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Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse, insbesondere eine mittels einer Kolbenstange eines pneumatisch oder elektromotorisch betriebenen Bremszylinders betätigbare Scheibenbremse, mit einem Bremssattel, der vorzugsweise rahmenartig einen Randbereich einer Bremsscheibe übergreift, wobei der Bremssattel auf einer Seite der Bremsscheibe in einer Öffnung eine Zuspannvorrichtung aufnimmt, die einen Drehhebel aufweist.
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Pneumatisch betätigte Scheibenbremsen weisen in der Regel einen als Schiebesattel, Schwenksattel oder Festsattel ausgebildeten Bremssattel auf, in welchem eine Zuspannvorrichtung angeordnet ist, welche dazu dient, Bremsbeläge beidseits einer Bremsscheibe und die Bremsscheibe miteinander in Wirkverbindung zu bringen, um durch Reibung eine Bremswirkung zu erzielen.
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Pneumatisch betätigte Scheibenbremsen gehören mittlerweile zur Standardausrüstung bei schweren Nutzfahrzeugen. Derartige Scheibenbremsen benötigen zur Erzeugung der geforderten Zuspannkraft eine mechanische Übersetzung, da die Kraft der pneumatisch beaufschlagten Bremszylinder wegen des Druckniveaus (derzeit ca. 10 bar) und der limitierten Baugröße der Bremszylinder beschränkt ist. Bei den derzeit bekannten pneumatisch betätigten Scheibenbremsen finden sich Übersetzungsverhältnisse zwischen 10:1 und 20:1.
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Hauptanforderungen an den Übersetzungsmechanismus sind:
- • Eine kompakte Bauweise;
- • Die Einhaltung des vorgegebenen Bauraums;
- • Eine hohe Festigkeit;
- • Eine hohe Steifigkeit;
- • Ein hoher mechanischer Wirkungsgrad bzw. geringe mechanische Hysterese;
- • Die Einhaltung der vorgegebenen Kraftwirkungsrichtungen für die Betätigungsseite und die Zuspannseite;
- • Eine gleichmäßige Verteilung der Zuspannkraft auf den Bremsbelag.
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Weitere Anforderungen an den Übersetzungsmechanismus sind:
- • Hohe Flexibilität hinsichtlich mechanischer Übersetzung;
- • Ausübung einer Richtwirkung auf den Bremsbelag zur Vermeidung von Schrägverschleiß;
- • Einfache und kostengünstige Herstellung der mechanischen Komponenten;
- • Einfache mechanische Bearbeitung des Sattels und der Komponenten; und
- • Einfache Montage.
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Zur Erfüllung der vorher genannten Hauptanforderungen hat sich das Prinzip der einfachen Hebelübersetzung als interessante Variante erwiesen. Derartige Zuspannmechanismen bzw. -vorrichtungen haben sich in unterschiedlichsten Ausführungen mittlerweile auf dem Markt etabliert.
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Die Kraftübersetzung wird hierbei über einen Hebel mit zwei verschiedenen Hebelarmlängen dargestellt. Dabei wirkt die Bremszylinderkraft am langen Hebelarm und erzeugt so über das Hebelverhältnis am kurzen Hebelarm eine hohe Kraft, welche zum Anpressen der Bremsbeläge an die Bremsscheibe benötigt wird. Zur besseren Verteilung erfolgt die Einleitung der Zuspannkraft in den Bremsbelag häufig über zwei sogenannte Druckstücke, die wiederum über Gewinde- bzw. Zuspannstempel (mit einer Gewindespindel und einer ein Gewinde aufweisenden Hülse oder Traverse) mit der Übersetzungsmechanik gekoppelt sind. Es gibt aber auch Systeme, die mit nur einem Druckstück und einem Gewindestempel ausgeführt sind.
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Ein typischer Vertreter dieser o. geschilderten Bremsengeneration ist die in der
WO 91/19115 A1 dargestellte Scheibenbremse. Die Zuspannvorrichtung dieser Scheibenbremse weist einen Drehhebel auf, der an seinem unteren Ende wenigstens einen Exzenteransatz aufweist, der über ein erstes Schwenklager drehbar im Inneren des Bremssattels gelagert ist und der über eine Stützwalze an einer Traverse abgestützt ist, in welche Gewindespindeln eingeschraubt sind, die über Druckstücke auf den aktionsseitigen Bremsbelag einwirken können, um diesen bei Bremsungen in Richtung der Bremsscheibe zu verschieben. Diese bekannte pneumatisch betätigte Scheibenbremse weist zudem eine automatische Nachstellvorrichtung auf, um den Belag- und Scheibenverschleiß auszugleichen.
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Die US 38 874 E offenbart eine Schiebesattel-Scheibenbremse, bei welcher die Anordnung von Drehhebel und Stützwalze im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik „umgedreht“ worden ist, d.h., die Stützwalze oder eine stützwalzenartige Kontur ist drehfest an der Innenseite des Bremssattels angeordnet oder ausgebildet und auf der Stützwalze ist der untere Exzenteransatz des Drehhebels drehbar gelagert, welcher an seiner von der Stützwalze angewandten Seite über ein Schwenklager auf eine Traverse einwirkt, in welche die beiden über das Synchronisationsgetriebe - hier eine Kegelradanordnung - gekoppelten Stellspindeln mit den Druckstücken eingeschraubt sind.
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Neben der hohen Kraftübersetzung muss der Zuspannmechanismus über eine geringe Reibung verfügen, damit ein guter Wirkungsgrad und eine geringe Hysterese erreicht werden.
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Um dieser Forderung gerecht zu werden, ist zumindest das Hauptdrehlager des Drehhebels in der Praxis vorzugsweise mit einer Nadellagerung ausgestattet. Aufgrund der hohen Kräfte (bis 270 kN) muss die Nadellagerung relativ groß dimensioniert werden. Zur Einbettung des Lagers im Bremssattelgehäuse ist daher ein relativ großer Bauraum erforderlich. Ungünstig ist neben der Materialanhäufung die Bearbeitung des Lagersitzes im Sattel. Um die Zugänglichkeit mit einem Bearbeitungswerkzeug zu ermöglichen muss am Sattelgehäuse eine seitliche Bearbeitungsöffnung vorgesehen werden.
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Damit die innere Mechanik der Bremse abgedichtet ist, muss die Bearbeitungsöffnung mit einem Dichtelement verschlossen werden. Dadurch entstehen Bearbeitungs- und Bauteilkosten, sowie eine zusätzliche Dichtstelle, mit einem gewissen Leckagerisiko.
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Zur Verteilung der Zuspannkraft (bis 270kN!) dient bei dem vorstehen geschilderten Stand der Technik die sogenannte Brücke oder Traverse. Durch den Versatz der vom Hebel eingeleiteten Kraft und der von den Gewindestempeln ausgeleiteten Kraft (in Richtung parallel zur Drehachse der Bremsscheibe) ist dieses Bauteil einer Biegebeanspruchung unterzogen. Aufgrund der hohen Kräfte und der vorher geschilderten Belastung muss dieses Bauteil relativ groß dimensioniert werden.
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Der hierfür erforderliche Bauraum muss bei der Auslegung des Sattelgehäuses berücksichtigt werden. Durch die Umleitung der hohen Zuspannkraft von den Gewindestempeln über die Brücke in den Hebel und von dessen Lagerung in den Bremssattel, muss mit relativ großen Verformungswegen gerechnet werden.
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Eine zusätzliche Anforderung an den Übersetzungsmechanismus ist die einfache Realisierung einer nicht konstanten Übersetzungskennlinie. Bei den üblichen Hebelübersetzungen ist dies nur sehr eingeschränkt möglich. Die Übersetzung kann im Wesentlichen nur durch den Versatz zwischen großem und kleinem Hebelarm beeinflusst werden. Kinematisch bedingt kann die Übersetzungskennlinie aber nicht zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt beeinflusst werden.
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Durch ein neues mechanisches Konzept sollen die vorher beschriebenen ungünstigen Sachverhalte verbessert oder vermieden werden. Außerdem sollen die oben geschilderten Funktionsanforderungen erfüllt werden.
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Zum Nachstellen von Belagverschleiß weist die vorstehend erläuterte Scheibenbremse eine Nachstellvorrichtung auf. So ist es aus dem genannten Stand der Technik bekannt, den Drehhebel der Zuspannvorrichtung über einen Antriebsstift mit einem Getriebeelement der Nachstellvorrichtung zu koppeln, so dass bei einem Zuspannen der Bremse, bei welchem der Drehhebel verschwenkt wird, auch das Getriebeelement der Nachstellvorrichtung bewegt, insbesondere gedreht wird. Diese Drehung wird über weitere Getriebeelemente der Nachstellvorrichtung auf ein Abtriebsgetriebeelement übertragen, welches drehfest mit der Mutter oder der Spindel der Mutter-/Spindelanordnung gekoppelt ist. Nachteilig ist insbesondere, dass der Antriebstift nur schwer mit genügender Präzision an dem Drehhebel ausgebildet werden kann. Auch ist ein Nachkalibrieren des Stiftes schwierig und aufwendig.
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In der
WO 91/19115 A1 sind zwei drehfest gekoppelte Mutter-Spindelanordnungen vorgesehen, die über ein Synchronisationsgetriebe - ein Umschlingungsgetriebe wie eine Kette oder einen Zahnriemen - drehfest gekoppelt sind, wobei nur in einer dieser Anordnungen eine Nachstellvorrichtung bzw. ein Nachstellantrieb angeordnet ist. Das Umschlingungsgetriebe umgreift den Koppelbereich zwischen dem Exzenteransatz des Drehhebels und der Traverse.
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Aus der
EP 0 248 385 A1 ist ferner eine Gleitsattelscheibenbremse bekannt, zum Zuspannen der Bremse mit einem außerhalb eines Bremssattels liegenden Drehhebel, dessen Drehachse parallel zur Bremsscheibenachse liegt, um eine den Bremssattel durchsetzende Antriebsscheibe einer Kugelrampenanordnung zu drehen, welche im Inneren des Bremssattels verbunden ist und auf ein Druckstück einwirkt, dass an der Rückseite eines Bremsbelages angreift. Diese Scheibenbremse weist u.a. das Problem auf, dass der Bremssattel von einer drehenden Welle durchsetzt ist.
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Aus der
DE 197 29 024 C1 ist eine Verschleiß-Nachstellvorrichtung mit einer Einweg-Drehkupplung und einer Überlastkupplung für eine Scheibenbremse von Fahrzeugen bekannt, bei der ein beim Bremsen betätigter Drehhebel auf wenigstens ein verschiebliches Element einwirkt, welches eine Stellspindel betätigt, die einen Bremsbelag in Richtung einer Bremsscheibe drückt.
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Die
DE 10 2008 036 032 A1 offenbart eine pneumatisch betätigbare Scheibenbremse, mit einem eine Bremsscheibe übergreifenden Bremssattel, beidseitig an die Bremsscheibe anpressbaren Bremsbelägen, von denen ein zuspannseitiger mittels eines um eine Exzenterachse schwenkbaren Bremshebels einer Zuspanneinrichtung betätigbar ist, wobei an dem Bremshebel ein Stößel eines mit Druckluft beaufschlagbaren Bremszylinders angreift. Weiter ist bei dieser Scheibenbremse eine Selbstverstärkungseinrichtung vorgesehen, die einen Selbstverstärkungsfaktor aufweist, der derart gewählt ist, dass sich die Bremse nach Bremsungen selbsttätig löst, und dass der Bremshebel sich zumindest an einem im Bremssattel gelagerten, die Exzenterdrehachse bildenden kugelförmigen Lagerelement abstützt und an einer in Richtung des Stößelangriffs oberhalb des Lagerelements angeordneten Lagerkugel anliegt, die in einem mit dem zuspannseitigen Bremsbelag verbundenen Bremsstempel positioniert ist.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2005 049 760 A1 eine Scheibenbrems mit einem als Elektromotor ausgelegten elektromechanischen Aktuator zur Betätigung einer Zuspannvorrichtung zum Zuspannen der Bremse bekannt, die ebenfalls eine Selbstverstärkungseinrichtung aufweist. Die Zuspannvorrichtung, weist ein vom Elektromotor direkt oder über ein Getriebe antreibbares Spindelsystem auf, welches die Drehbewegungen des Elektromotors und ggf. des diesem nachgeschalteten Getriebes in lineare Bewegungen eines Druckelementes umsetzt, das direkt oder über weitere zwischengeschaltete Bauelemente auf die Selbstverstärkungseinrichtung einwirkt.
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Zusammenfassend soll eine alternative Zuspannvorrichtung mit einem einfachen konstruktiven Aufbau und einem guten Betriebsverhalten geschaffen werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist das Ziel der Erfindung.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Die Lösung erfolgt durch ein neues Konzept für die Zuspannmechanik. Dieses Konzept basiert dabei nicht mehr wie bisher auf einem einfachen Übersetzungshebel, sondern auf einer Wälzkörperzuspanneinheit, insbesondere einem Kugelrampenmechanismus, der aber anders als im Stand der Technik mit einem innerhalb des Bremssattels angeordneten Drehhebel (mit einer vorzugsweise parallel zur Bremsscheibenebene ausgerichteten Drehachse) angetrieben wird.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist nach Anspruch 9 die Ausgestaltung mit zwei vorzugsweise parallel zueinander ausgerichteten Wälzkörpereinheiten, insbesondere Kugelrampenmechanismen, welche durch den in diesem Fall vorteilhaft zentral bzw. mittig zwischen diesen positionierten Drehhebel angetrieben werden.
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Der Antrieb vom Drehhebel zu den Wälzkörpereinheiten, insbesondere den Kugelrampeneinheiten bzw. -mechanismen, erfolgt durch eine Antriebsverbindung, die zwar in verschiedener Weise ausgestaltet werden kann, die aber besonders bevorzugt als Kegelradantrieb ausgebildet ist. Aufgrund des geringen Drehwinkels genügen zum Antrieb jeweils Kegelradsegmente an Ansätzen des Drehhebels und jeweils einer Antriebsscheibe der Wälzkörpereinheiten.
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Diese Ausgestaltung hat besonders viele Vorteile. Da der Drehhebel nicht mehr primär zur Erzeugung der Zuspannkraft dient, sondern hauptsächlich als Antriebselement für die Kugelrampen verwendet wird, sind die Kräfte, welche auf den Hebel einwirken, im Vergleich zum eingangs erläuterten Stand der Technik deutlich kleiner. Aufgrund dieser Gegebenheit kann die Hebellagerung im Vergleich erheblich geringer in der Dimensionierung ausgeführt werden. Damit ergeben sich für die Baugröße und der Belastung des Gehäuses bzw. Bremssattels im Bereich der Hebellagerung deutliche Vorteile.
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Die an den Kugelrampenmechanismen sich ergebenden Reaktionsmomente werden nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung besonders bevorzugt durch eine sogenannte Drehmomentstütze abgefangen, die in den Unteransprüchen spezifiziert ist. Hierbei ist zu erwähnen, dass durch die gegenseitige Abstützung der beiden Kugelrampenmechanismen über die Drehmomentstütze keine Reaktionskräfte auf das Sattelgehäuse einwirken. Reibkräfte und damit verbundene Verschleißerscheinungen sowie negative Einflüsse auf den Wirkungsgrad werden somit vermieden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung bietet noch weitere zahlreiche Vorteile.
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So ist durch die bevorzugte konstruktive Gestaltung der Bauteile eine spanlose und kostengünstige Herstellung der Bauteile möglich.
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Aufgrund der Anordnung und Lagerung der mechanischen Komponenten ergibt sich ferner ein geringer Bearbeitungsaufwand für das Gehäuse des Bremssattels.
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Darüber hinaus ist eine gute Zugänglichkeit für die Bearbeitung gegeben und auf eine spezielle Bearbeitungsöffnung kann sogar in der Regel ganz verzichtet werden.
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Durch die konzeptbedingte Anordnung der Bauteile ergibt sich für das Sattelgehäuse eine sehr kompakte Bauweise.
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Durch den direkten Kraftfluss ergeben sich geringere Verformungswege an der Mechanik und am Bremssattel (keine Kraftumlenkung, in der Hauptkraftrichtung, keine Biegebelastung an den Komponenten, durch die weit außerhalb der Mitte stattfindende Krafteinleitung in den Bremssattel ergibt sich eine geringere Biegebelastung für das Sattelgehäuse). Hieraus resultiert ein relativ geringer Hubbedarf.
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Vorteilhaft ist auch die hohe Richtwirkung auf den Bremsbelag, da die Zuspannmechanik direkt im Sattel mit großer Stützweite gelagert ist. Hieraus resultiert ein geringer Umfangsschrägverschleiß.
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Es ergibt sich ein gutes Hystereseverhalten über dem gesamten Arbeitsbereich, da alle im primären Kraftfluss befindlichen Bauteile kugelgelagert sind. Dies resultiert wiederum in einem günstigen Betriebsverhalten.
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Die Erfindung bietet zudem den Vorteil eines großen Freiheitsgrades bei der konstruktiven Auslegung der mechanischen Übersetzung. Nicht konstante Übersetzungskennlinien können durch eine entsprechende Gestaltung der Kugelrampengeometrie einfach dargestellt werden. Hieraus ergibt sich ein nur geringer Hubbedarf, was wiederum in höheren Sicherheitsreserven bzw. einem geringeren Energieaufwand resultiert.
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Zudem ergibt sich eine hohe Variabilität bei der Anordnung des Bremszylinders. Von einer axialen bis zu einer radialen Bauform sind alle Anordnungen möglich. Es besteht eine gute Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Einbaubedingungen an der Fahrzeugachse.
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Besonders vorteilhaft ist eine eindeutige lineare Bewegung der Zuspannelemente (Druckstücke) realisierbar. Hieraus resultieren die Vorteile einer günstigen Krafteinleitung in den Bremsbelag und einer einfachen Erfassung des Zuspannwegs zur Realisierung von Zusatzfunktionen.
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Im Rahmen des Hauptanspruchs ergeben sich zahlreiche alternative Ausführungsformen, von denen einige erwähnt werden sollen.
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So können die Wälzkörperzuspanneinheiten mit den Zuspannkolben anstelle mit Kugelrampenmechanismen mit schraubenförmigen Flächen mit zylindrischen oder kegelförmigen Rollelementen oder sogar mit Kugelgewindetriebeinheiten oder Kugelumlaufgewindeeinheiten realisiert werden.
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Die Antriebsverbindung nach dem Merkmal c) des Anspruchs 1 kann auch mit verschiedenen Elementen realisiert werden, wobei die Kegelräder bzw. Kegelradsegmente bevorzugt werden. Alternativen sind Kronenradgetriebe, Stirnradgetriebe, ein Zahnstangenantrieb mit Stirnrädern, ein Koppelgetriebe mit Koppelelement und/oder ein Zugmittelgetriebe.
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Anstelle der besonders bevorzugten Ausführung mit zwei vorzugsweise hinsichtlich ihrer Drehachse zueinander parallel angeordneten Wälzkörpereinheiten zur Zuspannung können alternativ auch nur eine Wälzkörpereinheit, insbesondere nur ein Rampenmechanismus oder drei oder mehr Wälzkörpereinheiten, insbesondere Rampenmechanismen, vorgesehen sein. Auch diese Varianten realisieren jeweils vorteilhafte Bauformen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
- 1 einen Schnitt durch einen zuspannseitigen Abschnitt eines Bremssattels und einer Zuspannvorrichtung einer ersten erfindungsgemäßen Scheibenbremse;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Wälzkörper-Zuspanneinheit mit einer Gewindespindel
- 3 eine Seitenansicht der Wälzkörper-Zuspanneinheit aus 1 ohne Gewindespindel;
- 4a,b eine perspektivische Ansicht und einen Schnitt durch die Zuspannvorrichtung aus 1; und
- 5 eine perspektivische Ansicht eines ersten Drehhebels;
- 6 eine perspektivische Ansicht eines zuspannseitigen Abschnittes eines Bremssattels; und
- 7 eine perspektivische Ansicht einer Scheibenbremse ohne Bremsscheibe;
- 8 einen Schnitt durch eine weitere Zuspannvorrichtung für einen Bremssattel und eine Scheibenbremse nach Art der 6 und 7;
- 9 eine perspektivische Ansicht der Zuspannvorrichtung aus 8;
- 10a,b eine Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe der Zuspannvorrichtung aus 8 und 9;
- 11 a,b eine Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht einer Hebel-Unterbaugruppe der Baugruppe aus 10; 12 eine perspektivische Ansicht einer Drehscheibe der Baugruppe aus 10.
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1 zeigt einen Schnitt durch einen Abschnitt einer eine Zuspannvorrichtung 1 aufnehmenden Öffnung 2 eines hier nur teilweise dargestellten Bremssattels 3 einer von einem (hier nicht dargestellten) Aktuatorelement betätigbaren Scheibenbremse. Bei dem Aktuatorelement handelt es sich vorzugsweise um eine Kolbenstange eines pneumatisch oder elektromotorisch oder federbetätigten Bremszylinders (hier nicht dargestellt).
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Der ein- oder mehrteilige Bremssattel
3 ist vorzugsweise als ein Schiebesattel ausgebildet (siehe auch
7), der an einem Bremsträger
36 - beispielsweise an hier nicht dargestellten Lagern an einem oder in der Regel zwei Lagerbolzen - verschiebbar geführt ist. Der Bremssattel
3 umgreift - beispielsweise nach Art des Standes der Technik der
EP 0 248 385 A1 - rahmenartig einen Randabschnitt einer hier in
4b nur angedeutet dargestellten Bremsscheibe
35. Beidseits der Bremsscheibe
35 sind Bremsbeläge
4,
37 angeordnet, von welchen in
1 der eine zuspannseitige Bremsbelag
4 dargestellt ist und von denen in
7 beide zu erkennen sind.
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Bei Bremsungen wird mit der Zuspannvorrichtung 1 der zuspannseitige Bremsbelag 4 parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 35 in Richtung X direkt gegen die Bremsscheibe 35 gepresst, wohingegen der reaktionsseitige Bremsbelag 37 (7) mit dem verschieblichen Bremssattel 3 in Richtung -X gegen die Bremsscheibe 35 gezogen wird.
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Für eine solche Schiebebesattel-Scheibenbremse ist die dargestellte Zuspannvorrichtung insbesondere geeignet.
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Die Zuspannvorrichtung weist als Antriebselement einen Drehhebel 5 auf, der dazu ausgelegt ist, von einer Kolbenstange eines hier nicht dargestellten Bremszylinders bewegt zu werden. Der Drehhebel weist einen länglichen Hebelarm 6 auf.
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Dieser Hebelarm 6 ist an seinem einen Ende derart ausgestaltet, dass an ihm die Kolbenstange ansetzen kann, um den Drehhebel 5 zu verschwenken. Beispielsweise weist der Drehhebel 5 an diesem Ende eine Vertiefung 7 auf, in welchen die Kolbenstange des Bremszylinders durch eine Öffnung 38 im Bremssattel 3 eingreifen kann. Ausgehend von der Vertiefung 7 spreizt sich der Hebelarm 6 hier in bevorzugter Ausgestaltung gabelartig auf und endet an diesem bzw. hier an seinen beiden Enden der Gabel in wenigstens einem (hier zwei) zwei parallel zueinander sowie beabstandet zueinander angeordneten Antriebssegmenten, hier „Antriebsradsegmenten“ 8a, 8b (siehe 5).
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Dabei sind die beiden Antriebsradsegmente 8a, 8b drehbar - beispielsweise mittels je eines Gleitlagers 32a, b - auf einem Hebellagerbolzen 9 gelagert, der Bohrungen 10a, b der Antriebsradsegmente 8a, 8b durchsetzt, sich zwischen den beiden Antriebssegmenten 8a, 8b erstreckt und der in einem Bereich zwischen den Antriebssegmenten 8a, 8b an der Innenwand des Bremssattels 3 abgestützt ist. Er kann mit einem Befestigungselement wie einer Art Schelle(nteil) 11 und einer oder mehreren Schrauben an der von der Bremsscheibe 35 abgewandten Innenwand der Bremssattels 3 festgelegt sein.
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Der Hebellagerbolzen kann auch direkt mit dem Drehhebel einstückig ausgebildet sein bzw. werden, welcher dann eine entsprechende lagerbolzenartige Konturierung aufweist, die sich in einer entsprechenden Lagerkontur ggf. mit Gleitlager oder Wälzlager am Bremssattel abstützt (hier nicht dargestellt).
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Dabei ist an den beiden auf dem Lagerbolzen 9 drehbar bzw. schwenkbar angeordneten Antriebssegmenten 8a, 8b jeweils eine Antriebsverzahnung ausgebildet.
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Diese Antriebsverzahnung ist hier wiederum in besonders vorteilhafter Ausgestaltung als Kegelradverzahnung(ssegment) 12 an den voneinander abgewandten Außenseiten der Antriebssegmente 8a, 8b ausgebildet, deren Drehachse in der Mitte des Lagerbolzens 9 liegt. Auf einen Antriebsexzenter wird bei diesem Drehhebel damit vorteilhaft verzichtet. Der Drehhebel 5 ist nur ein Antriebselement, erzeugt aber nicht direkt eine Bewegung in Richtung X parallel zur Bremsscheibe, um den Arbeitshub (an den noch zu erläuternden) Druckstücken zu erzeugen. Der Drehhebel 5 kann damit kompakt und kostengünstig ausgelegt werden. Auch kann an ihm auf eine Wälzlagerung - bevorzugt aber nicht zwingend - verzichtet werden.
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Der Drehhebel 5 ist dazu ausgelegt, über die wenigstens eine oder hier zwei Antriebsverzahnung(en) eine (jeweils um eine Rotationsachse Ra, Rb parallel zur Bremsscheibe 35) drehbare Antriebsscheibe 13a, b von einer oder mehreren Wälzkörper-Zuspanneinheiten 15 anzutreiben. Hier sind zwei dieser Antriebsscheiben 13a, b vorgesehen, deren Rotationsachsen Ra und Rb parallel zueinander liegen.
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Dabei weist die/jede Antriebsscheibe 13a, b eine Antriebsverzahnung auf, welche mit der jeweils korrespondierenden Antriebsverzahnung der Antriebsegmente 8a, 8b kämmt.
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Vorzugsweise ist diese Antriebsverzahnung jeweils an den Antriebsscheiben 13a, b als ein Kegelradverzahnung(ssegment) 14a, b ausgebildet, welche mit den KegelradVerzahnung(en) 12a, b am Drehhebel 5 kämmt.
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Die Kegelradverzahnungen 12a, b; 14a, b liegen in 1 rechtwinklig zueinander.
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Eine bevorzugte Wälzkörperzuspanneinheit 15 ist in 2 und 3 zu erkennen bzw. in 3 dargestellt.
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Die Wälzkörperantriebseinheiten 15a, b sind parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind zwei der Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, b vorgesehen, die nebst zwei Zuspannkolben 20a, b parallel zueinander liegen und die Zuspannbewegung erzeugen können, um mit den Zuspannkolben 20a, b in Richtung X auf den zuspannseitigen Bremsbelag 4 einwirken können. Dies bedeutet, dass mit den Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, b der Zuspannhub bei Bremsungen, insbesondere bei Betriebsbremsungen aber auch bei Feststellbremsungen überwunden wird, um den zuspannseitigen Bremsbelag 4 an die Bremsscheibe 35 zu pressen.
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Es sind aber auch Bauformen mit nur einer oder mehr als zwei Wälzkörpereinheiten grundsätzlich denkbar
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Nach 1 sind die Antriebsscheiben 13a,b jeweils an der Innenwand des Bremssattels 3 über ein Axialkugellager 16a,b abgestützt, das auf der bremsbelagabgewandten Seite hier jeweils direkt von er einen Axialseite der Antriebsscheibe 13a, b gebildet wird sowie aus Wälzkörpern (vorzugweise Kugeln) 17 und jeweils aus einer Stützscheibe 18a, b besteht. Dabei weisen hier die Antriebsscheibe 13a, b und die Stützscheiben 19a, b jeweils an ihren zueinander ausgerichteten Seiten Wälzkörperaufnahmen 19 für die Wälzkörper 17 auf.
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Die Verzahnungen 12, 14 zwischen dem Drehhebel und den Antriebsscheiben 13a, b dienen damit also nicht oder jedenfalls nicht nur dazu, eine Nachstellvorrichtung anzutreiben sondern sie dienen dazu oder zumindest auch dazu, eines oder mehrere Wälzkörperzuspanneinheiten von Zuspannkolben 20a, 20b der Nachstellkolben anzutreiben, um eines oder mehrere Druckstücke 21a, b mittels dieser Zustelldrehantriebe bei Bremsungen mitsamt dem Bremsbelag 4 in Richtung X an eine Bremsscheibe 35 zu pressen, um durch Reibung die Bremsscheibe 35 abzubremsen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, b jeweils als Kugelrampeneinheiten ausgebildet, die aus der Antriebsscheibe 13a, b, Wälzkörpern 22a, b - vorzugsweise Kugeln - und jeweils einer Rampenscheibe 23a, b gebildet werden, wobei vorzugweise sowohl die Antriebsscheiben 13a, b und die Rampenscheiben 23a, b jeweils Rampenlaufbahnen 33 für die Kugeln aufweisen.
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Dabei sind die Rampenlaufbahnen 33 als Rillen in den Axialseiten der Antriebsscheibe 13a,b ( an den von en Axialkugellagern abgewandten Seiten) und den Rampenscheiben 23a,b ausgebildet und verlaufen hier jeweils derart geneigt in einem konstanten oder veränderlichen Winkel alpha geneigt zu den Axialseiten der Scheiben 13a, b bzw. 23a, b bzw. geneigt zur Bremsscheibenebene (bzw. parallel zur Reibfläche es Bremsbelages 4).
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Die beiden Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, b sind jeweils von den Zuspannkolben 20a, b durchsetzt an deren bremsscheibenzugewandten Enden die Druckstücke 21a, b angeordnet oder ausgebildet sind.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Zuspannkolben 20a, b jeweils als Gewindehülsen-/Gewindespindelkombinationen 24a, b ausgebildet sind, die aus einer Gewindespindel 25a, b und einer Gewindehülse 26a, b aufweisen, die miteinander verschraubt sind, so dass durch ein Relativverschrauben der Gewindehülsen-/Gewindespindelkombinationen 24a, b Verschleiß der Bremsbeläge 4 und der Bremsscheibe 35 ausgeglichen werden kann, da die Gesamtlänge der Zuspanneinheit in Richtung X zwischen der Abstützung an dem Bremsbelag 4 und dem Bremssattel 3 verändert wird. Dargestellt ist - siehe z.B. auch 2 - hier bereits, dass die Gewindehülsen 26 eine Außenverzahnung 34 aufweisen oder dass auf sie jeweils ein Zahnrad aufgesetzt ist.
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Hier sind die Gewindehülsen 26a, b jeweils mit einem Flanschbereich 27a, b an den Rampenscheiben 21a, b a deren von den Kugeln abgewandten Seiten abgestützt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Drehmomentstütze nach Art einer Traverse zwischen den beiden Wälzkörpereinheiten ausgebildet ist.
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Beispielsweise kann die Drehmomentstütze 30 als Stützplatte ausgebildet sein, welches zwei beabstandete Bohrungen 31a, b aufweist (siehe auch 4a), welche von den Rampenscheiben 23a, b durchsetzt sind, so dass sie sich in diesen Bohrungen/Öffnungen nicht drehen können. Die Stützplatte 30 ist vorzugsweise parallel zur Bremsscheibenebene bzw. parallel zu den Bremsbelägen ausgebildet und wird nicht in Zuspannrichtung X direkt von irgendeinem Bauteil mit Kräften beaufschlagt wie die Traverse bei dem eingangs geschilderten Stand der Technik. Die Drehmomentstütze ermöglicht aber in einfacher Weise die Aufnahme der an den Wälzkörpereinheiten 15a, b infolge der Krafteinleitung über den Drehhebel auftretenden Kräfte. Die Stützplatte 30 kann wenigstens eine weitere Bohrung für eine hier nicht dargestellte Nachstellvorrichtung aufweisen.
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Ggf. kann eine Nachstellvorrichtung vorgesehen sein (hier nicht dargestellt), die vom Drehhebel 5 angetrieben wird. Diese kann zweckmäßig und raumsparend mittig am Drehhebel 5 angeordnet werden, ferner vorzugsweise eine Einwegdrehkupplung und eine Überlastkupplung aufweisen - und zum Drehantrieb der Gewindehülsen 25a, b um die Achsen Ra, Rb ausgelegt sein, wobei die Gewindespindeln 26a, b (z.B. am Belag 4) drehfest gehalten sind, wodurch die Nachstellfunktion realisierbar ist. Derartige Nachstellvorrichtungen sind grundsätzlich bekannt und müssen daher hier nicht im Detail dargestellt werden.
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Die Druckstücke 21a, b sind hier auf die Enden der Gewindespindeln 25a, b an Zapfen aufgesetzt und greifen hier in Vertiefungen 28a, b einer Bremsbelagrückenplatte 29 des Bremsbelags 4 ein, was beispielhaft und vorteilhaft ist aber hinsichtlich der exakten Ausgestaltung variierbar ist. So könnte anstelle von zwei Druckstücken beispielweise eine übergreifende Druckplatte vorgesehen sein.
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Zum Zuspannen der Scheibenbremse wird bei einer Bewegung der Kolbenstange des Bremszylinders der Drehhebel 5 um die Mittelachse des Lagerbolzens 9 gedreht, wobei über die Kegelradverzahnung auch die Antriebsscheiben 23a, b der Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, b verdreht werden und derart hier über die Kugelrampeneinheiten die Zuspannkolben 20a, b in Richtung X der Bremsscheibe 35 unter Überwindung es Bremshubes/Arbeitshubes vorgeschoben werden, bis der Bremsbelag 4 an der Bremsscheibe 35 zur Anlage kommt, um deren Drehung abzubremsen.
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Besonders vorteilhaft ist, dass sich die Reaktionskräfte (Pfeile R) zum Verschieben des Sattels direkt über die Bremskolben 20a, b mit den Wälzkörpereinheiten an der Innenseite des Bremssattels 3 abstützen und dass sich diese Kräfte nicht über eine Traverse und/oder den Drehhebel 5 hinten am Bremssattel 3 abstützen.
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1 veranschaulicht, dass der Abstand B zwischen den Zuspannkolben 20a, 20b bzw. deren Drehachsen besonders groß sein kann. Diese große Stützweite wirkt sich in einer hohen Richtwirkung auf den Bremsbelag 4 aus.
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Zu erwähnen ist, dass in 1 der Einfachheit halber keine Verschlussplatte mit Dichtungen zu den Druckstücken dargestellt worden ist, wie sie aber aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist und auch hier vorgesehen werden kann. Auch ist in 6 nicht der die Bremsscheibe 35 rahmenartig im Randbereich umgreifende Teil des hier mehrteiligen Bremssattels dargestellt, der aber in 7 zu erkennen ist, wobei der Bremssattel durchaus auch als einteiliger Bremssattel ausgebildet sein kann.
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Die Zuspannung an einem reaktionsseitigen Bremsbelag kann über einen Schiebesattel erfolgen oder zum Beispiel über eine reaktionsseitige Zuspannvorrichtung oder eine verschiebliche Bremsscheibe, die an den Bremsbelag auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 35 gepresst wird.
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8 und 9 zeigen Ansichten einer weiteren Zuspannvorrichtung 100 für einen Bremssattel 3 und eine Scheibenbremse nach Art der 6 und 7, welche zudem auch (im Wesentlichen) nach Art der 1 in einen Bremssattel 3 zur Abstützung und zur Kraftübertragung auf einen Bremsbelag 104 einsetzbar ist. Die 10 bis 12 zeigen jeweils Baugruppen und Komponenten dieser Zuspannvorrichtung 100.
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Wie oben bereits ausführlich dargestellt, kann die eingangs zum Stand der Technik geschilderte Problematik durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusapannvorrichtung 1 und ihr Zuspannkonzept jedenfalls weitgehend vermieden werden. Dieses Konzept basiert dabei nicht mehr wie bisher auf einem einfachen Übersetzungshebel, sondern auf einem Kugelrampenmechanismus mit Winkeltrieb.
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Auch die in den 8 und 9 dargestellte Zuspannvorrichtung 100 nutzt zwei Kugelrampenmechanismen, nämlich die Wälzkörperzuspanneinheiten 150a, 150b, welche durch einen zentral positionierten Drehhebel 105 angetrieben werden. Der Antrieb vom Drehhebel 105 zu den Wälzkörperzuspanneinheiten 150a, 150b erfolgt hier aber im Gegensatz zur oben beschriebenen Ausführungsvariante nicht mittels eines Kegelradantriebs.
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Sondern nach den 8 bis 12 wird eine weitere Variante der Zuspannvorrichtung 100 geschaffen, die auf dem Konzept der 1 bis 8 aufbaut, es aber nach Art einer Alternative weiterentwickelt. Gegenüber den 1 bis 8 wird dabei insbesondere der Koppelmechanismus 400a, b zwischen dem Antriebselement Drehhebel 105 und Antriebsscheibe 113 alternativ ausgestaltet.
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Korrespondierende Bauteile haben in den 8 bis 12 um 100 erhöhte Bezugszeichen.
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In der in den 8 bis 12 gezeigten Ausführungsform der Zuspannvorrichtung 100 erfolgt die Übertragung der Drehbewegung mit Hilfe wenigstens eines Wälzkörpers, insbesondere wenigstens einer Kugel 401.
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Die Kugel 401 dient als Koppelglied zwischen dem Antriebselement „Drehhebel 105“ und dem wenigstens einen Abtriebselement „Antriebsscheibe 500“.
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Anstelle einer Kugel 401 ist aber auch ein anders geformtes, abgerundetes Kopplungselement zur Kopplung des Drehhebels mit der Antriebsscheibe bevorzugt einsetzbar, beispielsweise ein als Halbkugel oder Teilkugel ausgebildetes Kopplungselement, oder eine Koppelstange.
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Die in den 8 bis 12 geschaffene Ausführungsvariante erfüllt die für die erfindungsgemäße Zuspannvorrichtung erforderlichen Randbedingungen, nämlich eine sehr geringe Winkelgeschwindigkeit (quasistatisch), ein relativ geringer, oszillierender Drehwinkel (max. 50°) und lediglich eine nur schwellende (und nicht wechselnde) Belastung, die mit dem Drehwinkel kontinuierlich zunimmt.
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Im Drehhebel 105 ist die Kugel 401 drehbar in einer halbkugelförmigen Kalotte 402 reibungsarm gelagert und geführt. Die Kalotte 402 erfüllt die Funktion eines Kugelgelenks und ist vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt.
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An der Antriebsscheibe 500 kann die Kugel 401 an einer vorzugsweise ebenen Planfläche 501 mit geringem Widerstand abrollen. Da sich zwischen der Kugel 401 und der Planfläche 501 eine relativ hohe hertzsche Pressung ergibt, ist in der Regel eine hohe Härte der Planfläche 501 erforderlich. Dabei ist die Planfläche 501 quer zur Zuspannrichtung X, in der der zuspannseitige Bremsbelag 104 in Richtung zur Bremsscheibe 35 gedrückt wird, angeordnet. Die auf die Antriebsscheibe 500 wirkende Kraft beim Drehen des Drehhebels 105 wirkt daher in eine Kraftrichtung etwa quer zur Zuspannrichtung X.
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Durch die reibungsarme Gleitlagerung der Kugel 401 im Drehhebel 105 und der Abrollbewegung auf der Planfläche 501 an der Antriebsscheibe 500 kann ein guter Wirkungsgrad des Koppelmechanismus 400a, b erzielt werden.
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Die Lagerung der wenigstens einen Kugel 401 im Drehhebel 105 erfolgt bevorzugt mittels wenigstens einer korrespondierenden Gleitlagerlagerung. Die wenigstens eine Kugel 401 kann aus Stahl bestehen. Dabei ist die Kalotte 402 bevorzugt aus einem Lagrmaterial wie Bronze, einem Bronze-Kunststoff-Verbund, einem Kunststoff, einer Keramik oder als Faserwerkstoff hergestellt.
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Anstelle einer Gleitlagerung ist aber ebenfalls eine direkte Lagerung in Verbindung mit geeigneten Schmierstoffen bevorzugt. Weiterhin eignet sich auch eine Wälzlagerung.
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Im Vergleich zu dem in den 1 - 8 beschriebenen Kegelradgetriebe ergeben sich durch den die Kugel 401 nutzenden Koppelmechanismus 400 signifikante Vorteile:
- • Am Drehhebel sind keine gehärteten Funktionsflächen erforderlich. Dadurch ist der Hebel auch aus Gusseisen kostengünstig herstellbar.
- • Die Funktionsflächen am Drehhebel 105 sind einfach herstellbar, so dass der Fertigungsaufwand gering ist und kein spezifisches Fertigungsknowhow erforderlich ist.
- • Die Planfläche 501 an der Antriebsscheibe 500 (Kugelrampenscheibe) ist eben und daher sehr einfach ausgebildet. Auch hier ist der Fertigungsaufwand gering und kein spezifisches Fertigungsknowhow erforderlich.
- • Die Lagerstellen z.B. im Bremssattel erfordern eine verhältnismäßig geringe Genauigkeit in Bezug auf ihre Bearbeitung, so dass die Ausschussquote gering ist.
- • Es besteht ein verhältnismäßig großer Freiheitsgrad bezüglich der Anordnung der An- und Abtriebkomponenten, insbesondere in Bezug auf den Drehhebel und die Planfläche. Aufgrund der hohen Fehlertoleranz ist der Montagevorgang einfach.
- • Der in den 8 bis 12 beschriebene Koppelmechanismus ist im Vergleich zum Kegelradgetriebe eine geringe Komplexität auf. Bei Auswahl der möglichen Lieferanten ist daher groß.
- • Die Bauteile sind zudem vereinfacht, so dass die Montage insgesamt einfacher ist. Dadurch ist der Kostenaufwand geringer und eine globale Fertigung möglich.
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Im Vergleich zu den herkömmlichen im Stand der Technik beschriebenen Zuspannvorrichtungen weist die erfindungsgemäße Zuspannvorrichtung 100 ebenfalls viele Vorteile auf:
- Der beschriebene Koppelmechanismus 400 weist eine sehr hohe Maximalbelastbarkeit auf. Sein Wirkungsgrad ist hoch. Er ist einfach herstellbar und einfach montierbar. Seine Anforderungen in Bezug auf einzuhaltende Toleranzen sind klein.
- Der für den Koppelmechanismus 400 erforderliche Bauraum ist gering. Und er ist kostengünstig herstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1,100
- Zuspannvorrichtung
- 2
- Öffnung
- 3
- Bremssattel
- 4, 104
- Bremsbelag
- 5, 105
- Drehhebel
- 6, 106
- Hebelarm
- 7, 107
- Vertiefung
- 8a, 8b
- Antriebsradsegmente
- 9, 109
- Hebellagerbolzen
- 10a, 10b, 110a, 110b
- Bohrungen
- 11
- Schellenteil
- 12
- Kegelradsegment
- 13a, 13b, 500a, 500b
- Antriebsscheibe
- 14
- Kegelradsegment
- 15a, 15b, 150a, 150b
- Wälzkörperzuspanneinheit
- 16
- Axialkugellager
- 17
- Wälzkörper
- 18a, 18b, 118a, 118b
- Stützscheibe
- 19
- Wälzkörperaufnahmen
- 20a, 20b, 120a, 120b
- Zuspannkolben
- 21a, 21b, 121a, 121b
- Druckstücke
- 22a, 22b
- Wälzkörper
- 23a, 22b
- Rampenscheibe
- 24a, 24b
- Gewindehülsen-/Gewindespindelkombinationen
- 25a, 25b, 125a, 125b
- Gewindespindel
- 26a, 25b, 126a, 126b
- Gewindehülse
- 27a, 27b
- Flanschbereich
- 28a, 28b
- Vertiefung
- 29
- Rückenplatte
- 30, 130
- Drehmomentstütze
- 31a, 31b
- Bohrungen
- 32a, 32b
- Gleitlager
- 34
- Zahnrad
- 35
- Bremsscheibe
- 36
- Bremsträger
- 37
- Bremsbelag
- 38
- Öffnung
- 400a, 400b
- Koppelmechanismus
- 401a, 401b
- Kugel, Koppelelement
- 402
- Kalotte
- 501a, 501b
- Planfläche
