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Die Erfindung betrifft eine selbstverstärkende Fahrzeugbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die Offenlegung
DE 102 61 455 A1 betrifft eine elektromechanische Reibungsbremse mit einer Selbstverstärkung durch einen Keilmechanismus, wobei eine Betätigungskraft über miteinander kämmende Verzahnungen auf den Reibbremsbelag ausgeübt wird. Durch einen Eingriffswinkel der Verzahnungen lässt sich ein günstiger Krafteinleitungswinkel der Betätigungskraft auf den Reibbremsbelag erzielen. Des Weiteren lässt sich durch Verwendung eines nicht kreisrunden Zahnrads und/oder einer nicht geraden Zahnstange als Verzahnungen eine Aufweitung eines Bremssattels beim Bremsen sowie eine Zustellbewegung des Reibbremsbelags quer zu einer Bremsscheibe kompensieren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Figurenliste
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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.
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Die Figuren sind als schematisierte und vereinfachte Darstellungen zur Erläuterung und zum Verständnis der Erfindung zu verstehen.
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Ausführungsform der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Schaltkupplung 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.
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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.
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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.
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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.
