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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Lagerung einer Welle,
nämlich
einer Nockenwelle für
die Betätigung
einer Trommelbremse für
Fahrzeuge oder dgl., bei welcher die Nockenwelle über einen
Lagerabschnitt in einem Lagerauge des z. B. an dem Fahrzeugachskörper befestigten
Bremsträgers
gelagert und axial unverrückbar
gehalten ist und benachbart des Lagerabschnitts einen z. B. S-förmigen Nocken
zur Betätigung
der Bremsbacken trägt,
sowie mit einem Gestängesteller
für die
Nockenwelle im Bereich des dem Bremsträger gegenüberliegenden Endes der Nockenwelle.
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Eine
derartige Lagereinrichtung ist beispielsweise aus der
EP 0 306 851 B1 bekannt.
Die Lagerung der Nockenwelle erfolgt danach in Buchsen aus verschiedenen
Materialien wie Messing oder Kunststoff. Solche Lagerungen müssen schon
bei der Erstmontage mit einem Gleitmittel, vorzugsweise Gleitlagerfett,
versehen und nach Inbetriebnahme regelmäßig gewartet, das heißt nachgefettet
werden. Zur Erzielung größerer Wartungsintervalle
können
zusätzlich
konstruktiv vorgesehene Dichtelemente, wie Radialwellendichtungen,
O-Ringe oder Fettvorkammern die Gleitflächen gegen vorzeitige Verschmutzung schützen. Die
Rückstellung
der Nockenwelle wird durch eine Schraubenzugfeder unterstützt, welche zwischen
einem Gestängesteller
und einer Grundplatte montiert ist.
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Aus
der
EP 0 046 510 B1 ist
im Bereich des dem Bremsträger
gegenüber
liegenden Endes einer Bremswelle einer Innenbackenbremse ein Stützlager für die Bremswelle
mit einer an dem Achskörper
befestigten Stützplatte
und zwei mit dieser verbundenen Blechschalen sowie einer zwischen
den Blechschalen eingespannten Lagerbuchse bekannt. Die Lagerbuchse
besteht aus Gummi und ist mit den Blechschalen rutschfest auf der
Bremswelle festgespannt. Hierzu müsste die Gummischichtdicke,
welche in der Lage wäre,
den möglichen
Gesamtverdrehwinkel von etwa 120°,
das heißt
vom Neuzustand der Bremsbeläge
bis hin zur Mindestbremsbelagdicke, zu überbrücken, so groß sein,
dass zwangsläufig
eine radiale Nachgiebigkeit und ein zu großes seitliches Auswandern des
Nockenwellenendes durch die quer angreifende Bremszylinderkraft zur
Folge hätte
und damit die Nockenwelle im bremsträgerseitigen nicht nachgiebigen
Lager verkantet und verklemmen würde.
Außerdem
ist bei dieser Ausführung
die Funktion von automatisch nachstellenden Gestängestellern nicht möglich, denn
eine solche setzt voraus, dass die radiale Nachgiebigkeit oder ein
Spiel des Lagers an dem Gestängesteller klein
ist. Eine große
radiale Nachgiebigkeit in einem solchen gestängestellerseitigen Bremswellenlager hat
außerdem
zur Folge, dass zumindest bei stärkerer
Abbremsung die Bremswirkung erheblich reduziert ist, weil der Hub
des Membran-Bremszylinders vorzeitig erschöpft ist. Außerdem reichte bei einer solchen
Ausbildung der Lagerbuchse die Rückstellkraft
durch die zwangsläufig
erforderliche Weichheit und Schichtdicke des Gummimaterials alleine
nicht aus, um die Rückzugsfeder
entbehrlich zu machen.
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Die
GB 1,129,943 A und
die
GB 661,643 A betreffen
Rutschkupplungen, die bei Überschreiten eines
Grenzdrehmomentes eine Relativbewegung zwischen Eingangs- und Ausgangswelle
erlauben, in dem ein elastisches Zwischenglied auf einer der beiden
Wellen gleitet, wobei die Gleitbewegung erst nach einer vorbestimmten
elastischen Verformung des Zwischenglieds in Umfangsrichtung einsetzt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wellenlagerung der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, welche nahezu verschleißfrei arbeitet,
weitgehend wartungsfrei ist und ggf. gleichzeitig die Funktion der
Rückzugsfeder
zwischen Gestängesteller
und Grundplatte im Wesentlichen übernehmen kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Lagerung einer Nockenwelle
gemäß Anspruch
1 gelöst,
und insbesondere durch wenigstens ein bremsträgerseitiges Lagerelement aus
dauerelastischem Material, welches auf dem Lagerabschnitt verdrehelastisch
derart radial vorgespannt ist, dass nach einem vorgegebenen Verdrehwinkel
ein Durchrutschen der Nockenwelle gegenüber dem Lagerelement erfolgt.
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Die
radiale Vorspannung des Lagerelements ist dabei also so ausgelegt,
dass das Lagerelement nicht rutschfest auf dem Lagerabschnitt der
Nockenwelle sitzt aber auch die Nockenwelle nicht schon bei Bremsbetätigung von
Anfang an in dem Lagermaterial durchrutscht und damit das Rückstellmoment
unzulässig
stark abbaut. Die Vorspannung ist vielmehr so abgestimmt, dass ein
gezieltes Durchrutschen erst nach einem vorbestimmten Verdrehwinkel,
z. B. nach mindestens 25°,
der Nockenwelle erfolgt. Damit kann sichergestellt werden, dass
eine radiale Anpassungs-Gleitverschiebung zwischen Nockenwelle und dem
dauerelastischen Material erst stattfindet, nachdem der automatische
Gestängesteller
aufgrund fortschreitenden Belagverschleißes mindestens einmal nachgestellt
hat. Die radiale Anpassungs-Gleitverschiebung ist dabei aber nicht
so groß,
dass das rückstellende
Moment nach einer Anpassungs-Gleitverschiebung
unzulässig
stark abgemindert wird. Bei Bremsungen wird die Nockenwelle sowohl
auf Torsion als auch auf Biegung beansprucht. Die Torsion ergibt
sich durch die Kraft des Bremszylinders und die Länge des
Gestängestellers
und wirkt sich nicht als Radialbelastung für die Lagerstelle im Bremsträger aus.
Die Biegung an der Nockenwelle wird durch das Bremsmoment, welches
zu einem kleineren Teil auf die S-Bremsnocke übertragen wird, erzeugt. Die
dabei erzeugte Radialkraft in der Lagerung entspricht etwa der Kraft,
welche auch die S-Nocke aufzunehmen hat. Wegen der auch in radialer
Richtung vorhandenen Elastizität
der erfindungsgemäßen Lagerung
verschiebt sich zwar die geometrische Mitte der Nockenwelle bei
Bremsbeanspruchungen. Solange es sich nur um Anpassungsbremsungen
(bis zu ca. 2 bar Bremszylinderdruck) handelt, ist dieser Effekt
jedoch vernachlässigbar.
Bei schweren Nutzfahrzeugen machen die sogenannten Anpassungsbremsungen
in der Regel mehr als 90% aller Abbremsungen aus und Vollbremsungen
treten äußerst selten
auf.
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Bei
starken Abbremsungen oder Vollbremsungen kann es notwendig sein,
eine größere Auslenkung
der Nockenwelle zu verhindern, um eine Servowirkung gering zu halten,
aber auch um eine Überlastung
des dauerelastischen Materi als des Lagerelements zu vermeiden. Zu
diesem Zweck ist bevorzugt wenigstens auf einer Seite neben dem
dauerelastischen Lagerelement im Bereich des Lagerabschnitts ein
z. B. buchsenartiger, starrer Wegbegrenzer für eine Spieleinschränkung von
z. B. 1 bis 3 mm der radialen Auslenkung der Nockenwelle vorgesehen.
Da dieser buchsenartiger Wegbegrenzer nur als radiale Wegbegrenzung
für eine
Auslenkung der Nockenwelle bei starken Bremsungen nach Ausschöpfung des
Spiels zur Anlage an den Lagerabschnitt der Nockenwelle kommt, kann
dieser auch so ausgeformt sein, dass er konstruktiv eine Spieleinschränkung nur
in Beanspruchungsrichtung darstellt.
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Langjährige Erfahrungen
haben gezeigt, dass die Lebensdauer von Nockenwellenlagerungen weniger
stark von der Bremshäufigkeit
und/oder der Bremsintensität
beeinflusst wird als von den Straßenverhältnissen. Die Fahrzeugachse
gehört
zur ungefederten Masse eines Fahrzeuges. Die quer zur Lagerung wirkenden
Erschütterungen,
die als Querbeschleunigungen auf die Nockenwelle wirken, verursachen
Schlagkräfte
auf deren Lagerungen, welche die Ursache für frühzeitige Zerstörung sind.
Aus diesem Grund fallen nur an Fahrzeugen die Lagerungen, insbesondere
Kunststofflagerungen, von Nockenwellen vorzeitig aus, welche überwiegend
auf Straßen
eingesetzt sind, die nicht dem mitteleuropäischen Standard entsprechen.
Auch dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Wellenlagerung beseitigt,
weil die Nockenwelle selbst spielfrei fest vorgespannt und radial
elastisch, das heißt
federnd, gelagert ist. Gerade diese radiale Elastizität in Kombination
mit dem konstruktiv vorgesehenen radialen Freiheitsgrad dämpft die
Querbeschleunigung erheblich und verhindert eine zerstörende Hammerwirkung.
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Das
dauerelastische Lagerelement ist vorzugsweise in seiner Grundform
im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet
und hat – in
nicht montiertem Zustand – einen
Innendurchmesser, welcher geringfügig kleiner als der Außendurchmesser
der Nockenwelle im Bereich des Lagerabschnitts ist. Auf diese Weise
hat das La gerelement bereits eine gewisse radiale Vorspannung, nachdem
die Nockenwelle hindurchgeschoben worden ist.
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Alternativ
kann der Innendurchmesser des Lagerelements aber auch zur Erleichterung
der Montage gleich oder geringfügig
größer sein
als der Außendurchmesser
der Nockenwelle im Bereich des Lagerabschnitts und das Lagerelement
auf dem Lagerabschnitt in dem gewünschten Maße einstellbar verspannbar
sein.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist das dauerelastische
Lagerelement in einem stationären
Gehäuse
aufgenommen und mit diesem drehfest verbunden. Dabei kann das dauerelastische
Lagerelement mittels mindestens einer konischen Gehäuseform
mindestens eines Teiles des Gehäuses
gegen den Lagerabschnitt verspannbar sein, so dass die gewünschte radiale
Vorspannung auf einfache Weise erzielbar ist.
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Um
die gewünschten
Gleitverhältnisse
zwischen Lagerabschnitt der Nockenwelle und dauerelastischem Lagerelement
zu sichern, kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche des Lagerabschnitts zu
beschichten, um dadurch beispielsweise weitgehend gegen Korrosion
zu schützen
und Veränderungen der
Reibungsbedingungen zu vermeiden.
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Die
erfindungsgemäße Wellenlagerung
ist grundsätzlich
wartungsfrei. Damit aber prozesssicher gleiche Reibungsverhältnisse über die
ganze Lebensdauer der Lagerung erhalten bleiben, kann es zweckmäßig sein,
dass wenigstens auf einer Seite des dauerelastischen Lagerelements
eine mittels äußerem Dichtelement,
z. B. einer Radialwellendichtung, abgeschlossene Fettkammer vorgesehen
ist.
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Zur
Abstimmung der geeigneten Vorspannung kann es ferner von Vorteil
sein, dass dass dauerelastische Lagerelement an seiner an dem Lagerabschnitt
anliegenden Innenfläche
profiliert ist.
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Während sich
die zuvor beschriebenen Erfindungsmerkmale auf die Lagerung der
Nockenwelle benachbart des Bremsträgers beziehen, ist in vorteilhafter
Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass benachbart
dem Gestängesteller
eine der benachbart dem Bremsträger
vorgesehenen Lagerungen analoge Lagerung der Nockenwelle an einer
fahrzeugachskörperfesten
Stütze
vorgesehen ist. Insbesondere bei einer derartigen auch im Bereich des
Gestängestellers
bevorzugt vorgesehenen erfindungsgemäßen Gesamtlagerung der Nockenwelle wird
das Zurückdrehen
der Nockenwelle beim Lösen der
Bremse so stark unterstützt,
dass wenigstens für diesen
Fall die sonst zwischen Gestängesteller
und Grundplatte zur Aufnahme des Bremszylinders montierte Rückzugsfeder
ersatzlos entfallen kann.
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Weitere
Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 schematisch,
teilweise geschnitten, eine erfindungsgemäße Lagereinrichtung im Bereich des
Bremsträgers,
welche als austauschbare Lagereinheit auf dem unveränderten
Lagerabschnitt einer herkömmlichen
Nockenwelle ausgebildet ist,
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2 eine
bremsträgerseitige
Lagereinheit entsprechend 1 bei vergrößerter Lagerabschnittsfläche,
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3 schematisch,
teilweise geschnitten, eine erfindungsgemäße Nockenwellenlagerung im Bereich
des Bremsträgers
bei angeschmiedetem (außen
geklemmtem) Bremsträgerauge,
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4 schematisch,
teilweise geschnitten, eine erfindungsgemäße Lagereinrichtung gemäß einer
anderen Ausführungsform
in einem (innen geschlitzten) Bremsträgerauge, mit buchsenförmigem Gehäuse für das Lagerelement,
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5 schematisch,
teilweise geschnitten, eine Lagereinrichtung nach der Erfindung
im Bereich des Gestängestellers
für die
Nockenwelle.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Lagereinrichtung
für eine
Nockenwelle 1 für
die Betätigung einer
Trommelbremse für
Fahrzeuge. Dabei ist die Nockenwelle 1 über einen Lagerabschnitt LB in einem Lagerauge 2 des Bremsträgers 3 aufgenommen, welcher
an dem Fahrzeugachskörper 4 befestigt
ist. Benachbart des Lagerabschnittes LB trägt die Nockenwelle 1 einen
S-förmigen
Nocken 6 zur Betätigung
der Bremsbacken. An dem dem Bremsträger 3 gegenüberliegenden
Ende der Nockenwelle 1 ist diese gemäß 5 mit einem
Gestängesteller 5 ausgestattet.
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Die
Lagereinrichtung gemäß 1 weist
wenigstens ein bremsträgerseitiges
Lagerelement EB aus (unter Berücksichtigung
der zum Teil hohen Temperaturen) dauerelastischem Material auf,
welches auf dem Lagerabschnitt LB der Nockenwelle 1 verdrehelastisch
derart radial vorgespannt ist, dass nach einem vorgegebenen Verdrehwinkel
der Nockenwelle 1 ein Durchrutschen derselben gegenüber dem
Lagerelement EB erfolgt. Der Verdrehwinkel,
nach welchem ein Durchrutschen der Nockenwelle 1 gegenüber dem
Lagerelement EB erfolgt, ist mindestens gleich
dem beim Bremsvorgang erforderlichen Drehwinkel der Nockenwelle 1 zuzüglich mindestens
dem Winkel, welcher bis zu nächsten
Stellung durch einen automatischen Gestängesteller 5 vorgegeben
ist.
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Neben
dem dauerelastischen Lagerelement EB ist
im Bereich des Lagerabschnitts LB ein z.
B. an einem stationären
Gehäuse 8 des
Lagerelements EB angebrachter und z. B.
buchsenartiger, fester Wegbegrenzer 9 für eine Spieleinschränkung der
radialen Auslenkung der Nockenwelle 1 vorgesehen. Das Radialspiel
SP kann im Bereich zwischen 1 und 3 mm liegen.
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Das
dauerelastische Lagerelement EB ist in seiner
Grundform im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet
und hat – in
nicht montiertem Zustand – vorzugsweise
einen Innendurchmesser, welcher geringfügig kleiner als der Außendurchmesser
der Nockenwelle 1 im Bereich des Lagerabschnitts LB ist, um nach der Montage mit entsprechender
Vorspannung auf der Nockenwellen 1 sitzt.
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Das
dauerelastische Lagerelement EB ist in einem
stationärem
Gehäuse 8 aufgenommen
und mit diesem drehfest verbunden. An dem Gehäuse 8 kann der Wegbegrenzer 9 befestigt
sein. Das Gehäuse 8 ist
in dem dargestellten Fall zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden
Teile innen konische Gehäuseformen
aufweisen, wodurch beim Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile
das elastische Lagerelement EB gegen den
Lagerabschnitt LB verspannbar ist.
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In
diesem Fall kann zur Vereinfachung der Montage der Innendurchmesser
des Lagerelements EB gleich oder geringfügig größer als
der Außendurchmesser
der Nockenwelle 1 im Bereich des Lagerabschnitts LB sein, so dass zum Beispiel während des
Zusammenziehens der beiden konischen Gehäuseteile die gewünschte Verspannung
erzielbar ist.
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Um
weitgehend unveränderte
Bedingungen für
das gewollte Durchrutschen der Nockenwelle 1 bei einem
Bremsvorgang gegenüber
dem Lagerelement EB zu gewährleisten,
ist die Oberfläche
des Lagerabschnitts LB z. B. gegen Korrosion
beschichtet.
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An
beiden Enden des Gehäuses 8 befinden sich
als Radialwellendichtungen ausgebildete Dichtelemente 10,
so dass innerhalb abgeschlossene Fettkammern 7 gebildet
sind.
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Während nach 1 die
Lagereinrichtung als austauschbare Lagereinheit ausgebildet ist,
welche auf dem bremsträgerseitigen
Lagerabschnitt LB aufsetzbar ist, ist bei
der Ausführung
gemäß 2, ebenfalls
bei Austauschbarkeit als Lagereinheit, der Lagerabschnitt LB gegenüber
der Ausführung
in 1 vergrößert. Hier
befindet sich das Lagerelement EB innerhalb
der einen Gehäusehälfte, welche innen
leicht konisch ausgebildet ist, so dass beim Zusammenfügen der
beiden Hälften
des Gehäuses 8 das
dauerelastische Lagerelement EB zur Anlage
an den Wegbegrenzer 9 kommt und gegenüber dem Lagerabschnitt LB in der gewünschten Weise vorgespannt wird.
Der Wegbegrenzer 9 ist in der anderen Hälfte des Gehäuses 8 festgelegt,
welche demzufolge nicht konisch ausgebildet zu sein braucht.
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3 veranschaulicht,
teilweise geschnitten, eine erfindungsgemäße Lagereinrichtung, bei welcher
die Nockenwelle 1 in einem angeschmiedeten Lagerauge 2 des
Bremsträgers 3 aufgenommen ist,
welche außen
geklemmt ist. In diesem Fall ist das Gehäuse 8 zylindrisch
ausgebildet und das elastische Lagerelement EB auf
einer Seite mit einer Dichtlippe 13 zur Begrenzung einer
Fettkammer 7 ausgestattet.
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4 zeigt,
teilweise geschnitten, eine weitere erfindungsgemäße Lagereinrichtung,
bei welcher das dauerelastische Lagerelement EB an
seiner Innenfläche,
mit welcher sie an dem bremsträgerseitigen
Lagerabschnitt LB anliegt, mit einer Profilierung 14 versehen
ist. In diesem Fall sind beidseits des dauerelastischen Lagerelementes
EB Wegbegrenzer 9 zur Schaffung
eines jeweiligen Radialspiels SP an der
Innenseite des hülsenartigen
Gehäuses 8 festgelegt.
Die Lagerung ist in einem angeschmiedeten Lagerauge 2 des
Bremsträgers 3,
welche innen geklemmt ist, vorgenommen.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäße Lagereinrichtung
im Bereich des Gestängestellers 5 der Nockenwelle 1,
welche über
einen Lagerabschnitt LG in einem Lagerelement
EG vorgespannt sitzt. Die Lagereinrichtung
ist analog zu den Lagereinrichtungen im Bereich des Bremsträgers 3 ausgebildet.
Insbesondere wenn die Nockenwelle 1 beidendig in dieser Weise
vorgespannt gelagert ist, sind die Rückstellkräfte der dauerelastischen Lagerelemente
EB, EG hinreichend
groß,
so dass die sonst übliche
Rückzugsfeder
für die
Rückführung der
Nockenwelle 1 in ihre Ausgangslage nach einem Bremsvorgang
entfallen kann.
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Lagerauge
- 3
- Bremsträger
- 4
- Fahrzeugachskörper
- 5
- Gestängesteller
- 6
- Nocken
- 7
- Fettkammern
- 8
- Gehäuse
- 9
- Wegbegrenzer
- 10
- Dichtelemente
- 11
- Stütze
- 12
- konische
Gehäuseform
- 13
- Dichtlippe
- 14
- Profilierung
- EB
- Lagerelement
(bremsträgerseitig)
- EG
- Lagerelement
(gestängestellerseitig)
- LB
- Lagerabschnitt
(bremsträgerseitig)
- LG
- Lagerabschnitt
(gestängestellerseitig)
- SP
- Radialspiel