用于能够机电致动的机动车辆制动器的致动装置的制作方法

1.本发明涉及用于可机电致动的机动车辆制动器的致动装置以及包括这种致动装置的可机电致动的机动车辆制动器。


背景技术：

2.在现有技术中，机电致动的制动器本身是公知的。
3.例如，ep 2 715 181b1公开了一种可机电致动的机动车辆制动器，该机动车辆制动器使用包簧离合器，用作行车制动器和驻车制动器。
4.de 196 21 533a1公开了一种用于车辆的制动装置，该制动装置包括：致动装置，该致动装置具有用于驱动致动装置的电动操作马达；用于设定间隙的电动重新调整马达；以及驻车制动装置。
5.de 10 2017 123 266a1公开了一种机械制动设备，该机械制动设备包括两个串联连接的伺服驱动器，用于提供行车制动功能和磨损调整。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是提供一种用于能够机电致动的机动车辆制动器的致动装置，该致动装置以紧凑的设计确保了安全的行车制动功能和安全的驻车制动功能。
7.另一个问题是提供一种包括这种致动单元的能够机电致动的机动车辆制动器。
8.根据本发明的致动装置用于能够机电致动的机动车辆制动器中以致动制动衬片，并包括至少一个驱动元件、第一动力传递系统f1、第二动力传递系统f2以及至少一个致动元件。该致动元件设计成致动制动衬片。致动装置构造成使得至少一个驱动元件可以可选地将驱动动力传递给第一动力传递系统f1或传递给第一和第二动力传递系统f1、f2。两个动力传递系统f1和f2以可操作的方式连接到至少一个致动元件，或能够与至少一个驱动元件进行可操作连接。
9.驱动元件可以包括输入轴、输入凸缘或类似的元件。该驱动元件设计成使得可以传递旋转运动和/或扭矩。
10.动力传递系统f1、f2和f3(f3见下文)包括各种机器元件，并且适合传递驱动动力(即力、扭矩以及旋转和/或平移形式的运动)。驱动动力也应理解为是指在动力传递系统内导致静态状态的力、扭矩和运动的传递。
11.致动元件可以设计成活塞，特别是制动活塞。在任何情况下，该致动元件都适于将推力传递到制动衬片。
12.可操作连接应理解为是指一种连接，借助这种连接可以传递力和/或扭矩和/或运动。
13.可选地致动动力传递系统的优点在于，使用同一驱动元件，既可以经由第一动力传递系统f1进行制动致动(行车制动功能)，也可以经由第二动力传递系统f2进行磨损调整。
14.第一动力传递系统f1优选包括旋转-平移齿轮机构，借助该旋转-平移齿轮机构，至少一个驱动元件的旋转运动可以转换为平移运动。第二动力传递系统f2也优选包括旋转-平移齿轮机构，借助该旋转-平移齿轮机构，至少一个驱动元件的旋转运动可以转换为平移运动。
15.旋转-平移齿轮机构可以设计成丝杠装置(主轴-螺母装置)、滚动体斜齿轮或以另选方式布置。
16.第一和第二动力传递系统f1和f2的旋转-平移齿轮机构分别被设计成丝杠装置。
17.在优选的实施方式中，第一动力传递系统f1的旋转-平移齿轮机构不是自锁定的，第二动力传递系统f2的旋转-平移齿轮机构是自锁定的。
18.为了在行车制动功能下致动制动器，旋转运动被转换为平移运动，通过这种方式，致动元件以平移方式移动。当制动器致动被撤销时，需要使致动元件能够容易地部分或完全移回到起始位置。为此，第一动力传递系统f1的非自锁定旋转-平移齿轮机构变得很重要。对于调整功能，旋转运动也被转换为平移运动，通过这种方式，致动元件以平移的方式移动。在这种情况下，同时经由非自锁定的旋转-平移齿轮机构和第二动力传递系统f2的自锁定旋转-平移齿轮机构进行调整。如果进行了调整，其中自锁定旋转-平移齿轮机构也产生了平移运动，那么被相应地覆盖的调整路径就会因为自锁定而被保留，即使在制动器被释放时也是如此。随着相关制动衬片的磨损增加，制动衬片的起始位置根据磨损情况朝向制动体移动。
19.两个旋转-平移齿轮机构可以布置成使得，在内侧，第一动力传递系统f1的旋转-平移齿轮机构不是自锁定丝杠装置，在外侧，第二动力传递系统f2的旋转-平移齿轮机构是自锁定丝杠装置。外侧的旋转-平移齿轮机构设计成使得其具有腔，其中安装有第一动力传递系统f1的旋转-平移齿轮机构。这产生了特别紧凑的结构。
20.优选地，至少一个驱动元件与至少两个动力传递系统f1和f2可操作地连接，使得当至少一个驱动元件在第一旋转角度范围a1内旋转时，驱动动力经由第一动力传递系统f1传递给至少一个致动元件，并且当至少一个驱动元件在第二旋转角度范围a2内旋转时，驱动动力经由第一和第二动力传递系统f2传递给至少一个致动元件。旋转角度范围被布置成使得第二旋转角度范围a2与第一旋转角度范围a1邻接。这意味着，旋转角度范围一个接一个地布置。
21.这可以使用自由游隙联轴器来实现，该自由游隙联轴器包括驱动联接部分和输出联接部分。驱动联接部分可以在第一旋转角度范围a1内旋转，而输出联接部分不会被夹带旋转(发挥作用(play))。在第一旋转角度范围a1内，驱动联接部分仅经由第一动力传递系统f1传递驱动动力。如果驱动联接部分的旋转超过了第一旋转角度范围a1，输出联接部分就被夹带旋转，因此驱动动力经由第二动力传递系统f2并且并行地经由第一动力传递系统f1传递。游隙和旋转夹带优选设计成使得，两个联轴器部分中的一者具有凹部，另一个联轴器部分具有突出部，该突出部可以在凹部内移动。这种运动对应于第一旋转角度范围a1。如果驱动联接部分的旋转超过了第一旋转角度范围a1，突出部就会与凹部的边界接触，其结果是输出联接部分被夹带旋转，同时驱动联接部分继续旋转。凹部和突出部也设计成使得它们允许驱动联接部分和输出联接部分之间的相对平移运动。使用这种自由游隙的联轴器确保动力传递系统之间的可靠变化，从而也确保可靠的磨损调整。
22.在优选的实施方式中，驱动元件包括驱动联接部分或被设计成一个部件。
23.致动装置可以优选构造成使得，如果在致动装置被致动时致动元件所经历的特定反作用力不被超过，则仅经由第二动力传递系统f2提供驱动动力。为此，优选在致动装置中安装弹簧布置作为控制机构，使得在致动装置致动时，当致动元件经受传递到弹簧布置的反作用力时，弹簧装置被压缩并建立张力。这种弹簧布置不容易发生故障，并有助于提高功能的可靠性和可靠的磨损重新调整。
24.致动装置优选包括至少一个离合器，其中该离合器在第一换挡模式下，允许动力从至少一个驱动元件传递到第一和/或第二动力传递系统f1、f2，并且其中该离合器在第二换挡模式下，允许动力从至少一个驱动元件传递到第三动力传递系统f3，其中第三动力传递系统f3以可操作的方式连接到至少一个致动元件或者能够与至少一个致动元件进行可操作连接。
25.致动装置经由第三动力传递系统f3被致动，以使机动车辆制动器进入驻车制动模式或激活驻车制动功能。
26.第二动力传递系统f2的旋转-平移齿轮机构优选也是第三动力传递系统f3的一部分，其中至少一个驱动元件以可操作的方式连接到至少三个动力传递系统f1、f2和f3，或者能够与至少三个动力传递系统f1、f2和f3进行可操作连接，使得当至少一个驱动元件在与第一旋转角度范围a1邻接的第三旋转角度范围a3内旋转时，驱动动力经由第三动力传递系统f3传递到至少一个致动元件。
27.第二旋转角度范围a2和第三旋转角度范围a3两者都布置成跟随第一旋转角度范围a1。旋转角度范围a2和a3可以是相同大小，但它们也可以是不同的大小。它们的大小在每种情况下都是由致动装置用于机动车辆制动时的相应操作条件或边界条件决定的。通过使用离合器，能够将致动装置的这些机器部件分配到不同的动力传递系统。这导致了致动装置具有紧凑的结构。
28.如果当致动装置在机动车辆制动中操作时，驱动动力经由第三动力传递系统f3传导，这将导致驻车制动功能被激活，因为旋转运动在第三动力传递系统f3的自锁定旋转-平移齿轮机构中被转换为平移运动。驱动动力以这样的方式传导到至少一个致动元件，即通过将驱动动力引入到至少一个致动元件，所述元件经历反作用力，该反作用力反射回到致动装置，导致自锁定旋转-平移齿轮机构自锁定，从而阻止至少一个致动元件往回移动。
29.离合器优选以扭矩依从(torque-dependent)方式在阈值扭矩tk时换挡。至少一个驱动元件提供扭矩ta。在第一换挡模式下，至少一个驱动元件的扭矩ta小于阈值扭矩tk。在第二换挡模式下，至少一个驱动元件的扭矩ta大于阈值扭矩tk。
30.为了激活机动车辆制动器的驻车制动功能，与行车制动功能相比，需要较高的制动扭矩，因此需要致动元件的较高致动力。因此，以扭矩依从方式使离合器换挡是有利的。
31.该离合器优选设计成自换挡离合器。
32.自换挡离合器优选以安全离合器的方式设计，更优选的是以正向安全离合器的方式设计。
33.根据本发明的可机电致动的机动车辆制动器包括制动组件、至少一个制动衬片和至少一个机电致动单元，该致动单元包括根据上述任何一个实施方式的致动装置和驱动该致动装置的至少一个驱动元件的马达驱动器。
34.马达驱动器优选包括电动马达和齿轮机构。
35.根据本发明的机动车辆制动器实现了行程制动功能和驻车制动功能。制动致动和磨损的重新调整两者都是作为行车制动功能的一部分而提供的。磨损调整用于设定或重新调整制动衬片相对于制动体(制动盘或制动鼓)的基本位置，以维持制动衬片和制动体之间的限定间隙。第一动力传递系统f1被分配给制动致动，作为行车制动功能的一部分。第二动力传递系统f2负责磨损调整。因此，驱动动力经由第一和/或第二动力传递系统f1、f2传递给致动元件，从而传递给至少一个制动衬片。致动元件与至少一个制动衬片联接，使得力和运动从至少一个致动元件传导到至少一个制动衬片，而且使得至少一个制动衬片由于制动器与制动盘的制动接触而经历的反作用力也传导回至少一个致动装置中。
36.驻车制动功能是通过建立较高的致动力来激活的。在这种情况下，驱动动力最初经由第一动力传递系统f1传递，直到至少一个制动衬片相对于制动体进行了最大调整，该调整是根据行车制动功能中的最大制动力提供的。如果没有需要补偿的制动衬片磨损，驱动元件只在第一旋转角度范围a1内移动直到以后。经由至少一个驱动元件将更高的扭矩引入致动装置，这导致离合器换挡，并且驱动动力经由第三动力传递系统f3被传送。如上所述，这导致第三动力传递系统f3的自锁定旋转-平移齿轮机构自锁定，并导致至少一个致动元件被阻止。
37.致动装置优选具有第一弹簧布置，该第一弹簧布置在经由第一动力传递系统f1传递驱动动力时被压缩，并建立起弹簧张力。该弹簧张力作用于离合器，使得离合器从特定的弹簧张力换挡到第三动力传递系统f3。这种布置确保了离合器的换挡方式是安全的，并且不容易发生故障。
38.致动装置优选具有第二弹簧布置，该第二弹簧布置经由第三动力传递系统f3在驱动动力下被压缩，并建立起弹簧张力。该弹簧张力作用于第三动力传递系统f3的自锁定旋转-平移齿轮机构与至少一个致动元件之间，并导致该旋转-平移齿轮机构自锁定和至少一个致动元件以静态和稳定的方式被锁定。
39.作为第二弹簧布置的另选或附加，在第三动力传递系统f3的旋转-平移齿轮机构与至少一个致动元件之间的第三动力传递系统f3可以设计成使得相应的部件可以彼此抵靠移动，作为其结果，至少一个致动元件所经历的反作用力可以被传导回旋转-平移齿轮机构，以实现其自锁定，从而也阻止了至少一个致动元件。
40.上述两种另选都有利地导致驻车制动功能的安全激活，其中，在建立了制动力之后，由于自锁定旋转-平移齿轮机构中的自锁定，所述制动力可以以断电(de-energize)方式维持，这对于驻车制动功能是必要的。
41.该可机电致动的机动车辆制动器优选为盘式制动器或鼓式制动器。
附图说明
42.下面参照图1至图7的示意图对根据本发明的致动装置和相应的根据本发明的可机电致动的机动车辆制动器的实施方式进行说明：
43.图1是可机电制动的机动车辆制动器的剖视图；
44.图2a示出了致动装置；
45.图2b示出了致动元件延伸后的致动装置；
46.图3a示出了没有壳体的致动装置；
47.图3b示出了没有壳体且致动元件延伸后的致动装置；
48.图4a是致动装置的剖视图；
49.图4b是致动元件延伸后的致动装置的剖视图；
50.图5示出了致动元件处于不同角度位置时的致动装置；
51.图6是离合器的剖视图；
52.图7示出了动力传递系统f1、f2和f3。
具体实施方式
53.如图1中所示的实施方式是浮动卡钳盘式制动器，其包括根据本发明的致动装置10，该致动装置作为一个单元安装在制动组件2中(在这种情况下是浮动卡钳)。在驱动侧7，马达驱动器(包括齿轮机构的电动马达)6与驱动元件20联接，并驱动驱动元件20。马达驱动器6和致动装置10两者都属于电磁致动单元5。致动装置10的壳体11固定在制动组件2中。在制动侧8，致动元件50与制动衬片3联接，并能向该制动衬片传递运动和力。引入的力和运动也经由浮动卡钳结构传递给制动衬片4。
54.下面将参照图2a至图6(主要是参照图2a和图2b)来描述致动装置10的结构。为了清楚起见，附图标记并不总是包括在所有的图中。
55.在致动装置10的驱动侧7，驱动元件20经由驱动元件轴承21可旋转地装设在壳体11内。驱动接口22穿过壳体11突出。在制动侧，壳体11具有圆柱形的开口，致动元件50装设在该开口中，以便其可以以平移的方式伸出和缩回。致动元件50上的引导元件52以及壳体中的引导部分18用作引导装置，并防止致动元件50相对于壳体11旋转。圆柱形开口延续到壳体的内部，并在其中过渡到壳体的内螺纹17。
56.驱动元件20实现若干功能。该驱动元件将驱动动力引入致动装置10中，是离合器12的一部分，并且是自由游隙联轴器77的一部分。在驱动元件轴承21的区域中，驱动元件20是盘状的。在与离合器部分23邻接的部分中，驱动元件20是中空的。借助也是离合器12的一部分的离合器部分32，驱动主轴30容纳在中空区域中，经由驱动主轴轴承31可旋转地抵靠驱动元件20装设，并抵靠驱动元件20被轴向支撑。也是驱动元件20的一部分的突出部25与驱动元件20的离合器部分23邻接。
57.两个离合器部分23、32与内侧离合器部分32和外侧离合器部分23同心重叠。两个离合器部分23、32的圆周上都具有多个从动座24、34，其中，驱动主轴30的离合器部分32中的从动座设计成凹部，从动元件16只稍微沉入该凹部中，并且其中从动座23在驱动元件20的离合器部分23中被可移动地引导，但在组装状态下这些从动座23不能离开。在外侧，环形预加载元件13也布置成在离合器部分23、32的区域内同心重叠，该预加载元件在驱动主轴的从动座32的方向上将从动元件16径向按压并对它们进行预加载。这种预加载的结果是，驱动主轴30被夹带旋转，直到达到一定的扭矩，该扭矩作用于驱动元件20。图6中可以最佳地看到离合器12的结构。
58.除了离合器部分32，驱动主轴30还具有主轴部分33，该主轴部分定向在制动侧8的方向上。具有其主轴部分33的驱动主轴30驱动主轴螺母40。主轴螺母40具有：内螺纹41，主轴螺母40借助该内螺纹以非自锁定的方式与驱动主轴30可操作地联接；联接区域43，驱动
主轴30借助该联接区域与致动元件50非旋转地联接；以及接触颈圈42。驱动主轴30和主轴螺母40构成旋转-旋转-平移齿轮机构14。
59.主轴螺母40布置在调整元件60的孔62内。调整元件60具有螺纹部分61，该螺纹部分以自锁定的方式与壳体内螺纹17可操作地联接。具有其螺纹部分61的调整元件60和具有其壳体内螺纹17的壳体11因此构成了旋转-平移齿轮机构15。调整元件60借助轴承布置76装设在轴承部分64中，以便可相对于主轴螺母40旋转。轴承布置76还允许主轴螺母40与调整元件60之间的轴向相对运动。借助其压力侧65，调整元件60借助轴向轴承71，相对于致动元件50的槽53轴向地并且可旋转地支撑在槽53中，从而与致动元件50可操作地连接。调整元件60的压力侧65包括弹簧元件系统66。调整元件60与致动元件50之间的支撑也由弹簧布置72提供，该弹簧布置布置在弹簧元件系统66与致动元件50的槽53之间。调整元件60的孔62在与压力侧65相反的端部处变宽，从而形成接触区域63。由于弹簧布置75布置在接触区域63与接触颈圈42之间，因此调整元件60的接触区域63经由弹簧布置75而与主轴螺母40的接触颈圈42可操作地连接。
60.除了驱动元件20的突出部25之外，调整元件60的螺纹部分61也是自由游隙联轴器77的一部分。就功能而言，驱动元件20因此同时是自由游隙联轴器77的驱动联接部分，而致动元件60同时也是自由游隙联轴器77的输出联接部分。调整元件60在螺纹部分61中具有凹部67。突出部25与凹部67接合。因此突出部25在凹部67中具有旋转游隙，所以驱动元件20可以在该游隙内旋转，凹部67因此限定驱动元件20的第一旋转角度范围a1。凹部67的角度开口由止挡件68、69界定。突出部25设计成圆形节段，其角度范围由止挡件26、27界定。只要驱动元件20的突出部25在旋转游隙内旋转，调整元件60就不会被夹带旋转。如果驱动元件20继续旋转，止挡件26就会与止挡件69接触，随着旋转的继续，调整元件60被夹带旋转。基于中心轴线ma，突出部25和凹部67在轴向方向上在一定长度内重叠，使得当驱动元件20与调整元件60在轴向方向上改变它们相对于彼此的位置时，也会发生旋转夹带。或者，这种配置使得调整元件60能够相对于驱动元件20进行轴向运动，同时维持自由游隙联轴器77的联接功能。这种轴向运动是由旋转-平移齿轮机构15引起的。
61.如图7中所示，驱动元件20的驱动动力可以经由动力传递系统f1、f2和f3传导给致动元件50。致动装置10实现三种操作功能：行车制动功能；磨损调整功能；和驻车制动功能。
62.利用行车制动功能，驱动动力经由动力传递系统f1传递。行车制动功能用于在行驶中对车辆进行制动。利用行车制动功能，扭矩施加到驱动元件20，并经由驱动元件20传导到致动装置10。驱动元件20在自由游隙联轴器77的游隙内即在旋转角度范围a1内旋转。在这种情况下，离合器12处于第一换挡模式，在该第一换挡模式中，驱动动力传递到驱动主轴30。旋转夹带经由从动元件16发生，该从动元件与驱动主轴30的从动座34接合。主轴部分33驱动主轴螺母40在非自锁定旋转-平移齿轮机构14中平移。在此过程中，弹簧布置75被压缩并建立弹簧力。主轴螺母40的平移运动经由主轴螺母40的联接区域43和致动元件50的联接区域51传递给致动元件50。在行车制动功能中，制动衬片3、4与制动盘之间的间隙因此被克服，并且可以对制动盘施加制动力。
63.在制动衬片磨损的情况下，间隙会增加到不合期望的较大程度。为了调整制动衬片，驱动动力经由动力传递系统f2传递。如果如上所述激活了行车制动功能，但存在制动衬片磨损，则在自由游隙联轴器77中的游隙已经被克服，并且止挡件26已经与止挡件69接触
的情况下，制动衬片3、4与制动盘之间的间隙还没有被克服。在这种状态下，弹簧布置75的弹簧力还未大到足以使离合器12过渡到第二换挡模式。在调整元件60的旋转角度范围a2内发生旋转夹带，这也导致调整元件60经由自锁定旋转-平移齿轮机构15进行平移运动。同时，主轴螺母40也经由旋转-平移齿轮机构14在制动侧8方向上平移，从而也使致动元件50在与调整元件60相同的范围内平移，直到增加的间隙被克服。如果从驱动元件20撤销驱动动力，或者如果致动元件50缩回，则经由动力传递系统f1即经由旋转-平移齿轮机构14仅发生后退运动。由于自锁定的结果，调整元件60的重新调整位置被保留。
64.在驻车制动功能中，需要更大的制动力来保持车辆安全地处于驻车状态。在驻车制动功能中，驱动动力经由动力传递系统f3传递。在一定的扭矩下，驱动动力最初是经由动力传递系统f1传递的。因为引入了更大的扭矩，所以主轴螺母40覆盖了更大的平移路径，并且弹簧布置75被压缩得更多。因此，更大的反作用扭矩作用于驱动主轴的离合器部分23，从动元件16脱离，离合器因此过渡到第二换挡模式。驱动元件20进入旋转角度范围a3。旋转-平移齿轮机构14被禁用，并且，经由自由游隙联轴器77，调整元件60被驱动并经由旋转-平移齿轮机构15以平移的方式在致动元件50的方向上移动。因此，弹簧布置72在调整元件60的压力侧65与致动元件50的槽53之间被压缩。这导致了制动力的建立，由于自锁定的旋转-平移齿轮机构15，即使没有进一步的电驱动动力馈送入系统中，该制动力仍然自我维持。
65.静态制动力可以通过将驱动元件20旋转回来而被再次撤销。
66.图2b、图3b和图4b各自示出了致动元件50最大限度地延伸距离v的情况下的致动装置10。在这种情况下，两个旋转-平移齿轮机构14、15完全伸出。
67.在图5中，通过与图4a、图4b和图7的比较，驱动元件20具有不同的旋转角度位置，因此，在图5中可以看到突出部25的全长。然而，在图4a、图4b和图7中，可以从剖视图中看到调整元件60的螺纹部分61。