Sektion F: Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen

Elektromechanische Bremse mit Selbstverstärkung / Keilbremse

F16D 65/21

Figur 1: Keilbremse bei Eisenbahnwagen (aus AT 15453 B)

Bei den normalerweise in Kraftfahrzeugen verwendeten Scheibenbremsen wird der Druck auf das Bremspedal über eine Hydraulikleitung an jeder Bremsscheibe zugeordnete Bremskolben geleitet. Diese drücken zwei sich gegenüber liegende Bremsklötze an die jeweilige Bremsscheibe. Als Nachteil dieser "klassischen" Bremsenanordnung erweist sich, dass die gesamte Bremskraft auf die Bremsscheiben vom Bremssystem aufzubringen ist, und ein Hydraulikleitungssystem an alle Fahrzeugräder geführt werden muss, das durch die Leitungen, Bremsflüssigkeitsbehälter und Bremskraftverstärker voluminös und fehleranfällig ist. Zusätzlich muss die Bremsflüssigkeit regelmäßig ausgetauscht werden.

Abhilfe soll hier die im Prinzip seit langem von Pferdekutschen oder Eisenbahnwagen (siehe Figur 1 aus AT 15453 B) bekannte Keilbremse schaffen, bei der das rollende Rad auf einen Bremskeil drückt und so die wirksame Bremskraft auf die Fahrbahn oder Schiene verstärkt.

Figur 2: Kräfte am Keil und an der Bremsscheibe beim Keilbremsenprinzip (aus DE 101 56 348 C1)

Für Fahrzeuge werden elektromechanische Bremsen entwickelt, die das Keilbremsen-Prinzip ausnutzen. Bei diesen schiebt ein elektrischer Motor eine schräge Fläche - den Bremskeil -, die wiederum den Bremsklotz zur Bremsscheibe bewegt. Sobald der Bremsklotz die Bremsscheibe berührt, wirkt die Selbstverstärkung des Keilprinzips (siehe Figur 2 aus DE 101 56 348 C1).

Dabei ist α der Keilwinkel, FA die vom Motor aufzubringende Betätigungskraft, FR die Abstützkraft, FN die Normalkraft an der Bremsscheibe und FF die wirkende Reibkraft.

Durch geschickte Wahl des Keilwinkels α in Bezug zum gegebenen Reibungskoeffizienten µ zwischen Bremsscheibe und Bremsklotz kann beim Bremsen ein Gleichgewichtszustand der Kräfte eingestellt werden, bei dem zum Bremsvorgang nur eine geringe Betätigungskraft FA aufzubringen ist. Zum Lösen der Bremse muss eine entgegengesetzte Kraft vom Motor aufgebracht werden, um den Bremsbelag von der Bremsscheibe zurück zu ziehen.

Figur 3: : Keilbremse mit drehbarem Ring (aus DE 198 19 564 C2)

In Figur 3 (aus DE 198 19 564 C2) ist eine konstruktive Lösung dargestellt, bei der ein Motor (32) über ein Zahnrad (34) über eine Innenverzahnung (36) einen Ring (14) antreibt, an dem Keilflächen (18, 20) angebracht sind. Wird der Ring (14) durch den Motor (32) entsprechend gedreht, stützen sich die Keilflächen (18, 20) an drehbar gelagerten Rollen (30) ab und der Ring (14) bewegt die Bremsbeläge (16) in Richtung Bremsscheibe (12).

Eine Lösung bei der die Keilfläche durch eine komplementäre Fläche abgestützt wird, zeigen die Figuren 4a und 4b (aus DE 101 56 348 C1). Hierbei treibt ein Motor (36) eine Schubstange (38) an, der den Keil (18) nach links oder rechts verschiebt und über einen komplementären Keil (21) den Bremsbelag (16) an die Bremsscheibe (14) anlegt. Dann wirkt die Selbstverstärkung wie oben beschrieben. Je nach Drehrichtung (Vorwärts- / Rückwärtsfahrt) der Bremsscheibe (14) wirkt einer der zwei vorgesehenen Antriebe (34, 34`). Zusätzlich ist bei dieser Konstruktion eine Nachstelleinrichtung (42) vorgesehen, die den Bremsbelag (16) bei Verschleiß nachführt.

Figur 4a: Keilbremse mit komplementären Keilflächen und Verschleißausgleich (aus DE 101 56 348 C1)

Figur 4b: Schnittdarstellung zur Figur 4a

Für eine Recherche relevante IPC-Gruppen:
IPC	Technischer Aspekt
F16D 55/00	Stabilisierung der Fahrzeuge ohne Beeinflussung der Radaufhängung, durch aerodynamische Vorrichtungen
F16D 65/14	Betätigungsvorrichtungen für Bremsen; Einrichtungen zum Einleiten des Bremsens bei einer bestimmten Stellung
F16D 65/21	Betätigungsvorrichtungen für Bremsen; Einrichtungen zum Einleiten des Bremsens bei einer bestimmten Stellung mit elektrischen oder magnetischen Mitteln
B60T 13/00	Übertragung der Bremsbetätigungskraft von den den Bremsvorgang einleitenden Einrichtungen zu den Bremszuspannorganen mit Hilfskraftunterstützung oder mit einer Hilfskraftübertragung

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
DE 101 56 348 C1	2001	Elektromechanische Bremse mit spielfreier Betätigung
DE 198 19 564 C2	1998	Elektromechanische Bremse mit Selbstverstärkung