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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Bremsvorrichtungen gelangen in einer Vielzahl von Varianten insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Ein Bremsentyp sind Scheibenbremsen, die eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Bremsscheibe und zumindest einen parallel zu der Drehachse verschiebbaren Bremsbelag umfassen, wobei der Bremsbelag durch eine Betätigung eines Aktuators mit der Bremsscheibe in Reibeingriff bringbar ist.
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Wie bei anderen Bremsentypen auch ist bei Scheibenbremsen die maximale Bremsleistung ein wesentlicher Qualitätsfaktor. D. h. eine Scheibenbremse soll idealerweise sehr schnell nach Anforderung der Bremsleistung eine möglichst hohe Bremskraft aufbringen können. Zudem ist es schon aus Sicherheitsgesichtspunkten von großer Bedeutung, dass Bremsen robust gestaltet sind, um zu gewährleisten, dass zu jedem Zeitpunkt zuverlässig eine hohe Bremsleistung erbracht werden kann.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine robuste Scheibenbremse zu schaffen, die auf zuverlässige Art und Weise schnell eine hohe Bremskraft bereitstellen kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung umfasst – wie bereits erwähnt – eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Bremsscheibe und zumindest einen parallel zu der Drehachse verschiebbaren Bremsbelag, der durch eine Betätigung eines Aktuators mit der Bremsscheibe in Reibeingriff bringbar ist. Der Bremsbelag ist in tangentialer Richtung und/oder Drehrichtung der Bremsscheibe begrenzt seitlich verschiebbar und mit einer Selbstverstärkungseinrichtung gekoppelt, die bei seitlicher Verschiebung des Bremsbelags eine Verstärkung eines durch den Aktuator erzeugten Reibeingriffs bewirkt.
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Durch die Selbstverstärkungseinrichtung wird auf effiziente Art eine große Bremskraft erzeugt, die automatisch die durch den Aktuator erzeugte Bremskraft erhöht. Dadurch kann der Aktuator kleiner ausgeführt sein als bei herkömmlichen Bremsen, die eine vergleichbare Bremskraft aufzubringen vermögen.
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Die Selbstverstärkungsvorrichtung macht sich eine begrenzte seitliche Verschiebung des Bremsbelags zu Nutze, die durch die zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe auftretende Reibung bei Betätigung der Bremsvorrichtung hervorgerufen wird. Die Reibung „koppelt” somit den Bremsbelag und die Bremsscheibe in einem gewissen Maß und führt zu seitlichen Belastungen – d. h. zu Kräften, die in einer Ebene wirken, die im Wesentlichen parallel zu einer Bremsscheibenebene angeordnet ist – eines den Bremsbelag tragenden Trägerelements, die zusätzlich zu den senkrecht zur Bremsscheibe wirkenden Belastungen auftreten. Das Trägerelement kann beispielsweise ein Bremssattel einer Bremsvorrichtung sein.
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Um das Trägerelement bei einer Aktivierung der Selbstverstärkungseinrichtung nicht zusätzlich zu belasten, ist ein Drehpunkt und/oder Befestigungspunkt eines Mechanismus der Selbstverstärkungseinrichtung an einem Hilfsträger ausgebildet, der separat von dem den zumindest einen Bremsbelag tragenden Trägerelement ausgebildet ist. Der Hilfsträger ist somit ein Bauteil, das nicht direkt mit dem Trägerelement verbunden ist oder gar ein Teil von diesem bildet.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
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Alternativ oder zusätzlich ist die Selbstverstärkungseinrichtung eine zumindest von dem Aktuator separat ausgebildete und konstruktiv unabhängige Einrichtung, d. h. der Aktuator und die Selbstverstärkungseinrichtung sind baulich voneinander getrennt, damit die von der Selbstverstärkungseinrichtung übertragenen Kräfte nicht auf den Aktuator wirken und diesen beeinträchtigen. Die separate Ausbildung der Selbstverstärkungseinrichtung und des Aktuators erhöht somit durch Entkopplung der beteiligten Komponenten auf konstruktiv elegante Weise die Robustheit und damit die Zuverlässigkeit der Bremsvorrichtung.
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Bevorzugt umfasst die Selbstverstärkungseinrichtung einen Mechanismus, durch den die seitliche Verschiebung des Bremsbelags in eine Druckbeaufschlagung des Bremsbelags in eine Richtung parallel zu der Drehachse der Bremsscheibe umwandelbar ist. Eine einfache Variante dieses Mechanismus ist ein Hebelmechanismus, z. B. ein zweiarmiger Hebel, der um einen Drehpunkt drehbar gelagert ist. Ein erster Hebelarm nimmt den seitlichen Versatz des Bremsbelags auf. Die Auslenkung des ersten Hebelarms wird über einen zweiten Hebelarm wieder an den Bremsbelag abgegeben, indem er auf die der Bremsscheibe abgewandte Seite des Bremsbelags drückt. Grundsätzlich sind aber auch andere Mechanismen, wie Hydrauliksysteme oder andere mechanische Mechanismen denkbar, um einen Selbstverstärkungsmechanismus der vorstehend beschriebenen Art zu realisieren.
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Die Bremsvorrichtung umfasst insbesondere einen zweiten Bremsbelag, der auf einer dem verschiebbar gelagerten Bremsbelag gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe angeordnet ist und der mit dem Aktuator über einen starren und relativ zu der Bremsscheibe insbesondere schwimmend angeordneten Trägerelement in Verbindung steht. Jedem Bremsbelag kann dabei eine eigene Selbstverstärkungseinrichtung zugeordnet sein.
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Ein die Leistungsfähigkeit einer Bremsvorrichtung beeinflussender Faktor ist ein betriebsbedingter Verschleiß der Bremsbeläge, der unter anderem zu Verzögerungen bei der Erzeugung der Bremswirkung führt. Grundsätzlich kann jeder der vorhandenen Selbstverstärkungseinrichtungen eine eigene Kompensationseinrichtung zum Ausgleich des Verschleißes zugeordnet sein. Bevorzugt ist den Selbstverstärkungseinrichtungen jedoch eine gemeinsame Kompensationseinrichtung zur Justierung der Verstärkung zugeordnet. Unter einer Justierung der Verstärkung kann eine Kompensation des Verschleißes des Bremsbelags im Sinn einer Einstellbarkeit eines Nullpunktabstands zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe zu verstehen sein. Es ist jedoch auch denkbar, einen Grad der Verstärkung zu beeinflussen, der durch die Selbstverstärkungseinrichtung erzeugt wird, beispielsweise indem ein Drehpunkt eines hebelartigen Selbstverstärkungsmechanismus unter Änderung der Geometrieverhältnisse der Hebel verschoben oder verändert wird.
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Die Kompensationseinrichtung kann beispielsweise durch einen Hilfsaktuator steuerbar sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Kompensationseinrichtung ist diese derart ausgebildet, dass durch sie eine Abstandsänderung zwischen einem Drehpunkt und/oder Befestigungspunkt einer ersten Selbstverstärkungseinrichtung eines ersten Bremsbelags und einem Drehpunkt und/oder Befestigungspunkt einer zweiten Selbstverstärkungseinrichtung eines zweiten Bremsbelags bewirkbar ist.
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In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn der Aktuator derart ausgebildet oder angeordnet ist, dass eine von dem Aktuator erzeugbare Aktuierungsbewegung im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse der Bremsscheibe oder zu einer Parallelen der Drehachse gerichtet ist.
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Falls eine geometrische Anordnung des Aktuators und/oder seine Funktionsweise es erfordern, kann eine Übersetzungseinrichtung vorgesehen sein, mit der eine Aktuierungsbewegung des Aktuators in eine Bewegung des Bremsbelags in eine Richtung parallel zu der Drehachse umsetzbar ist.
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Beispielsweise kann die Übersetzungseinrichtung einen Kniehebelmechanismus umfassen, der zwischen dem den zumindest einen Bremsbelag tragenden Trägerelement der Bremsvorrichtung und dem Bremsbelag wirksam ist.
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Der Übersetzungseinrichtung und/oder dem Aktuator kann eine Justiereinrichtung zugeordnet sein, mit der ein Nullpunktabstand zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe einstellbar ist, wobei der Nullpunktabstand die Distanz zwischen der Bremsscheibe und der der Bremsscheibe zugewandten Seite des Bremsbelags in einem unbetätigten Zustand des Aktuators ist.
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Konstruktiv einfach und damit auch kostengünstig ist eine Ausführungsform der Bremsvorrichtung, bei der die Selbstverstärkungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie nur bei Drehung der Bremsscheibe in eine der beiden möglichen Drehrichtungen der Bremsscheibe wirksam ist. Zwar sind Ausführungsformen der Selbstverstärkungseinrichtung oder Kombinationen von Selbstverstärkungseinrichtungen denkbar, die in beide Drehrichtungen eine Selbstverstärkung erzeugen, allerdings ist es für viele Anwendungen ausreichend, eine Selbstverstärkung lediglich bei einer der Drehrichtungen der Bremsscheibe vorzusehen. Beispielsweise treten bei einem üblichen Kraftfahrzeug bei einer Rückwärtsfahrt lediglich vergleichsweise geringe Geschwindigkeiten auf, so dass eine automatische Verstärkung der Bremskraft in diesem Fall nicht unbedingt erforderlich ist.
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Eine Begrenzung einer seitlichen Verschiebung des Bremsbelags aufgrund eines Reibeingriffs mit der Bremsscheibe bei einer Drehung der Bremsscheibe in eine der beiden möglichen Drehrichtungen der Bremsscheibe kann auf konstruktiv einfache Weise durch einen Anschlag realisiert sein. Der Anschlag ist insbesondere an dem Trägerelement der Bremsvorrichtung oder einer das Trägerelement – schwimmend oder fest – tragenden Halterung ausgebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung,
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2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung.
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1 zeigt eine Bremsvorrichtung 10 mit einem Bremssattel 12 und einer Bremsscheibe 14. Die Bremsvorrichtung 10 findet beispielsweise in einem Kraftfahrzeug Anwendung. Bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs dreht sich die Bremsscheibe 14 in die durch den Pfeil D bezeichnete Drehrichtung.
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Um die Drehbewegung D der Bremsscheibe 14 abzubremsen, werden Bremsbeläge 16a, 16b gegen die Bremsscheibe 14 gepresst. Dadurch entsteht ein Reibeingriff der Bremsbeläge 16a, 16b mit der Bremsscheibe 14, der in seiner Bremswirkung eine Funktion der Anpresskraft der Bremsbeläge 16a, 16b an die Bremsscheibe 14 ist. Die Anpresskraft wird durch einen Aktuator 18 bereitgestellt, der zwischen dem rechten Bremsbelag 16b und dem Bremssattel 12 angeordnet ist. Der Bremssattel 16b wird somit direkt gegen die Bremsscheibe 14 gedrückt, während der linke Bremsbelag 16a durch den Bremssattel 12 aufgrund dessen – relativ zu der Bremsscheibe 14 – schwimmender Lagerung mittels einer Halterung 13 gegen diese „gezogen” wird. Letztlich führt die schwimmende Anordnung des Bremssattels 12 bei Betätigung des Aktuators 18 zu einer Gleichgewichtssituation, in der die Bremsbeläge 16a, 16b gleich stark gegen die Bremsscheibe 14 gepresst werden.
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Sobald die Bremsbeläge 16a, 16b mit der Bremsscheibe 14 in Kontakt treten, tritt zwischen den genannten Komponenten eine Reibungskraft auf, die einerseits eine Bremswirkung auf die Bremsscheibe 14 ausübt, die andererseits aber auch dazu führt, dass auf die Bremsbeläge 16a, 16b eine entsprechende seitlich wirkende Kraft ausgeübt wird. D. h. die Bremsbeläge 16a, 16b werden aufgrund der Reibungskopplung mit der Bremsscheibe 14 in Richtung der Drehrichtung D der Bremsscheibe 14 ausgelenkt.
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Eine Bewegung der Bremsbeläge 16a, 16b in einer Ebene parallel zu einer durch die Bremsscheibe 14 aufgespannten Ebene wird in der vorliegenden Situation nicht durch einen starren Anschlag begrenzt oder gar vollständig unterbunden. Vielmehr wird durch eine seitliche Verschiebung der Bremsbeläge 16a, 16b jeweils eine Selbstverstärkungseinrichtung 20a bzw. 20b betätigt. Die Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b weisen jeweils ein Hebelelement 22 auf, das an einem jeweiligen Drehpunkt Da bzw. Db gelagert ist. Ein seitlicher Versatz der Bremsbeläge 16a, 16b führt folglich zu einer Verdrehung des jeweiligen Hebelelements 22 um die entsprechende Drehachse Da, Db.
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Die Hebelelemente 22 umfassen jeweils einen die seitliche Bewegung der Bremsbeläge 16a, 16b aufnehmenden Hebelarm 22'. Eine Verdrehung der Hebelarme 22' um den jeweiligen Drehpunkt Da, Db bewirkt eine Bewegung eines zweiten Hebelarms 22'' des jeweiligen Hebelelements 22, der jeweils mit der der Bremsscheibe 14 abgewandten Seite des ihm zugeordneten Bremsbelags 16a, 16b in Verbindung steht. Mit anderen Worten wird eine seitliche Bewegung der Bremsbeläge 16a, 16b in eine Druckbeaufschlagung des jeweiligen Bremsbelags 16a, 16b übertragen, die damit eine automatische Verstärkung der Bremskraft bewirkt. Der selbstverstärkende Effekt tritt ein, sobald die zwischen den Bremsbelägen 16a, 16b und der Bremsscheibe 14 wirkende Reibungskraft beginnt, einen seitlichen Versatz der Bremsbeläge 16a, 16b zu erzeugen.
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Die Drehpunkte Da, Db der Hebelelemente 22 sind an einem Hilfsträger 24 angeordnet, der nicht mit dem Bremssattel 12 verbunden ist, sondern der eine separate und sowohl baulich als auch funktionell eigenständige Baueinheit darstellt. Da auch die Hebelelemente 22 nicht mit dem Bremssattel 12 zusammenwirken, müssen die in Zusammenhang mit den Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b auftretenden Kräfte auch nicht durch den Bremssattel 12 aufgenommen werden. Durch die Entkopplung der Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b und des Bremssattels 12 sowie des diesen zugeordneten Aktuators 18 wird eine robustere Ausgestaltung der Bremsvorrichtung 10 erreicht. Insbesondere wird die schwimmende Lagerung nicht durch die von den Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b verursachten, quer zu der schwimmenden Lagerung gerichteten Kräfte belastet. Dies verringert die Gefahr, dass sich der Bremssattel 12 in der Halterung 13 verklemmt.
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In 1 erstrecken sich zwar Abschnitte der Hebelarme 22'' im Bereich von zwischen den Bremsbelägen 16a, 16b und dem Bremssattel 12 bzw. dem Aktuator 18 angeordneten Verbindungselementen 25, allerdings soll durch die gestrichelte Darstellung der entsprechenden Abschnitte der Hebelarme 22'' zum Ausdruck gebracht werden, dass die Hebelarme 22'' in räumlicher Hinsicht „hinter” den Verbindungselementen 25 angeordnet sind. Eine direkte Kopplung zwischen den Hebelarmen 22'' und den Verbindungselementen 25 – und damit dem Bremssattel 12 – liegt nicht vor.
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Die Hebelelemente 22 der 1 sollen rein schematisch das Grundprinzip der Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b verdeutlichen. In der Praxis kann die Länge der Hebelarme 22', 22'' beliebig gewählt werden, um den jeweils vorliegenden Verhältnissen und Anforderungen Rechnung zu tragen. In vielen Fallen ist es jedoch vorteilhaft, wenn – wie z. B. in 1 gezeigt – der Hebelarm 22' kürzer ist als der Hebelarm 22'', um eine Aktuierung der Bremsvorrichtung 10 besser kontrollieren zu können.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b nur in Drehrichtung D der Bremsscheibe 14 wirksam sind. Dreht sich die Bremsscheibe 14 in die entgegengesetzte Richtung – beispielsweise bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs – wird eine seitliche Bewegung der Bremsbeläge 16a, 16b durch einen Anschlag 26 begrenzt, der an der Halterung 13 ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass in diesem Fall keine automatisch wirkende Selbstverstärkung der durch den Aktuator 18 erzeugten Bremskraft erfolgt. Allerdings wird dies aufgrund der geringeren Geschwindigkeiten bei Rückwärtsfahrten nicht als Nachteil aufgefasst. Falls auch bei einem Bremsvorgang bei einer Rückwärtsfahrt eine Selbstverstärkung der Bremskraft gewünscht ist, können entsprechende Selbstverstärkungseinrichtungen auch auf den den Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b gegenüberliegenden Seiten der Bremsbeläge 16a, 16b angeordnet sein (in 1 unten). Sie ersetzen dann den Anschlag 26.
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Bei einem Lösen der Bremse wird durch den Aktuator 18 eine „ziehende” Kraft erzeugt, die die Bremsbeläge 16a, 16b von der Bremsscheibe 14 löst. Durch die Hebelelemente 22 wird der bei der Aktuierung der Bremsvorrichtung 10 erzeugte seitliche Versatz der Bremsbeläge 16a, 16b rückgängig gemacht, so dass die Ausgangslage wieder erreicht wird.
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Bei einem Betrieb der Bremsvorrichtung 10 bewirkt ein Verschleiß der Bremsbeläge 16a, 16b, dass ein Nullpunktabstand – d. h. ein Abstand zwischen der Bremsscheibe 14 und den Bremsbelägen 16a, 16b in einem unbetätigten Zustand der Bremsvorrichtung 10 – im Laufe der Zeit zunimmt, wodurch die Ansprechzeit der Bremsvorrichtung 10 nachteilig beeinflusst wird. Dieses Problem lässt sich beispielsweise dadurch lösen, dass der Aktuator 18 den zunehmenden Verschleiß kompensiert. Um auch den Einfluss des Verschleißes auf die Wirkung der Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b zu kompensieren, ist an dem Hilfsträger 24 ein Hilfsaktuator 28 vorgesehen, durch den sich der Abstand der Drehpunkte Da, Db der Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b verändern lässt.
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2 zeigt eine Bremsvorrichtung 10', die in vielen Aspekten ähnlich wie die Bremsvorrichtung 10 ausgestaltet ist. Ein Aktuator 18' der Bremsvorrichtung 10' unterscheidet sich jedoch von dem Aktuator 18 der Bremsvorrichtung 10 dadurch, dass seine Aktuierungsbewegung im Wesentlichen parallel zu der Bremsscheibe 14 ausgerichtet ist. Die Aktuierungsbewegung des Aktuators 18' wird über einen Kniehebelmechanismus 30, der zwischen dem Bremssattel 12 und dem Bremsbelag 16b angeordnet ist, auf den Bremsbelag 16b und den Bremssattel 12 übertragen. Der Aktuator 18' stützt sich an einem Abschnitt eines Hilfsträger 24' ab, der im Übrigen wie der Hilfsträger 24 der Bremsvorrichtung 10 ausgebildet ist.
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Die Selbstverstärkungseinrichtungen 20a, 20b mit den um die Drehpunkte Da, Db drehbaren Hebelelementen 22 sind auch bei der Bremsvorrichtung 10' mit dem Aktuator nicht direkt verbunden sondern bilden separat ausgebildete und konstruktiv unabhängige Einrichtungen. Auch bei der Bremsvorrichtung 10' ist der Grundgedanke realisiert, axiale Belastungen durch das Anpressen der Bremsbeläge 16a, 16b an die Bremsscheibe 14 von einer seitlichen Abstützung der Bremsbeläge 16a, 16b zur Erzeugung einer Selbstverstärkung zu trennen, insbesondere um eine schwimmende Lagerung des Bremssattels 12 nicht übermäßig zu belasten, was zu einer Verklemmung des Schwimmmechanismus und damit evtl. zu einer Fehlfunktion der Bremsvorrichtung 10, 10' führen könnte.
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Zwar ist der Kniehebelmechanismus 30 der Bremsvorrichtung 10' konstruktiv etwas aufwendiger als das „direkte” Aktuierungskonzept der Bremsvorrichtung 10, allerdings ermöglicht der Kniehebelmechanismus 30 durch seine Kraft-Weg-Kennlinie eine noch bessere Regelbarkeit der Bremswirkung. Um einen Belagverschleiß zu kompensieren, ist ein Hilfsaktuator 28' vorgesehen, durch den einen Abstand zwischen einem Anlenkpunkt 32 des Kniehebelmechanismus 30 und dem Bremssattel 12 veränderbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10'
- Bremsvorrichtung
- 12
- Bremssattel
- 13
- Halterung
- 14
- Bremsscheibe
- 16a, 16b
- Bremsbelag
- 18, 18'
- Aktuator
- 20a, 20b
- Selbstverstärkungseinrichtung
- 22
- Hebelelement
- 22', 22''
- Hebelarm
- 24, 24'
- Hilfsträger
- 25
- Verbindungselement
- 26
- Anschlag
- 28, 28'
- Hilfsaktuator
- 30
- Kniehebelmechanismus
- 32
- Anlenkpunkt
- D
- Drehrichtung
- Da, Db
- Drehpunkt
