用于电动机械制动装置的无间隙驱动装置的制作方法

专利名称：用于电动机械制动装置的无间隙驱动装置的制作方法
用于电动机械制动装置的无间隙驱动装置
本发明涉及一种电动机械的楔形制动器。本发明特别是涉及一种自 加强的电动机械楔形制动器的促动器和主动楔式闸板之间力的传递。
在传统的盘式制动器中制动力矩的产生是建立在两个或者多个制 动颚板之间直接产生大的压紧力的基础之上。相反地在自加强的电动机 械的楔形制动器中引入到制动器中的力比所达到的压紧力要小。
在这种类型的制动器中是由电动机施加力的。电动机移动 一个设计 为主动楔式闸板的制动颚板。通常制动颚板通过一个滚动轴承如此地支 撑在 一个被动的第二楔式闸板上，即它的移动引导它倾斜地朝待制动的 物体，例如一个制动盘移动。若制动颚板朝着待制动的物体的运行方向 被引导到这个物体，则它被这个物体沿着它的运动方向一起被带动。当 在楔式闸板上设计的楔式表面的倾斜度合适时摩擦部件通过这种随动 继续拉动靠近待制动的物体。通过这一措施加强了起促动器作用的电动 机的制动效果。这种效应通常作为自动加强而被公开。例如在专利文献
EP 0 953 785中对这种自加强效应的数学处理进行了说明。由此按照下 述公式
FM = FB . [ (tana-u) /p],. (1)
降低了用于 一定的制动力FB—这是在摩擦部件上产生的摩擦力 一 由电 动机输入到楔形装置的力FM,其中，a规定了楔形表面和运动平面的夹 角，n表示材料对摩擦片/待制动的物体的表面的摩擦系数。从该方程式 (1)中产生自加强系数C、
C* = FB/FM = p/(tana-口)，' (2>
当(tana-n) > 0时，(:*为正值。因此，用作制动促动器的电动片几必 须施加一种移动力。这个移动力将制动颚板移动到待制动的物体。因此 此时存在推进状况。
当(tana-n) < 0时，(*为负值。因此用作制动促动器的电动机必须施加一种移动力。这个移动力使制动颚板离开待制动的物体。因此 此时存在 一种拉回的状况。
当(tana-n) = 0时，(*不具有规定的数值
因此，为了可靠地避免制动器的闭锁，按照方程式(2)楔形制动 必须以足够的间距在通过临界值j^tana表示的渐近线以下运行，然而通 过这种方式所能取得的楔形制动的自动加强很小。然而实践表明，即使 达到临界值『tanoc时，楔形制动器也不会出现绝对的闭锁。
在实践中在从推进状况过渡到拉回状态的过渡中制动器不被闭锁 其原因是使用了调节装置和在待制动的物体和用作制动促动器的电动 机之间的力的传递中的惯量造成的。对制动力的控制是借助用作促动器 的电动机进4亍的。电动机促使主动楔式闸一反移动到一个位置。在这个位 置中主要是通过这些楔式闸板彼此之间的相对位置和制动钳的弹簧作 用确定而产生的张紧力。当达到张紧力的额定值时主动楔式闸板的位置 没有变化，而是由促动器应施加的力Fm有化。在用于电动机械的楔形制 动器所采用的调节回路中常规制动促动器的力调节通过用于主动楔式 闸板的驱动驱动的速度调节和位置调节扩大了，其中，这种调节如此地 改变了电动机的旋转速度，即楔式闸板的与张紧力的额定值相对应的位 置得到调节，并且保持不变。据此，当达到张紧力的额定值时，调节装 置的速度调节器得到的额定数值是"零"。因此，当摩擦片摩擦系数p， 或者力FB摆动时它也使楔式闸板的位置保持恒定。
这样实际上楔形制动器是可以绕通过渐近线C*表示的运行点运行 的。因此在这个区域中楔形制动器具有很高的自加强，所以该制动器可 以很小的由制动促动器所施加的力运行。然而在每次突起该渐近线时由 促动器所施加的力的方向发生逆转。因此，由促动器的电动机施加到楔 形制动装置的力必须能双向调节，其中，根据方程式(2)由于该系统 的双向性和高的动力这种调节必须以足够短的响应时间实现。
在制动器绕着通过(tana-n) = 0表示的运行点的运行条件下相应 的动态双向调节引起对在制动促动器和主动楔式闸板之间进行力传递 所需的耦合机构的振荡的力作用。为了使施加到主动楔式闸板的力的方 向变化没有滞后，耦合机构必须基本为无间隙设计。
在这种情况中耦合部件不是刚性设计。虽然在前进制动范围中在耦 合部件和楔形闸板中的楔形表面的倾斜面平行定向的情况下作用到耦合机构的力与耦合机构的连接轴平行地延伸，然而在倒退制动时一在这 种倒退制动时，待制动的物体的运动与制动顎板的移动是方向相反地进 行的 一在耦合机构上出现横向力，这个横向力要求耦合机构垂直于它的 连接轴地发生偏移，这样就没有起破坏作用的强制力作用到与制动器的 连接上。
为了满足无间隙和允许沿一个垂直于耦合机构的连接轴的方向有 限的相对运动的这两个要求使用具有分界缝或者缝隙导向装置的耦合 机构。然而在这种情况中这种无间隙只能成本高地以高精确的缝隙适配 或者用一个第二马达予以保证。
其它的方案使用的是具有两个无间隙调节的滚动轴承或者滑动轴 承的耦合杆。然而相应的设计体积大且昂贵，此外还存在这样的危险性， 即，由于作用到耦合杆的压力高随着时间这些轴承会发生偏移,并且因 此使得制动力的调节精确度下降。此外在作用力小时该装置的刚性小， 这样就在正常状态时制动器的调节质量就相对比较小。
由此本发明的任务是以为电动机械制动器提供一种耦合机构，这种 耦合机构可成本有利地制造，体积小，并且允许垂直于它的连接轴偏转， 但同时即使在高的压力时沿着连接轴的方向也有足够的刚性，以保证制 动器的高的调节质量。
根据本发明，这个任务通过独立权利要求的特征得以完成。
本发明包括一个用于将驱动装置的线性运动传递到一个电动机械 的楔形制动器的一个楔式闸板的耦合装置，其中，该耦合装置包括至少 一个固体部件，这个固体部件具有一个用于在驱动装置上固定的第一端
部和一个用于与楔式闸板连接的第二端部。此外，所述固体部件还具有 一个第一区域或者多个第一区域，所述区域具有横截面，该横截面在第 一方向的刚性比在一个基本垂直于第一方向设置的第二方向中的刚性 要小得多。
在这方面需要指出的是，在本说明书和权利要求书中用于列举特征 所使用的概念"包括"、"包含"、"具有"和"带有"，以及它们的 语法变换通常是表示特征的存在，例如方法步骤、装置、区域、参数等， 然而绝不排除其它的或者附加的特征或者其它的或者附加的特征组合 的存在。
此外，本发明还包括一个电动机械的制动装置，它具有一个驱动装
6置，它设计用于将电能转变为一种机械线性运动，制动装置具有一个主 动的楔式闸板以及一个被动的楔式闸板(它在一个固定的装置中和电驱 动装置连接)并且具有一个或者多个辊体，辊体是如此地设置在主动楔 式闸板和被动楔式闸板之间的，即它们分别接触主动的和被动的楔式闸 板的彼此对置的楔形表面。为了将由驱动装置产生的线性运动传递到主 动楔式闸板上在此在驱动装置和主动的楔式闸板之间设置一个耦合装 置。这个耦合装置具有上述特征或也有其它的下面描述的特征。
在权利要求中所定义的耦合装置作为在驱动装置和楔式闸板之间 起固体铰链起作用，并且由于它结构简单因而仅占用小的结构空间。它 一方面保证当有与它的连接轴轴向延伸的拉力和压缩力时所要求的刚 性，并且另一方面相对于力的作用有弹性，这些力是垂直于它的连接轴 方向作用到它上的。在这种情况中沿着耦合装置的轴向方向或纵向方向 大的刚性4吏得驱动装置和主动楔式闸板之间的力的无间隙传递成为可 能，并且因此使得使用相应的耦合装置的电机构制动装置的高的调节质 量成为可能。
在从属权利要求中对本发明有进一步的改进。
为了提高固体部件的弯曲载荷，有利地固体部件具有另一区域。它 的刚性在第一方向比在所述一个第一区域中或者在多个第一区域中在 这个方向的固体部件的刚性要大。为了以最小的材料消耗达到固体部件 的尽可能最好的抗弯强度优选地这个另一区域基本上设置在固体部件 的第 一 端部和第二端部之间的中间位置。
为了避免出现旋转运动一旋转运动会导致在力的传递过程中出现 间隙 一 固体部件的第 一端部和/或第二端部合适地设计用于不转动固定 或连接。
为了保证固体部件的成本有利的制造和尽可能好的刚性在另 一 实 施形式中优选地将这个固体部件整件设计。有利地这个固体部件采用冲 压弯曲工艺制成。这个工艺可以简单和价格便宜的制造。
为了成本效率高地设计具有商业上通行的部件的电动机械的制动 装置驱动装置有利地包括电动机和传动装置，其中，传动装置是如此设 计的，即将电动机的旋转运动转变成一个传动装置元件的线性运动。这 个传动装置可优选地由 一个无间隙的丝杠传动装置形成，从而可以在很 小的摩擦损失的情况下有效地将旋转运动转换成线性运动。从下述对根据本发明的 一 些实施例的说明并结合权利要求和附图
可产生本发明的其它特征。在说明书和权利要求书中所说明的那些单个 的特征在根据本发明的一个实施形式中可单个地或者也可多个地实现。
在下述对本发明的几个实施例的说明中参考了所附的图。这些图是


图1: 一个具有耦合装置的一个优选的实施形式的电动机械的楔形 制动器的一种与真实尺寸比例不符的原理侧面图。
图2a:图1的耦合装置的侧面原理图。
图2b:图1的耦合装置顶视原理图。
图3:横向负载时图1的耦合装置的偏移示意图。
在图1中示出的电动机械制动器10具有一个促动器2。在该促动器 上设置一个用于将促动器的旋转运动转换为线性运动的传动装置8。促 动器2,例如电动机，和传动装置一起组成一个用于产生用来将力Fm引 入到制动装置中的线性运动的驱动装置。耦合装置1将传动装置8和一 个主动楔式闸板3连接起来。在该闸板的朝向待制动物体7的一侧设置 一个制动衬3a。起制动颚板作用的楔式闸板3通过辊体5支撑在一个被 动的楔式闸板4上。后者通过一个支架装置6和促动器固定连接。
促动器2优选地由电动机形成。它的旋转轴在壳体的外部是可触及 的。为了将电动机轴的旋转运动转变为线性运动可在电动机轴上设置一 个丝杠传动方式的传动装置8,例如滚球丝杆或者滚子丝杆。代替地电 动机壳体外部的电动机转轴本身就可设计为丝杠传动。在丝杠的螺紋上 可以用已公开的技术不转动和无间隙地设置丝杠螺母。丝杠的转动导致 丝杠螺母的线性运动。当然除了丝杠传动外还可采用其它合适的传动方 式。
通过传动装置8产生的线性运动通过一个或者多个耦合装置1传递 到主动楔式闸板3 在楔式闸板3和4的彼此对置的面上形成楔形面。 在这些楔形面上靠置有辊体5。楔式闸板3的线性移动引起辊体在两个 楔式闸板楔形面上的滚动，从而这两个楔式闸板之间的距离发生变化。 根据楔式闸板3的起始位置和移动方向其通过滚动运动朝向待制动物体 7运动，或者从该物体离开。在汽车中这个待制动的物体7通常是由一 个制动盘构成。
将一个或者多个杆形或者棒形的固体部件规定为耦合装置1。固体线性可移动的部件，例如丝杠传动装置的丝杠 螺母和主动的楔式闸板3连接起来。这种连接可通过耦合装置1的一个端部和主动闸板3的直接固定进行，这种连接也可代替地通过耦合装置1的端部和一个与该楔式闸板固定连接的部件、或者部件组的固定进行。 因此，所述一个固体部件1，或者多个固体部件中的每个固体部件在一个端部上和传动装置8的线性可移动的部件连接，或者一个或者一组与 它固定的部件连接。固体部件于在它的纵向方向上对端部固定在主动的 楔式闸板3上或者固定在一个与其刚性连接的支架上。这些固定在两个 端部合适地为抗弯曲和不旋转设计。在这种情况中这种固定有利地设计 为形状配合连接、材料连接或者传力连接。为了使固体部件在垂直于它的纵向的方向能够偏移，这些固体部件 具有一种横截面几何形状，它的刚性在第 一方向比一个基本垂直于它设 置的第二方向要小得多。通过所述措施这些固体部件具有一种平坦的结 构，这样，这些固体部件就像板簧一样可向第一方向弯曲。这种几何形在图2a和2b中示出满足这些要求的一个固体部件1的一个实例。 图2a为固体部件1的侧面简图。图2b为其顶视简图。在这些图中示出的固体部件1由一个平的长方体形的基本体和一个 在它的中间区域中设置的加粗部lc组成。加粗部lc并非是固体部件的 必需组成部分，然而正如下面还将详细说明的它却改进了耦合装置1的 抗弯强度。当然作为固体部件1除了这种示出的长方体形的几何形状外 也可以采用其它平坦设计的细长的结构。将耦合装置设计成平坦的杆形或者棒形的固体，它的端部和传动装 置8的线性可移动的部件、主动楔式闸板3刚性连接，保证从传动装置 8向楔式闸板3的线性运动的传递是所要求的无间隙传递。在向前制动情况中楔式闸4反3朝着待制动的物体7运动的方向，并 且朝这个物体移动。在汽车中，在前进制动时部分地施加大约10 kN量 级的压力FM,在必要时施加更大的压力到主动楔式闸板3中。若所述压 力具有一个横向于固体部件1的纵向方向的分力，则这些固体部件1有 可能由于弯折而失灵。除了通过在耦合装置中使用多个固体部件1可以分担载荷，并且因 此每个部件所承担的载荷较少外，还可以排除出现相应的横向力。其办法是将固体部件1的纵向方向一这个纵向方向沿着在传动装置8的线性 可移动的部件上的固定部和在主动楔形闸板3上的固定部之间的连接轴线延伸一平行于楔形表面的倾斜度设置，在前进制动时辊体5就在这些楔形表面上滚动。只有当摩擦系数/i小于tanoc时才出现压力。当超过临界值^^tana时 固体部件1通过拉力而承受载荷。在这种情况中不会出现使结构受损的 弯折载荷，这样，除了固体部件1具有足够的强度外还不必考虑特殊的 结构特征。在倒退制动时与前进制动情况相比有不同的情况。在此，楔式闸板 在接近待制动的物体7时与它的运动方向相反地移动。在这个运动方向 中这个楔形闸板具有一个垂直于固体部件1的纵向方向的运动分量。因 此固体部件1合适地如此设置，即该运动分量的方向基本垂直于固体部 件的宽边地指向它的最小的侧向扩展的方向，并且因此固体部件l易于 在其窄边上弯曲，并且像一个固体铰链一样易于活动。在这种情况中弯 曲是如此发生的，即固体部件l的窄边弯曲。如已经说到的，在前进和退倒制动情况中沿着固体部件的纵向方向 出现高的压力。在这些压力的作用下在固体部件1上出现弯曲力矩。这 些弯曲力矩会导致这些部件的稳定性的丧失。这种稳定性的丧失的表现 在于，从称为弯折载荷的一定的载荷起固体部件1出现随着载荷快速增 长的形状变化。按照Leonard Euler (1707-1783),长度1的棒或者杆 的弯折力可通过下述方程式表示FK = n2EI/(pi)2 (3)， 其中，E表示棒或杆的弹性模量，I为它的横截面的平面转动惯量，(3为屈析长度系数(KnickUngenbeiwert )。其中，后者的数值与棒或杆的 端部是如何支承的情况有关。从方程式(3)可以看出，弯折力，也就 是使结构弯折需要的压力随结构长度1的平方成比例地下降。为了在长度给定时提高弯折载荷，按照方程式(3)可扩大棒或杆 横截面的平面转动惯量I,因此平面转动惯量形成横截面的防止弯曲的 程度。平面转动惯量随着截面面积的增加而增加。在这些图中所示的固体部件]的几何形状使用了这样的知识，即只有这样的地方才需要扩大橫截面，即在那里估计会出现最大的弯曲力 矩。在两个端部上夹紧的棒或杆形的结构中在中间出现最大的弯曲力 矩。因此为了提高弯折载荷不需要在固体部件的整个长度上增大横截
面。正如在图2a和2b示例地示出的固体部件1 一样，只要在它的纵向 延伸的中间增厚固体部件1的结构就足够了。
在所示的部件的中间设置有一个长方体形的结构。这个结构具有相 同的宽度，但是其厚度比固体部件的平的基本结构要厚得多。但是该结 构的宽度也可以设计得比基本结构的宽度更小或者更大。也可以例如有 透镜形的、纵延伸的透镜形的、圆柱形的或者类似几何形状的其它加厚。 这些加厚，无论其是实心体或者空心体，都是用于提高平面转动惯量， 并且因此形成防止弯曲的更高的阻力，因此在相应的固体部件的中心区 域中提高固体部件的刚性。
按照这种方式将固体部件1分为三段，其中，两个外部区域在一个 方向为弯曲软设计，中间区域为弯曲硬设计。两个外部区域的每个区域 比固体部件1的半个长度要短，这样，按照方程式(3)这种加厚引起 弯折载高提高因子4以上。
'然而弯曲刚性区域并不能防止在倒退制动倒退情况时的固体部件1 的偏移。图3示出了这一点。在该图中示出了在横向力的作用下发生偏 移的固定部件(实线)和未发生偏移的固定部件(虛线)的对比情况。
就是相对于施加作用的^f黄向力以较小刚性设计的固定部件1的外部区域 发生弯曲。中间区域形状基本上是稳定的，然而它并不阻止两个端部的 彼此偏移，而是支持这种偏移，方式是它像一个杠杆样将外部区域的内 端部〗呆:持方向地J皮此连接起来。
所介绍的设计为固体部件的耦合装置1提供了促动器或在其上设置 的传动装置和电动机械楔形制动器的主动楔式闸板之间的 一种防弯折 的和4交链式的连接。为了成本有利的制造，该固体部件为整体设计，其 中，特别是沖压弯曲工艺(Stanzbiegetechnologie )允许简单和价格 便宜的制造。附图标记表
1 耦合装置
la 具有第一端部的固定部件的外部区域
lb 具有第二端部的固定部件的外部区域
1c 具有加厚横截面的固体部件的其它区域
2 促动器
3 主动楔式闸板
4 纟皮动楔式闸板
5 辊体
6 支承装置
7 待制动的物体，制动盘
8 用于转换促动器的旋转运动的装置 10 电动机械制动装置
权利要求
1. 用于将驱动装置(2、8)的线性运动传递到电动机械楔形制动器的楔式闸板(3)的耦合装置，该耦合装置包括至少一个固体部件(1)，固体部件具有用于和驱动装置连接的第一端部和用于与楔式闸板连接的第二端部，并且所述固体部件(1)具有一个第一区域或者多个第一区域(1a、1b)，所述第一区域具有这样的截面，它的刚性在第一方向比在基本垂直于第一方向设置的第二方向中的刚性要小得多。
2. 按照权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，固体部件(l) 具有另外的区域(lc),它的刚性在第一方向要比固体部件(1)的在 所述一个第一区域或者在所述多个第一区域中的这个方向中的刚性大。
3. 按照权利要求2所述的耦合装置，其特征在于，所述另外区域 (lc)设置在固体部件的第一端部和第二端部之间的中间。
4. 按照权利要求1、 2或3所述的耦合装置，其特征在于，固体 部件(1)的第一端部和/或第二端部设计用于不转动的固定和连接。
5. 按照前述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，固 体部件(1)设计为整件。
6. 按照前述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，固 体部件(1 )采用冲压弯曲工艺制成。
7. 电动机械制动装置，具有- 驱动装置(2、 8),它是用于将电能转换为机械线性运动，- 主动楔式闸板(3),- 被动楔式闸板(4)，它在固定的装置中和电驱动装置(2, 8) 连接，- 一个或者多个辊体(5),该辊体(5)设置在主动的楔式闸 板(3 )和被动4契式闸板(4 )之间，从而其分别接触主动的 和被动的楔式闸板的对置的楔形面，其特征在于，为了将由驱动装置(2、 8 )产生的线性运动传递到主动楔式闸板(3 ), 在驱动装置(2、 8)和主动楔式闸板(3)之间设置按照前述权利要求 中任一项所述的耦合装置。
8. 按照权利要求7所述的电动机械制动装置，其特征在于，驱动 装置具有电动机(2)和传动装置(8),将传动装置设计用于将电动机的旋转运动转换为传动装置部件的线性运动。
9. 按照权利要求8所述的电动机械制动装置，其特征在于，传动装置(8)由丝杠传动构成。
10. 按照权利要求9所述的电动机械制动装置，其特征在于，丝杠 传动基本为无间隙设计。
全文摘要
本发明涉及一种用于将驱动装置(2、8)的线性运动传递到电动机械的楔形制动器的楔式闸板(3)，该耦合装置包括至少一个固体部件(1)，这个固体部件具有用于固定在驱动装置上而设计的第一端部和用于固定在楔式闸板上而设计的第二端部，并且所述固体部件(1)具有一个第一区域或者多个第一区域(1a、1b)，这些区域具有这样截面，即它的扩展在第一方向上比在基本垂直于第一方向设置的第二方向中的扩展要小得多。
文档编号F16D65/14GK101548113SQ200780036205
公开日2009年9月30日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年9月28日
发明者C·贝尔-韦尔特, M·肖特 申请人:欧陆汽车有限责任公司