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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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a. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine Trommelbremse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Bremsbacke für eine Trommelbremse, die verglichen mit herkömmlichen Bremsen eine beständigere Bremsdynamik, -steuerung und -leistung ermöglicht.
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b. Technischer Hintergrund
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Bei einer herkömmlichen Trommelbremse dreht sich eine Bremstrommel mit einem Rad bzw. Rädern nahe einem Ende einer Achse. Die Trommel bildet eine radial innere Bremsfläche. Ein Bremsträger ist um die Achse angeordnet, und ein Paar Bremsbacken sind an einem Ende schwenkbar an dem Bremsträger befestigt. Am entgegengesetzten Ende jeder Bremsbacke greift ein Betätigungselement wie etwa ein Nocken oder ein Hydraulikkolben oder -keil an, um die Bremsbacken zwischen Stellungen in Eingriff und außer Eingriff mit der Bremsfläche der Bremstrommel zu bewegen.
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Trommelbremsen sind zwar allgemein preiswerter als Scheibenbremsen, Trommelbremsen können jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Scheibenbremsen eine unbeständige Bremsdynamik, -steuerung und -leistung aufweisen. Beispielsweise haben Trommelbremsen ein Selbstverstärkungsmerkmal. Während des Bremsens wird durch die Drehung der Bremstrommel eine Kraft aufgebracht, die die auflaufende Bremsbacke in Eingriff mit der Bremsfläche der Bremstrommel beaufschlagt (während sie die ablaufende Bremsbacke außer Eingriff mit der Bremsfläche der Bremstrommel beaufschlagt). Dieses Merkmal führt oft dazu, dass eine Bremskraft aufgebracht wird, die bei niedrigen Geschwindigkeiten größer als erwünscht, bei hohen Geschwindigkeiten aber kleiner als erwünscht ist, und bei Verwendung von Reibmaterialien mit einem relativ hohen Reibungskoeffizienten besonders ausgeprägt ist. Ferner führt dieses Merkmal dazu, dass von der auflaufenden und der ablaufenden Bremsbacke ungleichmäßige Bremskräfte aufgebracht werden, wobei der Unterschied bei der von den Backen aufgebrachten Bremskraft mit ansteigendem Reibungskoeffizienten größer wird. Dieses Merkmal führt auch zu ungleichmäßigem Verschleiß der Bremsbacken. Bei herkömmlichen Trommelbremsen ist auch die Verwendung verhältnismäßig großer Lagerbolzen erforderlich, um die Bremsbacken schwenkbar mit dem Bremsträger zu koppeln. Da die Bolzen relativ groß sind, ist der radiale Abstand von der Mitte der Bremse zur Schwenkachse des Lagerbolzens relativ klein. Durch den relativ kleinen radialen Abstand wird das Selbstverstärkungsmerkmal der Bremse erhöht, und dies führt zu noch größerer Abweichung bei der Bremskraft zwischen der auflaufenden und der ablaufenden Bremsbacke.
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Bei herkömmlichen Bremsbacken für Trommelbremsen kann es in Anbetracht ihrer Bauweise ferner schwierig sein, bestimmte Lasten zu bewältigen. Eine herkömmliche Bremsbacke weist einen Bremsbelagträger, der den Bremsbelag trägt, und mehrere Stege auf, die den Bremsbelagträger tragen und die Bremsbacke an entgegengesetzten Enden mit dem Lagerbolzen und dem Betätigungselement verbinden. Aufgrund dieser Ausführung müssen die Stege sowohl den Bremsbelagträger als auch Lasten von den Lagerbolzen und dem Betätigungselement tragen. Die Stege bestehen deshalb aus verhältnismäßig schweren Werkstoffen und müssen so bearbeitet sein, dass sie geeignete Angriffsflächen bieten.
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Der Erfinder hat hierin einen Bedarf an einer Bremsbacke erkannt, mit der eine oder mehrere der oben bezeichneten Unzulänglichkeiten minimiert und/oder beseitigt werden.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Bremsbacke für eine Trommelbremse, die verglichen mit herkömmlichen Bremsen eine beständigere Bremsdynamik, -steuerung und -leistung ermöglicht.
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Eine Bremsbacke für eine Trommelbremse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen bogenförmigen Bremsbelagträger auf, der eine radial äußere Seite, die zur Aufnahme eines Bremsbelags ausgeführt ist, und eine radial innere Seite entgegengesetzt zur radial äußeren Seite definiert. Der Bremsbelagträger bildet ferner eine erste und eine zweite Hülse nahe einem ersten Ende des Bremsbelagträgers. Die erste und die zweite Hülse sind längs einer Achse ausgerichtet und axial voneinander beabstandet. Die erste und die zweite Hülse sind jeweils zur Aufnahme eines Lagerbolzens darin ausgebildet und sind um mehr als die Hälfte eines Umfangs des Lagerbolzens angeordnet.
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Eine Bremsenbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Bremsträger auf, der eine mittige Öffnung hat, die zur Aufnahme einer sich durch sie hindurch erstreckenden Achse ausgeführt ist. Die Bremse weist ferner eine erste Bremsbacke auf, deren erstes Ende über einen ersten Lagerbolzen mit dem Bremsträger verbunden ist. Die erste Bremsbacke weist einen bogenförmigen Bremsbelagträger auf, der eine radial äußere Seite, die zur Aufnahme eines ersten Bremsbelags ausgeführt ist, und eine radial innere Seite entgegengesetzt zur radial äußeren Seite definiert. Der Bremsbelagträger bildet ferner eine erste und eine zweite Hülse nahe einem ersten Ende des Bremsbelagträgers. Die erste und die zweite Hülse sind längs einer ersten Achse ausgerichtet und axial voneinander beabstandet. Die erste und die zweite Hülse sind jeweils zur Aufnahme des ersten Lagerbolzens darin ausgebildet und sind um mehr als die Hälfte eines Umfangs des ersten Lagerbolzens angeordnet. Die Bremse weist ferner eine zweite Bremsbacke auf, deren erstes Ende über einen zweiten Lagerbolzen mit dem Bremsträger verbunden ist. Die zweite Bremsbacke weist einen bogenförmigen Bremsbelagträger auf, der eine radial äußere Seite, die zur Aufnahme eines zweiten Bremsbelags ausgeführt ist, und eine radial innere Seite entgegengesetzt zur radial äußeren Seite der zweiten Bremsbacke definiert. Der Bremsbelagträger der zweiten Bremsbacke bildet ferner eine erste und eine zweite Hülse nahe einem ersten Ende des Bremsbelagträgers der zweiten Bremsbacke. Die erste und die zweite Hülse des Bremsbelagträgers der zweiten Bremsbacke sind längs einer zweiten Achse ausgerichtet und axial voneinander beabstandet. Die erste und die zweite Hülse des Bremsbelagträgers der zweiten Bremsbacke sind jeweils zur Aufnahme des zweiten Lagerbolzens darin ausgebildet und sind um mehr als die Hälfte eines Umfangs des zweiten Lagerbolzens angeordnet. Die Bremse weist ferner ein Betätigungselement in Eingriff mit einem jeweiligen zweiten Ende der ersten und der zweiten Bremsbacke auf. Eine Bewegung des Betätigungselements bewirkt, dass die erste und die zweite Bremsbacke sich zwischen Stellungen in Eingriff und außer Eingriff mit einer Bremsfläche bewegen.
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Eine Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Bremsen dar. Aufgrund der verbesserten Bremsbacke können in der Bremse Lagerbolzen mit kleinem Durchmesser verwendet werden. Folglich ist der radiale Abstand von der Mitte der Bremse zur Mitte der Lagerbolzen vergrößert, wodurch die Selbstverstärkungswirkung der Bremse und der Unterschied bei den Bremskräften zwischen der auflaufenden und der ablaufenden Backe verringert ist (besonders bei Verwendung mit Materialien mit höheren Reibungskoeffizienten). Die Bremsbacke ermöglicht auch eine steifere Bremsbacke am Angriffspunkt mit den Lagerbolzen als bei herkömmlichen Konstruktionen und nimmt die Lastübertragung von den Bolzen zum Bremsbelagträger von den Stegen weg. Durch die Konstruktion wird daher die strukturelle Integrität der Bremsbacke verbessert und gleichzeitig können das Gewicht und die Herstellungskosten der Stege verringert werden. Die Bremsbacke erleichtert auch die Verwendung von Buchsen auf dem Lagerbolzen zur Reibungsverminderung.
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Die vorstehenden und andere Aspekte, Merkmale, Einzelheiten, Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Lektüre der folgenden Beschreibung und Ansprüche und aus der Durchsicht der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Draufsicht auf eine Bremse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Bremse aus 1.
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3 bis 4 sind perspektivische Ansichten der Bremse aus 1.
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5 bis 6 sind perspektivische Ansichten einer Bremsbacke gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung identischer Bauteile in den verschiedenen Ansichten verwendet werden, ist in den 1 bis 4 eine Bremsenbaugruppe 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Bremsenbaugruppe 10 ist insbesondere zur Verwendung bei Schwerlastkraftwagen geeignet. Es sollte jedoch klar sein, dass die Bremsenbaugruppe 10 bei vielen verschiedenen Fahrzeugen und bei anderen Anwendungen als im Fahrzeugbereich verwendet werden kann. Die Bremsenbaugruppe 10 ist so ausgebildet, dass sie gegen eine in Durchsicht gezeigte Bremstrommel 12 wirkt, und kann einen Bremsträger 14, ein Betätigungselement 16, Lagerbolzen 18, 20 und ein Paar Bremsbacken 22, 24 aufweisen. Die Bremsenbaugruppe 10 kann auch andere herkömmliche Komponenten aufweisen, die hierin nicht im Einzelnen erörtert sind und zu denen zum Beispiel Befestigungsbügel und -metallteile und eine Nachstellvorrichtung gehören.
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Die Bremstrommel 12 bietet eine Bremsfläche 26 und ist auf dem Fachgebiet von herkömmlicher Art. Die Trommel 12 kann aus herkömmlichen Metallen und Metalllegierungen wie etwa Stahl oder Gusseisen gefertigt sein. Die Trommel 12 ist ringförmig und dreht sich mit dem Fahrzeugrad bzw. -rädern an einem Ende einer Achse um eine Mittelachse 28, die durch die Achse (und in 1 in die Zeichnung hinein und aus dieser heraus) verläuft.
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Der Bremsträger 14 ist zur Lagerung der verschiedenen Komponenten der Bremsenbaugruppe 10 vorgesehen. Der Träger 14 begrenzt eine mittige Öffnung 32, durch die sich die Fahrzeugachse erstrecken kann. Der Träger 14 kann ferner eine Öffnung aufweisen, durch die sich eine nicht gezeigte Nockenwelle erstreckt, die das Betätigungselement 16 trägt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet ein Abschnitt des Trägers 14 einen Befestigungsbügel 34, der zur Aufnahme und Lagerung der Lagerbolzen 18, 20 ausgeführt ist. Der Bügel 34 bildet ein oder mehrere U-förmige Lager 38, die sich von entgegengesetzten Seiten des Bügels 34 erstrecken. Die Lager 38 bilden eine Ausnehmung, die zur Aufnahme von Buchsen 40 ausgebildet ist, durch die sich die Bolzen 18, 20 erstrecken. Bei der dargestellten Ausführungsform bilden die Lager 38 zum Beispiel halbkreisförmige Ausnehmungen, die zur Aufnahme der Buchsen 40 und der Bolzen 18, 20 ausgebildet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet der Bügel 34 zwei Lager 38, die sich von jeder Seite des Bügels 34 erstrecken und längs der Achse eines entsprechenden Lagerbolzens 18, 20 voneinander beabstandet sind. Jedes Lager 38 ist zur Aufnahme einer entsprechenden Buchse 40 und eines Lagerbolzen 18, 20 ausgeführt und so ausgebildet, dass das Lager 38 um nicht mehr als die Hälfte eines Umfangs der Buchse 40 und des Bolzens 18, 20 angeordnet ist (z.B. nicht mehr als die Hälfte des Kreisumfangs einer runden Buchse 40 und eines runden Bolzens 18, 20). Folglich sind die Bolzen 18, 20 (und die Backen 22, 24, wie nachstehend beschrieben) an dem Träger 14 gelagert, können aber zur Wartung bzw. zum Austausch leicht vom Träger 14 abgenommen werden.
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Das Betätigungselement 16 ist dazu vorgesehen, eine Bewegung der Bremsbacken 22, 24 zwischen einer Stellung in Eingriff und einer Stellung außer Eingriff mit der Bremsfläche 26 der Trommel 12 zu bewirken. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst das Betätigungselement 16 einen herkömmlichen S-Nocken mit zwei Nasen, der auf einer nicht gezeigten Nockenwelle gelagert sein kann, die sich durch den Träger 14 erstreckt. Nockenstößel 42, 44, die mit einem Ende der Bremsbacken 22 bzw. 24 verbunden sind, folgen der Oberfläche des Betätigungselements 16, während es sich dreht, wodurch bewirkt wird, dass die Backen 22, 24 um von den Lagerbolzen 18, 20 definierte Achsen verschwenkt werden. Das Betätigungselement 16 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform zwar einen S-Nocken, es sollte aber klar sein, dass auch herkömmliche fluidbetätigte Kolben oder ein Keilmechanismus zum Einsatz kommen können bzw. kann, um die Backen 22, 24 zwischen einer Stellung in Eingriff und einer Stellung außer Eingriff mit der Bremsfläche 26 zu bewegen.
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Die Lagerbolzen 18, 20 sind zur schwenkbaren Lagerung der Bremsbacken 22 bzw. 24 an dem Bremsträger 14 vorgesehen. Die Lagerbolzen 18, 20 können runde Bolzen umfassen, deren Mittelachsen 46, 48 parallel zueinander und zur Achse 28 sind. Die Lagerbolzen 18, 20 sind zur Aufnahme in den Buchsen 40 und den Lagern 38 des Bügels 34 des Trägers 14 und von den Bremsbacken 22, 24 ausgebildet, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Bolzen 18, 20 einen kleineren Durchmesser als herkömmliche Lagerbolzen aufweisen, wodurch der radiale Abstand von der Achse 28 zu den Achsen 46, 48 erhöht ist und die Selbstverstärkungswirkung der Bremse und der Unterschied bei den Bremskräften zwischen der auflaufenden und der ablaufenden Backe verringert ist (besonders bei Verwendung mit Materialien mit höheren Reibungskoeffizienten).
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Die Bremsbacken 22, 24 sind für den gezielten Eingriff mit der Bremsfläche 26 der Trommel 12 vorgesehen, um ein Bremsmoment auf die Trommel 12 und ein oder mehrere Räder aufzubringen. Mit Bezug auf die 4 bis 5 kann jede Bremsbacke 22, 24 einen Bremsbelagträger 50, einen Bremsbelag 52 und zwei voneinander beabstandete Stege 54, 56 aufweisen.
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Der Bremsbelagträger 50 ist dazu vorgesehen, den Bremsbelag 52 zu tragen. Der Belagträger 50 kann aus herkömmlichen Metallen und Metalllegierungen einschließlich Stahl bestehen. Der Belagträger 50 hat eine bogenförmige Gestalt und definiert eine radial äußere Seite 58, die zur Aufnahme des Bremsbelags 52 ausgeführt ist, und eine radial innere Seite 60 entgegengesetzt zur radial äußeren Seite 58. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet der Bremsbelagträger 50 mehrere Hülsen 62 nahe einem Ende des Bremsbelagträgers 50. Die Hülsen 62 sind zur Aufnahme eines entsprechenden Lagerbolzens 18 bzw. 20 ausgebildet. Die Bolzen 18, 20 können an den Hülsen 62 mit einer Presspassung angreifen und an beiden Enden gebördelt sein, um die Bolzen 18, 20 gegen eine Bewegung relativ zu den Hülsen 62 zu fixieren. Die Buchsen 40 können zwischen benachbarten Hülsen 62 um die Bolzen 18 bzw. 20 angeordnet sein und sind zur Aufnahme in den Lagern 38 des Befestigungsflansches 34 ausgebildet. Die Hülsen 62 sind längs der Achse 46, 48 der Bolzen 18, 20 ausgerichtet und axial voneinander beabstandet. Bei der Montage der Bremse 10 erstrecken sich die Lager 38 des Befestigungsbügels 34 am Träger 14 so in die Räume zwischen den Hülsen 62, dass die Lager 38 und die Buchsen 40 sich mit den Hülsen 62 abwechseln und zwischen denjenigen Abschnitten des Lagerbolzens 18 bzw. 20, die in den Hülsen 62 angeordnet sind, um Abschnitte des Lagerbolzens 18 bzw. 20 angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die Backen 22, 24 jeweils drei Hülsen 62 auf. Bei dieser Anordnung sind vier Scherstellen längs des Bolzens 18 bzw. 20 geschaffen, im Gegensatz zu zwei Scherstellen bei derzeitigen Bremsbackenkonstruktionen, bei denen die Bremsbackenstege an den Lagerbolzen angreifen. Die zusätzlichen Scherpunkte erleichtern ferner die Verwendung von Bolzen 18, 20 mit kleinerem Durchmesser (z.B. kann bei einer Ausführungsform der Durchmesser des Bolzens zwischen etwa 0,625 und 0,75 Zoll betragen, gegenüber dem Durchmesser eines herkömmlichen Bolzens von 1,0 bis 1,5 Zoll). Im Gegensatz zu den Lagern 38 sind die Hülsen 62 um mehr als die Hälfte eines Umfangs des Lagerbolzens 18 bzw. 20 angeordnet (z.B. um mehr als die Hälfte eines Kreisumfangs eines runden Bolzens). Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Hülsen 62 nicht um den gesamten Umfang des Bolzens 18 bzw. 20. Es sollte jedoch klar sein, dass die Hülsen 62 in einer solchen Weise gebildet sein können, dass sie sich um den gesamten Umfang des Bolzens 18 bzw. 20 erstrecken, oder es kann alternativ eine Schweißung angewendet werden, um einen Spalt zwischen den Umfangsenden der Hülse 62 zu schließen. Wenn es erforderlich ist, die Bolzen 18, 20 oder die Backen 22, 24 auszuwechseln oder zu warten, kann die Baugruppe einer entsprechenden Backe 22 bzw. 24 und der Bolzen 18 bzw. 20 von dem Träger 14 abgenommen werden, indem der Bolzen 18 bzw. 20 von den Lagern 38 am Befestigungsbügel 34 nach außen bewegt wird (im Wesentlichen senkrecht zur Achse 48 oder 50).
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Der Bremsbelag 52 ist zum Reibeingriff mit der Bremsfläche 26 der Trommel 12 vorgesehen. Der Belag 52 kann aus herkömmlichen Reibwerkstoffen hergestellt sein. Der Bremsbelag 52 kann unter Verwendung mehrerer Nieten oder anderer herkömmlicher Befestigungselemente am Bremsbelagträger 50 befestigt sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist zwar ein einziger Bremsbelag 52 gezeigt, es sollte aber klar sein, dass jede Bremsbacke 22, 24 mehrere Bremsbeläge 52 aufweisen kann.
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Die Stege 54, 56 sind zum Tragen des Bremsbelagträgers 50 vorgesehen und können allgemein parallel zueinander verlaufen. Die Stege 54, 56 können aus Metallen und Metalllegierungen wie etwa Stahl bestehen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Stege 54, 56 aus Materialien mit einem geringeren Gewicht als herkömmliche Stege bestehen, weil die Stege 54, 56 keine Lasten von einem entsprechenden Bolzen 18 bzw. 20 auf den Bremsbelagträger 52 übertragen. Ferner können die Stege 54, 56 so ausgeführt sein, dass sie ein nicht oder wenig bearbeitetes Stanzteil umfassen, wodurch die Herstellungskosten für die Stege 54, 56 verringert werden. Die Stege 54, 56 haben eine bogenförmige Gestalt und erstrecken sich zwischen entgegengesetzten Enden 64, 66 der Bremsbacken 22, 24. Die Stege 54, 56 können unter Verwendung von Schweißungen oder anderen herkömmlichen Befestigungsmitteln an dem Bremsbelagträger 50 befestigt sein. Die Stege 54, 56 können aufeinander ausgerichtete halbkreisförmige Aussparungen 68 nahe dem Ende 64 begrenzen, die zur Aufnahme eines entsprechenden der Nockenstößel 42, 44 ausgebildet sind. Das entgegengesetzte Ende jedes Steges 54, 56 kann an einer entsprechenden Hülse 62 in der Bremsbacke 22 bzw. 24 angrenzen oder sie berühren. Die Stege 54, 56 können auch einen Verbindungspunkt für nicht gezeigte Zugfedern, die dazu verwendet werden, die Bremsbacken 22, 24 in Eingriff mit dem Betätigungselement 16 und die Bolzen 18, 20 in den Lagern 38 zu halten, sowie nicht gezeigte Rückholfedern bereitstellen, die dazu verwendet werden, die Bremsbacken 22, 24 in eine Stellung außer Eingriff mit der Bremsfläche 26 zu beaufschlagen.
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Eine Bremsenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung hat gegenüber herkömmlichen Bremsen mehrere Vorteile. Aufgrund der verbesserten Bremsbacke 22, 24 können Lagerbolzen 18, 20 mit kleinem Durchmesser bei der Bremse 10 verwendet werden. Infolgedessen ist der radiale Abstand von der Mitte 28 der Bremse zur Mitte 46, 48 der Lagerbolzen 18, 20 vergrößert, wodurch die Selbstverstärkungswirkung der Bremse und der Unterschied bei den Bremskräften zwischen der auflaufenden und der ablaufenden Backe verringert ist (besonders bei Verwendung mit Werkstoffen mit höheren Reibungskoeffizienten). Zum Beispiel erhöht sich bei einer Ausführungsform der radiale Abstand von der Mitte der Bremse zur Mitte des Lagerbolzens von 6,0 Zoll auf 7,5 Zoll. Die Konstruktion der Bremsbacke 22, 24 ermöglicht auch eine steifere Bremsbacke 22, 24 am Eingriffspunkt mit den Lagerbolzen 18, 20 als bei herkömmlichen Konstruktionen und nimmt die Lastübertragung von den Bolzen 18, 20 zum Bremsbelagträger 50 von den Stegen 54, 56 weg. Durch die Konstruktion wird deshalb die strukturelle Integrität der Bremsbacke 22, 24 verbessert, und gleichzeitig können das Gewicht und die Herstellungskosten der Stege 54, 56 verringert werden. Durch die Konstruktion der Bremsbacke 22, 24 wird auch die Verwendung der Buchsen 40 zur Reibungsverringerung erleichtert.
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Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bestimmte Ausführungsformen davon gezeigt und beschrieben worden, dem Fachmann wird aber klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.
