DE10203069A1

DE10203069A1 - Bremszustellvorrichtung für eine Scheibenbremse

Info

Publication number: DE10203069A1
Application number: DE2002103069
Authority: DE
Inventors: Juergen Huber
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-08-07

Abstract

Die Efindung betrifft eine Bremszustellvorrichtung für eine Scheibenbremse, insbesondere eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs, mit einem ersten Belaghalter (1) mit einem ersten Bremsbelag (2) und einem zweiten Belaghalter (3) mit einem zweiten Bremsbelag (4), die in Richtung einer Rotationsachse (5) einer Bremsscheibe (6) an die Bremsscheibe (6) in Zustellrichtung (24) zustellbar sind, wobei die Zustellbewegung aus einer gekoppelten Linear- und einer um eine zur Rotationsachse (5) kollinear oder parallelen Achse (7) durchführbaren Rotationsbewegung aufgebaut ist, wobei die Rotationsbewegung um einen vorbestimmten Betätigungswinkel (8) einem vorbestimmten Zustellweg (9) entspricht, mit einem in den Kraftfluß zwischen dem ersten Bremsbelag (2) und dem zweiten Bremsbelag (4) zwischengeschalteten federnden Element (10), durch das die Zustellkraft der Bremsbeläge (2, 4) proportional zum Betätigungswinkel (8) steuerbar ist, mit einer Energieübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer durch eine elektrische Bremskrafterzeugungsvorrichtung (54) erzeugten elektrischen Antriebsenergie von einer Rotationsbewegung in eine translatorische, achsparallele Verschiebung des ersten (1) und/oder zweiten Belaghalters (3), wobei im Kraftfluß der Energieübertragungsvorrichtung eine Energieumsetzungsvorrichtung vorgeshen ist, die mittels der Zustellbwewegung des ersten (1) und/oder zweiten Belaghalters (3) an die Bremsscheibe (6) ankoppelbar ist und durch die ein vorbestimmter Teil ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremszustellvorrichtung für eine Scheibenbremse, insbesondere eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs.
Im wesentlichen werden derzeit im Schienenfahrzeugbereich zwei Scheibenbremssysteme eingesetzt. Pneumatische Bremssysteme, zu denen auch elektropneumatische Systeme und Vakuumbremsen gerechnet werden können und elektrohydraulische Bremssysteme. Rein elektromechanische Bremssysteme sind deshalb von Interesse, da bei ihnen die eher aufwendige Handhabung eines Fluidmediums entfällt. Sie besitzen eine kompakte Bauform und haben einen niedrigen Wartungsaufwand.
Grundsätzlich wird bei elektromechanischen Bremsen die Zustellkraft durch einen elektromotorisch angetriebenen Gewindetrieb erzeugt. Die Systeme des Standes der Technik weisen zumeist eine rotatorische Antriebsmaschine auf, um die Zustellwirkung zu erzeugen. Dies fordert sehr leistungsstarke Antriebe mit einem dementsprechend großen Bauraum und einem entsprechend hohen Leistungsbedarf.

In der DE 198 19 564 C2 wird eine elektromechanische Bremse beschrieben. Dabei wird zwar ein Teil der zur Betätigung der Bremse erforderlichen Kraft bzw. Energie aus einer antriebsenergieeinsparenden Selbstverstärkungsanordnung bezogen. Nachteilig erweist sich jedoch, daß ein komplexer Regelvorgang stattfinden muß, um die aktuell benötigte Bremskraft zu erzeugen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfach aufgebaute Bremsvorrichtung zu liefern und den Bremsantrieb weitgehend zu entlasten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Bremszustellvorrichtung für eine Scheibenbremse, insbesondere eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs, mit einem ersten Belaghalter mit einem ersten Bremsbelag und einem zweiten Belaghalter mit einem zweiten Bremsbelag ausgebildet ist, die in Richtung einer Rotationsachse einer Bremsscheibe an die Bremsscheibe in Zustellrichtung zustellbar sind, wobei die Zustellbewegung aus einer gekoppelten Linear- und einer um eine zur Rotationsachse parallelen Achse durchführbaren Rotationsbewegung aufgebaut ist, wobei die Rotationsbewegung um einen vorbestimmten Betätigungswinkel einem vorbestimmten Zustellweg entspricht, mit einem in den Kraftfluß zwischen dem ersten Bremsbelag und dem zweiten Bremsbelag zwischengeschalteten federnden Element, durch das die Zustellkraft der Bremsbeläge proportional zum Betätigungswinkel steuerbar ist, mit einer Energieübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer durch eine elektrische Bremskrafterzeugungsvorrichtung erzeugten elektrischen Antriebsenergie von einer Rotationsbewegung in eine translatorische, achsparallele Verschiebung des ersten und/oder zweiten Belaghalters, wobei im Kraftfluß der Energieübertragungsvorrichtung eine Energieumsetzungsvorrichtung vorgesehen ist, die mittels der Zustellbewegung des ersten und/oder zweiten Belaghalters an die Bremsscheibe ankoppelbar ist und durch die ein vorbestimmter Teil der aus der Rotation der Bremsscheibe resultierenden kinetischen Energie mittels Reibkontakt des ersten und/oder zweiten Bremsbelags in eine Energie zur Zustellung des ersten und/oder zweiten Belaghalters umsetzbar ist, um die Belastung der elektrischen Bremskrafterzeugungsvorrichtung während des Zustellvorgangs zu minimieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Bremszustellvorrichtung für eine Scheibenbremse ermöglicht eine Zustellung einer Bremsvorrichtung an eine Bremsscheibe mit einem minimalen Energieaufwand. Der größte Teil der zur Zustellung benötigten Energie wird hierbei durch die rotierende Bremsscheibe aufgebracht. Dabei ist es für die Wirkung der Bremszustellungsvorrichtung unerheblich, welche Drehrichtung die Bremsscheibe relativ zu der Rotation der zuzustellenden Belaghalter aufweist.

Ein Belaghalter weist zumindest einen Bremsbelag auf, der an die Bremsscheibe zustellbar ist und durch Reibkontakt mit der Bremsscheibe kinetische Energie in Wärmeenergie umwandelt und so die Bremswirkung hervorruft. Die Zustellung des Bremsbelags erfolgt durch eine gekoppelte Linear- und Drehbewegung um eine zu der Achse, um die die Bremsscheibe rotiert, parallelen Geraden. Die Richtung, in die der Abstand zur Bremsscheibe verringert wird, wird als Zustellrichtung bezeichnet. Die Kopplung der Linear- mit der Rotationsbewegung äußert sich unter anderem darin, daß einem vorbestimmten Betätigungswinkel ein vorbestimmter Zustellweg entspricht. Es muß lediglich im zugestellten Zustand eine Zustellkraft aufgewendet werden.

Die Zustellkraft ist aufgrund eines federnden Elements über die gekoppelte translatorische/rotatorische Zustellbewegung einstellbar. Bremsbelag und Bremsscheibe sind bei Beaufschlagung mit der Zustellkraft in einem Kraftfluß verbunden, in den wiederum das federnde Element eingebunden ist. Dieses Element wird durch die Zustellung zunehmend zusammengedrückt und somit entsteht mit wachsendem Zustellweg eine steigende Federkraft, die die Bremsbeläge an die Bremsscheibe drückt, bis die gewünschte Zustellkraft erreicht ist. Die eindeutige Zuordnung von Zustellweg und Zustellkraft ermöglicht eine Steuerbarkeit der anliegenden Bremskraft, ohne daß ein Regelvorgang stattfinden müßte. Die Wegänderung durch die Linearbewegung ermöglicht somit bereits aufgrund der bekannten, vorbestimmten Federkonstante die Zuordnung des Weges zu einer vorbestimmten Zustellkraft. Der Weg ist wiederum mit der zustellenden Rotationsbewegung, das heißt dem Betätigungswinkel verbunden, so daß aus den verschiedenen Bewegungen eine Steuerung der Zustellkraft ermöglicht ist, die bei Einsatz des federnden Elements proportional zum Betätigungswinkel ist. Durch das elastische Element kann mit einer endlichen translatorischen Bewegung eine endliche, der gewünschten Bremskraft angepaßte Bremskraft erzeugt werden.

Zur Aufbringung der, wenn auch geringen, zusätzlich erforderlichen Kraft zum Antrieb der Zustellvorrichtung ist eine Bremskrafterzeugungsvorrichtung, insbesondere basierend auf einer elektrischen Antriebsenergie vorgesehen.

Die Bremskraftumsetzungsvorrichtung dient zur Umsetzung der vom Bremskrafterzeuger abgegebenen Kraft bzw. Energie in eine Bremszustellbewegung beispielsweise einer Bremsspindel zum Umsetzen der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung. Durch sie wird eine elektrische Antriebsenergie in eine Zustellbewegung der Bremsbeläge umgesetzt. Im Kraftfluß zwischen Energieübertragungsvorrichtung und Bremsscheibe ist eine Energieumsetzungsvorrichtung vorgesehen. Durch diese Energieumsetzungsvorrichtung ist kinetische Energie der Bremsscheibe in das Bremszustellungssystem übertragbar. Auf diese Weise kann die Energie der Bremsscheibe zur Entlastung des elektrischen Antriebs der Bremszustellungsvorrichtung an die Bremsscheibe, die mittels der Zustellbewegung des ersten und/oder zweiten Belaghalters an die Bremsscheibe ankoppelbar ist, und durch die ein vorbestimmter Teil der aus der Rotation der Bremsscheibe resultierenden kinetischen Energie mittels Reibkontakt des ersten und/oder zweiten Bremsbelags in eine Energie zur Zustellung des ersten und/oder zweiten Belaghalters umsetzbar ist, um die Belastung der elektrischen Bremskrafterzeugungsvorrichtung während des Zustellvorgangs zu minimieren.

Hierdurch kann die elektromechanische Bremsvorrichtung die zur Erzeugung der Bremskraft erforderliche Verstellung mit sehr geringem Energieaufwand vollziehen. Dieser geringe Energieaufwand besteht lediglich in der Beschleunigung und Abbremsung der Aktormassen sowie in der Reibung in der Zustellaktorik und Reibwertschwankungen. Mit dem geringen Energiebedarf ist ein sehr geringer Leistungs- beziehungsweise Kraftbedarf für den elektromechanischen Antrieb verbunden. Dies resultiert in geringen Bemaßungen des für die Zustellvorrichtung notwendigen Bauraums sowie damit verbunden weiten Einsatzbereichen auch unter schwierigen Einbaubedingungen sowie geringen Kosten. Auf kontinuierliche Soll-Ist-Vergleiche mittels Sensor zur unmittelbaren Bremskraftmessung oder anderen Größen, aus denen die Ist-Bremskraft ablesbar ist, kann verzichtet werden.

Wenn das federnde Element scheibenabgewandt angeordnet ist, ist eine direkte, vorbestimmbare Zustellkraft möglich, weil die zu erwartenden Wärmedehnungen aufgrund der Wärmebelastung durch die Reibungsenergie in der Bremsscheibe ausreichend klein sind. Das federnde Element ist nur einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt als in den zum Teil sehr heißen Scheibenbereich.

Dies erhöht die Dauerfestigkeit und die federnden Elemente können mit kleineren Dimensionen ausgelegt werden bzw. weisen eine höhere Lebensdauer auf.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Federweg des federnden Elements zumindest eine Größenordnung größer ist als die Wärmedehnung oder die maximale elastische Verformung der Bremsbeläge. Unter dieser Bedingung ist zugleich die Federkonstante des federnden Elementes ausreichend klein dimensioniert. Die durch die Aufnahme von Reibungsenergie aus dem Bremsvorgang zu erwartende Wärmedehnungen und unbekannte Elastizitäten der Bremsbeläge verursachen somit nur eine vernachlässigbare Änderung der Zustellkraft. Die Zustellvorrichtung weist eine weitgehend konstante und vorbestimmbare Proportionalität zwischen Zustellkraft und Betätigungswinkel auf.

Vorteilhaft ist es, wenn ein Produkt aus Reibkoeffizient µ und Reibradius r_Reib zumindest eines Bremsbelags der Änderung des Zustellwegs dx bezogen auf die Änderung des Betätigungswinkels dφ entspricht. Durch Kompression des federnden Elements wird eine Zustellkraft F_Z erzeugt, die über die Bremsscheibe im zugestellten Zustand eine Reibungskraft auf die Bremsbeläge ausübt. Im folgenden wird von einem gemittelten Reibradius ausgegangen. Der Reibradius entspricht dem Ort an dem die Reibkraft angreifend gedacht werden kann. Durch die, am Reibradius angreifende Reibkraft wird ein Bremsmoment M_B erzeugt. Der Reibkoeffizient definiert das Verhältnis der zwischen zwei zueinander gleitenden Flächen auftretenden Reibkraft zur Normalkraft. Die Normalkraft ist die Kraft, die senkrecht zum Bremsbelag wirkt. Reibradius und Reibkoeffizient sind abhängig von der Vorrichtungsgeometrie und von der Materialpaarung Scheibe/Belag. Im Fall der genannten Bedingung wird die gesamte zur Kompression der Feder und damit die zur Erzeugung der Zuhaltekraft erforderliche Energie durch die rotierende Bremsscheibe über die Reibkraft in die Kinematik eingebracht, wodurch durch den Antrieb keine Kraft eingebracht werden muß. Dies wird durch die Gleichung (I) zum Ausdruck gebracht.

Das Reibmoment M_B stellt keine unabhängige Größe dar und kann wie in Gleichung (II) aufgeführt durch unabhängige Größen zum Ausdruck gebracht werden. Durch die Kombination der Gleichungen (I) und (II) und entsprechender mathematischer Vereinfachung der sich ergebender Gleichung (III) erhält man den mathematischen Ausdruck (IV) für die oben genannte Bedingung. Durch das angegebene Verhältnis wird somit der Zustellweg durch Vorgabe des Betätigungswinkels eindeutig und zuverlässig einstellbar. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Zustellvorrichtung wird erreicht, daß bei einem eingebremsten Aktor nahezu keine Antriebskraft erforderlich ist um die Bremsstufe zu halten. Lediglich zum Lösen und weiteren Einbremsen ist ein unterstützender Antrieb erforderlich um die rotierenden Aktormassen zu beschleunigen und abzubremsen. Die Zustellvorrichtung, der Reibradius der Bremsbeläge und der Reibkoeffizient sind so abgestimmt, daß ein Großteil der resultierende Bremskraft durch die Reibkraft und damit von der rotierenden Bremsscheibe aufgebracht wird.

Eine weitestgehende Entlastung des Antriebs des Aktors ist gegeben wenn eine aus Bremsmoment und Zustellkraft resultierende Belaghalterkraft senkrecht auf einen Gewindegang einer Gewindespindel gerichtet ist. Ein Belaghalter ist über eine Gewindespindel und einen Gewindetrieb geometrisch festgelegt. Eine aus Zuspannkraft und Bremsmoment gebildete Belaghalterkraft, die vom Belaghalter in die Aktorkinematik abgeleitet wird, kann in eine Kraftkomponente normal sowie in eine Kraftkomponente tangential zum Gewindegang aufgegliedert werden. Die normal auf den Gewindegang wirkende Kraftkomponente übt nur auf die Gewindespindel eine entsprechende Reaktion aus, während die tangentiale Kraftkomponente nur auf den antreibenden Gewindetrieb des Belaghalters eine entsprechende Reaktion ausübt. Soll der, über den Gewindetrieb auf den Aktor einwirkende Antrieb maximal entlastet werden, so muß die Gewindesteigung der Gewindespindel so gewählt werden, dass dessen Gewindegänge senkrecht bzgl. der resultierenden Belaghalterkraft ausgerichtet sind wodurch die tangential zum Gewindegang ausgerichtete Kraftkomponente der Belaghalterkraft verschwindet.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird dadurch gebildet, daß ein Bremsbelaghalter auf einer längs der Rotationsachse der Bremsscheibe angeordneten Bremsspindel mit einem Gewindegang an die Bremsscheibe auf der Bremsspindel rotierend zustellbar ist, wobei die Bremsspindel eine vorbestimmte Gewindesteigung aufweist, die so ausgewählt ist, daß die Gewindesteigung einem Winkel γ entspricht, der abhängig ist von den Größen Reibradius r_Reib, dem Reibkoeffizienten µ der Paarung Belag/Bremsscheibe und dem Gewindedurchmesser d_Gew welche durch die Vorrichtungsgeometrie und die Belag/Scheibenmaterialien gegeben sind.

Das Bremsmoment wird durch die Reibkraft erzeugt, die in einem, dem Reibradius entsprechenden Abstand von der Drehachse ansetzt. Die Reaktionskraft F_Gew des Bremsmoments auf die Gewindegänge der Aktorkinematik kann ebenfalls als eine Kraft beschrieben werden, die aufgrund des Hebelgesetzes in einem bestimmten Verhältnis zur Reibkraft steht.

Aufgrund des angestrebten rechten Winkels, mit welchem die resultierende Belaghalterkraft gegenüber dem Gewindegang ausgerichtet sein soll, gilt in diesem Fall, daß der Winkel γ zwischen der Belagkraft und Drehachse, welcher aus den senkrecht zueinander stehenden Kraftkomponenten der Belagkraft ermittelt werden kann, gleich dem Winkel zwischen Gewindegang und einer zur Drehachse normalen Ebene ist.

Wird die Belagkraft F_Gew in die Gleichung (VIII) für den Winkel γ durch den entsprechenden Ausdruck (VII) für die Belagkraft ersetzt, erhält man den mathematischen Ausdruck (IX). Dieser kann durch Nutzung des Ausdrucks (X) für den Reibkoeffizienten

in die oben genannte Bedingung (V) umgeformt werden kann. Die erfindungsgemäße elektromechanische Bremse nutzt den selbsthelfenden Mechanismus eines Gewindes, um im Idealfall mit völlig entlasteten Antrieben die Zustellkraft zu erzeugen. Dies bedeutet, daß die Zustellkraft im Idealfall durch die rotierende Bremsscheibe aufgebracht wird. Auch bei eventuellen Schwankungen im Reibungskoeffizienten aufgrund von Temperaturschwankungen oder lokal unterschiedlichen Belastungen sind die daraus entstehenden Abweichungen der resultierenden Bremskraft vom Mittelwert, der dem auf dem Gewindegang auftreffenden Bremskegel entspricht, ohne große Belastungen des Antriebs aufzufangen.

Eine zuverlässige Halterung der Bremsbelaghalter ist gegeben, wenn die rotatorische Bewegung des Belaghalters nur in Zustellrichtung möglich ist, während eine Bewegung des Belaghalters in die der Zustellrichtung entgegengesetzte Richtung gehemmt ist. Auf diese Weise kann weiterhin zugestellt werden, wobei jedoch eine Bewegung in die Rückrichtung verhindert wird. Dies verhindert eine zu große Belastung des Antriebes mit Haltekräften. Lediglich zur Änderung oder Lösung ist eine geringe Kraft aufzubringen. Die Vorrichtung gewährleistet aufgrund der Verhinderung einer achsparallelen Bewegung entgegen der Zustellrichtung somit die Aufrechterhaltung der aktuellen Bremskraft für den Fall von Betriebsstörungen oder als Park- und Feststellbremse. Ebenso läßt sich durch die Vorrichtung eine einfache und damit sichere betriebliche Notbremse im Sinne einer unterlegten Sicherheitsebene bei Ausfall der Betriebsbremseinheit realisieren.

Um die Bremsbeläge problemlos wieder in eine nicht zugestellte Position bringen zu können, ist vorgesehen, daß die Bewegung der Belaghalter lösbar gehemmt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß zwischen dem Elektromotor und der Bremsspindel ein Planeten- oder Stirnradgetriebe geschaltet ist. Auf diese Weise wird die aufzubringende Kraft je nach Übersetzung stark verringert und somit ermöglicht, daß sehr kleine Motorleistungen ausreichen.

Eine den Antrieb wenig belastende Variante liegt vor, wenn ein auf der Bremsspindel rotierbarer Belaghalter mittels eines selbsthemmenden Gewindetriebes antreibbar ist. Auf diese Weise fängt der Gewindetrieb nahezu die gesamte Haltekraft des nicht selbstverstärkenden Belags bzw. Belaghalters auf. Der Antrieb ist von dieser Funktion entbunden und muß nur die geringen, unterstützenden Kräfte der Zustell- bzw. Lösevorgänge unterstützen. Dies ermöglicht den Einsatz von kleinen platz- und kostensparenden Antrieben.

Eine vorteilhafte Ausführung liegt vor, wenn die Belaghalter mittels jeweils eines selbsthemmenden Schneckengetriebes antreibbar sind. Schneckengetriebe bestehen aus der treibenden Schnecke und dem getriebenen Schneckenrad, deren Achsen sich normalerweise unter dem Achsenwinkel 90° kreuzen. Insbesondere sind hierbei die Zylinderschnecke und die Globoidschnecke einsetzbar.

Schneckengetriebe ermöglichen große Übersetzungen ins Langsame und können in kleinen Baugrößen ausgeführt werden. Durch den Einsatz eines selbsthemmenden Schneckengetriebes ist es möglich, den Rücklauf des belasteten Belaghalters, der durch die Schnecke angetrieben wird, ohne Energieaufwand zu verhindern.

Wenn die selbsthemmenden Gewindetriebe über ein Differential von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden, ist es möglich, die unterschiedlichen Drehbewegungen der Gewindetriebe auszugleichen ohne zusätzliche Leistung aufzubringen. Es ist nur noch ein Antriebsmotor erforderlich.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung liegt vor, wenn an einem die Rotationsachse der Bremsscheibe mit Abstand umgebenden, senkrecht zur Rotationsachse translatorisch festgelegt gehalterten Zylindermantel ein Innengewinde vorgesehen ist, wobei an beiden Seiten der Bremsscheibe läuferförmige Belaghalter angeordnet sind, die jeweils mit dem Innengewinde korrespondierende Außengewinde aufweisen, wobei die läuferförmigen Belaghalter an die Bremsscheibe zustellbar sind und die aus Zustellkraft und Reibungskraft resultierende Bremskraft an einem Belaghalter nahezu senkrecht auf den Gewindegang der Bremsspindel gerichtet ist. Der Einsatz einer Außengewinde-Innengewindekombination gewährleistet einen stabilen Aufbau der Kombination durch eine große Kontaktfläche der Belaghalter mit dem Außengewinde, die in dem umgebenden, mit einem Innengewinde versehenen Zylindermantel laufen. Ein angetriebener, läuferförmiger Belaghalter wird dadurch am Zurücklaufen gehindert, daß die resultierende Bremskraft nahezu senkrecht auf dem Gewindegang steht. Hierdurch ist der Einsatz kleiner, kompakter Antriebe möglich.

Es ist vorteilhaft, wenn ein erster Belaghalter als Getriebekäfig ausgebildet ist, der die Bremsscheibe in einem einstellbaren Umgreifungsabstand umgreift und ein anderer Belaghalter durch ein kraftübertragendes Element mit dem ersten verbunden ist und unter Verringerung des Umgreifungsabstands zwischen den Belaghaltern um die Rotationsachse der Bremsscheibe rotatorisch an die Bremsscheibe zustellbar ist. Hierbei ist lediglich ein Belaghalter direkt anzutreiben. Dies ermöglicht eine geschlossene, kompakte Bauweise. Die Zustellung des anderen Belaghalters erfolgt mittels Kraftübertragung vom Antrieb des läuferförmigen Belaghalters. Auf diese Weise ist eine sehr gleichmäßige und symmetrische Steuerbarkeit des Belaghalters möglich, was günstig für dessen Festigkeit ist.

Eine sehr stabile Vorrichtung mit großer Abrollfläche des läuferförmigen Belaghalters liegt vor, wenn an einer die Rotationsachse koaxial umgebenden Innenfläche des Getriebekäfigs an der anderen Seite der Bremsscheibe ein Innengewinde angebracht ist, auf der ein läuferförmiger, mit einem Außengewinde versehener Belaghalter führbar ist, wobei der läuferförmige Belaghalter durch einen Gewindetrieb in Richtung Bremsscheibe zustellbar ist.

Wenn der Getriebekäfig und der läuferförmige Belaghalter an ihren Außenseiten jeweils einen entgegengesetzt laufenden Freilauf aufweisen, der die Bewegung jeweils nur in eine Zustellrichtung zuläßt, während eine Rücklaufrichtung gesondert freigebbar ist, muß die Bewegungsrichtung, die vom Freilauf begrenzt wird, nicht durch einen Antrieb gesondert festgehalten werden. Die Läufer- Getriebekäfigeinheit wird sich durch die Reibkraft im ersten Moment des Ankoppelns der Bremsbeläge mit der Bremsscheibe mitdrehen. Abhängig von der Drehrichtung wird die Bewegung jedoch von einem der beiden Freiläufe gestoppt und das Bremsmoment über den blockierenden Freilauf in das Drehgestell abgeleitet. An dem so festgelegten Getriebekäfig beziehungsweise dem läuferförmigen Belaghalter kann dann die abzuführende Kraft, insbesondere die aus der kinetischen Energie der Bremsscheibe resultierende Kraft eingeleitet und abgeleitet werden. Dies verringert die notwendigen, vorzuhalten Kraftreserven des Antriebs.

Wenn der Freilauf, der nicht blockiert ist, in Abhängigkeit von einem vorbestimmtem Signal freigebbar ist, kann auf einfache Weise eine Lösebewegung ausgeführt werden oder die Zustellung rückgängig gemacht werden.

Eine insbesondere von außen steuerbare Vorrichtung liegt vor, wenn der Freilauf elektrisch oder pneumatisch freigebbar ist.

Eine sichere Bremsung oder eine zuverlässiger dauerhafter Halt ist gegeben, wenn der Freilauf ab einer bestimmten Last nicht mehr oder erst freigebbar ist. Da diese Last vorbestimmbar und somit einstellbar ist, kann sie flexibel abhängig vom Bewegungszustand der Bremse oder von der Belastung des zu bremsenden Fahrzeugs gewählt werden. Hierdurch kann zudem gewährleistet werden, daß nur der unbelastete Freilauf freigegeben wird.

Ein sehr sicheres System liegt vor, wenn immer nur ein Freilauf freigebbar ist. Wird der belastete Freilauf durch das abgeleitete Bremsmoment belastet, wird dieser am Freigeben gehindert und schaltet zugleich den anderen Freilauf frei.

Vorteilhaft ist vorgesehen, daß das vorbestimmte Signal ein Zustellweg ist. Bei bekannter Elastizität der Vorrichtung kann auf diese Weise eindeutig die Zustellkraft vorherbestimmt werden. Dies ermöglicht eine genaue Steuerung der resultierenden Bremskraft mittels des leicht detektierbaren Zustellwegs, beispielsweise über einen Belagsverschleißmesser oder auch mechanisch, ohne daß eine Regelung notwendig wäre.

Vorteilhaft wird ein Elektromotor als Bremskrafterzeugungsvorrichtung eingesetzt, um auf diese Weise pneumatische oder hydraulische Anlagen einzusparen bzw. überflüssig zu machen. Allerdings sind diese immer noch als Notfalleinrichtungen möglich, falls beispielsweise die Stromversorgung des Fahrzeugs ausfallen sollte.

Eine vorteilhafte, stabile Ausführungsform ist gegeben, wenn ein auf einer Zustellspindel drehfest sitzendes Planetenzahnrad mit einer Innenverzahnung eines Getriebekäfigs kennt und bezüglich des Getriebekäfigs kämmt und durch Drehung der Zustellspindel in eine vorbestimmte Richtung den Bremsbelag an die Bremsscheibe heranstellt, wobei die Gewindesteigung der Zustellspindel so ausgewählt ist, daß sie unter Aufwendung minimaler Zustellkräfte durch den Antrieb eine Ausnutzung der kinetischen Energie der Bremsscheibe zur Bremsung ermöglicht.

Eine kostengünstige und Bauraum reduzierende Funktionsvereinigung ist möglich, wenn mehrere Gewindespindeln paarweise als Aufhängegestänge zwischen den Bremsbelagshaltern und einem Drehgestell vorgesehen sind, wobei die Gewindespindeln eines Paares rotatorisch direkt gegensinnig miteinander und die Paare gegensinnig zueinander über ein Differential mit einer Antriebseinheit verbunden und selbsthemmend ausgeführt sind, wodurch durch Betätigung des Antriebsmotors der Getriebekäfig relativ zum läuferförmigen Belaghalter verdrehbar und damit Zustellbewegungen ausführbar sind. Es findet somit zugleich ein Ausgleich lokal unterschiedlicher Belastungen statt.

Dadurch, daß der Getriebekäfig zweigeteilt ausgeführt ist und zwischen beiden Seitenteilen ein Federnmechanismus angeordnet ist, ist eine zugleich elastische und stabile Ausführung der Bremsvorrichtung gegeben.

Wenn eine Bewegungsachse des Federmechanismus senkrecht auf einem Gewindegang der jeweiligen Seitenteile steht, wirken nahezu keine Querkräfte auf den Federmechanismus, der somit entlastet ist, was günstig für dessen Festigkeit ist.

Der Bremskrafterzeuger ist vorzugsweise elektromotorisch ausgebildet, wodurch eine zusätzliche Pneumatik- oder Hydraulikvorrichtung überflüssig wird. Allerdings ist es auch möglich, den Antrieb beispielsweise auch pneumatisch oder hydraulisch zu betätigen, wenn beispielsweise eine Pneumatik- oder Hydraulikvorrichtung bereits im Fahrzeug vorgesehen ist und lediglich mitgenutzt wird.

Wenn die Bremsspindel als Wälzgewinde ausgebildet ist, gibt es geringere Verluste durch Reibungskräfte, was den Antrieb weiter entlastet.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 3 eine Vorderansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 4 eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 5 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 6 eine Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 7 eine Seitenansicht des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 8 ein Teilschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 9 eine Seitenansicht des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 10 eine Vorderansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 11 eine Seitenansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt einer Scheibenbremse mit einer elektromechanischen Zustellvorrichtung in Vorderansicht. Die Scheibenbremse setzt sich aus zwei symmetrisch aufgebauten scheibenförmigen Bremsbelaghaltern 1, 3 zusammen, die an beiden Seiten 33, 34 einer Bremsscheibe 6 angeordnet sind. Die Bremsscheibe 6 ist um eine Rotationsachse 5 rotierbar, die durch eine zentrale Welle 67 verläuft, an der die Bremsscheibe 6 mittels eines Lagers 63 mitnehmbar gelagert ist. Beidseitig der Bremsscheibe 6 befindet sich eine Bremsspindel 16, die ein vorzugsweise mehrgängiges Außengewinde 65 mit einer einheitlichen Gewindesteigung 17 aufweist. Der genaue Aufbau des Außengewindes 65 ist in Fig. 3 dargestellt. Dem angepaßt weisen die Bremsbelaghalter 1, 3 eine zentrale Öffnung 53 mit einem Innengewinde 66 auf, das auf dem Außengewinde 65 der Gewindespindel 16 sitzt, wodurch die zwei Bremsbelaghalter 1, 3 über das Gewinde verbunden sind. An den Belaghaltern 1 sind elastisch in Normalenrichtung 24, 25 der Belaghalter 1, 3 zwischen Bremsscheibe 6 und Belaghalter 1, 3 Bremsbeläge 2, 4 befestigt. An den Bremsbelaghaltern 1, 3 sind Antriebseinheiten mit Gewindetrieben 26, 27 insbesondere Schneckenradgetrieben angebracht. Die Gewindetriebe 26, 27 fahren bei einer Bremsanforderung aufgrund des mehrgängigen Gewindes die Belaghalter 1, 3 und somit die Bremsbeläge 2, 4 an die Bremsscheibe 6 heran. Der eine Belaghalter 1 rotiert bei Zustellung an die Bremsscheibe 6 in einer der Rotationsrichtung 74 des anderen Belaghalters 3 entgegengesetzten Rotationsrichtung 73. Um einen ungewollten Rücklauf bei zunehmender rücktreibender Belastung der Belaghalter 1, 3 bei Kontakt mit der Bremsscheibe 6 zu verhindern, sind die Gewindetriebe 26, 27 selbsthemmend ausgelegt. Hierdurch wird verhindert, daß die Antriebseinheit 29 mit Haltearbeit belastet wird. Im Ausführungsbeispiel ist insbesondere ein selbsthemmender Schneckenantrieb dargestellt. Die Gewindetriebe der Schneckenantriebe rotieren dabei in einem an dem Bremsbelaghalter 1, 3 am Außenradius vorgesehenen Außenverzahnung, wodurch die Belaghalter 1, 3 um die Rotationsachse 5 rotierbar und somit an die Bremsscheibe 6 zustellbar sind. Die Bremsspindeln 16, auf denen die Belaghalter 1, 3 rotierbar sind, sind durch ein starres Umleitungselement 64 verbunden, durch die Kräfte von einer Seite der Bremsspindel 16 auf die andere umgeleitet werden können. Auf diese Weise ist es möglich, den einen Belaghalter 1 oder 3 in der Stellung "Selbsthemmend" zu halten, während der andere Belaghalter 1 oder 3 weiter zugestellt werden kann. Die auf den selbsthelfend unterstützend Belaghalter 1, 3einwirkende Kraft wird dabei als Belaghalterkraft 22 über das Gewinde durch das Umleitungselement 64 und das andere Ende der Bremsspindel 16 in den entsprechenden Belaghalter 1,3 umgeleitet und über die selbsthemmend gesperrten Gewindetrieb abgeleitet. Welcher Belaghalter 1, 3 durch die Selbsthemmung des Antriebsgewindes 26, 27 gesperrt und welcher weiter zustellbar ist, hängt von der Rotationsrichtung der Bremsscheibe 6 und somit der Rotationsrichtung 23 der Belaghalter 1, 3 ab, die über die an den Bremsbelägen 2, 4 angreifende Reibungskraft 22 je nach Größe des Reibkoeffizienten 14 mehr oder weniger stark mitgenommenen werden. Eine Detaildarstellung findet sich in Fig. 3. Nach der Zustellung der Bremsbeläge 2, 4 an die Bremsscheibe 6 wird durch weitere Drehung der Bremsbelaghalter 1, 3 die elastische Anbindung, die durch ein federndes Element 10 zwischen Bremsbelag 2, 4 und Bremsbelaghalter 1, 3 verkörpert ist, komprimiert. Über die Antriebseinheiten 29 ist der Betätigungswinkel 8 der Bremsbelaghalter 2, 4 einstellbar, wodurch die Zustellkraft dosiert werden kann. Das Einbremsen und Lösen des Bremsbelaghalters 1, 3 erfolgt durch den Antrieb 29 des selbsthelfend entlasten Belaghalters über den ebenso entlasteten Schneckentrieb.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Scheibenbremse mit Zustellvorrichtung. Die Bremsbelaghalter 1, 3 sind kreisringförmig ausgebildet. Die Bremsbeläge 2, 4 können ebenfalls in Form eine Kreisringes auf der gesamten Kreisfläche unter Aussparung der kreisförmigen Öffnung angebracht sein oder beispielsweise in Form von über den Kreisring verteilten Belagelementen, die jeweils elastisch gefedert an dem Belaghalter angebracht sind. Der Antrieb weist einen Antriebsmotor 54 auf, der den Belaghalter in Rotation mit der Rotationsrichtung 23 versetzt und um den Betätigungswinkel 8 verdreht werden. Die durch die Bremsscheibe 6 auf die Bremsbeläge 2, 4 einwirkende Reibkraft 22 setzt am Reibradius 15 an und überträgt auf den entsprechenden Belaghalter ein Bremsmoment welches eine Belaghalterkraft 22 auf die Gewindegänge verursacht.
Fig. 3 zeigt eine unterbrochene Vorderansicht der Scheibenbremse mit elektromechanischer Zustellvorrichtung. Die Bremsspindel 16 ist mit Gewindegängen 20 dargestellt, der Gewindesteigungen 17 aufweisen. Die Bremsbeläge 2, 4 sind kreisringförmig ausgebildet und liegen reibend an der Bremsscheibe 6 an. Es erfolgt somit eine Zustellbewegung mit einer Zustellkraft 21, die gemäß der Bremsanforderung eingestellt wird. Dabei sind die Zustellkräfte 21 der beiden Bremsbelaghalter 1, 3 entgegengesetzt gerichtet gleich groß. Aufgrund der Rotationsbewegung der Bremsscheibe 6 in die Rotationsrichtung 23 wird eine Reibungskraft 22 erzeugt, die in Richtung der Rotationsbewegung 23 zeigt, betragsmäßig von der Größe der Zustellkraft 21 und dem Reibungskoeffizienten 14 abhängt und auf den Belaghalter 1, 3 ein Bremsmoment ausübt. Die Gewindesteigung 17, die bezogen auf die Rotationsachse 5 einen Winkel 11 aufweist, ist dabei so bemessen, daß die aus Bremsmoment und Zustellkraft resultierende Belaghalterkraft 19, welche die Bremsbelaghalter 1, 3 auf die Gewinde ausüben, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, für die angegebenen Rotationsbewegung 23 und den rechtsdrehenden Gewindegang 20 für den Bremsbelag 2 im rechten Winkel gegen den Gewindegang 20 ausgerichtet ist. Bei dem anderen Bremsbelag 4 weist die resultierende Kraft 19 eine zur Gewindesteigung 17 parallele Komponente auf die in den zugehörigen Gewindetrieb abgeleitet wird. Die abgeleitete Kraft führt zu einer Blockierung des selbsthemmenden Gewindetriebs. Somit ist der Bremsbelaghalter 1 in der der Zustellrichtung 24 entgegengesetzten Richtung 25 blockiert. Somit kann im Idealfall ohne zusätzliches Antriebsmoment die momentane Zustellposition des Belaghalters und damit die Zustellkraft des Belaghalters gehalten werden. Wird von einem reibungsfreien Gewinde ausgegangen, ist zum vollständigen Einbremsen als auch zum Lösen der Bremse nur ein vernachlässigbares Moment über das Schneckengetriebe auf die Spindel einzuleiten. An der anderen Seite ist die resultierende Kraft 19 im flachen Winkel gegen die Gewindegänge 20 gerichtet. Hierdurch wird ein erhebliches Moment auf die Bremsspindel 16 gebracht. Diese Moment ist größer als das Moment, das von der Antriebseinheit über das Schneckenradgetriebe eingeleitet wird. Die Zustellung dieses Bremsbelaghalters 3 kommt zum Stehen. Aufgrund des selbsthemmenden Schneckenradgetriebes kehrt sich die Zustellung jedoch nicht um - das Schneckenradgetriebe blockiert. In diesem Fall stützt sich der Belaghalter gegen das Schneckenrad an und leitet so die Reibungskraft bzw. -moment ab.
Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht und Fig. 5 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels. Die Bremsbelaghalter 1, 3 weisen ein Außengewinde 35 auf, mit dem sie in ein Innengewinde 32 eines Umfangszylinders 68 eingreifen und hierüber an die beiden Seiten 33, 34 der Bremsscheibe 6 zustellbar sind. An die Bremsbelaghalter 1, 3 sind scheibenabgewandt kreisringförmige Halterungen 69, 70 angebracht. Diese Halterungen weisen auf ihren Außenradien 78, 79 Verzahnungen auf, in die Gewindetriebe 26, 27 eingreifen und auf diese Weise bei Betätigung eine Zustellung der Bremsbelaghalter 1, 3 über den Zustellweg 9 bewirken. Die Gewindesteigung des Innengewindes 32 im Umfangszylinder 68 ist wiederum so ausgelegt, daß die, aus Bremsmoment und Zustellkraft resultierende Bremskraft an einem Bremsbelaghalter 1, 3 senkrecht auf die Gewindesteigung ausgerichtet ist, und hierdurch auf den entsprechenden Gewindetrieb keine Last abgeleitet wird, wodurch dieser weiter zustellbar ist, während die Last des anderen Bremsbelaghalters vom entsprechenden Gewindetrieb aufgenommen wird und dieser hierdurch blockiert. Die senkrechte Stellung der resultierenden Kraft auf einen Belaghalter 1, 3 bewirkt, daß an diesem nahezu kraftfrei eine Zustell- bzw. Lösebewegung vollziehbar ist.
Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht und Fig. 7 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels. Ein an einer Seite 33 der Bremsscheibe 6 angeordneter läuferförmiger Belaghalter 1 weist ein Außengewinde 40 auf und rotiert bei Zustellung oder Lösen mittels eines Gewindetriebs 41 in einem Innengewinde 39 eines die Bremsscheibe 6 umgreifenden Getriebekäfigs 36 um die Rotationsachse 5.
Zugleich dient der Getriebekäfig 36 an der anderen Seite 34 der Bremsscheibe 6 als Belaghalter 3, wobei an der Innenseite 38 des Getriebekäfigs 36 ein Bremsbelag 4 angeordnet ist. Der läuferförmige Belaghalter 1 rotiert bei Zustellung an die Bremsscheibe 6 in einer der Rotationsrichtung des Getriebekäfigs 36 entgegengesetzten Rotationsrichtung. Ein ungewollter Rücklauf eines Belaghalters oder des Getriebekäfigs 36 wird durch Freiläufe 44, 45 verhindert. Diese lassen die Bewegung in die Zustellrichtung 46 zu, während sie in Rücklaufrichtung 47 sperren. Blockierte Freiläufe 44, 45 können wiederum durch ein vorbestimmtes Signal entsperrt werden.
Fig. 8 zeigt einen Teilschnitt und Fig. 9 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels mit Planetengetriebe. Ein läuferförmiger Belaghalter 1 ist dabei an einem Getriebekäfig 36 gelagert, der die Bremsscheibe 6 umgreift und an der anderen Seite wiederum Bremsbeläge 4 aufweist. Der läuferförmige Belaghalter 1 ist über ein Lager 75 an dem Getriebekäfig 36 rotierbar. Scheibenabgewandt auf der anderen Seite des läuferförmigen Belaghalters 1 ist ein Planetengetriebe angebracht, das im Ausführungsbeispiel zwei Planetenzahnräder 49 aufweist, die mit einer Außenverzahnung 76 in einer Innenverzahnung 77 des Getriebekäfigs 36 laufen. Auf diese Weise werden an der scheibenzugewandten Seite des läuferförmigen Belaghalters 1 an mit den Planetenzahnrädern 49 mitdrehbar verbundene Bremsbeläge 2 an die Bremsscheibe 6 zugestellt oder in der anderen Rücklaufrichtung 47 von ihr gelöst. Die Planetenzahnräder 49 drehen sich dabei um zur Rotationsachse 5 der Bremsscheibe 6 parallele Geraden 7. Der Antrieb des läuferförmigen Belaghalters 1 erfolgt über eine Antriebseinheit 29.
Fig. 10 zeigt einen Teilschnitt und Fig. 11 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels mit Gewindespindelantrieb und einem aus zwei Seitenteilen 60, 61 bestehenden Getriebekäfig 36 mit hierin integrierten federnden Elementen 10 mit relativ zur Rotationsachse 5 der Bremsscheibe 6 eine je nach lokal anliegender vorbestimmt geneigte Bewegungsachse 71 aufweisen. Die Rotation sowohl des läuferförmigen Belaghalters 1 als auch des Getriebekäfigs 36 wird über zwei Gewindespindelpaare 55, 56 vollzogen. Die Gewindespindelpaare 55, 56 sind sowohl mit einem Drehgestell 59 als auch mit einem, die Bremsbeläge tragenden Seitenteil 60 des Getriebekäfigs 36 beziehungsweise mit dem läuferförmigen Belaghalter 1 in einer kardanischen Aufhängung 72 verbunden und haben unter anderem eine Funktion als Aufhängegestänge. Ein Gewindespindelpaar 55, 56 besteht aus zwei Gewindespindeln, welche so miteinander rotatorisch gekoppelt sind, daß durch dessen Rotation der entsprechende Belaghalter 1, 3 oder Getriebekäfig 36 um die Drehachse der Welle 67 rotiert. Die Gewindespindelpaare 55, 56 sind über ein Differential so miteinander und mit einer Antriebseinheit verbunden, daß eine Betätigung des Antriebs zu einer Rotation des Belaghalters in eine Rotationsrichtung 73 führt, während durch die rotatorischen Kopplung die andere Gewindespindel so rotiert, daß eine Rotation des Seitenteils 60 in die entgegengesetzte Rotationsrichtung 74 vollzogen wird. Wird durch eine entsprechende Betätigung der Antriebseinheit 29 eine Zustellbewegung bewirkt, so rotieren im ersten Moment sowohl der läuferförmige Belaghalter 1 als auch die Seitenteile 60, 61. Sobald die Bremsbeläge 2,4 die Bremsscheibe 6 berühren, wird eine Bremskraft erzeugt, die über eines der Gewindespindelpaare 55, 56 in das Drehgestell 59 abgeleitet wird. Die Gewindespindeln sind zudem selbsthemmend ausgelegt, blockieren durch die Belastung und verhindern eine Rückrotation. Das Differential sorgt dafür, daß das Antriebsmoment an das selbsthelfende und damit nicht blockierte Gewindespindelpaar weitergeleitet und hiermit eine weitere Zustellbewegung bewirkt werden kann. 1 Belaghalter
2 Bremsbelag
3 Belaghalter
4 Bremsbelag
5 Rotationsachse
6 Bremsscheibe
7 parallele Gerade
8 Betätigungswinkel
9 Zustellweg
10 federndes Element
11 Winkel γ
12 bremsmomentbedingte Kraft des Belaghalters auf den Gewindegang
13 Gewindedurchmesser
14 Reibkoeffizient
15 Reibradius
16 Bremsspindel
17 Gewindesteigung
18 resultierende Kraft auf Bremsbelag
19 resultierende Kraft
20 Gewindegang
21 Zustellkraft
22 Reibungskraft
23 Rotationsrichtung
24 Zustellrichtung
25 Richtung entgegen der Zustellrichtung
26 Gewindetrieb
27 Gewindetrieb
29 Antriebseinheit
32 Innengewinde
33 Seite der Bremsscheibe
34 Seite der Bremsscheibe
35 Außengewinde
36 Getriebekäfig
38 Innenfläche des Getriebekäfigs 36
39 Innengewinde an Getriebekäfig 36
40 Außengewinde an Belaghalter
41 Gewindetrieb zur Zustellung des Belaghalters
44 Freilauf
45 Freilauf
46 Zustellrichtung
47 Rücklaufrichtung
49 Planetenzahnrad
52 Außenverzahnung
53 Öffnung
54 Antriebsmotor
55 Gewindespindelpaar
56 Gewindespindelpaar
59 Drehgestell
60 Seitenteil
61 Seitenteil
63 Lager
64 Umfassungselement
65 Außengewinde
66 Innengewinde
67 Welle
68 Umfangszylinder
69 Halterung
70 Halterung
71 Bewegungsachse
72 kardanische Aufhängung
73 Rotationsrichtung
74 Rotationsrichtung
75 Lager
76 Außenverzahnung
77 Innenverzahnung
78 Außenradius
79 Außenradius

Claims

1. Bremszustellvorrichtung für eine Scheibenbremse, insbesondere eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs, mit einem ersten Belaghalter (1) mit einem ersten Bremsbelag (2) und einem zweiten Belaghalter (3) mit einem zweiten Bremsbelag (4), die in Richtung einer Rotationsachse (5) einer Bremsscheibe (6) an die Bremsscheibe (6) in Zustellrichtung (24) zustellbar sind, wobei die Zustellbewegung aus einer gekoppelten Linear- und einer um eine zur Rotationsachse (5) kollinear oder parallelen Achse (7) durchführbaren Rotationsbewegung aufgebaut ist, wobei die Rotationsbewegung um einen vorbestimmten Betätigungswinkel (8) einem vorbestimmten Zustellweg (9) entspricht, mit einem in den Kraftfluß zwischen dem ersten Bremsbelag (2) und dem zweiten Bremsbelag (4) zwischengeschalteten federnden Element (10), durch das die Zustellkraft der Bremsbeläge (2, 4) proportional zum Betätigungswinkel (8) steuerbar ist, mit einer Energieübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer durch eine elektrische Bremskrafterzeugungsvorrichtung (54) erzeugten elektrischen Antriebsenergie von einer Rotationsbewegung in eine translatorische, achsparallele Verschiebung des ersten (1) und/oder zweiten Belaghalters (3), wobei im Kraftfluß der Energieübertragungsvorrichtung eine Energieumsetzungsvorrichtung vorgesehen ist, die mittels der Zustellbewegung des ersten (1) und/oder zweiten Belaghalters (3) an die Bremsscheibe (6) ankoppelbar ist und durch die ein vorbestimmter Teil der aus der Rotation der Bremsscheibe (6) resultierenden kinetischen Energie mittels Reibkontakt des ersten (2) und/oder zweiten Bremsbelags (4) in eine Energie zur Zustellung des ersten (1) und/oder zweiten Belaghalters (3) umsetzbar ist, um die Belastung der elektrischen Bremskrafterzeugungsvorrichtung (54) während des Zustellvorgangs zu minimieren.

2. Bremszustellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (10) scheibenabgewandt angeordnet ist.

3. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federweg des federnden Elements (10) um zumindest eine Größenordnung größer ist als die Wärmedehnung oder die maximale elastische Verformung der Bremsbeläge (2, 4).

4. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Produkt aus Reibkoeffizient (14) und Reibradius (15) zumindest eines Bremsbelags (2, 4) der Änderung des Zustellwegs (9) bezogen auf die Änderung des Betätigungswinkels (8) entspricht.

5. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindesteigung (17) so ausgewählt ist, daß eine aus der Überlagerung von Reibmoment des Bremsbelags (2) und Zustellkraft resultierende Bremskraft (19) nahezu senkrecht auf den Gewindegang (20) wirkt.

6. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bremsbelaghalter auf einer längs der Rotationsachse (5) der Bremsscheibe (6) angeordneten Bremsspindel (16) mit einem Gewindegang (20) an die Bremsscheibe (6) auf der Bremsspindel (16) rotierend zustellbar sind, wobei die Bremsspindel (16) eine vorbestimmte Gewindesteigung (17) aufweist, die so ausgewählt ist, daß die Gewindesteigung (17) einem Winkel γ = arctan ((2.Reibradius/Gewindedurchmesser).Reibungskoeffizient (14) der Reibpaarung Bremsbelag/Bremsscheibe) entspricht.

7. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (1) und der zweite Belaghalter (3) mit den Bremsbelägen (2, 4) beidseitig der Bremsscheibe (6) auf die Bremsspindel (16) aufgesetzt angeordnet sind, wobei die aus Zustellkraft (21) und die über die Belaghalter an das Gewinde weitergeleitete Reibungskraft (22) resultierende Bremskraft (19) für eine vorbestimmte Drehrichtung (23) an einem der beiden Belaghalter (1, 3) nahezu senkrecht auf den Gewindegang (20) der Bremsspindel (16) gerichtet ist.

8. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rotatorische Bewegung des Belaghalters (1, 3) nur in Zustellrichtung (24) möglich ist, während eine Bewegung des Belaghalters (1, 3) in die der Zustellrichtung (24) entgegengesetzte Richtung (25) gehemmt ist.

9. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Belaghalter (1, 3) lösbar gehemmt ist.

10. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Bremsspindel (16) rotierbarer Belaghalter (1, 3) mittels eines selbsthemmenden Gewindetriebes (26, 27) antreibbar ist.

11. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belaghalter (1, 3) mittels jeweils eines selbsthemmenden Schneckengetriebes antreibbar sind.

12. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsthemmenden Gewindetriebe (26, 27) über ein Differential (28) von einem gemeinsamen Motor (29) angetrieben werden.

13. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem die Rotationsachse (5) der Bremsscheibe (6) mit Abstand umgebenden, senkrecht zur Rotationsachse (5) translatorisch festgelegt gehalterten Zylindermantel (68) ein Innengewinde (32) vorgesehen ist, wobei an beiden Seiten (33, 34) der Bremsscheibe (6) läuferförmige Belaghalter (1, 3) angeordnet sind, die jeweils mit dem Innengewinde (32) korrespondierende Außengewinde (35) aufweisen, wobei die läuferförmigen Belaghalter (1, 3) an die Bremsscheibe (6) zustellbar sind und die aus Zustellkraft (21) und Reibungskraft (22) resultierende Bremskraft (19) an einem Belaghalter (1, 3) nahezu senkrecht auf den Gewindegang (20) der Bremsspindel (16) gerichtet ist

14. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Belaghalter (1) als Getriebekäfig (36) ausgebildet ist, der die Bremsscheibe (6) in einem einstellbaren Umgreifungsabstand umgreift und ein anderer Belaghalter (3) durch ein kraftübertragendes Element mit dem ersten (1) verbunden ist und unter Verringerung des Umgreifungsabstandes zwischen den Belaghaltern (1, 3) um die Rotationsachse (5) der Bremsscheibe (6) rotatorisch an die Bremsscheibe (6) zustellbar ist.

15. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer die Rotationsachse (5) koaxial umgebenden Innenfläche (38) des Getriebekäfigs (36) an der anderen Seite der Bremsscheibe (6) ein Innengewinde (39) angebracht ist, in dem ein läuferförmiger, mit einem Außengewinde (40) versehener Belaghalter (3) geführt ist, wobei der läuferförmige Belaghalter durch einen Gewindetrieb (41) in Richtung Bremsscheibe (6) zustellbar ist.

16. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der läuferförmige Belaghalter (1, 3) über eine Radial- Axiallagerkombination mit dem Getriebekäfig (36) verbunden ist.

17. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Getriebekäfig (36) und der läuferförmige Belaghalter (3) an ihren Außenseiten (42, 43) jeweils einen entgegengesetzt laufenden Freilauf (44, 45) aufweisen, der die Bewegung jeweils nur in eine Zustellrichtung (46) zuläßt, während eine Rücklaufrichtung (47) gesondert freigebbar ist.

18. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (44, 45), der nicht blockiert ist, in Abhängigkeit von einem vorbestimmtem Signal freigebbar ist.

19. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (44, 45) elektrisch oder pneumatisch freigebbar ist.

20. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (44, 45) ab einer bestimmten Last nicht mehr oder erst freigebbar ist.

21. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß immer nur ein Freilauf (44) gegen Rücklaufen gesperrt ist, während der andere Freilauf (45) dann eine Drehung in Zustellrichtung (46) oder in Rücklaufrichtung (47) ermöglicht.

22. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß immer nur ein Freilauf (44, 45) freigebbar ist.

23. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Signal ein Zustellweg (9) ist.

24. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskrafterzeuger ein Elektromotor (39) ist.

25. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf einer Zustellspindel (48), drehfest sitzendes Planetenzahnrad (49) mit einer Innenverzahnung (77) eines Getriebekäfigs (36) kämmt und durch Drehung der Zustellspindel (48) in eine vorbestimmte Richtung den Bremsbelag (2) an die Bremsscheibe (6) heranstellt, wobei die Gewindesteigung (17) der Zustellspindel (48) so ausgewählt ist, daß sie unter Aufwendung minimaler Zustellkräfte durch den Antrieb (29) eine Ausnutzung der kinetischen Energie der Bremsscheibe (6) zur Bremsung ermöglicht.

26. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Zustellkraft über eine Pneumatik aufbringbar ist.

27. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gewindespindeln paarweise als Aufhängegestänge zwischen den Bremsbelagshaltern (1, 3) und einem Drehgestell (59) vorgesehen sind, wobei die Gewindespindeln eines Gewindelspindelpaares (55, 56) rotatorisch direkt gegensinnig miteinander und diese Gewindespindelpaare (55, 56) gegensinnig zueinander über ein Differential mit einer Antriebseinheit (29) verbunden und selbsthemmend ausgeführt sind, wodurch durch Betätigung des Antriebsmotors der Getriebekäfig (36) relativ zum läuferförmigen Belaghalter (1) verdrehbar ist, und damit Zustellbewegungen ausführbar sind.

28. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Getriebekäfig (36) zweigeteilt ausgeführt ist und zwischen beiden Seitenteilen ein Federnmechanismus angeordnet ist.

29. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegungsachse des Federmechanismuses senkrecht auf einem Gewindegang (17) der jeweiligen Seitenteile steht, so dass nahezu keine Querkräfte auf den Federmechanismus wirken.

30. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Antriebseinheit auch pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ist.

31. Bremszustellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsspindel 16 als Wälzgewinde ausgebildet ist.