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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb. Kugelgewindetriebe
wandeln rotatorische Bewegungen in translatorische Bewegungen um.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch eine Betätigungseinrichtung
zur Betätigung einer Bremse, insbesondere Feststellbremse für
ein Kraftfahrzeug, mit einem derartigen Kugelgewindetrieb.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus
EP 1058795 B1 beispielsweise
ist eine Betätigungseinrichtung für eine Feststellbremse
eines Kraftfahrzeuges bekannt geworden, bei der ein Kugelgewindetrieb
vorgesehen ist.
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Die
von einem Elektromotor angetriebene Gewindespindel bewirkt eine
relative Axialverschiebung zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel,
wobei die Gewindemutter über weitere Maschinenteile in
ihrer Vorschubrichtung eine Druckkraft auf einen Reibbelag einer
Scheibenbremse ausübt. Zum Lösen der Feststellbremse
wird die Gewindespindel in entgegen gesetzter Drehrichtung angetrieben;
die Gewindemutter fährt auf der Gewindespindel zurück
bis in eine Anschlagposition, in der ein Anschlag wirksam ist. Der
umfangsseitige Anschlag ist wirksam, bevor die Gewindemutter mit
einem auf der Gewindespindel angeordneten, den Vorsprung aufweisenden
Anschlagteil axial verspannt werden kann.
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In
der hier beschriebenen Anwendung des Kugelgewindetriebes ist ein
derartiger umfangsseitiger Anschlag für die einwandfreie
Funktion des Kugelgewindetriebes von Bedeutung. Ohne einen derartigen
umfangsseitigen Anschlag bestünde die unerwünschte
Möglichkeit, dass die Gewindemutter wie eine fest gezogene
Schraubenmutter axial verspannt wird, und ein Lösen dieser
axialen Verspannung nur noch unter Aufbringung eines erheblichen
Drehmomentes möglich wäre.
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Bei
diesem bekannten Kugelgewindetrieb weisen die an der Gewindemutter
und an dem Anschlagteil vorgesehenen Vorsprünge eine erste
Anschlagfläche und eine für das Anschlagen gegen
die erste Anschlagfläche vorgesehene zweite Anschlagfläche
auf. Vor der letzten noch möglichen Umdrehung zwischen
Gewindemutter und Anschlagteil muss noch soviel axialer Abstand
zwischen den beiden Vorsprüngen sein, dass diese nicht
stirnseitig aneinander stoßen. Während der letzten
Umdrehung überdecken die beiden Vorsprünge einander
in axialer Richtung; schließlich schlagen die beiden Vorsprünge
mit ihren Anschlagflächen umfangsseitig aneinander an und
eine weitere Relativdrehung zwischen der Gewindespindel und der
Gewindemutter ist unterbunden. Das Zusammenspiel der beiden Anschlagflächen
ist von Bedeutung für ein einwandfreies Anschlagen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es, einen Kugelgewindetrieb nach
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem ein
einwandfreies Anschlagen gewährleistet ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wurde
diese Aufgabe durch den Kugelgewindetrieb gemäß Anspruch
1 gelöst. Dadurch, dass in der Anschlagposition eine axiale Überdeckung
der ersten Anschlagfläche mit der zweiten Anschlagfläche
vorgesehen ist, die zwischen 20% und 85% der Steigung der Gewindespindel
(8, 28), ist eine einwandfreie Funktion des Anschlags
gewährleistet.
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Die
Anschlagposition ist erfindungsgemäß gegeben,
wenn die beiden Anschlagflächen an einander anschlagen,
eine weitere Relativdrehung demzufolge verhindert ist.
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Die
axiale Überdeckung in axialer Richtung kann theoretisch
höchstens so groß sein, wie die Steigung der Gewindespindel.
Unter Steigung wird im Sinn der vorliegenden Erfindung der Weg verstanden,
der zwischen Gewindemutter und Gewindespindel in axialer Richtung
zurückgelegt wird, wenn eine volle Relativdrehung zwischen
der Gewindemutter und der Gewindespindel erfolgt.
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Bei
einer großen Steigung der Gewindespindel kann betragsmäßig
eine große axiale Überdeckung erzielt werden.
Wenn Drehmomente von ca 50 Nm über die Anschlagflächen übertragen
werden, ist eine hinreichend große axiale Überdeckung
zu wählen, die eine zulässige Flächenpressung
ermöglicht. In diesem Fall kann diese so ermittelte axiale Überdeckung
bei großen Steigungen eher bei dem unteren erfindungsgemäßen
Wert angesiedelt sein.
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Bei
einer kleinen Steigung der Gewindespindel ergibt sich entsprechend
betragsmäßig eine geringe axiale Überdeckung.
In diesem Fall wird der erfindungsgemäß eingestellte
Wert eher bei dem oberen erfindungsgemäßen Wert
angesiedelt sein, um eine hinreichende axiale Überlappung
beispielsweise im Hinblick auf die Flächenpressung zu ermöglichen.
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Die
axiale Überdeckung kann angegeben werden als der Abschnitt,
um den die erste und die zweite Anschlagfläche in axialer
Richtung einander überlappen.
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Bei
der Herstellung der Anschlagflächen sind deren Konturen
herstellungsbedingt insbesondere an Kanten dieser Anschlagflächen
mit Rundungen versehen, insbesondere dann, wenn diese Konturen in einem
Umformverfahren gebildet werden. Das bedeutet, dass selbst dann,
wenn beispielsweise eine Überdeckung in axialer Richtung
von beispielsweise 1 mm zwischen den beiden Anschlagflächen
gemessen würde, berücksichtigt werden müsste,
dass aufgrund von Rundungen der Konturen an den Kanten und aufgrund
von Toleranzen eine effektive Überdeckung von nur noch
0,5 mm vorliegen würde, die zur Übertragung eines
Drehmomentes über die Anschlagflächen zur Verfügung
steht. Die Erfindung hat erkannt, dass in dem ausgewählten
Bereich insbesondere bei Parkbremsen mit erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieben
ein zuverlässiges Arbeiten des Anschlags gewährleistet
ist, ohne unnötig viel axialen Bauraum zu beanspruchen.
Wenn die Überdeckung in erfindungsgemäßer
Weise zwischen 20% und 85% der Steigung beträgt, wird selbst
bei großen Toleranzen und Rundungen eine effektive Überdeckung
zwischen 15% und 50% der Steigung der Gewindespindel erzielt.
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Die
von der Abmessung der Anschlagflächen her mögliche
axiale Überdeckung kann größer sein als
die effektive Überdeckung, aber höchstens so groß wie
die Steigung der Gewindespindel. Die effektive Überdeckung
berücksichtigt, dass an den kanten der Anschlagflächen
Abrundungen ausgebildet sein können, die nicht zur Übertragung
eines Drehmomentes zur Verfügung.
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Bei
einer Steigung der Gewindespindel von 3,6 mm und einer axialen Überdeckung
von beispielsweise 1,8 mm kann aufgrund von Rundungen der Kanten
von der ersten Anschlagfläche und dem Vorsprung eine reduzierte
effektive Überdeckung von 1,2 mm vorliegen, die einem Anteil
von etwa 33% der Steigung der Gewindespindel entspricht.
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Bei
erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieben als Betätigungseinrichtung
für Parkbremsen ist eine Steigung zwischen 3 mm und 4 mm
günstig. Bei sehr kleinen Steigungen können zwar
große axiale Vorschubkräfte erzeugt werden; jedoch
ist dann die axiale Überdeckung ebenfalls sehr klein, weil
die axiale Überdeckung nicht größer sein
kann als die Steigung.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann die
zweite Anschlagfläche an einem axialen Vorsprung eines
auf der Gewindespindel angeordneten Anschlagteiles gebildet sein.
Wenn die Spindelmutter in ihrer Anschlagposition ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass zwischen den einander zugewandten Stirnseiten des Anschlagteiles
und der Gewindemutter ein Mindestabstand vorgesehen ist, so dass
ein axiales Verspannen der Gewindemutter jedenfalls verhindert ist.
Dieser Mindestabstand sollte zwischen 3/10 mm und 1 mm liegen.
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Die
Gewindemutter kann an ihrer dem Anschlagteil zugewandten Stirnseite
mit einer stirnseitig geöffneten Ausnehmung versehen sein,
die umfangsseitig durch die erste Anschlagfläche begrenzt ist.
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Das
Anschlagteil kann durch eine an der Gewindespindel zur Übertragung
eines Drehmomentes angeordnete Stützscheibe gebildet sein,
die mit dem Vorsprung versehen ist. In der Anschlagposition taucht
der Vorsprung in die an der Stirnseite der Gewindemutter ausgebildete
Ausnehmung hinein und liegt in der Anschlagposition an der ersten
Anschlagfläche an, die die Ausnehmung umfangsseitig begrenzt.
In dieser Anschlagposition ist zwischen den Stirnseiten der Gewindemutter
und der Stützscheibe der Mindestabstand vorgesehen.
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Wenn
der Anschlag wirksam ist, die Anschlagflächen an einander
anschlagen, kann in der Anwendung bei einer Parkbremse ein Drehmoment von
etwa 50 Nm übertragen werden. Zur Minimierung der an dem
Vorsprung aufgrund des Drehmomentes einwirkenden Biegemomente sieht
eine erfindungsgemäße Weiterbildung vor, die axiale
Erstreckung des Vorsprungs höchstens so groß wie
die Steigung der Gewindespindel auszubilden. Die axiale Erstreckung
kann am Beispiel der Stützscheibe gemessen werden von der
Stirnseite der Stützscheibe bis zum freien Ende des Vorsprungs.
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Der
vorzugsweise einstückig an die Stützscheibe angeformte
axiale Vorsprung ist an seiner der ersten Anschlagfläche
zugewandten Seite mit einer zweiten Anschlagfläche versehen,
die an die erste Anschlagfläche anschlägt; beide
Anschlagflächen liegen in der Anschlagposition vorzugsweise
in einer gemeinsamen Ebene mit der Spindelachse. Auf diese Weise
ist sichergestellt, dass keine radialen Kräfte über
die Anschlagflächen übertragen werden. Diese gemeinsame
Ebene für die Anschlagflächen und die Spindelachse
kann unabhängig von der Ausbildung des Anschlagteiles oder
der Gewindemutter sein. Wesentlich ist die gemeinsame Ebene, da
in dieser Ebene übertragene Kräfte nur in Umfangsrichtung wirken,
aber nicht radial.
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Es
wurde bereits ausgeführt, dass der Eingriff des Vorsprungs
in die Ausnehmung unter einer Relativdrehung zwischen Gewindemutter
und Vorsprung fortschreitet, und zwar entsprechend der Steigung
der Gewindespindel. Bei einer erfindungsgemäßen
Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die Ausnehmung in . Umfangsrichtung
wenigstens über einen Winkel erstreckt, der gebildet ist
aus einem Quotienten des Verhältnisses aus der tatsächlichen axialen Überdeckung
zu der Steigung der Gewindespindel, multipliziert mit 360 Grad,
wobei die axiale Überdeckung und die Steigung der Gewindespindel beide
mit der gleichen Längeneinheit bezeichnet sind.
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Je
größer die axiale Überdeckung ist, desto größer
ist der Winkel. Ist aus Gründen der Zuverlässigkeit
bei der Drehmomentübertragung eine große axiale Überdeckung
gewünscht, kann gemäß der erfindungsgemäßen
Bemessungsregel ein entsprechend großer Winkel vorgesehen
werden. Dieser Winkel steht für ein Eintauchen des Vorsprungs
während einer Relativdrehung zwischen Gewindemutter und
Anschlagteil zur Verfügung. Dieser Winkel kann daher als
Eintauchwinkel bezeichnet werden, der vorzugsweise mindestens 180
Grad betragen sollte. Bei diesem Eintauchwinkel kann auch bei Gewindespindeln
mit unterschiedlicher Steigung eine ausreichende axiale Überdeckung
gewährleistet werden. Je größer dieser
Eintauchwinkel wird, desto mehr axiale Überdeckung kann
erzielt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zwei
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer Bremseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen
Kugelgewindetrieb in unbelastetem Zustand im Schnitt,
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2 eine
vergrößerte Detailansicht des Bereichs II aus 1,
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3 eine
vergrößerte Detailansicht des Bereichs III aus 1,
und
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4 die
Bremseinrichtung aus 1 in belastetem Zustand mit
relativ zueinander verkippten Elementen,
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5 eine
weitere Bremseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen
Kugelgewindetrieb im Schnitt,
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6 den
Kugelgewindetrieb aus 5 und
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7 eine
Ausschnittvergrößerung aus 6,
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8 Einzelteile
des Kugelgewindetriebes aus 6,
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9 ein weiteres Einzelteil des Kugelgewindetriebes
aus 6
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10 den
erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb in teilweise
gebrochener Darstellung, und
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11 den
erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb aus 10 im
Querschnitt entlang der Schnittlinie XI-XI.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Bremseinrichtung 1,
wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug als Parkbremse oder
Feststellbremse realisiert sein kann. Die Bremseinrichtung 1 umfasst
eine Bremsscheibe 2, die in bekannter Weise mit dem Rad
verbunden ist, sowie eine die Bremsscheibe 2 übergreifende,
im Querschnitt im Wesentlichen C-förmige Bremszange 3.
In dieser sind zwei Bremsbeläge 4, 5 aufgenommen,
die beidseits der zwischen ihnen angeordneten Bremsscheibe 2 positioniert
sind und zum Bremsen fest an dieser anliegen, die Bremsscheibe dann
zwischen sich verklemmend. 1 zeigt
die Lösestellung, wenn die Bremsscheibe 2 also
nicht verspannt ist, die Bremsscheibe 2 kann frei zwischen
den beiden Bremsbelägen 4, 5 drehen,
wenngleich diese eher aus Gründen der Darstellung direkt
an der Bremsscheibe anliegen. Tatsächlich ist zwischen
der Bremsscheibe 2 und den Bremsbelägen 4, 5 ein
minimaler Spalt gegeben, der in der Lösestellung die freie
Drehbarkeit ermöglicht.
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1 zeigt
ferner einen in einem gegebenenfalls gehäuseartigen Abschnitt 6 der
Bremszange 3 aufgenommenen erfindungsgemäßen
Kugelgewindetrieb 7, bestehend aus einer Gewindespindel 8,
auf der über Kugeln 9 geführt eine Gewindemutter 10 läuft,
wobei die Kugeln 9 endlos umlaufen und über wenigstens
ein Kugelrückführelement 11 stets zurückgesetzt
werden. Die Spindel 8 ist mit einem hier nicht näher
gezeigten Antriebsmotor, der bevorzugt im Bereich der Außenseite
des gehäuseartigen Abschnitts 6 angeordnet ist
und unter einem Winkel von z. B. 90° mit seiner Abtriebswelle
zur Gewindespindel 8 steht, verbunden. Seine Abtriebswelle
ist mit der Gewindespindel 8 über eine kardanische
Verbindung gekoppelt, die den motorischen Antrieb der Gewindespindel 8 ermöglicht.
Die Gewindespindel 8 ist ferner an der Bremszange 3 über
ein Radiallager 12 sowie ein Axiallager 13 hier
in Form eines Nadellagers lagefest drehgelagert.
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Die
Gewindemutter 10 ihrerseits ist mit einem Kolben 14 gekoppelt,
dieser liegt an der vorderen Stirnkante der Gewindemutter 10 auf,
ist dort also abgestützt. Am Kolben 14 ist der
bewegliche Bremsbelag 5 angeordnet. Wird nun durch Betätigen
eines geeigneten fahrzeugseitigen Betätigungselements der
nicht näher gezeigte Antriebsmotor angesteuert, um die
Bremseinrichtung zu betätigen, mithin also die Bremsscheibe 2 zu
fixieren, so dreht über den Antriebsmotor bewegt die Gewindespindel 8,
was dazu führt, dass die Gewindemutter 10 längs
der Gewindespindel 8, über die Kugeln 9 geführt,
wandert, sich ausgehend von 1 also nach
links bewegt. Hierbei wird der auf der Stirnfläche der
Gewindemutter 10
aufgelagerte Kolben 14 und mit
ihm der Bremsbelag 5 nach links gedrückt, so dass
er in feste Anlage gegen die am anderen Bremsbelag 4 gegengelagerte Bremsscheibe
gedrückt wird, worüber diese zwischen beiden Bremsbelägen 4, 5 fixiert
wird.
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung eine Teilansicht aus
dem Auflagerbereich des Kolbens 14 auf der Gewindemutter 10.
Der Kolben 14 weist eine konische Führungsfläche 15 auf,
der eine der Grundform nach ebenfalls konische zweite Führungsfläche 16 an
der Stirnseite der Gewindemutter 10 gegenüberliegt,
die jedoch eine ballige oder konvexe Außenform aufweist.
Das heißt, dass hier keine flächige Anlage gegeben
ist, sondern nur eine linienförmige Auflage der Führungsfläche 15 auf
der Führungsfläche 16. Dies bewirkt,
dass der Kolben 14 auf der Mutter 10 beweglich
aufsitzt, das heißt, dass sich die Führungsfläche 15 auf
der Führungsfläche 16 infolge der linienförmigen
Lagerung bewegen kann. Der Kolben 14 kann also relativ
zur Gewindemutter 10 verkippen, es ist eine über
ein geeignetes Schmiermittel zur Reibungsreduzierung geschmierte
bewegliche Lagerung realisiert.
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Eine
ebenfalls bewegliche Lagerung ist, wie 3 in einer
vergrößerten Teilansicht zeigt, im Bereich der
Lagerung der Gewindespindel 8 an der Bremszange 3 realisiert.
Wie ausgeführt, ist die Gewindespindel 8 einerseits
radial über das Radiallager 12 an der Wand 17 der
Bremszange gelagert, andererseits über das Axiallager 13.
Dieses umfasst eine erste Lagerscheibe 18 (Gehäusescheibe),
die lagefest an der Wand 17 angeordnet ist, sowie eine
zweite Lagerscheibe 19 (Wellenscheibe), die auf der ersten
Lagerscheibe 18 über Nadelwälzkörper 20 läuft. Die
Lagerscheibe 19 weist einen axialen Ansatz 21 auf,
der eine konische zweite Lagerfläche 22 aufweist,
die – ähnliche wie die Führungsfläche 16 bei der
Lagerung des Kolben 14 auf der Gewindemutter 10 – eine
ballige, konvexe Oberfläche bei vorzugsweise im Wesentlichen
konischer Grundform aufweist.
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Die
Gewindespindel 8 ihrerseits weist eine erste, konvexe Lagerfläche 23 auf.
Ersichtlich ist also auch hier eine bewegliche Lagerung realisiert,
nachdem auch hier die erste Lagerfläche 23 nur
entlang einer Linie, nicht jedoch flächig, auf der zweiten
Lagerfläche 22 aufliegt. Dies führt dazu,
dass die Gewindespindel 8 etwas relativ zum lagefesten
Axiallager 13 bzw. zur lagefesten Lagerscheibe 19,
ebenfalls geschmiert, verkippen kann. Diese Verkippung ist dadurch
möglich, dass die Gewindespindel 8 im Radiallager 12 ebenfalls
mit etwas Spiel aufgenommen ist respektive das Radiallager, beispielsweise ein
Kunststoffgleitlager, eine gewisse Verkippung zulässt.
Der Verkippungswinkel liegt im Betrieb, wenn es zu der Zangenaufweitung
infolge der wirkenden Kräfte kommt, im Bereich von deutlich < 0,5° pro
beweglicher Lagerstelle, so dass das Gleitlager 12 nicht nennenswert
belastet wird.
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Selbstverständlich
ist es bei beiden Lagerstellen möglich, die Balligkeit
an der jeweils anderen Führungsfläche zu realisieren,
oder auch beide Führungsflächen ballig auszugestalten.
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Bei
der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung 1 sind
also zwei bewegliche Lagerstellen realisiert, nämlich zum
einen im Bereich der Auflagerung des Kolbens 14 auf der
Mutter 10, zum anderen im Bereich der Auflagerung der Gewindespindel 8 auf dem
Axiallager 13. Dies führt nun dazu, dass eine
bei bekannten Bremseinrichtungen gegebene Verkippung der relevanten
Achsen, aus der eine hohe Lagerbelastung resultiert, die zu einem
vorzeitigen Lagerausfall führen kann, weitgehend kompensiert
werden kann, so dass die Lagerlasten deutlich verringert werden
können.
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In
der in 1 gezeigten unbelasteten Stellung fallen die drei
Längsachsen der Gewindespindel 8, der Bremszange 3 respektive
des vorzugsweise zylindrischen gehäuseartigen Abschnitts 6 sowie
des Kolbens 14 zusammen, sie sind dort mit A als gemeinsame
Achse gekennzeichnet.
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Wird
nun über den nicht gezeigten Motor die Gewindespindel 8 angesteuert
und über diese der Kolben 14 und mit ihm der Bremsbelag 5 gegen
die Bremsscheibe 2 gedrückt, so kommt es je nach
Andruckkraft zu einem mehr oder weniger starken Aufweiten oder Aufspreizen
der Bremszange 3, wie dies in 4 gezeigt
ist. Ersichtlich weitet sich die Bremszange 3, es bildet
sich zum einen ein leichter Spalt 24 im Bereich der Bremszangenanlage
am ersten Bremsbelag 4, wie sich auch deutlich eine winklige Stellung
des Abschnitts 6 der Bremszange 3 relativ zum
Kolben 14 einstellt. An dieser Stelle ist anzumerken, dass 4 aus
Gründen der Darstellbarkeit eine deutlich überzeichnete
Aufweitung und Bauteilverkippung zeigt, als real eintritt.
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Dieser
starke Winkelversatz kann jedoch infolge der realisierten zwei separaten
Beweglichkeiten respektive beweglichen Lagerungen quasi aufgespaltet
werden und die auf das Axiallager wirkende Last deutlich verringert
werden. Denn zum einen führt die Verkippung der Bremszange 3,
also ihre Aufspreizung dazu, dass sich der Kolben 14 relativ
zur Mutter 10 leicht verkippt, was über die in 2 näher gezeigte
bewegliche Auflagerung des Kolbens 14 auf der Mutter 10 über
die Führungsflächen 15, 16 ergibt. In
gleicher Weise kommt es zu einer leichten Verkippung der Auflagerung
der Gewindespindel 8 auf dem Axiallager 13 respektive
der Lagerscheibe 19 infolge der dort realisierten beweglichen
Lagerung, wie in 3 gezeigt. Auch hier kommt es
also zu einer wenngleich geringen Relativbewegung oder Kippbewegung.
Das heißt, dass sich folglich die Elemente Kolben 14,
Gewindemutter 10, Gewindespindel 8, Axiallager 13 respektive
Lagerscheibe 19 lastbedingt relativ zueinander paarweise
verstellen und es folglich zu einer Aufspaltung und damit gleichzeitig
gegebenen lokalen Verringerung der einzelnen Verkippwinkel kommt.
Mit der Relativbewegung des Axiallagers 13 zur Gewindespindel 8 kommt
es auch dazu, dass sich die Gewindespindel 8 relativ zum
Radiallager 12 bewegt bzw. verkippt, wie in 4 ebenfalls dargestellt
ist. Während in 1 sämtliche Längsachsen
wie beschrieben zusammenfallen, ergibt sich nun infolge der Bremszangenaufweitung
ein Achsversatz, der jedoch deutlich geringer ist infolge der realisierten
Beweglichkeiten, als er dies bei starrer Lagerung wäre.
Ersichtlich fallen die einzelnen Achsen A1 der
Bremszange 3, A2 des Kugelgewindetriebs 7 respektive
der Gewindespindel 8 und A3 des Kolbens 14 nicht
mehr zusammen, gleichwohl ist der jeweilige Achsversatz relativ
gering. Die im Realbetrieb auftretende maximale Schiefstellung oder
Verkippung von etwa 0,5° der Bremszangenachse relativ zur
Normalen auf die Bremsscheibe kann durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Entkopplung der Elemente, also ihrer relativen Beweglichkeit zueinander, gut
kompensiert werden, so dass insgesamt entweder der Kugelgewindetrieb
etwas kleiner dimensioniert werden kann und/oder die Lagerlebensdauer deutlich
ansteigt.
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Die 5 bis 11 zeigen
eine weitere Bremseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen
Kugelgewindetrieb 24. In dieser Anordnung kann die Erfindung
auch als Betätigungseinrichtung für eine Feststellbremse
bezeichnet werden.
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Soweit
die hier dargestellten Bauteile mit denen des zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispieles übereinstimmen, werden die
gleichen Bezugszeichen verwendet.
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5 zeigt
im Schnitt eine Parkbremse oder Feststellbremse mit dem erfindungsgemäßen
Kugelgewindetrieb 24. Hier ist ein gegenüber dem
vorangegangenen Ausführungsbeispiel modifiziertes Axiallager 25 vorgesehen.
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Der
erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb 24 mit
dem Axiallager 25 ist deutlich in 6 im Schnitt
abgebildet. Eine Gewindemutter 26 ist über Kugeln 27 auf
einer Gewindespindel 28 in bekannter Weise wälzgelagert.
Die Gewindespindel 28 weist außerhalb ihres mit
der Gewindemutter 26 zusammenarbeitenden Abschnitts einen
radial abgestuften Spindelabschnitt 29 auf, der an seinem
axialen Ende mit einem Mehrkant 30 versehen ist. Ein hier
nicht abgebildetes Getriebe kann an diesen Mehrkant 30 abtriebsseitig
angeschlossen werden.
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Der 6 ist
ferner zu entnehmen, dass die Gewindespindel 28 mit ihrem
Spindelabschnitt 29 durch das Axiallager 25 hindurchgeführt
ist. Das Axiallager 25 umfasst eine Stützscheibe 33 sowie
ein Axialwälzlager 38, bei dem Rollen 39 zwischen
zwei Lagerscheiben 40,41 angeordnet sind. Die
eine Lagerscheibe 40 liegt an der Stützscheibe 33 an,
die andere Lagerscheibe 41 ist am gehäuseseitigen
Abschnitt 6 abgestützt.
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7 zeigt
eine Ausschnittsvergrößerung des Kugelgewindetriebes 24 und
des Axiallagers 25. Die Gewindespindel 28 ist
im Übergang auf den radial abgesetzten Spindelabschnitt 29 mit
einer Schulter 31 versehen. Diese Schulter 31 weist
eine mit einem Krümmungsradius konvex geformte Lagerfläche 32 auf.
Eine Stützscheibe 33 des Axiallagers 25 ist über eine
Verzahnung 34 drehfest, aber taumelfähig auf der
Gewindespindel 28 angeordnet. Die Stützscheibe 33 ist
ein ihrer der ersten Lagerfläche 32 zugewandten
Stirnseite mit einer konischen Öffnung 35 versehen,
die eine zweite Lagerfläche 36 bildet.
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In 7 ist
die Spindelachse S angedeutet. Der Krümmungsradius R1 der
ersten Lagerfläche 32 fällt auf die Spindelachse
S. Die beiden Lagerflächen 32,36 berühren
einander entlang einer ringförmigen Kontaktbahn 37,
deren Mittelpunkt ebenfalls auf der Spindelachse S liegt. Diese
ringförmige Kontaktbahn 37 hat einen Radius R2.
Der 7 ist zu entnehmen, dass die beiden Radien R1
und R2 auf der Spindelachse S beabstandet zueinander angeordnet
sind. Der Radius R1 ist größer als der Radius
R2, wobei ein aus dem Verhältnis des Radius R1 zu dem Radius
R2 gebildete Quotient erfindungsgemäß Werte zwischen
1,4 und 1,6 einschließlich dieser Werte annimmt. Ein mit
dem Krümmungsradius R1 gezogener Kreis liegt in der Blattebene.
Ein mit dem Krümmungsradius R2 gezogener Kreis liegt in
einer quer zur Blattebene angeordneten Ebene.
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8 zeigt
die Situation, in der aufgrund einer elastischen Verformung der
Bremszange 3 oder des gehäuseartigen Abschnitts 6 die
Stützscheibe 33 gegenüber der Gewindespindel
in 28 um etwa 0,5° gekippt ist, wobei in der Darstellung
diese Verkippung überhöht dargestellt ist. Eine
unerwünschte Belastung des Axiallagers 25 mit
einem Biegemoment ist demzufolge vermieden. Die Stützscheibe 33 ist
demzufolge taumelfähig auf der Gewindespindel 28 angeordnet;
sie kann um quer zur Spindelachse gelegene Achsen kippen, und Drehmomente
zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Stützscheibe 33 und
Gewindespindel 28 übernehmen.
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Die 9a, 9b, 9c zeigen
die Stützscheibe 33 in zwei Ansichten und im Längsschnitt.
In 9b sind in der Wandung der konischen Öffnung 35 Taschen 42 zur
Aufnahme von Schmierstoff vorgesehen. In der Kontaktbahn 37 ist
somit ein Schmierfilm aufgebaut, der ein leichtgängiges
Verkippen der beiden Lagerflächen 33, 36 unterstützt.
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10 zeigt
den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb mit teilweise
gebrochen dargestellter Gewindemutter 26 und Stützscheibe 33.
Hier ist ein umfangsseitiger Anschlag 43 für die
Gewindemutter 26 zu erkennen, der nachstehend näher
beschrieben wird.
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Der 10 kann
entnommen werden, dass die Stützscheibe 33 an
ihrer der Gewindemutter 26 zugewandten Stirnseite mit einem
axialen Vorsprung 44 versehen ist. Dieser axiale Vorsprung 44 greift
in eine Ausnehmung 45 der Gewindemutter 26 ein.
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11 zeigt
deutlich die Ausnehmung 45, die sich in Umfangsrichtung über
einen größeren Umfangsabschnitt erstreckt. In
der einen Umfangsrichtung ist die Ausnehmung 45 begrenzt
durch einen einstückig an der Gewindemutter 26 angeformten Zahn 46,
der radial einwärts gerichtet ist. Der 11 ist
ferner zu entnehmen, dass der Vorsprung 44 in einer Anschlagposition
angeordnet ist, in der er an einer ersten Anschlagfläche 47 des
Zahns 46 anschlägt.
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In
axialer Richtung ist die Ausnehmung 45 begrenzt durch einen
einstückig mit der Gewindemutter 26 ausgebildeten
Boden 54. In radialer Richtung ist die Ausnehmung begrenzt
durch eine einstückig mit der Gewindemutter 26 ausgebildete
Umfangswandung 55.
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Dieser
Anschlag 43 verhindert, dass die Gewindemutter 26 axial
mit der Stützscheibe 33 verspannt werden kann.
Denn bevor einander zugewandte Stirnflächen der Gewindemutter 26 und
der Stützscheibe 33 miteinander in Kontakt kommen, schlägt
der Vorsprung 44 gegen die erste Anschlagfläche 47 des
Zahns 46 an.
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Die
Ausnehmung 45 erstreckt sich über einen Umfangswinkel
von mehr als 180°, so dass der Vorsprung 44 unter
schraubender Relativdrehung zu der Gewindemutter 26 in
diese Ausnehmung 45 eintaucht.
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Der
Umfangsanschlag 43 ist so eingestellt, dass in der Anschlagsituation
zwischen der Gewindemutter 26 und der Stützscheibe 33 ein
Mindestabstand a eingehalten ist, so dass jedenfalls ein axiales Verspannen
zwischen Gewindemutter 26 und Gewindespindel 28 verhindert
ist. In der 10 ist der Mindestabstand a
eingezeichnet, der zwischen den beiden einander zugewandten Stirnflächen
der Gewindemutter 26 und der Spindelscheibe 33 vorgesehen ist.
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Insbesondere
der 10 kann entnommen werden, dass der Vorsprung 44 und
die erste Anschlagfläche 47 in axialer Richtung
einander überdecken. Diese axiale Überdeckung
ist einerseits kleiner als die gesamte axiale Erstreckung des axialen
Vorsprungs 44, so dass auf jeden Fall der weiter oben erwähnte
Mindestabstand a gesichert ist. Andererseits ist diese axiale Überdeckung
größer als die axiale Erstreckung des Vorsprungs 44 abzüglich
des axialen Mindestabstandes a zwischen dem Anschlag 43 und der
Gewindemutter 26. Ferner ist die axiale Erstreckung des
Vorsprungs 24 höchstens so groß wie die Steigung
des Kugelgewindetriebes, um die auftretenden Biegemomente an dem
Vorsprung 44 im Augenblick des Anschlagens gegen die erste
Anschlagfläche 47 klein zu halten.
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Um
zu verhindern, dass in der Anschlagsituation radiale Kräfte
aufgrund des Anschlagens erzeugt werden, sind eine an dem Vorsprung 44 gebildete
zweite Anschlagfläche 48 und die zugehörige erste
Anschlagfläche 47 des Zahns 46 in der
Anschlagposition in einer gemeinsamen, die Spindelachse enthaltenden
Ebene angeordnet.
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Die
im Ausführungsbeispiel an der Gewindemutter 26 stirnseitig
ausgebildete Ausnehmung 45 erstreckt sich in Umfangsrichtung über
einen Winkel, der gebildet ist aus einem Quotienten des Verhältnisses
aus der oben erwähnten axialen Überdeckung zu der
Steigung der Gewindespindel, multipliziert mit 360°, wobei
zur Ermittlung des Winkels die axiale Überdeckung und die
Steigung der Gewindespindel beide mit der gleichen Längeneinheit
bezeichnet sind.
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Der 10 kann
ferner entnommen werden, dass an der Gewindemutter 26 und
an der Stützscheibe 33 jeweils eine optische Markierung 49, 50 ausgebildet
sind. Diese Markierungen 49, 50 sind vorliegend
kleine, am Außenumfang eingebrachte Mulden. Diese Markierungen 49
50 ermöglichen
eine einfache Montage des Kugelgewindetriebes 24, was nachstehend
näher erläutert wird.
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Für
ein einwandfreies Funktionieren des Anschlags 43 ist die
Drehlagenposition der Stützscheibe 33 gegenüber
der Gewindespindel 28 von Bedeutung. Wenn beispielsweise
im Ausführungsbeispiel die Stützscheibe 33 entgegen
dem Uhrzeigersinn um 90° um die Gewindespindel herum verdreht
angeordnet wäre, könnte die Situation eintreten,
dass die Gewindemutter 26 und die Stützscheibe 33 stirnseitig aneinander
anschlagen, bevor der Anschlag 43 in Umfangsrichtung wirksamen
ist. Demzufolge ist eine einwandfreie Drehlagenposition eines Anschlagteils 51 gegenüber
der Gewindespindel 28 von Bedeutung. Im Ausführungsbeispiel
ist das Anschlagteil 51 durch die Stützscheibe 33 gebildet.
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Der 11 kann
entnommen werden, dass die weiter oben bereits erwähnte
Verzahnung 34 zwischen der Stützscheibe 33 und
dem Spindelabschnitt 29 der Gewindespindel 28 zur Übertragung
von Drehmomenten vorgesehen ist. Diese Verzahnung 34 ermöglicht
ein Aufsetzen der Stützscheibe 33 auf den Spindelabschnitt 29 in
mehreren Drehlagenpositionen. Diese Verzahnung 34 ist vorliegend
gebildet durch eine Außenverzahnung 52 am Außenumfang des
Spindelabschnitts 29 und durch eine Innenverzahnung 53 am
Innenumfang der Stützscheibe 33.
-
Ein
Zahnflankenwinkel α der Außenverzahnung 52,
beziehungsweise der Innenverzahnung 53 ist möglichst
klein ausgebildet, so dass möglichst steile Zahnflanken
gebildet sind. Steile Zahnflanken erleichtert die weiter oben beschriebene
Kippbeweglichkeit der Stützscheibe 33 gegenüber
der Gewindespindel 28. Je feiner die Verzahnung ausgebildet
ist, desto mehr Drehlagenpositionen sind einstellbar.
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Für
eine Montage des Kugelgewindetriebes 24 kann zunächst
die Gewindemutter 26 auf die Gewindespindel 28 soweit
aufgeschraubt werden, bis die Gewindemutter 26 ihre vorgesehene
Anschlagposition erreicht hat. Nun kann die Stützscheibe 33 auf
den Spindelabschnitt 29 aufgesetzt werden, und gegenüber
der Gewindespindel 28 und der Gewindemutter 26 soweit
verdreht werden, bis die beiden Markierungen 49, 50 miteinander
fluchtend angeordnet sind. Nun kann die Stützscheibe 33 axial
weiter in Richtung auf die Gewindemutter 26 geschoben werden,
wobei die Innenverzahnung 53 in die Außenverzahnung 52 eingreift.
Es ist auch denkbar, beispielsweise an der Stützscheibe 33 zwei
Markierungen vorzusehen, zwischen denen die Markierung 49 der
Gewindemutter 26 anzuordnen ist. Auf diese Weise ist ein
Winkel definiert, innerhalb dessen eine zulässige Drehlagenposition
für die Stützscheibe 33 gegenüber der
Gewindespindel 28 gegeben ist.
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Die
hier skizzierte Montage kann automatisiert erfolgen, wobei die Markierungen 49, 50 über geeignete
Messaufnehmer erkannt werden können. Sobald diese Markierungen 49, 50 miteinander
fluchtend angeordnet sind, kann über eine geeignete Steuerung
der nächste Montageschritt ausgelöst und die Stützscheibe 33 mit
ihrer Innenverzahnung 53 auf die Außenverzahnung 52 des
Spindelabschnitt 29 axial aufgeschoben werden.
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Der
Kugelgewindetrieb kann ohne Kugelrückführung ausgebildet
sein. Das bedeutet, dass die Kugeln in einem endlichen Kugelkanal
angeordnet sind und lediglich zwischen dessen Enden hin und her
wälzen können. Im Ausführungsbeispiel
kann eine Schraubendruckfeder in den Kugelkanal eingesetzt sein,
deren eines Ende an dem Zahn 46 abgestützt ist,
und deren anderes Ende gegen die letzte Kugel angefedert ist. Bei
lastfreiem Kugelgewindetrieb können alle Kugeln unter Einwirkung
einer Federkraft der Schraubendruckfeder in Richtung auf das Ende
des Kugelkanals gefedert werden. Alternativ kann auch ein Kugelgewindetrieb
in bekannter Weise mit Kugelrückführung eingesetzt
werden: die Kugeln wälzen in endlosen Kugelkanälen
endlos um. Der Kugelkanal ist gebildet aus einem Lastabschnitt, in
dem die Kugeln unter Last an Kugelrillen der Gewindemutter und der
Gewindespindel anwälzen, sowie einem Rückführungsabschnitt,
in dem die Kugeln von einem Ende zu einem Anfang des Lastabschnitts rückgeführt
werden. Der Rückführabschnitt kann in bekannter
Weise durch ein Umlenkrohr am Außenumfang der Gewindemutter
gebildet sein, aber auch durch Umlenkstücke, die in der
Wandung der Gewindemutter eingesetzt sind. Diese Umlenkstücke
verbinden ein Ende einer gemeinsamen Windung des Lastabschnitts
mit dessen Anfang.
-
Im
Ausführungsbeispiel ist die Gewindemutter 26 mit
der Ausnehmung 45 und dem Zahn 46 aus einem Einsatzstahl
halbwarm geformt. Die Halbwarmumformung wird in einem Temperaturbereich
von 750°C bis 950°C durchgeführt. Für
die Halbwarmumformung können vorgefertigte Rohteile induktiv
erwärmt und auf zum Teil mehrstufigen Pressen umgeformt
werden.
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Die
Kugelrille ist vorliegend spangebend durch Drehen hergestellt. Alternativ
oder auch zusätzlich kann die Kugelrille mittels Gewindefurchen hergestellt
sein. Die fertig geformte Gewindemutter wird anschließend
einsatzgehärtet.
-
Die
Stützscheibe 33 ist ebenfalls spanlos, insbesondere
im halbwarmen Umformverfahren hergestellt. Insbesondere der 9 kann entnommen werden, dass der axiale
Vorsprung etwa halb durchgestellt ist. Das bedeutet, Material der
Stützscheibe 33 ist aus dem scheibenförmigen
Teil herausgeformt, wobei an der Stützscheibe 33 an
ihrer von dem Vorsprung abgewandten Stirnseite mit einer Aussparung versehen
ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bremseinrichtung
- 2
- Bremsscheibe
- 3
- Bremszange
- 4
- Bremsbelag
- 5
- Bremsbelag
- 6
- Gehäuseartiger
Abschnitt
- 7
- Kugelgewindetrieb
- 8
- Gewindespindel
- 9
- Kugeln
- 10
- Gewindemutter
- 11
- Kugelrückführelement
- 12
- Radiallager
- 13
- Axiallager
- 14
- Kolben
- 15
- Konische
Führungsfläche
- 16
- Führungsfläche
- 17
- Wand
- 18
- Erste
Lagerscheibe
- 19
- Zweite
Lagerscheibe
- 20
- Nadelwälzkörper
- 21
- Axialer
Ansatz
- 22
- zweite
Lagerfläche
- 23
- erste
Lagerfläche
- 24
- Kugelgewindetrieb
- 25
- Axiallager
- 26
- Gewindemutter
- 27
- Kugel
- 28
- Gewindespindel
- 29
- Spindelabschnitt
- 30
- Mehrkant
- 31
- Schulter
- 32
- erste
Lagerfläche
- 33
- Stützscheibe
- 34
- Verzahnung
- 35
- konische Öffnung
- 36
- zweite
Lagerfläche
- 37
- Kontaktbahn
- 38
- Axialwälzlager
- 39
- Rolle
- 40
- Lagerscheibe
- 41
- Lagerscheibe
- 42
- Tasche
- 43
- Anschlag
- 44
- Vorsprung
- 45
- Ausnehmung
- 46
- Zahn
- 47
- erste
Anschlagfläche
- 48
- zweite
Anschlagfläche
- 49
- Markierung
- 50
- Markierung
- 51
- Anschlagteil
- 52
- Außenverzahnung
- 53
- Innenverzahnung
- 54
- Boden
- 55
- Umfangswandung
- A
- gemeinsame
Achse
- A1
- Achse
der Bremszange
- A2
- Achse
des Kugelgewindetriebs
- A3
- Achse
des Kolbens
- R1
- Krümmungsradius
der ersten Lagerfläche
- R2
- Radius
der Kontaktbahn
- S
- Spindelachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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