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Die
Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit elektromotorischem Aktuator
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist bekannt, Scheibenbremsen mit elektromotorischen Aktuatoren zu
versehen, die auf eine Zuspannvorrichtung – auch mit Selbstverstärkung unterschiedlicher
Bauart – einwirken.
Die Selbstverstärkung
der Bremskraft beruht auf dem bekannten Keileinzugprinzip wobei
durch die kinetische Energie eines bewegten Fahrzeugs ausgenutzt
und die benötigte
Zustellkraft des Bremsantriebs erheblich verringert wird.
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Die
DE 101 05 752 A1 und
DE 103 24 424 A1 seien
zur Illustration genannt. Diese Beispiele können in der Praxis nicht überzeugen,
und es besteht ein Bedarf für
neue Lösungswege.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Scheibenbremse
mit elektromotorischem Aktuator mit einer Zuspannvorrichtung zu
versehen, die gegenüber
dem Stand der Technik mit geringerem Energieaufwand auskommt. Diese
Zuspannvorrichtung soll besonders zum Einsatz in Scheibenbremsen
in selbstverstärkender
Ausführung
geeignet sein.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Zuspannvorrichtung für
Bremsbeläge
einer Scheibenbremse mit einer Zuspannplatte und zwei miteinander
zusammenwirkenden Formhebeln versehen. Dabei sind die Formhebel
V-förmig
gestaltet und mit einer reibungsarmen Keilwinkelverstelleinrichtung
ausgerüstet,
wodurch sich gegenüber
dem Stand der Technik die Möglichkeit
zur Keilwinkelverstellung während
einer Bremsung ergibt, wobei nur ein gemeinsamer Aktuator für Winkel-
und Bremsverstellung erforderlich ist. Ebenfalls ist durch diese
Raum sparende und einfache robuste Mechanik eine Parkbremse mit
einer Selbstverstärkung
möglich.
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Hierbei
wird es möglich,
dass sich bei einer selbstverstärkenden
Bremse in vorteilhaft einfacher Weise durch miteinander zusammenwirkende
Hebelabschnitte der Formhebel, insbesondere mit der Zusammenwirkung
einer Einrichtung zur Keilwinkelnachführung, die in bevorzugter Ausführung zwischen
der Zuspannplatte und den Hebelabschnitten angeordnet ist, sich
eine geringe Zustellkraft ergibt, wobei während einer Bremsung auch eine
Keilwinkelverstellung möglich
ist.
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Zur
Verringerung der Keilwinkeleinstellkräfte wird in vorteilhafter Weise
für die
Keilwinkelnachführung
mindestens eine Kugel und mindestens eine Rolle verwendet, die mit
der Zuspannplatte und den Hebelabschnitten zusammenwirken. Durch
die geringe Rollreibung ergeben sich geringe Einstellkräfte.
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So
ist in einer bevorzugten Ausführung
vorgesehen, dass die Rolle auf einer ersten Laufschiene an der Zuspannplatte
und die Kugel auf einer zweiten Laufschiene an den Hebelabschnitten
geführt
ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rolle mit der Kugel
und der ersten Laufschiene formschlüssig zusammenwirkt, was durch
eine entsprechende Formgebung der Rolle einfach ausführbar ist.
Weiterhin ist hierbei für
einen geringen Reibungswiderstand bevorzugt, dass die Laufschienen
parallel angeordnet sind. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Kugel
und die Rolle zusammen mit Führungsrollen
in einem Führungskäfig geführt montiert
sind.
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In
einer bevorzugten Ausführung
weisen die Formhebel jeweils ein erstes und ein zweites oberes Ende
auf, die mit korrespondierenden Auflagern der Zuspannplatte verschwenkbar
zusammenwirken, wobei die Formhebel jeweils ein unteres Ende aufweisen,
welche mit korrespondierenden unteren Auflagern am Bremsbelag verschwenkbar
zusammenwirken. Somit ist die selbstverstärkende Bauart der Scheibenbremse
in beide Drehrichtungen der Bremsscheibe gewährleistet. Hierbei ist es zweck mäßig, dass
die ersten und zweiten oberen Enden und die jeweiligen unteren Enden
der Formhebel V-förmig
angeordnet sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Anordnung sind die Hebelabschnitte der
Formhebel jeweils in der Ebene der Enden oder in einer Ebene parallel
dazu angeordnet, wodurch sich ein vorteilhaft geringer Raumbedarf
ergibt.
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Zur
Aufbringung der Zustellkraft auf die gesamte Fläche der Bremsbeläge, das
heißt
zur gleichmäßigen flächigen Beanspruchung
dieser sind die Formhebel jeweils zum Bereich ihrer unteren Enden hin
in einer Richtung senkrecht zur Ebene der oberen Enden ausgedehnt.
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Zur
vorteilhaft gleichzeitigen Realisierung einer Parkbremse weist die
Zuspannplatte in einer bevorzugten Ausführung im Bereich der ersten
oberen Auflager an ihrer diesen Auflagern gegenüberliegenden Seite zweite obere
Auflager auf, über
welche die Zuspannplatte jeweils an einem Vorsprung verschwenkbar
gelagert ist, wobei die Schwenkachsen dieser zweiten oberen Auflager
parallel zu den Schwenkachsen der ersten oberen Auflager und der Längsrichtung
der Zuspannplatte verlaufen, wobei sie in Querrichtung der Zuspannplatte
versetzt zu den Schwenkachsen der ersten oberen Auflager angeordnet
sind. Dadurch ergibt sich bei Betätigung der Parkbremse mittels
einer Hebelwirkung eine Selbsthaltefunktion.
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In
weiterer bevorzugter Ausführung
ist vorgesehen, dass zwischen der Zuspannplatte und dem Bremssattel
eine Nachstelleinrichtung zur Verschleißnachstellung angeordnet ist.
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Eine
Feder ist zum Zurückholen
des Bremsbelags sowie zum Zusammenhalt von Bremsbelag, Formhebel,
Zuspannplatte und Nachstelleinrichtung vorgesehen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführung
sieht vor, dass der elektromotorische Aktuator in Wirkverbindung
mit mindestens einem Getriebe zur Aufbringung einer Zuspannkraft
auf die Zuspannvorrichtung steht. In vorteilhafter Weise ist nur
dieser eine Aktuator notwendig, um drei verschiedene Zustellaufgaben auszuführen. Dieses
wird dadurch ermöglicht,
dass das Getriebe aus einem ersten Getriebe und einem zweiten Getriebe
besteht, welche Abtriebsausgänge zum
Aufbringen einer Zuspannkraft auf die Zuspannvorrichtung, zum Aufbringen
einer Kraft auf die Nachstelleinrichtung und zum Aufbringen einer
Kraft auf die Verschleißnachführung aufweisen.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Getriebe als Differenzialgetriebe ausgebildet
sind.
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In
bevorzugter Ausführung
sind die Getriebe jeweils zumindest mit einem Federstopper gekoppelt. Der
Vorteil hierbei besteht darin, dass eine schnelle Umschaltung zwischen
Winkel- und Bremsverstellung ohne Motorabbremsung durch die federnden Stopper
ermöglicht
ist. Weiterhin ergibt sich daraus ein vorteilhafter Überlastschutz
für den
Aktuator.
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In
einer weiteren Ausführung
ist vorgesehen, dass im Kraftfluss der Zuspannvorrichtung eine Löseeinrichtung
angeordnet ist.
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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 in Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Scheibenbremse;
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2 eine
schematischen Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 1 in
einer Queransicht, die zum Teil geschnitten ist; und
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3 eine
schematische Darstellung der zusammenwirkenden Formhebel in einer
Draufsicht.
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Gleiche
Bezugszeichen gelten für
Teile mit gleicher oder ähnlicher
Funktion.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Scheibenbremse 1 mit
einer Bremsscheibe 2 dargestellt, welche durch einen Bremsbelag 3 auf
einem Belagträger 4 gebremst
wird, wenn dieser an die in Pfeilrichtung rotierende Bremsscheibe 2 angedrückt wird. Der Übersichtlichkeit
halber ist nur ein Bremsbelag 3 dargestellt, der in einem
Bremssattel 10 angeordnet ist, von dem nur ein Teil als
Gegenlager gezeigt ist.
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Der
Bremsbelag 3 steht über
seinen Belagträger 4 mit
einer Zuspannvorrichtung in Wirkverbindung, die zwei Formhebel 11 und 12 aufweist,
welche ihn gegen eine Zuspannplatte 20 abstützen. Die
Zuspannplatte 20 ist wiederum auf der den Formhebeln 11, 12 gegenüber liegenden
Seite über
eine Nachstelleinrichtung 21 zur Verschleißnachstellung
des Bremsbelags 3 an dem Bremssattel 10 abgestützt. Bremssattel 10,
Nachstelleinrichtung 21, Zuspannplatte 20, Formhebel 11 und 12 und
Bremsbelag 3 werden durch eine Feder 25 zusammengehalten, welche
auch als Rückholfeder
dient.
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Die
Formhebel 11, 12 besitzen jeweils einen Hebelabschnitt 16, 16', die sich gegenüber stehen und
miteinander in Wirkverbindung über
Verbindungselemente 35 stehen, wie 3 in einer
Draufsicht schematisch zeigt. Ihre Wirkungsweise wird später ausführlicher
erläutert.
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Diese
Hebelabschnitte 16, 16' sind mit einer zweiten Laufschiene 27 verbunden,
die parallel zu einer ersten Laufschiene 26 angeordnet
ist, welche sich an der Zuspannplatte 20 befindet. Zwischen
den Laufschienen 26 und 27 ist eine Keilwinkelnachführeinrichtung
mit Bauteilen 28 bis 33 zur Einstellung eines
Keilwinkels α des
Bremsbelags 3 zur Bremsscheibe 2 angeordnet. Diese
Nachführeinrichtung wird
weiter unten beschrieben.
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Die
Zuspannplatte 20 weist eine Bremsverstellung 23 auf,
die mit einem Abtriebsausgang A2 eines zweiten Getriebes 7 in
Wirkverbindung steht. In diesem Beispiel handelt es sich um eine
Gewindespindel und einem an der Zuspannplatte 20 befestigten
Mutternteil.
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Die
Nachstelleinrichtung für
den Keilwinkel α steht
mit einer Keilwinkelnachführung 32,
beispielsweise auch eine Gewindespindel, über ein Umlenkgetriebe 34 mit
einem weiteren Abtriebsausgang A1 des zweiten Getriebes 7 in
Verbindung.
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Das
zweite Getriebe 7 wird von einem ersten Getriebe 6 über ein Übertragungselement,
zum Beispiel eine Welle, angetrieben. Das erste Getriebe 6 besitzt
einen Abtriebsausgang A3, der zur Betätigung der Verschleißnachführung 24,
die in diesem Beispiel aus einer Zahnstange mit Keilen besteht,
die jeweils Vorsprünge 22 aufweisen,
an denen die Zuspannplatte 20 um ihre Längsachse verschwenkbar gelagert
ist, wie 2 in einer Schnittdarstellung
zeigt.
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Das
erste Getriebe 6 steht mit einem elektromotorischen Aktuator 5 in
Wirkverbindung, beispielsweise über
eine Welle, deren Drehung durch einen Pfeil schematisch angedeutet
ist. Beide Getriebe 6 und 7 sind in diesem Beispiel
als Differentialgetriebe ausgeführt.
Sie weisen jeweils Federstopper 9 auf, die eine schnelle
Umschaltung zwischen Keilwinkel- und Bremsverstellung ohne Abbremsung
des Aktuators 5 ermöglichen.
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Es
wird nun mit Bezugnahme auf 1, 2 und 3 die
Funktionsweise beschrieben.
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Der
Abtriebsausgang A2 des zweiten Getriebes 7 bewirkt eine
Zuspannkraft durch Krafteinleitung in Bauteil 23 an der
Zuspannplatte 20 (siehe 2) in einer
nach oben weisenden Richtung, wobei die Zuspannplatte 20 um
eine Achse parallel zu ihrer Längsachse,
die durch den Vorsprung 22 verläuft, nach oben verschwenkt
wird. Dabei wirkt ihr der Krafteinleitung gegenüberliegendes Ende mit einem ersten
oberen Auflager auf obere Enden 14, 14', 15, 15' der Formhebel 11 und 12,
die diese Bewegung auf den Bremsbelag 3 über den
Belagträger 4 so übertragen,
dass der Bremsbelag 3 an die Bremsscheibe 2 angedrückt wird
(1). Dabei ist es vorteilhaft für eine gleichmäßig Anpressung
des Bremsbelags 3 an die Bremsscheibe 2, dass
die unteren Bereiche der Formhebel 11, 12 in Querrichtung
zur Längsachse
der Zuspannplatte 20 ausgedehnt ausgebildet sind.
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Der
Keilwinkel α (1)
wird durch die Keilwinkelnachführeinrichtung
festgelegt und ist durch diese auch während des Bremsens über den
Getriebeabtrieb A1 verstellbar. Wie 2 zeigt,
weist die Keilwinkelnachführeinrichtung
eine Kugel 30 auf, die auf der unteren Laufschiene 27 geführt ist
und mit einer Rolle 31 formschlüssig zusammenwirkt, die ein Profil
aufweist, das der Kugel 30 entspricht. An der Oberseite
der Rolle 31 ist diese an der oberen Laufschiene 26 geführt, deren
Profil dem der Kugel 30 entspricht. Die obere Laufschiene
ist mit der Zuspannplatte 20 verbunden und parallel zu
der unteren Laufschiene 27 angeordnet.
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Die
Kugel 30 und die Rolle 31 sind in einem Führungskäfig 31 geführt angeordnet,
wobei sie (1) von Führungsrollen 28 und 29 umfasst
sind. Der Führungskäfig 31 steht
mit der Keilwinkelnachführung 32 und
dem Getriebeabtriebsausgang A1 in Wirkverbindung. Der Keilwinkel α ist dadurch
verstellbar, dass der Käfig 31 in
Längsrichtung
der Zuspannplatte 20 verstellbar angeordnet ist.
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Die
Formhebel 11, 12 sind V-förmig ausgebildet, das heißt, dass
ihre beiden oberen Enden 14, 14'' 15, 15'' und ihre unteren Enden 13, 13' jeweils ein
V bilden (1). Dadurch wird eine Verschwenkbewegung
bei Bremsung in der in 1 mit dem unteren Pfeil dargestellten
Bewegungsrichtung der Bremsscheibe 2 jeweils um die ersten
oberen Enden 14 und 14' der Formhebel 11, 12 in
den korrespondierenden Auflagern 18 an der Unterseite der
Zuspannplatte 20 ermöglicht.
In entgegengesetzter Richtung des Pfeils erfolgt eine Verschwenkung
um die zweiten oberen Enden 15 und 15', wobei jeweils
eine Verschwenkung der Formhebel 11, 12 mit ihren
unteren Ende 13, 13' in
den unteren Auflagern 17, 17' am Bremsbelag 3 erfolgt.
Somit ist eine Bremswirkung in beiden Drehrichtungen der Bremsscheibe 2 gewährleistet.
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Eine
Parkbremsfunktion ist durch den Aufbau gemäß 2 ermöglicht,
wobei eine versetzte Anordnung des ersten oberen Auflagers 18 und
des zweiten oberen Auflagers 19 in Querrichtung der Zuspannplatte 20 dafür sorgt,
dass bei einer Verschwenkung der Zuspannplatte 20 um das
zweite obere Auflager 19 in Zusammenwirkung mit dem ersten
oberen Auflager 18 in einem bestimmten Verschwenkwinkel
und bei entsprechender Dimensionierung eine Selbsthaltung und Festklemmung
des Bremsbelags 3 mit der Bremsscheibe 2 erfolgen kann.
Diese Selbsthaltung kann aber auch durch Ausführung der Bauteile zum Getriebeabtrieb
A2 in Gewindespindelform erfolgen, wobei die Gewindespindel selbsthaltend
ausgebildet ist. Eine Bewegung der Bremsscheibe 2 ist durch
die V-förmige
Ausbildung der Formhebel 11, 12 in oben beschriebener Weise
bei angestellter Parkbremse unterbunden.
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Die
Formhebel 11, 12 sind in diesem Beispiel so ausgebildet,
dass ihre Hebelabschnitte 16, 16' in Querrichtung der Zuspannplatte 20 nebeneinander angeordnet
sind, wie 3 zeigt. Sie sind über Verbindungselemente 35,
die nur angedeutet sind, beweglich gekoppelt. Die oberen Enden 14, 14', 15, 15' sind in diesem
Beispiel halbkugelförmig
ausgeführt, wobei
die unteren Enden 13, 13' sich in Querrichtung der Zuspannplatte 20 senkrecht
zu den Hebelabschnitten 16, 16' ausdehnen und im Querschnitt halbkreisförmig sind.
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Die
erfindungsgemäße Scheibenbremse weist
demgemäß folgende
Vorteile auf:
- – Eine Keilwinkelverstellung
ist auch während
eines Bremsvorgangs möglich.
- – Eine
Krafteinleitung der Selbstverstärkung
für einen
spitzen Keilwinkel ist über
die V-förmigen Formhebel 11, 12 ermöglicht,
wodurch sich geringe Keilwinkelverstellkräfte ergeben.
- – Durch
die reibungsarme Keilwinkelnachführeinrichtung
mit Kugel 30 und Rolle 31 ergeben sich sehr geringe
Reibkräfte
hierzu.
- – Die
Möglichkeit
einer Parkbremse mit Selbstverstärkung
ist zusätzlich
gegeben.
- – Dazu
ergeben die V-förmigen
Formhebel 11, 12 die Parkbremsfunktion in beiden
Drehrichtungen der Bremsscheibe 2.
- – Es
ist eine große
Kraftverstärkung
der elektromotorischen Parkbremszustellung durch große Hebelübersetzung
(Querausdehnung der Zuspannplatte 20) mit mechanischer
Selbsthaltung durch Gewindespindelantrieb möglich.
- – Es
wird nur ein gemeinsamer Aktuator 5 für Winkel-, Brems- und Verschleißverstellung
benötigt.
- – Eine
schnelle Umschaltung zwischen Winkel- und Bremsverstellung ohne
Abbremsung des Aktuators 5 ist durch Federstopper 9 am
Differenzialgetriebeausgang möglich.
- – Ein Überlastschutz
des Aktuators 5 bei schneller Verstellkraftzunahme besteht
durch den Federstopper 9 ebenfalls.
- – Die
Kraft zur Verstellung des Keilwinkels über dem Bremszustellweg ist
bei maximaler Zustellkraft ausgeglichen, da die Laufschienen 26, 27 zwischen
Kugel 30 und Rolle 31 parallel verlaufen (max.
relativer Fehlwinkel beim Bremsanlegepunkt).
- – Eine
automatische Bremslösung
bei Stromausfall mit kleiner Zustellübersetzung und Keilwinkelregelung
ist immer im Bereich des Nichtselbsteinzugs.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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So
können
zum Beispiel andere formschlüssige
Rollelemente anstelle von Kugel 30 und Rolle 31 verwendet
werden.
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Weiterhin
kann eine zusätzliche
Bremslöseeinrichtung
in den Zustellkraftfluss eingebracht werden.
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- 1
- Scheibenbremse
- 2
- Bremsscheibe
- 3
- Bremsbelag
- 4
- Belagträger
- 5
- Aktuator
- 6
- Erstes
Getriebe
- 7
- Zweites
Getriebe
- 8
- Übertragungselement
- 9
- Federstopper
- 10
- Bremssattel
- 11
- Erster
Formhebel
- 12
- Zweiter
Formhebel
- 13,
13'
- Unteres
Ende
- 14,
14'
- Erstes
oberes Ende
- 15,
15'
- Zweites
oberes Ende
- 16,
16'
- Hebelabschnitt
- 17,
17'
- Unteres
Auflager
- 18
- Erstes
oberes Auflager
- 19
- Zweites
oberes Auflager
- 20
- Zuspannplatte
- 21
- Nachstelleinrichtung
- 22
- Vorsprung
- 23
- Bremsverstellung
- 24
- Verschleißnachführung
- 25
- Feder
- 26
- Erste
Laufschiene
- 27
- Zweite
Laufschiene
- 28
- Erste
Führungsrolle
- 29
- Zweite
Führungsrolle
- 30
- Kugel
- 31
- Rolle
- 32
- Keilwinkelnachführung
- 33
- Führungskäfig
- 34
- Umlenkgetriebe
- 35
- Verbindungselement
- A1...3
- Abtriebsausgang
- α
- Keilwinkel