DE10004058A1 - Bremsvorrichtung - Google Patents

Bremsvorrichtung

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Abstract

Bei bisherigen Bremsvorrichtungen, die eine Bremsscheibe abbremsen, werden die Bremsbacken entweder hydraulisch zusammengepresst oder aber sie enthalten elektromechanisch betriebene Zahnradgetriebe. DOLLAR A Die Bremsvorrichtung weist eine Hebelstange auf, die einen zweiarmigen Hebel ausbildet und die mit einem beweglichen Gehäuse verbunden ist. Die Hebelarme stehen auf der einen Seite in Kontakt zu einem weiteren beweglichen Teil, welches zusammen mit dem beweglichen Gehäuse die beiden Bremsbacken ausbildet und zu einer Kraftquelle, das über ein Keilgetriebe den Hebelarm in Bewegung setzt. DOLLAR A Die Bremsvorrichtung findet Anwendung für Faustsattelbremsen, die für elektronische Sicherheitseinrichtungen elektrisch ansteuerbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
Zur Betätigung von Bremsbacken und der darauf montierten Bremsbeläge werden in der Regel bei Faustsattelbremsen hydraulische Vorrichtungen verwendet, die beim Bremsen die Bremsbeläge, die in einem schwimmend gelagerten Gehäuse angebracht sind, gegen die Bremsscheibe drücken.
Bei neuen Bremskonzepten wird die Hydraulik durch elektromechanische Anordnungen ersetzt.
Die DE 195 11 287 A1 zeigt eine Schwimmsattelbremse, bei der ein als Außen­ läufer ausgebildeter Elektromotor eine mit dem Läufer des Elektromotors starr gekoppelt Mutter antreibt. Über mit der Mutter in Eingriff befindliche Gewinderollen wird eine Gewindespindel in axialer Richtung verschoben, wenn der Elektromotor die Mutter und damit die Gewinderolle in Rotation versetzt. Die Gewindespindel wirkt auf einen Bremsbelag. Die Gewindespindel ist durch die Gewinderollen in dem Läufer des Elektromotors gelagert. Der Läufer des Elektromotors ist an seinem dem Bremsbelag zugewandeten über ein sich am Gehäuse abstützendes Radiallager geführt.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass für jeden Bremsbelag eine Gewindespindel und damit ein Motor benötigt wird. Für solche Aufbauten wird sehr viel Platz benötigt. Gleichfalls sind derartige Aufbauten mit hohen Kosten verbunden. Auch wirken sehr starke Kräfte auf die Motorenachse, so dass mit einem hohen Verschleiß der Anordnung zu Rechnen ist.
Aus der DE 196 05 988 A1 ist ein Schwimmsattelbremse bekannt, bei der ein Elektromotor mit einem innenliegenden Rotor eine Gewindespindel antreibt. Um mit einem kleinen Antriebsmotor auszukommen, ist der Rotor als Becher ausgeführt, in dessen Innern die Gewindespindel angeordnet ist. Die Gewindespindel stützt sich lediglich mit einem Ende am Boden des Bechers ab, welcher durch ein axiales und zwei radiale Lager am Gehäuse abgestützt ist. Entlang ihrer Längserstreckung ist die Gewindespindel nicht weiter abgestützt, so dass das andere Ende der Gewindespindel frei ist. An der Gewindespindel liegen Planetenrollen an, mittels deren eine Drehbewegung der Gewindespindel in eine Axialverschiebung einer Mutter übertragen wird. Die Mutter stützt sich radial an der Innenseite des becherförmigen Rotors, bzw. dessen radial an der Innenseite des becherförmigen Rotors, bzw. dessen radialen Lagerungen ab.
Da das zweite axiale Ende der Gewindespindel nicht radial gelagert ist, hat diese Anordnung den Nachteil, dass ein durch mechanische Belastung und Verschleiß bedingter Versatz des freien Endes der Gewindespindel eine exzentrische Drehbewegung zur Folge hat, so dass die Planetenrollen ungleichmäßig belastet und die Stellbewegung unpräzise wird.
In der WO 99/42739 wird eine elektromechanisch betätigbare Schwimmsattelbremse offenbart, bei der ein Elektromotor als Innenläufermotor mit einem Stator und mit einem Rotor ausgebildet ist, dessen Rotor mit der Gewindespindel drehfest gekoppelt ist. Auch ist die Gewindespindel getrieblich mit der Mutter gekoppelt um eine Rotationsbewegung der Gewindespindel in eine translatorische Bewegung der Mutter umzusetzen. Dabei ist die Spindel entlang ihrer Längserstreckung an wenigstens zwei Stellen drehbar gegenüber dem Gehäuse gelagert und die Mutter gegenüber dem Gehäuse axial gleitend geführt.
Nachteilig bei den bisherigen Aufbauten mit einem Planetengetriebe ist es, dass aufgrund eines Verstellweges von max. 2 mm im Millisekundenbereich eine Anpresskraft benötigt wird, die es erfordert die Motordrehzahl über ein Planetengetriebe 10 : 1 zu untersetzen. Auch wird eine Torsionsstange zwischen Getriebe und teuerem Präzisionslager benötigt, die für die notwendige Elastizität des Systems sorgt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es einen Aufbau der eingangs genannten Art für eine Bremsvorrichtung aufzuzeigen, mit der einerseits die Hydraulik oder andere aufwendige Aufbauten zum Betätigen der Bremsbeläge ersetzt werden können und die sich andererseits, dadurch auszeichnet, dass sie einfach und kostengünstig aufgebaut sowie schnell elektrisch betätigt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Hierbei wird anstatt der üblichen Hydraulik oder einem aufwendigen Planetengetriebe eine einfache zweiarmige Hebelstange verwendet Die Hebelstange wird an ihrem Drehpunkt am beweglichen Gehäuse befestigt, wobei der eine Hebelarm mit einem anderen beweglichen Teil, insbesondere einem Kolben, und der andere Hebelarm mit einer Kraftquelle in Kontakt steht. Dadurch können mit einer Bewegung der Hebelstange zwei bewegliche Anordnungen nämlich das Gehäuse und das Teil gleichzeitig in verschiedene Richtungen in Bewegung gesetzt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Hierbei wird der Hebelarm durch einen Elektromotor bewegt, der eine Gewindespindel antreibt. Auf der Gewindespindel ist ein Schlitten angebracht, der sich bei Drehung der Gewindespindel hin und her bewegt. Der Schlitten weist eine keilförmige Oberfläche auf, auf welcher der Hebel aufliegt und wird je nach Position des Schlittens durch diesen hochgedrückt oder abgesenkt wird. Auch kann die Bremsvorrichtung einen Sensor aufweisen mit dem die exakte Position des Schlittens erfasst wird. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass es sich bei der Bremsvorrichtung um eine Faustsattelbremse handelt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind der einfache und kostengünstige Aufbau einer Bremsvorrichtung. Auch der Platzbedarf für eine solche Vorrichtung erweist sich als sehr gering. Für die elektromechanische Betätigung einer solchen Vorrichtung können schnelle Einstellungen des gewünschten Bremsdrucks erfolgen und durch Sensoren überwacht und geregelt werden
Die Erfindung soll nachfolgend für eine Faustsattelbremse anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 Einblick in eine Faustsattelbremse,
Fig. 2 Anbringung einer elektrisch betriebenen Faustsattelbremse an der Radaufhängung,
Fig. 3 Darstellung der Kraftübertragung von einem Elektromotor zur Faustsattelbremse und
Fig. 4 Aufbau einer elektrisch betriebenen Faustsattelbremse mit L- förmiger Hebelstange.
Fig. 1 zeigt das Schnittbild einer Faustsattelbremse. In einem Gehäuse 10 befinden sich die Bremsbeläge 2, 3 die zur Abbremsung der Bremsscheibe 1 dienen. Das Gehäuse 10 der Faustsattelbremse ist an einen Rahmen 11 befestigt. Der Rahmen 11 ist beispielsweise an der Radaufhängung fest montiert. Das Gehäuse 10 ist über Führungsbolzen 8, die in einer Führung 9 angeordnet sind, beweglich am Rahmen 11 aufgehängt. Das Gehäuse 10 ist sattelförmig zur Bremsscheibe beweglich angeordnet und umgreift die Bremsscheibe 1 faustartig. An dem beweglichen Gehäuse 10 ist an der einen Seite der Bremsscheibe 1 ein Träger 4 ausgebildet, an dem ein Bremsbelag 2 befestigt ist. Gehäuse 10, Träger 4 und Bremsbelag 2 sind untereinander fest verbunden und bilden eine Bremsbacke aus. Bewegt sich jedoch das Gehäuse 10, so bewegt sich auch der auf dem Träger 4 montierte Bremsbelag 2. Auf der anderen Seite der Bremsscheibe 1 befindet sich ein weiterer Bremsbelag 3, der über einen Träger 5 an einem weiteren beweglichen Teil 6, insbesondere einem Kolben, einer Stange oder einem Schlitten montiert ist und die andere Bremsbacke ausbildet. In diesem Ausführungsbeispiel wird hierfür ein Kolben 6, der in einer weiteren Führung 18 angeordnet ist verwendet, wobei diese Führung 18 Bestandteil des beweglichen Gehäuses 10 ist. Gleichfalls ist am beweglichen Gehäuse 10 eine Hebelstange 12 angebracht. Diese Hebelstange 12 ist an einem Drehpunkt 15 fest mit dem beweglichen Gehäuse 10 verbunden. Dadurch bildet sie zwei Hebelarme 13 und 14 aus. Der kürzere erste Hebelarm 13 mit der Länge l1, berührt mit seinem Ende 16 den Kolben 6. Wird die Hebelstange 12 am Punkt 17, also am Ende des längeren zweiten Hebelarms 14 mit der Länge l2 von der Bremsscheibe 1 wegbewegt, so wird der Kolben 6 aus der Führung 18 herausgedrückt mit der Folge, dass sich der Bremsbelag 3 zur Bremsscheibe 1 hinbewegt. Ein für diese Anwendung sinnvolles Verhältnis zwischen den beiden Hebelarmen l1 und l2 = wäre 1 : 10. Die Tatsache, dass die Hebelstange 12 am Drehpunkt 15 fest mit dem beweglichen Gehäuse 10 verbunden ist, bewirkt, dass bei Krafteinwirkung am Ende 17 des zweiten Hebelarms 14 gleichzeitig auch das bewegliche Gehäuse 10 verschoben wird und zwar in die entgegengesetzte Richtung der Kolbenbewegung. Dadurch wiederum wird der Bremsbelag 2, der auf der anderen Seite der Bremsscheibe 1 direkt am beweglichen Gehäuse 10 befestigt ist, gleichfalls zur Bremsscheibe 1 hinbewegt.
In dieser Darstellung wird ersichtlich, dass mit einer einzigen Bewegung der Hebelstange 12 gleichzeitig mehrere Bremsbeläge 2, 3 auch zangenförmig in Richtung der Bremsscheibe 1 in Bewegung gesetzt werden können.
Fig. 2 zeigt die Anbringung einer elektrisch betriebenen Faustsattelbremse an der Radaufhängung. Das Rad 19 und die Bremsscheibe 1 sind an der Radaufhängung 23 befestigt. Gleichfalls sind an der Radaufhängung 23 ein Elektromotor 20 und der Rahmen 11 für die Faustsattelbremse befestigt. Das Gehäuse 10 der Faustsattelbremse ist beweglich am Rahmen 11 befestigt und umgreift zangenförmig die Bremsscheibe 1, wie in Fig. 1 abgebildet ist. Am Elektromotor 20 befindet sich eine Gewindespindel 21, auf der sich ein Schlitten 22 mit einer keilförmigen Oberfläche befindet. Dreht sich die Welle des Elektromotors 20, so bewegt sich der Schlitten 22 auf der sich drehenden Gewindespindel 21 hin und her. Die Hebelstange 12 liegt mit dem Ende 17 des zweiten Arms 14 auf der keilförmigen Oberfläche des Schlittens 22 auf. Durch die Position des Schlittens, die mit einem Sensor 25 erfasst wird, kann die Kraft, die am Hebel wirken soll, elektrisch exakt eingestellt werden. Die Hebelstange 12 ist an einem Drehpunkt 15 mit dem beweglichen Gehäuse 10 verbunden. Das Ende 16 des ersten Hebelarms 13 steht in Kontakt mit dem Kolben 6 im Innern des Gehäuses 10 wie im Detail in Fig. 1 dargestellt. Durch die keilförmige Oberfläche des Schlittens 22 kann die Hebelstange 12 mehr oder weniger von der Bremsscheibe 1 nach außen weggedrückt werden. Dadurch werden wie bereits in Fig. 1 beschrieben die beiden Bremsbeläge 2, 3 mit einer definierten Kraft auf die Bremsscheibe 1 gedrückt. Die Höhe der Kraft ist abhängig von den Hebelarmen 13, 14 und von der Keilform der Oberfläche des Schlittens 22. Auch ist in dieser Abbildung am Drehpunkt 15 die Befestigung für die Hebelstange 12 ersichtlich, welche eine Führung 26 aufweist und die verhindert, dass die Hebelstange 12 seitlich, also parallel zur Bremsscheibe 1 ausbrechen kann.
Fig. 3 zeigt eine detaillierte Darstellung der Kraftübertragung vom Motor 20 zur Hebelstange 12 und von dort zur Bremsvorrichtung. Der Elektromotor 20 betreibt eine Gewindespindel 21 die sich mit oder gegen den Uhrzeigersinn dreht. Auf der Gewindespinde 21 ist ein Schlitten 22 angebracht der durch eine Führung 24 daran gehindert wird sich um die Gewindespindel 21 herum zu drehen. Die Schlittenführung 24 begrenzt die Freiheitsgrade des Schlittens 22, so dass der Schlitten 22 nur noch auf der Gewindespindel 21 in Abhängigkeit der Richtung ihrer Drehbewegung hin und her gleiten kann. Die Oberfläche des Schlittens 22 ist keilförmig ausgebildet. Eine solche Anordnung wird als Keilgetriebe bezeichnet, wobei die Keilform charakteristisch für einen solchen Aufbau ist. Sie bestimmt nämlich zum einen die Höhe der Kraft mit der die Bremsbeläge 2, 3 auf die Bremsscheibe 1 gedrückt werden und den Verlauf der Abbremsung. Die Keilform kann sowohl linear als auch nicht linear ausgebildet werden. Die Schnelligkeit mit der eine Abbremsung erfolgt, kann sowohl über die keilförmige Oberfläche als auch über die Drehgeschwindigkeit des Motors 20 und damit der Geschwindigkeit des Schlittens 22 eingestellt werden. Die Hebelstange 12 wird am Ende des zweiten Hebelarms 14 hochgedrückt, wenn sich der Schlitten 22 vom Motor 20 entfernt, dadurch drückt zum einen der erste Hebelarm 13 auf den Kolben 6, der dann über den Träger 5 den einen Bremsbelag 3 auf die Bremsscheibe 1 drückt und zum anderen, zieht die Hebelstange 12 an der Befestigung und damit am Drehpunkt 15 am beweglichen Gehäuse 10, wodurch der andere Bremsbelag 2, der sich auf der anderen Seite befindet, auf die Bremsscheibe 1 drückt. Durch eine einzige Hebelbewegung weiten beide Bremsbeläge 2 und 3 gleichzeitig auf die Bremsscheibe 1 gedrückt.
Fig. 4 zeigt den Aufbau einer elektrisch betriebenen Faustsattelbremse mit L- förmiger Hebelstange. Eine derartig geformte Hebelstange wird immer dann benötigt, wenn der Elektromotor nicht in der Flucht zur Hebelstange montiert werden kann, wenn es das Verhältnis der Hebelarme zueinander erfordert und die Hebelstange Bereiche der Radaufhängung nicht überdecken darf. Das Rad 19 und die Bremsscheibe 1 sind an der Radaufhängung 23 befestigt. Gleichfalls sind an der Radaufhängung 23 ein Elektromotor 20 und der Rahmen 11 für die Faustsattelbremse befestigt. Das Gehäuse 10 der Faustsattelbremse ist beweglich am Rahmen 11 befestigt und umgreift zangenförmig die Bremsscheibe 1, wie in Fig. 1 abgebildet ist. Am Elektromotor 20 befindet sich eine Gewindespindel 21, auf der sich ein Schlitten 22 mit einer keilförmigen Oberfläche befindet. Dreht sich die Welle des Elektromotors 20, so bewegt sich der Schlitten 22 auf der sich drehenden Gewindespindel 21 hin und her. Die L- förmige Hebelstange 12 liegt mit dem Ende 17 des zweiten Arms 14 auf der keilförmigen Oberfläche des Schlittens 22 auf. Durch die Position des Schlittens, die mit einem Sensor 25 erfasst wird, kann die Kraft, die am Hebel wirken soll, elektrisch exakt eingestellt werden. Die L-förmige Hebelstange 12 ist an einem Drehpunkt 15 mit dem beweglichen Gehäuse 10 verbunden. Das Ende 16 des ersten Hebelarms 13 steht in Kontakt mit dem Kolben 6 im Innern des Gehäuses 10 wie im Detail in Fig. 1 dargestellt. Durch die keilförmige Oberfläche des Schlittens 22 kann die L-förmige Hebelstange 12 mehr oder weniger von der Bremsscheibe 1 nach außen weggedrückt werden. Dadurch werden wie bereits in Fig. 1 beschrieben die beiden Bremsbeläge 2, 3 mit einer definierten Kraft auf die Bremsscheibe 1 gedrückt. Die Höhe der Kraft ist abhängig von den Nebelarmen 13, 14 und von der Keilform der Oberfläche des Schlittens 22. Auch ist in dieser Abbildung am Drehpunkt 15 die Befestigung für die Hebelstange 12 ersichtlich, welche eine Führung 26 aufweist und die verhindert, dass die Hebelstange 12 seitlich, also parallel zur Bremsscheibe 1 ausbrechen kann.
Auch ist aus allen Abbildungen ersichtlich, dass nicht nur ein Elektromotor 20 zur Betätigung des Hebels in Frage kommt. Es können auch andere Kraft- oder Energiequellen beispielsweise auch Elektromagnete verwendet werden, die den Hebel hin und her bewegen.
Schließlich kann eine solche Bremsvorrichtung mit elektromechanisch angetriebener Hebelstange nicht nur in einer Faustsattelbremse, sondern auch in einer Feststellbremse realisiert werden.

Claims (9)

1. Bremsvorrichtung mit einem bezüglich einer Bremsscheibe (1) beweglichen Gehäuse (10), in dem sich Bremsbeläge (2, 3) und ein senkrecht zur Bremsscheibe (1) gegenüber dem Gehäuse bewegliches Teil (6) befindet, wobei ein Bremsbelag (2) mit dem Gehäuse (10) und ein weiterer Bremsbelag (3) mit dem beweglichen Teil (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
  • a) eine zweiarmige Hebelstange (12) in ihrem Drehpunkt (15) am beweglichen Gehäuse (10) befestigt ist,
  • b) der erste Hebelarm (13) mit dem beweglichen Teil (6) und
  • c) der zweite Hebelarm (14) mit einer Kraftquelle (20) in Kontakt steht.
2. Bremsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftquelle ein Elektromotor (20) ist.
3. Bremsvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (20) auf der Motorwelle eine Gewindespindel (21) aufweist, die einen Schlitten (22) trägt, der sich parallel zur Drehachse der Gewindespindel (21) bewegt.
4. Bremsvorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hebelarm (14) auf dem vom Elektromotor (20) bewegten Schlitten (22) aufliegt.
5. Bremsvorrichtung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (22) eine keilförmige Oberfläche aufweist, wodurch sich der zweite Hebelarm (14) bei einer Bewegung des Schlittens (22) parallel zur Bremsscheibe (1) senkrecht zur Bremsscheibe (1) bewegt.
6. Bremsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (25) in der Nähe des Schlittens (22) angebracht ist, der die Position des Schlittens (22) erfasst.
7. Bremsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelstange (12) in mehrere Raumrichtungen ragt.
8. Bremsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelstange (12) L-förmig ist.
9. Bremsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung eine Faustsattelbremse ist.
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