 22 of the carrier in the direction of the friction surface 12.
  • the electromagnet arrangement connected to the carrier 20, 22 is formed by the legs 24, a coil arrangement 28 and a yoke magnetically connecting the legs 24 (not shown in FIG. 1).
  • the magnetic circuit is closed by the friction surface 12, via the air gap a between the end surface 32 of each leg 24 and the friction surface 12, the air gap a decreasing when the electromagnet arrangement is electrically excited to such an extent that the friction lining 16 and the friction surface 12 are in contact with one another Frictional intervention come.
  • the shaft 10 or the friction surface 12 is correspondingly axially displaceably mounted on the shaft 10 with respect to the carrier plate 20.
  • the friction surface 12 forms, with the electromagnet arrangement (leg, coil, yoke), a magnetic circuit in which, with constant excitation current and rotating friction surface 12, the magnetic field strength at a surface in the friction surface - left
  • the friction lining 16 projects beyond the end surface 32 of the leg 24 in the direction of the friction surface 12.
  • a control unit for energizing the coil 28 (not shown) with a sensor arrangement is provided, by means of which the current (I) flowing through the coil 28 and the voltage (U) applied to the coil 28 can be detected by the width to determine the air gap a between the friction surface 12 and the friction lining 16.
  • the electromagnet arrangement has four coils 28a, b, c, d arranged in the form of loops, which together with the respective legs and yokes and the friction surface (not shown in FIG. 2) form a corresponding number of magnetic circuits, which are arranged essentially parallel to the circumference of the friction surface 12.
  • the curved coils 28a, b, c, d, which follow the circumference of the carrier plate 20 each approximately by a quarter circle, and the legs 24 (not shown in FIG. 2) offer the friction surface 12 an essentially uniform magnetic field that also at a rotation of the friction surface 12 results in no significant field change.
  • further magnetic circuits can be provided further inside or further outside.
  • the friction linings 16 which are supported on the coils 28a to 28d can have a polygon ring or ellipse ring shape. Instead of the disk-shaped friction surface 12, this can also have a hollow circular cylindrical shape, the friction linings coming into frictional engagement with the inner or outer surface of the cylinder. This embodiment allows a very slim design, in which several friction linings can act alongside one another in the axial direction along the circumference of the cylinder.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment of the disc brake from FIG. 1, in which a variant of the adjusting device is shown. Parts having the same or the same effect as in the embodiment according to FIG. 1 are provided with the same reference symbols and are not explained again.
  • a conveyor rod 40 is provided in FIG. 3, which has a sawtooth 42 on one side (below).
  • This conveyor rod 40 extends through an opening 44 in the carrier plate 20, in which a corresponding saw tooth 46 is incorporated.
  • the sawtooth 42 on the conveyor rod 40 is urged by a spring arrangement in the form of, for example, a plate spring 48 for engagement with the sawtooth 46 in the opening 44 of the carrier plate 20.
  • the carrier plate 20 with the conveyor rod 40 located therein is moved in the opposite direction (away from the friction surface), whereby the conveyor rod moves against a stationary stop 50 and thus the saw - Tooth 42 of the feed rod 40 and the saw tooth 46 in the opening 44 against the spring force of the spring 48 are offset by at least one saw tooth.
  • the conveyor rod 40 drives the friction lining 16 (with the coil 24) between the legs 24 of the electromagnet arrangement in the direction of the friction surface 12, so that the friction lining projects beyond the end face 32 of the legs 24.

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Abstract

Eine Bremseinrichtung für eine mit einem Rad eines Kraftfahrzeuges gekoppelte Welle (10) umfaßt eine Reibfläche (12), die mit der Welle (10) verbunden ist, wobei die Reibfläche (12) weichmagnetisches Material enthält, einen der Reibfläche (12) zugewandten Reibbelag (16), der in jeder Drehrichtung der Welle (10) im wesentlichen unbewegbar an einem Träger (20) gehalten ist, und der in Richtung auf die Reibfläche (12) bewegbar ist, und eine mit dem Träger (20) verbundene Elektromagnetanordnung, die derart gestaltet und der Reibfläche (12) derart zugewandt ist, daß bei einer elektrischen Erregung der Elektromagnetanordnung die Reibfläche (12) und der Reibbelag (16) miteinander in Reibungseingriff kommen. Die Bremseinrichtung ist mit einer Nachstellvorrichtung (22; 40, 42, 44, 46, 48, 50) für den Reibbelag (16) versehen. Um ein Reiben des Trägers (20) an der Reibfläche zu verhindern, weist die Nachstelleinrichtung bei jeder Spule (28) der Elektromagnetanordnung wenigstens ein axial verschiebbares Stellglied (22; 40) auf, wobei auf, wobei alle Stellglieder (22; 40) die Reibbeläge (16) soweit fördern, daß sie die Stirnfläche der Elektromagnetanordnung überragen.

Description

Bremseinrichtung für eine mit einem Rad eines Kraftfahrzeuges gekoppelte Welle
Beschreibung
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung für eine mit einem Rad eines Kraftfahrzeuges gekoppelte Welle.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine KFZ-Scheibenbremse. Das erfindungsgemäße Prinzip ist jedoch auch für Trommelbremsen einsetzbar.
Stand der Technik
Aus der DE 27 47 466 AI, die als nächstliegender Stand der Technik betrachtet wird, ist eine Elektro-Magnetbremse be- kannt, die einen auf einer Welle verdrehsicher angeordneten Ankerteil und ein verdrehsicher angeordnetes Magnetgehäuse umfaßt. Das Magnetgehäuse ist axial verschiebbar gelagert und durch von außen betätigbare Verstell ittel ist es möglich, den Luftspalt zwischen Magnetgehäuse und Ankerteil ohne Ab- nähme von Schutzverkleidungen einzustellen. Die Verstellmittel müssen dabei dennoch einzeln eingestellt werden, was wiederum zeitraubend ist. Ferner reiben bei dieser Elektro- Magnetbremse sowohl der Reibbelag als auch das Magnetgehäuse am Ankerteil.
Aus der DT 25 16 590 AI ist eine derartige elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung oder Reibungsbremse bekannt, bei der ein Einstellen des Luftspalts zwischen einem Magnetteil und einem Ankerteil mittels einer selbsttätigen Nachstellvor- richtung erfolgt. Auch bei dieser Bremse kommt es zu einem ungleichmäßigen Verschleiß der Reibbeläge bzw. der Anker- scheibe, da sowohl die Reibbeläge als auch ein Gehäuse des Magnetteils an der Ankerscheibe reiben.
Aus der DE 34 11 232 AI ist es bekannt, daß die unterschied- liehen Reibungs- und Verschleißeigenschaften der Materialien der Pole und der Reibelemente einer elektromagnetischen Kupplung oder Bremse zu Schwierigkeiten bzw. einem Fressen der Pole tief in den Anker führen. Die DE 34 11 232 AI schlägt zur Lösung dieses Problems vor, daß sich hoch-verschleißfeste Reibelemente jeweils in einem Winkelausschnitt radial durchgehend über die gesamte radiale Breite des Ankers erstrecken. Bei einer derartigen elektromagnetischen Kupplung oder Bremse ist die Fläche der Reibelemente jedoch stark begrenzt. Die Wirkung der Reibelemente ist dadurch verhältnismäßig gering und es muß ein teures hoch verschleißfestes keramisches Reibmaterial eingesetzt werden. Ferner tritt auch hier das Problem auf, daß bei Verschleiß der Reibelemente der Anker wiederum am Polkörper des Magnetkreises reibt.
Die DE 298 02 063 Ul beschreibt, daß Polreibungsbre sen oder Polreibungskupplungen auch im Bereich der Fahrzeugtechnik eingesetzt werden.
Die DE 196 29 937 AI behandelt eine Bremsanlage, bei der ein Bremssattel mittels eines Elektromotors axial verstellt wird. Am Bremssattel ist eine mechanische Nachstellvorrichtung nach Art einer Ratschen-Abstützung vorgesehen, die bei Verschleiß der Bremsbeläge selbsttätig nachstellt.
Für eine Trommelbremse ist in US-A-3 , 809 , 191 ein elektrome- chanisch betätigbares Bremssystem beschrieben, welches über einen Umlenkmechanismus eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung wandelt, und damit auf ein hydraulisches Bremssystem oder direkt auf die Bremsklötze einwirkt. Der dabei beschriebene U lenkmechanismus arbeitet mit einer
Spindel-Hebelanordnung und stützt sich auf zwei Seiten an den Kolben bzw. den Bremsklötzen ab, um eine in radialer Richtung gleichmäßige Belastung der Antriebsspindel zu erzielen. Dadurch entsteht eine Anordnung mit einem großen Bauvolumen, die nur für eine Verwendung in Trommelbremsen geeignet ist.
Aus JP-A-4-146 866 ist die prinzipielle Anwendung eines piezoelektrischen Aktuators in einer Bremse bekannt. Dabei wird die vom Fahrer eingebrachte Bremskraft über einen piezoelektrischen Aufnehmer in ein elektrisches Signal verwandelt, welches wiederum in den Bremsen über einen piezoelektrischen Aktuator in eine Zustellbewegung der Bremsklötze gewandelt wird. Problemstellungen, die aufgrund des geringen Betätigungsweges der piezoelektrischen Aktuatoren auftreten und der Verlauf von erforderlichen Kraft-Weg-Kennlinien werden in dem Dokument nicht erläutert.
Aus JP-A-62-159 819 ist eine Bremse bekannt, die mittels micromechanischer Aktuatoren betätigt wird. Um eine solche Miniaturisierung einer Bremse zu ermöglichen, ist ein Ab- stand-Rückhaltemechanismus vorgesehen, der einen Abstand zwi- sehen dem Aktuator und einem anliegenden Hebelpaar sicherstellt. Das anliegende Hebelpaar ist dabei als Kniehebel ausgeführt, deren Hebel in einem Winkel von ca. 90° zueinander stehen. Insgesamt sind in einer solchen Anordnung vier sich bewegende Hebel vorgesehen. Diese sowohl räumlich als auch konstruktiv aufwendige Anordnung erfordert insbesondere eine sehr genaue Ausgestaltung der Verbindungslager , da mögliches Spiel dem geringen Betätigungsweg des micromechanischen Aktuators entgegenstehen würde.
Aus der betrieblichen Praxis sind unter der Bezeichnung ROBA- quick, angeboten von der Firma MAYR Antriebstechnik (Katalog Nr. 701, 9/91 MAYR Antriebstechnik , S. 48-57) elektromagnetische Bremsen für elektrische Maschinen bekannt, bei denen die Drehmomentübertragung dadurch erfolgt, daß auf einer Anker- scheibe sowohl die Eisenpole als auch ein Reibbelag des Spulenträgers des Elektomagneten reiben. Außerdem muß die Welle axial festgelegt sein, da sich sonst der Luftspalt zwischen der Ankerscheibe und den Eisenpolen bzw. dem Reibbelag ändert, was dazu führt, daß die Ankerscheibe am Spulenträger streift. Außerdem ist bei dieser Anordnung die Exzentrizität der Ankerscheibe zum Spulenkörper kritisch, da ab einer be- stimmten Exzentrizität das Drehmoment erheblich sinkt bzw. die Reibfläche sich erwärmt. Weiterhin ist der Maximalwert des Luftspaltes kritisch, da eine Vergrößerung des Luftspaltes über den vorgegebenen Wert die Bremse außer Funktion setzt. Im übrigen ist diese bekannte Anordung nicht als für Automobilanwendungen geeignet beschrieben.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile und Einschränkungen zu beheben und eine Bremse für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, die diese Nachteile behebt oder zumindest verringert.
Erfindungsgemäße Lösung
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die Bremse ausgestattet mit einer Reibfläche, die mit der Welle verbunden ist, wobei die Reibfläche weichmagnetisches Material enthält, einem der Reibfläche zugewandten Reibbelag, der in jeder Drehrichtung der Welle im wesentlichen unbewegbar an einem Träger gehalten ist, und der in Richtung auf die Reibfläche bewegbar ist, und einer mit dem Träger verbundenen Elektroma- gnetanordnung mit wenigstens einer Spule, die derart gestaltet und der Reibfläche derart zugewandt ist, daß bei einer elektrischen Erregung der Elektromagnetanordnung die Reibfläche und der Reibbelag miteinander in Reibungseingriff kommen, und die weichmagnetisches Material enthaltende Reibfläche mit der Elektromagnetanordnung einen magnetischen Kreis bildet, bei dem sich bei konstantem Erregungsstrom und drehender Reibfläche die magnetische Feldstärke an einer in der Reib- fläche befindlichen Stelle des magnetischen Kreises im wesentlichen nicht ändert.
Dabei weist die Bremseinrichtung eine Nachstelleinrichtung auf, die bei jeder Spule wenigstens ein axial verschiebbares Stellglied hat, wobei die Stellglieder - wenn der/die Reibbeläge soweit abgenutzt sind, daß sie die Stirnfläche der Schenkel nicht oder kaum mehr überragen - die Reibbeläge wieder soweit nach vorne fördern, daß die Reibbeläge die Stirn- flächen der Schenkel überragen.
Ein wesentlicher Unterschied zum eingangs diskutierten Stand der Technik besteht darin, daß beim Stand der Technik auf der Ankerscheibe sowohl die Eisenpole als auch der Reibbelag des Spulenträgers des Elektomagneten reiben. Bei der Erfindung wird im Gegensatz dazu durch den Reibeingriff des Reibbelag mit der Reibfläche das Drehmoment von der sich drehenden Reibfläche auf den drehtest gelagerten Reibbelag übertragen. Dabei ist die Reibung der Schenkel an der Reibfläche verhin- dert; somit spielt die Reibung des Eisenpoles an der Ankerscheibe keine Rolle. Vielmehr überragt bei der Erfindung der Reibbelag stets die Schenkel bzw. deren Stirnfläche der Elektromagnetanordnung in Richtung auf die Reibfläche. Dadurch wird auch der Verschleiß der Reibfläche durch das Reiben des Eisenpoles an der Ankerscheibe und die damit verbundene unangenehme Geräuschentwicklung vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsfor der Erfindung weist die Elektromagnetanordnung mehrere Schenkel auf, die an ihrer dem Reibbelag abgewandten Endbereich magnetisch miteinander verbunden sind. Damit läßt sich die für die Drehmomentübertragung wichtige Anzugskraft des Reibbelages gegen die Reibfläche erhöhen, da die effektive Fläche des Luftspaltes zwischen dem Reibbelag und der Reibfläche diese Anzugskraft beein- flußt. Dabei sind die Schenkel der Elektromagnetanordnung durch einen ein Joch bildenden weichmagnetischen Teil des Trägers magnetisch miteinander verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Träger die Nachstelleinrichtung für den Reibbelag auf, mit der der Reibbelag in Richtung auf die Reibfläche hin förderbar ist. Damit läßt sich sicherstellen, daß der Reibbelag die Stirnfläche der Schenkel stets überragt, so daß die Schenkel nicht an der Reibfläche schleifen und damit diese nicht vorzeitig verschleißt. Außerdem kann auf einen minimalen Luftspalt eingestellt werden wodurch eine niedrige Erregung der Elektromagnetanordnung ausreicht. Die Nachstelleinrichtung kann durch mehrere Nachstellschrauben gebildet sein, die in entsprechende Gewindebohrungen im Träger reichen und die
Reibbeläge gegen den Träger abstützen. In Abhängigkeit von der Luftspaltbreite werden mit diesen Nachstellschrauben die Reibbeläge in Richtung der Reibfläche geschoben. Der Antrieb der Nachstellschrauben kann dabei durch entsprechende Elek- tromotoren erfolgen.
Bei einer ersten alternativen Ausführungsform hat die Nachstelleinrichtung bei jeder Spule wenigstens ein axial verschiebbares Stellglied, wobei alle Stellglieder sich an einer gemeinsamen Stützplatte abstützen. Ein gemeinsamer Antrieb bewegt - wenn der/die Reibbeläge soweit abgenutzt sind, daß sie die Stirnfläche der Schenkel nicht oder kaum mehr überragen - die Stützplatte in Richtung der Reibfläche. Dabei fördern die Stellglieder die Reibbeläge wieder soweit nach vor- ne, daß die Reibbeläge die Stirnflächen der Schenkel überragen. Diese Ausführungsform erfordert lediglich einen Antrieb, der zum Beispiel ein motorgetriebener Spindel/Mutter-Antrieb sein kann. Eine ggf. ungleichmäßige der Reibbeläge kann durch die weiter unten beschriebene ungleiche Bestromung der Spulen der Elektromagnetanordnung ausgeglichen werden. Eine weitere Alternative dazu besteht in einer Förderstange, die eine Sägezahnung aufweist. Diese Förderstange reicht durch eine Öffnung in der Trägerplatte, in eine entsprechende Sägezahnung eingearbeitet ist. Die Sägezahnung an der Förder- stange ist durch eine Federanordnung zum Eingriff mit der Sägezahnung in der Öffnung der Trägerplatte gedrängt. Um die Förderstange und den Reibbelag gegen die Reibfläche zu bewegen, wird die Trägerplatte in der entgegengesetzten Richtung zum Beispiel durch einen entsprechenden zweiten Hubmagneten oder durch Wirbelstromabstoßung mittels der Elektromagnetanordnung (von der Reibfläche weg) bewegt, wodurch die Förderstange gegen eine ortsfesten Anschlag fährt und so die Sägezahnung der Förderstange und die Sägezahnung in der Öffnung gegen die Federkraft um wenigstens einen Sägezahn gegeneinan- der versetzt werden.
Erfindungsgemäß weist die Elektromagnetanordnung eine einen der Schenkel oder das Joch umschließende Spule auf. Vorzugsweise ist die Spule zwischen dem Reibbelag und dem Träger an- geordnet.
Der magnetische Kreis weist zwischen der Stirnfläche jedes Schenkels und der Reibfläche einen Luftspalt auf, der sich bei einer elektrischen Erregung der Elektromagnetanordnung soweit verringert, daß der Reibbelag und die Reibfläche miteinander in Reibungseingriff kommen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung enthält jeder weichmagnetisches Material enthaltende Schenkel ein Trägermaterial, das bei Reibungskontakt mit der Reibfläche zerfällt. Das hat zur Folge, daß bei sich verbrauchendem Reibbelag der Abstand die Schenkel zwar mit der Reibfläche in Berührung kommen, aber dabei die Stirnfläche der Schenkel zumindest auf die Höhe des Reibbelages reduziert wird. Damit wird sichergestellt, daß einerseits die Stirnflächen der Schenkel nicht die Reibfläche zerstören und andererseits stets der Reibbelag den wesentlichen Anteil des Drehmomentes von der Reibfläche aufnimmt. Durch diese Ausgestaltung erübrigt sich eine separate Nachstellung des Reibbelages in Richtung der Reibfläche.
Erfindungsgemäß ist die Spule der Elektromagnetanordnung mit einer Ansteuereinheit verbindbar, die einen Betätigungstrom in die Spule einspeist. Bevorzugt weist die Ansteuereinheit eine Sensoranordnung auf, mit der der durch die Spule fließende Strom und die an der Spule anliegende Spannung erfaßbar sind, um Parameter und/oder Eigenschaften des magnetischen
Kreises, insbesondere der Breite des Luftspaltes zwischen der Reibfläche und dem Reibbelag oder die Länge der Schenkel zu ermitteln.
Ein erhebliches Problem bei den Anordnungen im Stand der
Technik besteht auch darin, daß eine ungleiche Abnutzung der Reibbeläge dazu führen kann, daß sich die Reibscheibe ungleichmäßig abnutzt, was zu Unruhe im Lauf führt. Außerdem ist die Bremsleistung vermindert, wenn die Reibbeläge nicht mit einem gleichmäßigen Druck an der Reibfläche anliegen.
Zur Lösung dieses Teilproblems weist die Elektromagnetanordnung wenigstens drei schleifenförmig angeordnete Spulen auf, die zusammen mit jeweiligen Schenkeln und Jochen und der Reibfläche eine entsprechende Anzahl magnetischer Kreise bilden, die im wesentlichen parallel zum Umfang der Reibfläche angeordnet sind. Durch die drei separaten magnetischen Kreise kann die Kraftverteilung entlang des Umfangs der Reibfläche, mit der die Reibfläche zu der Stirnfläche der Schenkel gezo- gen wird, eingestellt werden. Dies wird dadurch realisiert, daß die einzelnen Spulen in Abhängigkeit von der Breite des jeweiligen Luftspaltes zwischen der Reibfläche und der Stirnfläche der jeweiligen Schenkel bestromt werden.
Zusätzlich oder anstelle der vorstehend beschriebenen Verteilung der Magnetkreise entlang des Umfangs der Reibfläche kann die Elektromagnetanordnung Spulen aufweisen, die zusammen mit jeweiligen Schenkeln und Jochen und der Reibfläche eine entsprechende Anzahl magnetischer Kreise bilden, die konzentrisch zum Umfangs der Reibfläche angeordnet sind. Damit wird im Vergleich zu herkömmlichen Bremseinrichtungen der Flächen- inhalt der Reibfläche besser zur Drehmomentübertragung genutzt.
Erfindungsgemäß ist jede der Spulen durch die Ansteuereinheit getrennt mit Betätigungsstrom beaufschlagbar ist, wobei die eingespeiste elektrische Leistung vorzugsweise einen Anfangs- Spannungsimpuls und einen sich daran anschließenden Konstantbereich aufweist. Zur Luftspaltregelung werden die einzelnen Spulen fortlaufend mit unterschiedlichen Leistungsverläufen beaufschlagt werden, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Luftspaltmaß eingeregelt werden.
Zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Abnutzung der Reibfläche weist erfindungsgemäß der Reibbelag eine Polygonring- oder Ellipsenringform auf oder ist durch mehrere Teile zu einer Polygonring- oder Ellipsenringform zusammengesetzt. Dabei ist die Exzentrizität des Reibbelages so gewählt, daß sie Breite der Stirnfläche der Schenkel entspricht.
Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Abwandlungen werden anhand der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung deutlich, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungs- gemäßen Bre seinrichtung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung der Spulen der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung nach Fig. 1 in einer schematischen Draufsicht. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Nachstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Bremseinrichtung in Form einer Scheibenbremse für eine mit einem (nicht gezeigten) Rad eines Kraftfahrzeuges gekoppelte Welle 10 gezeigt. Die Scheibenbremse hat eine kreisscheibenförmige Reibfläche 12 aus weichmagnetischem Material, die mit der Welle 10 drehtest verbunden ist. Zur Erhöhung der Stabilität kann die Reibflä- ehe 12 an einer Trägerscheibe 14 angeordnet sein.
Des weiteren hat die Scheibenbremse einen der Reibfläche 12 zugewandten Reibbelag 16, der in der Drehrichtung der Welle 10 im wesentlichen unbewegbar an einem Träger 20, 22 gehalten ist. Dazu ist der Reibbelag 16 zwischen zwei Schenkeln 24 einer mit dem Träger verbundenen Elektromagnetanordnung im Preßsitz so angeordnet, daß er zwischen den Schenkeln 24 durch eine (oder mehrere) Stellschrauben 22 des Träger in Richtung auf die Reibfläche 12 hin bewegbar ist.
Die mit dem Träger 20, 22 verbundene Elektromagnetanordnung ist durch die Schenkel 24, eine Spulenanordnung 28 und ein die Schenkel 24 magnetisch verbindendes Joch (in Fig. 1 nicht gezeigt) gebildet. Den magnetischen Kreis schließt die Reib- fläche 12, über den Luftspalt a zwischen der Stirnfläche 32 jedes Schenkels 24 und der Reibfläche 12, wobei sich der Luftspalt a bei einer elektrischen Erregung der Elektromagnetanordnung soweit verringert, daß der Reibbelag 16 und die Reibfläche 12 miteinander in Reibungseingriff kommen. Dazu ist die Welle 10 oder die Reibfläche 12 an der Welle 10 gegenüber der Trägerplatte 20 entsprechend axial verschiebbar gelagert.
Die Reibfläche 12 bildet mit der Elektromagnetanordnung (Schenkel, Spule, Joch) einen magnetischen Kreis, bei dem sich bei konstantem Erregungsstrom und sich drehender Reibfläche 12 die magnetische Feldstärke an einer in der Reibflä- - li ¬
ehe 12 befindlichen Stelle des magnetischen Kreises im wesentlichen nicht ändert. Mit anderen Worten ändern sich bei einer Rotation der Bremsfläche der Magnetfluß (bei gleichbleibendem Luftspalt a) im wesentlichen nicht. Damit ist eine wirbelstromarme Anordnung realisert, die sehr verlustarm ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, überragt der Reibbelag 16 die Stirnfläche 32 des Schenkels 24 in Richtung auf die Reibfläche 12.
Zur Bestimmung der Luftspaltbreite a ist eine Ansteuereinheit zur Bestromung der Spule 28 (nicht gezeigt) mit einer Sensoranordnung vorgesehen, mit der der durch die Spule 28 fließende Strom (I) und die an der Spule 28 anliegende Spannung (U) erfaßbar sind um die Breite des Luftspaltes a zwischen der Reibfläche 12 und dem Reibbelag 16 zu ermitteln.
In Fig. 2 ist gezeigt, daß die Elektromagnetanordnung vier schleifenformig angeordnete Spulen 28a, b, c, d aufweist, die zusammen mit jeweiligen Schenkeln und Jochen und der Reibflä- ehe (in Fig. 2 nicht gezeigt) eine entsprechende Anzahl magnetischer Kreise bilden, die im wesentlichen parallel zum Umfang der Reibfläche 12 angeordnet sind. Die dem Umfang der Trägerplatte 20 jeweils etwa um einen Viertelkreis folgenden gekrümmten Spulen 28a, b, c, d und die (in Fig. 2 nicht ge- zeigten) Schenkel 24 bieten der Reibfläche 12 ein im wesentlichen derart gleichmäßiges Magnetfeld, daß sich auch bei einer Rotation der Reibfläche 12 keine nennenswerte Feldänderung ergibt.
Zur Erhöhung der Bremsleistung können konzentrisch zu den Magnetkreisen, wie sie in Fig. 2 durch die gezeigten Spulen 28a bis 28d angedeutet sind, weitere Magnetkreise weiter innen oder weiter außen liegend vorgesehen sein.
Die sich an den Spulen 28a bis 28d abstützenden Reibbeläge 16 können eine Polygonring- oder Ellipsenringform aufweisen. Anstelle der scheibenförmigen Reibfläche 12 kann diese auch eine hohle kreiszylindrische Gestalt aufweisen, wobei dabei die Reibbeläge mit der Innen- oder Außenmantelfläche des Zylinders in Reibungseingriff treten. Diese Ausführungsform er- laubt eine sehr schlank bauende Ausgestaltung, bei der mehrere Reibbeläge in axialer Richtung nebeneinander entlang des Umfangs des Zylinders angreifen können.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Scheiben- bremse aus Fig. 1, bei der eine Variante der Nachstelleinrichtung gezeigt ist. Gleich oder gleichwirkende Teile wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
Anstelle der Stellschraube 22 der Ausführungsform in Fig. 1 ist in Fig. 3 eine Förderstange 40 vorgesehen, die an ihrer einen Seite (unten) eine Sägezahnung 42 aufweist. Diese Förderstange 40 reicht durch eine Öffnung 44 in der Trägerplatte 20, in eine entsprechende Sägezahnung 46 eingearbeitet ist. Die Sägezahnung 42 an der Förderstange 40 ist durch eine Federanordnung in Form zum Beispiel einer Tellerfeder 48 zum Eingriff mit der Sägezahnung 46 in der Öffnung 44 der Trägerplatte 20 gedrängt.
Um die Förderstange 40 und den Reibbelag 16 gegen die Reibfläche 12 zu bewegen, wird die Trägerplatte 20 mit der darin befindlichen Förderstange 40 in der entgegengesetzten Richtung (von der Reibfläche weg) bewegt, wodurch die Förderstange gegen eine ortsfesten Anschlag 50 fährt und so die Säge- zahnung 42 der Förderstange 40 und die Sägezahnung 46 in der Öffnung 44 gegen die Federkraft der Feder 48 um wenigstens einen Sägezahn gegeneinander versetzt werden. Dadurch treibt die Förderstange 40 den Reibbelag 16 (mit der Spule 24) zwischen den Schenkeln 24 der Elektromagnetanordnung in Richtung der Reibfläche 12, so daß der Reibbelag die Stirnfläche 32 der Schenkel 24 überragt.

Claims

Ansprüche
1. Bremseinrichtung für eine mit einem Rad eines Kraftfahrzeuges gekoppelte Welle (10) , mit - einer Reibfläche (12) , die mit der Welle (10) verbunden ist, wobei die Reibfläche (12) weichmagnetisches Material enthält,
- einem der Reibfläche (12) zugewandten Reibbelag (16) , der in jeder Drehrichtung der Welle (10) im wesentlichen unbeweg- bar an einem Träger (20) gehalten ist, und der in Richtung auf die Reibfläche (12) bewegbar ist, und
- einer mit dem Träger (20) verbundenen Elektromagnetanordnung, die derart gestaltet und der Reibfläche (12) derart zugewandt ist, daß bei einer elektrischen Erregung der Elektromagnetanordnung die Reibfläche (12) und der Reibbelag (16) miteinander in Reibungseingriff kommen, und
- die weichmagnetisches Material enthaltende Reibfläche (12) mit der Elektromagnetanordnung einen magnetischen Kreis bildet, bei dem sich bei konstantem Erregungsstrom und drehender Reibfläche (12) die magnetische Feldstärke an einer in der
Reibfläche (12) befindlichen Stelle des magnetischen Kreises im wesentlichen nicht ändert.
2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Elektromagnetanordnung mehrere Schenkel (24) aufweist, die an ihrer dem Reibbelag (16) abgewandten Endbereich magnetisch miteinander verbunden sind.
3. Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Schenkel (24) der Elektromagnetanordnung durch einen ein Joch bildenden weichmagnetischen Teil des Trägers (20) magnetisch miteinander verbunden.
4. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Träger (20) eine Nachstelleinrichtung (22) für den Reibbelag (16) aufweist, mit der der Reibbelag (16) in Rich- tung auf die Reibfläche (12) hin förderbar ist.
5. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Nachstelleinrichtung mehrere Nachstellschrauben (22) aufweist, die durch entsprechende Gewindebohrungen in der
Trägerplatte (20) reichen und die Reibbeläge (16) gegen die Trägerplatte (20) abstützen, wobei die Nachstellschrauben (22) in Abhängigkeit von der Luftspaltbreite a die Reibbeläge (16) in Richtung der Reibfläche (12) schieben.
6. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Nachstelleinrichtung wenigstens eine Förderstange (40) aufweist, die eine Sägezahnung (42) hat, wobei die Förder- stange (40) durch eine Öffnung (44) in der Trägerplatte (20) reicht, in die eine entsprechende Sägezahnung (46) eingearbeitet ist.
7. Bremseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Förderstange (40) durch eine Federanordnung (48) zum Eingriff mit der Sägezahnung (46) in der Öffnung (44) gedrängt ist.
8. Bremseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Nachstelleinrichtung bei jeder Spule wenigstens ein axial verschiebbares Stellglied hat, wobei alle Stellglieder sich an einer gemeinsamen Stützplatte abstützen, und wobei ein gemeinsamer Antrieb die Stützplatte in Richtung der Reibfläche bewegt wird und dabei die Stellglieder die Reibbeläge soweit fördert, daß sie die Stirnfläche der Schenkel überragen.
9. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Elektromagnetanordnung eine einen der Schenkel (24) oder das Joch umschließende Spule aufweist (28) , wobei die Spule (28) vorzugsweise zwischen dem Reibbelag (16) und dem Träger (20) angeordnet ist.
10. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der magnetische Kreis zwischen der Stirnfläche (32) jedes Schenkels (24) und der Reibfläche (12) einen Luftspalt a auf- weist, der sich bei einer elektrischen Erregung der Elektromagnetanordnung soweit verringert, daß der Reibbelag (16) und die Reibfläche (12) miteinander in Reibungseingriff kommen.
11. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- jeder weichmagnetisches Material enthaltende Schenkel (24) ein Trägermaterial enthält, das bei Reibungskontakt mit der Reibfläche (12) zerfällt, so daß bei sich verbrauchendem Reibbelag (16) die (24) Schenkel zwar mit der Reibfläche (12) in Berührung kommen, aber sich dabei die Stirnfläche (32) der Schenkel (24) zumindest auf die Höhe des Reibbelages (16) reduziert.
12. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Spule (28) der Elektromagnetanordnung mit einer Ansteuereinheit verbindbar ist, die einen Betätigungstrom in die Spule einspeist.
13. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Ansteuereinheit eine Sensoranordnung aufweist, mit der der durch die Spule fließende Strom und die an der Spule an- liegende Spannung erfaßbar sind, um Parameter und/oder Eigenschaften des magnetischen Kreises, insbesondere der Breite des Luftspaltes zwischen der Reibfläche und dem Reibbelag oder die Länge der Schenkel zu ermitteln.
14. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Elektromagnetanordnung wenigstens drei schleifenformig angeordnete Spulen (28a, 28b, 28c, 28d - Fig. 2) aufweist, die zusammen mit jeweiligen Schenkeln und Jochen und der Reibfläche eine entsprechende Anzahl magnetischer Kreise bilden, die im wesentlichen parallel zum Umfang der Reibfläche angeordnet sind.
15. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Elektromagnetanordnung Spulen aufweist, die zusammen mit jeweiligen Schenkeln und Jochen und der Reibfläche eine entsprechende Anzahl magnetischer Kreise bilden, die konzentrisch zum Umfangs der Reibfläche angeordnet sind.
16. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- jede der Spulen durch die Ansteuereinheit getrennt mit Be- tätigungsstro beaufschlagbar ist, wobei die eingespeiste elektrische Leistung vorzugsweise einen Anfangs-Spannungs- impuls und einen sich daran anschließenden Konstantbereich aufweist und zur Luftspaltregelung die einzelnen Spulen fortlaufend mit unterschiedlichen Leistungsverläufen beaufschlagt werden, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Luftspaltmaß ein- geregelt werden.
17. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Reibbelag eine Polygonring- oder Ellipsenringform aufweist oder durch mehrere Teile zu einer Polygonring- oder Ellipsenringform zusammengesetzt ist, wobei die Exzentrizität des Reibbelages so gewählt ist, daß sie Breite der Stirnfläche der Schenkel entspricht.
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