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Die
Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
1 480 005 ist eine hydraulische Scheibenbremse bekannt.
Die bekannte Scheibenbremse weist einen Bremskolben auf, mit dem
ein Reibbremsbelag gegen eine Seite einer Bremsscheibe drückbar ist.
Auf der gegenüberliegenden
Seite der Bremsscheibe liegt ein zweiter Reibbremsbelag in einem
Bremssattel der Scheibenbremse ein, der durch eine Reaktionskraft
gegen die andere Seite der Bremsscheibe gedrückt wird, so dass die Bremsscheibe
von beiden Reibbremsbelägen
gebremst wird. Der Bremskolben wirkt senkrecht zur Bremsscheibe.
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Die
bekannte Scheibenbremse weist eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung
auf. Dazu ist ein Hilfskolben vorgesehen, der parallel zur Bremsscheibe,
d. h. in einer Sekantenrichtung zur Bremsscheibe verschiebbar ist.
Der Reibbremsbelag stützt
sich am Hilfskolben ab. Der Hilfskolben weist einen kleineren Durchmesser
als der Bremskolben auf, und der Hilfskolben kommuniziert hydraulisch mit
dem Bremskolben. Wird der Reibbremsbelag zum Bremsen gegen die drehende
Bremsscheibe gedrückt, übt die Bremsscheibe eine
Reibungskraft in ihrer Drehrichtung auf den gegen sie gedrückten Reibbremsbelag
aus, die der Reibbremsbelag wegen seiner Abstützung am Hilfskolben auf den
Hilfskolben überträgt. Der
Hilfskolben verursacht einen hydraulischen Druck, der wegen der
Kommunikation mit dem Bremskolben den Bremskolben beaufschlagt,
so dass der Bremskolben den Reibbremsbelag stärker gegen die Bremsscheibe
drückt.
Die Bremskraft der Scheibenbremse wird erhöht und verstärkt. Allgemein
gesprochen wandelt die Selbstverstärkungseinrichtung eine beim
Bremsen von der drehenden Bremsscheibe auf den gegen sie gedrückten Reibbremsbelag
ausgeübte
Reibungskraft in eine Spannkraft, die den Reibbremsbelag zusätzlich und
damit stärker
gegen die Bremsscheibe drückt
und die Bremskraft der Scheibenbremse erhöht.
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Bei
hydraulischen Scheibenbremsen ist es auch bekannt, einen Festsattel
anstelle eines Schwimmsattels zu verwenden und auf beiden Seiten
der Bremsscheibe hydraulisch miteinander kommunizierende Bremskolben
vorzusehen, die die Reibbremsbeläge
von beiden Seiten gegen die Bremsscheibe drücken. Bei elektromechanischen Scheibenbremsen
wird stets nur ein Reibbremsbelag von einer elektromechanischen
Betätigungseinrichtung
gegen die eine Seite der Bremsscheibe gedrückt und der andere Reibbremsbelag
durch eine Reaktionskraft gegen die andere Seite der Bremsscheibe
gedrückt.
Die Reaktionskraft wird mittels eines Schwimmsattels oder mittels
einer schwimmend gelagerten Bremsscheibe übertragen. Die elektromechanische
Betätigungseinrichtung
weist üblicherweise
einen Elektromotor und ein mechanisches Getriebe zum Drücken des
einen Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe auf. Der Aufwand der
elektromechanischen Betätigungseinrichtung
ist so groß,
dass nur eine Betätigungseinrichtung
vorgesehen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Scheibenbremse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen zweiten Reibbremsbelag
auf der gegenüberliegenden
Seite der Bremsscheibe auf, der mit einem zweiten Bremskolben gegen
die Bremsscheibe drückbar
ist. Die beiden Bremskolben kommunizieren hydraulisch miteinander.
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Beim
Bremsen werden die Reibbremsbeläge von
beiden Seiten von ihren Bremskolben gegen die Bremsscheibe gedrückt. Des
Weiteren weist die erfindungsgemäße Scheibenbremse
eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung
sowie eine Betätigungseinrichtung
auf, mit der der erste Reibbremsbelag gegen die Bremsscheibe drückbar ist.
Vorzugsweise ist die Betätigungseinrichtung
eine elektromechanische Betätigungseinrichtung.
Durch das Drücken
des ersten Reibbremsbelags mit der Betätigungseinrichtung gegen die
Bremsscheibe wird der zweite Reibbremsbelag gegen die gegenüberliegende
Seite der Bremsscheibe gedrückt
und es wird ein hydraulischer Druck erzeugt, der auf beide Bremskolben
wirkt. Die hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung verstärkt die
Bremskraft der Scheibenbremse.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass sich eine sehr hohe Selbstverstärkung erreichen
lässt,
es ist eine zweistufige Selbstverstärkung möglich. Die von der Betätigungseinrichtung
aufzubringende Spannkraft ist dementsprechend niedrig, ebenso die
Betätigungsleistung.
Damit lässt
sich auch die Masse und die Leistungsaufnahme der Betätigungseinrichtung niedrig
halten, insbesondere wenn die Betätigungseinrichtung elektromechanisch
ist. Weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sie durch ihre mögliche hohe Selbstverstärkung die
Verwendung eines oder mehrerer Elektromagnete oder Piezoelemente
als Betätigungseinrichtung
ermöglicht,
die bei anderen elektromechanischen Scheibenbremsen mit mechanischer Selbstverstärkung wegen
der zu geringen Spannkraft und/oder Betätigungswegs üblicherweise
nicht möglich
ist. Die Bordnetzbelastung eines mit der erfindungsgemäßen Scheibenbremse
ausgerüsteten Kraftwagens
ist verringert, ebenso die Anforderungen an eine Leistungselektronik
einer Steuerung oder Regelung der Scheibenbremse. Weiterer Vorteil der
Erfindung ist, dass sie nur eine Stromversorgung, jedoch keinen
hydraulischen Anschluss benötigt.
Zur Weiterbildung zu einer redundanten Hilfsbremse für den Fall
einer Störung
der Scheibenbremse als Betriebsbremse kann die Scheibenbremse in
einfacher Weise hydraulisch an einen Hauptbremszylinder oder eine
sonstige hydraulische Energiequelle angeschlossen werden (hydraulisches
Backup). Allerdings ist in diesem Fall ein hydraulischer Anschluss notwendig.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsformen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Scheibenbremse
in einer Schnittdarstellung mit Blickrichtung radial von außen zu einer
Bremsscheibe mit einer Schnittebene in einer Sekantenebene der Bremsscheibe;
und
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2 eine
abgewandelte Ausführungsform der
in 1 dargestellten Scheibenbremse gemäß der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die
in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 weist
einen Bremssattel 2 auf, der als Schwimmsattel ausgebildet,
d. h. quer zu einer Bremsscheibe 3 verschiebbar ist. Auf
einer Seite der Bremsscheibe 3 ist ein erster Reibbremsbelag 4 angeordnet,
der mit einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung 5 gegen
die Bremsscheibe 3 drückbar
ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist
die Betätigungseinrichtung 5 ein
Piezoelement auf. Die Betätigung
der Scheibenbremse 1 kann beispielsweise auch mittels eines
Elektromagneten oder eines Elektromotors mit Getriebe erfolgen.
Auch eine nicht elektromechanische Betätigungseinrichtung, beispielsweise
eine mechanische, pneumatische oder hydraulische Betätigungseinrichtung
ist möglich.
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Der
erste Reibbremsbelag 4 weist einen Bremskolben 6 auf
seiner der Bremsscheibe 3 abgewandten Rückseite auf. Der Bremskolben 6 ist
von einer Bremsflüssigkeit,
d. h. hydraulisch beaufschlagt, er ist allerdings nicht an einen
Hauptbremszylinder oder dgl. angeschlossen. Der erste Bremskolben 6 kommuniziert
durch eine Verbindungsleitung 7 mit einem zweiten Bremskolben 8,
der auf einer gegenüberliegenden
Seite der Bremsscheibe 3 wie der erste Bremskolben 6 angeordnet
ist. Der zweite Bremskolben 8 beaufschlagt einen zweiten
Reibbremsbelag 9, der ebenso wie der ihn beaufschlagende
zweite Bremskolben 8 auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 3 wie
der erste Reibbremsbelag 4 und der erste Bremskolben 6 im
Bremssattel 2 angeordnet ist. Der erste Bremskolben 6 und
der erste Reibbremsbelag 4 können auch als Vorstufe, der zweite
Bremskolben 8 und der zweite Reibbremsbelag 9 als
Hauptstufe der Scheibenbremse 1 bezeichnet werden.
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Zur
Betätigung
der Scheibenbremse 1 wird der erste Reibbremsbelag 4 mit
der elektromechanischen Betätigungseinrichtung 5 gegen
die eine Seite der Bremsscheibe 3 gedrückt. Durch das Drücken des
ersten Reibbremsbelags 4 gegen die Bremsscheibe 3 wird
der als Schwimmsattel ausgebildete Bremssattel 2 quer zur
Bremsscheibe 3 verschoben und drückt den zweiten Reibbremsbelag 9 gegen
die gegenüberliegende
Seite der Bremsscheibe 3. Der zweite Reibbremsbelag 9 oder
besser ausgedrückt die
Verschiebung des Bremssattels 2 quer zur Bremsscheibe 3 bewegt
den zweiten Bremskolben 8 tiefer in eine Zylinderbohrung
im Bremssattel 2 hinein, in der er quer zur Bremsscheibe 3 verschiebbar und
fluiddicht aufgenommen ist. Der zweite Bremskolben 8 bewirkt
einen Druck in der Bremsflüssigkeit, der
durch die Verbindungsleitung 7 den ersten Bremskolben 6 beaufschlagt.
Auf diese Weise werden die beiden Reibbremsbeläge 4, 9 von
beiden Seiten gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt und bremsen
die Bremsscheibe 3.
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Auf
einer gedachten Sekante zur Bremsscheibe 3 ist auf jeder
Seite des ersten Reibbremsbelags 4 je ein Hilfskolben 10 angeordnet,
die in Zylinderbohrungen des Bremssattels 2 parallel zur Bremsscheibe 3,
d. h. in der Sekantenrichtung verschiebbar sind. Über Stößel 11 beaufschlagt
der erste Reibbremsbelag 4 bzw. sein Belagträger 12 die Hilfskolben 10.
Rückstellfedern 19 verschieben
die Hilfskolben 10 zurück
in ihre Ausgangsposition, wenn sie nicht beaufschlagt werden. In
Richtung zum Belagträger 12 des
ersten Reibbremsbelags 4 ist die Bewegung der Hilfskolben 10 durch
Ringschultern 13 beschränkt,
die Anschläge
für die
Hilfskolben 10 bilden. Die Hilfskolben 10 kommunizieren
hydraulisch mit dem ersten Bremskolben 6. Die Hilfskolben 10 weisen
einen kleineren Durchmesser und folglich eine kleinere Querschnittsfläche auf
als der Bremskolben 6.
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Bei
einer Betätigung
der Scheibenbremse 1 übt
die drehende Bremsscheibe 3 eine Reibungskraft in Drehrichtung
auf den gegen sie gedrückten
ersten Reibbremsbelag 4 aus, die dieser über seinen
Belagträger 12 und
einen der beiden Stößel 11 auf
einen der beiden Hilfskolben 10 überträgt. Der Hilfskolben 10 erzeugt
einen hydraulischen Druck, der den Bremskolben 6 beaufschlagt
und dadurch den ersten Reibbremsbelag 4 gegen die Bremsscheibe 3 drückt. Die
Bremskraft der Scheibenbremse 1 wird dadurch verstärkt. Die
beiden mit dem ersten Bremskolben 6 kommunizierenden Hilfskolben 10 bilden
eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung,
die eine bei betätigter
Scheibenbremse 1 von der drehenden Bremsscheibe 3 auf
den gegen sie gedrückten
ersten Reibbremsbelag 4 ausgeübte Reibungskraft in eine Spannkraft
wandeln, die die Spannkraft, mit der der erste Reibbremsbelag 4 gegen
die Bremsscheibe 3 gedrückt
wird, verstärkt.
Die von der drehenden Bremsscheibe 3 auf den gegen sie
gedrückten
Reibbremsbelag 4 ausgeübte
Reibungskraft wird als Hilfskraft zur Erzeugung eines Teils der
Spannkraft genutzt, mit der der Reibbremsbelag 4 gegen
die Bremsscheibe 3 gedrückt
wird. Das gilt entsprechend für
die von der drehenden Bremsscheibe 3 auf den bei betätigter Scheibenbremse 1 gegen
sie gedrückten
Reibbremsbelag 4 übertragene
Reibungsenergie, die als Hilfsenergie zur Betätigung der Scheibenbremse 1 genutzt
wird.
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Es
wird drehrichtungsabhängig
immer nur einer der beiden Hilfskolben 10 beaufschlagt,
der andere Hilfskolben bewirkt die Selbstverstärkung bei umgekehrter Drehrichtung
der Bremsscheibe 3. Wird eine Selbstverstärkung nur
für eine
Drehrichtung der Bremsscheibe 3 gewünscht, genügt einer der beiden Hilfskolben 10.
Die Rückstellfedern 19 haben
lediglich die Funktion, die Hilfskolben 10 bei nicht betätigter Scheibenbremse 1 in
ihre Ausgangslage zurück zu
verschieben. Eine Federkraft der Rückstellfedern 19 ist
vernachlässigbar
klein im Vergleich mit den an den Kolben 6, 10 wirkenden
Kräften.
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Auch
auf der gegenüberliegenden
Seite weist die Scheibenbremse 1 eine hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung
auf, die mit dem zweiten Reibbremsbelag 9 und einem dritten
Bremskolben 18 zusammenwirkt. Der dritte Bremskolben 18 wirkt
wie der zweite Bremskolben 8 auf den zweiten Reibbremsbelag 9.
Die Selbstverstärkungseinrichtung
auf der Seite des zweiten und des dritten Bremskolbens 8, 18 ist
gleich aufgebaut und funktioniert in gleicher Weise wie die zuvor
beschriebene Selbstverstärkungseinrichtung
des ersten Reibbremsbelags 4, es wird insoweit auf die
vorstehenden Ausführungen
verwiesen. In der zweiten Selbstverstärkungseinrichtung sind die
Hilfskolben mit 14, die Stößel mit 15, die Rückstellfedern
mit 16 und die Anschläge
für die
Hilfskolben 14 mit 17 bezeichnet.
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Die
hydraulischen Selbstverstärkungseinrichtungen
mit den Hilfskolben 10; 14 sind hydraulisch in
Reihe zum ersten und zum zweiten Bremskolben 6, 8 geschaltet,
die erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 weist
eine zweistufige hydraulische Selbstverstärkungseinrichtung und somit
eine sehr hohe Kraftverstärkung
auf. Dadurch ist die Verwendung eines Piezoelements oder eines Elektromagneten
als elektromechanische Betätigungseinrichtung 5 zum
Drücken
des ersten Reibbremsbelags 4 gegen die Bremsscheibe 3 und
damit zur Betätigung
der Scheibenbremse 1 ausreichend, deren vergleichsweise
geringe Betätigungskraft,
kurzer Stellweg und/oder niedrige Betätigungsenergie und Betätigungsleistung üblicherweise
nicht zur Betätigung elektromechanischer
Scheibenbremsen mit oder ohne Selbstverstärkung ausreicht.
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Die
hydraulische Selbstverstärkung
der Scheibenbremse 1 wird genutzt zum Andrücken eines
dritten Reibbremsbelags 20, der auf der gleichen Seite
der Bremsscheibe 3 wie der erste Reibbremsbelag 4 im
Bremssattel 2 angeordnet ist. Der dritte Reibbremsbelag 20 ist
zweiteilig, er ist in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 3 auf
beiden Seiten des ersten Reibbremsbelags 4 angeordnet.
Eine Andruckkraft des zweiten Reibbremsbelags 9 gegen die Bremsscheibe 3 bewirkt über den
als Schwimmsattel quer zur Bremsscheibe 3 verschiebbaren
Bremssattel 2 eine Spannkraft, mit der der dritte Reibbremsbelag 20 gegen
die Bremsscheibe 3 gedrückt
wird. Die hydraulische Kraftverstärkung vom ersten Bremskolben 6 und
damit von der Vorstufe der Scheibenbremse 1 zum zweiten
Bremskolben 8 und damit zur Hauptstufe der Scheibenbremse 1 wird
zum Drücken des
zweiteiligen dritten Reibbremsbelags 20 gegen die Bremsscheibe 3 und
damit ebenfalls zum Bremsen der Bremsscheibe 3 genutzt.
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Es
ist nicht zwingend erforderlich, zwei hydraulische Selbstverstärkungseinrichtungen
vorzusehen. Es genügt
für Ausführungsformen
der Erfindung eine Selbstverstärkungseinrichtung
vorzusehen, die entweder mit dem ersten Reibbremsbelag 4 und
dem ersten Bremskolben 6 oder mit dem zweiten Reibbremsbelag 9 und
dem dritten Bremskolben 18 zusammenwirkt.
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In 2 sind
für mit 1 übereinstimmende
Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet worden. 2 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform
einer Scheibenbremse 1 gemäß der Erfindung. Die Scheibenbremse 1 aus 2 weist
auf der Seite des zweiten Reibbremsbelags 9 nur den zweiten Bremskolben 8 anstelle
des zweiten und des dritten Bremskolbens 8, 18 auf.
Der zweite Bremskolben 8 der in 2 dargestellten
Scheibenbremse 1 kommuniziert sowohl mit dem ersten Bremskolben 6 als auch
mit den Hilfskolben 14 der hydraulischen Selbstverstärkungseinrichtung.
Dadurch ist die den zweiten Bremskolben 8 aufweisende Hauptstufe
der Scheibenbremse 1 wegverstärkend: Die Verschiebung des
zweiten Reibbremsbelags 9 bei betätigter Scheibenbremse 1 aufgrund
der von der Bremsscheibe 3 auf den gegen sie gedrückten zweiten Reibbremsbelag 9 ausgeübten Reibung
bewirkt die Verschiebung eines der beiden Hilfskolben 14.
Dieser Hilfskolben 14 verdrängt ein Bremsflüssigkeitsvolumen
aus seinem Zylinder in den Zylinder des zweiten Bremskolbens 8,
der den zweiten Reibbremsbelag 9 und/oder den Bremssattel 2 verschiebt.
Dadurch wird ein Zustellweg, der von der elektromechanischen Betätigungseinrichtung 5 zur
Betätigung
der Scheibenbremse 1 ausgeführt werden muss, verkürzt.
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Im Übrigen ist
die in 2 dargestellte Scheibenbremse 1 gleich
aufgebaut und funktioniert in gleicher Weise wie die in 1 dargestellte
Scheibenbremse 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird
zur Erläuterung
von 2 insoweit auf die Erläuterungen der 1 verwiesen.
Auch die Vorstufe kann in entsprechender Weise wie die Hauptstufe
der Scheibenbremse 1 wegverstärkend ausgebildet werden (nicht
dargestellt).
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Die
Verstärkung
der Hauptstufe der in 2 dargestellten Scheibenbremse 1 ist
so hoch ausgelegt, dass die Hauptstufe im gesamten Reibwertbereich
oder jedenfalls in einem Teil des Reibwertbereichs selbsthemmend
ist. Mit Reibwert μ ist
der Quotient der Reibungskraft zwischen der Bremsscheibe 3 und
dem gegen sie gedrückten
zweiten Reibbremsbelag 9 und der Normalkraft bzw. Spannkraft,
mit der der zweite Reibbremsbelag 9 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt wird,
gemeint. Der Reibwert μ ändert sich
mit den Betriebsbedingungen wie Nässe, Verschmutzung, Temperatur.
Selbsthemmung bedeutet, dass die Selbstverstärkung so hoch ist, dass die durch
die Reibung bewirkte Spannkraft bis zu einem Blockieren der Bremsscheibe 3 anwachsen
würde. Um
das zu verhindern sind bei der Scheibenbremse 1 aus 2 die
Rückstellfedern 16 so
stark ausgelegt, dass sie die Verschiebung des zweiten Reibbremsbelags 9 in
Drehrichtung der Bremsscheibe 3 so begrenzen, dass eine
Selbsthemmung verhindert wird. Die Rückstellfedern 16 begrenzen
den Verschiebeweg des zweiten Reibbremsbelags 9 und der Hilfskolben 14 und
damit die Höhe
der Selbstverstärkung,
anders als in 1 ist die Kraft der Rückstellfedern 16 der
Scheibenbremse 1 aus 2 nicht
vernachlässigbar,
sondern hat wie gesagt den Zweck, die Selbsthemmung zu verhindern.