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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremseinheit mit einem ersten Bremssattel und einem zweiten Bremssattel, die einer Bremsscheibe zugeordnet sind.
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Es sind Bremseinheiten bekannt, die zwei miteinander gekoppelte Bremssättel aufweisen. Diese Kopplung dient dazu, eine besonders große Bremswirkung zu erzielen. Derartige Systeme sind in der Regel jedoch relativ teuer und aufwändig gestaltet.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremseinheit der vorstehend genannten Art zu schaffen, die zwar einfacher und daher kostengünstiger aufgebaut ist, die gleichwohl aber eine ebenso zuverlässige oder sogar bessere Bremswirkung erzielt als herkömmliche Bremseinheiten.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Bremseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist der zweite Bremssattel eine separat von dem ersten Bremssattel ausgebildete Baueinheit. Beide Bremssättel sind gemeinsam einer Bremsscheibe zugeordnet. Der erste Bremssattel umfasst zumindest einen ersten Bremsbelag, der selektiv – insbesondere elektromechanisch – an die Bremsscheibe anpressbar ist und der seitlich, das heißt quer zur Anpressrichtung, verschieblich gelagert ist. Der Bremsbelag steht mit einem hydraulischen System in Verbindung, das derart ausgestaltet ist, dass eine seitliche Verschiebung des ersten Bremsbelags in einen hydraulischen Druck umwandelbar ist, durch den ein zweiter Bremsbelag des zweiten Bremssattels gegen die Bremsscheibe pressbar ist.
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Mit anderen Worten ist der erste Bremsbelag derart gelagert, dass bei einem Anpressen des Bremsbelags gegen die Bremsscheibe eine Verschiebung des Bremsbelags möglich ist, die durch eine zwischen den genannten Bauteilen wirkende Reibungskraft hervorgerufen wird. Vereinfacht gesagt kann der erste Bremsbelag bis zu einem gewissen Grad von der Bremsscheibe ”mitgenommen” werden. Diese Verschiebung des ersten Bremsbelags wird von dem hydraulischen System aufgenommen und in einen hydraulischen Druck umgewandelt, der eine Aktuierung des zweiten Bremsbelags des zweiten Bremssattels bewirkt. Die Aktuierung des zweiten Bremsbelags erfolgt daher ”passiv”. Bereits die Aktuierung des ersten Bremsbelags ist ausreichend, um mit Einsetzen einer Bremswirkung, die mit Beginn eines Kontakts zwischen dem ersten Bremsbelag und der Bremsscheibe erzeugt wird, den ersten Bremsbelag zu verschieben und damit letztlich den zweiten Bremsbelags zu aktuieren. Je stärker die auf den ersten Bremsbelag wirkende Anpresskraft ist, desto stärker ist die Kopplung zwischen dem ersten Bremsbelag und der Bremsscheibe. Da eine seitliche Verschiebung des ersten Bremsbelags eine Funktion der zwischen dem ersten Bremsbelag und der Bremsscheibe wirkenden Reibungskraft ist (die wiederum eine Funktion der Anpresskraft ist), wird mit zunehmender Anpresskraft des ersten Bremsbelags auch eine Steigerung des hydraulischen Drucks und damit der auf den zweiten Bremsbelag wirkenden Anpresskraft bewirkt. Vereinfacht dargestellt steigt die von dem zweiten Bremssattel erzeugte Bremswirkung automatisch mit zunehmender Bremswirkung des ersten Bremssattels an, was als Selbstverstärkung bezeichnet wird.
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Die erfindungsgemäße Bremseinheit ist einfach aufgebaut, was sich vorteilhaft auf ihre Herstellungskosten und ihre Zuverlässigkeit auswirkt. Außerdem kann als zweiter Bremssattel eine herkömmliche Bremssattel-Konstruktion verwendet werden, um die Herstellungs- und Wartungskosten der Bremseinheit weiter zu reduzieren.
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Unter der Formulierung ”separater zweiter Bremssattel” ist zu verstehen, dass der erste Bremssattel und der zweite Bremssattel funktionell eigenständige Einheiten sind, die zwar zusammenwirken, um einen Selbstverstärkungseffekt bereitzustellen, die aber grundsätzlich auch eigenständig betrieben werden könnten. Die beiden Bremssättel wirken mit der gleichen Bremsscheibe zusammen. Zu diesem Zweck können sie in Umfangsrichtung der Bremsscheibe beliebig verteilt sein, bevorzugt sind sie allerdings unmittelbar hintereinander angeordnet und insbesondere lösbar mechanisch miteinander gekoppelt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Bremseinheit weist das hydraulische System einen Geberzylinder auf, der durch eine seitliche Verschiebung des ersten Bremsbelags mit einer Kraft beaufschlagbar ist, die einen Hydraulikdruck erzeugt, der über eine Druckleitung an einen Nehmerzylinder übertragbar ist, um den zweiten Bremsbelag zu aktuieren. Um die auf den Geberzylinder ausgeübte Kraft in eine geeignete Kraft zur Beaufschlagung des Nehmerzylinders zu übersetzen, kann das Verhältnis einer hydraulisch aktiven Fläche des Geberzylinders zu einer hydraulisch aktiven Fläche des Nehmerzylinders entsprechend angepasst werden.
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Der erste Bremssattel kann eine schlitzartige Führungseinrichtung aufweisen, um eine seitliche Bewegung des ersten Bremsbelags im Wesentlichen auf eine Bewegung in Umfangsrichtung der Bremsscheibe oder koaxial dazu zu begrenzen. Eine derartige Führungseinrichtung erlaubt auf einfache Weise eine Kontrolle der Bewegung des ersten Bremsbelags, was insbesondere eine effiziente Ankopplung des Bremsbelags an das hydraulische System ermöglicht.
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Der erste Bremssattel weist bevorzugt eine Anschlageinrichtung auf, um die seitliche Bewegung des ersten Bremsbelags zu begrenzen. Diese kann an einem geeigneten, fest angeordneten Bauteil des ersten Bremssattels angeordnet sein. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass ein Anschlag zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des ersten Bremsbelags durch eine geeignete Ausgestaltung des hydraulischen Systems bewirkt wird, beispielsweise durch entsprechende mechanische Komponenten (z. B. ein Absatz in einem dem Geberzylinder zugeordneten Druckraum, der eine maximale Eindringtiefe des Zylinders in den Druckraum begrenzt) und/oder einen ”hydraulischen Anschlag”.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Bremseinheit ist ein Aktuierungsmechanismus zur Erzeugung der Anpressbewegung des ersten Bremsbelags an die Bremsscheibe vorgesehen. Dieser umfasst einen Kugelrampenmechanismus, der beispielsweise eine Drehbewegung eines Aktuierungsmotors in eine eine Anpresskraft bewirkende axiale Bewegung erzeugt. Der Aktuierungsmechanismus kann zumindest eine Rastposition zur Arretierung des ersten Bremsbelags in einer vorbestimmten Position aufweisen, um eine Feststellbremsen-Funktion bereitzustellen.
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Zwischen dem Bremsbelag und/oder einem dem Bremsbelag zugeordneten Bremsbelagträger und dem Aktuierungsmechanismus kann ein Axiallager vorgesehen sein, um zu verhindern, dass die seitliche Bewegung des ersten Bremsbelags bei Aktuierung der Bremseinheit eine schädliche Rückwirkung auf den Aktuierungsmechanismus ausübt.
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Bevorzugt ist der erste Bremssattel als Schwimmrahmen-Sattel ausgeführt. Auch der zweite Bremssattel kann derart ausgestaltet sein.
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Für eine Verschleißkompensation zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Aktuierungscharakteristik der Bremseinheit kann dem hydraulischen System eine Ausgleichsvorrichtung mit einem Ausgleichsbehälter zugeordnet sein, mit der die Menge von Hydraulikfluid in dem hydraulischen System anpassbar ist. Wenn beispielsweise der zweite Bremsbelag im Laufe der Zeit aufgrund von Verschleiß an Dicke abnimmt, kann dem hydraulischen System Hydraulikfluid zugeführt werden, um eine Nullpunktsposition des zweiten Bremsbelags in Bezug auf die Bremsscheibe – das heißt ein Abstand zwischen dem zweiten Bremsbelag und der Bremsscheibe beim nicht aktuiertem Zustand der Bremseinheit – nachzuregeln. Mit anderen Worten wird dem bei einem Bremsvorgang aktiven Bereich des hydraulischen Systems bei einer Kompensation so viel Hydraulikfluid aus dem Ausgleichsbehälter zugeführt, bis sichergestellt ist, dass der Nullpunktsabstand zwischen dem zweiten Bremsbelag und der Bremsscheibe wieder einen vorbestimmten Wert annimmt. Ein Verschleißkompensationsvorgang kann bei geeigneter Ausgestaltung des hydraulischen Systems auch automatisch erfolgen.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Unteransprüchen und den Zeichnungen angegeben.
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Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremseinheit,
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2 eine Draufsicht der in 1 gezeigten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Bremseinheit 10, die einer Bremsscheibe 12 zugeordnet ist, die wiederum beispielsweise mit einem Rad (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs gekoppelt ist. Die Bremseinheit 10 umfasst einen ersten Bremssattel 14 und einen zweiten Bremssattel 16.
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Der Bremssattel 14 weist einen Bremsbelagträger 18 auf, der einen nicht gezeigten Bremsbelag trägt. Durch einen Aktuierungsmechanismus 20, der bevorzugt elektromechanisch wirkt, kann der Bremsbelag gegen die Bremsscheibe 12 gedrückt werden. Der Bremsbelagträger 18 ist jedoch in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 12 nicht starr angebracht, sondern kann sich quer zu einer senkrecht zur Bildebene wirkenden Anpresskraft bewegen. Die seitliche Bewegung des Bremsbelagträgers 18 wird durch eine Führungseinrichtung 22 geführt. Diese umfasst Führungsabschnitte 24, die an einem Trägerelement 26 des Bremssattels 14 ausgebildet sind, und komplementär ausgebildete Führungsausnehmungen 28, die an dem Bremsbelagträger 18 ausgebildet sind.
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Wenn sich die Bremsscheibe 12 in eine Drehrichtung D dreht, wird bei einer Aktuierung des Bremssattels 14 bei Kontakt des Bremsbelags mit der Bremsscheibe 12 eine Reibungskraft zwischen den genannten Komponenten erzeugt, die eine durch die Führungseinrichtung 22 geführte Bewegung des Bremsbelags erzeugt. Dadurch wird auch ein Aktuierungsabschnitt 30 des Bremsbelagträgers 18 relativ zu dem Trägerelement 26 bewegt und gegen einen Geberzylinder 32 eines hydraulischen Systems 34 gepresst. Dies führt zu einer Bewegung des Geberzylinders 32 und damit zu einem Aufbau eines Hydraulikdrucks in dem hydraulischen System 34. Der Hydraulikdruck wirkt auf einen nicht gezeigten Nehmerzylinder, der als Teil eines hydraulischen Aktuierungssystems 36 wiederum einen Bremsbelag des Bremssattels 16 gegen die Bremsscheibe 12 drückt.
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Dem hydraulischen System 34 ist ein Ausgleichsbehälter 35 zugeordnet, der Hydraulikfluid aufnehmen kann und mit dem sich eine Verschleißnachstellung bewerkstelligen lässt. D. h. durch eine Anpassung der Menge des in dem hydraulischen System 34 befindlichen Hydraulikfluids kann ein Verschleiß der Bremsbeläge kompensiert werden.
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Eine Entlüftung des hydraulischen Systems 34 und des hydraulischen Aktuierungssystems 36 wird durch ein Entlüftungsventil 37 ermöglicht.
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Bei dem Bremssattel 16 kann es sich um einen Bremssattel herkömmlicher Ausgestaltung handeln. Das heißt, der Bremssattel 16 bildet eine kostengünstige Ergänzung des Bremssattels 14, um die insgesamt von der Bremseinheit 10 bereitgestellte Bremsleistung mit Hilfe des eingangs beschriebenen Selbstverstärkungseffekts zu erhöhen. Dazu muss das hydraulische Aktuierungssystem 36 des zweiten Bremssattels 16 lediglich mit dem von dem Bremssattelträger 18 betätigten Geberzylinder 32 über eine Druckleitung 40 hydraulisch gekoppelt werden.
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Die Bremssättel 14, 16 sind lösbar mit einem Bolzen 38 miteinander gekoppelt, was eine vereinfachte mechanische Fixierung der beiden Bremssättel ermöglicht und bei einer Wartung einen schnellen Austausch der beschädigten Komponente ermöglicht. Funktionell sind die beiden Bremssättel 14, 16 lediglich über das hydraulische System 34 miteinander gekoppelt.
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Aufgrund der durch die Bremseinheit 10 bereitgestellten großen Bremswirkung kann das Material des ersten Bremsbelags einen vergleichsweise niedrigen Reibkoeffizienten aufweisen (zum Beispiel 0,25 anstatt 0,4), um den Verschleiß zu verringern, ohne dabei im Vergleich zu herkömmlichen Systemen an bei Aktuierung zur Verfügung gestellter Bremswirkung zu verlieren. Aufgrund des vergleichsweise niedrigen Reibkoeffizienten der Bremsscheibe 12 und des Bremsbelags des Bremssattels 14 lassen sich zudem Reibwertschwankungen leichter beherrschen, die bei herkömmlichen Bremsen zu Regelungs-Problemen führen.
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Die Ausgestaltung der Bremseinheit 10 führt zu einer linearen Selbstverstärkung, die eine Maximalbegrenzung aufweist. Die Selbstverstärkung hängt dabei u. a. von der geometrischen Ausgestaltung bzw. von dem Flächenverhältnis der hydraulisch aktiven Flächen des Geberzylinders 32 und des Nehmerzylinders ab und kann auf einfache Weise an die jeweils vorliegenden Bedingungen angepasst werden. Eine Begrenzung der maximalen Selbstverstärkung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass eine durch die Drehbewegung der Bremsscheibe 12 erzeugte Bewegung des Bremsbelagträgers 18 durch einen Anschlag begrenzt wird.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, ein Druckbegrenzungsventil vorzusehen, das sich bei Erreichen eines Maximaldrucks in dem hydraulischen System 34 oder in dem hydraulische Aktuierungssystem 36 öffnet, um eine durch das hydraulische Aktuierungssystem 36 erzeugte Anpresskraft des Bremsbelags des Bremssattels 16 zu begrenzen. Das Druckbegrenzungsventil kann beispielsweise dem Geberzylinder 32, der Druckleitung 40 oder dem hydraulischen Aktuierungssystem 36 des Bremssattels 16 zugeordnet sein.
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Die Baueinheit 10 lässt sich auf einfache Weise in ein ABS-System herkömmlicher Bauart ermöglichen. Die ABS-Funktion kann entweder mittels Regelung des Aktuierungsmechanismus 20 und/oder durch geeignete Ventileinrichtungen in dem hydraulischen System 34 bewirkt werden. Da der Bremssattel 16 ohnehin hydraulisch aktuiert wird, ist es – abweichend von der dargestellten Ausführungsform – auch möglich, den Bremssattel 14 ebenfalls hydraulisch zu aktuieren, um die Bremseinheit 10 in ein bestehendes hydraulisches Bremssystem – beispielsweise eines Kraftfahrzeugs – zu integrieren. Dieses lässt sich auf einfache Weise ”fail-safe” konzipieren.
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Wenn eine Drehbewegung der Bremsscheibe 12 in Drehrichtung D' abgebremst wird, steht der vorstehend beschriebene Selbstverstärkungseffekt nicht zur Verfügung. Der Bremsbelagträger 18 wird ausgehend von der in 1 gezeigten Situation nach links bewegt, bis diese Bewegung durch das Trägerelement 26 bzw. die Ausgestaltung der Führungseinrichtung 22 gestoppt wird. Grundsätzlich ist es möglich, auch für einen Abbremsvorgang der Bremsscheibe 12 in Drehrichtung D' eine Selbstverstärkung vorzusehen. Dazu müssten an dem dem Aktuierungsabschnitt 30 gegenüberliegenden Ende des Bremsbelagträgers 18 ein entsprechender Aktuierungsabschnitt und ein entsprechender Geberzylinder angeordnet sein, wobei letzterer mit dem hydraulischen Aktuierungssystem 36 in Verbindung stehen müsste. In der Regel ist es allerdings nicht notwendig, diese „gespiegelten” Komponenten vorzusehen, da zum Beispiel bei einem Kraftfahrzeug eine der Drehrichtung D' entsprechende Rückwärtsfahrt zumeist wesentlich geringere Maximalgeschwindigkeiten mit sich bringt als eine Vorwärtsfahrt. Die zur Verfügung zu stellende Maximalbremswirkung ist daher geringer und kann bereits durch einen geeignet dimensionierten Bremssattel 14 aufgebracht werden.
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2 zeigt eine Draufsicht der Bremseinheit 10 und verdeutlich die Schwimmsattel-Ausgestaltung der Bremssättel 14, 16. Außerdem ist der von dem Aktuierungsabschnitt 30 betätigbare Geberzylinder 32 zu erkennen, der bei auf ihn ausgeübten Druck in einem ihm zugeordneten Druckraum einen Hydraulikdruck erzeugt, der über die Druckleitung 40 an das hydraulische Aktuierungssystem 36 geliefert wird. 2 ist zu entnehmen, dass die Bremseinheit 10 zur Vereinfachung der Konstruktion nur auf einer Seite der Bremsscheibe 12 einen Geberzylinder 32 vorsieht. Auch der Aktuierungsmechanismus 20 und das hydraulische Aktuierungssystem 36 sind lediglich einseitig vorhanden. Durch eine schwimmende Lagerung der Trägerelemente 26 der Bremssättel 14 bzw. 16 wird allerdings eine gleichmäßige beidseitige Kraftbeaufschlagung der Bremsscheibe 12 erzeugt. Falls die an die Bremseinheit 10 gestellten Anforderungen es allerdings erfordern, können auch beidseitig der Bremsscheibe 12 Geberzylinder 32 und/oder die Aktuierungsmechanismen bzw. -systeme 20, 36 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bremseinheit
- 12
- Bremsscheibe
- 14, 16
- Bremssattel
- 18
- Bremsbelagträger
- 20
- Aktuierungsmechanismus
- 22
- Führungseinrichtung
- 24
- Führungsabschnitt
- 26
- Trägerelement
- 28
- Führungsausnehmung
- 30
- Aktuierungsabschnitt
- 32
- Geberzylinder
- 34
- hydraulisches System
- 35
- Ausgleichsbehälter
- 36
- hydraulisches Aktuierungssystem
- 37
- Entlüftungsventil
- 38
- Bolzen
- 40
- Druckleitung
- D, D'
- Drehrichtung
