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Die
Erfindung betrifft eine Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Eine
derartige Scheibenbremse ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 20005 027 916 A1 bekannt.
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Bei
Scheibenbremsen wird die benötigte Bremskraft
zur Abbremsung eines Fahrzeugs mittels Bremsbelägen auf eine Scheibe übertragen.
Zur Erzielung einer ausreichenden Bremswirkung ist ein entsprechend
hoher Energie- und Krafteinsatz notwendig. Es ist bekannt, einen
Federspeicher im Fahrzeug zu verbauen, der auf die Bremsbeläge derart einwirkt,
dass er sie an die Scheibe zur Bremsung anpresst. Zum Lösen der
Bremse wird dieser Federspeicher-Bremszylinder vom Betriebsdruck
zum Beispiel einer Luftdruckbremsanlage beaufschlagt, um die Bremswirkung
beim Fahren des Fahrzeugs, z.B. eines Schienenfahrzeuges, aufzuheben.
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Von
Trommelbremsen ist eine Spreizkeilvorrichtung bekannt, bei welcher
ein Keilelement, an dessen Keilflächen beidseitig die Antriebspunkte
der Bremsbacken angeordnet sind, zwischen diesen verschoben wird
und so eine Bremskraft auf die Bremsbacken überträgt, indem sie auseinander gespreizt werden.
Der Spreizkeil wird von einem außenliegenden Bremszylinder
beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch angetrieben.
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Diese
Vorrichtungen haben sich bewährt, doch
wird es als nachteilig empfunden, dass eine hohe Energie zum Aufbringen
der Bremskraft an den jeweiligen Radbremsen erzeugt werden muss,
wobei bei langen Übertragungswegen,
wie es insbesondere bei Schienenfahrzeugen der Fall ist, Verluste
in den jeweiligen Leitungen auftreten, für die zusätzliche Energie bereit gestellt
werden muss.
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Aus
der US 2005/0126864 A ist eine Scheibenbremse bekannt, bei der ein
Umlenkelement aus zwei im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmigen Drehkeilelementen
gebildet ist, welche mit ihren geraden Flächen gegenüberliegend um eine Drehachse
verschwenkbar sind. Hier dienen die Drehkeilelemente zur Erzeugung
eines Selbstverstärkungseffektes.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht gegenüber dem Stand der Technik daher
darin, eine verbesserte Scheibenbremse zu schaffen, welche die oben genannten
Nachteile nicht mehr aufweist und weitere Vorteile bietet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen verzeichnet.
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Gemäß der Erfindung
wird eine permanente Kraft durch ein Kraftspeicherelement erzeugt,
zum Beispiel durch eine vorgespannte Feder, wobei deren Einwirkung
auf die Bremsbeläge
und somit auf die Bremsscheibe mit einer möglichst geringen Energie steuerbar
ist.
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Die
Umlenkvorrichtung hat einerseits den Vorteil, dass die Scheibenbremse
kompakt aufgebaut ist, und andererseits ist es mit dieser Umlenkvorrichtung
in einer steuerbaren Ausführung
möglich, den
Kraftfluss des Kraftspeicherelementes in einfacher Weise stufenlos
zur Umlenkung als Bremskraft in ebenfalls einstellbarer Weise zu
beeinflussen.
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Dabei
ist vorgesehen, dass das mindestens ein Kraftspeicherelement so
im Bremssattel der Scheibenbremse angeordnet ist, dass seine Kraftflussrichtung
in einer Längsrichtung
parallel zur Bremsscheibe der Scheibenbremse und senkrecht zur Querrichtung
verläuft,
was eine besonders platzsparende Bauweise ergibt.
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Es
wird ein Keilgetriebe als steuerbare Umlenkvorrichtung benutzt.
Dabei ist der Keilwinkel zwischen zwei Keilelementen bzw. zwei Bauteilen,
die als Keile wirken, einstellbar. Dadurch wird eine Aufteilung
des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes aus einer Richtung in
die Richtung der Bremsbeläge möglich. Es
ist von Vorteil, dass der Bremssattel in einem bestimmten Maß elastisch
ist und durch die einwirkenden Bremskräfte eine Rückstellkraft für die Umlenkvorrichtung
aufbringt
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Der
Keilwinkel ist ein Verschwenkwinkel – beispielsweise eines Bremshebels – um eine
im Bremssattel feststehende Schwenkachse. Ein solcher Bremshebel
ist an seinem der Schwenkachse gegenüberliegenden Ende mit einem
Umlenkelement in Zusammenwirkung, welches mit dem Kraftspeicherelement
und einem Bremsbelag verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass
das Umlenkelement zwischen dem Bremssattel und dem der Schwenkachse
gegenüberliegenden
Ende des Bremshebels geführt
angeordnet ist, wobei der Bremshebel an seinem der Schwenkachse
gegenüberliegenden
Ende ein Keillager aufweist, welches im Verlauf des Verschwenkwegs
des Bremshebels auf einer Führungskurve
des Umlenkelementes geführt
ist.
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Das
Umlenkelement wird dabei von dem Kraftspeicherelement mit dessen
Kraft beaufschlagt und überträgt diese
Kraft über
seine Führungsbahn auf
den Bremshebel, welcher diese Kraft in den Bremssattel einleitet,
wenn der Bremshebel in eine Lösestellung
steht. Der Bremshebel ist um diese Einleitungsstelle im Bremssattel
verschwenkbar, wobei sein anderes Ende auf der Führungsbahn des Umlenkelementes
geführt
wird. Hierbei bildet der Verschwenkwinkel des Bremshebels den Keilwinkel
des Umlenkgetriebes. Der Kraftfluss wird in verschwenkter Stellung
des Bremshebels nun aufgeteilt, so dass eine Kraftflusskomponente
in Richtung der Bremsbeläge
erzeugt wird, die von dem Verschwenkwinkel abhängig ist.
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Nach
der Erfindung ist das Umlenkelement der Umlenkvorrichtung aus zwei
im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmigen Drehkeilelementen gebildet,
welche mit ihren geraden Flächen
gegenüberliegend
um die Drehachse verschwenkbar und gegeneinander verschiebbar in
einer Ausnehmung des Bremssattels angeordnet sind.
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Die
Drehkeilelemente sind so in der Ausnehmung des Bremssattels angeordnet,
dass das erste Drehkeilelement verschiebbar angeordnet ist, wobei das
zweite Drehkeilelement mit einer Bremsbetätigungseinrichtung in Verbindung
steht. Somit ist ein einfaches Keilgetriebe mit einstellbarem Keilwinkel geschaffen,
das leicht und stufenlos zur Einstellung der Bremskraft für die Scheibenbremse
verwendet werden kann. Es ist außerdem kompakt und kann in den
Bremssattel mit integriert werden.
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Es
ist dabei vorgesehen, dass die Drehkeilelemente in der Ausnehmung
des Bremssattels in der Längsrichtung
mit einem Krafteingangslager und einem Querlager und in der Querrichtung
mit einem Längslager
und einem Kraftausgangslager in Wirkverbindung stehen. Bei einer
Verwendung von Wälzlagern
ist der Reibungsverlust besonders gering, was einen weiteren Vorteil
zur Reduzierung der Betätigungskraft
erbringt.
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Dazu
ist vorgesehen, dass das Längslager und
das Querlager über
feste Drehachsen im Bremssattel angebracht sind, und dass das Krafteinleitungslager
drehbar in einer ersten Führung
in Längsrichtung
verstellbar und das Kraftausgangslager drehbar in einer zweiten
Führung
in Querrichtung verstellbar angeordnet sind, wobei das Krafteingangslager
mit dem Kraftspeicherelement und das Kraftausgangslager mit dem
Bremsbelag in Zusammenwirkung steht.
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Der
Bremssattel und die Bremsbeläge
sind in einem bestimmten Maß elastisch
und erzeugen auch hier durch die einwirkenden Bremskräfte eine
Rückstellkraft
für die
Umlenkvorrichtung. Hierzu ist es weiterhin bevorzugt, dass die Außenkontur
des ersten Drehkeilelementes jeweils einen exzentrischen Abschnitt
einer Eingangskurve mit einer ersten Nase und einen exzentrischen
Abschnitt einer Ausgangskurve mit einer zweiten Nase aufweist.
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Dabei
ist vorgesehen, dass die Eingangskurve des ersten Drehkeilelementes
zur ersten Nase hin und die Ausgangskurve zur zweiten Nase hin in
Radialrichtung nach außen
vorstehen.
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Alternativ
können
die gegenüberliegenden Flächen der
Drehkeilelemente exzentrisch ausgebildet sein.
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Die
Eingangskurve des ersten Drehkeilelementes steht mit dem Krafteingangslager
in Wirkverbindung und die Ausgangskurve des ersten Drehkeilelementes
steht mit dem Kraftausgangslager in Wirkverbindung. Durch die Kurvenform
ist ein Abrollen ermöglicht,
wobei ein geringer Reibungswiderstand auftrittt, der die Betätigungskräfte niedrig
hält.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung
ist vorgesehen, dass der Kraftfluss des Kraftspeicherelementes in
der Lösestellung
der Scheibenbremse über
das Krafteingangslager über
das erste und zweite Drehkeilelement und über das Querlager in den Bremssattel
eingeleitet ist, wobei in einer von der Lösestellung verschiedenen Verschwenkstellung
der Drehkeilelemente in Abhängigkeit
von deren Verschwenkwinkel die Größe des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes
in die Querrichtung auf den Bremsbelag über das Kraftausgangslager
eingestellt ist. Auch hierbei ist es vorteilhaft, dass der Kraftfluss durch
diese Umlenkvorrichtung aufgeteilt und sogar bei bestimmten Keilwinkeln
verstärkt
werden kann.
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Ein
weiterer großer
Vorteil besteht darin, dass die Kraft zur Steuerung der steuerbaren
Umlenkvorrichtung wesentlich geringer ist als die vom Kraftspeicherelement
erzeugte Kraft, und somit platzsparende Betätigungsaggregate wie zum Beispiel
Pneumatik- und/oder
Hydraulikzylinder oder elektromotorische Aktuatoren Verwendung finden können. Dadurch
werden die Verluste bei hoher Energieübertragung nach dem Stand der
Technik bedeutend reduziert.
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Es
ist besonders vorteilhaft dabei, dass das Kraftspeicherelement eine
Feder, ein Pneumatikzylinder oder ein vorgespanntes Gussteil oder
eine Kombination dieser ist, da somit ein im Bremssattel der Scheibenbremse
eingebauter permanenter oder auch nachladbarer Kraftspeicher geschaffen
ist, wodurch die Übertragung
hoher Energie zu den Scheibenbremsen bei einem Fahrzeug nach dem
Stand der Technik entfallen kann.
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Weiterhin
weist eine oben beschriebene Scheibenbremse einen elektromotorischen
Aktuator zur Bremsbetätigung
auf. Auch eine Parkbremse ist durch eine besondere Formgebung der
Ein- und Ausgangskurven ermöglicht.
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Dabei
ist besonders vorteilhaft, dass die Betätigungskraft des Bremshebels
zum Zuspannen und Lösen
der Bremse gleichbleibend ist.
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In
einer weiteren Ausführung
ist die Drehachse mit einer Nachstellvorrichtung zur Nachstellung
in Querrichtung bei Verschleiß der
Bremsbeläge
gekoppelt. Auf Grund der Tatsache, dass die Betätigungskraft des Bremshebels
sich bei Verschleiß der Bremsbeläge entsprechend ändert, ist
es in einer weiteren bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass die
Nachstellvorrichtung mit einer Messeinrichtung zur Messung der Betätigungskraft
des Bremshebels in Wirkzusammenhang steht.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigt
dabei:
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1 eine
schematische Prinzipdarstellung eines Keilgetriebes mit verschiedenen
Keilwinkeln;
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2 eine
schematische Darstellung einer Scheibenbremse in einer Lösestellung;
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3 eine
schematische Darstellung der Scheibenbremse nach 2 in
einer ersten Bremsstellung;
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4 eine
schematische Darstellung der Scheibenbremse nach 2 in
einer zweiten Bremsstellung;
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5 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Scheibenbremse
in einer Lösestellung;
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6 eine
schematische Darstellung der Scheibenbremse nach 5 in
einer ersten Bremsstellung; und
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7 eine
schematische Darstellung der Scheibenbremse nach 5 in
einer zweiten Bremsstellung;
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Gleiche
Bezugszeichen gelten für
Teile mit gleicher oder ähnlicher
Funktion. In allen Figuren ist zur Orientierung jeweils ein Koordinatensystem
x, y, z dargestellt, welches mit x eine Längsrichtung parallel zu einer
Bremsscheibe 2 der Scheibenbremse 1, mit y eine
Querrichtung senkrecht zur Längsrichtung x
und mit z eine Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene angibt. Dabei
verläuft
die Querrichtung y parallel zur Radachse der Scheibenbremse 1.
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In 1 ist
ein Keilgetriebe als eine Umlenkvorrichtung 20 für eine Eingangskraft
FE in eine Ausgangskraft FA schematisch
dargestellt.
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Die
Eingangskraft FE wirkt auf ein erstes Keilelement 21 ein,
das seitlich an einer Längsführung in Längsrichtung
x geführt
ist. Es steht mit einem zweiten Keilelement 22 über eine
schräge
Trennfuge 25, 26, 27 in Verbindung, wobei
die drei Trennfugen 25, 26, 27 drei unterschiedliche
Keilwinkel α darstellen, der
nur bei der Trennfuge 27 zwischen dieser und der Senkrechten
bzw. Längsrichtung
x eingezeichnet ist.
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Das
zweite Keilelement 22 ist durch eine Querführung 24 in
Querrichtung y geführt.
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Bei
Einleitung der Eingangskraft FE in das erste
Keilelement 21 wird dieses in Längsrichtung x nach unten gedrückt und
verschiebt das zweite Keilelement 22 in Querrichtung y
nach links, wobei die Ausgangskraft FA übertragen
wird. Die Ausgangskraft FA ist von dem Keilwinkel α abhängig, der
hier durch die drei verschiedenen Trennfugen 25, 26, 27 in
drei unterschiedlichen Größen gezeigt
ist. Bei der ersten Trennfuge 25 beträgt der Keilwinkel α 63° von der
Trennfuge 25 zur Längsrichtung
x bzw. 27° von der
Trennfuge 25 zur Querrichtung y. In diesem Fall ist die
Ausgangskraft FA = 1/2 FE.
Bei α =
45° gilt
FA = FE und für α = 27° (zur Längsrichtung
x) gilt FA = 2 FE. Somit
ist eine Kraftabschwächung
und auch eine Kraftverstärkung
möglich,
wobei der Kraftfluss umgelenkt wird. In dem Fall, in dem α = 90° ist, wird
die Eingangskraft FE direkt in Längsrichtung
in die Querführung 24 eingeleitet.
Eine Kraftkomponente in Querrichtung y entsteht dabei nicht, somit
gilt für
den Fall α =
90°: FA = 0.
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Für eine Betriebsbremse
muss dieser Keilwinkel oder auch Umlenkwinkel α allerdings stufenlos einstellbar
sein.
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Hierzu
zeigt nun 2 eine Scheibenbremse 1 mit
einer Scheibe 2, die nur zum Teil dargestellt ist. An ihr
liegen ein erster und ein zweiter Bremsbelag 3, 4 an,
welche von einem Bremssattel 5 umgeben sind. Der erste
Bremsbelag 3 ist mit einem Schenkel des Bremssattels 5 verbunden.
Der Bremssattel 5 ist. zur rechten Seite der Figur hin
erweitert und zwischen dem diesseitigen Schenkel und dem zweiten
Bremsbelag 4 ist ein Umlenkelement 30 angeordnet,
welches in Längsrichtung
x von dem rechten Schenkel des Bremssattels 5 geführt ist.
Der rechte Schenkel bildet dabei die Längsführung 23 (siehe 1).
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Das
Umlenkelement 30 ist auf seiner linken Seite mit dem zweiten
Bremsbelag 4 verbunden, wobei es eine Ausnehmung 6 aufweist,
die eine Drehachse 42 umgibt. Diese Drehachse 42 ist
fest mit dem Bremssattel 5 in diesem Beispiel verbunden.
Auf ihr ist ein Festlager 31 angebracht, an welchem ein Bremshebel 33 verschwenkbar
befestigt ist. Der Bremshebel 33 weist an seinem dem Festlager 31 gegenüber liegenden
Ende ein Keillager 32 auf, das auf einer Führungsbahn 34 des
Umlenkelementes 30 geführt
ist und im Prinzip im Betrieb die Längsführung 23 und die Querführung 24 gemäß 1 für das Umlenkelement 30 bildet.
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Das
Umlenkelement 30 ist auf seiner Oberseite mit einem Kraftspeicherelement 10,
in diesem Beispiel eine vorgespannte Spiralfeder, verbunden, welches
sich an dem Bremssattel 5 abstützt, wobei die Kraftrichtung
des Kraftspeicherelementes 10 in Längsrichtung x auf das Umlenkelement 30 einwirkt.
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In
der 2 ist die Scheibenbremse 1 in einer so
genannten Lösestellung
gezeigt. Die Kraft des Kraftspeicherelementes 10 drückt das
Umlenkelement 30 an das Keillager 32. Der Kraftfluss
des Kraftspeicherelementes 10 wirkt direkt in Längsrichtung
x und wird von dem Keillager 32 an der Führungsbahn 34 des
Umlenkelementes 30 aufgenommen und über den Bremshebel 33 in
das Festlager 31 und somit in den Bremssat tel 5 geleitet.
Eine Kraftkomponente in Querrichtung y tritt nicht auf, somit wird
keine Zuspannkraft auf den Bremsbelag 4 ausgeübt.
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Das
Umlenkelement 30 und der Bremshebel 33 bilden
die Umlenkvorichtung 20 nach 1, wobei
in diesem Fall der Lösestellung
in 2 der Keilwinkel α 90° beträgt.
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Wird
nun der Bremshebel 33 gegen den Uhrzeigersinn um das Festlager 31 verschwenkt,
wobei der Keilwinkel α kleiner
als 90° wird,
so ist damit eine Verstellung des Keilwinkels α und auch der Ausgangskraft
FA ermöglicht,
die hier die Kraftkomponente in Querrichtung y der Eingangskraft
FE des Kraftspeicherelementes 10 auf
den Bremsbelag bildet. Dieses ist in einer mittleren Bremsstellung
des Bremshebels 33 in 3 bei α = 45° gezeigt.
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Durch
die Führung
des Keillagers 32 auf der Führungsbahn 34 des
Umlenkelementes 30 ist eine Verschwenkung des Bremshebels 33 bei
gleichzeitiger Querführung
des Umlenkelementes 30 ermöglicht. Die Kraftkomponente
in Querrichtung y entspricht hierbei der Kraft des Kraftspeicherelementes 10.
Hierbei ist das Umlenkelement 30 in Querrichtung y auf
die Bremsscheibe 2 hin verschoben. Die Ausnehmung 6 dient
hier als Freiraum für
das Festlager 31. Die Bewegung des Umlenkelementes 30 in
Querrichtung y wird von dem Kraftspeicherelement 10 durch
ein Ausdehnen ausgeglichen.
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In 3 ist
der Fall gezeigt, bei dem α ungefähr 27° beträgt. Diese
Stellung des Bremshebels 33 ist für eine Bremsung mit großer Bremskraft
vorgesehen. Die Stellung des Bremshebels verstärkt die Kraft des Kraftspeicherelementes 10.
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Bei
Aufbringung der Zuspannkraft in Querrichtung y wird der Bremssattel 5 elastisch
gespannt. Dieses erzeugt eine Rückstellkraft
für das
Umlenkelement 30, sobald der Bremshebel 33 wieder
in Richtung Lösestellung
(siehe 2) bewegt wird. Vorzugsweise ist die Führungsbahn 34 des
Umlenkelementes 30 so ausgebildet, dass eine möglichst
kleine Ausdehnung in Längsrichtung
x erfolgt und sich das Umlenkelement 30 hauptsächlich in
Querrichtung y senkrecht zur Bremsscheibe 2 bewegt.
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Die
Bewegung des Bremshebels 33 erfordert vorteilhaft nur geringe
Energie, bei einer Auslegung des Keillagers 32 als Wälzlager
hauptsächlich
den Lagerdruck, der gegen die Kraft des Kraftspeicherelementes 10 wirkt.
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Die
Betätigung
des Bremshebels 33 ist elektrisch, pneumatisch, hydraulisch
und rein mechanisch mit geringer Betätigungskraft möglich.
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Anstelle
einer Spiralfeder als Kraftspeicherelement 10 ist auch
eine Blattfeder, ein Pneumatikzylinder oder eine Kombination derer
denkbar. Ebenso ist ein vorgespanntes Gussteil möglich, das in seiner Elastizität dem Bremssattel 5 entspricht.
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Wird
eine Auslegung des Kraftspeicherelementes 10, bei der eine
Kombination aus einer oder mehrerer Federn für eine Parkbremsfunktion, und
eines Pneumatikzylinders oder mehrerer für die Betriebsbremse gewählt, so
können
die Pneumatikzylinder mit Rückschlagventilen
versehen sein, das heißt,
eine einmalige Befüllung
dieser würde
als Kraftspeicher genügen.
Sie würden
nur bei Undichtigkeit nachbefüllt.
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Da
die Parkbremsfedern zwangsläufig
bei jeder Bremsung parallel mitwirken, können sowohl diese als auch
die Pneumatikzylinder entsprechend klein dimensioniert werden.
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Die
Betätigung
des Bremshebels 33 ist mittels eines separaten Pneumatikzylinders
möglich,
da der Bremshebel 33 die Bremskraft nur steuert. Somit benötigt er
relativ wenig Druck sowie Volumen, wodurch er vorteilhafterweise
zu einer wesentlichen Verkleinerung der notwendigen Luftbeschaffung
am jeweiligen Fahrzeug beiträgt.
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Die
Bewegung des Bremshebels 33 erfordert zum Zuspannen als
auch zum Lösen
der Bremse die gleiche Kraft. Bei Verschleiß der Bremsbeläge 3, 4 verlässt das
Keillager 32 seine ideale Bahn auf der Führungsbahn 34 des
Umlenkelementes 30. Daraus resultieren unterschiedliche
Kräfte
am Bremshebel 33 bei Zuspannen und Lösen. Dieses kann in einer weiteren
Ausbildung, beispielsweise über
Messeinrichtungen wie Dehnungsmessstreifen ge messen werden, wobei
eine elektrische Nachstelleinrichtung vorgesehen ist, welche das
Festlager 31 in Querrichtung y auf die Bremsscheibe 2 hin
verstellt, bis die Betätigungskräfte am Bremshebel 33 wieder
gleich sind.
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In
den 5 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 in
verschiedenen Stellungen gezeigt.
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5 stellt
die Lösestellung
der Scheibenbremse 1 dar. Im Unterschied zu 2 weist
der rechte Abschnitt des Bremssattels 5 eine kreisförmige Ausnehmung 6 auf,
in welcher zwei Drehkeilelemente 40, 41 um die
Drehachse 42 verschwenkbar angeordnet sind. Die Drehkeilelemente 40, 41 weisen
jeweils einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf und
sind mit ihren geraden Flächen gegenüber liegend
angeordnet, wobei diese Flächen aufeinander
gleiten können
bzw. mittels geeigneter Rollen gegeneinander verschiebbar sind.
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Die
Drehkeilelemente 40, 41 sind in verschiedenen
Rollen 11, 43, 44, 45 gelagert,
die jeweils in Längsrichtung
x und Querrichtung y die Drehkeilelemente 40, 41 als
eine Umlenkvorrichtung 20 umschließen. Dabei ist ein Krafteingangslager 11 in
einer ersten Führung 12 im
Bremssattel 5 verschiebbar angeordnet, wobei das Krafteingangslager 11 zwischen
dem Kraftspeicherelement 10 und dem ersten Drehkeilelement 40 angeordnet
ist, in welches es die Kraft des Kraftspeicherelementes 10 einleitet.
In der in 5 gezeigten Lösestellung überträgt dann
die gerade untere Fläche
des oberen, ersten Drehkeilelementes 40 die Kraft auf die
gerade obere Fläche des
unteren zweiten Drehkeilelementes 41, was wiederum auf
dem Querlager 44 (siehe Bezeichnung 24 in 1)
aufgelagert ist. Das Querlager 44 leitet die so übertragene
Kraft des Kraftspeicherelementes 10 in den Bremssattel 5 in
Längsrichtung
x ein. Eine Kraftkomponente in Querrichtung y wird in dieser Stellung
nicht erzeugt.
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Seitlich
werden beide Drehkeilelemente 40, 41 in Querrichtung
y von einem Längslager 43 (siehe Bezeichnung 23 in 1)
und von einem Kraftausgangslager 45 gelagert. Das Kraftausgangslager 45 ist
drehbar und verschiebbar in einer zweiten Führung 4b angeordnet,
wobei es mit dem Bremsbelag 4 verbunden ist.
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Das
erste Drehkeilelement 40 weist Abschnitte 47, 48 auf
seiner Außenfläche auf,
die als Eingangskurve 47 und Ausgangskurve 48 bezeichnet
sind. Dabei sind diese Kurven 47 und 48 exzentrisch
ausgebildet und dehnen sich radial an Nasen 50 und 51 nach
außen
aus. Ihre Funktion wird unten weiter beschrieben. Das untere Drehkeilelement 41 weist
eine halbkreisförmige
Außenkontur
auf und wird von einer Betätigungsvorrichtung
zur Bremsung derart angetrieben, dass es zum Zuspannen des Bremsbelags
gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse verschwenkt wird. Der Verschwenkungswinkel ist
der Keilwinkel α.
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6 zeigt ähnlich wie
die 3 eine Stellung der Scheibenbremse 1 für eine mittlere
Bremskraft. Durch die Krafteinwirkung des Kraftspeicherelementes 10 über das
Krafteingangslager 11, das auf der Eingangskurve 47 abrollt,
wird das obere Drehkeilelement 40 nach links bewegt, wobei
das Kraftausgangslager 45 an dessen Ausgangskurve 48 abrollt
und durch die zweite Führung 12 den
Bremsbelag 4 in Querrichtung y zur Bremsscheibe 2 hin
zustellt. Dabei gleitet bzw. rollt die Unterseite des ersten Drehkeilelementes 40 auf
der nicht verschieblichen, gegenüber
liegenden Oberseite des zweiten Drehkeilelementes 41 mit
einer Relativbewegung aus seiner zentrischen Position, die er in
der Lösestellung besaß (siehe 5).
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In 7 ist
nun der minimale Umlenkwinkel α gezeigt,
wobei das erste Drehkeilelement 40 noch weiter gegenüber dem
zweiten Drehkeilelement 41 verschoben ist. Die Verspannung
des Bremssattels 2 ist hierbei übertrieben groß mit einem
Winkel β angedeutet.
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Die
exzentrischen Laufbahnen bzw. Kurven 47, 48 an
der Außenseite
des ersten Drehkeilelementes 40 müssen in dieser Ausführung so
gestaltet sein, da sie die Lager 45 und 11 bei
jeder Winkelstellung von α auf
dem äußersten
Punkt der Laufbahn senkrecht zur Drehachse 42 halten. So
ist ein relativ leichtes Verschwenken der beiden Drehkeilelemente 40, 41 als
steuerbare Umlenkvorrichtung 20 vorteilhaft zu erreichen.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
gilt, dass beim Lösen
der Bremse die Elastizität
des aufgespreizten Bremssattels 5 über den jetzt zunehmenden Umlenkwinkel α auf das
Kraftspeicherelement 10 zurückwirkt, dessen Wirkung schwächt und sie
in ihre Ausgangsstellung drückt.
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Wenn
der Umlenkwinkel α wieder
90° eingenommen
hat (siehe 5), wird der so genannte Luftspalt
zwischen Bremsbelag 3, 4 und der Bremsscheibe 2 wieder
hergestellt, da der Bremssattel 5 nicht mehr gespreizt
ist, und keine Kraftkomponente mehr in Querrichtung y auf den Bremsbelag 4 einwirkt.
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Bei
einer entsprechenden Auslegung ist ein elektromechanisches Bremssystem
mit integrierter Parkbremse (Federspeicher als Kraftspeicherelement 10)
ausführbar,
welches einen vorteilhaft geringen Energieverbrauch aufweist, da
die Betätigungskraft
für die
erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 die
Bremskraft des Kraftspeicherelementes 10 lediglich steuert.
Die Bremskraft wird von der dadurch gesteuerten Umlenkvorrichtung 20 umgelenkt
und in Abhängigkeit
von dem Umlenkwinkel α in
entsprechender Größe eingestellt.
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Durch
diesen niedrigen Energiebedarf zur Betätigung wird auch die notwendige
Systemsicherheit, beispielsweise Redundanz, durch eine zweite Batterie/Stromversorgung
vorteilhaft vereinfacht.
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Die
vorliegende Erfindung ist vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben, sie ist jedoch darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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So
können
zum Beispiel die Drehkeilelemente 40, 41 und auch
das Umlenkelement 30 in größerer Anzahl parallel eingebaut
sein.
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Ebenfalls
sind die Kraftspeicherelemente 10 mehrfach angeordnet möglich, wobei
auch Kombinationen von verschiedenen Arten möglich sind.
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Denkbar
ist auch, dass die gegenüberliegenden
Flächen
der Drehkeilelemente 40, 41 gekrümmte Gleitflächen bzw.
Rollbahnen sind, wobei die Außenkonturen
halbkreisförmig
ausgebildet sind.
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- 1
- Scheibenbremse
- 2
- Bremsscheibe
- 3
- Erster
Bremsbelag
- 4
- Zweiter
Bremsbelag
- 5
- Bremssattel
- 6
- Ausnehmung
- 10
- Kraftspeicherelement
- 11
- Krafteingangslager
- 12
- Erste
Führung
- 20
- Umlenkvorrichtung
- 21
- Erstes
Keilelement
- 22
- Zweites
Keilelement
- 23
- Längsführung
- 24
- Querführung
- 25
- Erste
Trennfuge
- 26
- Zweite
Trennfuge
- 27
- Dritte
Trennfuge
- 30
- Umlenkelement
- 31
- Festlager
- 32
- Keillager
- 33
- Bremshebel
- 34
- Führungskurve
- 40
- Erstes
Drehkeilelement
- 41
- Zweites
Drehkeilelement
- 42
- Schwenkachse
- 43
- Längslager
- 44
- Querlager
- 45
- Kraftausgangslager
- 46
- Zweite
Führung
- 47
- Eingangskurve
- 48
- Ausgangskurve
- 50
- Erste
Nase
- 51
- Zweite
Nase
- x
- Koordinate,
Längsrichtung
- y
- Koordinate,
Querrichtung
- z
- Koordinate
- FE
- Eingangskraft
- FA
- Ausgangskraft
- α
- Keilwinkel
- β
- Winkel