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Die Erfindung betrifft eine Innenbackenbremse mit einer Nachstelleinrichtung zum automatischen Einstellen des Lüftspiels der Bremsbacken gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Eine derartige Innenbackenbremse ist beispielsweise aus der
EP 0 482 430 A1 bekannt. Bei der dortigen Innenbackenbremse ist die Nachstelleinrichtung in ein Spreizschloss integriert, mit dem die beiden Bremsbacken bei Betätigen der Bremse mechanisch auseinander gedrückt werden. Das Spreizschloss weist zu diesem Zweck einen über ein Bremsseil betätigbaren Spreizhebel, der mit einem Hebelabschnitt an einem der Bremsbacken abgestützt ist, sowie einen Spreizstößel auf, der gelenkig am Spreizhebel gelagert ist und stirnseitig ein Bremsbackenstellelement in der Form eines längsverstellbaren Nachstellbolzens aufweist, der auf den anderen Bremsbacken einwirkt. Die Längsverstellung des Nachstellbolzens erfolgt über ein Nachstellzahnrad, das spindelartig mit dem Nachstellbolzen zusammenwirkt und mittels eines schwenkbaren Nachstellhebels gedreht werden kann, wenn sich das Grundlüftspiel der Bremsbacken aufgrund des Bremsbelagverschleißes vergrößert. Die Betätigung des Nachstellhebels, mit dem das Nachstellzahnrad gedreht wird, erfolgt über ein Verbindungsglied zwischen dem Nachstellhebel und einem Bremsbacken. Weiterhin weist diese bekannte Innenbackenbremse eine Rückfahrautomatik auf, welche die Bremswirkung bei Rückwärtsfahrt nahezu aufhebt, so dass das Rückwärtsfahren auch mit auflaufgebremsten Anhängern möglich ist. Die Koppelstellen des Verbindungsglieds sind dabei so gestaltet, dass eine Nachstellbewegung in Rückwärtsdrehrichtung der Innenbackenbremse unterbleibt.
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Problematisch ist bei derartigen Nachstelleinrichtungen, dass sie nicht unterscheiden können, ob ein vergrößertes Bremsbackenlüftspiel durch einen Bremsbelagverschleiß oder durch eine bei hohen Temperaturen auftretende Bremstrommelaufweitung verursacht wurde. Wird das Bremsbackenlüftspiel bei einer temperaturbedingten Bremstrommelaufweitung mittels der automatischen Nachstelleinrichtung verkleinert, so kann es vorkommen, dass das Lüftspiel nach dem Abkühlen der Bremstrommel zu klein wird und die Bremse ohne Bremsbetätigung blockiert.
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Zur Vermeidung dieses Problems wird beispielsweise in der
DE 3 019 214 A1 vorgeschlagen, am Nachstellhebel ein Bauteil aus Bimetall so anzubringen, dass der Nachstellhebel bei erhöhten Temperaturen vom Nachstellzahnrad abgehoben wird, so dass der Nachstellhebel bei seiner Betätigung berührungslos über die Zahnflanken des Nachstellzahnrads hinweg geführt wird. Dort wird zwar ein Nachstellen des Lüftspiels bei einer temperaturbedingten Bremstrommelaufweitung vermieden, jedoch besteht die Gefahr, dass sich das Nachstellzahnrad bei abgehobenem Nachstellhebel unkontrolliert dreht, wodurch das Lüftspiel der Innenbackenbremse nicht mehr konstant bleibt.
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GB 2 447 424 A beschreibt eine Abnutzungseinstelleinrichtung für eine Trommelbremse, die eine Einrichtung umfasst zum Verhindern einer Einstellung bei hohen Temperaturen der Trommelbremse. Bei der Einstellungseinrichtung gemäß
GB 2 447 424 A ist ein Band zwischen dem Zwischenelement und Ansätzen einer Hülse angeordnet. Dabei steht das Band bei einer niedrigen Temperatur, bei der eine Nachstellung des Lüftspiels aufgrund einer erhöhten Temperatur nicht verhindert werden soll, in Kontakt mit dem Zwischenelement. Auf dem Zwischenelement ist ein Nachstellzahnrad mit Zähnen angebracht. Die Klinke einer Feder greift in Zähne des Nachstellzahnrads ein, wenn die Bremse sich in einem kalten Zustand befindet. Durch Erwärmen der Bremse wird auch das Band aufgewärmt. Aufgrund der Aufwärmung des Bands verhindert das Ende des Bands den Eingriff der Klinke in einen Zwischenraum der Zähne des Nachstellzahnrads. Bei dieser erhöhten Temperatur greift gleichzeitig das andere Ende des Bands zwischen zwei andere Zähne des Nachstellzahnrads ein und verhindert ein Drehen des Nachstellzahnrads in die andere Richtung.
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Ein Verhindern einer Drehung des Nachstellzahnrads mittels des Bands in
GB 2 447 424 A erfolgt folglich aufgrund eines Eingreifens der ersten und zweiten Enden des Bands in Zähne des Nachstellzahnrads. Hierfür ist jedoch eine sehr komplexe Geometrie des Bands von Nöten.
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DE 692 11 454 T2 beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen Spielbeseitigung, insbesondere für eine Trommelbremse, mit einem wärmeempfindlichen Mittel, was die Regulierung im Falle einer Überhitzung der Bremse verhindert. Das wärmeempfindliche Mittel ist ein Bimetallteil, das nicht geschlossen ist und ein zylindrisches Teil und einen Federdraht umgibt, dessen radial nach außen umgebene Enden in Löcher eingreifen, die an Enden des Bimetallteils gebildet sind. Oberhalb einer bestimmten Temperatur entfernt das Bimetallteil die Enden des Federdrahts voneinander, wodurch das Entkoppeln des Federdrahtes von einer Mutter gewährleistet und auf diese Weise das Mitnehmen der Mutter und somit die Regulierung während der Periode der Überhitzung verhindert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenbackenbremse mit einer Nachstelleinrichtung zu schaffen, mit der ein unerwünschtes temperaturbedingtes Nachstellen des Bremsbackenlüftspiels auf besonders einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise verhindert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Innenbackenbremse mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei der erfindungsgemäßen Innenbackenbremse ist zwischen dem Lagerabschnitt des Nachstellzahnrads und der Lagerhülle ein Sperrelement vorgesehen, das temperaturabhängig zwischen einer Freilaufstellung, in welcher das Nachstellzahnrad frei in der Lagerhülle drehbar ist, und einer Sperrstellung bewegbar ist, in welcher das Sperrelement die Drehung des Nachstellzahnrads blockiert, wobei das Sperrelement derart gestaltet ist, dass es bei vorbestimmten erhöhten Temperaturen eine Drehung des Nachstellzahnrads blockierende Reibschlussverbindung und/oder Formschlussverbindung zwischen Lagerhülle und Lagerabschnitt des Nachstellzahnrads erzeugt.
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Der erfindungsgemäße Schutzmechanismus gegen ein übermäßiges Reduzieren des Bremsbackenlüftspiels aufgrund der durch hohe Temperaturen bedingten Bremstrommelaufweitung ist sehr einfach aufgebaut kann kostengünstig hergestellt werden und arbeitet sehr zuverlässig. Das thermisch aktivierbare Sperrelement, das die Rotation des Nachstellzahnrads freigibt oder blockiert, ist ferner außerhalb des Kraftflusses angeordnet, d. h. es hat keine Bremskräfte zu übertragen. Weiterhin können die thermisch aktivierbaren Sperrelemente gemäß der Erfindung so hergestellt werden, dass kostspielige Werkstoffe wie Bimetallmaterialien oder Formgedächtnislegierungen nur in geringem Umfang benötigt werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist mit hoher Werkstoffausnutzung verbunden. Einerseits muss aufgrund der geringen Stellwege und -kräfte nur wenig Werkstoff eingesetzt werden, andererseits gibt es aufgrund der einfachen Form nahezu keinen Verschnitt. Weiterhin ist das thermisch aktivierbare Sperrelement geschützt zwischen der Lagerhülle und dem Lagerabschnitt des Nachstellzahnrads angeordnet. Die geschützte Lage im Inneren der Lagerhülle schließt eine Veränderung der Eigenschaften des thermischen Sperrelements durch Verschmutzung aus. Ferner kann das Sperrelement vorzugsweise so gestaltet werden, dass es eine Sperrwirkung in beide Drehrichtungen des Nachstellzahnrads ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Innenbackenbremse längs der Linie I-I von 2,
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2: eine Seitenansicht der Innenbackenbremse von 1,
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3: eine Draufsicht auf das Spreizschloss und die Nachstelleinrichtung von 2,
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4: einen Schnitt längs der Linie IV-IV von 3,
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5: eine Explosionsdarstellung des Spreizschlosses mit erfindungsgemäßer Nachstelleinrichtung,
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6–8: verschiedene Ausführungsformen von thermisch aktivierbaren Sperrelementen,
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9, 10: Querschnittsdarstellungen im Bereich der Lagerhülle und des Lagerabschnitts des Nachstellzahnrads im Freilaufzustand bzw. im Sperrzustand des Sperrelements,
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11, 12: Querschnittsdarstellungen im Bereich der Lagerhülle und des Lagerabschnitts des Nachstellzahnrads im Freilaufzustand bzw. im Sperrzustand des Sperrelements gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung,
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13, 14: Querschnittsdarstellungen im Bereich der Lagerhülle und des Lagerabschnitts des Nachstellzahnrads im Freilaufzustand bzw. im Sperrzustand des Sperrelements gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung, und
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15: eine schematische Darstellung eines thermischen Sperrelements aus Thermobimetall.
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Anhand der 1 und 2 wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Innenbackenbremse beschrieben. Die darin gezeigte Nachstelleinrichtung zum Nachstellen des Bremsbackenlüftspiels wird im Zusammenhang mit einer mechanischen Betätigungseinrichtung beschrieben, die ein seilzugbetätigtes Spreizschloss 5 umfasst, jedoch ist die erfindungsgemäße Nachstelleinrichtung auch in Kombination mit einer hydraulischen Betätigungseinrichtung realisierbar. Die Innenbackenbremse ist in den 1 und 2 derart dargestellt, dass die Spreizeinrichtung (Spreizschloss 5) oben und eine Abstützeinrichtung 3 unten angeordnet sind. Die Begriffe ”oben” und ”unten” beziehen sich dabei auf die Lage der Innenbackenbremse, wie in 2 dargestellt, wobei die Innenbackenbremse an einem horizontalen Achsstummel montiert wird. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Innenbackenbremse an einem Fahrzeug, insbesondere an einem Fahrzeuganhänger, in einer um die Fahrzeugachse gedrehten Lage zu montieren, so dass die Spreizeinrichtung unterhalb der Abstützeinrichtung 3 angeordnet ist.
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Aus den 1 und 2 ist eine Innenbackenbremse mit einem ersten Bremsbacken 1 (Primärbacken) und einem zweiten Bremsbacken 2 (Sekundärbacken) ersichtlich, die sich an ihrem unteren Ende an einer Abstützeinrichtung 3 abstützen. Die Abstützeinrichtung 3 besteht bekanntermaßen aus einem mit einem Bremsträger 4 fest verbundenen Abstützböckchen, das symmetrisch in der Bremsenmittenebene liegt, ferner aus einer nicht näher dargestellten Einstellschraube, die senkrecht von der Außenseite des Bremsträgers aus bedienbar ist, einem mit der Einstellschraube zusammenwirkendem Einstellkeil sowie zwei Einstellbolzen, die entsprechende Stellwege nach rechts und links an die Bremsbacken übertragen, so dass ein Grundlüftspiel der Bremsbacken 1, 2 eingestellt werden kann.
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Die Bremsbacken
1,
2 werden mittels einer mechanischen Spreizeinrichtung in der Form eines Spreizschlosses
5 betätigt, dessen Funktionsweise beispielsweise aus der
EP 0 184 092 A1 bekannt ist. Das Spreizschloss
5 umfasst einen Spreizhebel
6 und einen Spreizstößel
7, die an einem Ende über einen Gelenkbolzen
8 gelenkig miteinander verbunden sind. Wie auch aus den
3 und
5 ersichtlich, weist der Spreizhebel
6 einen Hebelarm
9 auf, der sich am Bremsbacken
2 abstützt. Am gegenüberliegenden Ende des Spreizstößels
7 ist ein Nachstellbolzen
10 vorgesehen, der sich am Bremsbacken
1 abstützt. Durch die Einleitung von Zugkräften F (
1) über ein Bremsseil
12, das eine endseitige Zugöse
13 aufweist, wird der Spreizhebel
6 in horizontaler Richtung, d. h. zum Bremsträger
4 hin, verschwenkt, wobei die Schwenkbewegung um einen Drehpunkt erfolgt, der durch den Anlageabschnitt seines Hebelarmes
9 am Steg des Bremsbackens
2 gebildet wird. Da im dargestellten Ausführungsbeispiel die Innenbackenbremse eine Rückfahrautomatik mit einem zweigeteilten Bremsbacken
2 aufweist, wobei der Bremsbacken
2 aus einem Gleitbacken
15 und einem Gleitbackenträger
16 besteht, stützt sich der Hebelarm
9 des Spreizhebels
6 am Mittelsteg
17 des Gleitbackenträgers
16 ab. Durch Zug am Bremsteil
12 entfernen sich daher die gegenüberliegenden Anlagestellen des Spreizschlosses
5 an den Bremsbacken
1,
2, wodurch die Bremsbacken
1,
2 gegensinnig auseinander gedrückt werden, um unter Anlage an einer nicht dargestellten Bremstrommel Bremskräfte aufzubringen.
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Nach einer erfolgten Bremsung bringen zwei Backenrückzugfedern 26, 27 die Bremsbacken 1, 2 und damit rückwirkend den Spreizhebel 6 wieder in ihren Ausgangszustand zurück.
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Die Rückfahrautomatik mit zweigeteiltem Bremsbacken
2 wird vorzugsweise bei auflaufgebremsten Anhängern eingesetzt und ist erforderlich, um trotz Betätigung der an der Anhängerdeichsel vorgesehenen Auflaufeinrichtung beim Zurückstoßen eines Gespanns eine Betätigung der Radbremsen zu verhindern. Die Unterteilung des Bremsbackens
2 in einen Gleitbacken
15 und einen Gleitbackenträger
16 ermöglicht es, dass der Gleitbacken
15 bei Rückwärtsfahrt in Umdrehungsrichtung der Bremstrommel aufgrund der Reibkräfte zwischen Bremstrommel und Gleitbacken
15 um einen bestimmten Weg mitgenommen wird, so dass ein anfängliches Spreizen der Bremsbacken
1,
2 noch keine nennenswerte Bremswirkung entfaltet. Eine derartige Rückfahrautomatik ist beispielsweise in der
DE 20 2007 007 022 U1 im Einzelnen beschrieben, so dass sich hier eine detaillierte Beschreibung erübrigt.
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Da sich das anfänglich eingestellte Grundlüftspiel der Bremsbacken 1, 2, d. h. deren radialer Abstand zur Bremstrommel, mit zunehmendem Verschleiß der Bremsbacken 1, 2 vergrößert, ist eine automatisch wirkende, mechanische Nachstelleinrichtung vorgesehen, mit der das Bremsbackenlüftspiel in Abhängigkeit des Bremsbelagverschleißes automatisch nachgestellt wird. Diese Nachstelleinrichtung ist im Bereich des Spreizschlosses 5 vorgesehen und umfasst ein Nachstellzahnrad 18, das in einer eine axiale Lagerbohrung 25 aufweisenden Lagerhülle 14 des Spreizstößels 7 mittels eines hülsenförmigen Lagerabschnittes 19 (siehe 5) drehbar gelagert ist.
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Das Nachstellzahnrad 18 weist eine axiale Gewindebohrung 20 auf, in das ein Gewindeabschnitt 21 des Nachstellbolzens 10 eingeschraubt ist. Der Nachstellbolzen 10 liegt durch eine seitliche Kufe 22 am Bremsträger 4 an. Da er durch einen maulförmigen Ausschnitt 23, der in den Mittelsteg 24 des Bremsbackens eingreift, gegen Verdrehen gesichert ist, wirkt der Nachstellbolzen 10 mit dem Nachstellzahnrad 18 spindelartig zusammen, wobei eine Verdrehung des Nachstellzahnrads 18 eine Axialbewegung des Nachstellbolzens 10 bewirkt.
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Damit die Axialbewegung des Nachstellbolzens 10 bei Betätigung der Nachstelleinrichtung genau den Weg kompensiert, der dem Verschleiß der Reibbeläge an den Bremsbacken 1, 2 entspricht, wird ein das Nachstellzahnrad 18 verdrehender Nachstellhebel 28 von einem Verbindungsglied 29 angesteuert. Der Nachstellhebel 28 ist dazu schwenkbar im Spreizstößel 7 gelagert, wobei die Schwenkachse 30 senkrecht zur Bremsträgerhauptebene angeordnet ist. Wird die Innenbackenbremse auf einem horizontalen Achsstummel montiert, verläuft die Bremsträgerhauptebene vertikal, so dass die Schwenkachse 30 wiederum horizontal und damit parallel zur Längsachse des Achsstummels verläuft. In den 3 und 5 ist das Spreizschloss 5 mit dem Nachstellhebel 28 der Übersichtlichkeit halber um 90° verdreht dargestellt, so dass dort die Schwenkachse 30 nicht horizontal, sondern vertikal dargestellt ist.
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Zur Lagerung des Nachstellhebels 28 weist der Spreizstößel 7 eine vertikale Seitenwand 31 auf, die auf derjenigen Seite des Spreizstößels 7 angeordnet ist, die dem Bremsträger 4 zugewandt ist. In 5 ist lediglich eine Hälfte der vertikalen Seitenwand 31 sichtbar, da die andere Hälfte vom Nachstellhebel 28 verdeckt ist. In der Seitenwand 31 sind zwei Lagerbohrungen 32 vorgesehen, die bezüglich der Längsmittelebene des Spreizstößels 7 auf gegenüberliegenden Seiten und spiegelbildlich angeordnet sind und zum Einstecken eines hülsenförmigen, nicht näher dargestellten Lagerbunds des Nachstellhebels 28 dienen. Die in 5 sichtbare Lagerbohrung 32 wird nur dann benötigt, wenn das Spreizschloss mit entgegengesetzter Ausrichtung, d. h. um 180° verdreht, in der Innenbackenbremse eingebaut werden soll. Dies ist bei einer drehrichtungsgebundenen Innenbackenbremse der Fall, die auf der gegenüberliegenden Seite des Fahrzeugs/Anhängers eingebaut wird.
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Der Nachstellhebel 28 ist im wesentlichen L-förmig und weist einen ersten Schenkel 33 mit einem Endbereich 34 auf, der mit einer Verzahnung 35 des Nachstellzahnrads 18 in Eingriff ist. Im Endbereich seines zweiten Schenkels 36 ist der Nachstellhebel 28 mit dem Verbindungsglied 29 gelenkig gekoppelt. Wird das Verbindungsglied 29 in seiner Längsrichtung bewegt, schwenkt der Nachstellhebel 28 um die Schwenkachse 30, wobei der Nachstellhebel 28 mittels einer Kombinationsfeder 37 an der vertikalen Seitenwand 31 des Spreizstößels 7 drehbar gehalten wird.
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Die Kombinationsfeder 37 ist gleichzeitig als Zug-Druckfeder und als Drehfeder ausgebildet. Hierzu weist die Kombinationsfeder 37 einen geradlinig verlaufenden Verankerungsabschnitt 38, einen daran anschließenden Spiralabschnitt 39 und einen daran anschließenden geradlinigen Querschenkel 40 auf. Der geradlinige Verankerungsabschnitt 38 erstreckt sich in horizontaler Richtung durch den hülsenförmigen Lagerbund des Nachstellhebels 28 und die Lagerbohrung 32 hindurch und ist in seinem freien Endbereich hakenförmig gebogen, um in eine Nut 41 drehfest eingehängt zu werden, die sich an der Seitenwand des Spreizstößels 7 befindet. Der Spiralabschnitt 39 liegt hierbei auf der gegenüberliegenden Seite am Nachstellhebel 28 an und drückt dessen Lagerbund federnd nachgiebig in die Lagerbohrung 32. Der Querschenkel 40 drückt mit Vorspannkraft gegen einen vorstehenden Anschlag 42 des Nachstellhebels 28 und versucht hierdurch, den Nachstellhebel 28 um die Schwenkachse 30 (in 5 entgegen dem Uhrzeigersinn) zu drehen. Die Kombinationsfeder 37 bewirkt weiterhin, dass eine Eingriffsflanke 43, die am Endbereich 34 des Nachstellhebels 28 vorgesehen ist, permanent mit der Verzahnung 35 des Nachstellzahnrads 18 in Eingriff ist.
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Die Schwenkbewegung des Nachstellhebels 28 wird durch das Verbindungsglied 29 gesteuert. Das Verbindungsglied 29 ist als Drahtformteil ausgebildet und weist an einem Ende einen hakenförmigen Endabschnitt 44 auf, mit dem das Verbindungsglied 29 in eine entsprechende Bohrung des Nachstellhebels 28 eingehängt ist. Am gegenüberliegenden Ende ist das Verbindungsglied 29 drehbar im Bremsbacken 2 gelagert. Weist wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Bremsbacken 2 einen Gleitbacken 15 auf, erstreckt sich das Verbindungsglied 29 mit einem quer verlaufenden Eingriffsabschnitt 45 durch eine bogenförmige Langloch-Führungsnut 46 des Gleitbackens 15 und eine Führungsnut 47 des Gleitbackenträgers 16 (2) hindurch. Auf diese Weise kann der Eingriffsabschnitt 45 des Verbindungsglieds 29 bei Rückwärtsfahrt in der Langloch-Führungsnut 46 bzw. in der Führungsnut 47 laufen, ohne dass dem Verbindungsglied 29 eine über das Lüftspiel der Innenbackenbremse hinausgehende Bewegung aufgezwungen wird.
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Bei Betätigung der Innenbackenbremse wird der Bremsbacken 1 mittels des Spreizstößels 7 und der Bremsbacken 2 mittels des Spreizhebels 6 gespreizt, d. h. in die entgegengesetzten Richtungen auseinander bewegt, bis die Bremsbacken 1, 2 an der Bremstrommel anliegen. Ist der insgesamt zurückgelegte Weg des Verbindungsglied 29 dabei so groß, dass nach der Übersetzung in eine Drehbewegung durch den Nachstellhebel 28 ein ganzer Zahn des Nachstellzahnrads 18 überstrichen wird, so gleitet die Eingriffsflanke 43 des Nachstellhebels 28 über die flache Kontur eines Sägezahns nach oben, bis sie an ihrer Kante an der steilen Kontur des Sägezahns um die Zahnhöhe nach unten fällt. Bei Ende der Bremsbetätigung werden die Bremsbacken 1, 2 durch die Backenrückzugfedern 26, 27 wieder zusammengezogen, wobei der Nachstellhebel 28 sowohl durch das Verbindungsglied 29 als auch durch die Kombinationsfeder 37 in seine Ausgangslage zurückgeschwenkt wird. Dabei drückt die Kante der Eingriffsflanke 43 auf die steile Kontur des Sägezahns des Nachstellzahnrads 18 und verdreht damit das Nachstellzahnrad 18, wenn sich die Temperatur innerhalb der Bremse unterhalb eines bestimmten Grenzbereiches befindet. Das Nachstellzahnrad 18 übersetzt die Drehbewegung in eine Axialbewegung des Nachstellbolzens 10. Auf diese Weise wird das Lüftspiel auf den vorbestimmten Wert nachgestellt.
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Die beschriebene Nachstelleinrichtung zur automatischen Verringerung des Lüftspiels bei zunehmendem Bremsbelagverschleiß umfasst somit das Verbindungsglied 29, den Nachstellhebel 28, das Nachstellzahnrad 18 und den Nachstellbolzen 10. Um jedoch zu verhindern, dass diese Nachstelleinrichtung auch dann das Bremsbackenlüftspiel verringert, wenn sich die Bremstrommel aufgrund erhöhter Temperaturen weitet, ist ein thermisch aktivierbarer Sperrmechanismus gegen ein unbeabsichtigtes Reduzieren des Bremsbackenlüftspiels vorgesehen. Dieser Sperrmechanismus besteht gemäß einer ersten Ausführungsform, wie in den 5, 6 und 15 dargestellt, aus einem Sperrelement 48 in der Form einer geteilten Hülse aus Thermobimetall, die auf den Lagerabschnitt 19 des Nachstellzahnrads 18 aufgesetzt wird und somit zwischen dem Lagerabschnitt 19 des Nachstellzahnrads 18 und der Innenumfangsfläche 53 der Lagerhülle 14 des Spreizstößels 7 angeordnet ist, wie aus den 9 und 10 ersichtlich. Zweckmäßigerweise befindet sich das Sperrelement 48 am freien Ende des Lagerabschnitts 19, wobei der Lagerabschnitt 19 in diesem Bereich einen verringerten Durchmesser hat, so dass ein ausreichender Freiraum für das Sperrelement 48 vorhanden ist. Der übrige Bereich des Lagerabschnitts 19 kann mit relativ geringem radialen Spiel in der Lagerbohrung 25 der Lagerhülle 14 eingesetzt sein.
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Das Sperrelement 18 funktioniert derart, dass es bei relativ niedrigen Temperaturen eng am Lagerabschnitt 19 des Nachstellzahnrads 18 anliegt, wie aus 9 ersichtlich. In diesem Zustand ist zwischen dem Sperrelement 48 und der Innenumfangsfläche 53 der Lagerhülle 14 genügend Freiraum vorhanden, damit sich das Nachstellzahnrad 18 zusammen mit dem Sperrelement 48 frei in der Lagerhülle 14 drehen kann. Die Nachstelleinrichtung zum Nachstellen des Bremsbackenlüftspiels ist damit voll funktionsfähig.
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Steigt dagegen die Temperatur in der Bremse stark an, was zu einem Weiten der Bremstrommel führt, biegt sich das Sperrelement 48 temperaturbedingt auf, wie aus 10 ersichtlich. Das Sperrelement 48 kommt dabei mit seiner Außenumfangsfläche mit der Innenumfangsfläche 53 der Lagerhülle 14 in Reibkontakt und verhindert dadurch ein Drehen des Nachstellzahnrads 18. Ist der thermisch bedingte Weg der Bremsbacken 1, 2 so groß, dass die Eingriffsflanke 43 des Nachstellhebels 28 bei Öffnen der Bremse auf die steile Kontur eines Sägezahns des Nachstellzahnrads 18 drückt, das gesperrte Nachstellzahnrad 18 aber nicht verdrehen kann, so steigt die Kraft auf den Sägezahn an. Da sich durch die Rückstellung der Bremsbacken 1, 2 die Kraft auf das Verbindungsglied 29 weiter erhöht, nicht jedoch die Kraft der Kombinationsfeder 37, bewirkt der von der vertikalen Seitenwand 31 abgesetzte Lagerpunkt am hakenförmigen Endabschnitt 44 des Verbindungsglieds 29 ein Drehmoment, das die Eingriffsflanke 43 des Nachstellhebels 28 abrupt über die steile Kontur des Sägezahns hinweghebt. Damit sich der Lagerabschnitt 19 hierbei nicht relativ zum Sperrelement 48 drehen kann, kann zwischen diesen beiden Teilen eine feste Verbindung, insbesondere in Form eines Schweißpunktes 49, vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise befindet sich diese feste Verbindung dabei in Umfangsrichtung in der Mitte zwischen den beiden freien Enden 52a, 52b des Sperrelements 48.
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Das in den 4, 5, 6, 9, 10 gezeigte Sperrelement 48 ist schematisch in 15 in Seitenansicht gezeigt. Es weist eine innere Lage 50 auf, die aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient hoch ist, sowie eine äußere Lage 51, die aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient niedrig ist. Das Sperrelement 48 erstreckt sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung über 290°. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, dass die Form des Sperrelements 48 in weitem Umfang variiert, beispielsweise indem es sich in Umfangsrichtung in einem Bereich von weniger als 180° bis hin zu 350° erstreckt.
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Bei relativ niedrigen Temperaturen nimmt das Sperrelement 48 in stirnseitiger Ansicht eine im wesentlichen kreisrunde Form ein, während es sich bei höheren Temperaturen aufweitet, so dass sich seine Enden 52a, 52b voneinander entfernen.
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Beim Sperrelement 48 kann es sich um ein so genanntes ”Schleichelement” handeln, das sich mit zunehmenden Temperaturen kontinuierlich aufweitet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Sperrelement 48 derart auszugestalten, dass es als ”Sprungelement” wirkt, d. h. dass es bis zu einer bestimmten Temperatur seine ursprüngliche Form weitgehend beibehält und bei Überschreiten eines bestimmten Temperaturschwellwertes eine sprunghafte Verformung vornimmt. Damit wird aus dem kontinuierlichen ein diskreter Schaltvorgang.
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Ein derartiges Sperrelement 48 kann nicht nur aus Thermobimetall, sondern auch aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt werden.
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Die feste Verbindung zwischen Sperrelement 48 und Nachstellzahnrad 18 ist nicht unbedingt erforderlich. Es ist ohne weiteres möglich, das Sperrelement 48 lediglich in den Zwischenraum zwischen Lagerabschnitt 19 und Innenumfangswand 53 der Lagerhülle 14 einzulegen, wenn sich das Sperrelement 48 bei höheren Temperaturen so verformt, dass sowohl zwischen Sperrelement 48 und Lagerhülle 14 als auch zwischen dem Sperrelement 48 und dem Lagerabschnitt 19 des Nachstellzahnrads 18 ausreichende Reibkräfte erzeugt werden, um ein Drehen des Nachstellzahnrads 18 zu verhindern.
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Eine reibungsfördernde Veränderung der beiden Reibpartner kann den Coulomb'schen Reibwert erhöhen. Aufgrund des für den vorliegenden Fall verlangten Maximums bei der Haftreibung ist insbesondere eine definierte Rauheit der beiden Oberflächen in Form von Rillen oder Kuppen von Vorteil. Beim Berühren der beiden Oberflächen führt diese Rauheit zu einer lokalen Verzahnung, was auch als Übergangsphase zum Formschluss gedeutet werden kann. Weiterhin ist es möglich, eine reibungsfördernde Oberflächenbeschichtung einzusetzen, wobei diese vorzugsweise duktil und wärmedurchlässig ist. Eine gewisse Mindesthärte der reibungsfördernden Oberflächenbeschichtung ist ebenfalls wünschenswert, da die Berührstellen nicht plastisch verformt und auch keine Verschleißpartikel an die Umgebung abgegeben werden sollen.
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Während das vorstehend beschriebene Sperrelement 48 im Falle erhöhter Temperaturen eine reine Reibschlussverbindung zum Spreizstößel 7 erzeugt, zeigen die 11 und 12 eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform eines Sperrelementes 48', das bei erhöhten Temperaturen ausschließlich oder zusätzlich eine Formschlussverbindung zwischen dem Nachstellzahnrad 18 und der Lagerhülle 14 des Spreizstößels 7 schafft. Dieses Sperrelement 48' ist ganz ähnlich zum Sperrelement 48 ausgebildet und angeordnet. Unterschiedlich ist, dass die beiden Enden 52a, 52b geringfügig radial nach außen aufgebogen sind, so dass sie im aufgeweiteten Zustand des Sperrelements 48' in eine Verzahnung 54 verrastend eingreifen (12), die an der Innenumfangswand 53 der Lagerhülle 14 vorgesehen ist. Anstelle der Verzahnung 54 ist es auch möglich, anders ausgebildete Vertiefungen vorzusehen, in welche die Enden 52a, 52b eingreifen können. Bei niederen Temperaturen können sich die freien Enden 52a, 52b dagegen frei über die Verzahnung 54 bewegen (11), so dass ein Drehen des Nachstellzahnrads 18 möglich ist.
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Die 7, 13, 14 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Sperrelements 48'', das aus einem teilweisen gewellten Bimetallelement besteht, das als ”Sprungelement” oder ”Sprungschaltungselement” ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform weist das Sperrelement 48'' einen wellenförmigen Bereich 55 auf, an dessen Übergang zum kreisrunden Bereich sich Festkörpergelenke 56a, 56b (7) befinden, an denen ein Krümmungswechsel der einzelnen Abschnitte bei Erwärmung sprunghaft auftreten kann. Der wellenförmige innere Bereich 55 des Sperrelements 48'' ist mittig fest mit dem Nachstellzahnrad 18 verbunden. Daher wird der Mittelpunkt des Sperrelements 48'' ortsfest gehalten und die beiden Festkörpergelenke 56a, 56b bewegen sich bei Erwärmung spiegelbildlich voneinander weg. Die kontinuierliche Verformung des Sperrelements 48'' wird nach außen hin solange zurückgehalten, bis es bei einer bestimmten Temperatur zu einer sprungartigen Verformung des thermischen Sperrelements 48'' kommt. Wie aus 13 ersichtlich, ist auch bei dieser Ausführungsform zwischen dem Sperrelement 48'' und der Innenumfangsfläche 53 der Lagerhülle 14 ein kleiner Abstand vorhanden, wenn die Temperaturen relativ niedrig sind, so dass sich das Nachstellzahnrad 18 frei drehen kann. Oberhalb einer bestimmten Temperatur kommt es dagegen zu einem sprunghaften Aufweiten des hülsenartigen Sperrelements 48'', wodurch es an der Innenumfangsfläche 53 anliegt, siehe 14. Hierdurch kommt es wiederum zu einer Reibschlussverbindung zur Lagerhülle 14, wodurch ein Drehen des Nachstellzahnrads 18 verhindert wird.
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8 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sperrelements 48'''. Bei dieser Ausführungsform besteht das Sperrelement 48''' aus einer Formgedächtnislegierung. Da sich die Formänderung bei einer derartigen Formgedächtnislegierung ab einer bestimmten Starttemperatur in einer sprunghaften Änderung der Gitterstruktur äußert, kann die Geometrie dieses thermischen Sperrelements sehr einfach gehalten werden – beispielsweise als Draht mit kreisförmigen Querschnitt, wie in 8 gezeigt. Dieser Draht weist wiederum die Form eines unterbrochenen, d. h. unvollständigen Kreises mit zwei freien Enden 52a, 52b auf.
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Der Vorteil des Sperrelements 48''' besteht insbesondere darin, dass aufgrund des höheren spezifischen Arbeitsvermögens dieses Sprungelement mit noch deutlich geringerem Werkstoffeinsatz hergestellt werden kann, was die hier höheren Werkstoffkosten entsprechend wieder reduziert.
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Details der vorstehend beschriebenen Sperrelemente 48, 48', 48'', 48''' können miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, die Sperrelemente 48'' und 48''' mit aufgebogenen Enden in ähnlicher Weise wie das Sperrelement 48' herzustellen, so dass die Enden 52a, 52b alternativ oder zusätzlich zur Reibschlussverbindung auch eine Formschlussverbindung mit der Lagerhülle 14 schaffen.
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Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass erfindungsgemäß eine Art ”Thermofreilauf” geschaffen wird, d. h. eine automatisch auf die Höhe der Temperatur reagierende Freilaufkupplung zwischen dem Nachstellzahnrad 18 und der Lagerhülle 14, in der das Nachstellzahnrad 18 drehbar gelagert ist. Hierdurch kann auf sehr einfache, kostengünstige und platzsparende Weise ein bei relativ hohen Temperaturen unerwünschtes Nachstellen des Bremsbackenlüftspiels gehemmt oder gesperrt werden. Diese Hemmung bzw. Sperrung ist somit ausschließlich davon abhängig, welche Temperatur sich in der Bremse eingestellt hat. Das thermische Sperrelement 48, 48', 48'', 48''' ist dabei so gestaltet, dass es eine Sperrwirkung in beide Drehrichtungen ermöglicht. Neben der Verwendung in rechts- und linksdrehenden Vorrichtungen wird es damit gut in der Lagerhülle 14 zentriert. Es kann mit dem Lagerabschnitt 19 des Nachstellzahnrads 18 fest verbunden, gelenkig verspannt oder ohne feste Verbindung reibschlüssig festgelegt werden.
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Von besonderem Vorteil ist dabei, dass das thermische Sperrelement 48, 48', 48'', 48''' außerhalb des Kraftflusses angeordnet ist, der bei Betätigung der Bremse auftritt. Dies bedeutet, dass das Sperrelement keine Bremskräfte zu übertragen hat. Ist das Sperrelement 48, 48', 48'', 48''', wie in den Figuren gezeigt, im Inneren des Spreizstößels 7 angeordnet, ist der Thermofreilauf auch sehr gut gegen Verschmutzung geschützt. Eine Veränderung der Eigenschaften des thermischen Sperrelements 48, 48', 48'', 48''' durch Verschmutzung kann daher ausgeschlossen werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber bisherigen Lösungen, die offenliegend im Bremsinneren verbaut und entsprechend verschmutzungsanfällig sind.
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Alternativ zum Einbau des Sperrelements 48, 48', 48'', 48''' im Spreizstößel 7 ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Prinzip im Bereich der Abstützeinrichtung 3 vorzusehen, wenn dort ein entsprechendes Nachstellzahnrad 18 vorhanden ist.
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Weiterhin ist es auch möglich, das Sperrelement 48, 48', 48'', 48''' so auszubilden und anzuordnen, dass es im Freilaufzustand an der Innenumfangsfläche 53 der Lagerhülle 14 anliegt und zum Nachstellzahnrad 18 beabstandet ist, während es sich bei höheren Temperaturen derart zusammenzieht, dass eine Reib- und/oder Formschlussverbindung zum Nachstellzahnrad 18 geschaffen wird.
