DE19729024C1 - Verschleißnachstellvorrichtung für Scheibenbremsen - Google Patents

Verschleißnachstellvorrichtung für Scheibenbremsen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Verschleißnachstellvorrichtung für Scheibenbremsen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Verschleiß- Nachstellvorrichtung ist beispielsweise aus der WO 91/19115 bekannt.
Die Scheibenbremse mit einseitig vorgesehener Zuspannvorrichtung nach der WO 91/19115 beinhaltet einen Nockenhebel, der um eine zur Bremsscheibenebene parallele Achse drehbar ist und vorzugsweise über eine Traverse mit einer oder zwei Stellspindeln zusammenwirkt, gegen welche sich ein Bremsbelag abstützt. Die beiden Stellspindeln sind vermittels eines Riemens oder einer Kette gekoppelt. In eine Ausnehmung der einen Stellspindel ragt ein Drehantrieb, welcher vom Nockenhebel antreibbar ist und während des Anlegehubes ein Verschrauben der Stellspindel - und damit über den Zahnriemen auch der zweiten Stellspindel - in Annäherungsrichtung an die Bremsscheibe bewirkt. Der Drehantrieb beinhaltet eine Einwegdrehkupplung sowie eine Drehmoment-Begrenzungs- bzw. Überlastkupplung, durch welche ein unge­ wolltes Verschrauben der Stellspindeln während des Festbremshubes und des Lösehubes vermieden wird.
Wesentliche Elemente der vorstehend genannten Bremsnachstellung sind die Einweg­ kupplung und die Überlastkupplung, welche z. B. als reibschlüssig arbeitende Systeme ausgelegt sind (z. B. die Einwegkupplung als Schlingfeder-Freilauf und die Überlastkupp­ lung als Reibrutschkupplung bzw. als Axialzahnkupplung). Die Funktion dieser Systeme ist durch die möglichen starken Streuungen der Reibwerte beeinflußt. In der WO 91/19115 wird z. B. in Fig. 5 dargestellt, daß die Überlastkupplung in Wälzlagertechnologie als Kugelkupplung ausgeführt ist, deren Schaltmoment sich ausschließlich durch die Geome­ trie der die Kugeln aufnehmenden rampenförmigen Taschen und die Größe der Vorspann­ kraft bedingt. Dieses System hat die Vorteile, quasi frei von Reibungseinflüssen zu sein und sehr hohe Schaltmomente auf kleinem Bauraum zu ermögllichen. Die Einwegkupp­ lung dieses Ausführungsbeispieles wird als Klemmrollen-Hülsenfreilauf realisiert, der über eine sehr hohe Ansprechgenauigkeit verfügt und die hohe Übertragungsmomente auf klei­ nem Bauraum ermöglicht.
Die in der WO 91/19115 gezeigte Nachstellvorrichtung ist u. a. auch für eine Scheiben­ bremse geeignet, wie sie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Die in diesen Figur gezeigte Bremse ist beispielweise aus der EP 0 566 008 bekannt. Zum Stand der Technik wird im übrigen noch die EP 0 492 143 genannt.
Ein Problem der Nachstellvorrichtung der WO 91/19115, die sich an sich bewährt hat, resultiert aus der Verwendung einer Vielzahl hochpräziser Bauteile (z. B. die Abtriebsbuch­ sen) und den damit verbundenen hohen Herstellkosten. Es besteht daher der Wunsch nach einer Vereinfachung des vorstehend beschriebenen Aufbaus zur Erzielung einer deutlichen Kostensenkung. Die Erfindung zielt darauf ab, dieses Problem zu lösen.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand des Anspruches 1. Es wird eine Verschleiß-Nachstellvorrichtung für eine Scheibenbremse für Fahrzeuge; insbesondere eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse für Nutzfahrzeuge, geschaffen, bei der ein beim Bremsen betätigter Drehhebel auf wenigstens ein verschiebliches Element einwirkt, welches wenigstens eine, vorzugsweise zwei, Stellspindel(n) betätigt, die einen Bremsbelag in Richtung einer Bremsscheibe drück(t)(en), wobei die Nachstellvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Stellspindel(n) durch Weiterdrehen nachstellt, wozu eine in Nachstellrichtung sperrende Einweg-Drehkupplung und eine Überlastkupplung vorgesehen sind, die zu einem kombinierten Einweg-Dreh- und Überlastkupplungssystem zusammengefaßt sind. Die Zusammenfassung dieser beiden Funktionen in einer baulichen Systemeinheit spart einerseits Kosten durch eine Reduzierung der benötigten Anzahl hochpräziser Bauteile und vereinfacht andererseits die Montage des Nachstellers.
Bevorzugt läßt sich dies dadurch realisieren, daß das Einweg-Dreh- und Überlastkupplungssystem als axial vorgespannte Wälzlagerkupplung mit zwei Wälzkörperlagern ausgebildet ist, die beidseits einer Schaltgabel angeordnet sind. Dabei wird ferner bevorzugt eine Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung ausgebildet, derart, daß bei einem einem der beiden Wälzkörperlager beim Überschreiten eines Grenzdrehmomentes ein Überlauf der Lagerelemente des Wälzlagers auftritt. Die Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung wird in unkomplizierter Art vorzugsweise als Rampenscheibe realisiert, welche eine der Laufscheiben des einen Axiallagers bildet. Es verbleibt im Grunde nur die Notwendigkeit, neben Standardteilen eine spezielle Rampenscheibe zu fertigen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines Hülsenfreilaufes zur Verdeutlichung der Funktion der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen Nachstellers;
Fig. 5 und Fig. 6 verschiedene Ansichten einer Scheibenbremse nach dem Stand der Technik, in welcher der Einsatz der erfindungsgemäßen Nachstellvorrichtung vorteilhaft ist.
Zunächst seien kurz Aufbau und Funktion der pneumatischen Scheibenbremse nach Fig. 5 und 6 skizziert. Die Scheibenbremse 1 weist einen Bremssattel 2 auf, der eine innenbelüftete Bremsscheibe 3 umgreift. Einseitig der Bremsscheibe 3 ist eine Zuspannvorrichtung 4 vorgesehen, welche einen gleitgelagerten Betätigungs-Drehhebel 5 aufweist, der von einer Kolbenstange eines Druckluftzylinders D bewegt wird und (siehe hierzu die gestrichelte Position des Hebels 5) seinerseits einen Exzenter 6 betätigt bzw. dreht, der wiederum über eine Druckstück-Traverse 7 mit zwei Stellspindeln 8, 9 zusammenwirkt, gegen welche sich einer der Bremsbeläge 10 abstützt. Die beiden Stellspindeln 8, 9 sind vermittels einer Kette 11 gekoppelt. Eine Feder 12 ist zwischen die Traverse 7 und den Bremssattel 2 gespannt und sorgt so für eine Vorspannung der Traverse 7 in Richtung des Drehhebels 5.
Die Traverse 7 weist an beiden Außenseiten jeweils eine mit Innengewinde versehene Bohrung auf, in welche die mit Außengewinden versehenen Stellspindeln 8 und 9 eingeschraubt sind. In die Ausnehmung der in Fig. 6 oberen Stellspindel 9 ragt ein Drehantrieb 13 (der hier nach dem Stand der Technik ausgebildet ist, was aber bzgl. des Grundprinzipes der Betätigung des Drehantriebes keinen Unterschied mit sich bringt), der vom Drehhebel 5 bzw. einem an diesem angeformten Stift 5' betätigt wird und während des Anlegehubes ein Verschrauben der Stellspindel 9 - und damit über die Kette 11 auch der anderen Stellspindel 8 - in Annäherungsrichtung an die Bremsscheibe 3 bewirkt.
Bei einer Beaufschlagung des Zylinders D mit Druckluft wird der Drehhebel 5 verschwenkt, was den Exzenter 6 dreht und die Traverse 7 zur Bremsscheibe 3 hin verschiebt, so daß sich die Spindeln 8, 9 in Richtung des einen Belages 10 bewegen. Die Druckstücke 14, 15 an den Enden der Stellspindeln 8, 9 schieben damit einen der Bremsbeläge 10 zur Bremsscheibe 3. Dabei verschiebt sich auch der an einem Bremsträger (nicht dargestellt) axial verschiebliche gelagerte Bremssattel 2, welcher den anderen Bremsbelag 10 mitnimmt, so daß die Bremse zuspannt.
Nachfolgend sei nunmehr der Aufbau des Drehantriebes bzw. des erfindungsgemäßen Verschleißnachstellers 13 unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Der in Fig. 1 dargestellte Verschleißnachsteller bzw. die Nachstellvorrichtung 13 besteht aus einem zentralen Bolzen 16, auf den ein Flansch 17 und eine Winkelbuchse 18 aufgesetzt sind, die zusammen ein Gleitlager 19 bilden. Der Zentralbolzen 16 ist in ein Distanzrohr 20 eingesetzt und bildet mit dem Distanzrohr 20, welches sich auf einem Mitnehmerstern 21 abstützt oder mit diesem ein­ stückig ausgeführt ist, ein axial wirkendes Federelement. Der Zentralbolzen 16 wird vor­ zugsweise als dehnfähige Schraube ausgeführt, die mit dem Mitnehmerstern 21 so ver­ schraubt ist, daß axiale Vorspannkräfte auf die Elemente zwischen Schraubkopf und Mit­ nehmerstern ausgeübt werden können. Zur Erzielung größerer Federwege kann das Distanzrohr 20 mit weiteren Federelementen, z. B. Tellerfedern kombiniert werden (nicht dargestellt). Ein zwischen dem Lager 19 und dem Rohr 20 angeordnetes, kombiniertes Einweg-Dreh- und Überlastkupplungssystem mit seinen beiden Axiallagern 22 und 26, von denen das Lager 22 als Wälzkörper-Freilaufsystem 22 wirkt, erfährt somit eine axiale Vor­ spannung.
Das Wälzkörper-Freilaufsystem 22 weist eine (in Fig. 1 untere) Rampenscheibe 23 zur Realisierung eines Axial-Rollenfreilaufes auf sowie einen auf die Rampenscheibe 23 auf­ gelegten Wälzkörperkranz 24 mit Käfig und Federelementen und eine darauf aufliegende Schaltgabel 25. Die Schaltgabel 25 bzw. deren Außenflächen ist/sind gleichzeitig "obere" Axiallagerlaufscheibe des Axial-Wälzkörper-Freilaufsystemes 22 als auch "untere" Axialla­ gerlaufscheibe für ein weiteres Axialwälzlager 26. Das weitere Wälzlager 26 dient zur Übertragung der Vorspannkraft. Es umfaßt neben der Schaltgabel einen auf der Schaltga­ bel aufliegenden Wälzkörperkranz (Bezugszeichen 27) und eine weitere (in Fig. 1 obere) Laufscheibe 28.
Durch eine über den Bolzen 16 gezogene Distanzhülse 29 zwischen Rampenscheibe 23 und Laufscheibe 28 wird das nötige axiale Lösespiel des Wälzkörperfreilaufes 22 gesi­ chert. Das heißt, die Länge der Distanzhülse 29 wird vorzugsweise so bemessen, daß bei nicht betätigter Schaltgabel 25 der Abstand zwischen der tiefsten Stelle der Rampe (Punkt "X") in der Rampenscheibe 23 (siehe hierzu Fig. 4) und der Lauffläche der Laufscheibe 28 (siehe bei "L") um den Betrag eines vorgegebenen Lösespiels größer ist als die gesamte Dicke der Wälzkörper des Freilauf-Axiallagers 22 und des Axiallagers 26 plus dem Abstand der beiden Lagerlaufflächen auf der Schaltgabel 25 (= Dicke der Schaltgabel) plus der max. Rampentiefe in der Rampenscheibe 23 bezogen auf die Auflagefläche der Distanzhülse 29 auf der Rampenscheibe 23.
Die Funktion des in Fig. 1 dargestellten Nachstellers 13 ist wie folgt: Der Nachsteller 13 ist durch ein Lagerelement 30 (Gummi-/Metall-Verbundbuchse) fest im Bremssattel 2 eingespannt. Vom Brems-Drehhebel greifen zahnförmige Nachsteller-Antriebsstifte in Ausnehmungen der Schaltgabel 25 ein. Bei einer Betätigung des Bremshebels wird die Schaltgabel 25 durch die Antriebsstifte im Sinne einer Zustelldrehbewegung des Mitnehmersternes 21 angetrieben. Dabei werden die Wälzkörper 24 des Freilaufes gegen die Rampenflächen auf der Rampenscheibe 23 bewegt, so daß ihre Rollbewegung dort durch auftretende Klemmkräfte gestoppt wird.
In diesem Zustand wird durch die erzeugten Klemmkräfte die Rampenscheibe 23 gedreht und diese Drehbewegung über den Mitnehmerstern 21 auf die Gewindespindeln des Verschleißnachstellsystems der Bremse übertragen. Bei korrektem Lüftspiel wird die Drehbewegung der Gewindespindeln 8, 9 durch Reaktionskräfte gestoppt. Da in Folge der Betätigung der Bremse die Schaltgabel weiterbewegt wird, erfolgt nun eine Verdrehung der Schaltgabel relativ zur feststehenden Rampenscheibe. Bei dieser Drehbewegung rollen die Wälzkörper 24 auf die Rampenflächen der Rampenscheibe 23 auf und bewegen diese dabei gegen die Vorspannkraft des Federsystems (bestehend aus dem Zentralbolzen 16, dem Federrohr 20 und ggf einem zusätzlichen Federelement in axialer Richtung).
Die Höhe des Drehmomentes, welches dazu erforderlich ist, um die starre Kopplung zwischen Schaltgabel 25 und Rampenscheibe 23 zu überwinden, ist durch die Steigung der Rampen und die Höhe der axialen Vorspannkraft vorgegeben. Da die Höhe der Vorspannkraft durch mehr oder minder starkes Eindrehen des zentralen (Dehn-)Bolzens 16 in den Mitnehmerstern 21 auf einfache Weise variierbar ist, kann das Begrenzungsmoment des Freilaufsystems, ab welchem die starre Koppelung aufgehoben wird, in weiten Grenzen genau eingestellt werden.
Der Verlauf des Begrenzungsmomentes in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel ist auf besonders einfache Weise durch Variation des Verlaufes der Rampensteigung beeinflußbar. Vorzugsweise wird die Rampenform degressiv ausgelegt, so daß sich ein mit der Zunahme des Verdrehwinkels abfallendes Drehmoment ergibt.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher das erforderliche Freilauf Lösespiel durch einen zwischen Rampenscheibe 23 und Schaltgabel 25 angeordneten weiteren Wälzkörperkranz 31 erzeugt wird, so daß die Distanzhülse 29 der Fig. 1 entfallen kann. Ansonsten entspricht die Funktion derjenigen der Fig. 1 und 4.
Zur Verdeutlichung der Funktion der Erfindung sei ergänzend auf Fig. 3 verwiesen. Fig. 3 zeigt einen Klemmrollenfreilauf, der entgegen dem Stand der Technik so dimensioniert ist, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzmomentes die elastische Verformung der kraftaufnehmenden Bauteile zur Gestaltung der Freilauframpen derart abgestimmt ist, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzmomentes ein Überweg ohne weiteren gravierenden Anstieg des übertragenen Momentes möglich ist. Bei einem besonders hohen Überwegbedarf (max. Bremswirkung) ist sogar entgegen dem Stand der Technik auch ein Überrollen einer Freilauframpe in die nächste Rampenmulde ohne Beschädigung des Freilaufes denkbar. Eine Begrenzung des Kraftanstieges im Überweg wird durch einen degressiven Verlauf der Rampenkontur erreicht. Grundsätzlich kann durch diese Maßnahme auch ein Absinken des Drehmomentes nach Überschreiten des Grenzdrehmomentes erreicht werden. Die Erfindung setzt bei dieser Idee an und überträgt sie auf die Lösung der Fig. 1 und 4.
Bezugszeichenliste
1
Scheibenbremse
2
Bremssattel
3
Bremsscheibe
4
Zuspannvorrichtung
5
Drehhebel
6
Exzenter
7
Traverse
8
,
9
Stellspindeln
10
Bremsbeläge
11
Kette
12
Feder
13
Drehantrieb
14
,
15
Druckstücke
16
Bolzen
17
Flanschscheibe
18
Winkelbuchse
19
Gleitlager
20
Distanzrohr
21
Mitnehmerstern
22
Wälzkörper Freilaufsystem
23
Rampenscheibe
24
Wälzkörperkranz
25
Schaltgabel
26
Axialwälzlager
27
Wälzkörperkranz
28
Laufscheibe
29
Distanzhülse
30
Lagerelement
31
Wälzkörperkranz

Claims (15)

1. Verschleiß-Nachstellvorrichtung für eine Scheibenbremse für Fahrzeuge; insbeson­ dere Verschleiß-Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheiben­ bremse für Nutzfahrzeuge; bei der
  • a) ein beim Bremsen betätigter Drehhebel (5) auf wenigstens ein verschiebli­ ches Element (7) einwirkt, welches wenigstens eine Stellspindel (8, 9) betä­ tigt, die einen Bremsbelag in Richtung einer Bremsscheibe drückt;
  • b) wobei die Nachstellvorrichtung (13) so ausgebildet ist, daß sie die Stellspin­ del (8, 9) durch Weiterdrehen nachstellt;
  • c) wozu eine in Nachstellrichtung sperrende Einweg-Drehkupplung und eine Überlastkupplung vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Einwegdrehkupplung und die Überlastkupplung baulich zu einem kombi­ nierten Einweg-Dreh- und Überlastkupplungssystem zusammengefaßt sind.
2. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einweg-Dreh- und Überlastkupplungssystem als Wälzlagerkupplung mit zwei Wälzkörperlagern (22, 26) ausgebildet ist, die beidseits einer Schaltgabel (25) angeordnet sind.
3. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (23) zur Drehmomentbegrenzung vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, daß bei einem der Wälzkörperlager (22) beim Überschreiten eines Grenzdrehmomentes ein Überlauf der Lagerelemente des Wälzlagers auftritt.
4. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung eine Rampenscheibe (23) umfaßt, welche eine der Laufscheiben des einen Axiallagers (22) bildet.
5. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampenscheibe (23) in einer ihrer Scheibenaußenflächen axial verlaufende Vertiefungen mit beidseits angeordneten Rampen aufweist.
6. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Freilauframpen beidseits der Vertiefungen unterschiedlich ist.
7. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampen einseits der Vertiefungen als Klemmrampen ausgebildet sind, derart, daß bei Überschreiten eines Grenzdrehmomentes ein Überspringen der Wälzlagerelemente in die benachbarte Vertiefung erfolgen kann.
8. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Freilauframpen vom tiefsten Punkt der Vertiefungen in Klemmrichtung zunächst konstant verläuft und dann degressiv abnimmt.
9. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Stellspindeln (8) einen zentralen Bolzen (16) aufweist, der über ein Lagerelement (30) - vorzugsweise eine Ultrabuchse - die Nachstellvorrichtung mit dem Bremssattel (2) verbindet.
10. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den zentralen Bolzen (16) ein Distanzrohr (20) geführt ist, welches sich auf einem Mitnehmerstern (21) abstützt und/oder mit dem Mitnehmerstern (21) einstückig ausgeführt ist, so daß der Zentralbolzen (16) mit dem Distanzrohr (20) ein axial auf die Lager (22, 26) einwirkendes Federelement bildet.
11. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbolzen (16) relativ zum Mitnehmerstern (21) axial verstellbar ist.
12. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbolzen (16) als dehnfähige Schraube ausgeführt ist, die mit direkt oder indirekt mit Mitnehmerstern (21) zur Erzielung axialer Vorspannkräfte verschraubt ist.
13. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzrohr (20) mit weiteren Federelementen wie Tel­ lerfedern kombiniert ist.
14. Verschleiß-Nachstellvorrichtung, nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Elementekombination:
  • 1. Rampenscheibe (23),
  • 2. erster Wälzkörperkranz (22) mit Käfig und Federelementen,
  • 3. Schaltgabel (25), deren eine Außenseite als Axiallager- Laufscheibenfläche des Axialwälzkörperfreilaufes find deren andere Außenseite als Axiallagerlaufscheibenfläche eines die axiale Vorspannkraft übertragenden zweiten Wälzkörperkranzes (26) ausgelegt ist, sowie
  • 4. zweite Laufscheibe (27) des zweiten Wälzkörperkranzes.
15. Verschleiß-Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Distanzhülse (29) zwischen der Laufscheibe (28) und der Rampenscheibe (23) über den zentralen Bolzen (16) geführt ist, deren Länge so bemessen ist, daß bei nicht betätigter Schaltgabel der Abstand zwischen der tief­ sten Stelle der Rampe in der Rampenscheibe (23) und der Lauffläche der Lauf­ scheibe (28) um den Betrag eines vorgegebenen Lösespiels größer ist als die gesamte Dicke der Wälzkörper der Axiallager (22 und 26) plus der Dicke der Schaltgabel (25) plus der maximalen Rampentiefe in der Rampenscheibe (23) bezogen auf die Auflagefläche der Distanzhülse (29) auf der Rampenscheibe (23).
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