DE1143403B

DE1143403B - Selbstverstaerkende Bremse, insbesondere Scheibenbremse fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1143403B
Application number: DED25037A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Franz Behles
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1957-02-28
Filing date: 1957-02-28
Publication date: 1963-02-07

Description

Selbstverstärkende Bremse, insbesondere Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine selbstverstärkende Bremse, insbesondere Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, mit zwei Betätigungseinrichtungen für einen Bremsbacken und Mitteln zum Ausgleich von Reibwertschwankungen durch selbsttätige Beeinflussung der Wirkung einer Betätigungseinrichtung auf den Bremsbacken.
Bei bekannten Bremsen wird neuerdings häufig auf eine Selbstverstärkung der Bremskraft verzichtet; man überläßt vielmehr die Verstärkung der Pedalkraft teuren Bremshilfen. Viele bekannte Bremsen mit Selbstverstärkung haben nämlich die Eigenschaft, daß bei ihnen die Selbstverstärkung vom Reibwert in dem Sinn abhängig ist, daß bei kleinerem Reibwert auch die Selbstverstärkung kleiner wird. Dies führt oft zu einer nachlassenden Bremswirkung bei Dauerbremsung sowie zu schlechter Spurhaltung, z. B. wenn die Räder einer Fahrzeugseite dem Regen ausgesetzt und die anderen geschützt sind. Bei zu hohem Reibwert, besonders bei kalten Bremsen, können diese blockieren.
Es ist zwar schon eine selbstverstärkende Bremse der eingangs erwähnten Art bekannt, bei der durch den Druck in der Bremsleitung ein Betätigungsglied beaufschlagt wird, welches über ein Ventil den Druck in einem zweiten Betätigungsglied in Abhängigkeit vom Reibwert steuert. Diese bekannte Anordnung berücksichtigt zwar den Reibwert, hat aber einen sehr komplizierten Aufbau. Das Steuerventil ist störanfällig. Vor allem aber ist das erste Betätigungsglied nicht imstande, die Bremse allein ausreichend anzulegen - es hat vielmehr praktisch nur eine Steuerfunktion -, so daß bei Störungen am Ventil oder am ersten Betätigungsglied die Bremse versagen kann.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Bremsbacken auf Kugeln abzustützen, die in Kegelstumpfschalen gelagert sind. Dies ergibt aber keine Veränderung in der Kraftrichtung und insofern keine Berücksichtigung von Reibwertschwankungen. Außerdem sind diese Kegelstumpfschalen nicht als zweite Betätigung ausgebildet und hat diese ältere Anordnung überhaupt nur eine Betätigung.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Bremse mit Selbstverstärkung und selbsttätiger Berücksichtigung der Reibwertschwankungen zu schaffen, bei der die vorstehenden Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an beiden Betätigungseinrichtungen die Betätigungsglieder unter der Einwirkung desselben vom Bremspedal ausgelösten Betätigungsmechanismus stehen, wobei ein Betätigungsglied eine stets gleichbleibende Wirkungsrichtung zur Bremsfläche aufweist, während die Wirkungsrichtung des zweiten Betätigungsgliedes über selbsteinstellende Obertragungsmittel in Ab- hängigkeit vom Reibwert veränderbar ist.
Durch die Erfindung hat jede Reibwertschwankung eine Änderung der Wirkungsrichtung des als nachgiebiges Widerlager wirkenden zweiten Betätigungsgliedes auf den auflaufenden Bremsbacken zur Folge, während am ersten Betätigungsglied die Wirkungsrichtung gleichbleibt. Dadurch ändert sich selbsttätig die senkrecht auf den auflaufenden Bremsbacken wirkende Komponente in dem Sinn, daß sie bei fallendem Reibwert steigt. Die Selbstverstärkung wird auf diese Weise auch bei Reibwertschwankungen selbsttätig auf einem praktisch gleichen Wert gehalten, oder sie ändert sich so, daß sie bei fallendem Reibwert zunimmt. Die nachteilige Ventilanordnung wird vermieden. Außerdem wirken beide Betätigungseinrichtungen tatsächlich auch als Betätigungseinrichtungen der Bremse selbst, so daß auch bei Störungen des Reibwertausgleiches die Bremse immer einwandfrei auf den Pedaldruck anspricht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind eine Bremsscheibe zwischen einem festen und einem scheibenförmig oder als Scheibenausschnitt ausgebildeten auflaufenden Bremsbacken und als Betätigungsglieder zwei an sich bekannte hydraulische Druckzylinder vorgesehen. Beide Druckzylinder können derart zum auflaufenden Bremsbacken angeordnet und mit ihm wirksam verbunden sein, daß die Bewegungsrichtung ihrer Kolben in an sich bekannter Weise senkrecht zur Brernsfläche gerichtet ist.
Eine andere Ausführung kann darin bestehen, daß einer der Druckzylinder, vorzugsweise der mit den selbsteinstellenden Übertragungsmitteln zusammenwirkende, zum auflaufenden Bremsbacken und zum anderen Druckzylinder geneigt ist. Als selbsteinstellende Übertragungsmittel können zwischen dem einen Druckzylinder und dem auflaufenden Bremsbacken Wälzkörper vorgesehen und ihnen Wälzflächen veränderlicher Neigung zugeordnet sein. Eine andere Ausführung sieht hierfür einen Zwischenhebel oder ein ähnliches Übertragungsglied vor, der mit dem Bremsbacken und der Kolbenstange des Druckzylinders gelenkig verbunden ist.
Eine erfindungsgemäße Ausführung mit den hydraulischen Betätigungsgliedern sieht vor, daß die beiden Druckzylinder unterschiedliche Kolbenquerschnitte aufweisen, wobei das Verhältnis der Betätigungskraft zur Selbstverstärkungskraft durch das Verhältnis der wirksamen Kolbenquerschnitte bestimmt ist. Es ist möglich, mit dem auflaufenden Bremsbacken weitere Betätigungsglieder, z. B. einen Handbremszug, zu verbinden, was möglichst derart erfolgen soll, daß seine Angriffspunkte am Bremsbacken möglichst nahe benachbart zu den Druckzylindern liegen. Hierbei ist dann das Verhältnis der Betätigungskraft zur Selbstverstärkungskraft durch das Verhältnis der wirksamen Hebelarme dieser weiteren Betätigungsglieder, bezogen auf den Angriffspunkt des Übertragungsgliedes, z. B. eines Seilzuges, bestimmt. Man kann dabei erreichen, daß eine Handbremse die gleiche Selbstverstärkung aufweist wie die Fußbremse, d. h. also auch als echte Notbremse verwendet werden kann. Die mechanische Betätigung kann auch allein vorgesehen werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer Scheibenbremse beschrieben, ohne daß der Zeichnung bzw. dem Besehreibungswortlaut ein einschränkender Sinn beizulegen ist. Es zeigt Fig. 1 eine Scheibenbremse in Ansicht (teilweise geschnitten), Fig. 2 den Kräfteplan der Bremse nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere Scheibenbremse in Ansicht, Fig. 4 den Kräfteplan der Bremse nach Fig. 3, Fig. 5 eine Wälzkörperanordnung im Schnitt, Fig. 6 eine andere Ausbildung der selbsteinstellenden Übertragungsmittel.
Nach Fig. 1 liegt eine bei Vorwärtsfahrt in Pfeilrichtung rotierende Bremsscheibe 10 zwischen einem festen Bremsbacken 11 und einem auflaufenden Bremsbacken 12. Der feste Bremsbacken 11 greift mit einem Arm 13 über die Bremsseheibe 10 hinweg, der gleichzeitig als Träger 14 für den auflaufenden Bremsbacken 12 ausgebildet ist.
Am Träger 14 befinden sich zwei Betätigungsglieder 15 und 16 für den auflaufenden Brernsbacken 12. Beide sind als hydraulische Druckzylinder 20 und 24 gleichen oder verschiedenen Querschnittes ausgebildet und durch die Leitung 17 mit dem Hauptzylinder der Bremsanlage verbunden. Eine Rückholfeder 18 ist am auflaufenden Backen 12 zweckmäßig so angeordnet, daß sie schräg zum und näher am Betätigungsglied 16 liegt. Beide Bremsbacken 11 und 12 sind in an sich bekannter Weise mit Bremsbelägen 19 versehen.
Das Betätigungsglied 15 ist so angeordnet, daß seine Wirkungsrichtung in bezug auf den Bremsbacken 12 stets gleichbleibt und senkrecht zur Bremsfläche gerichtet ist. Es besteht aus einem Druckzylinder 20 mit dem Kolben 21. Im Kolben ist ein sektorförmiges Druckstück 22 gelagert, das am Bremsbacken 12 anliegt. Eine Nase 23 oder ein ähnliches Organ am Brernsbacken 12 stellt eine Wälzverbindung zwischen dem sektorförmigen Druckstück und dem Bremsbacken 12 her, derart, daß bei Auswanderung des Bremsbackens 12 sich das Druckstück 22 auf ihm abwälzt und der Berührungspunkt beider Teile immer auf der Kolbenachse liegt.
Das Betätigungsglied 16 hat eigentlich mehr die Wirkung eines nachgiebigen Widerlagers. Hierfür ist ein hydraulischer Druckzylinder 24 gleichen oder größeren Querschnittes vorgesehen. Die Kolbenstange 25 des Druckzylinders 24 wirkt auf den Bremsbacken 12 nicht direkt, sondern über Selbsteinstellungsmittel, z. B. über eine Wälzpfanne 26, die mit einem Lenker 27 möglichst unter rechtem Winkel zur Kolbenstange 25 am Träger 14 angelenkt ist. Am Bremsbacken 12 befindet sich eine zweite, vorzugsweise gleich ausgebildete Wälzpfanne 29, und zwischen beiden liegt eine Kugel 28. Beide Wälzpfannen können halbkugelartig ausgebildet sein. Ihr Radius ist nur wenig größer als der Kugelradius, um möglichst kleine Verstellwege zu erzielen.
Durch die Wälzpfannen 26 und 29 ist eine Änderung der Richtung der Selbstverstärkungskraft S auf die Bremsfläche möglich. Wenn der Bremsbacken 12 während des Bremsvorganges nach Maßgabe des Reibwertes von der Bremsscheibe 10 in Drehrichtung mitgenommen wird, stellt sich automatisch ein bestimmter Anstellwinkel der Kugel 28 in den Wälzpfannen 26, 29 ein. Sinkt der Reibwert ß und damit die Reibungskrafta - P, dann wird die Kugel 28 auf den flacheren Teil in den Wälzpfannen 26 und 29 ausgelenkt, und die Selbstverstärkung ist dann entsprechend groß. Die Wälzpfannen 26, 29 können z. B. auch als Ellipsoide oder andere Rotationskörper ausgebildet sein. Eine von beiden kann auch nur in einer Ebene gewölbt sein.
Aus Fig. 2 geht der Kräfteplan der vorstehend beschriebenen Anordnung hervor. Es ist dabei P der gesamte Anpreßdruck des Backens und ß - P infolgedessen die vom Lenker 27 aufgenommene Reibungskraft, wenn y den Reibwert darstellt. B stellt die Betätigungskraft des Betätigungsgliedes 15 dar. S1 ist die durch das Betätigungsglied 16 bestimmte, zur Bremsscheibe senkrechte Komponente der Selbstverstärkungskraft S, die aus SI und der Reibungskraft M - P entsteht. S wirkt im Anstellwinkel o# der Selbsteinstellungsinittel, z. B. der Kugel in den Wälzpfannen, auf den auflaufenden Bremsbacken. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß bei kleiner werdendem p, sich ein spitzerer Winkel x einstellt und dabei das Verhältnis vom Anpreßdruck P zur Betätigungskraft B gleichbleibt. Das für die Bremswirkung entscheidende Verhältnis von der Reibungskraft p - P zur Betätigungskraft B ist proportional y.
Fig. J zeigt eine prinzipiell gleiche Anordnung in abgewandelter Bauweise. Die Anordnung der Bremsscheibe und der Bremsbacken zueinander ist dieselbe. Der als zweites Betätigungsglied vorgesehene Druckzylinder 30 liegt diesmal schräg zum Druckzylinder 20 des ersten Betätigungsgliedes, das genau, wie vorstehend beschrieben ist, aufgebaut ist. Die Kolbenstange 31 des Druckzylinders 30 wirkt wieder über Einstellmittel, z. B. über Wälzplannen 26, 29 und eine Kugel 28 als Wälzkörper auf den auflaufenden Bremsbacken 12. Als weiteres Betätigungsglied ist ein ebel 44 angeordnet, der mit dem Handbremszug 45 verbunden ist.
Mit dieser Anordnung wird eine noch geringere Reibwertempfindlichkeit erreicht. Die Verhältnisse gehen aus dem in Fig. 4 dargestellten Kräfteplan hervor. Die Betätigungskraft B, des geneigten Zylinders 30 steht in festem Verhältnis zur Betätigungskraft B des geraden Zylinders 20. Die Selbstverstärkungskraft S setzt sich aus B, und der Lenkerkraft L des Lenkers 27 zusammen. Bei kleinerem Reibwert wird der Anstellwinkel #x kleiner; die senkrechte Komponente der Selbstverstärkungskraft wird im Verhältnis zum Anpreßdruck größer; das Verhältnis von Betätigungskraft B zum Anpreßdruck wird kleiner. Somit ändert sich das Verhältnis von der Reibungskraft y - P zur Betätigungskraft B weniger stark als der Reibwert A. Weiterhin ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß die Selbstverstärkung für Rückwärtsfahrt größer ist als für Vorwärtsfahrt. Diese Eigenschaft der Bremse erleichtert das Anfahren am Berg.
Fig. 5 zeigt eine Wälzkörperanordnung, die bei Nichtgebrauch der Bremse den gewünschten Auflaufwinkel der Kugel beibehält. Zwischen beiden Wälzpfannen 26 und 29 befindet sich eine vorgespannte Feder 32, die durch Klammern 33 gehalten wird. Die Klammern 33 greifen in einen Ringspalt 34 an der Wälzpfanne 29 und in am Umfang angebrachte Ausfräsungen 35 der Wälzpfanne 26 ein. Die Feder drückt die Wälzpfannen 26 und 29 auseinander, bis die Klammern 33 die Federkraft aufnehmen und die entgegengesetzt wirkende Rückholfeder 18 die Wälzpfannen in dieser Stellung festhält. Von den Wälzpfannen ist die eine, 26, nur in einer Ebene gewölbt. Ein Balg 36 schützt die Wälzpfannen vor Verschmutzung.
Nach Fig. 6 ist zwischen dem Druckzylinder 37 und dem Bremsbacken 12 als Selbsteinstellungsmittel ein Zwischenhebel 38 angeordnet, der an der Kolbenstange 39 angelenkt ist und mit einem Bolzen 40 in einen entsprechenden Ausschnitt 41 einer Nase 42 am Bremsbacken 12 eingreift. Auch dieser Zwischenliebel 38 stellt sich von selbst in den entsprechenden Winkel zur Brennsfläche ein. Der Lenker 43 sorgt dafür, daß die Kolbenstange 41 und der Kolben im Druckzylinder 37 keine Seitenkraft aufnehmen muß.
Die automatische Nachstellung des auflaufenden Bremsbackens bei abgenutzten Bremsbelägen kann bei allen Ausführungen durch bekannte Vorrichtungen in den Betätigungszylindern oder Druckleitungen erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE- 1. Selbstverstärkende Bremse, insbesondere Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, mit zwei Betätigungseinrichtungen für einen Bremsbacken und Mitteln zum Ausgleich von Reibwertschwankungen durch selbsttätige Beeinflussung der Wirkung einer Betätigungseinrichtung auf den Bremsbacken, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Betätigungseinrichtungen die Betätigungsglieder unter der Einwirkung desselben vom Bremspedal ausgelösten Betätigungsmechanismus stehen, wobei ein Betätigungsglied eine stets gleichbleibende Wirkungsrichtung zur Brernsfläche aufweist, während die Wirkungsrichtung des anderen Betätigungsgliedes durch selbsteinstellende Übertragungsmittel in Abhängigkeit vom Reibwert veränderbar ist.
2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremsscheibe (10) zwischen einem festen (11) und einem scheibenförmig oder als Scheibenausschnitt ausgebildeten, auflaufenden Bremsbacken (12) angeordnet ist und als Betätigungsglieder zwei an sich bekannte hydraulische Druckzylinder (20, 24, 30, 37) vorgesehen sind. 3. Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckzylinder (20, 24) derart zum auflaufenden Bremsbacken (12) angeordnet und mit ihm wirksam verbunden sind, daß die Bewegungsrichtung ihrer Kolben in an sich bekannter Weise senkrecht zur Bremsfläche gerichtet ist. 4. Bremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Druckzylinder, vorzugsweise der mit den selbsteinstellenden Übertragungsmitteln zusammenwirkende (30), zum auflaufenden Bremsbacken (12) und zum anderen Druckzylinder (20) geneigt ist. 5. Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als selbsteinstellende Übertragungsmittel zwischen dem einen Druckzylinder (24) und dem auflaufenden Bremsbacken Wälzkörper vorgesehen und ihnen Wälzflächen veränderlicher Neigung zugeordnet sind. 6. Bremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem auflaufenden Bremsbacken (12) und der Kolbenstange (25, 31) des Druckzylinders (24, 30) Wälzpfannen (26, 29) zugeordnet sind, zwischen denen als Wälzkörper eine Kugel (28) angeordnet ist. 7. Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Wälzpfannen (26, 29) als halbkugelartige Schale ausgebildet und ihr Radius nur wenig größer ist als der Kugelradius. 8. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als selbsteinstellendes Übertragungsmittel ein Zwischenhebel (38) vorgesehen ist, der mit dem auflaufenden Bremsbacken (12) Lind der Kolbenstange (39) des Druckzylinders (37) gelenkig verbunden ist. 9. Bremse nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (25, 31, 39) des Druckzylinders (24, 30, 37) oder die ihr zugeordnete Wälzpfanne (26) durch einen vorzugsweise senkrecht zur Achse des Druckzylinders angeordneten Lenker (27, 38, 43) am festen Träger (14) für den Druckzylinder abgefangen ist. 10. Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckzylinder (20, 24) in an sich bekannter Weise unterschiedliche Kolbenquerschnitte aufweisen und das Verhältnis der Betätigungskraft zur Selbstverstärkungskraft durch das Verhältnis der wirksamen Kolbenquerschnitte bestimmt ist. 11. Brenise nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem auflaufenden Bremsbacken (12) mechanische Betätigungsglieder, z. B. ein Handbremszug (44, 45) allein oder zusätzlich zu den hydraulischen, derart verbunden sind, daß die Angriffspunkte am Bremsbacken (12) möglichst nahe benachbart zu den Druckzylindern (20, 24) liegen. 12. Bremse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Betätigungskraft der Bremse zu der Selbstverstärkungskraft durch das Verhältnis der wirksamen Hebelarme der weiteren Betätigungsglieder (44), bezogen auf den Angriffspunkt des Bremskraft-Übertragungsgliedes, z. B. eines Handbremszuges (45), bestimmt ist. 13. Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben des in gleichbleibender Wirkungsrichtung arbeitenden Betätigungsgliedes (15) über ein sektorförmiges Druckstück (22) mit dem auflaufenden Bremsbacken (12) verbunden ist. 14. Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzpfannen (26, 29) miteinander bzw. der Zwischenhebel (38) mit der Kolbenstange und/oder dem Bremsbacken federnd und/oder dämpfend so verbunden sind, daß ihre gegenseitige Lage zueinander sich erst bei einer Reibwertänderung verändert. 15. Bremse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß den Wälzpfannen (26, 29) für die federnde Verbindung eine zwischen Klammern (33) gehaltene, in Spreizrichtung wirkende Schraubenfeder (32) zugeordnet ist. 16. Bremse nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzpfannen (26, 29) sowie die Feder (32) durch einen Balg (36) aus elastischem Material gegen Verschmutzung geschützt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 916 022, 1094 493; USA.-Patentschriften Nr. 2 122 296, 2 236 345, 2 355 827, 2 377 277, 2 414 675.