DE10110843A1 - Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere Bremszylinder mit pneumatischen Muskel sowie Verwendung eines pneumatischen Muskels in einem Bremszylinder - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt erstmals eine Bremsbetätigungsvorrichtung und insbesondere einen Bremszylinder für Nutzfahrzeuge vor, mit wenigstens einem, im Bremszylinder angeordneten, pneumatischen Muskel, zur Erzeugung der erforderlichen Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft. Der Bremszylinder kann als Federspeicherbremszylinder, als Betriebsbremszylinder oder als kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder ausgebildet sein. Der Bremszylinder kann in wenigstens einem der Gehäuseteile und/oder Druckräume wenigstens einen pneumatischen Muskel aufweisen. Ein solcher pneumatischer Muskel kann als herkömmlicher oder als ringzylinderförmiger Muskel ausgebildet sein, wobei eine Mehrzahl der ersteren ringförmig um die Hauptachse des Bremszylinders herum angeordnet sein können. Ferner schlägt die vorliegende Erfindung erstmals die Verwendung eines pneumatischen Muskels in einem Bremszylinder zur Krafterzeugung vor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere ei­ nen Bremszylinder für Nutzfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Ver­ wendung eines pneumatischen Muskels in einem Bremszylinder oder in einer Bremse, insbe­ sondere einer Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Bremsbetätigungsvorrichtungen, wie z. B. handelsübliche Bremszylinder, die als Feder­ speicherbremszylinder, Betriebsbremszylinder oder kombinierte Betriebsbrems- und Feder­ speicherbremszylinder ausgebildet sein können, weisen in deren Gehäuseteilen mittels geeig­ neter Membrane begrenzte Druckräume auf, die zur Erzeugung der erforderlichen Betäti­ gungs-, Löse- oder Rückhaltekraft mit Druckluft aus einem Druckluftreservoir mit dem je­ weils erforderlichen Druck beaufschlagt werden können. Ferner sind im Handel herkömmli­ che Bremszylinder erhältlich, bei denen der mit Druckluft beaufschlagte Druckraum mittels einem im zugehörigen Gehäuseabschnitt gleitend abgedichtet gelagerten Kolben begrenzt wird. Sowohl die herkömmlichen Membran-Bremszylinder als auch die üblichen Kolben- Bremszylinder werden bevorzugt aus Aluminium hergestellt.

Dementsprechend weisen diese bekannten Bremszylinder eine Vielzahl von Problemen auf. Grundsätzlich gemein ist all diesen Bremszylindern die ständige Schwierigkeit, eine aus­ reichende Dichtigkeit der mit Druck beaufschlagten Räume sicherzustellen. Dieses Dichtig­ keitsproblem erfordert eine hohe Fertigungsgenauigkeit bei der Produktion, insbesondere eine hohe Paßgenauigkeit aufeinander aufliegender Flächenabschnitte. Ferner braucht der Feder­ speicherbremszylinder regelmäßig zusätzliche Dichtungen zur verbesserten Abdichtung des Druckraums gegenüber dem von der Feder des Federspeichers eingenommenen Raumes. Nicht zuletzt verursacht die häufig nur unzufriedenstellende Einspannung der Membrane des Betriebsbremsteiles Probleme mit deren Abdichtung. Die üblicherweise verwendeten Memb­ rane sind mit einem am Rand umlaufenden Dichtungswulst versehen. Die ringförmigen Rän­ dern von Deckel und Gehäuse beim Betriebsbremszylinder oder Gehäuse und Zwischenstück beim Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder sind entsprechend darauf abgestimmt als Dichtungsauflageflächen umgeformt. Dazwischen wird der Dichtungswulst eingeklemmt, so daß an dieser Stelle ein zumindest dreischichtiger Aufbau mit platt aufeinander gestapelten Ränd- bzw. Dichtungsabschnitte entsteht. Die Membran soll dabei den Rändern der benach­ barten Gehäuseteile gehalten und zugleich so fest eingeklemmt sein, daß eine Dichte Verbin­ dung entsteht. Die Ränder der beiden Gehäuseteile werden hierfür beispielsweise mittels Bör­ delungen, Zuspannschellen oder anderen geeigneten Spannmitteln zu deren Verbindung ge­ geneinander gespannt. Daß eine derartige Verbindung bei den für Bremsvorgänge notwendi­ gen hohen Drücken nicht dauerhaft dicht sein kann, ist ohne weiteres einsichtig. Gleiches gilt in analoger Weise für die häufig auch in Federspeicherbremszylindern verwendete Membra­ ne.

Darüber hinaus muß der bevorzugt verwendete Werkstoff Aluminium zur Erzielung glatter, sauberer Oberflächen an der Innenseite der die Dichtungen aufnehmenden Gehäuseab­ schnitte zusätzlich bearbeitet werden. Hierfür werden diese inneren Gehäuseabschnitte ge­ bürstet. Beim Bürsten der Aluminiumoberflächen entstehen jedoch feinste Stäube, die bei unsachgemäßer Bearbeitung oder unzureichender Absaugung bzw. Entlüftung zu Schädigun­ gen der Atemwege der mit diesen Arbeiten betrauten Arbeitskräfte führen können. Ferner sind diese Alustäube hochexplosiv und stellen damit ein ständiges Risiko im Produktionsprozeß dar. Darüber hinaus sind diese Aluminiumstäube selbst bei einer aufgrund einer optimalen Absaugung bzw. Belüftung reduzierten direkten Gefährdung immer noch ein nicht außer acht zu lassendes Problem, da derlei Alustäube als Sondermüll entsorgt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demzufolge die Vermeidung der vorgenannten Nachteile bei der Herstellung von Bremsbetätigungsvorrichtungen, insbesondere von alltags­ tauglichen Bremszylindern.

Diese Aufgabe wird gelöst, durch die Merkmale einer Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere eines Bremszylinders nach Anspruch 1 als auch durch die Merkmale gemäß Anspruch 13.

Durch die erstmals vorgeschlagene Verwendung eines pneumatischen Muskels in einer Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere in einem Bremszylinder, vorzugsweise für Nutz­ fahrzeuge, zur Erzeugung der zur Betätigung einer Bremse, bevorzugt einer Scheibenbremse, erforderlichen Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft, bedarf es der vorstehend erwähnten, aufwendigen Nachbearbeitung der inneren Oberflächen der Gehäuseabschnitte des Bremszy­ linders, gegen die sich bei den herkömmlichen Bremszylindern Dichtungen zur Abdichtung der Druckräume abstützen, nicht mehr. Denn der verwendete, pneumatische Muskel ist ein in sich dichtes System, das außer im Bereich seiner Anschlüsse zur Beaufschlagung mit Druck­ luft keiner weiteren Abdichtung gegenüber dem ihm umgebenden Raum bedarf. Mit anderen Worten: Die notwendigen Abdichtungen sind im pneumatischen Muskel bereits integriert. Mit dessen Einbau ist dieser automatisch gegen das Gehäuse abgedichtet. Es entstehen keine zusätzlichen Dichtungsprobleme. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise das vorstehend disku­ tierte Dichtungsproblem vollständig umgangen, das bei herkömmlichen Bremszylindern auf­ wendige Dichtungskonstruktionen zur Lösung notwendig machte. Mit der Vermeidung der aufwendigen Oberflächenbehandlung mittels Bürsten oder dergleichen entfallen auch die hochexplosiven Aluminiumstäube. Folglich fällt in vorteilhafter Weise auch kein Sondermüll mehr an, und es reduziert sich die Gefahr der Erkrankung der Atemwege bei jenen Arbeitskräf­ ten, die die Bremszylinder herstellen.

Weiterhin kann bei einer solchen erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvorrichtung bzw. einem erstmalig vorgeschlagenen, erfindungsgemäßen Bremszylinder, insbesondere für Nutzfahrzeuge, zur Betätigung von Bremsen, insbesondere von Scheibenbremsen, mit we­ nigstens einem, im Bremszylinder angeordneten, pneumatischen Muskel, zur Erzeugung der erforderlichen Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft, die bei herkömmlichen Membran- Bremszylindern zur Abgrenzung des druckluftbeaufschlagten Druckraums verwendete Membrane vollständig entfallen. Gleiches gilt für die bei herkömmlichen Kolben- Bremszylindern aufwendige Zylinder-/Kolbenkonstruktion, die durch den Einsatz eines pneumatischen Muskels überflüssig wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise einerseits die zu integrierende Anzahl an Teilen drastisch reduziert und zum anderen der Montageaufwand deutlich vereinfacht. Selbst bei der Fertigungsgenauikgeit können größere Toleranzen als bei herkömmlichen Bremszylindern akzeptiert werden. Dies führt als weiterer Vorteil zu einer erheblichen Kostensenkung in der Produktion. Gleichzeitig kann sich die Lagerhaltung auf­ grund der reduzierten Teile als auch der Vereinfachung des Produktionsprozesses ebenfalls verringern bzw. vereinfachen, was sich wiederum positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.

Darüber hinaus erhöht sich in positiver Weise die Zuverlässigkeit einer erfin­ dungsgemäßen Bremsbetätigungseinrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Bremszylinders im Betrieb. Denn beim erfindungsgemäßen Bremszylinder entfallen jegliche gleitenden Relativbewegungen zwischen mittels Dichtungen abgedichteter, benachbarter Flächen. Damit ein­ hergehend entfällt jeglicher an solchen Stellen üblicherweise auftretender Verschleiß. Dies erhöht die Betriebssicherheit eines erfindungsgemäßen Bremszylinders deutlich. Verschleiß kann im Prinzip nur noch beim pneumatischen Muskel selbst auftreten. Dieser weist jedoch deutlich höhere Standzeiten auf, als herkömmliche mittels Membrane oder Kolben- /Zylinderkombinationen erzeugte Druckräume, was sich wiederum positiv auf die Betriebssi­ cherheit aber auch positiv auf die Instandhaltungszyklen auswirkt.

Der pneumatische Muskel ist ein neuartiger Zugaktuator, der dem biologischen Muskel nachempfunden ist. Verschiedene Ausführungsformen des pneumatischen Muskels werden beispielsweise von der Festo AG & Co. vertrieben. Ein pneumatischer Muskel kann hohe An­ fangszugkräfte erzeugen. Die vom pneumatischen Muskel erzeugte Kraft nimmt dann entlang der Kontraktionsbewegung ab. Damit ist sowohl ein kraftvolles Zupacken der Bremsen als auch ein sanftes Ausklingen der axialen Bewegung möglich. Der Aufbau eines pneumatischen Muskels zeichnet sich durch seine konstruktive Einfachheit aus und kann je nach Ausfüh­ rungsform und Verwendungszweck variieren. Üblicherweise wird ein faserverstärkter Schlauch von zwei endseitigen Anschlußstücken gehalten. Es gibt folglich keine mechanisch bewegten Teile, demnach auch keine äußere Reibung, so daß Verschleiß auf ein Minimum reduziert ist.

Wie vorstehend beschrieben, besteht ein pneumatischer Muskel üblicherweise aus einem Kontraktionsschlauch und den dazugehörigen Anschlußstücken. Der Kontraktionsschlauch ist beispielsweise aufgebaut aus einem druckdichten Gummischlauch und einer Umspinnung mit hochfesten Fasern. Die Fasern bilden beispielsweise ein Rautenmuster in Form einer dreidi­ mensionalen Gitterstruktur. Daneben sind aber auch andere Ausführungsformen denkbar, und die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Verwendung einer konkreten Ausführungsform eines pneumatischen Muskels.

Durch Anlegen eines Innendrucks dehnt sich der Schlauch in Umfangsrichtung aus. Damit entsteht eine Kontraktionsbewegung und eine Zugkraft in Längsrichtung des Muskels. Die Zugkraft hat ihr Maximum gleich zu Beginn der Kontraktion. Bei einem Bremszylinder mit pneumatischem Muskel liegt somit in vorteilhafter Weise sofort die maximal verfügbare Bremskraft beim Beginn des Bremsens an.

Ein pneumatischer Muskel bietet einen 40% geringeren Energieverbrauch bei gleicher Kraft gegenüber einer herkömmlichen Krafterzeugung mittels einer Druckmembrane oder eines Druckzylinders. Folglich zeichnet sich auch ein Bremszylinder mit einem pneumati­ schen Muskel durch einen reduzierten Energieverbrauch in vorteilhafter Weise aus.

Des weiteren sind erfindungsgemäße Bremsbetätigungsvorrichtungen bzw. Bremszylin­ der aufgrund der Verwendung eines pneumatischen Muskels nicht mehr anfällig gegenüber Verunreinigungen, wie Sand, Staub oder dergleichen, so daß deren Gehäuse gegebenenfalls zur Gewichtsreduzierung und/oder zur weiteren Vereinfachung der Herstellung teilweise of­ fen bzw. flächenreduziert ausgebildet werden können. Auf diese Weise wird beispielsweise eine offene, lediglich mit einem Bügel vorgespannte Bauweise ermöglicht. Alternativ könnte das Gehäuse auch auf eine Gitterstruktur reduziert werden.

Zudem tritt bei einem pneumatischen Muskel kein Stick-Slip-Effekt und auch keine Haftreibung auf, so daß eine absolut ruckfreie Bewegung bei einer Betätigung der Bremse er­ folgt.

Weiterhin entfällt bei einer Bremsbetätigungsvorrichtung bzw. einem Bremszylinder mit pneumatischem Muskel die bei herkömmlichen Bremszylindern auftretende und dort häu­ fig nur unzufriedenstellend zu lösende Entlüftungsproblematik.

Ferner eröffnet der pneumatische Muskel die Möglichkeit der Luftzuführung von jedem seiner beiden Enden her, so daß sich in weiter vorteilhafter Weise eine bauliche Vereinfachung bzw. eine Erhöhung der konstruktiven Freiheiten ergibt.

Darüber hinaus eröffnet eine serielle Hintereinanderschaltung mehrerer, extrem kurzer, pneumatischer Muskeln in axialer Richtung die Realisierung eines Tandem- bzw. Kombi­ muskels mit einem deutlich verbesserten Verhältnis der Baulänge zur erzielbaren Hublänge. Aufgrund des sich aus einer Mehrzahl von Teilhüben ergebenden Gesamthubes kann somit - trotz der über dem Hubweg abnehmenden Kraft eines einzelnen, pneumatischen Muskels wegen dessen gezielt nur über den Anfangshub genutzten kurzen Teilhubs - eine über den Gesamthub nahezu gleichbleibende Kraft nahe der maximal erreichbaren Kraft realisiert wer­ den. Das Kraft-Weg-Diagramm eines solchen Tandem- bzw. Kombimuskels zeigt dann einen nahezu lineraren Verlauf mit einer auf ein Minimum reduzierten Kraftabnahme über dem Weg.

Zudem bietet ein pneumatischer Muskel eine optimale Luftausnutzung der verfügbaren Luft. Damit kann das zu bevorratende Luftvolumen kleiner als bei herkömmlichen Betäti­ gungseinrichtungen gehalten werden. Dies verringert die Volumina allgemein im Bremssys­ tem. Daraus resultiert wiederum in vorteilhafter Weise eine Kostenreduktion.

Vorteilhafte Aspekte und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Unteransprüche.

So kann der Bremszylinder als Federspeicherbremszylinder ausgebildet sein. In dessen Federspeicherbremszylindergehäuse kann wenigstens ein pneumatischer Muskel vorgesehen werden. Mit diesem kann die gegen die Federkraft der Feder zur Erzeugung der bei einer Feststell- oder Notbremsung erforderlichen Betätigungskraft wirkende Rückhaltekraft oder auch die bei einer Feststell- oder Notbremsung erforderliche Betätigungskraft erzeugt werden.

Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Bremszylinder als Betriebs­ bremszylinder auszubilden und innerhalb dessen Betriebsbremszylindergehäuses wenigstens einen pneumatischen Muskel vorzusehen. Dieser kann dann zur Bereitstellung der bei einer Bremsung erforderlichen Betätigungskraft dienen oder zur Erzeugung der nach einer Brem­ sung zur Lösung der Bremse erforderlichen Lösekraft vorgesehen werden.

In einer weiter vorteilhaften Variante kann der Bremszylinder als kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder, insbesondere für Nutzfahrzeuge, ausgebildet sein, der ein Betriebsbremszylindergehäuse, ein Federspeicherbremszylindergehäuse und ein dazwischen angeordnetes Zwischenstück aufweist, welches die Gehäuseteile und/oder Druck­ kammern der beiden Bremszylinder voneinander trennt, wobei die beiden benachbarten Ge­ häuseteile des Betriebsbremszylinders und des Federspeicherbremszylinders beim Kombizy­ linder mittels dem Zwischenstück miteinander verbunden und von diesem gehalten sind. Hierbei sind des weiteren Varianten denkbar, bei denen aufgrund der sich durch den erstmali­ gen Einsatz des pneumatischen Muskels ergebenden, vorstehend diskutierten Vorteile ein mehrteiliges Gehäuse entfallen kann. Der Betriebsbremsteil und der Federspeicherbremsteil eines solchen Kombizylinders können dann in vorteilhafter Weise in einem konstruktiv vereinfachten, preiswerter herzustellenden, gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden. Hier­ bei kann eine Kombination von Membran- und/oder Kolben-Bremszylinder kombiniert mit wenigstens einem pneumatischen Muskel realisiert werden. Es ist ebenso denkbar, im Kombi­ zylinder ausschließlich pneumatische Muskeln vorzusehen. Dabei kann innerhalb des Feder­ speicherbremszylindergehäuses wenigstens ein pneumatischer Muskel vorgesehen werden. Ebenso könnte im Betriebsbremszylindergehäuse wenigstens ein pneumatischer Muskel an­ geordnet sein. Mit dem pneumatischen Muskel kann dann, je nach Anwendungsfall, die erfor­ derliche Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft erzeugt werden.

In einer weiter vorteilhaften Variante kann eine Mehrzahl von pneumatischen Muskeln vorgesehen sein, die weitestgehend parallel zueinander ausgerichtet und ringförmig, vorzugs­ weise konzentrisch, um die Hauptachse des Bremszylinders herum angeordnet sind. Damit sind besonders hohe Kräfte erzeugbar, so daß auch die bei Schwerlastkraftwagen oder ande­ ren schweren Nutzfahrzeugen bzw. Sonderfahrzeugen erforderlichen Bremskräfte betriebs­ sicher realisiert werden können.

Als weitere, vorteilhafte Alternative kann ein pneumatischer Muskel vorgesehen werden, dessen einen ringzylindrischen Druckraum begrenzende, innere als auch äußere Wandung ringförmig um die Hauptachse des Bremszylinders herum angeordnet und weitestgehend pa­ rallel zueinander ausgerichtet sind. Damit ist eine besonders platzsparende Variante eines pneumatischen Muskels realisierbar, mittels der beispielsweise beim Betriebsbremszylinder die erforderliche Betätigungskraft als Zugkraft erzeugt werden kann, indem diese in das betä­ tigungsrichtungsabgewandte Ende des Betätigungsstabs eingeleitet wird, wobei selbiger sich in axialer Richtung innerhalb des, im ringzylindrischen, pneumatischen Muskel verbleibenden, freien Hohlraums ungestört bewegen kann.

Die vorstehend als doppelwandige Ausführungform mit ringzylindrischem Hohlraum diskutierte Variante eines ringzylindrischen, pneumatischem Muskels könnte in einer weiter vereinfachten Ausführungsform auch als einwandiger, ringzylindrischer, pneumatischer Mus­ kel ausgestaltet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Vollschnitt einen erfindungsgemäßen Bremszylinder in der beispielhaften Aus­ führung als Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder mit pneumatischen Muskeln in beiden Gehäuseabschnitten,

Fig. 2 in einem weiteren Vollschnitt eine andere Variante eines Kombizylinders mit pneu­ matischen Muskeln im Federspeicherbremsteil.

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremszylinders in der Vari­ ante als Federspeicherbremszylinder im Vollschnitt.

Fig. 4 wiederum im Vollschnitt eine weitere Ausführungsform eines Kombizylinders mit im gemeinsamen Gehäuse angeordnetem Betriebsbrems- und Federspeicherbremsab­ schnitt, wobei beide Abschnitte mit pneumatischen Muskeln ausgestattet sind,

Fig. 5 eine weitere Variante eines Kombizylinders, wobei lediglich im Betriebsbremsteil ein pneumatischer Muskel vorgesehen ist,

Fig. 6 in einem weiteren Vollschnitt einen als Betriebsbremszylinder ausgebildeten, erfin­ dungsgemäßen Bremszylinder mit pneumatischem Muskel,

Fig. 7 die in Fig. 4 gezeigte Variante eines erfindungsgemäßen Bremszylinders in schema­ tisch vereinfachter Weise mit fast vollständig entspannter Speicherfeder kurz vor der Feststellbremsposition,

Fig. 8 die in Fig. 4 und Fig. 7 gezeigte Variante in schematisch vereinfachter Weise wie­ derum ohne nähere Ausführung des Betriebsbremsteils mit in Ruhelage befindlicher, vorgespannter Speicherfeder,

Fig. 9 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvorrichtung in ei­ ner schematischen, dreidimensionalen Darstellung schräg von vorne und

Fig. 10 eine zur in Fig. 9 gezeigten Variante alternative Variante mit einer anders aus­ gebildeten Anlenkung des pneumatischen Muskels in einer schematischen, drei­ dimensionalen Darstellung schräg von der Seite.

Der in Fig. 1 in einem Vollschnitt dargestellte, erfindungsgemäße Bremszylinder ist in einer ersten, beispielhaften Ausführungsform als Kombizylinder veranschaulicht. Der Brems­ zylinder 1 verfügt über einen Betriebsbremsteil 2 und einen Federspeicherbremsteil 4, die beide mittels dem Zwischenstück 6 räumlich voneinander abgegrenzt und mechanisch mit­ einander verbunden sind. Im Betriebsbremsteil 2 ist ein pneumatischer Muskel 12 angeordnet. Der pneumatische Muskel 12 ist als ringzylindrischer, längsgestreckter Hohlkörper ausgebil­ det und erstreckt sich in Längsrichtung koaxial zur Hauptachse X des Bremszylinders 1. In­ nerhalb des pneumatischen Muskels 12 erstreckt sich koaxial zur Hauptachse X der Betäti­ gungsstab 14. Dessen Hauptwirkungsrichtung beim Betätigen der Bremse ist mit dem Pfeil F angegeben. Befestigungsmittel 16 sind am Boden 18 des Betriebsbremsteils 2 am Betriebs­ bremsgehäuse 20 befestigt. Die Zufuhr der zur Druckerzeugung notwendigen Druckluft zum pneumatischen Muskel 12 erfolgt in dessen dem Boden 18 zugewandten Endbereich über das dort befindliche Anschlußstück 22. Die Ableitung der Zugkraft des pneumatischen Muskels 12 in den Betätigungsstab 14 erfolgt über einen tellerartigen Flansch 24 am anderen Ende des pneumatischen Muskels 12. Ferner ist eine Feder 26 vorgesehen, die sich in der Darstellung gemäß Fig. 1 linker Hand gegen das Anschlußstück 22 bzw. gegen den Boden 18 des Be­ triebsbremsgehäuses 20 und rechter Hand gegen den tellerartigen Flansch bzw. Betriebs­ bremsteller 24 abstützt. Die Feder 26 dient zur Rückführung des Betätigungsstabs 14 in die Ruheposition vor einem Betriebsbremsvorgang.

Im Federspeicherbremsteil 4 befindet sich eine Feder 30, die beispielsweise bei einem Feststell- oder Notbremsvorgang zur Erzeugung der notwendigen Bremskraft vorgesehen und im normalen Betriebszustand vorgespannt ist. Die Vorspannung erfolgt hierbei durch die im Federspeicherbremsteil 4 ebenfalls angeordneten, pneumatischen Muskeln 32. Bei dieser Aus­ führungsform sind eine Mehrzahl von pneumatischen Muskeln 32 zur Erzeugung einer aus­ reichend hohen Gegenkraft ringförmig, koaxial um die Hauptachse X herum angeordnet. Die pneumatischen Muskeln 32 stützen sich dabei in der Darstellung nach Fig. 1 rechter Hand am Deckelabschnitt 34 des Federspeicherbremsgehäuses 36 ab. Linker Hand sind die pneumati­ schen Muskeln 32 mit einem Federspeicherteller 38 verbunden bzw. stützen sich an diesem ab, der seinerseits das in dieser Ausführungsform zylindrisch ausgebildete Druckstück 40 trägt. Mit dem Druckstück 40 wird im Falle einer Feststell- oder Notbremsung die Kraft der mittels der pneumatischen Muskeln 32 vorgespannten Feder 30 über den Federspeicherteller 38 durch das Zwischenstück 6 hindurch auf den Betriebsbremsteller 24 übertragen, der die eingeleitete Kraft auf den Betätigungsstab 14 ableitet und über diesen dem Bremsgerät zu­ führt.

Eine weitere Variante des vorstehend diskutierten Kombizylinders ist in Fig. 2 im Voll­ schnitt dargestellt. Auch hier weist der Bremszylinder 1 einen Betriebsbremsteil 2 und einen Federspeicherbremsteil 4 auf. Beide sind mittels eines Zwischenstücks 6 verbunden. Der Be­ triebsbremsteil 2 ist in herkömmlicher Weise als Membranbremszylinder aufgebaut, was die dort dargestellte Membrane 50 verdeutlichen soll. Ein pneumatischer Muskel ist in dieser Va­ riante im Betriebsbremsteil 2 nicht vorgesehen. Demgegenüber weist der Federspeicher­ bremsteil 4 wiederum pneumatische Muskeln 32 auf. Zur Vermeidung von Wiederholungen kann zur näheren Erläuterung deren Wirkungsweise auf die entsprechende, vorstehende Dis­ kussion zu Fig. 1 verwiesen werden.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Bremszylinder 1 im Vollschnitt in der Variante als reiner Federspeicherbremszylinder 4 dargestellt. Dessen Federspeicherbremsteil 4 verfügt wiederum über pneumatische Muskeln 32, mittels denen die Feder 30 vorgespannt wird. Be­ züglich der weiteren Funktionsbeschreibung darf auf den diesbezüglichen Teil der Diskussion zue Fig. 1 verwiesen werden. Bei einer Feststell- oder Notbremsung werden die pneumati­ schen Muskeln 32 schlagartig entlüftet, strecken sich in axialer Richtung und geben die Kraft der vorgespannten Feder 30 in Bruchteilen von Sekunden frei. Deren Kraft wird über den Fe­ derspeicherteller 38 in das zylindrische Betätigungselement 40 eingeleitet, welches seinerseits in mit dem Pfeil F gekennzeichneter Richtung gemäß Fig. 3 nach links bewegt wird und die Bremse betätigt.

In Fig. 4 ist erneut eine weitere Variante eines Kombizylinders dargestellt. Der dort im Vollschnitt gezeigte Bremszylinder 1 enthält einen in einem gemeinsamen Gehäuse 8 befind­ lichen Betriebsbremsteil 2' und einen Federspeicherbremsteil 4'. Der Betriebsbremsteil 2' weist eine Mehrzahl von pneumatischen Muskeln 60 auf, die ringförmig um die Hauptachse X herum angeordnet sind. Die pneumatischen Muskeln 60 sind in dieser Darstellung linker Hand am Boden 18' befestigt, der fernerhin Befestigungsmittel 16' aufweist. Rechter Hand sind die pneumatischen Muskeln 60 mit einem Betriebsbremsteller 24' verbunden, der in die­ ser speziellen Ausführungsform in einen zylindrischen Abschnitt 62 übergeht, der seinerseits in einem stabartigen Endabschnitt 64 mündet. Die Wirkungsweise des Betriebsbremsteils ist hier analog zur Wirkungsweise der in Fig. 1 beschriebenen Variante zu verstehen. Bei einem Betriebsbremsvorgang werden die pneumatischen Muskeln 60 mit Druckluft gefüllt. Diese kontrahieren sich aufgrund des sich darin aufbauenden Drucks. Folglich verkürzen sich die pneumatischen Muskeln 60 und ziehen am Betriebsbremsteller 24' all, der die in ihn eingelei­ tete Kraft in dieser Darstellung nach links zum stabförmigen Ende 64 weiterleitet, welches wiederum in Wirkverbindung mit der zu betätigenden Bremse steht, welche nicht näher dar­ gestellt ist. Folglich wird die Betriebsbremskraft in Richtung des mit F gekennzeichneten Pfeils abgegeben.

Im Federspeicherbremsteil 4 ist bei dieser Variante ein ringzylindrischer, pneumatischer Muskel 66 vorgesehen. Dieser erstreckt sich in Richtung der Hauptachse X und ist zu dieser koaxial angeordnet. Er stützt sich mit einem Anschlußstück 68 rechter Hand am Deckelab­ schnitt 34' des Gehäuses 8 ab. Die Druckluftzufuhr erfolgt beispielsweise über den Flansch 70. Die Druckluftzufuhr kann aber auch mit anderen, geeigneten Mitteln realisiert werden. Linker Hand stützt sich der ringzylindrische, pneumatische Muskel 66 über dessen Abschlußstück 72 gegen den Federspeicherteller 38' ab. Der Federspeicherteller 38' umfaßt in dieser Variante ein zylindrisch ausgebildetes Druckstück 40', welches sich seinerseits in axi­ aler Richtung in den zylindrischen Abschnitt 62 des Betriebsbremstellers hinein erstreckt und mit diesem in Wirkzusammenhang steht. Folglich wird die Spitze des Stabes 64 bei einem Feststell- oder Notbremsvorgang in Richtung des mit F markierten Pfeils auf das zu betäti­ gende Bremsaggregat hin bewegt.

In Fig. 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Bremszylinders 1 im Voll­ schnitt dargestellt. Der Bremszylinder 1 weist hier, wie beispielsweise der in Fig. 1 darge­ stellte Bremszylinder, einen Betriebsbremsteil 2 und einen Federspeicherbremsteil 4 auf, die mittels eines Zwischenstücks 6 miteinander verbunden sind. Im Betriebsbremsteil 2 sind in dessen Gehäuse 20 ein in dieser Ausführungsform ringzylindrisch ausgestalteter, pneumati­ scher Muskel 12 integriert. Hinsichtlich dessen Wirkungsweise darf auf die diesbezügliche Diskussion in Fig. 1 verwiesen werden, wobei analoge bzw. gleichwirkende Bauteile der Ein­ fachheit halber mit analogen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Der Federspeicherbremsteil 4 ist in dieser Variante als herkömmlicher Federspei­ cherkolben ausgestaltet. Demnach stützt sich eine Feder 80 in aus dem Stand der Technik bekannter Weise in dieser Darstellung linker Hand gegen den Boden eines Feder­ speicherkolbens 82 ab, der seinerseits ein in dieser Ausführungsform zylindrisch ausgeführtes Druckstück 84 aufweist. Letzteres steht bei einer Feststell- oder Notbremsung über den Be­ triebsbremsteller 24 und den Betätigungsstab 14 mit einer zu betätigenden Bremse in Wirk­ verbindung. Rechter Hand ist die Feder 80 vom Deckelabschnitt 34 des Gehäuses 36 des Fe­ derspeicherabschnitts 4 abgestützt. Im Gehäuse 36 ist der Federkolben 82 mit dessen sich parallel dazu erstreckender Flanke 86 über eine entsprechend ausgestalteten Dichtung 88 ge­ genüber dem Gehäuse 36 abgedichtet und darin gleitend gelagert.

Eine als Betriebsbremszylinder ausgebildete Variante des erfindungsgemäßen Brems­ zylinders 1 mit einem Betriebsbremsabschnitt 2 ist in Fig. 6 wiederum im Vollschnitt darge­ stellt. Insoweit darf hinsichtlich der Wirkung bzw. Funktionsweise dieser Variante eines Be­ triebsbremszylinders auf die in analoger Weise übertragbare Diskussion zur Fig. 1 verwiesen werden, wobei ähnliche oder analoge bzw. wirkungsgleiche Baugruppen mit denselben Be­ zugszeichen jedoch zur besseren Unterscheidung teilweise zusätzlich mit " versehen sind. In mit einem Deckel 90 abgeschlossenen Gehäuse 20" des Betriebsbremsteils 2 ist eine auch in dieser Variante ringzylindrisch ausgebildeter, pneumatischer Muskel 12" integriert. Dieser stützt sich in der in Fig. 6 dargestellten Ausführung linker Hand mit dem Anschlußstück 22" gegen den Boden 18" ab. Letzterer trägt auch hier die Befestigungsmittel 16" zur Befestigung des Bremszylinders 1 beispielsweise am Bremsengehäuse oder an einer anderen geeigneten, tragenden Struktur. Bei einer Betriebsbremsung wird Druckluft in den hier zylinderringförmi­ gen Hohlraum 28" des pneumatischen Muskels 12" über das Anschlußstück 22" eingeführt. Der damit verbundene Druckaufbau führt zu einer Verkürzung des pneumatischen Muskels 12" in Richtung der Hauptachse X. Die dabei erzeugte Kraft wird demzufolge als Zugkraft dem Betriebsbremsteller 24" eingeprägt, welche dieser in axialer Richtung an den Betäti­ gungsstab 14" weitergibt. Letzterer bewegt sich somit in axialer Richtung entsprechend dem mit F gekennzeichneten Pfeil und sorgt für eine Betätigung der Bremse. Im Ruhezustand wird der Betriebsbremsteller 24" mittels der Feder 26" in entgegengesetzter Richtung gegen den Deckel 90 bewegt bzw. in den in Fig. 1 oder 5 dargestellten Ausführungsformen in das Zwi­ schenstück 6 gedrückt.

In Fig. 7 und 8 ist erneut die bereits in Fig. 4 veranschaulichte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremszylinders 1 mit einem Betriebsbremsteil 2' und einem Federspei­ cherbremsteil 4', die beide in einem gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet sind, in schematisch vereinfachter Weise noch einmal dargestellt. Hierbei ist das Betriebsbremsteil 2' ohne die in Fig. 4 im Vollschnitt gezeigten Einbauten zur Vereinfachung gezeigt. Fig. 7 und 8 dienen hier lediglich zur Verdeutlichung der Kontraktion der pneumatischen Muskeln 92, die in der hier skizzierten Variante als eine Mehrzahl ringförmig um die Hauptachse X angeordneter, pneu­ matischer Muskeln dargestellt sind. Fig. 8 zeigt hierbei den mit Druckluft gefüllten Zustand der pneumatischen Muskeln 92, der den normalen Betriebszustand des Federspeicherbrems­ teils 4' wiedergibt, bei dem die Feder 30' vollständig vorgespannt ist. Fig. 7 zeigt demgegen­ über einen Zustand Sekundenbruchteile nach der Auslösung einer Feststell- oder Notbrem­ sung. Die pneumatischen Muskeln 92 sind fast vollständig vom Druck entlastet und damit fast vollständig gestreckt. Dementsprechend ist das Druckstück 40' fast vollständig in den Hohl­ raum des zylindrischen Abschnitts 62' eingedrungen und würde in diesem Betriebszustand innerhalb der nächsten Sekundenbruchteile zu einer Verschiebung des Betätigungsstabs 64 führen, der dann in Wechselwirkung mit der nicht näher dargestellten Bremse tritt und die Feststell- oder Notbremsung eintreten läßt.

In Fig. 9 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Bremsbetätigungsvor­ richtung in einer schematischen, dreidimensionalen Darstellung in Fahrtrichtung schräg von vorne gezeigt. Ein pneumatischer Muskel 70 stützt sich mit dem einen Ende an einem geeig­ net ausgebildeten, am Bremssattel 72 einer Scheibenbremse 74 befindlichen, Lager ab und wirkt mit dem anderen Ende über einen angelenkten Hebel 76 auf daran angelenkte Brems­ beläge 78' bzw. 78", die ihrerseits auf eine Bremsscheibe 80 einwirken, so daß eine Brems­ kraft erzeugt werden kann.

Eine zur in Fig. 9 gezeigten Variante alternative Ausgestaltung ist in Fig. 10 zur besse­ ren Veranschaulichung wiederum in einer schematischen, dreidimensionalen Darstellung diesmal schräg von der Seite gezeigt. Ein pneumatischer Muskel 70 stützt sich mit dessen einem Ende über eine entsprechend geeignet ausgebildete, schwenkgelenkige Lagerung an einem Bremssattel 72 einer Scheibenbremse 74 ab. Der pneumatische Muskel 70 wirkt mit dem anderen Ende wiederum hier über einen verschwenkbar am Bremssattel 72 gelagerten Hebel 76 auf Bremsbeläge 78' bzw. 78". Diese wirken ihrerseits auf eine Bremsscheibe 80 ein, so daß die gewünschte Bremskraft erzeugt werden kann.

Die erfindungsgemäße Verwendung des pneumatischen Muskels ist jedoch nicht nur auf Bremsbetätigungsvorrichtungen beschränkt. Derartige pneumatische Muskeln können auch allgemeiner in Betätigungszylindern aller Art, wie z. B. Betätigungszylinder für die Öff­ nung von Türen, Verwendung finden.

Die vorliegende Erfindung schafft damit erstmals eine Bremsbetätigungseinrichtung bzw. einen Bremszylinder, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit wenigstens einem, im Bremszylinder angeordneten, pneumatischen Muskel, zur Erzeugung der erforderlichen Betä­ tigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft. Der Bremszylinder kann als Federspeicherbremszylinder, als Betriebsbremszylinder oder als kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszy­ linder, kurz auch Kombizylinder genannt, ausgebildet sein. Der Bremszylinder kann in wenig­ stens einem der Gehäuseteile und/oder Druckräume wenigstens einen pneumatischen Muskel aufweisen. Ein solcher pneumatischer Muskel kann als herkömmlicher oder als ringzylin­ derförmiger Muskel ausgebildet sein, wobei eine Mehrzahl der ersteren ringförmig um die Hauptachse des Bremszylinders herum angeordnet sein können. Ferner schlägt die vorliegen­ de Erfindung erstmals die Verwendung eines pneumatischen Muskels in einem Bremszylin­ der, insbesondere für Nutzfahrzeuge, zur Krafterzeugung beim Bremsen vor.

Claims (13)

1. Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere Bremszylinder (1), vorzugsweise für Nutz­ fahrzeuge, zur Betätigung von Bremsen, insbesondere von Scheibenbremsen (74), mit wenigstens einem, in einer Bremse, vorzugsweise in einer Betätigungseinrichtung einer Scheibenbremse (74) oder im Bremszylinder (1) angeordneten, pneumatischen Muskel (12, 12", 32, 60, 66, 70, 92) zur Erzeugung der erforderlichen Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft.

2. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Bremszylinder (1), vorzugsweise als Federspeicherbremszylinder (4), ausgebildet ist und daß innerhalb dessen Federspeicherbremszylindergehäuses wenigstens ein pneu­ matischer Muskel (32, 92) vorgesehen ist, zur Bereitstellung der gegen die Federkraft einer Feder (30, 30') zur Erzeugung der bei einer Notbremsung erforderlichen Betäti­ gungskraft wirkenden Rückhaltekraft.

3. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremszylinder (1) als Federspeicherbremszylinder (4) ausgebildet ist und daß innerhalb dessen Federspeicherbremszylindergehäuses wenigstens ein pneumatischer Muskel vorgesehen ist zur Bereitstellung der bei einer Notbremsung erforderlichen Betäti­ gungskraft.

4. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremszylinder (1) als Betriebsbremszylinder (2, 2') ausgebildet ist und daß innerhalb dessen Betriebsbremszylindergehäuses wenigstens ein pneumatischer Muskel vorge­ sehen ist zur Bereitstellung der nach einer Bremsung zur Lösung der Bremse erforder­ lichen Lösekraft.

5. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremszylinder (1) als Betriebsbremszylinder (2, 2') ausgebildet ist und daß innerhalb dessen Betriebsbremszylindergehäuses wenigstens ein pneumatischer Muskel (12, 12", 60) vorgesehen ist zur Bereitstellung der bei einer Bremsung erforderlichen Betäti­ gungskraft.

6. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremszylinder (1) als kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder für Nutzfahrzeuge ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem gemeinsamen Gehäuse (8) angeordneten Betriebsbremsraum (2') und Federspeicherbremsraum (4') oder mit ei­ nem Betriebsbremszylindergehäuse (2), einem Federspeicherbremszylindergehäuse (4) und einem dazwischen angeordneten Zwischenstück (6), welches die Gehäuseteile und/oder Druckkammern der beiden Bremszylinder (1) voneinander trennt, wobei die beiden benachbarten Gehäuseteile des Betriebsbremszylinders und des Federspeicher­ bremszylinders mittels des Zwischenstücks (6) miteinander verbunden und mittels die­ sem gehalten sind.

7. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Federspeicherbremszylindergehäuses (4, 4') wenigstens ein pneumatischer Muskel (32, 66, 92) vorgesehen ist zur Bereitstellung der gegen die Federkraft einer Feder zur Erzeugung der bei einer Notbremsung erforderlichen Betätigungskraft wirkenden Rück­ haltekraft.

8. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Federspeicherbremszylindergehäuses (4, 4') wenigstens ein pneumati­ scher Muskel vorgesehen ist zur Bereitstellung der bei einer Notbremsung erfor­ derlichen Betätigungskraft.

9. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Betriebsbremszylindergehäuses (2, 2') wenigstens ein pneumatischer Muskel vorge­ sehen ist zur Bereitstellung der nach einer Bremsung erforderlichen Lösekraft.

10. Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Betriebsbremszylindergehäuses (2, 2') wenigstens ein pneumatischer Mus­ kel vorgesehen (12, 12", 60) ist zur Bereitstellung der bei einer Bremsung erforderli­ chen Betätigungskraft.

11. Bremsbetätigungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von pneumatischen Muskeln (32, 60, 92) vorge­ sehen ist, die weitestgehend parallel zueinander ausgerichtet und ringförmig um die Hauptachse des Bremszylinders (1) herum angeordnet sind zur Erzeugung der erfor­ derlichen Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft.

12. Bremsbetätigungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein pneumatischer Muskel (12, 12", 66) vorgesehen ist, dessen ei­ nen ringzylindrischen Druckraum begrenzende, innere als auch äußere Wandung ring­ förmig um die Hauptachse des Bremszylinders (1) herum angeordnet und weitestgehend parallel zueinander ausgerichtet sind zur Erzeugung der erforderlichen Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft.

13. Verwendung eines pneumatischen Muskels (12, 12", 32, 60, 66, 70, 92) in einer Bremsbetätigungsvorrichtung, vorzugsweise in einem Bremszylinder (1), insbesondere für Nutzfahrzeuge, zur Erzeugung der zur Betätigung einer Bremse, insbesondere einer Scheibenbremse (74), erforderlichen Betätigungs-, Löse- oder Rückhaltekraft.