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Die Erfindung betrifft eine Zuspannvorrichtung einer drehhebelbetätigten Scheibenbremse, insbesondere einer mittels einer Kolbenstange eines pneumatisch oder elektromotorisch betriebenen Bremszylinders betätigbaren Scheibenbremse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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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Derartige Zuspannmechanismen bzw. -vorrichtungen haben sich in unterschiedlichsten Ausführungen mittlerweile auf dem Markt etabliert. 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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Neben dem oben erwähnten Hebelsystem kann auch ein Rampenmechanismus oder ein Gewindemechanismus zur Kraftübersetzung zum Einsatz kommen.
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WO 2013/143962 A1 beschreibt dazu ein Beispiel, das in den
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3 dargestellt und nachfolgend kurz erläutert ist.
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In 1 und 2 sind perspektivische Ansichten von üblichen Zuspannvorrichtungen 1 für drehhebelbetätigte Scheibenbremsen 45 (siehe z.B. 8) dargestellt. 3 zeigt dazu einen Schnitt durch eine Gewindespindel 25a, 25b einer solchen Zuspannvorrichtung 1 nach 1-2.
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Eine so genannte zweistempelige bzw. zweispindelige Scheibenbremse 1 mit beidseits einer Bremsscheibe angeordneten Bremsbelägen 4, 4a (siehe 8) ist mit zwei Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, 15b mit einer jeweiligen Spindelachse 12a, 12b gezeigt. Beide Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, 15b stehen jeweils über ein Druckstück 21a, 21b mit einer Rückenplatte 29 des so genannten zuspannseitigen Bremsbelags 4 in Verbindung. Außerdem stehen beide Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, 15b mit einem in die Bremse integrierten Drehhebel 5 jeweils über einen Koppelmechanismus 10a, 10b; 40a, 40b in Wirkverbindung.
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Der Drehhebel 5 weist zwei Hebelarme 6 und damit verbundene Arme als Antriebssegmente 8a, 8b auf und ist hier mit einem Hebellagerbolzen 9 um eine Hebelachse 9a verschwenkbar im Bremsengehäuse angeordnet. Die Hebelachse 9a verläuft parallel zu einer Bremsscheibe (nicht gezeigt) und quer zu deren Bremsscheibenachse 39 (8). Ein Antriebsende 5a des Drehhebels 6 weist eine Vertiefung 7 auf, welche mit einer Kolbenstange eines nicht gezeigten pneumatisch oder elektromotorisch betriebenen Bremszylinders zur Krafteinleitung zusammenwirkt.
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Jede Wälzkörperzuspanneinheit 15a, 15b umfasst folgende Bauteile und Funktionseinheiten, welche in der angegebenen Reihenfolge in Richtung auf den Bremsbelag 4 angeordnet sind: ein Axiallager 16 mit Wälzkörpern 17, eine Rampenantriebsscheibe 13a, 13b mit einer Rampenreaktionsscheibe 23a, 23b, Rampen 33 und Rampenwälzkörpern 22, eine Gewindehülse 26a, 26b, eine Gewindespindel 25a, 25b mit einem Außengewinde 25c und ein Druckstück 21a, 21b.
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Die beiden Wälzkörperzuspanneinheiten 15a, 15b sind jeweils von Zuspannkolben 20a, 20b durchsetzt, an deren dem Bremsbelag 4 zugewandten Enden die Druckstücke 21a, 21b angeordnet oder ausgebildet sind. Die Zuspannkolben 20a, 20b sind jeweils als Gewindehülsen-/Gewindespindelkombinationen 24a, 24b ausgebildet, welche die Gewindespindel 25a, 25b und die Gewindehülse 26a, 26b aufweisen, die miteinander so verschraubt sind, dass durch ein Relativverschrauben der Gewindehülsen-/Gewindespindelkombinationen 24a, 24 b Verschleiß der Bremsbeläge 4 und der Bremsscheibe ausgeglichen werden kann, da die Gesamtlänge der Zuspanneinheit 1 in Richtung X zwischen der Abstützung an dem Bremsbelag 4 und dem Bremssattel 3 verändert wird. Die Gewindehülsen 26a, 26b weisen eine Außenverzahnung 34 auf und sind jeweils mit einem Flanschbereich 27 an den Rampenreaktionsscheiben 23a, 23b an deren von den Rampenwälzkörpern 22 abgewandten Seiten abgestützt.
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Die Axiallager 16 sind jeweils aus einer Stützscheibe 18a, 18b, den Wälzkörpern 17 und einer von dem Bremsbelag 4 abgewandten Seite der Rampenantriebsscheibe 13a, 13b gebildet. Dabei sind die Wälzkörper 17 in Wälzkörperaufnahmen 19, 19a aufgenommen. Eine dieser Wälzkörperaufnahmen 19 ist in der von dem Bremsbelag 4 abgewandten Seite der Rampenantriebsscheibe 13a, 13b eingeformt, wobei die andere Wälzkörperaufnahme 19a in der Stützscheibe 18a, 18b der Wälzkörperaufnahme 19 gegenüberliegend angeordnet ist.
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Bei einem Zuspannen und Lösen der Bremse wird eine Verschwenkung des Drehhebels 5 über den jeweiligen Koppelmechanismus 10a, 10b; 40a, 40b auf die jeweilige Rampenantriebsscheibe 13a, 13b in eine Schwenkbewegung um die Spindelachse 12a, 12b übertragen. Eine Rückstellfeder 11 ist vorgesehen, um die Bremse beim Lösen zurückzustellen.
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Der Koppelmechanismus 10a, 10b umfasst in der Ausführung nach 1 Kegelradsegmente 14a, 14b, wobei der Koppelmechanismus nach 2 Kugeln 41a, 41b als Koppelelemente zwischen den Antriebssegmenten 8a, 8b des Drehhebels 5 und Koppelabschnitten 43a, 43b der Rampenantriebsscheiben 13a, 13b aufweist.
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Die Rampenantriebsscheibe 13a, 13b und die Rampenreaktionsscheibe 23a, 23b führen hierbei unterschiedliche Bewegungen aus. Die Rampenantriebsscheibe 13a, 13b stützt sich in axialer Richtung über das Axiallager 16 mit dessen Stützscheibe 18a, 18b im Bremsengehäuse, d.h. im Bremssattel, ab und führt eine oszillierende Schwenkbewegung um die Spindelachse 12a, 12b aus. Die Rampenreaktionsscheibe 23a, 23b ist hingegen drehfest gelagert und führt aufgrund der Rampenwälzkörper 22 in Verbindung mit den Rampen 33 eine oszillierende Axialbewegung in Zuspannrichtung X in Richtung der Spindelachse 12a, 12b und wieder zurück aus und bestimmt somit den Zuspannweg des Bremssattels.
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Bei der in 1 und 2 gezeigten zweistempeligen Bremse ist an jeder Seite des mittigen Drehhebels 5 eine Wälzkörperzuspanneinheit 15a, 15b angeordnet. Durch diese Konfiguration ist es möglich, die beiden Rampenreaktionsscheiben 23a, 23b durch eine so genannte Drehmomentstützplatte 30 miteinander zu verbinden und das Drehmoment der beiden Rampenreaktionsscheiben 23a, 23b gegenseitig abzustützen.
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Als nachteilig wird es hierbei angesehen, dass die oben beschriebene Lösung aus dem Stand der Technik im Fall einer einstempeligen Bremse nicht oder nur mit erheblichen Einschränkungen, die einen nicht vertretbaren Aufwand bedingen, einsetzbar ist, da der Zuspannmechanismus neben einer hohen Kraftübersetzung auch gleichzeitig über eine geringe Reibung verfügen muss, damit ein guter Wirkungsgrad und eine geringe Hysterese erreicht werden.
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DE 100 26 690 A1 beschreibt eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einem Bremssattel, der eine Öffnung aufweist, an die ein Bremszylinder anflanschbar ist, der zur Betätigung einer im Bremssattel angeordneten Zuspanneinheit ausgelegt ist. Zwischen der Öffnung des Bremssattels zum Ansetzen des Bremszylinders und dem Bremszylinder ist eine Umlenkvorrichtung mit einem Winkelhebel vorgesehen, an dem eine Druck- und Schubstange angreifen, die einander kreuzen.
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GB 1 343 545 A beschreibt eine Scheibenbremse mit einem Bremsträger/einer Drehmomentenstütze, einem Rotor mit einem Paar gegenüberliegender Reibflächen, einem Paar Reibelemente, von denen eines nahe einer der Reibflächen angeordnet ist, einem Bremssattel, der auf dem Bremsträger verschiebbar angebracht ist, den Rotor überspannt und mit jedem der Reibelemente zusammenwirkend verbunden ist.
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Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Zuspannvorrichtung nicht nur mit einem einfachen konstruktiven Aufbau, sondern auch gleichzeitig mit einem verbesserten oder zumindest gleichen Betriebsverhalten, insbesondere hinsichtlich geringer Reibkräfte und geringer Hystereseverhalten, bereitzustellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Demgemäß ist eine Scheibenbremse, insbesondere einer mittels einer Kolbenstange eines pneumatisch oder elektromotorisch betriebenen Bremszylinders betätigbare Scheibenbremse, mit einem Bremssattel, der vorzugsweise rahmenartig einen Randbereich einer Bremsscheibe, an welcher beidseitig mindestens ein Bremsbelag angeordnet ist, übergreift, wobei der Bremssattel auf einer Zuspannseite der Bremsscheibe in einer Öffnung eine Zuspannvorrichtung aufnimmt, geschaffen, und die wenigstens folgende Merkmale aufweist: einen innen liegenden, d.h. im Inneren des Bremssattels angeordneten Drehhebel, der vorzugsweise eine parallel zu der Bremsscheibe ausgerichtete Hebelachse aufweist; wenigstens eine Wälzkörperzuspanneinheit, die eine Spindelachse und wenigstens einen senkrecht zur Bremsscheibe beweglichen Zuspannkolben aufweist, und die zum Überwinden des Arbeitshubes bzw. zum Anlegen des zuspannseitigen Zuspannkolbens mit dem Bremsbelag an die Bremsscheibe infolge eines Verschwenkens des Drehhebels um seine Hebelachse bei Bremsungen ausgelegt ist, wobei die wenigstens eine Wälzkörperzuspanneinheit eine Kugelrampeneinheit mit einer Rampenantriebsscheibe, Rampenkugeln und einer Rampenreaktionsscheibe aufweist, wobei eine Antriebsverbindung zwischen dem Drehhebel und der wenigstens einen Wälzkörperzuspanneinheit als ein Koppelmechanismus mit wenigstens einem abgerundeten Kopplungselement ausgebildet ist. Die Rampenreaktionsscheibe der wenigstens einen Wälzkörperzuspanneinheit ist ortsfest in dem Bremssattel eingebaut.
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Dadurch dass die Rampenreaktionsscheibe fest im Bremsengehäuse eingebaut ist kann das Reaktionsmoment somit direkt in das Bremsengehäuse bzw. den Bremssattel eingeleitet werden. Eine bewegliche Krafteinleitung kann vermieden werden und die damit verbundenen Reibungsverluste treten nicht auf.
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Da die Antriebsverbindung zwischen Drehhebel und Rampenantriebsscheibe mit einem abgerundeten Kopplungselement erfolgt, ist ein Schneiden von Dreh- bzw. Schwenkachsen von An- und Abtriebselementen wie im Stand der Technik, z.B. Kegelradgetrieben, nicht mehr erforderlich.
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Zudem ist die damit verbundene enge Toleranz bei der Zuordnung von Dreh- bzw. Schwenkachsen nicht mehr erforderlich.
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Eine zusätzliche Ausführungsform ist nach Anspruch 2 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 der Wälzkörpereinheit, insbesondere den Kugelrampeneinheiten bzw. -mechanismen, erfolgt durch eine Antriebsverbindung, die eine Kugel, Halbkugel, Teilkugel oder Koppelstange sein kann, wobei eine Kugel bevorzugt ist. Die Kugel rollt an einer Planfläche eines Koppelabschnitts der Rampenantriebsscheibe ab. Hierbei werden die Reibungsverluste verringert.
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In einer Ausführung sind die drehbaren Teile der wenigstens einen Wälzkörperzuspanneinheit, insbesondere die Kugelrampeneinheiten oder die sonstigen Kugeleinheiten, von einem Zuspannkolben durchsetzt, der auf ein Druckstück einwirkt, wodurch sich ein kompakter Aufbau ergibt.
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Es ist vorgesehen, dass der Zuspannkolben als längenveränderliche Gewindehülse/Gewindespindelkombinationen ausgebildet ist, der eine zentrische Öffnung in der wenigstens einen Wälzkörperzuspanneinheit durchsetzt. Auch dies trägt zu einem raumsparenden Aufbau bei.
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In einer Ausführung ist die Rampenantriebsscheibe um eine Spindelachse verschwenkbar und längs der Spindelachse in einer Zuspannrichtung in Richtung einer Bremsscheibenachse axial verschiebbar. So werden Reaktionsmomente der Kugelrampenanordnung über die Rampenreaktionsscheibe in den Bremssattel geleitet, wobei aus der Schwenkbewegung der Rampenantriebsscheibe gleichzeitig mit ihr eine Axialbewegung zum Zuspannen der Bremse erzeugt wird.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Wälzkörperzuspanneinheit ein Axiallager aufweist, welches axial in der Zuspannrichtung zusammen mit der Rampenantriebsscheibe verschiebbar ist. Daraus ergibt sich eine verminderte Reibung.
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Wenn das Axiallager aus der Rampenantriebsscheibe, Wälzkörpern und einer Axiallagerscheibe gebildet ist, ergeben sich eine Raumersparnis und ein kompakter Aufbau.
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Es in einer Ausführung vorgesehen, dass die wenigstens eine Wälzkörperzuspanneinheit zumindest folgendes aufweist: die Rampenantriebsscheibe mit Rampen, die mit dem Drehhebel über den Koppelmechanismus mit wenigstens einem abgerundeten Kopplungselement gekoppelt ist, Rampenwälzkörper und eine Rampenreaktionsscheibe mit Rampen, wobei die Rampen für die Rampenwälzkörper vorgesehen sind und vorzugsweise rampenförmige Laufbahnen sind, wobei die Rampenreaktionsscheibe fest im Bremssattel eingebaut ist, das Axiallager welches zusammen mit der Rampenantriebsscheibe axial verschiebbar ist, eine Trägerplatte, welche das Axiallager (16) und eine Gewindehülse (26) trägt, und jeweils einen der Zuspannkolben, welcher die wenigstens eine Wälzkörperzuspanneinheit mittig durchsetzt. So wird eine robuste Anordnung bei beengten Platzverhältnissen gewährleistet.
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In einer weiteren Ausführung ist die wenigstens eine Wälzkörperzuspanneinheit in axialer Richtung der Spindelachse so aufgebaut, dass die Rampenreaktionsscheibe mit einer Oberseite, die von der Bremsscheibe abgewandt ist, fest im Bremssattel eingebaut ist, wobei an der der Oberseite gegenüberliegenden Seite der Rampenreaktionsscheibe die Rampen angeordnet sind, dass den Rampen gegenüberliegend die Rampen der Rampenantriebsscheibe angeordnet sind, wobei die Rampenwälzkörpern zwischen den Rampen diese kontaktierend angeordnet sind, dass an der den Rampen gegenüberliegenden Seite der Rampenantriebsscheibe Wälzkörperaufnahmen angeordnet sind, denen Wälzkörperaufnahmen der Axiallagerscheibe gegenüberliegen, wobei die Wälzkörper des Axiallagers zwischen den Wälzkörperaufnahmen diese kontaktierend angeordnet sind, dass die Axiallagerscheibe sowohl in einer Bohrung der Trägerplatte eingesetzt ist und um eine Gewindehülse, welche mit dem Zuspannkolben in Verbindung steht, herum koaxial angeordnet ist.
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Die Rampenantriebsscheibe gibt die in axialer Richtung wirkende Kraft über das reibungsarme Axiallager, das als Wälzlager ausgebildet ist, in die Axiallagerscheibe ab, die über die Trägerplatte und die Gewindehülse die Kraft an den Gewindestempel und das Druckstück weiterleitet. Das vom Axiallager verursachte Lagerdrehmoment ist so gering, dass die Aufnahme und Weitergabe an den Bremssattel unproblematisch sind.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Drehhebel einen an einem Antriebsende von einer Kolbenstange eines Bremszylinders oder eines sonstigen Antriebs betätigbaren Hebelarm aufweist. Zum anderen Ende hin weist der Drehhebel wenigstens ein Antriebssegment (8) auf, das als wenigstens eine Kugel, eine Halbkugel oder dgl. ausgebildet ist.
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Bei der Einleitung einer Bewegung in die Zuspannmechanik über die Rampenantriebsscheibe kommt es, wie oben angegeben, in Abhängigkeit von der Rampengeometrie zu einer axialen Positionsänderung zwischen dem Drehhebel und der Rampenantriebsscheibe. Jedoch hat diese Änderung bei der oben beschriebenen Kopplungsart keinen Einfluss auf die Übersetzungskennlinie des Koppel- bzw. des Übertragungsmechanismus, da sich die wirksamen Hebelarme nicht ändern.
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In einer weiteren Ausführung weitet sich der Drehhebel zum anderen Ende hin gabelartig auf und weist an einem Ende oder beiden Enden des gabelartigen Bereiches jeweils ein Antriebssegment auf, an welchem jeweils eine Kugel oder eine Halbkugel oder dgl. ausgebildet ist. Der Drehhebel kann auf diese Weise bei einer einstempeligen Scheibenbremse die Wälzkörperzuspanneinheit zwischen seinen Armen aufnehmen, wodurch ein kompakter Aufbau gewährleistet ist. Außerdem kann der Drehhebel auch bei einer zweistempeligen Bremse Verwendung finden.
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Es ist dabei vorgesehen, dass die Antriebssegmente von einem Hebellagerbolzen mit der Hebelachse, um welche der Drehhebel verschwenkbar ist, durchsetzt sind, wobei der Hebellagerbolzen vorzugsweise unverdrehbar an der Innenseite des Bremssattels abgestützt ist.
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In einer Ausführung ist die Scheibenbremse einstempelig ausgeführt und als Axial-Scheibenbremse ausgebildet, wobei eine Betätigungsrichtung in einer Wirkungsrichtung des Bremszylinders parallel zu oder in der Bremsscheibenachse verläuft. Dieses ist mit der oben beschriebenen Wälzkörperzuspanneinheit ohne Änderung von Bauteilen möglich.
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Alternativ ist die oben beschriebenen Wälzkörperzuspanneinheit ohne Änderung von Bauteilen auch für eine Radial-Scheibenbremse einsetzbar, wobei die die Scheibenbremse als Radial-Scheibenbremse ausgebildet ist, wobei eine Betätigungsrichtung in einer Wirkungsrichtung des Bremszylinders radial zu der Bremsscheibenachse verläuft.
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Außerdem kann die Scheibenbremse alternativ auch als Tangential-Scheibenbremse ausgebildet sein, wobei eine Betätigungsrichtung in einer Wirkungsrichtung des Bremszylinders im Wesentlichen tangential zu der Bremsscheibe projiziert auf die Bremsscheibe verläuft. Auch hierbei ist die oben beschriebenen Wälzkörperzuspanneinheit ohne Änderung von Bauteilen verwendbar. Sie ist daher vorteilhaft vielseitig.
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In Verbindung mit einer Anpassung des Drehhebels wird der Einsatzbereich noch vergrößert.
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In der Ausführung der Tangential-Scheibenbremse ist vorgesehen, dass der Drehhebel einen in Projektion auf eine Ebene enthaltend eine Bremsscheibenachse durchgehenden, geraden Hebelarm mit einem Antriebssegment aufweist, wobei der Hebelarm und das Antriebssegment untereinander, projiziert auf die Ebene enthaltend die Bremsscheibenachse, in einem Winkel von etwa 180° verbunden sind.
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Besonders bevorzugt ist für eine vorteilhafte, wesentliche Erweiterung des Einsatzbereiches vorgesehen, dass eine Betätigungsrichtung in einer Wirkrichtung eines Bremszylinders in einer beliebigen Zwischenposition angeordnet ist, wobei die Betätigungsrichtung zu einer Ebene enthaltend die Bremsscheibenachse einen Winkel ungleich 0°+n*90°, wobei n eine natürliche Zahl ist, bildet.
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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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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. Bei einer zweistempeligen Bremse ergibt sich durch die weit außerhalb der Mitte stattfindende Krafteinleitung in den Bremssattel eine geringere Biegebelastung für das Sattelgehäuse). Hieraus resultiert ein relativ geringer Hubbedarf.
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Vorteilhaft ist bei einer zweistempeligen Bremse 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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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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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
- 1-3 perspektivische Ansichten von Zuspannvorrichtungen für drehhebelbetätigte Scheibenbremsen und einen Schnitt durch eine Gewindespindel einer Zuspannvorrichtung nach dem Stand der Technik;
- 4 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zuspannvorrichtung;
- 5-6 verschiedene Ansichten der Zuspannvorrichtung nach 4;
- 7-7a Seitenansichten der Zuspannvorrichtung nach 4 in verschiedenen Stellungen;
- 8-8a perspektivische Ansichten einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse und der Zuspannvorrichtung nach 4;
- 9-9a perspektivische Ansichten einer ersten Variation der erfindungsgemäßen Scheibenbremse und der Zuspannvorrichtung nach 8-8a;
- 10-10a perspektivische Ansichten einer zweiten Variation der erfindungsgemäßen Scheibenbremse und der Zuspannvorrichtung nach 8-8a;
- 11 eine schematische Schnittansicht längs einer Bremsscheibenachse der Scheibenbremse nach 8-8a;
- 12 eine schematische Darstellung von beispielhaften Anordnungen von Bremszylindern der Scheibenbremse nach 8-8a, 9-9a und 11;
- 13 eine schematische Darstellung von beispielhaften Anordnungen von Bremszylindern der Scheibenbremse nach 8-8a; und
- 14 eine schematische Darstellung von beispielhaften Anordnungen von Bremszylindern der Scheibenbremse nach 9-9a und 10-10a.
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3 aus dem Stand der Technik sind bereits oben beschrieben worden. Weitere Erläuterungen zum Aufbau und Funktionsbeschreibungen hierzu können aus der
WO 2013/143962 A1 entnommen werden und werden hier nicht wiederholt. Zur Darstellung und Erläuterung von Besonderheiten und Unterschieden werden
1-3 jedoch im jeweiligen Fall herangezogen.
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In 4 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zuspannvorrichtung 100 einer vorzugsweise einstempeligen Scheibenbremse 45 dargestellt. 5 zeigt eine Draufsicht der Zuspannvorrichtung 100 nach 4, und 6 stellt eine perspektivische Ansicht der Zuspannvorrichtung 100 nach 4 und 5 dar. 8, 9, 10 zeigen beispielhafte perspektivische Ansichten einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 45.
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Die Zuspannvorrichtung
100 ist in einem Abschnitt einer Zuspannseite
ZS eines ein- oder mehrteilige Bremssattels
3, der vorzugsweise als ein Schiebesattel ausgebildet ist, der Scheibenbremse
45 aufgenommen. Der Bremssattel
3 ist an einem Bremsträger
2 - beispielsweise an hier nicht dargestellten Lagern an einem oder in der Regel zwei Lagerbolzen - verschiebbar geführt angebracht. Der Bremssattel
3 umgreift - beispielsweise nach Art des Standes der Technik der
EP 0 248 385 A1 - rahmenartig einen Randabschnitt einer hier nicht gezeigten, aber leicht vorstellbaren Bremsscheibe
46 (siehe auch
11) mit Bremsscheibenachse
39. Beidseits der Bremsscheibe sind Bremsbeläge
4,
4a (zuspannseitiger Bremsbelag
4; reaktionsseitiger Bremsbelag
4a) mit einer jeweiligen Rückenplatte
29,
29a angeordnet, von welchen in
4 und
5 der eine zuspannseitige Bremsbelag
4 dargestellt ist, und von denen in
8,
9,
10 beide zu erkennen sind.
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Der Bremssattel 3 nimmt an seiner Reaktionsseite RS den reaktionsseitigen Bremsbelag 4a auf und ist an seiner Zuspannseite ZS mit einem Hebelgehäuse 3a versehen, in welchem ein Drehhebel 5 angeordnet ist. Ein Befestigungsflansch 3b dient zur Befestigung eines pneumatischen, elektromotorischen oder federbetätigten Bremszylinders 47 (siehe 11-14).
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Mit der Zuspannvorrichtung 100 wird bei Bremsungen der zuspannseitige Bremsbelag 4 parallel zur Bremsscheibenachse 39 in Zuspannrichtung X direkt gegen die Bremsscheibe 46 gepresst, wohingegen der reaktionsseitige Bremsbelag 4a mit dem verschieblichen Bremssattel 3 entgegen der Zuspannrichtung X gegen die Bremsscheibe 46 gezogen wird.
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Die Zuspannvorrichtung 100 weist als Antriebselement einen Drehhebel 5 auf, der dazu ausgelegt ist, von einer Kolbenstange 48 eines hier nicht dargestellten Bremszylinders 47 bewegt zu werden, was jedoch in 11 erkennbar ist. Dazu weist der Drehhebel 5 ein Antriebsende 5a mit einer Vertiefung 7 zur Zusammenwirkung mit einer solchen Kolbenstange 48 auf, wobei die Kolbenstange 48 des Bremszylinders 47 durch eine Öffnung 3c im Befestigungsflansch 3b des Bremssattels 3 eingreifen kann, was in 11 gezeigt ist. Der Drehhebel 5 wird unten noch näher beschrieben.
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Die Begriffe „Unterseite“ und „Oberseite“ von verschiedenen Bauteilen der Zuspannvorrichtung 100 geben die Orientierung dieser Bauteile untereinander an. So ist unter der Oberseite diejenige Seite eines Bauteils zu verstehen, welche von dem Bremsbelag 4 abgewandt ist, wobei die Unterseite zu dem Bremsbelag 4 weist.
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Die Zuspannvorrichtung 100 weist eine Wälzkörperzuspanneinheit 15 mit einer Spindelachse 12 auf, welche folgende Bauteile und Funktionseinheiten, die in der angegebenen Reihenfolge in Richtung auf den Bremsbelag 4 angeordnet sind: eine Rampenreaktionsscheibe 35 mit Rampen 33, Rampenwälzkörper 22, eine Rampenantriebsscheibe 13, ein Axiallager 16 mit Wälzkörpern 17, eine Axiallagerscheibe 36, eine Trägerplatte 31, eine Gewindehülse 26, eine Gewindespindel 25 mit einem Außengewinde 25c und ein Druckstück 21.
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Die Wälzkörperzuspanneinheit 15 ist von einem Zuspannkolben 20 durchsetzt, an dessen dem Bremsbelag 4 zugewandten Ende das Druckstück 21 angeordnet oder ausgebildet ist. Der Zuspannkolben 20 ist als Gewindehülsen-/Gewindespindelkombinationen 24a ausgebildet, welche die Gewindespindel 25 und die Gewindehülse 26 aufweist, die miteinander so verschraubt sind, dass durch ein Relativverschrauben der Gewindehülsen-/Gewindespindelkombinationen 24 Verschleiß der Bremsbeläge 4, 4a und der Bremsscheibe ausgeglichen werden kann, da die Gesamtlänge der Zuspanneinheit 1 in Richtung X zwischen der Abstützung an dem Bremsbelag 4 und dem Bremssattel 3 verändert wird.
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Die Rampenreaktionsscheibe 35 weist eine Oberseite 35a mit Befestigungsabschnitten 35b auf. Mittels Befestigungselementen 35c (siehe 7, 7a, 9a), die z.B. durch die Befestigungsabschnitte 35b hindurch gesteckt sind, ist die Rampenreaktionsscheibe 35 im Bremssattel 3 verdrehfest und unbeweglich angebracht. Die Befestigungselemente 35c können z.B. Schrauben, Schraubbolzen, Stehbolzen o.dgl. sein. Die Oberseite 35a ist hier als eine Planfläche ausgebildet, sie kann aber auch z.B. mit Vorsprüngen oder/und Ausnehmung zur Aufnahme von Vorsprüngen zur Bildung einer drehfesten Anbringung versehen sein.
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An ihrer Unterseite ist die Rampenreaktionsscheibe 35 mit den Rampen 33 versehen welche mit den Rampenwälzkörpern 22, die hier als Kugeln ausgebildet sind, zusammenwirken.
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Die Rampenantriebsscheibe 13 ist an ihrer Oberseite mit Rampen 33a versehen, welche den Rampen 33 der Unterseite der Rampenreaktionsscheibe 35 gegenüberliegen. Zwischen den Rampen 33, 33a sind die Rampenwälzkörper 22 angeordnet. Die Rampenreaktionsscheibe 35 mit ihren Rampen 33, die Rampenwälzkörper 22 und die Rampenantriebsscheibe 13 mit den Rampen 33a ihrer Oberseite bilden hier einem Rampenmechanismus, insbesondere einen Kugelrampenmechanismus.
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An dem Umfang der Rampenantriebsscheibe 13 ist ein sich radial nach außen erstreckender Vorsprung als Koppelabschnitt 43 angeformt, welcher mit einer Planfläche 44 versehen ist, zusammen mit einem Koppelelement 41, das hier als Kugel ausgebildet ist (6), mit einem Antriebssegment 8 des Drehhebels 5 einen Koppelmechanismus 40 bildet.
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Die Unterseite der Rampenantriebsscheibe 13 weist eine Wälzkörperaufnahme 19 zur Zusammenwirkung mit den Wälzkörpern 17 auf. Gegenüberliegend ist die Axiallagerscheibe 36 angeordnet, welcher auf ihrer Oberseite eine Wälzkörperaufnahme 19a aufweist, die zu der Wälzkörperaufnahme 19 weist. Zwischen den Wälzkörperaufnahmen 19 und 19a sind die Wälzkörper 17 angeordnet und in diesen aufgenommen. Die Wälzkörperaufnahmen 19 und 19a sind z.B. Laufrillen wie in einem Axialkugellager. Die Rampenantriebsscheibe 13 mit der Wälzkörperaufnahme 19, die Wälzkörper 17 und die Axiallagerscheibe 36 mit der Wälzkörperaufnahme 19a bilden das Axiallager 16.
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Die Axiallagerscheibe 36 weist eine Unterseite 36a, einen umlaufenden Steg 36b und eine axiale Bohrung 36c auf. Der umlaufende Steg 36b erstreckt sich von der Unterseite 36a ausgehend in axialer Richtung zum Bremsbelag 4 hin und bildet eine Verlängerung der Bohrung 36c sowie eine Zentrierung in einer mit dem umlaufenden Steg 36b korrespondierenden Aufnahme in der Trägerplatte 31 sowohl für die Axiallagerscheibe 36 als auch für die damit verbundene Gewindehülse 26. Zudem ist ein Hülsenabschnitt 37 der Gewindehülse 26 in der Bohrung 36c der Axiallagerscheibe 36 angeordnet. Dies wird unten noch näher erläutert.
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Die Unterseite 36a der Axiallagerscheibe 36 bildet eine Kreisringfläche, welche nach innen zur Bohrung 36c der Axiallagerscheibe 36 durch den umlaufenden Steg 36b und nach außen durch den Rand der Axiallagerscheibe 36 festgelegt ist. Die Axiallagerscheibe 36 liegt mit dieser Kreisringfläche der Unterseite 36a auf der Trägerplatte 31 auf.
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Die Gewindehülse 26 weist einen Flanschbereich 27 mit einer umlaufenden Außenverzahnung 34, den Hülsenabschnitt 37, einen Endabschnitt 38 und ein nicht bezeichnetes Innengewinde auf.
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Der Hülsenabschnitt 37 der Gewindehülse 26 ist an der Oberseite des Flanschbereichs 27 angeformt und erstreckt sich von dieser Oberseite axial nach oben durch die Bohrung 36c der Axiallagerscheibe 36 hindurch und endet ungefähr in der Mitte der Rampenantriebsscheibe 13, wobei sein Endabschnitt mit einem kleineren Außendurchmesser als in der Bohrung 36c abgesetzt ist.
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Der Flanschabschnitt 27 umfasst in Axialrichtung drei Teilabschnitte. Ein oberer, erster kreiszylindrischer Teilabschnitt ist mit seiner Oberseite unter der Trägerplatte 31 angeordnet und steht mit der Unterseite der Trägerplatte 31 in Kontakt. Der umlaufende Steg 36b der Axiallagerscheibe 36 bildet eine Zentrierung für die Gewindehülse 26 in der Bohrung der Trägerplatte 31. Am Umfang des ersten Teilabschnitts ist das Zahnrad 34 angeordnet bzw. eine Verzahnung angeformt.
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Ein zweiter Teilabschnitt der Gewindehütse 26 liegt als Kegelstumpf darunter, wobei sein Durchmesser von oben nach unten abnimmt und in den dritten Teilabschnitt, den Endabschnitt 38 übergeht.
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Der Endabschnitt 38 ist ein kreiszylinderförmig ausgebildet, wobei von unten eine nicht näher bezeichnete Ausnehmung zur Aufnahme einer Dichtung zur Abdichtung der Gewindehülse 26 gegenüber der Gewindespindel 25 eingeformt ist.
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Die Gewindehülse 26 ist mit dem Innengewinde versehen, welches sich axial von dem Endabschnitt 38 bis zum oberen Ende des Hülsenabschnitts 37 erstreckt. Das Innengewinde der Gewindehülse 26 korrespondiert mit dem Außengewinde 25c der Gewindespindel 25, welche in das Innengewinde der Gewindehülse 26 hineingeschraubt ist.
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An dem unteren Ende der Gewindespindel 25 ist das Druckstück 21 angebracht, welches mit seinem unteren Ende in einer Vertiefung 28 der Rückenplatte 29 des zuspannseitigen Bremsbelags 4 angeordnet ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Wälzkörperzuspanneinheit 15 als Kugelrampeneinheit ausgebildet. Dabei sind die Rampen 33, 33a als Rillen in der Unterseite der Rampenreaktionsscheibe 35 und in der Oberseite der Antriebsscheibe 13 ausgebildet und verlaufen hier jeweils derart geneigt in einem konstanten oder veränderlichen Winkel geneigt zu den jeweiligen Seiten der Scheiben 13 bzw. 23 bzw. geneigt zur Bremsscheibenebene (bzw. parallel zur Reibfläche es Bremsbelages 4).
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Die Zuspannvorrichtung 100 ist in einer Öffnung der Zuspannseite ZS des Bremssattels 3 angeordnet. Die Öffnung ist von einer Deckplatte 32 verschlossen. Die Zuspannvorrichtung 100 ist an der Deckplatte 32 mit nicht gezeigten Dichtungen, z.B. Faltenbalg, gegenüber der Umgebung abgedichtet. Zwischen der Deckplatte 32 und der Trägerplatte 31 der Zuspannvorrichtung 100 ist an jeder Seite der Zuspannvorrichtung eine Rückstellfeder 11 vorgesehen (5).
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Der Drehhebel 5 weist zwei Hebelarme 6 auf, die sich ausgehend von dem Antriebsende 5a mit der Vertiefung 7 hier in bevorzugter Ausgestaltung gabelartig aufspreizen. An einem Ende der Gabel ist ein Antriebssegment 8 angeordnet, welches mit dem zugehörigen Hebelarm 6 über eine Versteifung 6a zusätzlich verbunden ist.
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In dieser Ausführung ist das Antriebssegment 8 relativ zu dem Hebelarm 6 projiziert auf eine Ebene enthaltend die Bremsscheibenachse 39 in einem Winkel von etwa 90° mit dem Hebelarm 6 verbunden. Andere Winkel sind natürlich auch möglich, wie unten noch beschrieben wird.
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Zwischen den gabelartig gespreizten Hebelarmen 6 ist die Wälzkörperzuspanneinheit 15, vorzugsweise mittig, angeordnet.
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Beide Ende der Hebelarme 6 sind verschwenkbar - beispielsweise jeweils mittels eines Gleitlagers - auf einem Hebellagerbolzen 9 mit einer Hebelachse 9a gelagert, der in einem Bereich um die Enden der Hebelarme 6 herum Innenwand des Bremssattels 3 abgestützt ist.
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Die Hebellagerbolzen 9 können auch direkt mit dem Drehhebel 5 einstückig ausgebildet sein bzw. werden, welcher dann eine entsprechende lagerbolzenartige Konturierung aufweist, die sich in einer entsprechenden Lagerkontur ggf. mit Gleitlager oder Wälzlager am Bremssattet abstützt (hier nicht dargestellt).
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Der Drehhebel 5 ist nur ein Antriebselement, erzeugt aber nicht direkt eine Bewegung in Zuspannrichtung X, um den Arbeitshub an dem Druckstück 21 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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Bei einem Zuspannen und Lösen der Bremse wird eine Verschwenkung des Drehhebels 5 über den Koppelmechanismus 40 auf die Rampenantriebsscheibe 13 in eine Schwenkbewegung um die Spindelachse 12 übertragen. Eine Rückstellfeder 11 ist vorgesehen, um die Bremse beim Lösen zurückzustellen.
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Zum Zuspannen der Scheibenbremse wird bei einer Bewegung der Kolbenstange 48 des Bremszylinders 47 der Drehhebel 5 um die Hebelachse 9a verschwenkt, wobei über den Koppelmechanismus 40 die Rampenantriebsscheibe 13 der Wälzkörperzuspanneinheiten 15 verschwenkt wird und derart hier über die Kugelrampeneinheiten den Zuspannkolben 20 in Zuspannrichtung X parallel zur Bremsscheibenachse 39 unter Überwindung es Bremshubes/Arbeitshubes vorgeschoben wird, bis der Bremsbelag 4 an der Bremsscheibe 46 zur Anlage kommt, um deren Drehung abzubremsen.
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Besonders vorteilhaft ist, dass sich die Reaktionskräfte zum Verschieben des Sattels direkt über den Bremskolben 20 mit der Wälzkörperzuspanneinheit 15 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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Zu erwähnen ist, dass in 3 der Einfachheit halber keine Verschlussplatte mit Dichtungen zu dem Druckstück 21 dargestellt worden ist, wie sie aber aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist und auch hier vorgesehen werden kann. Auch kann der Bremssattel 3 durchaus auch als einteiliger Bremssattel 3 ausgebildet sein.
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Die Zuspannung an dem reaktionsseitigen Bremsbelag 4a kann über einen Schiebesattel erfolgen oder zum Beispiel über eine reaktionsseitige Zuspannvorrichtung oder eine verschiebliche Bremsscheibe 46, die an den Bremsbelag 4a auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 46 gepresst wird.
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In der gezeigten Ausführungsform der Zuspannvorrichtung 100 erfolgt die Übertragung der Schwenkbewegung mit Hilfe wenigstens eines Koppelelementes, vorzugsweise eines Wälzkörpers, insbesondere wenigstens einer Kugel 41.
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Die Kugel 41 dient als Koppelglied zwischen dem Antriebselement „Drehhebel 5“ und dem Abtriebselement „Rampenantriebsscheibe 13“.
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Anstelle einer Kugel 41 ist aber auch ein anders geformtes, abgerundetes Kopplungselement zur Kopplung des Drehhebels 5 mit der Rampenantriebsscheibe 13 bevorzugt einsetzbar, beispielsweise ein als Halbkugel oder Teilkugel ausgebildetes Kopplungselement, oder eine Koppelstange.
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Die geschaffene Ausführungsvariante erfüllt die für die erfindungsgemäße Zuspannvorrichtung 100 erforderlichen Randbedingungen, nämlich eine sehr geringe Winkelgeschwindigkeit (quasistatisch), ein relativ geringer, oszillierender Schwenkwinkel (max. 50°) und lediglich eine nur schwellende (und nicht wechselnde) Belastung, die mit dem Schwenkwinkel kontinuierlich zunimmt.
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In dem Antriebssegment 8 des Drehhebels 5 ist die Kugel 41 drehbar in einer halbkugelförmigen Kalotte 42 reibungsarm gelagert und geführt (6). Die Kalotte 42 erfüllt die Funktion eines Kugelgelenks und ist vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt.
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An der Rampenantriebsscheibe 13 kann die Kugel 41 an einer vorzugsweise ebenen Planfläche 44 mit geringem Widerstand abrollen. Da sich zwischen der Kugel 41 und der Planfläche 44 eine relativ hohe Hertzsche Pressung ergibt, ist in der Regel eine hohe Härte der Planfläche 44 erforderlich. Dabei ist die Planfläche 44 quer zur Zuspannrichtung X, in der der zuspannseitige Bremsbelag 4a in Richtung zur Bremsscheibe gedrückt wird, angeordnet. Die auf die Rampenantriebsscheibe 13 wirkende Kraft beim Verschwenken des Drehhebels 5 wirkt daher in eine Kraftrichtung etwa quer zur Zuspannrichtung X.
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Durch die reibungsarme Gleitlagerung der Kugel 41 im Drehhebel 5 und der Abrollbewegung auf der Planfläche 44 an der Rampenantriebsscheibe 13 kann ein guter Wirkungsgrad des Koppelmechanismus 40 erzielt werden.
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Die Lagerung der wenigstens einen Kugel 41 im Drehhebel 5 erfolgt bevorzugt mittels wenigstens einer korrespondierenden Gleitlagerlagerung. Die wenigstens eine Kugel 41 kann aus Stahl bestehen. Dabei ist die Kalotte 42 bevorzugt aus einem Lagermaterial 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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Die Rampenreaktionsscheibe 35 ist ortsfest im Bremssattel 3 eingebaut. Das in ihr entstehende Reaktionsmoment beim Betätigen des Drehhebels 5 kann somit direkt in den Bremssattel 3 eingeleitet werden. Diese Krafteinleitung erfolgt durch die fest verbundenen Bauelemente Rampenreaktionsscheibe 35 und Bremssattel 3. Eine Relativbewegung, d.h. eine bewegliche Krafteinleitung in den Bremssattel 3, wird damit vermieden, wobei natürlich keine Reibungsverluste auftreten.
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Beim Zuspannen wird die Rampenantriebsscheibe 13 um die Spindelachse 12 verschwenkt und dabei axial in Zuspannrichtung X verschoben, da die Rampenreaktionsscheibe 35 drehfest im Bremssattel 3 angebracht ist. Durch die Rampenantriebsscheibe 13 und die Rampenreaktionsscheibe 35 wird die Schwenkbewegung der Rampenantriebsscheibe 13 in eine Axialbewegung der Rampenantriebsscheibe 13 umgewandelt. Die dann in axialer Zuspannrichtung X wirkende Kraft wird nun von der Rampenantriebsscheibe 13 über die Wälzkörper 17 auf die Axiallagerscheibe 36 des Axiallagers 16 übertragen. Auf diese Weise wird dann die Zuspannkraft über die Trägerplatte 31 und die Gewindehülse 26 auf die Gewindespindel 25 und das Druckstück 21 und somit auf den Bremsbelag 4 weitergeleitet.
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Ein von dem Axiallager 16 verursachtes Lagerdrehmoment ist so gering, dass die Aufnahme und Weiterleitung in das Bremsengehäuse kein Problem darstellt.
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Bei der Einleitung der Bewegung in die Wälzkörperzuspanneinheit 5 kommt es in Abhängigkeit der Rampengeometrie der Rampen 33 und 33a der Rampenantriebsscheibe 13 und der Rampenreaktionsscheibe 35 zu einer axialen Positionsänderung in Zuspannrichtung X zwischen dem Drehhebel 5 und der Rampenantriebsscheibe 13. Dies wird nun im Zusammenhang mit 7-7a erläutert.
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Hierzu zeigen die 7 und 7a Seitenansichten der Zuspannvorrichtung 100 nach 4 in verschiedenen Stellungen.
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In 7 ist die Zuspannvorrichtung 100 in gelöster Stellung, wohingegen 7a die zugespannte Stellung der Zuspannvorrichtung 100 zeigt.
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Die dabei zurückgelegte axiale Positionsänderung ist als ein Axialweg X1 bezeichnet.
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Diese axiale Positionsänderung hat bei diesem Koppelmechanismus 40 keinen Einfluss auf die Übersetzungskennlinie des Übertragungs- bzw. Koppelmechanismus 40, da sich die wirksamen Hebelarme nicht ändern. Zum Ausgleich der Axialbewegung der Rampenantriebsscheibe 13 ergibt sich ein etwas größerer Dreh- bzw. Schwenkwinkel des Koppelelementes Kugel 41. Die Reibarbeit wird durch die Zusatzbewegung nur geringfügig größer, jedoch ist diese Zunahme erheblich geringer als bei einer herkömmlichen Anordnung. Hierbei kommt auch zum Tragen, dass die Erhöhung eines Reib- und Rollweges nur eine vektorielle Addition ausmachen und somit nicht in vollem Umfang auftreten.
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Der oben beschrieben Koppelmechanismus 40 stellt zusammen mit der Zuspannvorrichtung 100 eine Basis für eine Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen, insbesondere hinsichtlich der Anordnung des Bremszylinders 47 dar, was unten noch im Zusammenhang mit 11-14 ausführlicher gezeigt wird. Da der Koppelmechanismus 40 einen großen Freiheitsgrad bei der Anordnung des Drehhebels 5 zu der Wälzkörperzuspanneinheit 15 bzw. zu deren Rampenantriebsscheibe 13 gewährt, ist es möglich, mit relativ geringen Änderungsmaßnahmen unterschiedliche Betätigungsrichtungen B zu realisieren. Somit ergibt sich die Möglichkeit bei der Applikation der Scheibenbremse 45 an unterschiedliche Fahrzeugachsen 49 (siehe 13-14) den jeweils spezifischen Einbaubedingungen gerecht zu werden.
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Hierzu zeigen 8, 8a; 9, 9a; 10, 10a nur exemplarisch die vielfältigen Realisierungsmöglichkeiten, die Bremszylinderanordnung zu variieren. Alle dazwischen liegenden hier nicht dargestellten Ausführungsformen sind ebenfalls möglich.
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8 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 45 mit einer Zuspannvorrichtung 100 nach 8a mit axialer Krafteinleitung, d.h. in Richtung der Bremsscheibenachse 39. Dabei ist die Hebelachse 9a des Drehhebels 5 so angeordnet, dass sie rechtwinklig zu der Bremsscheibenachse 39, welche auch parallel zu der Spindelachse 12 angeordnet ist, verläuft. Dadurch ergibt sich eine Betätigungsrichtung BA (siehe 11) für den Drehhebel 5 in einer Richtung parallel zur Spindelachse 12 bzw. Bremsscheibenachse 39. Der nicht hier aber in 11 gezeigte, leicht vorstellbare Bremszylinder 47 kann somit in Richtung der Bremsscheibenachse 39, d.h. in Richtung der Fahrzeugachse 49 (siehe 13-14), angeordnet werden.
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In 9 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 45 mit einer Zuspannvorrichtung 100 nach 9a mit radialer Krafteinleitung dargestellt. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach 8 und 8a verläuft die Betätigungsrichtung BR (siehe 12 und 14) und somit die Längsrichtung des Bremszylinders 47 rechtwinklig zur Bremsscheibenachse 39 bzw. Spindelachse 12.
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9a zeigt eine dazu gehörige Variation des Drehhebels 5. Der Hebelarm 6 ist als Haupt-Hebelarm mit mehreren Knicken derart gestaltet, dass das Antriebsende 5a mittig, d.h. in der Spindelachse 12 liegt. Eine Versteifung wie beim Drehhebel 5 nach 8a ist nicht erforderlich, da eine gedachte Verbindungslinie zwischen Antriebsende 5a und dem Ende des Antriebssegments 8 gerade und nicht um die Hebelachse 9a geknickt verläuft. Der andere Hebelarm ist als Stützarm 6b mit geringerem Querschnitt ausgebildet und mit seinem Ende über eine Lagerbolzenhülse 6c mit dem Ende des Hebelarms 6 verbunden. Hebelarm 6 und Stützarm 6b sind gabelförmig angeordnet, verzweigen aber in einem Abstand in Richtung der Spindelachse 12 zum Antriebsende 5a.
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10 stellt eine weitere Draufsicht auf eine Variation der Scheibenbremse 45 dar, wobei 10a die zugehörige Zuspannvorrichtung 100 zeigt.
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Die Betätigungsrichtung BT (siehe 14) bzw. Krafteinleitung verläuft hier tangential zur Bremsscheibe 46 in Projektion auf die Bremsscheibe 46. Der Drehhebel 5 weist dabei nur einen durchgehenden, geraden Hebelarm 6 auf, der in das Antriebssegment 8 übergeht. Mit anderen Worten, der Hebelarm 6 und das Antriebssegment 8 sind untereinander, projiziert auf eine Ebene enthaltend die Bremsscheibenachse 39, in einem Winkel von etwa 180° verbunden. Ein Stützarm 6b ist ebenfalls nicht erforderlich.
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11 zeigt eine schematische Schnittansicht längs der Bremsscheibenachse 39 der Scheibenbremse 45 nach 8-8a. Koordinaten x, y, z dienen zur Orientierung. X bezeichnet die Zuspannrichtung in Richtung der Bremsscheibenachse 39. Die y-Richtung verläuft in vorwärtsgerichteter Fahrtrichtung eines der Scheibenbremse 45 zugeordneten Fahrzeugs, und die z-Richtung gibt eine Hochachse an.
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An dem Befestigungsflansch 3b des Bremssattels 3 ist ein Bremszylinder 47 mit Druckluftantrieb angebracht. Natürlich kann auch ein anderer Kraftantrieb möglich sein, z.B. elektrisch oder/und hydraulisch bzw. hydraulisch druckluftunterstützt. Der Bremszylinder 47 umfasst die Kolbenstange 48, welche in einer Wirkungsrichtung 47a der axialen Betätigungsrichtung BA bewegbar ist. Ein sich durch die Öffnung 3c in den Bremssattel 3 erstreckendes Ende der Kolbenstange 48 steht mit dem Antriebsende 5a des Drehhebels 5 in Kontakt. Die Hebelachse 9a, welche in y-Richtung verläuft, und die Wälzkörperzuspanneinheit 15 mit der Spindelachse 12, die in x-Richtung angeordnet ist, sind nur angedeutet.
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Die axiale Betätigungsrichtung BA wird als solche so bezeichnet, da sie hier parallel zur Bremsscheibenachse 39 und zur Spindelachse 12 der Wälzkörperzuspanneinheit 15 verläuft.
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Aufgrund des Aufbaus und der Anordnung der oben beschriebenen Wälzkörperzuspanneinheit 15 ist es möglich, dass der Bremszylinder 47 in der in 11 gezeigten Position einschließlich des Drehhebels 5 in vielen verschiedenen Positionen um einen Winkel α um die y-Achse verschwenkt angeordnet werden kann.
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Dazu zeigt 12 eine schematische Darstellung von beispielhaften Anordnungen von Bremszylindern 47 der Scheibenbremse 45 nach 8-8a, 9-9a und 11.
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Gezeigt sind nur drei beispielhafte Stellungen des Bremszylinders 47 stellvertretend für viele Zwischenpositionen in einer Seitenansicht entsprechend 11. Zur Vereinfachung ist der Koordinatenursprung als gemeinsamer Schnittpunkt der Wirkungsrichtungen 47a der hier gezeigten Bremszylinder 47 angenommen. Selbstverständlich kann die y-Achse an anderer Stelle angeordnet sein. In der in 11 gezeigten Position, die auch in 12 unten gezeigt ist, verläuft die Wirkungsrichtung 47a des Bremszylinders 47 parallel zur Bremsscheibenachse 39. Dabei verläuft die axiale Betätigungsrichtung BA auch in Richtung der Bremsscheibenachse 39 und wirkt also axial zu der Bremsscheibe 46. In diesem Fall wird die Scheibenbremse 45 als Axial-Scheibenbremse bezeichnet.
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Wenn der Winkel α um die y-Achse 90° beträgt, steht der Bremszylinder 47 mit seiner Wirkungsrichtung 47a senkrecht auf der Bremsscheibenachse 39. In diesem Fall wird die Scheibenbremse 45 als Radial-Scheibenbremse bezeichnet, da eine radiale Betätigungsrichtung BR radial zu der Bremsscheibe 46 in Projektion bzw. radial zu der Bremsscheibenachse 39 wirkt. In diesem Fall wird die Scheibenbremse 45 als Radial-Scheibenbremse bezeichnet (siehe auch 9-9a)
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Wie leicht aus 12 zu erkennen ist, sind zwischen diesen beiden Positionen des Bremszylinders 47 viele weitere Positionen möglich, von denen hier nur eine Zwischenposition mit dem Winkel αz und einer Betätigungsrichtung BZA als mögliches Beispiel gezeigt ist.
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In all diesen Positionen des Bremszylinders 47 einschließlich des Drehhebels 5 in Abhängigkeit von dem Winkel α um die y-Achse verläuft die Hebelachse 9a des Drehhebels 5 in Richtung der y-Achse und somit in parallel zur Bremsscheibe 46.
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Weiterhin ist es denkbar, dass der Bremszylinder 47 in einer der Zwischenpositionen in einer Ebene seiner Wirkungsrichtung 47a zusätzlich um eine senkrechte Achse auf dieser Wirkungsrichtung 47a im Koordinatenursprung ebenfalls um einen weiteren Winkel verschwenkt angeordnet ist. In einer solchen Position verläuft die Hebelachse 9a des Drehhebels 5 auch parallel zur Bremsscheibe 46. Dies ist nicht dargestellt, aber leicht vorstellbar. Auf diese Weise sind weitere Positionen des Bremszylinders 47 möglich.
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In ähnlicher Weise kann der Bremszylinder 47 aus der Position, in welcher seine Wirkungsrichtung 47a in der x-Achse verläuft, um die z-Achse verschwenkt angeordnet sein. Dann verläuft seine Wirkungsrichtung 47a in einer x-y-Ebene um die z-Achse verschwenkt, aber nicht mehr in Richtung der x-Achse. So sind noch weitere Positionen des Bremszylinders 47 realisierbar.
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In 13 ist eine schematische Darstellung von beispielhaften Anordnungen von Bremszylindern 47 der Axial-Scheibenbremse 45 nach 8-8a in unterschiedlichen Positionen P0, P1, P'1, P2, P'2 dargestellt. Die Ansicht verläuft in x-Richtung von der Zuspannseite auf die Bremsscheibe 46.
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Hierbei kann der Bremszylinder 47 einschließlich des Drehhebels 5 um Winkel β um die Spindelachse 12 der Wälzkörperzuspanneinheit 15 zu der Position P0 in der Vertikalen, welche durch die z-Richtung symbolisiert ist, verschwenkt angeordnet sein. Ein maximaler Winkel β um die Spindelachse 12 im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn ist durch die Ausdehnung der Fahrzeugachse 49 begrenzt.
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Hierbei ist die Hebelachse 9a des Drehhebels 5 in Abhängigkeit von dem Winkel β angeordnet. In der Position P0 des Bremszylinders 47 verläuft die Hebelachse 9a in der y-Richtung, wohingegen sie in den Positionen P2 und P'2 in der z-Richtung verläuft. In den Zwischenpositionen P1 und P'1 ist die Hebelachse 9a um den zugehörigen Winkel β um die Spindelachse 12 verschwenkt.
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Schließlich zeigt 14 eine schematische Darstellung von beispielhaften Anordnungen von Bremszylindern 47 der Radial-Scheibenbremse 45 nach 9-9a und der Tangential-Scheibenbremse 45 nach 10-10a in den Positionen Q0, Q1, Q'1, Q2, Q'2.
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Ausgehend von der Radial-Scheibenbremse 45 nach 9-9a, bei welcher der Bremszylinder 47 in der vertikalen Position Q0 senkrecht zur Bremsscheibenachse 39 und radial zur Bremsscheibe 46 angeordnet ist, kann der Bremszylinder 47 einschließlich des Drehhebels 5 ebenfalls aufgrund der Wälzkörperzuspanneinheit 15 aus dieser Position um einen Winkel γ, z.B. um eine zur Bremsscheibenachse 39 parallel verlaufende Achse 50 in x-Richtung, verschwenkt angeordnet sein.
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Dabei verläuft die Wirkungsrichtung 47a eines um den Winkel γ=90° verschwenkten Bremszylinders 47 in den Positionen Q2 und Q'2 als tangentiale Betätigungsrichtung BT tangential zur Bremsscheibe 46, wobei die Wirkungsrichtung 47a bzw. die Betätigungsrichtung BT auf die Bremsscheibe 46 projiziert ist. Natürlich sind auch alle Zwischenpositionen, von denen hier zwei (Q1, Q'1) mit den Zwischen-Betätigungsrichtungen BZRT gezeigt sind, möglich.
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In diesem Fall ist die Hebelachse 9a des Drehhebels 5 in Abhängigkeit von dem Winkel γ angeordnet. In der Position Q0 des Bremszylinders 47 verläuft die Hebelachse 9a in der y-Richtung, wohingegen sie in den Positionen Q2 und Q'2 in der z-Richtung verläuft. In den Zwischenpositionen Q1 und Q'1 ist die Hebelachse 9a um den zugehörigen Winkel γ um die Achse 50 verschwenkt.
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Auf diese Weise lässt sich die erfindungsgemäße Scheibenbremse 45 mit der Wälzkörperzuspanneinheit 15 an viele Einbausituationen in einfacher Weise anpassen. Dieses ist durch eine Anpassung des Drehhebels 5 und des Bremssattels 3 möglich. Dazu kann das Hebelgehäuse 3a des Bremssattels 3 entsprechend variabel gestaltet sein. Der Drehhebel 5 ist durch die Anordnung von Hebelarm 6 und Antriebssegment 8 in unterschiedlichen Winkeln, beispielsweise 90° oder 180°, ebenfalls an die unterschiedlichen Anordnungen der Bremszylinder 47, welche durch die Einbausituation bedingt sein können, entsprechend anpassbar. Dies ist oben bereits beispielhaft im Zusammenhang mit 10-10a beschrieben. Die Wälzkörperzuspanneinheit 15 kann jedoch im Wesentlichen bis auf ihre relative Position zu der Spindelachse 12 unverändert bleiben.
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Die Betätigungsrichtung BZ . in der Wirkrichtung 47a des Bremszylinders 47 kann bei der Scheibenbremse 45 mit Ausnahme der Axial-, Radial- und Tangential-Scheibenbremse 45 in einer beliebigen Zwischenposition angeordnet sein, wobei die Betätigungsrichtung BZ.. zu einer Ebene enthaltend die Bremsscheibenachse 39 einen Winkel ungleich 0°+n*90°, wobei n eine natürliche Zahl ist, bildet. Mit anderen Worten, in diesem Fall verläuft die Betätigungsrichtung BZ... weder senkrecht zu der Ebene noch in der Ebene enthaltend die Bremsscheibenachse 39. Die jeweiligen Randbedingungen des Einbauortes der Scheibenbremse 45 können jedoch Einschränkungen bilden.
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Es ergeben sich durch die erfindungsgemäße Zuspannvorrichtung 100 mit dem die Kugel 41 nutzenden Koppelmechanismus 40 signifikante Vorteile:
- • Konstruktive Vereinfachung
- • Kompakte Bauweise der inneren Mechanik der Wälzkörperzuspanneinheit 15
- • Hohe Robustheit der Kugelrampenmechanik von Rampenantriebsscheibe 13 und Rampenreaktionsscheibe 35
- • Geringe Reibungsverluste der Kugelrampenmechanik von Rampenantriebsscheibe 13 und Rampenreaktionsscheibe 35
- • Einfache Herstellbarkeit der Lagerstellen für die Kugelrampenmechanik, insbesondere für die Rampenreaktionsscheibe 35
- • Geringe Anforderungen hinsichtlich Maß- und Lagertoleranzen
- • Hoher Freiheitsgrad hinsichtlich Anordnung der Bauteile der Zuspannmechanik
- • Vielfältige Möglichkeiten bei der Darstellung unterschiedlicher Bremsenausführungen mit speziellen Bremszylinderanordnungen
- • Hohe Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Einbaubedingungen bei unterschiedlichen Applikationen
- • Kostengünstige Ausführung
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Der beschriebene Koppelmechanismus 40 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 40 erforderliche Bauraum ist gering. Und er ist kostengünstig herstellbar.
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Ggf. kann eine Nachstellvorrichtung vorgesehen sein (hier nicht dargestellt), die von der Rampenantriebsscheibe 13 angetrieben wird. Diese kann vorzugsweise eine Einwegdrehkupplung und eine Überlastkupplung aufweisen - und zum Drehantrieb der Gewindehülsen 26 um Spindelachse 12 ausgelegt sein, wobei die Gewindespindel 25 (z.B. am Bremsbelag 4) drehfest gehalten ist, wodurch die Nachstellfunktion realisierbar ist. Derartige Nachstellvorrichtungen sind grundsätzlich bekannt und müssen daher hier nicht im Detail dargestellt werden.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele schränken die Erfindung nicht ein. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
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Das Kopplungselement 41 kann auch als wenigstens ein abgerundetes Kopplungselement ausgeführt sein, wobei dies insbesondere eine Kugel, eine Halbkugel, eine Teilkugel oder auch eine Koppelstange sein kann.
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So ist z.B. denkbar, dass die Zuspannvorrichtung 100 auch für zwei- oder mehrstempelige Scheibenbremsen verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 100
- Zuspannvorrichtung
- 2
- Bremsträger
- 3
- Bremssattel
- 3a
- Hebelgehäuse
- 3b
- Befestigungsflansch
- 3c
- Öffnung
- 4, 4a
- Bremsbelag
- 5
- Drehhebel
- 5a
- Antriebsende
- 6
- Hebelarm
- 6a
- Versteifung
- 6b
- Stützarm
- 6c
- Lagerbolzenhülse
- 7
- Vertiefung
- 8, 8a, 8b
- Antriebsegment
- 9
- Hebellagerbolzen
- 9a
- Hebelachse
- 10a, 10b
- Koppelmechanismus
- 11
- Rückstellfeder
- 12, 12a, 12b
- Spindelachse
- 13, 13a, 13b
- Rampenantriebsscheibe
- 14a, 14b
- Kegelradsegment
- 15, 15a, 15b
- Wälzkörperzuspanneinheit
- 16
- Axiallager
- 17
- Wälzkörper
- 18a, 18b
- Stützscheibe
- 19a, 19b
- Wälzkörperaufnahmen
- 20, 20a, 20b
- Zuspannkolben
- 21, 21a, 21b
- Druckstück
- 22
- Rampenwälzkörper
- 23a, 23b
- Rampenreaktionsscheibe
- 24, 24a, 24b
- Gewindehülsen-/Gewindespindelkombination
- 25, 25a, 25b
- Gewindespindel
- 25c
- Außengewinde
- 26, 26a, 26b
- Gewindehülse
- 27, 27a, 27b
- Flanschbereich
- 28
- Vertiefung
- 29, 29a
- Rückenplatte
- 30
- Drehmomentstütze
- 31
- Trägerplatte
- 32
- Deckplatte
- 33, 33a
- Rampe
- 34
- Zahnrad
- 35
- Rampenreaktionsscheibe
- 35a
- Oberseite
- 35b
- Befestigungsabschnitt
- 35c
- Befestigungselement
- 36
- Axiallagerscheibe
- 36a
- Steg
- 36b
- Unterseite
- 36c
- Bohrung
- 37
- Hülsenabschnitt
- 38
- Endabschnitt
- 39
- Bremsscheibenachse
- 40, 40a, 40b
- Koppelmechanismus
- 41, 41a, 41b
- Kugel, Koppelelement
- 42
- Kalotte
- 43, 43a, 43b
- Koppelabschnitt
- 44
- Planfläche
- 45
- Scheibenbremse
- 46
- Bremsscheibe
- 47
- Bremszylinder
- 47a
- Wirkungsrichtung
- 48
- Kolbenstange
- 49
- Fahrzeugachse
- 50
- Achse
- α, β, γ
- Winkel
- BA, BR, BT, BZ...
- Betätigungsrichtung
- P/QO-2; P'/Q'1-2
- Position
- RS
- Reaktionsseite
- ZS
- Zuspannseite
- X
- Zuspannrichtung
- X1
- Axialweg
