-
Die
Erfindung betrifft eine selbstverstärkende Fahrzeugbremse mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Eine
derartige Fahrzeugbremse in Bauform einer Scheibenbremse ist bekannt
aus der Offenlegungsschrift
DE 102 01 555 A1 . Als Bremskörper weist
die bekannte Fahrzeugbremse eine Bremsscheibe auf, die mittels eines
Reibbremsbelags gebremst wird. Zur Betätigung weist die bekannte Fahrzeugbremse
eine Betätigungseinrichtung
auf, mit der der Reibbremsbelag gegen die den Bremskörper bildende
Bremsscheibe drückbar
ist. Des Weiteren weist die bekannte Fahrzeugbremse eine Selbstverstärkungseinrichtung
auf, die eine bei betätigter Bremse
vom drehenden Bremskörper
auf den gegen ihn gedrückten
Reibbremsbelag ausgeübte
Reibungskraft in eine Andruckkraft wandelt, die den Reibbremsbelag
zusätzlich
zu einer von der Betätigungseinrichtung
aufgebrachten Andruckkraft gegen den Bremskörper drückt und dadurch eine Bremskraft
der Fahrzeugbremse verstärkt.
-
Die
Selbstverstärkungseinrichtung
der bekannten Fahrzeugbremse weist einen Keilmechanismus auf, der
den Reibbremsbelag in einem Winkel und in Umfangsrichtung zur Bremsscheibe
verschiebbar führt.
Die Abstützung
des Reibbremsbelags an einer in einem Winkel zur Bremsscheibe verlaufenden
Keilfläche
bewirkt aufgrund des Keilprinzips die zusätzliche Andruckkraft und damit
die Bremskraftverstärkung.
Um eine Selbstverstärkung für beide
Drehrichtungen der Bremsscheibe zu erzielen, kann die Fahrzeugbremse
entgegengesetzt schräg
zur Bremsscheibe verlaufende Keilflächen aufweisen, deren Steigung
nicht notwendigerweise gleich sein muss. Auch kann sich der Keilwinkel über die
Länge der
Keilfläche ändern, insbesondere
um zu Beginn der Betätigung
einen großen
Zustellweg und eine hohe Zustellgeschwindigkeit des Reibbremsbelags
und am Ende der Verschiebung des Reibbremsbelags bei hoher Bremskraft
eine hohe Selbstverstärkung
zu erzielen. In diesem Fall spricht man von einem Rampenmechanismus.
-
Die
Erfindung ist insbesondere für
eine Scheibenbremse vorgesehen, sie lässt sich grundsätzlich auch
für andere
Bremsenbauformen wie beispielsweise eine Trommelbremse verwenden.
In diesem Fall ist der Bremskörper
eine Bremstrommel.
-
Mit
dem Keilmechanismus weist die bekannte Fahrzeugbremse eine mechanische
Selbstverstärkungseinrichtung
auf, wobei weitere mechanische Selbstverstärkungseinrichtungen möglich und
bekannt sind, beispielsweise Stützhebelkonstruktionen, die
den Reibbremsbelag unter einem Stützwinkel zur Bremsscheibe abstützen. Der
Stützwinkel
entspricht dem Keilwinkel, es handelt sich um mechanische Analogon.
Auch andere, beispielsweise hydraulische Selbstverstärkungseinrichtungen
sind bekannt und für
die Erfindung möglich.
Bei anzustrebenden hohen Selbstverstärkungen tritt das Problem einer
Selbsthemmung auf, die Fahrzeugbremse kann blockieren. Zum Schutz
gegen Blockieren ist die Betätigungseinrichtung
der bekannten Fahrzeugbremse selbsthemmend gegen eine selbsttätige Bewegung
des Reibbremsbelags ausgebildet, der Reibbremsbelag lässt sich
nur mit der Betätigungseinrichtung
bewegen. Dadurch steigt die Bremskraft der betätigten Fahrzeugbremse nicht
aufgrund der Selbstverstärkung selbsttätig an,
sondern lässt
sich nur mit der Betätigungseinrichtung
verändern.
-
Eine
andere bekannte, ebenfalls mittels eines Keilmechanismus mechanisch
selbstverstärkende
Scheibenbremse ist bekannt aus dem Patent
DE 101 56 348 C1 . Bei dieser
Scheibenbremse sind zwei gegensinnig wirkende Betätigungseinrichtungen
vorgesehen, die den Reibbremsbelag spielfrei halten und eine Verschiebung
des Reibbremsbelags und damit eine Änderung der Bremskraft durch
die Reibung zwischen der drehenden Bremsscheibe und dem bei betätigter Scheibenbremse
gegen sie gedrückten
Bremskörper
verhindern.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Fahrzeugbremse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Schaltkupplung auf,
die ein Fahrzeugrad lösbar
drehfest mit dem Bremskörper,
im Falle einer Scheibenbremse also mit der Bremsscheibe, verbindet.
Die Fahrzeugbremse lässt
sich dadurch in jedem Fall lösen
bzw. außer
Betrieb setzen, insbesondere im Fehlerfall, wenn sich die Fahrzeugbremse
nicht mit ihrer Betätigungseinrichtung
lösen lässt. Ein
Blockieren des Fahrzeugrades lässt
sich dadurch wirksam verhindern. Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremse
eignet sich dadurch für
hohe Selbstverstärkungen,
d. h. für eine
Auslegung im Bereich der Selbsthemmungsgrenze und auch im selbsthemmenden
Bereich. Es sind dadurch hohe Bremskräfte bei niedriger Betätigungskraft
möglich.
-
Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Achsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse; und
-
2 eine
Darstellung eines Bremssattels der Fahrzeugbremse aus 1 in
Ansicht radial von außen
zu einer Bremsscheibe.
-
Die
Figuren sind als schematisierte und vereinfachte Darstellungen zur
Erläuterung
und zum Verständnis
der Erfindung zu verstehen.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
Die
in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Fahrzeugbremse ist als Scheibenbremse 1 ausgebildet.
Sie weist einen Bremssattel 2 auf, in dem beiderseits einer
Bremsscheibe 3 Reibbremsbeläge 4, 5 angeordnet
sind. Einer der beiden Reibbremsbeläge 4 ist unbeweglich
im Bremssattel 2 angeordnet und wird nachfolgend als fester
Reibbremsbelag 4 bezeichnet werden. Der andere Reibbremsbelag 5 ist
zur Betätigung
der Scheibenbremse 1 beweglich, er kann zum Bremsen mit
einer noch zu erläuternden
Betätigungseinrichtung
gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt werden. Der Bremssattel 2 ist
als Schwimmsattel ausgeführt,
er ist mit Führungen 6 quer
zur Bremsscheibe 3 verschieblich. Die Führungen 6 sind in 2 symbolisch
dargestellt. Beim Drücken
des beweglichen Reibbremsbelags 5 gegen die Bremsscheibe 3 wird
der Bremssattel 2 quer zur Bremsscheibe 3 verschoben
und drückt
den festen Reibbremsbelag 4 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 3,
die dadurch gebremst wird.
-
Auf
seiner der Bremsscheibe 3 abgewandten Rückseite weist der bewegliche
Reibbremsbelag 5 einen Keil 7 auf, mit dem er
sich an einer Keilfläche 8 im
Bremssattel 2 abstützt.
Die Keilfläche 8 verläuft in einem
Keilwinkel α zur
Bremsscheibe 3 und in einer Umfangsrichtung zur Bremsscheibe 3.
An der Keilfläche 8 ist
der Reibbremsbelag 5 in Umfangsrichtung zur Bremsscheibe 3 und
im Keilwinkel α zur
Bremsscheibe 3 verschiebbar geführt. Die Verschiebebewegung
des beweglichen Reibbremsbelags 5 verläuft auf einer gedachten schraubenlinienförmigen Bahn
um eine Drehachse der Bremsscheibe 3 mit einer dem Keilwinkel α entsprechenden
Steigung. Dabei ist ein Verschiebeweg des Reibbremsbelags 5 nur
ein kleiner Bruchteil einer vollen Umdrehung. Grundsätzlich kann
die Verschiebung des beweglichen Reibbremsbelags 5 auch
eine Gerade in beispielsweise einer Sehnenrichtung zur Bremsscheibe 3 mit
dem Keilwinkel α sein.
Notwendig ist, dass die Verschiebung des beweglichen Reibbremsbelags 5 eine
Komponente in der Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 aufweist.
-
Zur
Betätigung
der Scheibenbremse 1 wird der bewegliche Reibbremsbelag 5 entlang
der Keilfläche 8 verschoben
und dadurch gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt. Die
drehende Bremsscheibe 3 übt eine Reibungskraft auf den
beweglichen Reibbremsbelag 5 in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 aus.
Bei einer angenommenen Drehrichtung der Bremsscheibe 3 in
Richtung des Pfeils 9 in 2 beaufschlagt
die Reibungskraft den Reibbremsbelag 5 in einen enger werdenden
Keilspalt zwischen der Keilfläche 8 des
Bremssattels 2 und der Bremsscheibe 3. Die Abstützung des
Reibbremsbelags 5 über seinen
Keil 7 an der Keilfläche 8 bewirkt
eine Reaktionskraft senkrecht zur Keilfläche 8, die eine Komponente
senkrecht zur Bremsscheibe 3 aufweist. Die Kraftkomponente
senkrecht zur Bremsscheibe 3 bildet eine Andruckkraft,
die den Reibbremsbelag 5 zusätzlich zu einer von der noch
zu beschreibenden Betätigungseinrichtung
aufgebrachten Andruckkraft gegen die Bremsscheibe 3 drückt. Die
Andruckkraft der Reibbremsbeläge 4, 5 gegen
die Bremsscheibe 3 ist erhöht, die Bremskraft der Scheibenbremse 1 ist
verstärkt.
Mit dem Keil 7 und der Keilfläche 8 weist die Scheibenbremse 1 einen
Keilmechanismus 10 auf, der eine mechanische Selbstverstärkungseinrichtung 11 bildet,
die eine von der drehenden Bremsscheibe 3 auf den bei betätigter Scheibenbremse 1 gegen
sie gedrückten
Reibbremsbelag 5 ausgeübte
Reibungskraft in die zusätzliche,
die Bremskraft verstärkende Andruckkraft
wandelt.
-
Die
Betätigung
der Scheibenbremse 1 erfolgt mittels einer elektromechanischen
Betätigungseinrichtung,
die einen nicht dargestellten Elektromotor aufweist, der über ein
ebenfalls nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe ein Zahnrad 12 antreibt,
das mit einer Zahnstange 13 des beweglichen Reibbremsbelags 5 kämmt. Die
Zahnstange 13 ist am Keil 7 des beweglichen Reibbremsbelags 5 angeordnet, sie
verläuft
in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung wie die Keilfläche 8 des
Bremssattels 2, an der sich der Reibbremsbelag 5 über seinen
Keil 7 abstützt
und an der er verschiebbar geführt
ist. Durch drehenden Antrieb des Zahnrads 12 mit der Betätigungseinrichtung
wird der Reibbremsbelag 5 in vorstehend beschriebener Weise
entlang der Keilfläche 8 verschoben
und die Scheibenbremse 1 dadurch betätigt.
-
Die
Bremsscheibe 3 ist drehbar auf einem Wellenstummel 14 angeordnet,
der eine Radnabe 15 zur Befestigung eines nicht dargestellten
Fahrzeugrads durch Verschraubung in an sich bekannter Weise aufweist.
Der Wellenstummel 14 ist mit einem Radlager 16 drehbar
in einem Achsschenkel 17 gelagert. Bei der dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung ist ein Doppelkugellager als Radlager 16 gewählt worden.
Mit dem Achsschenkel 17 ist ein Bremsenträger 18 verschraubt,
der in an sich bekannter Weise den als Schwimmsattel ausgebildeten
Bremssattel 2 über
die in 1 nicht sichtbaren Führungen 6 quer zur
Bremsscheibe 3 verschiebbar hält.
-
Mit
axialem Abstand von der Radnabe ist eine Ringscheibe 19 drehfest
auf dem Wellenstummel 14 angeordnet, beispielsweise auf
eine Ringstufe des Wellenstummels 14 aufgepresst oder aufgeschrumpft.
Die Ringscheibe 19 weist in ihrem äußeren Bereich auf einer Stirnseite
eine Stirnverzahnung 20 vergleichbar der Verzahnung eines
Tellerrads auf.
-
Die
Ringscheibe 19 wird an ihrem Umfang von einem kreisringförmigen Anker 21 umgriffen.
Der Anker 21 weist einen näherungsweise quadratischen Ringquerschnitt
auf. Der kreisringförmige
Anker 21 weist einen an der Innenseite des Ankers 21 offenen Radialschlitz
auf, in den die Ringscheibe 19 ragt. An einer Wange des
Schlitzes weist der Anker 21 eine zur Stirnverzahnung 20 der
Ringscheibe 19 komplementäre und mit dieser zusammenwirkende
Verzahnung 22 auf. Steht die Verzahnung 22 des
Ankers 21 in Eingriff mit der Stirnverzahnung 20 der
Ringscheibe 19, ist der Anker 21 drehfest mit
der Ringscheibe 19 und damit mit dem Wellenstummel 14 verbunden. Der
Radialschlitz im Anker 21 ist so breit, dass der Anker 21 axial
so weit beweglich ist, dass seine Verzahnung 22 außer Eingriff
von der Stirnverzahnung 20 der Ringscheibe 19 gelangen
kann. Der Anker 21 und die Ringscheibe 19 bilden
mit ihren Verzahnungen 20, 22 eine formschlüssige Schaltkupplung 23. Andere Kupplungsbauformen
sind möglich,
auch ist eine reibschlüssige
Schaltkupplung möglich,
indem anstelle der Verzahnungen 20, 22 Reibflächen vorgesehen
sind (nicht dargestellt). Bevorzugt ist allerdings eine formschlüssige Schaltkupplung 23 wie beispielsweise
die dargestellte.
-
Die
Bremsscheibe 3 weist einen hohlzylindrischen Kragen 24 auf,
der auf einer Seite der Ringscheibe 19 in den kreisringförmigen Anker 21 ragt. Durch
ein Vielzahnprofil 25 ist der Anker 21 drehfest und
axial verschieblich mit der Bremsscheibe 3 verbunden. Ist
die Schaltkupplung 23 wie in 1 dargestellt
eingeschaltet, d. h. stehen die Verzahnungen 20, 22 des
Ankers 21 und der Ringscheibe 19 in Eingriff miteinander,
ist die Bremsscheibe 3 über
das Vielzahnprofil 25, den Anker 21, die Verzahnungen 20, 22 und
die Ringscheibe 19 drehfest mit dem Wellenstummel 14 und
damit mit einem an der Radnabe 15 des Wellenstummels 14 angeschraubten,
nicht dargestellten Fahrzeugrad verbunden. Ist die Kupplung 23 ausgeschaltet,
d. h. sind die Verzahnungen 20, 22 des Ankers 21 und
der Ringscheibe 19 außer Eingriff,
ist die Bremsscheibe 3 mit dem mit ihr drehfesten Anker 21 drehbar
gegenüber
der Ringscheibe 19 und dem Wellenstummel 14, mit
dessen Radnabe 15 das nicht dargestellte Fahrzeugrad verschraubt ist.
-
Die
Schaltkupplung 23 weist eine oder mehrere Rückstellfedern 26 auf,
die die Schaltkupplung 23 ausschalten, d. h. die Verzahnungen 20, 22 des Ankers 21 und
der Ringscheibe 19 außer
Eingriff bringen. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
eine Anzahl über
den Umfang verteilt angeordneter Schraubenzugfedern als Rückstellfedern
gewählt,
die den Anker 21 gegen die Bremsscheibe 3 ziehen
und dadurch die Verzahnungen 20, 22 außer Eingriff
bringen. Es sind allerdings auch andere Federn wie beispielsweise
Blattfedern oder eine Tellerfeder als Rückstellfedern möglich.
-
Der
Anker 21 wirkt mit einem kreisringförmigen Elektromagneten 27 zusammen,
der unbeweglich am Bremsenträger 18 angebracht
ist. Wie der Anker 21 umgibt der Elektromagnet 27 den
Wellenstummel 14 konzentrisch, er ist in Bezug auf den
Anker 21 der Bremsscheibe 3 gegenüber angeordnet. Durch
Bestromen des Elektromagneten 27 wird der Anker 21 angezogen,
er bewegt sich axial gegen die Federkraft der Rückstellfedern 26,
so dass seine Verzahnung 22 mit der Stirnverzahnung 20 der
Ringscheibe 19 in Eingriff gelangt. Die Schaltkupplung 23 ist
eingeschaltet, die Bremsscheibe 3 ist drehfest mit dem
Wellenstummel 14.
-
Zur
Betriebsbereitschaft der Scheibenbremse 1 ist der Elektromagnet 27 grundsätzlich bestromt, die
Schaltkupplung 23 eingeschaltet und die Bremsscheibe 3 drehfest
mit dem Wellenstummel 14. Die Scheibenbremse 1 wird
wie oben beschrieben betätigt.
Lässt sich
die Scheibenbremse 1 in einem Fehlerfall nicht durch ihre
Betätigungseinrichtung
lösen, wird
die Bestromung des Elektromagneten 27 und damit die Schaltkupplung 23 ausgeschaltet
und die drehfeste Verbindung der Bremsscheibe 3 mit dem Wellenstummel 14 aufgehoben.
Trotz betätigter Scheibenbremse 1 lässt sich
der Wellenstummel 14 drehen und ein nicht dargestelltes
Fahrzeugrad bewegen. Bei Ausfall der Stromversorgung schaltet die Schaltkupplung 23 wegen
des dann unbestromten Elektromagneten 27 aus, so dass der
Wellenstummel 14 auch dann drehbar ist, wenn sich die betätigte Scheibenbremse 1 wegen
Stromausfalls nicht lösen lässt. Die
erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 eignet
sich zur Auslegung mit einer hohen Selbstverstärkung, d. h. für einen
dauernden Betrieb im Bereich einer Selbsthemmungsgrenze oder auch
oberhalb der Selbsthemmungsgrenze, weil selbst bei blockierender
Scheibenbremse 1 ein Drehen des Wellenstummels 14 mit
dem nicht dargestellten Fahrzeugrad durch Ausschalten der Schaltkupplung 23 immer möglich ist.