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Title:
ELECTROMECHANICAL BRAKE ACTUATOR AND CAM DISC
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/032494
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromechanical brake actuator (102, 202, 302, 402) for a brake, in particular a utility vehicle disc brake, with: - an electric motor (106, 206), - a cam disc (108, 108', 108'', 208, 308, 408) which is operatively connected to the latter, and - a brake plunger (114, 214, 314) for the actuation of a brake lever (358) of the brake (368), wherein the cam disc (108, 108', 108'', 208, 308, 408) and the brake plunger (114, 214, 314) have contact surfaces which are in contact with one another for the direct transmission of the drive torque, wherein the contact surface of the cam disc (108, 108', 108'', 208, 308, 408) runs at a spacing r in a radial direction about the pivot point D which is defined as a function r(φ) with a change rate r'(φ) in a manner which is dependent on the angular position φ of the cam disc (108, 108', 108'', 208, 308, 408), and the contact surface is configured in such a way that there is a non-linear transmission between the drive torque of the cam disc (108, 108', 108'', 208, 308, 408) and the force which is transmitted to the brake plunger (114, 214, 314), wherein the spacing r(φ) is at a minimum in the case of an angular position φ = φmin and is at a maximum in the case of an angular position φ = φmax. It is proposed that the change rate r'(φ) is positive at least in some areas in a first angular range φmin ≤ φ ≤ φmax, and that the change rate r'(φ) is negative at least in some areas in a second angular range φmax ≤ φ ≤ 360°.

Inventors:
BEIER PETER (DE)
REINERS ARNE (DE)
REINERS JAN (DE)
MORITZ CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/072117
Publication Date:
February 25, 2021
Filing Date:
August 06, 2020
Export Citation:
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Assignee:
WABCO EUROPE BVBA (BE)
International Classes:
B60T13/74; F16D55/226; F16D55/31; F16D65/18
Domestic Patent References:
WO2014189089A12014-11-27
Foreign References:
US6125983A2000-10-03
EP1798123A12007-06-20
Attorney, Agent or Firm:
SCHWARZWELLER, Thomas (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektromechanischer Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) für eine Bremse, insbesondere eine Nutzfahrzeug-Scheibenbremse, mit:

- einem Elektromotor (106, 206) zum Erzeugen eines Antriebs-Drehmoments,

- einer mit dem Elektromotor (106, 206) wirkverbundenen, rotatorisch beweglich gelagerten Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408), und

- einem entlang einer Stößelachse beweglichen Bremsstößel (114, 214, 314) zur Betätigung eines Bremshebels (358) der Bremse (368), wobei die Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) und der Bremsstößel (114, 214, 314) miteinander in Anlage stehende Kontaktflächen aufweisen, wel- che zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurven- scheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) und Bremsstößel (114, 214, 314) an- einander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontaktfläche der Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(f) mit einer Änderungsrate r'(f) in Abhängigkeit von der Win- kelstellung f der Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoments der Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) und der auf den Bremsstößel (114, 214, 314) übertragenen Kraft er- folgt wobei der Abstand r(f) bei einer Winkelstellung f = fmin minimal und bei einer Winkelstellung f = fmax maximal ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Winkelbereich fmin £ f £ fmax die Änderungsrate r'(f) zumindest bereichsweise positiv ist, und dass in einem zweiten Winkelbereich fmax £ f £ 360° die Änderungsrate r'(f) zumindest bereichsweise negativ ist.

2. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 1 , wobei bei einer Winkelstellung f = fmin die Änderungsrate r'(fmin) = 0 ist.

3. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 2, wobei bei einer Winkelstellung f = fmin die Funktion r(f) positiv gekrümmt ist, sodass r"(fmin) > 0 ist.

4. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei bei einer Winkelstellung f = fmax die Änderungsrate r'(fmax) = 0 ist.

5. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei bei einer Winkelstellung f = fmax die Funktion r(f) negativ gekrümmt ist, sodass r"(fmax) < 0 ist.

6. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei sich der Abstand r(f) bei mindestens einer Winkelstellung f = fp ' mit fmax £ fp' £ 360° sprunghaft um einen Wert ändert.

7. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei der Abstand r(f) in einem Winkelbereich fmin £ f £ fmax streng mo- noton steigt, sodass r'( fmin £ f £ fmax) > 0 ist.

8. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei der Abstand r(f) in einem Winkelbereich fmax £ f £ 360° streng mono- ton fällt, sodass r'( fmax £ f £ 360°) < 0 ist.

9. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei die Funktion r(f) in dem ersten Winkelbereich fmin £ f £ fmax einen erster Funktionsverlauf r1(f) aufweist, und in dem zweiten Winkelbereich fmax £ f £ 360° einen zweiten Funktionsverlauf r2( f) aufweist, der von r1(f) verschieden ist.

10. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 9, wobei sich r1(f) und r2(f) in mindestens einer Winkelstellung f1,2 treffen, in welcher r1'(f) und r2'(f) stetig sind.

11. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 10, wobei die Winkelstellung f1,2 eine erste Winkelstellung ist, in welcher r1(f) vor- zugsweise eine negative Krümmung aufweist, und wobei r1(f) und r2(f) sich ferner in einer zweiten Winkelstellung f2,1, treffen in welcher r2' = r1' ist, und r1(f) vorzugsweise eine positive Krümmung aufweist.

12. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 9 oder 10, wobei sich r1(f) und r2(f) in mindestens einer Winkelstellung f1,2 treffen, in welcher r1' = r2'.

13. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 12, wobei die Winkelstellung f1,2 eine erste Winkelstellung ist, in welcher r1(f) vor- zugsweise eine negative Krümmung aufweist, und wobei r1(f) und r2(f) sich ferner in einer zweiten Winkelstellung f2,1, treffen in welcher r2' = r1' ist, und r1(f) vorzugsweise eine positive Krümmung aufweist.

14. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei die Funktion r(f) eine Übergangsfunktion r3(f) aufweist, welche in einer ersten Winkelstellung f1,3 auf den ersten Funktionsverlauf r1(f) trifft, wobei vorzugsweise r1'(f1,3) = r3'(f1,3) ist, und welche bei einer Winkelstellung f3,2 auf den zweiten Funktionsverlauf r2(f) trifft, wobei vorzugsweise r2(f3,2) = r3(f3,2) ist.

15. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach Anspruch 14, wobei die Übergangsfunktion r3(f) eine erste Übergangsfunktion ist, und die Funktion r(f) eine ferner eine zweite Übergangsfunktion r3(f)' aufweist, wel- che in einer dritten Winkelstellung f3,1 auf den ersten Funktionsverlauf r1(f) trifft, wobei vorzugsweise r1'(f3,1) = r3'( f1,3)' ist, und welche bei einer Winkelstellung f2,3 auf den zweiten Funktionsverlauf r2(f) trifft, wobei vorzugsweise r2'(f2,3) = r3' (f2,3) ist.

16. Bremsenaktuator (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden An- sprüche, wobei in einem Winkelbereich fmax £ f < fp die Änderungsrate r'(fmax £ f <fp ) = 0 ist, wobei vorzugsweise fmax - fp £ 0,1 · ( fmax - fmin)° ist.

17. Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) für einen Bremsenaktua- tor (102, 202, 302, 402) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche zum Anschluss an die Antriebswelle eines Elektromotors (106, 206) eingerichtet ist, wobei die Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) eine Kontaktfläche aufweist, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwi- schen Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) und Bremsstößel (114, 214, 314) mit der Kontaktfläche des Bremsstößels (114, 214, 314) derart in An- lage bringbar ist, dass die Kontaktflächen aneinander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontaktfläche der Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(f) mit einer Änderungsrate r'(f) in Abhängigkeit von der Win- kelstellung f der Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoment der Kurvenscheibe (108, 108‘, 108“, 208, 308, 408) und der auf den Bremsstößel (114, 214, 314) übertragenen Kraft er- folgt wobei der Abstand r(f) bei einer Winkelstellung f = fmin minimal und bei ei- ner Winkelstellung f = fmax maximal ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Winkelbereich fmin £ f £ fmax die Änderungsrate r'(f) zumindest bereichsweise positiv ist, und dass in einem zweiten Winkelbereich fmax £ f £ 360° die Änderungsrate r'(f) zumindest bereichsweise negativ ist.

Description:
ELEKTROMECHANISCHER BREMSENAKTUATOR UND KURVENSCHEIBE

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsenaktuator für eine Bremse, insbesondere eine Nutzfahrzeug-Scheibenbremse, mit: einem Elekt- romotor zum Erzeugen eines Antriebs-Drehmoments, einer mit dem Elektromo- tor wirkverbundenen, rotatorisch beweglich gelagerten Kurvenscheibe, und ei- nem entlang einer Stößelachse beweglichen Bremsstößel zur Betätigung eines Bremshebels der Bremse, wobei die Kurvenscheibe und der Bremsstößel mit- einander in Anlage stehende Kontaktflächen aufweisen, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurvenscheibe und Brems- stößel aneinander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontaktfläche der Kurven- scheibe in einem Abstand r in radialer Richtung um den Drehpunkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(f) mit einer Änderungsrate r'(f) in Abhängigkeit von der Winkelstellung f der Kurvenscheibe definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem An- triebs-Drehmoment der Kurvenscheibe und der auf den Bremsstößel übertra- genen Kraft erfolgt, wobei der Abstand r(f) bei einer Winkelstellung f = f min minimal und bei einer Winkelstellung f = f max maximal ist.

Diese nichtlineare Übertragung ist vorzugsweise so gestaltet, dass beispiels- weise zur Überwindung des Lüftspiels zwischen Bremsbacke bzw. Bremsbelag und Bremsscheibe zunächst große Vorschubstrecken bei geringerer Brems- kraftübertragung realisiert werden können, wohingegen in einem Bereich, der ein Aufbringen großer Bremskräfte erfordert, eine größere Bremskraft bei gerin- gerem Vorschub des Bremsstößels erzielt werden kann.

Elektromechanische Bremsenaktuatoren sind in der Kraftfahrzeug-, insbeson- dere Nutzkraftfahrzeugbranche allgemein bekannt. AT 516801 A2 schlägt bei- spielsweise einen elektromechanischen Aktuator mit zwei Übertragungsgliedern vor, um ausreichend geringe Bremsbetätigungszeiten zu realisieren und gleich- zeitig mittels eines möglichst kleinen und sparsamen Elektromotors eine ge- wünschte Bremsleistung zu erzielen. An dem ersten Übertragungsglied ist ein Koppelglied vorgesehen, an dem ein Abtastelement angeordnet ist. Das zweite Übertragungsglied weist eine Erhebungskurve auf. Das Abtastelement tastet die Erhebungskurve ab, wobei das zweite Übertragungsglied das Eingangs- moment für das erste Übertragungsglied aufbringt und die Eingangsmomente des ersten Übertragungsgliedes über den Verdrehwinkel für unterschiedliche Verschleißzustände des Bremsbelages eine Nullkurve ergeben.

Systeme wie das vorgenannte haben den Nachteil, dass der konstruktive Auf- bau eine hohe Komplexität aufweist, die zum einen bezüglich Fertigung und Montage kostenintensiv ist, und zum anderen einer einfachen Wartbarkeit ent- gegensteht. Auch erfordert die Vielzahl der Bauteile einen vergleichsweise gro- ßen Bauraum der Anordnung.

Die DE 10 2017 004 436 A1 schlägt einen elektromechanischen Bremsenaktua- tor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bei dem eine Kurvenscheibe und ein Bremsstößel miteinander in Anlage stehende Kontaktflächen aufweisen, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurven- scheibe und Bremsstößel aneinander abgleiten oder abrollen. Auf diese Weise kann die Kurvenscheibe dazu eingesetzt werden, in Verbindung mit dem auf der Kontaktfläche in Anlage stehenden Bremsstößel eine Rotationsbewegung der Kurvenscheibe direkt in eine nichtlineare Bewegung des Bremsstößels um- zuwandeln.

Die Kontaktfläche der Kurvenscheibe ist dabei derart geformt, dass der Brems- stößel zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgelenkten Posi- tion hin und her bewegbar ist, und die Kurvenscheibe zwischen einer Aus- gangsposition und einer Endposition hin und her bewegbar ist, wobei die Aus- gangsposition der Kurvenscheibe mit der zurückgezogenen Position des Bremsstößels korrespondiert und die Endposition der Kurvenscheibe mit der ausgelenkten Position des Bremsstößels korrespondiert. In der ausgelenkten Position ist die Bremse voll zugespannt. Aufgrund nicht vermeidbarer Nachgiebigkeit der Konstruktion unterliegt die kinematische Kette der Kraftübertragung mechanisch-elastischer Verformungen. Mechanische Energie wird somit innerhalb der kinematischen Kette, bspw. im Bremssattel gespeichert. Wird die Endposition der Kurvenscheibe überschritten oder die Bremse unkontrolliert geöffnet, beispielsweise durch eine Fehlansteuerung oder einen Ausfall des Elektromotors, wird der Bremsstößel bzw. dessen Kontaktflä- che abrupt von der ausgelenkten Position in die zurückgezogene Position be- wegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die in der kinematischen Kette gespeicherte Energie unkontrolliert in den Bremsenaktuator eingespeist. Dies führt zu einer mechanischen Belastung des Aktuators und kann zu einer Reduzierung der ansonsten möglichen Lebensdauer führen bzw. direkt die Funktionsfähigkeit des Bremsenaktuators beeinträchtigen.

Vor diesem Flintergrund lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Bremsenaktuator anzugeben, der die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend überwindet. Insbesondere lag die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator anzugeben, der einen fehlertoleranten Betrieb bei hoher Lebensdauer ermöglicht.

Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe bei einem Aktuator der eingangs beschriebenen Art, indem in einem ersten Winkelbereich f min £ f £ f max die Änderungsrate r'(f) zumindest bereichsweise positiv ist, und in ei- nem zweiten Winkelbereich f max £ f £ 360° die Änderungsrate r'(f) zumin- dest bereichsweise negativ ist. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunut- ze, dass die im Fehlerfall, also beispielsweise bei einem Überdrehen der Kur- venscheibe über die Winkelstellung f = f max hinaus, frei gewordene Energie in dem zweiten Winkelbereich durch Reibungsverluste sukzessive abgebaut wird. Eine Beschädigung des Aktuators wird somit verhindert.

Es gibt zumindest einen Winkelbereich zwischen f max und f min n dem eine definierte negative Steigung für einen kontrollierten Rückgang von r dafür sorgt, so dass ein Sprung von r max auf r min verhindert wird. Die Erfindung betrifft in erster Linie Scheibenbremsen, wobei bei einer Schei- benbremse der zum Bremsbelag korrespondierende Gegenpart die Brems- scheibe ist. Prinzipiell ist die Erfindung jedoch auch in Zusammenhang mit Trommelbremsen einsetzbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einer Winkelstellung f = f min die Änderungsrate r'(f min ) = 0. Somit hat die Funktion r(f) bei ei- ner Winkelstellung f = f min einen Sattelpunkt bzw. einen Tiefpunkt.

Weiter bevorzugt ist bei einer Winkelstellung f = f min die Ableitung der Ände- rungsrate nach dem Winkel r"(f min ) > 0. Somit hat die r(f) eine positive Krümmung, also einen nach links gekrümmten Kurvenverlauf.

Wird bei einer Winkelstellung f = f min die Ableitung der Änderungsrate r'(f min ) = 0 und ist die Funktion r(f) bei dieser Winkelstellung positiv ge- krümmt, so hat die Funktion r(f) bei der Winkelstellung f = f min einen Tief- punkt. Beginnend von dieser Start-Winkelstellung f min nimmt der Abstand so- mit zumindest abschnittsweise zu. Der minimale Abstand r min , welcher bei der Winkelstellung f = f min erreicht wird, definiert somit die Rückzugsposition des Stößels.

Weiter bevorzugt ist bei einer Winkelstellung f = f max die Änderungsrate r'(f max ) 0. Somit hat die Funktion r(f) bei einer Winkelstellung f = f max einen Sattelpunkt bzw. einen Flochpunkt.

Vorzugsweise ist bei einer Winkelstellung f = f max die Änderungsrate und r"(f max ) < 0. Somit hat die r(f) eine negative Krümmung, also einen nach rechts gekrümmten Kurvenverlauf.

Wird bei einer Winkelstellung f = f max die Änderungsrate r'(f max ) = 0 und ist die Funktion r(f) bei dieser Winkelstellung negativ gekrümmt, wird nicht nur ein Sattelpunkt, sondern ein Hochpunkt der Funktion definiert. Der Winkel f max definiert in diesem Fall die Winkelstellung, in welcher der Abstand r(f) ein Ma- ximum annimmt und damit die Position, in welcher der Stößel maximal ausge- lenkt ist.

Somit ist der Bewegungsbereich des Stößels durch die Funktion r(f) definiert, welche bei f = f min einen Tiefpunkt aufweist und bei f = f max einen Hoch- punkt aufweist. Dieser Winkelbereich f min £ f £ f max definiert somit den Be- wegungsbereich, in welchem der Stößel von einer Rückzugsposition in eine ausgelenkte Position bewegbar ist, um eine Bremskraft aufzubringen. Dieser Bereich entspricht dem vorgesehenen Betrieb der Kurvenscheibe innerhalb des Bremsenaktuators. Definitionsgemäß besitzt die Kurvenscheibe in diesem Be- reich eine positive Steigung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich der Abstand r(f) bei mindestens einer Winkelstellung f = f p mit f max £ f p £ 360° sprunghaft um einen Wert D r, wobei der Sprung vorzugsweise ist.

Der Wert D r, um welchen sich der Abstand r(f) ändert, ist vom Durchmesser der des Stößels im Bereich der Kontaktfläche zu der korrespondierenden Kon- taktfläche der Kurvenscheibe abhängig. Eine solche Kontaktfläche kann ferner an einer mit dem Stößel gekoppelten Abrolleinheit, z.B. einer Druckrolle, aus- gebildet sein. Zweckmäßigerweise entspricht der Wert D r , und damit die Sprunghöhe, mindestens dem Radius der Druckrolle.

Durch einen solchen Sprung wird zum einen bei einer Fehlfunktion des Brem- senaktuators, welche beispielsweise zu einem Überdrehen der Kurvenscheibe führt, die Bremse nach Überschreiten eines Toleranzbereichs, hier f max £ f £ 360°, die Bremskraft in einem vordefinierten Bereich sprunghaft abgebaut. Ein solcher vordefinierter Sprung ermöglicht einen schnellen Abbau der gespeicher- ten Energie und verhindert zugleich eine übermäßige Energieeinbringung in den Bremsenaktuator durch das sprunghafte Zurückschnellen des Stößels in- folge der sprunghaften Reduzierung des Abstandes der Kontaktfläche r(f).

Zum anderen wird durch einen solchen Sprung im Falle einer Fehlfunktion, wel- che zu einem Drehen der Kurvenscheibe entgegen der Drehrichtung führt, ein Überdrehen der Scheibe aus dieser, nur im Fehlerfall und somit im unkontrol- lierten Zustand auftretenden Richtung, verhindert.

Unter einer solchen sprunghaften Änderung wird verstanden, dass die Ände- rungsrate Iim f® fp' r'(f ) -¥ ist, und wobei der Sprung vorzugsweis .

Vorzugsweise steigt der Abstand r(f) in einem Winkelbereich f min £ f £ f max streng monoton, sodass r'(f min £ f £ f max ) > 0 ist. Somit steigt der Abstand r(f) in dem Winkelbereich f min £ f £ f max permanent an, wobei die Ände- rungsrate r'(f) in dem gesamten Winkelbereich > 0 ist. Somit wird gewährleis- tet, dass der Stößel, welcher mit der Kontaktfläche der Kurvenscheibe in Kon- takt ist, und an dieser abgleitet bzw. abrollt, einen kontinuierlichen Vorschub erfährt, bis bei einer Winkelstellung f = f max der Abstand r(f) maximal wird und der Stößel maximal ausgelenkt ist .

Weiter bevorzugt fällt der Abstand r(f) in einem Winkelbereich f max £ f £ 360° streng monoton, sodass r'(f max £ f £ 360°) < 0 ist. Somit wird mit Überschreiten der Winkelstellung f = f max der Abstand r(f) kontinuierlich re- duziert, sodass die Bremskraft kontinuierlich abgebaut wird, bis der Stößel schließlich in seine zurückgezogene Position gebracht wurde, in welcher f = f min ·

Es wird verstanden, dass wenn beispielsweise f min = 0 gilt, ebenso f min = 360°, da die Drehung der Kurvenscheibe mit Überschreiten der 360° von neuem starten würde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Funktion r(f) in dem ers- ten Winkelbereich f min £ f £ f max einen erster Funktionsverlauf r 1 (f) auf, wobei in dem zweiten Winkelbereich f max £ f £ 360° einen zweiten Funkti- onsverlauf r 2 (f) aufweist, der von r 1 (f) verschieden ist. Somit wird der Verlauf des Abstandes r(f) in Abhängigkeit der Winkelstellung f in einem ersten Be- reich, in welchem der Abstand r(f) zumindest abschnittsweise steigt, durch den Funktionsverlauf r 1 (f) beschrieben und in einem zweiten Winkelbereich, in welchem der Abstand r(f) zumindest abschnittsweise fällt, durch einen Funkti- onsverlauf r 2 (f) beschrieben. Da diese Funktionsverläufe verschieden sind, lässt sich der Funktionsverlauf somit in geeigneter Weise innerhalb des Winkel- bereichs beschreiben und ermöglicht so eine vereinfachte Darstellung des Ab- stands der Kontaktfläche zum Drehpunkt.

Vorzugsweise treffen sich r 1 (f) und r 2 (f) in einer Winkelstellung f 1,2 , in wel- cher r 1 '(f) und r 2 '(f) stetig sind und r 1 (f) eine negative Krümmung, also einen nach rechts gekrümmten Kurvenverlauf, aufweist. Somit gehen die Funktions- verläufe r 1 (f) und r 2 (f) vorzugsweise sprunglos ineinander über. Durch den stetigen Verlauf der Funktionsverläufe r 1 (f) und r 2 (f) wird ferner sichergestellt, dass sich die Funktionsverläufe in nur einem Punkt der Winkelstellung f 1,2 tref- fen.

Weiter bevorzugt treffen sich r 1 (f) und r 2 (f) in einer zweiten Winkelstellung f 2,1 , in welcher r 2 '(f 2,1 ) und r 1 '(f 2,1 ) ebenfalls stetig sind und r 1 (f) eine positi- ve Krümmung, also einen nach links gekrümmten Kurvenverlauf, aufweist.. Somit geht auch der Funktionsverlauf r 2 (f) sprungfrei in r 1 (f) über.

Vorzugsweise treffen sich r 1 (f) und r 2 (f) in mindestens einer Winkelstellung f 1,2 in welcher r 1 ' = r 2 '. Somit treffen die Funktionsverläufe r 1 (f) und r 2 (f) sich bei der Winkelstellung knickfrei. Dies begünstigt einen sanften Verlauf des Stö- ßels auf der Kontaktfläche der Kurvenscheibe und somit eine verschleißarme Kraftübertragung. Eine solche Winkelstellung kann beispielsweise beabstandet zu der Winkelstellung f max bzw. f min liegen, sodass in einem Winkelbereich f > f max die Änderungsrate r 1 '(f) negativ ist und der Funktionsverlauf r 1 (f) in diesen Bereich fällt, sodass die Steigung des Funktionsverlaufs r 1 (f) bei der Winkelstellung f 1,2 negativ wird und der Steigung r 2 '(f) des zweiten Funktions- verlaufs von r 2 (f) entspricht. Weiter bevorzugt ist die Winkelstellung f 1,2 eine erste Winkelstellung, in wel- cher r 1 (f) vorzugsweise eine negative Krümmung aufweist, und r 1 (f) und r 2 (f) treffen sich ferner in einer zweiten Winkelstellung f 2,1 , in welcher r 2 ' = r 1 ' und r 1 (f) vorzugsweise eine positive Krümmung aufweist. Somit treffen die Funktionsverläufe r 2 (f) und r 1 (f) sich bei der Winkelstellung knickfrei.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Funktion r(f) eine Über- gangsfunktion r 3 (f) auf, welche in einer ersten Winkelstellung f 1,3 auf den ers- ten Funktionsverlauf r 1 (f) trifft, wobei vorzugsweise r 1 '(f 1,3 ) = r 3 '(f 1,3 ) ist, und welche bei einer Winkelstellung f 3,2 auf den zweiten Funktionsverlauf r 2 (f) trifft, wobei vorzugsweise r 2 '(f 3,2 ) = r 3 '(f 3,2 ) ist. Somit kann beispielsweise ei- ne lineare Zunahme des Abstandes r(f) in einem Winkelbereich f min £ f £ f max gewährleistet werden, welcher durch den Funktionsverlauf r 1 (f) be- schrieben wird. Ferner kann in einem zweiten Winkelbereich mit f max £ f £ 360° ein linearer Funktionsverlauf r 2 (f) vorgesehen sein, in welchem der Ab- stand linear abnimmt. Solche Funktionsverläufe wären dann in einfacher Weise durch eine Übergangsfunktion höheren Grades miteinander, insbesondere ste- tig und knickfrei, verbindbar. In einem solchen Fall erfährt der Stößel, welcher auf der Kontaktfläche der Kurvenscheibe abgleitet oder abrollt, keinen Ruck bzw. keine Erschütterung.

Gilt ferner r 1 '(f 1,3 ) = , ist die Funktion r(f) stetig und der Funktionsver - lauf r 1 (f) geht knickfrei in die Übergangsfunktion r 3 (f) über. Gilt r 2 '(f 3,2 ) = r 3 '(f 3,2 ), so geht der zweite Funktionsverlauf r 2 (f) knickfrei in die Übergangs- funktion über. In einem solchen Fall gleitet bzw. rollt der Stößel sanft über die Kontaktfläche der Kurvenscheibe.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Übergangsfunktion r 3 (f) eine erste Übergangsfunktion, und die Funktion r(f) eine ferner eine zweite Übergangsfunktion r 3 (f)' aufweist, welche in einer dritten Winkelstellung f 3,1 auf den ersten Funktionsverlauf r 1 (f) trifft, wobei vorzugsweise r 1 '(f 3,1 ) = r 3 '(f 1,3 )' ist, und welche bei einer Winkelstellung f 2,3 auf den zweiten Funkti- onsverlauf r 2 (f) trifft, wobei vorzugsweise r 2 '(f 2,3 ) = r 3 '(f 2,3 ) ist.

Vorzugsweise ist in einem Winkelbereich f max £ f < f p die Anderungsrate r'(f max £ f < f p ) = 0 wobei vorzugsweise f max - f p £ 0,1 · ( f max - f min ) ist. Somit ist in einem Winkelbereich f max £ f < f bp ein Plateau bzw. ein Bereich vorgesehen, in welchem der Abstand r(f) konstant ist. Durch einen solchen sich an den maximalen Abstand r(f max ) anschließenden Bereich, wird beispielsweise bei einem fehlerhaften bzw. im Rahmen zulässiger Toleranzen eingestellten Lüftspiel, ein Überdrehen der Kurvenscheiben über die Winkelstel- lung f max hinaus ein plötzlicher Abfall der Bremskraft vermieden, da die Positi- on des Stößels in einem vordefinierten Bereich konstant gehalten wird. Die Breite des Plateaus ist demnach abhängig von den gegebenen Toleranzen der Lüftspieleinstellung zu wählen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kurvenscheibe eine Einbuchtung zur Definition einer Parkbremsposition in ih- rem Umfang aufweist, wobei die Einbuchtung zwischen einem Kontaktpunkt mit dem Bremsstößel in der Ausgangsposition und einem Kontaktpunkt mit dem Bremsstößel in der Endposition angeordnet ist. Befindet sich die Kurvenscheibe mit ihrer Einbuchtung in einer solchen Kontaktposition, bleibt die in dieser Posi- tion bereitgestellte Bremsleistung, die über den Bremsstößel eingebracht wird, konstant, auch wenn der antreibende Elektromotor nicht länger mit elektrischer Energie versorgt wird. Durch eine zielführende Positionierung der Einbuchtung lässt sich die Parkbremskraft modulieren. Diese Funktionalität geht mit einer geringen baulichen Komplexität einher, ist darüber hinaus wartungsfreundlich und mechanisch zuverlässig.

Vorzugsweise ist die Einbuchtung derart angeordnet, dass der Bremsstößel, wenn er in der Einbuchtung angeordnet ist, eine Bremskraft in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 50% der Maximalbremskraft überträgt. Durch eine der- artige Funktionsintegration lässt sich eine Parkbremsfunktionalität mit einer ge- ringen Bauteilanzahl realisieren. Ferner wirkt sich dieses positiv auf den erfor- derlichen Bauraum der Vorrichtung aus. Um die Bremskraft im Normalbetrieb nicht unnötig zu modulieren, bzw. eine vom Fahrer ungewollte Bremskraftmodu- lierung zu verhindern kann dieser Bereich vorteilhafterweise im Bereich der ne- gativen Steigung der Kurvenscheibe angebracht sein.

Die Erfindung wird in einem ersten Aspekt, wie vorstehend beschrieben durch einen Bremsenaktuator gelöst. Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt eine Kurvenscheibe für einen solchen Bremsenaktuator, welche zum Anschluss an die Antriebswelle eines Elektromotors eingerichtet ist, wobei die Kurvenscheibe eine Kontaktfläche aufweist, welche zur direkten Übertragung des Antriebs-Drehmoments zwischen Kurvenscheibe und Brems- stößel mit der Kontaktfläche des Bremsstößels derart in Anlage bringbar ist, dass die Kontaktflächen aneinander abgleiten oder abrollen, wobei die Kontakt- fläche der Kurvenscheibe in einem Abstand r in radialer Richtung um den Dreh- punkt D verläuft, welcher als eine Funktion r(f) mit einer Änderungsrate r'(f) in Abhängigkeit von der Winkelstellung f der Kurvenscheibe definiert ist, und die Kontaktfläche derart ausgebildet ist, dass eine nichtlineare Übersetzung zwischen dem Antriebs-Drehmoments der Kurvenscheibe und der auf den Bremsstößel übertragenen Kraft erfolgt, wobei der Abstand r(f) bei einer Win- kelstellung f = f min minimal und bei einer Winkelstellung f = f max maximal ist. Die Erfindung löst die zugrunde liegende Aufgabe in einem zweiten Aspekt dadurch, in einem ersten Winkelbereich f min £ f £ f max die Änderungsrate r'(f) zumindest bereichsweise positiv ist, und dass in einem zweiten Winkelbe- reich f max £ f £ 360° die Änderungsrate r'(f) zumindest bereichsweise ne- gativ ist. Bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile des erfindungsgemäßen Bremsenaktuators sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile der Kurvenscheibe für einen solchen Bremsenaktuator.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht notwen- digerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wo zur Er- läuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausge- führt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar er- kennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen wer- den können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombina- tion für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Be- schreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausfüh- rungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei ange- gebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und bean- spruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Be- zugszeichen verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der folgenden Figuren. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elekt- romechanischen Aktuators in einer Seitenansicht,

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß Figur 1 in einer weiteren Seitenansicht,

Fig. 3 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß der Figuren 1 und 2 in einer Teilschnitt-Seitenansicht,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktua- tors in einer Draufsicht, Fig. 5 eine Draufsicht auf den Aktuator gemäß Figur 4,

Fig. 6 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß der Figuren 4 und 5 in einer Ansicht von schräg oben ohne Gehäuse,

Fig. 7 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß der Figuren 4-6 in einer Ansicht von schräg oben,

Fig. 8 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß der Figuren 4-7 in einer Teilschnitt-Ansicht,

Fig. 9 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß der Figuren 4-8 in einer Seitenansicht ohne Gehäuse,

Fig. 10 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß der Figuren 4-9 mit verschlossenem Gehäuse,

Fig. 11 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktua- tors sowie einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse in einer Seitenansicht,

Fig. 12 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktua- tors in einem axial-Teilschnitt, und

Fig. 13 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators ge- mäß Figur 12 in einer Draufsicht auf die Kurvenscheibe,

Fig. 14 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemä- ßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,

Fig. 15 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,

Fig. 16 ein Diagramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstan- des der Kontaktfläche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten, Fig. 17 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mäßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten, Fig. 18 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,

Fig. 19 ein Diagramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstan- des der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordina- ten,

Fig. 20 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä- ßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,

Fig. 21 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,

Fig. 22 ein Diagramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstan- des der Kontaktfläche gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten, Fig. 23 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä- ßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,

Fig. 24 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten,

Fig. 25 ein Diagramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstan- des der Kontaktfläche gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordina- ten,

Fig. 26 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä- ßen Kurvenscheibe in Polarkoordinaten,

Fig. 27 ein Diagramm der Funktion r(f) des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten, Fig. 28 ein Diagramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstan- des der Kontaktfläche gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordina- ten.

Figur 1 zeigt einen elektromechanischen Aktuator 102 mit einem Gehäuse 104. Der Aktuator 102 weist einen Elektromotor 106 auf. Über ein Getriebe (vgl. Fig. 2) wird das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 106 an eine Kurvenscheibe 108 übertragen. Die Kurvenscheibe 108 dient der nichtlinearen Übertragung der Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 108 an einen Bremsstößel 114.

Der Bremsstößel 114 kann insbesondere linear in Richtung der dargestellten Pfeilrichtung ausgelenkt werden. An seinem der Kurvenscheibe 108 zugewand- ten Ende verfügt der Bremsstößel 114 über einen Stößelkopf 112. Dieser Stö- ßelkopf 112 umschließt einen Wälzkörper 110, der mittels der Lager 116 gela- gert ist. Der Wälzkörper 110 gleitet auf dem Umfang der Kurvenscheibe 108 ab. Hiermit wird eine Übertragung der Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 108 in eine Linearbewegung des Bremsstößels 114 erzielt. Über einen Verbin- dungsabschnitt 118 ist der elektromechanische Aktuator 102 insbesondere mit einer Bremse (nicht dargestellt) verbindbar.

In Figur 2 ist das bereits angesprochene Getriebe 119 detailliert. Das Getriebe 119 ist zweistufig ausgebildet. Die erste Stufe des Getriebes 119 ist als Umlauf- rädergetriebe 120 ausgebildet. Das Umlaufrädergetriebe 120 weist ein Flohlrad 122 auf, Umlaufräder 124 sowie ein Sonnenrad 126. In an sich bekannter Wei- se findet in dem Umlaufrädergetriebe 120 eine Wandlung der Bewegungsgrö- ßen des Elektromotors 106 statt. Dem Umlaufrädergetriebe 120 nachgelagert ist ein Stirnradgetriebe 128. Dieses Stirnradgetriebe 128 ist mit dem Umlaufrä- dergetriebe 120 über ein weiteres Stirnradgetriebe (nicht sichtbar) verbunden. Das Stirnradgetriebe 128 befindet sich auf einer Welle 130, auf der auch die Kurvenscheibe 108 angebracht ist. Somit erfolgt eine Übertragung des An- triebsdrehmoments von dem Elektromotor 106 über das Getriebe 119 und die Welle 130 an die Kurvenscheibe 108. Es soll verstanden werden, dass das Ge- triebe 119 erfindungsgemäß prinzipiell entlang der gesamten 360° um die Drehachse der Kurvenscheibe 108 herum angeordnet werden kann, um ver- schiedenen Bauraumsituationen gerecht zu werden.

Eine beispielhafte Ausbildung der Kurvenscheibe 108 ist Figur 3 zu entnehmen. Wie in Figur 3 dargestellt, befindet sich der Stößel 114 in einer vollständig ein- gefahrenen Ausgangsposition. Der Abstand zwischen dem Wälzkörper 110 des Stößelkopfes 112 zur Drehachse der Kurvenscheibe 108 ist hier am geringsten. Wird nun die Kurvenscheibe 108 gegen den Uhrzeigersinn rotiert, so findet auf- grund der Ausformung der Kurvenscheibe 108 eine Translation des Bremsstö- ßels 114 statt. Dieses rührt insbesondere daher, dass bei zunehmender Rotati- on der Kurvenscheibe 108 aus der Ausgangsposition der Kontaktwinkel zwi- schen Bremsstößel 114 und Kurvenscheibe 108 relativ zu der Stößelachse kleiner wird.

Dieses bewirkt weiterhin, dass eine Drehwinkeländerung der Kurvenscheibe 108 bei einer derartigen Ausformung der Kurvenscheibe 108 dazu führt, dass eine Drehwinkeländerung der Kurvenscheibe 108 in einem Bereich kleiner Aus- lenkungen des Bremsstößels 114 zur Überwindung einer größeren Strecke auf Seiten des Bremsstößels 114 bei kleinerer übertragener Bremskraft führt und wobei im Bereich der Maximalauslenkung 114 des Bremsstößels eine äquiva- lente Drehwinkeländerung der Kurvenscheibe 108 eine kleinere Auslenkung des Bremsstößels 114 bei höherer übertragener Bremskraft zur Folge hat.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Aktuators 202 ist in Figur 4 dargestellt. Der Aktuator 202 verfügt erneut über ein Gehäuse 204, so- wie einen Elektromotor, dem ein Getriebe nachgelagert ist (beide Bauteile nicht in Figur 4 dargestellt). Ein Antriebsdrehmoment wird in bekannter Weise auf die Kurvenscheibe 208 übertragen. Erneut dient die Kurvenscheibe 208 dazu, die Rotationsbewegung des Antriebes in eine translatorische Bewegung des Bremsstößels 214 zu übertragen. Der Bremsstößel 214 verfügt über einen Bremsstößelkopf 212, welcher einen Wälzkörper 210 umschließt, der mithilfe der Lager 216 gelagert ist. An der Welle (nicht dargestellt) ist eine Nockenwelle 244 mit einem Nocken 242 angeordnet. Der Nocken 242 ist mittels des Wälz- körpers 240 und der Federführung 238 dazu eingerichtet, ein Federelement 236, die in einer Federführung 234 geführt ist und in dem Gehäuse 204 befes- tigt ist, zu betätigen. Hierbei ist vorgesehen, dass der Nocken 242 in einem ers- ten Bewegungsbereich das Federelement 236 komprimiert und damit spannt und Energie speichert und in einem zweiten Bewegungsbereich die in dem Fe- derelement 236 gespeicherte Energie aufnimmt und an die Nockenwelle 244, die mit der Kurvenscheibe 208 gekoppelt ist, abgibt. Darüber hinaus ist der No- cken 244 dazu eingerichtet eine Rastposition zu definieren. Während in den Figuren eine spezifische Anordnung der Energiespeicher- und Abgabe Bauele- mente (Nocken 242, Wälzkörper 240, Federführung 238, Federelement 236, Federlager 234) gezeigt ist, soll verstanden werden, dass diese Elemente erfin- dungsgemäß prinzipiell frei bezüglich um die Drehachse der Kurvenscheibe 208 herum angeordnet werden können, um spezifischen Bauraumanforderungen, beispielsweise im Fahrzeug, bestmöglich gerecht zu werden.

In Figur 5 ist eine Draufsicht der bereits aus Figur 4 bekannten Ausführungs- form ohne das betreffende Gehäuse gezeigt. Figur 5 kann nun der Aufbau des Getriebes 219 entnommen werden. Das Getriebe 219 weist als eine erste Stufe das Umlaufrädergetriebe 220 auf. Mittels eines Stirnradgetriebes 228, findet eine weitere Drehzahlreduktion und -momenterhöhung in dem Getriebe 219 statt. Dem Getriebe 219 nachgeschaltet ist die Welle 230 auf welcher die Kur- venscheibe 208 befestigt ist.

Figur 6 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels. Diesem kann insbesondere der Aufbau des Umlaufrädergetriebes 220 entnommen wer- den. Dieses weist in an sich bekannterWeise ein Flohlrad 222 auf in welchem die Umlaufräder 224 angeordnet sind. Zentral befindet sich in dem Umlaufrä- dergetriebe 220 das Sonnenrad 226.

Figur 7 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels in einer Teil- schnittdarstellung. In Figur 8 ist eine Schnittansicht des Aktuators 202 mit Schnittebene entlang der Welle 230 dargestellt. Wie aus der Figur zu entnehmen, ist die Welle 230 nicht Bauteilgleich mit der Nockenwelle 244 ausgebildet, mit dieser jedoch ins- besondere kraftschlüssig verbunden.

In Figur 9 ist das Getriebe 219 freigestellt. Erweiternd zu den bereits diskutier- ten Abbildungen kann Figur 9 entnommen werden, dass die Umlaufräder 224 auf einem Steg 250 angeordnet sind.

Figur 10 zeigt das geschlossene Gehäuse 204 des elektromechanischen Aktua- tor 202. Das Gehäuse 204 weist einen ersten Gehäuseabschnitt 254 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 256 auf. Die Gehäuseabschnitte 254 und 256 sind mittels der Schrauben 258 miteinander verbunden.

Figur 11 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktua- tors 302 sowie einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 368 in einer Seiten- ansicht. Das Wirkprinzip der Scheibenbremse 368 besteht darin, dass ein Bremsbelag 356 nach Überwindung eines Luftspaltes an eine Bremsscheibe 354 gedrückt wird. Die auftretende Reibung bremst ein mit der Bremsscheibe 354 verbundenes Rad (nicht dargestellt) ab. Alternativ kann in der Scheiben- bremse 368 ein Bremsenaktuator gemäß einem der übrigen Ausführungsbei- spiele verbaut sein.

Die hierzu erforderliche Kraft wird über den Bremshebel 358 an den Bremsbe- lag 356 übertragen. Der Bremshebel 358 wird wiederum von dem Bremsstößel

314 betätigt. Dieser wird in bekannter Weise von der Kurvenscheibe 308 betä- tigt.

Im Hinblick auf die Führung des Bremsstößels 314 sind zwei alternative Brems- stößel-Führungen gezeigt 315, 315‘ gezeigt. Die gerade Bremsstößel-Führung

315 dient der rein-linearen (translatorischen) Führung des Bremsstößels 314. Alternativ kann eine gekrümmte Bremsstößel-Führung 315‘ vorgesehen sein, welche eine nichtlineare Führung des Bremsstößels 314 ermöglicht.

Der in Figur 11 dargestellte elektromechanische Aktuator 302 verfügt darüber hinaus über einen Hebel 360 der mit der Kurvenscheibe 308 gekoppelt ist. An dem Hebel 360 ist ein Federkopf 362 befestigt, der wiederum mit einem Fe- derelement 336 verbunden ist. Am anderen Ende des Federelements 336 be- findet sich ein Lager 366. Erneut ist das Federelement 336 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Flebels 360 und somit der Kurvenscheibe 308, Energie an das Federelement 336 abzugeben so dass diese komprimiert wird und Energie speichert. Darüber hinaus ist das Federelement 336 dazu ein- gerichtet, Energie über den Federkopf 362 an den Hebel 360 und die Kurven- scheibe 308 in Abhängigkeit ihres Drehwinkelbereiches zu übertragen. Hinsicht- lich des grundlegenden Wirkprinzips sei auf die obigen Ausführungen verwie- sen. Es soll verstanden werden, dass die Anordnung aus Hebel 360 und den korrespondierenden Energiespeicher- und Abgabe Bauelementen (Federkopf 362, Lager 366, Feder 336) erfindungsgemäß prinzipiell frei um die Kurven- scheibe 308 platziert werden kann.

Eine weitere alternative Ausführungsform dieser Einrichtung zum Speichern und Abgeben von Energie ist in Figur 12 dargestellt. Auf die Kurvenscheibe 408 ist eine Axialbahn 478 aufgebracht. Diese Axialbahn 478 erstreckt sich in Axial- richtung auf einer Seite der Kurvenscheibe 408 und weist unterschiedliche Axi- alausdehnungen aus. Mit der Axialbahn 478 steht ein Rollenlager 474 in Kon- takt, welches über einen Federkopf 472 auf ein Federelement 436 wirkt. Das Federelement 436 ist mittels eines Lagers 470 ortsfest gelagert.

Bei Rotation der Kurvenscheibe 408 folgt das Rollenlager 474 der Axialbahn 478 in Axialrichtung. Bewegt sich das Rollenlager 474 dabei in Richtung des Lagers 470 wird das zwischen Lager 470 und Federkopf 472 angeordnete Fe- derelement 436 komprimiert und mithin in dieser Energie gespeichert. Bewegt sich das Rollenlager 474 hingegen auf einem solchen Abschnitt der Axialbahn 478, bei dem sich das Rollenlager 474 in Richtung der Kurvenschei- be 408 bewegt, so unterstützt das Federelement 436 die Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 408 und gibt mithin ihre gespeicherte Energie an diese ab. Es soll verstanden werden, dass die Positionierung der Axialbahn 478 prinzipiell auf beiden Seiten der Kurvenschreibe 408 möglich ist.

In Figur 13 ist eine Draufsicht einer solchen mit einer Axialbahn 478 versehe- nen Kurvenscheibe 408 dargestellt. Die Axialbahn 478 ist dabei zentriert um die Drehachse der Kurvenscheibe 408 angeordnet.

Die Figuren 14 und 15 zeigen Diagramme der Funktion r(f) gemäß einem ers- ten Ausführungsbeispiel (Figuren 1 - 13) der erfindungsgemäßen Kurvenschei- be.

Die Figur 14 zeigt die Funktion r(f) in Polarkoordinaten beginnend von einer Winkelstellung f = f min , welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Winkelstellung von 0° entspricht.

Es wird verstanden, dass wenn beispielsweise f min = 0 gilt, ebenso f min = 360°, da die Drehung der Kurvenscheibe mit Überschreiten der 360° von neuem starten würde. Die gezeigten Winkelstellungen und Radien sind lediglich bei- spielhaft und können beliebig angepasst bzw. versetzt werden.

Die Funktion r(f) steigt in einem ersten Winkelbereich 0° £ f £ 270° streng monoton und fällt in einem zweiten Winkelbereich 270° £ f £ 360° streng mo- noton.

Die Funktion r(f) weist, wie insbesondere Figur 16 zeigt, in dem ersten Win- kelbereich eine positive Änderungsrate r'(f) auf. Folglich nimmt der Abstand r(f) in dem Winkelbereich 0 £ f £ 270° stetig zu. Wie insbesondere Figur 15 zeigt, nimmt der Abstand r(f) in diesem Winkelbereich insbesondere linear zu. In dem Winkelbereich 270° £ f £ 360° nimmt der Abstand r(f) streng mono- ton ab, sodass die Änderungsrate r'(f) in diesem Bereich negativ ist, wie ins- besondere auch Figur 16 zeigt. Wie insbesondere Figur 15 zeigt, nimmt der Abstand in diesem Winkelbereich linear ab.

Wie der Funktionsverlauf der Änderungsrate r'(f) gemäß Figur 16 zeigt, ist die Änderungsrate in einem Winkelbereich 0 £ f £ 270° konstant, sodass der Abstand r(f) sich linear ändert. In diesem Winkelbereich ist r'(f) > 0, sodass der Abstand r(f) zunimmt, bis der Abstand bei der Winkelstellung f = 270° ein Maximum annimmt. Bei dieser Winkelstellung kommt es zu einem sprung- haften Wechsel der Änderungsrate, welche an diesem Punkt nicht stetig ist, und von einer positiven Steigung mit r'(f) ³ 0 in eine negative Steigung mit r'(f) £ 0 wechselt. In diesem Punkt hat die Kontaktfläche der Kurvenscheibe folglich einen Knick.

Die Figuren 17 und 18 zeigen Diagramme der Funktion r(f) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polar- koordinaten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt Figur 19 ein Dia- gramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurven- scheibe in kartesischen Koordinaten.

Die Funktion r(f) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den Figuren 14 und 15 gezeigten Funktion durch einen Winkelbe- reich f max £ f £ f p , in welchem der Abstand r(f) konstant ist. Dieser Be- reich schließt sich folglich an die Winkelstellung f max an, sodass der maximale Abstand r max in diesem Bereich konstant ist und eine Art Toleranzbereich bil- det. In diesem Toleranzbereich ist der Abstand r(f) maximal, sodass der Stö- ßel in der maximal ausgelenkten Position gehalten wird und auch bei einem Überdrehen der Kurvenscheibe weiterhin eine konstante Bremskraft auf die Bremsscheibe ausgeübt wird.

Wie insbesondere Figur 19 zeigt, ist die Änderungsrate r'(f) in einem Winkel- bereich 0 £ f £ 270° positiv und fällt bei der Winkelstellung f = 270° sprung- haft auf eine Änderungsrate von r'(f) = 0 ab. In diesem Bereich ändert sich der Abstand r(f) folglich nicht. Im Anschluss an diesen Toleranzbereich fällt die Änderungsrate r'(f) sprunghaft ab, sodass die Änderungsrate r'(f) nega- tiv und insbesondere konstant und der Abstand r(f) in diesem Winkelbereich linear fällt.

Den Figuren 20 und 21 zeigen Diagramme der Funktion r(f) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polar- koordinaten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt Figur 22 ein Dia- gramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurven- scheibe in kartesischen Koordinaten.

Die Funktion r(f) gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den Figuren 14 und 15 gezeigten Funktion durch einen Winkelbe- reich f max £ f £ f p ', in welchem der Abstand r(f) konstant ist sowie eine sprunghafte Änderung des Abstandes r(f) bei der Winkelstellung f = f p '. Bei dieser Winkelstellung fällt der Abstand r(f) sprunghaft um einen Wert Dr £ , wobei die Figuren 20 und 21 diesen Sprung nicht maßstabsgetreu zeigen und nur einen exemplarischen Sprung Dr veranschaulichen. Durch ei- nen solchen vordefinierten Sprung kann schnell und effizient die gespeicherte Energie abgebaut werden, wobei die Belastung des Bremsenaktuators verhält- nismäßig gering ist. Somit wird die Prozesszeit, welche benötigt wird, um den Bremsstößel in seine Ausgangslage zurückzubefördern, reduziert.

Wie insbesondere Figur 22 zeigt, sinkt die Änderungsrate r'(f) bei der Winkel- stellung sprunghaft und steigt anschließend wieder sprunghaft auf einen Wert r'(f) £ 0. Die Änderungsrate r'(f) ist anschließend in einem Winkelbereich f > f p ' wieder stetig und insbesondere konstant, sodass in einem Winkelbe- reich f p ' £ f £ 360° der Abstand r(f) linear abnimmt.

Die Figuren 23 und 24 zeigen Diagramme der Funktion r(f) gemäß einem vier- ten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordi- naten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt Figur 25 ein Diagramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kar- tesischen Koordinaten.

Die Funktion r(f) gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den Figuren 14 und 15 gezeigten Funktion durch einen stetigen Ver- lauf der Änderungsrate r'(f). Die Funktionsverläufe r 1 (f) und r 2 (f) treffen sich bei einer Winkelstellung f = f p1,2 , in welcher r 1 '( f p1,2 ) = r 2 '( f p1,2 ) ist und bei einer Winkelstellung f = f p2,1 , in welcher r 2 '( f p2,1 ) = r 1 '( f p2,1 ). Die Funkti- onsverläufe r 1 (f) und r 2 (f) treffen sich somit knickfrei, sodass der Stößel sanft auf der Kontaktfläche der Kurvenscheibe abgleitet, bzw. abrollt und keine Er- schütterung erfährt.

Die erste Winkelstellung f = f p1,2 beschreibt dabei eine Winkelstellung, wel- che auf die Winkelstellung f = f max folgt, bei welcher der Abstand r(f) maxi- mal wird. Die zweite Winkelstellung f p2,1 folgt auf die Winkelstellung f = f min , bei welcher der Abstand minimal wird. Somit verläuft der Bereich der Kurven- scheibe, in welchem der Abstand r 2 (f) der Kontaktfläche zum Drehpunkt des Stößels abnimmt, sanft uns insbesondere knickfrei in den Bereich der Kurven- scheibe über, in welchem der Abstand r 1 (f) insbesondere linear zunimmt.

Wie insbesondere Figur 25 zeigt, ist r'(f) im gesamten Winkelbereich stetig.

Die Figuren 26 und 27 zeigen Diagramme der Funktion r(f) gemäß einem fünf- ten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in Polarkoordi- naten bzw. kartesischen Koordinaten. Ferner zeigt Figur 28 ein Diagramm der Funktion r'(f) der Änderungsrate des Abstandes der Kontaktfläche gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe in kartesischen Koordinaten.

Die Funktion r(f) gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den Figuren 14 und 15 gezeigten Funktion dadurch, dass bei einer Winkelstellung f 1,3 < f max der erste Funktionsverlauf r 1 (f) auf eine Über- gangsfunktion r 3 (f) trifft, wobei der Übergang sanft und insbesondere knickfrei verläuft. Bei einem solchen knickfreien Übergang gilt r 1 '(f 1,3 ) = r 3 '(f 1,3 ) . Ferner trifft der zweite Funktionsverlauf r 2 (f) bei einer zweiten Winkelstellung f 3,2 > f max auf die Übergangsfunktion r 3 (f) sanft und ebenfalls knickfrei, so- dass ferner gilt, r 2 '(f 3,2 ) = r 3 '(f 3,2 ). Bevorzugt trifft ferner eine zweite Über- gangsfunktion r 3 (f)‘ bei einer dritten Winkelstellung f max < f 2,3 < 360° auf den zweiten Funktionsverlauf r 2 (f), wobei der Übergang sanft und insbesonde- re knickfrei verläuft. Bei einem solchen knickfreien Übergang gilt r 2 '(f 2,3 ) = r 3 '(f 2,3 )· Bei einer vierten Winkelstellung f 3,1 > f min trifft die zweite Über- gangsfunktion r 3 (f)‘ auf den Funktionsverlauf r 1 (f) wobei der Übergang sanft und insbesondere knickfrei verläuft. Bei einem solchen knickfreien Übergang gilt r 1 '(f 3,1 ) = r 3 '(f 3,1 ) .

Eine solche Übergangsfunktion ermöglich einen steten Funktionsverlauf der Änderungsrate von r'(f) gemäß Figur 28.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

102 Elektromechanischer Aktuator

104 Gehäuse

106 Elektromotor

108, 108‘, 108“ Kurvenscheibe

110 Wälzkörper

112 Stößel köpf

114 Bremsstößel

116 Lager

118 Verbindungsabschnitt

119 Getriebe

120 Umlaufrädergetriebe 122 Hohlrad 124 Umlaufräder 126 Sonnenrad 128 Stirnradgetriebe 130 Welle 202 Elektromechanischer Aktuator 204 Gehäuse 206 Elektromotor 208 Kurvenscheibe 210 Wälzkörper 212 Stößel köpf 214 Bremsstößel 216 Lager 218 Verbindungsabschnitt

219 Getriebe

220 Umlaufrädergetriebe 222 Hohlrad 224 Umlaufräder 226 Sonnenrad 228 Stirnradgetriebe 230 Welle

234 Federlager

236 Federelement

238 Federführung

240 Wälzkörper

242 Nocken

244 Nockenwelle

246 Wellenlager

248 Wellenlager

250 Steg

254 Erster Gehäuseabschnitt

256 Zweiter Gehäuseabschnitt

258 Schraube

302 Elektromechanischer Aktuator

308 Kurvenscheibe

310 Wälzkörper

314 Bremsstößel

315 Gerade Bremsstößelführung

315‘ Gekrümmte Bremsstößelführung

336 Federelement

354 Bremsscheibe

356 Bremsbelag

358 Bremshebel

360 Hebel

362 Federkopf

366 Lager

368 Scheibenbremse

402 Elektromechanischer Aktuator

408 Kurvenscheibe

436 Federelement

470 Lager

472 Federkopf

474 Rollenlager 476 Drehachse

478 Axialbahn