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Die
Erfindung betrifft eine selbstverstärkende elektromechanische Scheibenbremse
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, die insbesondere
zur Verwendung als Radbremse in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist.
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Eine
derartige Scheibenbremse ist bekannt aus der
DE 101 51 950 A1 . Die bekannte
Scheibenbremse weist einen im Querschnitt U-förmigen Faustsattel als Bremssattel
auf, der eine Bremsscheibe am Umfang übergreift und in dem beiderseits
einer Bremsscheibe zwei Reibbremsbeläge einliegen. Der Bremssattel
ist quer zur Bremsscheibe verschieblich gelagert, es handelt sich
also um einen sog. Schwimmsattel. Die Verwendung eines Festsattels ist
allerdings ebenfalls möglich.
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Zur
Betätigung
weist die bekannte Scheibenbremse eine elektromechanische Betätigungseinrichtung
auf, mit der ein Reibbremsbelag an eine Seite der Bremsscheibe drückbar ist.
Durch das Andrücken
des einen Reibbremsbelags an die eine Seite der Bremsscheibe wird
der Bremssattel quer zur Bremsscheibe verschoben und drückt den
anderen Reibbremsbelag an die andere Seite der Bremsscheibe, wodurch
die Bremsscheibe gebremst wird. Die elektromechanische Betätigungseinrichtung weist
einen Elektromotor, ggf. ein Untersetzungsgetriebe und ein Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe
auf. Es sind die verschiedensten Arten von Getrieben verwendbar,
außer
Gewindetrieben kommt beispielsweise auch ein verdrehbarer Nocken als
Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe in Betracht. Anstelle
eines Elektromotors kann beispielsweise ein Elektromagnet Verwendung
finden. Das Adjektiv elektromechanisch in der Gattungsbezeichnung
bezieht sich also auf die Art der Betätigung der Scheibenbremse.
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Als
Selbstverstärkungseinrichtung
weist die bekannte Scheibenbremse einen Keilmechanismus mit einem
auf einer der Bremsscheibe abgewandten Rückseite des einen Reibbremsbelags
angeordneten Keil auf, der sich an einer Schrägfläche im Bremssattel abstützt. Die
Schrägfläche verläuft schräg zur Bremsscheibe,
es besteht ein Keilspalt zwischen der Schrägfläche und der Bremsscheibe, der
in einer Umfangsrichtung der Bremsscheibe, und zwar in deren vorgesehener
Drehrichtung, enger wird. Wird der Reibbremsbelag zur Betätigung der
Scheibenbremse an die drehende Bremsscheibe gedrückt, übt die drehende Bremsscheibe
eine Reibungskraft in Umfangsrichtung und somit in Richtung des
enger werdenden Keilspalts zwischen der Schrägfläche und der Bremsscheibe auf
den Reibbremsbelag aus. Aufgrund des Keilprinzips übt die Schrägfläche eine Kraft
auf den Reibbremsbelag aus, die eine Kraftkomponente quer zur Bremsscheibe
umfasst. Diese Kraftkomponente quer zur Bremsscheibe ist eine Andruckkraft,
die den Reibbremsbelag zusätzlich
zu einer von der Betätigungseinrichtung
aufgebrachten Andruckkraft an die Bremsscheibe drückt. Die
von der Betätigungseinrichtung
aufgebrachte Andruckkraft wird auf diese Weise vergrößert, es
findet eine Selbstverstärkung
statt. Der Keilmechanismus wandelt eine von der drehenden Bremsscheibe
auf den an sie gedrückten
Reibbremsbelag ausgeübte
Reibungskraft in eine Andruckkraft des Reibbremsbelags an die Bremsscheibe
um. Der Keil bzw. die Schrägfläche müssen keinen
konstanten Keilwinkel über
ihre gesamte Länge
aufweisen, der Keilwinkel kann sich in Abhängigkeit von einem Verschiebeweg des
Reibbremsbelags entlang der Schrägfläche ändern. In
diesem Fall kann von einem Rampenmechanismus gesprochen werden.
Vorzugsweise wird zu Beginn einer Zuspannung der Scheibenbremse
ein großer
Keil- oder Rampenwinkel gewählt,
um ein Lüftspiel
zwischen den Reibbremsbelägen
und der Bremsscheibe schnell zu überwinden.
Am Ende der Zuspannung bei großer
Brems- und Andruckkraft wird vorzugsweise ein kleiner Keil-oder
Rampenwinkel und eine infolgedessen hohe Selbstverstärkung gewählt.
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Um
eine Selbstverstärkung
auch bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe (Rückwärtsfahrt)
zu erreichen ist es bekannt, einen zweiten Keilmechanismus mit entgegengesetzt
angeordnetem Keil und entgegensetzt schräg verlaufender Schrägfläche bekannt.
Der Keilwinkel für
Vor- und Rückwärtsfahrt
kann zur Erzielung verschieden großer Selbstverstärkungen
verschieden sein.
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Es
sind auch andere Selbstverstärkungseinrichtungen
beispielsweise mit einem oder mehreren Stützhebeln bekannt, der/die den
an die Bremsscheibe gedrückten
Reibbremsbelag schräg
unter einem Stützwinkel
zur Bremsscheibe abstützen.
Der Stützwinkel
entspricht dabei dem Keilwinkel des Keilmechanismus.
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Den
selbstverstärkenden
Scheibenbremsen ist gemeinsam, dass der Reibbremsbelag zur Erzielung
der Selbstverstärkung
in Umfangsrichtung bzw. in Drehrichtung der Bremsscheibe bewegt
wird und diese Bewegung bzw. die von der Bremsscheibe auf den an
sie gedrückten
Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft
in eine Andruckkraft des Reibbremsbelags an die Bremsscheibe gewandelt
wird. Bei abnehmender Dicke des Reibbremsbelags durch Verschleiß wird der
Verschiebeweg des Reibbremsbelags in Umfangs- oder Drehrichtung
der Bremsscheibe größer. Ein
Verschiebeweg des Reibbremsbelags zur Erzielung einer bestimmten
Bremskraft verlängert
sich dadurch. Dies hat den Nachteil, dass sich eine Zeit bis zum
Erreichen einer gewünschten Bremskraft
verlängert.
Weiterer Nachteil ist, dass ein ausreichend großer Bauraum zur Verschiebung
des (verschlissenen) Reibbremsbelags vorgesehen werden muss. Bei
elektromechanischen Scheibenbremsen, bei denen sich Teile der Betätigungseinrichtung, Teile
des Bremssattels oder eines Gehäuses
mit dem Reibbremsbelag verschieben, können Platzprobleme entstehen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Scheibenbremse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Rahmensattel mit zwei
Bremsbelaghaltern und die Bremsbelaghalter außerhalb der Bremsscheibe verbindenden
Zugankern auf. Die Bremsbelaghalter sind beispielsweise plattenförmig, zwischen
ihnen befindet sich die Bremsscheibe. Die Reibbremsbeläge sind
an der Bremsscheibe zugewandten Seite der Bremsbelaghalter angeordnet.
Ein Rahmensattel hat im Vergleich mit einem Faustsattel den Vorteil,
dass er sich so ausbilden lässt,
dass die die Bremsbelaghalter verbindenden Zuganker durch das Andrücken der
Reibbremsbeläge
an die Bremsscheibe im Wesentlichen nur auf Zug beansprucht werden,
wogegen ein Faustsattel im Jochbereich auf Biegung beansprucht wird,
was für
Stabilität
und Steifigkeit des Bremssattels ungünstig ist. Die Bremsbelaghalter des
Rahmensattels lassen sich an beiden Enden mit Zugankern verbinden
was hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung ebenfalls günstiger
als bei den Schenkeln eines Faustsattels ist, deren in Bezug auf
die Bremsscheibe radial inneren Ränder frei sind.
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Zum
Verschleißausgleich
sind die Bremsbelaghalter der erfindungsgemäßen Scheibenbremse entlang
der Zuganker verschiebbar, so dass ein Abstand der Bremsbelaghalter
voneinander veränderbar
ist. Mit anderen Worten: Eine lichte Weite des Rahmensattels der
erfindungsgemäßen Scheibenbremse
ist einstellbar. Dadurch lässt
sich ein Lüftspiel,
d. h. ein Spalt zwischen den Reibbremsbelägen und der Bremsscheibe bei
nicht-betätigter
Scheibenbremse bei zunehmendem Verschleiß und abnehmender Dicke der
Reibbremsbeläge konstant
halten. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse
weist somit eine Verschleißnachstellung
auf. Dies hat den Vorteil, dass der Verschiebeweg des Reibbremsbelags
in Umgangs- oder Drehrichtung der Bremsscheibe unabhängig von
einer Dicke des Reibbremsbelags ist. Weiterer Vorteil ist, dass
sich der Verschiebeweg des Reibbremsbelag nicht mit zunehmendem
Verschleiß und
abnehmender Dicke des Reibbremsbelags verlängert. Bei einer Selbstverstärkungseinrichtung
mit sich über
einen Verschiebeweges Reibbremsbelags verändernder Selbstverstärkung hat
die erfindungsgemäße Scheibenbremse
den Vorteil, dass sich die Höhe
der Selbstverstärkung
nicht durch einen infolge Verschleiß des Reibbremsbelags verlängerten
Verschiebeweg ändert.
Auch bei einer variablen Übersetzung
der elektromechanischen Betätigungseinrichtung ändert sich
die Übersetzung
nicht durch Verschleiß des
Reibbremsbelags.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse
mit Blickrichtung radial zu einer Bremsscheibe, teilweise geschnitten;
und
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2 eine
zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse in einer 1 entsprechenden
Darstellung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die
in 1 dargestellte, erfindungsgemäße, selbstverstärkende,
elektromechanische Scheibenbremse 10 ist eine sog. Teilbelagscheibenbremse,
ihre Reibbremsbeläge
erstrecken sich nur über einen
begrenzten Winkel in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 20.
Sie weist einen Rahmensattel 12 mit zwei Bremsbelaghaltern 14, 16 und
zwei Ankerbolzen 18, die die Bremsbelaghalter 14, 16 als Zuganker
verbinden, auf. Die Bremsbelaghalter 14, 16 sind
als Platten ausgeführt,
sie sind parallel zueinander und parallel zu einer Bremsscheibe 20 angeordnet,
die sich zwischen ihnen befindet. Die Zuganker 18 verbinden
die Bremsbelaghalter 14, 16 an deren Enden außerhalb
eines Umfangs der Bremsscheibe 20. Die Ankerbolzen 18 sind
quer zur Bremsscheibe 20 und zu den Bremsbelaghaltern 14, 16 angeordnet.
Die Ankerbolzen 18 sind in einen der beiden Bremsbelaghalter 14 fest
eingepresst. Der andere Bremsbelaghalter 16 weist Hülsen 22 auf,
in denen die Ankerbolzen 18 verschieblich einliegen. Die
Hülsen 22 stehen
von einer dem einen Bremsbelaghalter 14 und der Bremsscheibe 20 abgewandten
Seite des anderen Bremsbelaghalters 16 ab. Die Ankerbolzen 18 sind
mit Schraubengewinden 24 an ihren in den Hülsen 22 befindlichen
Enden versehen. Die Ankerbolzen 18 stehen aus den Hülsen 22 vor
und es sind auf die vorstehenden Enden der Ankerbolzen 18 Muttern 26 aufgeschraubt,
die auf Stirnrändern
der Hülsen 22 aufsitzen
und auf diese Weise die beiden Bremsbelaghalter 14, 16 in
ihrem Abstand voneinander halten.
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An
den der Bremsscheibe 20 zugewandten Seiten der Bremsbelaghalter 14, 16 sind
Reibbremsbeläge 28, 30 angeordnet.
Die Ankerbolzen 18 und die Bremsbelaghalter 14, 16 befinden
sich in etwa in einer Höhe
mit Flächenmittelpunkten
der Reibbremsbeläge 28, 30.
Dadurch werden die Zuganker 18 bei einem Drücken der
Reibbremsbeläge 14, 16 an
die Bremsscheibe 20 zum Bremsen nicht oder nur gering auf
Biegung und die Bremsbelaghalter 14, 16 nicht oder
nur gering auf Torsion beansprucht.
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Zwischen
den Bremsbelaghaltern 14, 16 sind Schiebehülsen 32 auf
die Ankerbolzen 18 aufgesetzt. In die Schiebehülsen 32 sind
Gleitlagerbuchsen 34 eingesetzt und die Schiebehülsen 32 sind
mit einer Fettfüllung
versehen. Die Schiebehülsen 32 sind
Teil eines Bremsenhalters 36, der die Scheibenbremse 10 hält. Die
Ankerbolzen 18 sind quer zur Bremsscheibe 20 in
den Schiebehülsen 32 gelagert. Der
als Rahmensattel 12 ausgebildete Bremssattel der Scheibenbremse 10 ist
also ein quer zur Bremsscheibe 20 verschieblicher Schwimmsattel.
Die Schiebehülsen 32 sind
in einer gedachten Ebene mit der Bremsscheibe 20 angeordnet
und stützen
den Rahmensattel 12 dadurch beim Bremsen momentenfrei ab.
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Auf
einer der Bremsscheibe 20 zugewandten Seite des anderen
Bremsbelagerhalters 16 ist eine Rampenplatte 38 angeordnet.
Die Rampenplatte 38 und der Bremsbelaghalter 16 sind
an ihren einander zugewandten Seiten mit muldenförmigen, länglichen Vertiefungen versehen,
in denen Kugeln 40 als Wälzkörper einliegen. Die Vertiefungen
verlaufen beispielsweise gerade in einer Sekantenrichtung zur Bremsscheibe 20 oder
kreisbogenförmig
um eine gedachte, gemeinsame, die Bremsscheibe 20 rechtwinklig
schneidende Achse, die vorzugsweise mit einer Drehachse der Bremsscheibe 20 zusammenfällt. Auf
diese Weise führen
die Kugeln 40 die Rampenplatte 38 in Sekantenrichtung
oder kreisbogenförmig in
Drehrichtung der Bremsscheibe 20 verschiebbar.
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Die
Rampenplatte 38 trägt
auf ihrer dem anderen Bremsbelaghalter 16 ab- und der Bremsscheibe 20 zugewandten
Seite den Reibbremsbelag 30. Der Reibbremsbelag 30 ist
also nicht unmittelbar am Bremsbelaghalter 16 angeordet,
sondern mittelbar über
die am Bremsbelaghalter 16 verschiebbar geführte Rampenplatte 38.
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Zur
Betätigung
der Scheibenbremse 10 wird die Rampenplatte 38 parallel
zur Bremsscheibe 20 in deren Drehrichtung verschoben. Die
Kugeln 40 wälzen
in den wannenförmigen
Vertiefungen und drücken,
da die Vertiefungen zu ihren Enden hin flacher werden, die Rampenplatte 38 vom
anderen Bremsbelaghalter 16 ab. Dadurch bewegt sich die
Rampenplatte 38 mit dem an ihr angeordneten Reibbremsbelag 30 schräg auf die
Bremsscheibe 20 zu, der Reibbremsbelag 30 wird
an die Bremsscheibe 20 gedrückt. Beim weiteren Verschieben
der Rampenplatte 38 zieht der andere Bremsbelaghalter 16 über die Ankerbolzen 18 den
einen Bremsbelaghalter 14 zur Bremsscheibe 20 und
drückt
dadurch den Reibbremsbelag 28 an die andere Seite der Bremsscheibe 20,
die dadurch gebremst wird. Die drehende Bremsscheibe 20 übt eine
Reibungskraft auf die an sie gedrückten Reibbremsbeläge 28, 30 aus,
die die Rampenplatte 38 in Drehrichtung der Bremsscheibe 20 und
damit in ihrer Verschieberichtung beaufschlagt. Die von der drehenden
Bremsscheibe 20 auf den Reibbremsbelag 30 ausgeübte Reibungskraft bewirkt
somit eine zusätzliche
Kraft auf die Rampenplatte 38 in deren Verschieberichtung,
die über
die Abstützung
der Rampenplatte 38 mit den Kugeln 40 am anderen
Bremsbelaghalter 16 eine zusätzliche Andruckkraft der Reibbremsbeläge 28, 30 an
die Bremsscheibe 20 bewirkt. Auf diese Weise findet eine
Bremskraftverstärkung
statt, die Scheibenbremse 10 weist eine mechanische Selbstverstärkung auf. Die
Vertiefungen der Rampenplatte 38 und des anderen Bremsbelaghalters 16,
in denen die Kugeln 40 einliegen, bilden Rampen 42,
die Kugeln 40, die Rampen 42, die Rampenplatte 38 und
der andere Bremsbelaghalter 16 bilden einen Keil- oder Rampenmechanismus,
der die mechanische Selbstverstärkung
bei Betätigung
der Scheibenbremse 10 bewirkt.
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Zum
Betätigen
der Scheibenbremse 10, d. h. zum Verschieben der Rampenplatte 38,
weist die Scheibenbremse 10 eine elektromechanische Betätigungseinrichtung 44 mit
einem Elektromotor 46 und einem Schwenkhebel 48 auf.
Der Schenkhebel 48 ist schwenkbar am anderen Bremsbelaghalter 16 gelagert.
Im Bereich seiner Schwenklagerung ist der Schwenkhebel 48 mit
einer Verzahnung 50 versehen, die mit einer Verzahnung 52 der
Rampenplatte 38 kämmt.
Die beiden Verzahnungen 50, 52 verlaufen so, dass
sie beim Schwenken des Schwenkhebels 48 und der dadurch
bewirkten Verschiebung der Rampenplatte 38 in Eingriff
miteinander bleiben.
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An
einem seiner Schwenklagerung abgewandten Ende ist der Schwenkhebel 48 mit
einer Verzahnung 54 versehen, die kreisbogenförmig koaxial um
eine gedachte Schwenkachse des Schwenkhebels 48 verläuft. Diese
Verzahnung 54 kämmt
mit einem Ritzel 56, das drehfest mit einer Motorwelle
des Elektromotors 46 ist. Die Rampenplatte 38 wird
zur Betätigung
der Scheibenbremse 10 immer in Drehrichtung der Bremsscheibe 20 verschoben
um die gewünschte
Selbstverstärkung
zu erzielen.
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Die
beiden auf die Ankerbolzen 18 aufgeschraubten Muttern 26 sind
Teil einer Verschleißnachstelleinrichtung.
Durch synchrones Drehen der Muttern 26 auf den Ankerbolzen 18 lässt sich
ein Abstand der beiden Bremsbelaghalter 14, 16 voneinander
einstellen und dadurch ein Verschleiß der beiden Reibbremsbeläge 28, 30 ausgleichen.
Zum synchronen Drehen der Muttern 26 dient ein die Muttern 26 umschlingender
Zahnriemen 58, der mit Verzahnungen der Muttern 26 in
Eingriff steht. Der Zahnriemen 58 bildet einen Synchronantrieb
der Muttern 26.
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Zum
verschleißabhängigen Drehen
der Muttern 26 weist die Scheibenbremse 10 eine
selbsttätige
Nachstelleinrichtung 60 mit einer Torsionswelle 62 und
einer Rücklaufsperre 64 auf.
Die Torsionswelle 62 ist parallel zu den Ankerbolzen 18 nahe
an einem der beiden Ankerbolzen 18 angeordnet. Sie weist
an beiden Enden Zahnräder 66, 68 auf,
deren eines Zahnrad 66 mit einer Verzahnung 70 der
Rampenplatte 38 und deren anderes Zahnrad 68 mit
der Verzahnung einer der beiden Muttern 26 kämmt. Durch die
Verschiebung der Rampenplatte 38 bei Betätigung der
Scheibenbremse 10 wird die Torsionswelle 62 zumindest
an ihrem einen Ende verdreht und übt über ihr Zahnrad 68 ein
Drehmoment auf die Mutter 26 aus.
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Die
Rücklaufsperre 64 ist
nach Art einer Ratsche ausgebildet, sie weist eine Klinke 72 auf,
die mit einem Sperrrad 74 zusammenwirkt, welches drehfest auf
die Torsionswelle 62 aufgesetzt ist. Das Sperrrad 74 ist
ein Zahnrad mit sägezahnförmigen Zähnen, das
in einer Drehrichtung (Freilaufrichtung) drehbar ist, wogegen die
Klinke 72 gegen ein Drehen in Gegenrichtung (Sperrrichtung) sperrt.
In Sperrrichtung ist eine Drehung des Sperrrads 74 abhängig von
dessen Drehstellung in Bezug zur Klinke 72 um maximal eine
Zahnlänge
möglich.
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Die
Funktion der Verschleißnachstelleinrichtung 60 ist
folgende: Wird die Rampenplatte 38 zur Betätigung der
Scheibenbremse 10 in Drehrichtung der Bremsscheibe 20 verschoben,
dreht sie über
ihre Verzahnung 70 das Zahnrad 66 und damit die
Torsionswelle 62. Diese Drehung erfolgt in Freilaufrichtung
der Rücklaufsperre 64. Über ihr
anderes Zahnrad 68 dreht die Torsionswelle 62 die
Mutter 26. Die Drehrichtung ist so gewählt, dass sich der Abstand zwischen
der Rampenplatte 38 und dem einen Bremsbelaghalter 14 verkleinert.
Bei an der Bremsscheibe 20 anliegenden Reibbremsbelägen 28, 30 wird
ein Drehmoment zum Drehen der Muttern 26 größer, wodurch
sich die Torsionswelle 62 elastisch in sich verdreht, d.
h. tordiert. Beim Lösen
der Scheibenbremse 10 läuft
der gesamte Vorgang umgekehrt ab. Ist durch Verschleiß der Reibbremsbeläge 28, 30 eine
Drehung der Torsionswelle 62 beim Betätigen der Bremse 10 so
groß,
dass die Klinke 72 einen Zahn des Sperrrads 74 überwindet,
verringert sich die Rückdrehung
der Torsionswelle 62 beim Lösen der Scheibenbremse 10 um
eine Zahnlänge
des Sperrrads 74. Heben die Reibbremsbeläge 28, 30 beim
Lösen der
Scheibenbremse 10 von der Bremsscheibe 20 ab,
werden dadurch die Muttern 26 leichtgängig drehbar, die elastisch
tordierte Torsionswelle 62 entspannt sich und dreht dabei
die Muttern 26 so, dass sich ein Abstand der Bremsbelaghalter 14, 16 voneinander
verringert. Der Verschleiß der
Reibbremsbeläge 28, 30 wird
dadurch ausgeglichen.
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Bewegliche
Teile der Scheibenbremse 10, insbesondere die Betätigungseinrichtung 44 und
die Verschleißnachstelleinrichtung 60,
sind in einem Gehäuse 76 untergebracht,
dessen eine Gehäusewand von
der Rampenplatte 38 gebildet wird. Faltenbälge 78, 80 dichten
zwischen der Rampenplatte 38 und der Schiebehülse 32 sowie
zwischen der Schiebehülse 32 und
dem einen Bremsbelaghalter 14 ab. Die beweglichen Teile
der Scheibenbremse 10 sind dadurch schmutz- und wassergeschützt.
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Bei
der in 2 dargestellten Scheibenbremse 10 ist
anstelle der Torsionswelle 62 ein Elektromotor 82 zum
Drehen der Muttern 26 der Verschleißnachstelleinrichtung 60 vorhanden.
Die Verschleißnachstellung
erfolgt also elektromechanisch und nicht selbsttätig durch die Verschiebung
der Rampenplatte 38 bei Betätigung der Scheibenbremse 10.
Im Übrigen
sind die in 1 und 2 dargestellten
Scheibenbremsen 10 gleich aufgebaut und funktionieren in
gleicher Weise. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich 1 auf
die Erläuterungen
von 1 verwiesen.