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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsbetätiger, insbesondere einen Luftzylinderbetätiger für luftbetätigte Bremsen in der für schwere Nutzfahrzeuge typischen Art.
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Es sind zwei Arten pneumatischer Bremsbetätiger bekannt. Beide Betätigerarten sind hinten an einem Bremssattel montiert und beinhalten eine Kolbenstange, die an eine entsprechende Pfanne an einem Hebelabschnitt einer Betätigerwelle innerhalb des Bremssattels angrenzt. Durch die Axialbewegung der Kolbenstange wird somit die Betätigerwelle in Drehung versetzt. Aufgrund ihrer Geometrie bewirkt die Betätigerwelle, dass die mit langem Hub und geringer Kraft wirkende Eingabe von der Kolbenstange in eine mit hoher Kraft und kurzem Hub auf die Bremsstössel und den innenliegenden Bremsbelag einwirkende Ausgabe umgewandelt wird.
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Bei einer Betätigerart ist die Kolbenstange mit einer flexiblen Membran verbunden, die zwischen zwei Pressstahlblechen eingelegt ist, um eine Luftkammer mit zwei Bereichen zu bilden, die in einer luftdichten Weise durch die Membran unterteilt sind. Druckluft wird in einen der Bereiche eingeleitet, und der Differenzialdruck bewirkt die Axialbewegung der Kolbenstange. Die Kammer ist über eine Schraubverbindung am Bremssattel befestigt. Beispiele solcher Bremsbetätiger sind in der
DE 199 35 629 A1 und der
US 2004/0250679 A1 gezeigt.
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Die vorstehenden Betätiger haben eine Reihe von Nachteilen:
- 1. Der Betätiger ist sperrig (wodurch Fahrzeugaufhängungen in ihrer Konstruktion eingeschränkt werden).
- 2. Durch den Platzbedarf der Betätigermontageanordnung wird das Bremsgehäuse in seiner Konstruktion eingeschränkt und der Platz im Gehäuseinneren für interne Bauteile begrenzt.
- 3. Die flexible Membran hat eine begrenzte Lebensdauer und muss gewartet werden.
- 4. Die Kolbenstange wird lediglich durch die interne Rückholfeder der Bremse in Kontakt mit der Betätigerwelle der Bremse gehalten. Bei Betätigungen mittels elektrischer Parkbremse, die direkt auf die Betätigerwelle einwirken, trennt sich die Kolbenstange, wenn die Betätigerwelle zum Parken im Vorwärtsgang verriegelt wird, von der Betätigerwelle und muss zurück in ihre Position geführt werden, um die Bremse erneut betätigen zu können.
- 5. Die Verbindung zwischen der Bremse und dem Betätiger muss abgedichtet werden.
- 6. Die nicht druckbeaufschlagte Seite des Betätigers wird zur Atmosphäre entlüftet. Daher muss zwischen diesem Bereich und den Innenteilen der Bremse eine weitere Dichtung vorgesehen werden, um das Risiko, dass Fremdstoffe in die Bremse eindringen und Korrosion oder andere Schäden bewirken, zu minimieren.
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Um einigen dieser Probleme zu begegnen, ist eine zweite Betätigerart vorgeschlagen worden, d. h. ein Betätiger in Kolbenausführung. In derartigen Betätigern ist die flexible Membran durch einen starren Kolben ersetzt, der in einem Zylinder mit einem konstanten Querschnitt bewegbar ist und eine Art von Dichtungsanordnung aufweist, wodurch der Differenzialluftdruck erzeugt werden kann, der die Axialbewegung des Kolbens und der Kolbenstange bewirkt. Beispiele derartiger Betätiger sind beispielsweise in
JP60049141 (Hino Motors),
EP0944511 (Knorr-Bremse) und
WO03/064232 (Volvo Lastvagnar) beschrieben.
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Es wurde jedoch festgestellt, dass solche bekannten Konstruktionen immer noch eine Anzahl von Nachteilen aufweisen, zu denen beispielsweise die Notwendigkeit zählt, einen tiefen Kolben verwenden zu müssen, um im Gebrauch ein Blockieren oder Festfressen des Kolbens zu verhindern. Es bereitet ebenfalls Schwierigkeiten, in Verbindung mit der kombinierten Schwenk- und Axialbewegung, der die Kolbenstange und der Zylinder unterliegen, wenn sie während der Betätigung in Eingriff mit der Betätigerwelle gebracht werden, eine wirksame Dichtung aufrechtzuerhalten, wobei die Kolbenstange typischerweise im Verhältnis zum Kolben eine Schwenkbewegung ausführen muss, sowie sicherzustellen, dass der Bremssattel frei von externen Schmutzstoffen bleibt.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, die Probleme nach dem Stand der Technik zu überwinden oder zumindest abzuschwächen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Luftbremsbetätiger in Kolbenausführung bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen Zylinder mit einer internen Gleitoberfläche mit im Wesentlichen einheitlichem Querschnitt; einen Kolben, der so dimensioniert ist, dass eine im Wesentlichen luftdichte, axiale Gleitpassung innerhalb des Zylinders gegeben ist; sowie eine Kolbenstange, die für einen Eingriff in eine schwenkbare Betätigerwelle einer Scheibenbremse starr am Kolben gesichert ist, wobei der Kolben mit einer passenden Umfangsdichtung ausgestattet ist, um eine Gelenkbewegung des Kolbens zuzulassen, wenn die Kolbenstange in die Betätigerwelle während der Schwenkbewegung davon eingreift.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Luftbremsbetätiger in Kolbenausführung bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen äußeren Zylinder; eine Auskleidung innerhalb des Zylinders mit einer internen Gleitoberfläche mit im Wesentlichen einheitlichem Querschnitt; sowie einen Kolben, der so konfiguriert ist, dass er sich axial gegenüber der Auskleidung gleitend bewegen kann und gleichzeitig eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung aufrechterhalten wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine luftbetätigte Scheibenbremse bereitgestellt, die einen Sattel und einen Luftbetätiger umfasst, wobei der Luftbetätiger durch einen gleitbaren Kolben in einen druckzubeaufschlagenden Bereich und einen nicht druckzubeaufschlagenden Bereich getrennt ist, wobei der nicht druckbeaufschlagte Bereich in Fluidverbindung mit dem Inneren des Sattels steht und der nicht druckbeaufschlagte Bereich und das Innere des Sattels im Wesentlichen abgedichtet sind, um ein Eindringen von Schmutzstoffen aus der Atmosphäre zu unterbinden.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Betätigerwelleneinsatz zur Sicherung an einer Scheibenbremsbetätigerwelle mit einer Pfanne zur Aufnahme einer Kolbenstange eines Scheibenbremsbetätigers bereitgestellt, wobei der Einsatz passend zur Pfanne geformt ist und eine vorspringend oder rückspringend ausgeformte Oberfläche umfasst, um einen Schwenkkontakt mit der Kolbenstange zu ermöglichen, wobei der Einsatz aus Kunststoffmaterial oder aus kunststoffbeschichtetem Material besteht.
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Der Betätigerwelleneinsatz umfasst vorzugsweise eine Ausbildung, um den Einsatz an der Betätigerwelle festzuhalten.
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Der Betätigerwelleneinsatz kann aus einem technischen Kunststoffmaterial oder aus PTFE auf einem metallischen Grundkörper bestehen.
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Die Oberfläche des Einsatzes ist vorzugsweise schalenförmig ausgebildet. Der Einsatz ist vorzugsweise selbstabstützend ausgeführt (d. h. er benötigt keine umgebende Konstruktion für einen Kolbenstangeneingriff).
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolbenstangeneinsatz zur Sicherung an einer Kolbenstange eines Luftbremsbetätigers bereitgestellt, wobei der Kolbenstangeneinsatz eine vorspringend oder rückspringend ausgeformte Oberfläche umfasst, um einen Schwenkeingriff mit einer Scheibenbremsbetätigerwelle zu ermöglichen.
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Der Kolbenstangeneinsatz umfasst weiterhin vorzugsweise eine Ausbildung zur Befestigung an einer Kolbenstange.
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Der Kolbenstangeneinsatz besteht vorzugsweise aus Stahlmaterial.
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Die Oberfläche des Einsatzes ist vorzugsweise teilkugelförmig ausgebildet.
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Der Kolbenstangeneinsatz umfasst weiterhin vorteilhafterweise eine Rückhalteausbildung, die so konfiguriert ist, dass eine Presspassung mit einer Federrückhalteplatte erzielt wird.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bremsenuntereinheit bereitgestellt, die eine Betätigerwelle mit einem Einsatz gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sowie eine Kolbenstange mit einem Kolbenstangeneinsatz gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei der Kolbenstangeneinsatz so konfiguriert ist, dass er an den Betätigerwelleneinsatz angrenzt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
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1 eine vertikale Schnittansicht durch eine Bremse mit einem Bremsbetätiger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Bremsbetätigers von 1;
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3 eine Ansicht des gleichen Bauteils aus 2 in einem zusammengebauten Zustand;
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4 eine Schnittansicht durch einen Bremsbetätiger gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Schnittansicht durch eine Bremse gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine perspektivische Ansicht einer Bremse gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6A eine Schnittansicht durch 6 entlang der Linie 6-6;
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7 eine perspektivische Ansicht der Verbindung zwischen Kolbenstange und Betätigerwelle von 5; und
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8A und 8B Seitenansichten, die die Verbindung zwischen Kolbenstange und Betätigerwelle in einem Bremsen-Aus- bzw. einem Bremsen-Ein-Zustand zeigen.
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1 zeigt eine luftbetätigte Lastkraftwagenscheibenbremse 10, die einen im Verhältnis zur Achse des abzubremsenden Rads fixierten Bremsträger 12, einen Bremssattel 14, der einen Gehäuseabschnitt 16 und einen Brückenabschnitt 18 umfasst, sowie einen Luftbetätiger 20 umfasst. Die Bremse 10 ist in Schwimmsattelausführung vorgesehen, d. h. der Sattel 14 ist im Verhältnis zum Träger 12 in einer Richtung parallel zu einer Achse X, um die sich ein (nicht dargestelltes) abzubremsendes Rad und eine Bremsscheibe 15 drehen, gleitend bewegbar. Eine solche Gleitbewegung erfolgt, wenn eine Kolbenstange 22 bewirkt, dass sich, aus der Sicht von 1, eine Betätigerwelle 24 in einer entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung dreht, wodurch es wiederum zu einem Kontakt mit dem Stößel 26 eines Verschleißeinstellmechanismus 28 kommt, was zur Folge hat, dass ein innenliegender Bremsbelag 30 hin zur Bremsscheibe bewegt wird. Die durch diesen Kontakt bewirkte Reaktion wird durch die Brücke 18 des Sattels und dann an einen außenliegenden Bremsbelag 32 übertragen, der, da sich der Sattel 14 gleitend bewegen kann, ebenfalls in Kontakt mit der Bremsscheibe gebracht wird. Als eine Folge davon wird die Scheibe 15 zwischen den zwei Bremsbelägen 30 und 32 eingeklemmt, wodurch eine Reibwiderstandsbelastung auf die Scheibe ausgeübt wird, so dass ihre Drehung verzögert wird.
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Bei genauerer Betrachtung der Konstruktion des Luftbetätigers 20 ist erkennbar, dass eine außenliegende Endwand 34 des Luftbetätigers 20 an eine innenliegende Wand des Bremssattelgehäuses 16 integral angegossen ist, wodurch eine kreisförmige Platte mit einer durch die Mitte verlaufenden Öffnung für die Kolbenstange 22 entsteht. Der Rest des Luftzylinders ist aus einem aus gezogenem Stahl bestehenden Zylinder 36 gebildet, der einen zylindrischen Wandabschnitt 38 mit einer außenliegenden, nach außen gebogenen Umfangslippe 41 sowie eine innenliegende Endwand 40 umfasst. Die innenliegende Endwand 40 ist weiterhin mit einer Lufteinlass-/-auslassöffnung 42 ausgestattet. Der aus gezogenem Stahl bestehende Zylinder 36 ist durch eine geeignete Anordnung von Schrauben oder eine Umfangsklammer an der außenliegenden Endwand 34 des Luftbetätigers 20 gesichert. In anderen Ausführungsformen kann, anstelle von gezogenem Stahl, ein gegossener Zylinder, beispielsweise der in 6 gezeigte Zylinder aus Aluminiumguss, verwendet werden.
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Um die optimale Oberflächenglätte und damit die bestmögliche Abdichtung für den Betrieb des Betätigers sicherzustellen, ist an der Innenfläche der zylindrischen Wand 38 eine separate Auskleidung 44 vorgesehen. Die Auskleidung kann aus einem beliebigen geeigneten Material, beispielsweise aus nichttechnischen Kunststoffen oder Metall, bestehen. Das innere Ende 46 der Auskleidung ist mit einer nach außen gewandten Lippe versehen, die zwischen der angegossenen außenliegenden Endwand 34 des Zylinders und der entsprechenden, nach außen gebogenen Lippe 41 des aus gezogenem Stahl bestehenden Zylinders eingreift, um die Auskleidung 44 an ihrem Platz zu halten, wenn der Luftbetätiger zusammengebaut ist.
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Ein Kolben 46 ist gleitbar innerhalb des Zylinders 36 montiert und in dieser Ausführungsform integral mit der Kolbenstange 22 ausgebildet. Aus den 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Kolben mit einer Doppeldichtung 48a und b ausgestattet ist, die um die Umfangskante davon verlaufen, um einen Kontakt mit der Auskleidung 44 zu erzielen. In anderen Ausführungsformen kann stattdessen eine Doppel- oder Einzeldichtung mit einem bogenförmigen, vorzugsweise kreisförmigen Querschnittsabschnitt an der Stelle der Abdichtung gegenüber dem Zylinder verwendet werden. Der Kolben 46 führt typischerweise zusätzlich zu seiner Axialbewegung eine Schwenkbewegung um etwa 4° durch, und die Dichtung muss über diesen Bewegungsbereich unversehrt bleiben.
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In dieser Ausführungsform endet das Ende 50 der Kolbenstange 22 der vorliegenden Erfindung in einem halbzylindrischen (und nicht halbkugelförmigen) Ende mit einem ersten und einem zweiten zylindrischen Seitenvorsprung 52 (von denen nur einer in den 2 und 3 sichtbar ist), die so konfiguriert sind, dass sie in eine entsprechend ausgebildete Pfanne 54 an der Betätigerwelle sowie in eine erste und eine zweite Öffnung 56 (von denen nur eine sichtbar ist) an einer U-förmigen Halteklammer 58 eingreifen. Durch diese Anordnung lässt sich die Kolbenstange 22 in einem Schiebegleitsitz an der Betätigerwelle 24 sichern, und die zwei Bauteile bleiben über den gesamten axialen und bogenförmigen Bewegungsbereich des Kolbens 46 miteinander verbunden. In anderen Ausführungsformen kann eine Kugelverbindung oder eine andere geeignete Anordnung verwendet werden.
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Eine Schraubenrückholfeder 60 ist zwischen der außenliegenden Endwand 34 des Luftbetätigers 20 und der innenliegenden Wand des Kolbens 46 montiert, um sicherzustellen, dass der Kolben in seine Bremsen-Aus-Position zurückkehrt, wenn Luftdruck aus dem Luftbetätiger 20 abgelassen wird. Da die Kolbenstange 22 und die Betätigerwelle 24 zusammengehalten werden, trägt die Rückholfeder 60 auch dazu bei, die Betätigerwelle 24 in ihre Bremsen-Aus-Position zurückzuführen. Dies hat den Vorteil, dass die Rückholfeder im Sattelgehäuseabschnitt 16 schwächer und daher leichter als üblich ausgeführt sein kann, da sie die Betätigerwelle 24 nicht mehr zu bewegen braucht.
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Aus 1 ist außerdem ersichtlich, dass der Bereich des Zylinders 36, der nicht druckbeaufschlagt 62 ist (d. h. der der außenliegenden Seite des Kolbens 46 zugewandte Bereich), in Fluidverbindung mit dem Inneren des Sattelgehäuses 16 steht, und dass dieser Bereich 62 weiterhin keine Entlüftung zur Atmosphäre aufweist. Als eine Folge davon sind das Innere des Gehäuses 16 und der nicht druckbeaufschlagte Bereich 62 gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgedichtet und werden Erhöhungen des Innendrucks ausgesetzt, wenn sich der Kolben 46 nach links bewegt, um die Bremse zu betätigen.
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Dieser erhöhte Druck wird innerhalb des Gehäuses
16, wo die Stößel
26 hindurchragen, um in den innenliegenden Bremsbelag einzugreifen, durch sekundäre Dichtungen und Expander-/Einstellmechanismen in der Ausführung aufrechterhalten, wie sie in der Patentschrift
EP1261817 der Anmelderin, deren Inhalt zu Referenzzwecken ausdrücklich als Bestandteil hierin aufgenommen wird, beschrieben sind. Ein solches hermetisch abgedichtetes Inneres hat Vorteile hinsichtlich einer Verlängerung der Lebensdauer der Bremse, weil dadurch das Risiko, dass Schmutzstoffe wie Wasser und Salz in das Innere des Betätigers
20 und des Sattels
16 gelangen und eine Korrosion bewirken, reduziert wird. In alternativen Ausführungsformen kann das Sattelgehäuse oder der nicht druckbeaufschlagte Bereich
62 des Zylinders mit einem Einwegventil ausgestattet sein, mit dem übermäßiger Druck, der ein bestimmtes Niveau übersteigt, in die Atmosphäre abgelassen werden kann, das aber das Eindringen von Luft aus der Atmosphäre in das Gehäuse hinein verhindert.
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Unter Bezugnahme auf 4 wird nunmehr ein alternativer Betätiger 120 beschrieben. Wie im Vergleich zum Betätiger 20 von 1 erkennbar, ist in dieser Ausführungsform nicht nur die außenliegende Endwand des Luftzylinders 134 sondern auch die zylindrische Wand 138 integral mit dem Gehäuse 116 ausgeführt. Die Innenfläche der Wand 138 ist maschinell so bearbeitet, dass sie eine gute Dichtungsoberfläche für den Kolben 146 bereitstellt. Tatsächlich ist nur die innenliegende Endwand 140 als ein separates Pressstahlbauteil ausgebildet, das auf eine nach außen gewandte Lippe 141 an der innenliegenden Kante der zylindrischen Wand 138 aufgeklemmt ist. Weiterhin ist in dieser Ausführungsform die Kolbenstange 122 nicht mehr integral mit dem Kolben 146 ausgebildet. Stattdessen kann die Kolbenstange 122 aufgrund einer Kugel- und Pfannenverbindung 164, 166 zwischen den zwei Bauteilen eine Schwenkbewegung an ihrer Grenzfläche mit dem Kolben 146 durchführen. Die Verbindung am Betätigerwellenende 150 der Kolbenstange 122 ist jedoch die gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
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Aufgrund der Kugel- und Pfannenverbindung 164, 166 kann die Dichtung zwischen dem Kolben 146 und dem Zylinder 138 vereinfacht ausgeführt sein (da sie keine Schwenkbewegung durchführen muss), und in den Rücksprüngen 168 und 170, die über den Umfang um die Außenfläche 172 des Kolbens 146 herum verlaufen, sind zwei relativ kleine (nicht dargestellte) O-Ring-Dichtungen vorgesehen.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird nunmehr eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche Teile tragen gleiche Bezugszahlen mit dem zusätzlichen Präfix „2”.
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Wie erkennbar, unterscheiden sich der Betätiger 220 und die Betätigerwelle 224, die in 5 dargestellt sind, wesentlich von denjenigen der früheren Ausführungsformen. Die außenliegende Endwand 234 des Luftbetätigers 220 ist wie vorher integral an der innenliegenden Wand des Bremssattelgehäuses 216 angegossen. Der Rest des Luftzylinders besteht jedoch aus einem maschinell bearbeiteten Aluminiumgussteil 236, das mit Verstärkungsrippen ausgestattet ist, wie sie in ähnlicher Ausbildung in der nachstehend erörterten Ausführungsform von 6 vorgesehen sind. Aufgrund der maschinell bearbeiteten inneren zylindrischen Fläche 274 des Gussteils 236 ist in dieser Ausführungsform keine Auskleidung erforderlich. In alternativen Ausführungsformen kann jedoch eine Auskleidung vorgesehen werden, so dass das Zylindergussteil 236 keine maschinelle Bearbeitung benötigt.
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Um für eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Gussteil 236 und der außenliegenden Endwand 234 des Luftbetätigers 220 zu sorgen, ist ein radial nach außen gewandter Bereich 276 des Gussteils 236 maschinell geglättet und mit einem Paar Rücksprüngen ausgestattet, um ein Paar axial beabstandeter O-Ring-Dichtungen 278 einsetzen zu können, die für eine Abdichtung gegenüber einer entsprechend ausgeführten, maschinell bearbeiteten, nach innen gewandten Oberfläche 280 einer Lippe der außenliegenden Endfläche 234 des Luftzylinders sorgen. Es können auch andere geeignete Dichtungsanordnungen verwendet werden.
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Das Gussteil 236 ist durch die Verwendung von zwei nach innen gerichteten Schrauben und entsprechend ausgeführten Gewindebohrungen (in 5 nicht sichtbar) in einer ähnlichen Weise wie die in 6 dargestellte Verbindung an der außenliegenden Zylinderendwand 234 gesichert. Andere geeignete Methoden zur Sicherung des Gussteils an der Endwand können alternativ angewendet werden.
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Zusätzlich unterscheidet sich in dieser Ausführungsform die Konstruktion der Kolbenstange 222 und der Betätigerwelle 224 auch von der ersten und der zweiten Ausführungsform. Die Kolbenstange 222a ist überwiegend als ein Aluminiumdruckgussbauteil ausgeführt. Alternativ kann sie aus Stahl hergestellt sein. Ein vorspringend ausgeführter Einsatz 222b mit einer Kugel 264 ist jedoch zusammen mit einem Schaft 265 aus Stahl gebildet. Wie insbesondere aus den 7, 8A und 8B ersichtlich, ist die Kugel 264 in dieser Ausführungsform kugelförmig ausgebildet. Der Schaft 265 ist in eine entsprechend ausgebildete Bohrung 267 der Kolbenstange 222a eingefügt. Bei der Verbindung zwischen dem Schaft 265 und der Bohrung 267 kann es sich um eine Presspassung, eine Schraubpassung, um eine Verbindung mittels eines Klebers oder eines beliebigen anderen geeigneten Mittels handeln. In alternativen Ausführungsformen kann der Einsatz 222b aus Messing oder einem anderen geeigneten langlebigen Material bestehen. Der Stahleinsatz kann gehärtet sein, obwohl dies nicht unbedingt notwendig sein muss, wenn der aus Kunststoff bestehende rückspringende Betätigerwelleneinsatz 266 auch zur Anwendung kommt (siehe Folgetext).
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Um die Kugel 264 aufzunehmen, ist ein entsprechend ausgebildeter, aus Kunststoff bestehender rückspringender Betätigerwelleneinsatz 266 in der Betätigerwellenpfanne 254 vorgesehen, wie deutlicher aus den 7, 8A und 8B ersichtlich.
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Der Betätigerwelleneinsatz 266 besteht aus einem geeigneten technischen Kunststoffmaterial, beispielsweise Nylon®, ist so dimensioniert, dass er passend zur Form der Betätigerwellenpfanne 254 ausgebildet ist, und ist schalenförmig ausgebildet, um die Kugel 264 aufzunehmen. Der Einsatz ragt über die Pfanne um eine Distanz Y hinaus und schließt sich geringfügig um die Kugel 264 herum, um diese darin in einer Schnappverbindung zurückzuhalten. Die Form der Kugel 264 und des Betätigerwelleneinsatzes 266 lässt jedoch dazwischen eine relative Gelenkbewegung zu, um eine ungehinderte Drehung der Betätigerwelle 224 zwischen der Bremsen-Aus-Position (8A) und der Bremsen-Ein-Position (8B) zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen kann der Einsatz aus einem kunststoffbeschichteten Metallgrundkörper (z. B. Stahl) bestehen. In dieser Ausführungsform kann es sich um Polytetrafluorethylen (PTFE) oder um eine ähnliche reibungsarme Beschichtung handeln.
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Um den Betätigerwelleneinsatz 266 innerhalb der Betätigerwellenpfanne 254 zurückzuhalten, ist ein kleines Loch 282 vorgesehen, das durch die Betätigerwellenpfanne 254 verläuft. Der Einsatz beinhaltet einen Arm 283, der in einem Paar Widerhakenvorsprünge 284 mit einem dazwischenliegenden Spalt endet. Der Arm 283 wird in das Loch 282 eingeführt, so dass die Widerhaken der Vorsprünge 284 hinter der außenliegenden Fläche der Betätigerwelle 224 eingreifen und den Einsatz an seinem Platz halten.
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Herkömmlicherweise werden bekanntlich entweder Präzisionsschmiedemethoden angewendet, um eine entsprechend glatte und harte Verbindung zwischen der Kolbenstangenkugel und der Betätigerwellenpfanne zu erhalten, oder die Betätigerwelle wird gegossen und die Kolbenstange angefertigt, und die Kontaktoberflächen werden einer Induktionshärtung unterzogen, um den notwendigen Anforderungen an Festigkeit und Langlebigkeit zu entsprechen. Durch die Verwendung von Einsätzen aus Kunststoff können Kosten eingespart werden, da anstelle einer Bearbeitung mittels Präzisionsschmieden oder Induktionshärten eine standardmäßige Schmiedebearbeitung angewendet werden kann.
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Wie aus der Ausführungsform von 5 erkennbar, kann der Schaft der Kugel 265 mit einer Rückhalteausbildung in der Form eines kreisförmigen Kragens 269 ausgestattet sein. Bevor das Gussteil 236 und die Kolbenstange 222 an der innenliegenden Wand des Gehäuses 216 montiert werden, kann dieser Kragen 269 durch die Kanten einer geschlitzten Öffnung in einer Plattenfederhalterung 284 zurückgehalten werden, wodurch die Feder 260 in einem zusammengedrückten Zustand gehalten wird. Dadurch wird der Zusammenbau der Zylinder-, Kolben- und Kolbenstangen-Untereinheit vereinfacht, da der Arbeiter an der Fertigungsstraße die Feder nicht zusammendrücken muss, um die Untereinheit mit dem Gehäuse zu verbinden.
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In den 6 und 6A, auf die nunmehr Bezug genommen wird, sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen, jedoch mit dem Präfix „3”, bezeichnet, und die internen Bauteile der dargestellten Bremse 310 sind die gleichen wie diejenigen der Bremse 210 der dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich jedoch die Dichtung zwischen der Endoberfläche 376 des Gussteils 336 und einer entsprechend ausgebildeten Gegenoberfläche 380 der Endwand 380 des Zylinders von der dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind die Endoberflächen 376 und 380 maschinell geglättet und mit kreisförmigen Rücksprüngen für ein Paar O-Ringe 378 ausgestattet, die im Verhältnis zueinander konzentrisch verlaufen, um für eine gute Abdichtung zwischen dem Gussteil 336 und der Endwand 334 zu sorgen.
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Das Gussteil ist am Gehäuse durch ein Paar Schrauben 384 gesichert, die sich von der Endfläche aus nach innen in entsprechende Gewindebohrungen erstrecken, die in verdickten Abschnitten 386 des Gussteils 336 vorgesehen sind. Um das Unterbringen zu verbessern, schließen die Köpfe der Schrauben 384, nachdem sie an ihrem Platz eingeschraubt wurden, bündig mit der innenliegenden Seite der Endfläche ab.
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Um, wie vorstehend erwähnt, für ein optimales Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht zu sorgen, hat das Gussteil 336 mehrere Versteifungsrippen, die sich vom Zentrum der innenliegenden Endwand aus radial nach außen und axial entlang der zylindrischen Wand davon erstrecken.
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Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Anordnungen gegenüber herkömmlichen Luftbetätigern in Membranausführung eine Reihe von Vorteilen bieten. Es kann im Vergleich zu einem Membranluftbetätiger ein kleinerer Kolbendurchmesser (z. B. 160 mm gegenüber 220 mm) bereitgestellt werden, wodurch der Platzbedarf verringert wird. Alternativ können der gleiche Kolbendurchmesser verwendet, der Luftdruck reduziert oder die am Kolbenstangenende ausgeübte Kraft erhöht werden. Ein kleinerer Kolbendurchmesser kann auch das Gesamtgewicht der Bremse verringern. Durch Verwendung einer angegossenen außenliegenden Wand des Zylinders ist es möglich, den Winkel des Zylinders im Verhältnis zum Sattelgehäuse zu reduzieren, ohne dass beim Verschrauben des gesamten Zylinders am Gehäuse Probleme wie bei herkömmlichen Membranzylindern auftreten. Indem ein Platz bereitgestellt wird, der das Innere des Sattelgehäuses und die nicht druckbeaufschlagte Seite des Betätigers umfasst, an der das Eindringen von Atmosphärenluft verhindert wird, kann die Faltenbalgdichtung zwischen dem nicht druckbeaufschlagten Bereich des Betätigers und dem internen Volumen der Bremse entfallen. Dadurch kann die Lebensdauer des Betätigers verlängert werden, da er der Gefahr einer Korrosion, die durch das Eindringen von Schmutzstoffen von außen verursacht wird, nicht mehr ausgesetzt ist. Indem die Kolbenstange mit der Betätigerwelle verbunden ist, kann die Betätigerrückholfeder für das Rückführen der Betätigerwelle verwendet werden, so dass eine leichtere Rückholfeder im Bremsgehäuse oder umgekehrt verwendet werden kann.
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Wenn zusätzlich der Sattel mit einem elektrisch betätigten Parkbremsmechanismus ausgestattet ist, der direkt auf die Betätigerwelle einwirkt (z. B. eine Parkbremse in der Ausführung, wie sie in der früher veröffentlichten Anmeldung
EP1596089 der Anmelderin beschrieben ist), kann die Geschwindigkeit der Freigabe der Parkbremse erhöht werden, da es nicht mehr erforderlich ist, die Kolbenstange in Kontakt mit der Betätigerwelle zu führen, um die Betriebsbremse zu betätigen, so dass die Parkbremse freigegeben werden kann. Durch Variieren der Dicke der im Inneren des Zylinders verwendeten Auskleidungen kann ein Bereich von Kolbendurchmessern für den gleichen Zylinder bereitgestellt werden.
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Die hierin verwendeten Begriffe „innenliegend” und „außenliegend” beziehen sich auf die Ausrichtung von Teilen von Bremsen im Verhältnis zu ihrer üblichen Positionierung innerhalb eines Fahrzeugs. Derartige Begriffe haben jedoch keinen einschränkenden Charakter.
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Es versteht sich, dass innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann der Zylinder von 1 in Verbindung mit der Kolbenanordnung von 4 verwendet werden. Die Betätiger können für unterschiedliche Ausführungen von Bremsen, wie beispielsweise Festsattel-Scheibenbremsen, verwendet werden. Die Ausrichtung der Luftkammer kann verändert werden, sie kann z. B. im Verhältnis zur Achse X nach oben oder nach unten abgewinkelt vorgesehen werden. Für den Zylinder können alternative Materialien, beispielsweise Aluminium, verwendet werden, und der Zylinder kann, anstatt durch Ziehen oder Gießen, alternativ durch Pressen oder Hydroformen hergestellt werden. An der Kolbenstange kann ein rückspringender Einsatz und an der Betätigerwelle ein vorspringender Einsatz vorgesehen werden. Es können alternative Methoden zur Sicherung des Betätigerwelleneinsatzes an der Betätigerwelle angewendet werden, beispielsweise Verkleben, Heißverkleben oder Umspritzen.
