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Innenbackenbremse.
Die Erfindung betrifft eine Inncnbaekenbremse derjenigen Art, bei welcher ein oder mehrere starre kreisbogenförmige Bremsbacken, die an ihrem Umfang Beläge aus Reibungsmaterial tragen. je an einem Ende ortsfest verankert sind, während das andere Ende durch eine Betätigungsvorrichtung nach aussen bewegt wird, so dass der Belag gegen die Innenfläche der Bremstrommel gedrückt wird.
Bei derartigen Bremsen ist es gebräuchlich, jede der Backen an einem Drehzapfen zu verankern, der an einem nicht umlaufenden Teil der Bremseinrichtung befestigt ist, so dass die Backe beim Anzug der Bremse eine Schwenkbewegung um die Achse des Ankerzapfens macht.
Die durch eine Backe von gegebenen Abmessungen bei einer bestimmten Anzugskraft entwickelte Bremsleistung hängt dabei grundsätzlich erstens vom Reibungskoeffizienten zwischen Belag und Trommel, zweitens vom Umfassungswinkel des Belages (Winkelscheitel in der Trommelachse) und von der Anordnung des Belags und schliesslich vom Abstand der Drehzapfenachse von der Trommelachse ab. Dem Betrag, bis zu welchem die Bremsleistung durch Änderung eines oder aller dieser Faktoren erhöhte werden kann, sind durch eine Erscheinung enge Grenzen gesetzt, die mit"Greifen"bzw. Selbst-
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Backe verursacht.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Bremsbackenlagerung zu verbessern, so dass die nachteilige Wirkung des Greifens der Spitzen beseitigt wird und die Bremsleistung der Backen erhöht werden kann, indem der Umfassungswinkel des Belages vergrössert oder der Reibungskoeffizient zwischen Belag und Trommel erhöht oder auch der Ankerzapfen näher der Bremsenachse angeordnet wird oder indem schliesslich diese Massnahmen gleichzeitig angewendet werden.
Zur Erreichung dieses Zieles wird die Bremsbacke derart gelagert, dass ihr verankertes Ende nicht nur frei drehbar, sondern auch sowohl gegen die Trommel hin als auch von ihr weg verschiebbar ist, wobei gemäss der Erfindung die Schubrichtung des Baekenendes eine solche ist, dass die der resultierenden Dreh-und Schubbewegung jeweils entsprechende Drehachse annäherend in diejenige Axialebene der Bremstrommel fällt, die rechtwinkelig zur Halbierungslinie des Umfassungswinkels des Bremsbackenbelags liegt.
Es ist bereits bekannt, zwecks Vermeidung des Greifens der Spitzen starre kreisbogenförmige
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dass sie sich nicht nur drehen, sondern auch gleitend gegen die Trommel hin und von ihr weg bewegen können. In beiden Fällen ist jedoch der Gleitwinkel ein derartiger gewesen, dass nicht nur Druck und Abnutzung über die Fläche des Backenbelags ungleichmässig verteilt waren, sondern auch die Bremsleistung nachteilig beeinflusst wurde. So wurde vorgeschlagen, eine starre kreisbogenförmige Backe von gebräuchlichen Abmessungen derart zu lagern, dass ihr gelagertes Ende mit einer Aussparung versehen ist, die in genau radialer Richtungzur Bremsenachseliegt.
Beim Betrieb einer solchen Bremse stellte sich jedoch heraus, dass das an der Spitze liegende Ende des Belages vollkommen unbenutzt war, wenn der Reibungskoeffizient dieses Belages den üblichen Wert 0'3 bzw. 0'4 besitzt.
In einem ändern Fall betrug der Gleitwinkel ungefähr 55" und es stellte sich heraus, dass sich bei den gebräuchlichen Belägen kein Druck am gelagerten Ende der Backen ergab. Es ist ferner vorgeschlagen worden, das gelagerte Ende einer starren kreisförmigen Bremsbacke mit einer Gleitfläche auszustatten, die mit einem ortsfesten Ankerzapfen zusammenarbeitet, wobei die Gleitfläche in einer Ebene liegt, die zwischen der Backe und der durch die Bremsenachse und den Ankerzapfen bestimmten
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Ebene verläuft. Bei einer derartigen Ausführung haben sich aber Klemmwirkungen zwischen Backe und Trommel ergeben.
Demgegenüber sind die Gleitflächen der Backen der Bremse nach der Erfindung derart angeordnet, dass das Gleiten des gelagerten Backenendes in einer Ebene erfolgt, die zwischen der andern Backe und der genannten Axialebene verläuft. Das verankerte Ende der starren kreisbogenförmigen Bremsbacken ist hiebei derart gelagert, dass es nicht nur drehbar ist, sondern auch in bezug auf die Bremstrommel gleiten kann und dass die Gleitbewegung in einer Ebene erfolgt, dass die der resultierenden Dreh-und Sehubbewegung jeweils entsprechende Drehachse annähernd in diejenige Axialebene der Bremstrommel fällt, die reehtwinkelig zur Halbierungslinie des Umfassungswinkels des Bremsbacken-
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mit der Achse des festen Drehzapfens zusammenfällt.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung durch mehrere Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Innenbackenbremse mit zwei gemäss der Erfindung gelagerten Bremsbacken, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 die Seitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform, Fig. 4 eine Draufsieht der in Fig. 3 dargestellten
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Backenbremse besteht aus der Grundplatte 30, der Brems- trommel 31 und den Bremsbacken 32, 33, deren freie Enden durch eine Anpressvorrichtung, z. B. einen nach beiden Richtungen wirkenden hydraulischen Druckzylinder 34 mit den Kolben Ja und 36, aus- einandergetrieben werden. Diese Anordnung bildet eine selbstregelnde Bremseinriehtung, die eine gleich- mässige, durch Ungleichheiten in der Abnutzung der Beläge nicht beeinflusste Belastung beider Brems- backen mit Sicherheit gewährleistet.
Wie aus Fig. 1, 2 ersichtlich, besitzt jede der Bremsbacken von T-förmigem Querschnitt an ihrem gelagerten Ende eine rechteckige Ausnehmung 37. Jede dieser Ausnehmungen umfasst ein Zwischen- glied 38 von vorzugsweise rechteckiger Form. Diese Zwischenglieder ruhen ihrerseits mit einer zentralen
Bohrung 39 drehbar auf einem auf der Grundplatte 30 befestigten Zapfen 40. Eine Mutter 41 dient zur Befestigung dieses Zapfens auf der Grundplatte 30, während zwei Beilagseheiben 42, d3 eine axiale
Verschiebung der Bremsbacken auf dem Zapfen 40 verhindern. Die beiden Enden der Bremsbacken 32,33 liegen unter der Wirkung eines Sprengringes 44 od. dgl. gegeneinander, der durch einen Splint 45 in zusammengedrücktem Zustand gehalten wird.
Im Ruhezustand sind die Bremsbacken 32, 33 durch eine Zugfeder 46 in kurzem Abstand von der Innenwandung der Trommel 31 gehalten. Diese Feder ist mit ihren Enden an Zapfen 47, 48 befestigt und ihre Spannung kann mittels der Daumenscheiben 49, 50 geändert werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind beide Bremsbacken somit derart auf dem Zapfen 40 gelagert, dass sie nicht nur eine Sehwenkbewegung um den Zapfen, sondern auch eine Gleitbewegung in Richtung gegen die Trommelwandung und von ihr weg ausführen können. Die Richtung dieser Gleitbewegung hängt von dem mit'J. bezeichneten Winkel der Neigung der Flanken 37 a der Ausnehmung 37 gegen die durch die Achse des Zapfens 40 und die Achse der Bremse gehende Axialebene ab. Die Gleitfläche der Backe 32 liegt somit in einer Ebene, die zwischen der durch den Drehzapfen gehenden Axialebene der Bremse und der andern Backe 33 verläuft.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemässen Lagerung der Bremsbacken, infolge welcher die gelagerten Enden der Backen unter der Wirkung des Bremsdruckes gegen die Trommelwand hin gleiten, ist der, dass dadurch die Neigung der nicht gelagerten Enden der Backen zum Greifen sehr bedeutend herabgesetzt wird, wenn dieser Teil des Belages zuerst an der Trommel angreift. Wesentlich für die Erzielung einer maximalen Bremswirkung ist dabei der Umstand, dass der Neigungswinkel der Gleitbewegung zur Axialebene der Bremse, die durch den Drehzapfen verläuft, eine bestimmte Grösse besitzt.
Bei einer Bremsbacke von üblicher Grösse mit ungefähr symmetrisch in bezug auf die Enden angeordnetem Belag, dessen Reibungskoeffizient 0'3 bis 0'4 beträgt, ergibt sich ein Gleitwinkel von 20 bis 35 , im Mittel von 27'bis 28', als zweckmässigster.
Wird eine Bremsbacke in der erfindungsgemässen Weise sowohl dreh-als auch verschiebbar gelagert, so kann man drei verschiedene Formen der unter der Wirkung der Druckvorrichtung erfolgenden Bewegungen unterscheiden : 1. die Anfangsbewegung entsprechend dem Spielraum zwischen Backe und Trommelwand, die eine Schwenkbewegung um eine ostsfeste oder bewegliche Achse bildet ; 2. die Bewegung der Backe während der Anpressung des Baekenbelags an die Trommelwand. Diese Bewegung besteht aus einer Dreh-und einer Gleitbewegung, deren Grösse von der Konstruktion der Bremsbacke abhängt. Findet gleichzeitig mit der Drehung Gleiten statt, so liegt die jeweilige augenblickliche Drehachse versetzt in bezug auf die Achse des festen Drehzapfens ; 3. eine durch exzentrische Anordnung der Trommel bewirkte Gleitbewegung der Bremsbacke.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform der Backenbremse, bei welcher jede der beiden Backen 32,33 mittels der Gleitflächen 37a von V-förmigen Ausnehmungen 37 auf Zwischen-
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stücke 38 mit beiderseitigen Flanschen i4 gelagert ist, die ihrerseits auf festen Zapfen 40,40 a drehbar sind. In der Nähe beider Backenenden ist der hydraulische Presszylinder 34 angeordnet.
Zwischen den beiden andern Backenenden ist ein zur DruckÜbertragung wie auch zur Distanzierung dienendes
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unter dem Winkel (x zur Axialebene des Zapfens 40 a geneigt, die zwischen dieser Axialebene und der andern Backe 32 verläuft. Unterlagsscheiben 4. 3 und Splinte 45 sichern die Lage der Backenenden auf den Zapfen 40, 40 a.
Bei einem Umlauf der Trommel 31 entgegen der Uhrzeigerbewegung und bei Druekeinwirkung auf die Backe 82 durch den Druckzylinder. 34 überträgt diese Backe den Druck durch das Zwischenstück 53 auf die Backe 33 und diese legt sieh, ebenso wie die Backe 32, unter Bewegung ihrer Gleit-
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Trommelwand.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Teilansieht einer weiteren abgeänderten Ausführungsform ist das Ende 32 c der Backe 32 drehbar in einem Zapfen 80 gelagert, der seinerseits in einem Gleitstück 38 a ruht, das auf einer unter dem Winkel'Y. zur Axialebene der Bremse geneigten Schrägfläehe des Klotzes 40 b gleitet. In diesem Fall ist somit der Drehzapfen beweglich und die Gleitfläche fest angeordnet. Die Anordnung bildet somit eine kinematische Umkehrung derjenigen nach den Fig. 1-4.
In Fig. 6 ist die Kräfteverteilung bei belasteter Bremse dargestellt. Für den gewöhnlichen Fall, dass die Backe 32 b nur drehbar, jedoch nicht verschiebbar am Zapfen gelagert ist. Hiebei kommen drei Kräfte zur Wirkung : der Anpressdruck P, der Reaktionsdruck gegen den Ankerzapfen A und die resultierende Trommelreaktion in der Richtung XC. Letztere kann in die Komponenten T rechtwinkelig zur Trommelwandung und F als tangential zur Trommelwandung wirkende Reibungskraft zerlegt werden. Der Schnittpunkt von T und F bildet den Druckmittelpunkt der Bremse. Der Winkel/, dessen Tangentenwert dem Verhältnis jF : T entspricht, ist das Mass für den Reibungskoeffizienten.
Die Entfernung des Druckmittelpunktes C von der Trommelachse 0 und sein Winkelabstand A von der durch den Drehzapfen und die Trommelachse gehenden Axialebene AD lässt sich unter Berück- sichtigung der Winkel Q und 0 zwischen den Backenenden und der Axialebene sowie des Abstandes Z des Zapfens von der Trommelachse 0 leicht durch Rechnung ermitteln. Nach Festlegung des Druck- mittelpunktes ergibt sich der Punkt X als Schnittpunkt der durch die Richtung der Kraft P bestimmten
Geraden mit der Verlängerung der Geraden GC, die unter dem durch den Reibungskoeffizienten bestimmten Winkel t zur Geraden OC durch den Druckmittelpunkt C gelegt wird.
Druck und somit auch Abnutzung des Backenbelags 52 b sind an verschiedenen Stellen desselben verschieden und besitzen bei symmetrischer Anordnung des Belags zur Axialebene AD einen Maximal- wert im Punkt W, der auf der zur Axialebene AD senkrechten Halbierungslinie des mfassungs- winkels des Belages liegt. Beiderseits des Punktes W nehmen Druck und Abnutzung etwa sinus- förmig ab.
Die Fig. 7 zeigt in gleicher Weise die Kräfteverteilung bei der erfindungsgemässen Bremse mit dreh-und gleitbar ausgeführtem Backenende. Der Punkt X ergibt sich in diesem Fall als Schnitt- punkt der durch die Richtung der Kraft P bestimmten Geraden mit der durch die Zapfenachse A gelegten Senkrechten zur Gleitfläche 37 a des Backenendes. Statt der durch die Zapfenachse A gehenden Axialebene kommt nunmehr die Axialebene ED in Betracht, die durch die der resultierenden Drehund Schubbewegung der Backe jeweils entsprechende Drehachse E gelegt wird. Die rechnerische Ermittlung der Lage des Druckmittelpunktes C erfolgt wieder unter Berücksichtigung der Winkel 8 und 0, die durch die Abstände des Belages 52 von der Axialebene ED gegeben sind.
Die Lage des Punktes W für den höchsten Bremsdruck und die stärkste Abnutzung ergibt sich wieder durch den auf der Axialebene EOD senkrechten Trommelhalbmesser.
Die Fig. 7 gibt nur eine grundsätzliche, nicht massstäbliche Darstellung der Verhältnisse wieder.
Bei der praktisch ausgeführten Bremse liegt die der kombinierten Dreh-und Schubbewegung entsprechende Drehachse wegen der nur ganz geringen in Betracht kommenden Verschiebungslängen jeweils in unmittelbarer Nähe der Achse A des festen Drehzapfens.
Falls, wie in Fig. 8 dargestellt, die halbierungslinie WO des Umfassungswinkels des Belages 52 nicht rechtwinkelig zu der durch die Achse A des Zapfens gehenden Axialebene D'OA liegt, ist es möglich, eine mit Bezug auf die Halbierungslinie WO gleichmässige Verteilung von Druck und Abnutzung auf dem Belag zu erzielen, wenn der Winkel zu der Gleitkanten so gewählt wird, dass die der resultierenden Dreh-und Schubbewegung jeweils entsprechende Drehachse E der Backe auf einer zur Halbierungslinie WO rechtwinkelig verlaufenden Axialebene DOE liegt.
Fig. 9 zeigt den Einfluss, den die Grösse des Neigungswinkels y der Gleitkanten 37 a (Fig. 7) auf die Druckverteilung über den Backenbelag hat. Alle drei dargestellten Kennlinien beziehen sich auf einen Belag, dessen Umfassungswinkel 120 beträgt und dessen beiderseitige Enden mit der durch den Drehzapfen gehenden Axialebene Winkel von 300 bilden. Die Kennlinie 75 entspricht einem Winkel a von solcher Grösse, dass die der resultierenden Dreh-und Schubbewegung entsprechende Drehachse annähernd im Drehzapfen liegt. Hiebei sind Druck und Abnutzung gleichmässig beiderseits eines mittleren Maximums verteilt.
Die Kennlinie 76 entspricht dem Fall, dass der Winkel < x 0 beträgt,
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d. h. dass die Gleitkante parallel zu der durch den Drehzapfen verlaufenden Ebene liegt, die Kennlinie 77 demjenigen Fall, bei welchem der Winkel oc 500 beträgt.
Die zwischen den Kennlinien und der Abszissenachse liegende Fläche entspricht der Bremsleistung.
Aus dem Vergleich der drei Kennlinien geht ohne weiteres hervor, dass die Linie 75 in jedem Fall die günstigsten Verhältnisse bezüglich Druck, Abnutzung und Bremsleistung ergibt. Die Linien 76 und 77 zeigen überdies, dass ein Teil des Bremsbelages überhaupt nicht zur Wirkung kommt, da im Fall der Linie 76 die Baekenspitze, im Fall der Linie 77 das entgegengesetzte Backenende keinen Druck erhält.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Innenbaekenbremse mit mehreren unabhängig voneinander wirkenden Bremsbacken, deren gelagertes Ende sowohl drehbar als auch in bezug auf die Achse des festen Drehzapfens verschiebbar ist, gekennzeichnet durch eine solche Schubrichtung des Backenendes, dass die der resultierenden Dreh-
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belages liegt.