-
Die
Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer Bremsscheibe,
die mit einem sich drehenden, zu bremsenden Teil verbunden ist,
einer einen Bremsbelag aufweisenden Bremsbelagplatte, die mit ihrem
Bremsbelag der Bremsscheibe gegenüberliegend angeordnet ist,
einem Aktuator, der einen Elektromotor zum Betätigen einer Gewindespindel
aufweist, um die Bremsbelagplatte gegen die Bremsscheibe zu drücken, Mitteln
zur Führung der
Bremsbelagplatte, wobei die Mittel zur Führung der Bremsbelagplatte
unabhängig
von der Gewindespindel ausgebildet sind, so dass die während eines Bremsvorganges
an der Gewindespindel auftretenden Querbelastungen verringert sind.
-
Eine
derartige Bremsvorrichtung ist z. B. aus der prioritätsälteren,
jedoch nicht vorveröffentlichten
DE 196 48 581 A1 bekannt.
Bei der vorbekannten Bremsvorrichtung ist der Bremsbelag mit einer
Haltefeder versehen, die mit der Bremsbelagplatte verbunden ist
und die der Befestigung des Bremsbelags in einer Ausnehmung eines
hydraulisch betätigbaren Bremskolbens
dient. Eine Führung
des Bremsbelags erfolgt somit mittels des Bremskolbens, der seinerseits
in einer Bohrung eines Bremsgehäuses
geführt wird.
Die vorbekannte Anordnung ist jedoch nicht in der Lage, eine Drehmomentübertragung
zwischen der Bremsbelagplatte und dem Bremsgehäuse durchzuführen.
-
Eine
andere derartige Bremsvorrichtung ist aus der
DE 40 21 572 A1 bekannt.
Diese Bremsvorrichtung weist einen hohlen Kolben auf, in welchem eine
Drehwelle lagert, wobei die Drehwelle als Kugelumlaufspindel ausgebildet
ist, mit welcher eine Drehbewegung in eine Verschiebebewegung des Kolbens
umgewandelt werden kann. Die Drehwelle wird über ein Schneckengetriebe von
einem Elektromotor angetrieben.
-
Der
Kolben ist außenseitig
an zwei Seiten abgeflacht und an diesen Flächen mittels Gleitlager am
Gehäuse
gelagert, so daß er
gegen ein Verdrehen gesichert ist. Zudem ist der Kolben am Gehäuse mittels
Linearkugellager gelagert, die die Reibungskräfte beim Verschieben des Kolbens
minimieren sollen.
-
Grundsätzlich gilt
für Bremsvorrichtungen, dass
sie zur Erzeugung ausreichender Bremskräfte bei einem kurzen Betätigungsweg
eine hohe Betätigungskraft
zum Drücken
eines Bremsbelages gegen eine Bremsscheibe übertragen müssen. Für eine elektromechanische Bremsvorrichtung
bedeutet dies, dass ein beträchtliches
Kraftmoment bei der Umwandlung der vom Elektromotor erzeugten Drehbewegung
in eine translatorische Bewegung zur Erzeugung der Zuspannkraft
bereitgestellt werden muss.
-
Bei
Verwendung eines Kugelgewindetriebes ist die maximal übertragbare
Zuspannkraft durch geometrische Abmessungen und Anzahl der tragenden Kugeln
begrenzt. Bei elektromechanischen Bremsvorrichtungen wird deshalb
ein Rollengewindetrieb anstelle eines Kugelgewindetriebes verwendet,
da der Rollengewindetrieb bei gleichem Bauraum eine deutlich größere Zuspannkraft übertragen
kann. Der Wirkungsgrad eines Rollengewindetriebes mit Rückführung ist
jedoch wesentlich niedriger als der eines Kugelgewindetriebes.
-
Elektromechanische
Bremsvorrichtungen sind daher entweder mit einem Rollengewindetrieb und
einem entsprechend großen
Elektromotor zur Kompensation des geringen Wirkungsgrades ausgebildet
und können
die gewünschte
Zuspannkraft bereitstellen, oder weisen ein Kugelgewindetrieb und einen entsprechend
kleinen Elektromotor auf, können
dann jedoch oftmals nicht die gewünschte Zuspannkraft erbringen.
Es besteht daher ein erheblicher Bedarf nach einer Bremsvorrichtung
mit hoher Zuspannkraft und hohem Wirkungsgrad, das heißt nach
einer kompakten Bremsvorrichtung mit relativ kleinem Elektromotor,
wobei dennoch die gewünschte
Zuspannkraft erzeugt werden können
soll.
-
Ferner
werden einerseits bei einem Bremsvorgang die Bremsbelagplatten ein
Stück mitgenommen,
andererseits weitet sich durch die Zuspannkräfte die die Bremsscheibe übergreifende
Faust auf, wodurch Querkräfte
auf die Gewindespindel übertragen werden.
Dies führt
zu einer Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrades des die
Gewindespindel aufweisenden Getriebes.
-
Weiterhin
sind elektromechanische Bremsvorrichtungen entwickelt worden, bei
welchen die Bremsbelagplatte mittels eines Druckstückes und
eines Faltenbalges mit der Spindel verbunden ist. Durch den Faltenbalg
und das Druckstück
wird die das Biegemoment von der Spindel ferngehalten. Der Faltenbalg
bedeutet aber eine Einschränkung
bei der Auswahl des Getriebes zur Wandlung der Drehbewegung des
Elektromotors in eine Translationsbewegung der Spindel zur Betätigung der
Bremsbelagplatte insofern, als die Steigung der Spindel ein bestimmtes
Maß nicht überschreiten
darf, damit der Faltenbalg mit dem maximal auftretenden Spindeldrehmoment
nicht überlastet
wird.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Bremsvorrichtung
so weiter zu bilden, dass sie bei kompakter Bauweise noch eine hohe
Zuspannkraft bereit stellen kann.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die
Lösung
nach Anspruch 1 sieht Mittel zur Führung der Bremsbelagplatte
vor, die als zwei Führungsbügel ausgebildet
sind, die jeweils ein Führungsloch
aufweisen, durch das sich jeweils ein Führungsbolzen erstreckt, der
an einem die Gewindespindel umschließenden Gehäuse befestigt ist, wobei die
Gewindespindel etwa mittig zwischen den beiden Führungsbolzen angeordnet ist.
Durch die Verringerung der Querbelastungen wird der Wirkungsgrad
für die
Umwandlung einer Drehbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung
der Gewindespindel erhöht,
so dass ein kompakter Elektromotor zur Erzeugung der notwendigen
Zuspannkraft genügt.
Dies erlaubt wiederum eine kompakte Ausbildung der Bremsvorrichtung,
wobei alle mechanischen Anforderungen bzgl. der Zuspannkraft und
des Ansprechverhaltens erfüllt
werden können.
-
Die
Lösung
nach Anspruch 10 sieht eine spezielle Kugelumlaufmutter zur Betätigung der
Kugelumlaufspindel vor, die an der Lasteintragsseite eine geringere
Steifigkeit als im übrigen
Bereich aufweist. Hierdurch wird die Last auf mehrere Gewindegänge verteilt,
wodurch die von einem derart ausgebildeten Kugelgewindetrieb erzeugte
Zuspannkraft auch sehr hohen Anforderungen von Bremsvorrichtungen
schwerer Fahrzeuge genügt.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 einen
Bereich einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
mit unabhängig
von einer Gewindespindel zur Betätigung
einer Bremsbelagplatte ausgebildeten Führungsmittel in perspektivischer
Ansicht,
-
2a schematisch
einen horizontalen Schnitt durch die Bremsvorrichtung aus 1,
-
2b schematisch
einen vertikalen Schnitt durch die Bremsvorrichtung aus 1,
-
3 die
Bremsbelagplatte der Bremsvorrichtung nach 1 in Frontansicht
zusammen mit Führungsbolzen,
-
4 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
mit unabhängig von
der Gewindespindel ausgebildeten Führungsmittel,
-
5 eine
weitere erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
mit unabhängig
von der Gewindespindel ausgebildeten Führungsmittel,
-
6a die
Druckplatte der Bremsvorrichtung aus 1 zusammen
mit zwei Führungsbolzen und
eine Gewindespindel,
-
6b einen
Schnitt durch die Druckplatte entlang der Linie A-A aus 6a,
-
7 eine
weitere erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
mit unabhängig
von der Gewindespindel ausgebildeten Führungsmittel,
-
8 einen
vertikalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung,
-
9 die
in 8 gezeigte Bremsvorrichtung in der Seitenansicht,
-
10 schematisch
eine Draufsicht der in 8 gezeigten Bremsvorrichtung,
-
11 schematisch
einen herkömmlichen Kugelgewindetrieb
im Längsschnitt
zusammen mit einer grafischen Darstellung der Lastverteilung,
-
12 einen
erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
im Längsschnitt
zusammen mit einer grafischen Darstellung der Lastverteilung,
-
13a und 13b jeweils
einen Schnitt durch einen herkömmlichen
Kugelgewindetrieb, und
-
14a und 14b jeweils
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb.
-
Die
erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist
ein Gehäuse 1 auf,
in welchem eine elektromechanische Wandlereinrichtung (Aktuator)
zur Betätigung
einer Kugelumlaufspindel 2 vorgesehen ist (1, 8).
Am Gehäuse
ist eine aus einer Brücke 4 und
einem Klemmarm 5 bestehende Faust 6 angeordnet,
die den Randbereich einer Bremsscheibe 8 umgreift. Das
Gehäuse 1 und
die Faust 6 sind mittels eines biege- und torsionssteifen,
dünnwandigen
Blechringes 7 miteinander verbunden.
-
Die
elektromechanische Wandlereinrichtung bzw. der Aktuator weist einen
Elektromotor auf, der aus einer Wicklung 10, die den Stator
bildet, und aus einem Rotor 12 ausgebildet ist. Der Rotor
ist rohrförmig
ausgebildet, wobei an dessen Mantelfläche der Anker 11 befestigt
ist. Der rohrförmige
Rotor ist innerhalb des Magneten 10 angeordnet, wobei an
beiden Stirnenden des Ankers 11 jeweils ein Nadellager
oder ein Kugellager 13 zwischen dem Rotor und dem aus dem
Magneten 10 und dem Gehäuse 1 ausgebildeten
Stator vorgesehen ist, so daß zwischen
dem Rotor und dem Stator immer ein vorbestimmter Luftspalt 14 eingehalten
wird. Der rohrförmige
Grundkörper 12 ist
an seinem von der Bremsscheibe 8 abgewandten Ende nach
außen
abgekröpft,
wobei die Abkröpfung als
Zahnrad 15 ausgebildet ist. Das Zahnrad 15 steht mit
der Antriebsseite eines am Gehäuse 1 angeordneten
Planetengetriebes 17 in Eingriff. Das Planetengetriebe 17 ist
als ein- bzw. zweistufiges Untersetzungsgetriebe ausgebildet. Die
Abtriebsseite des Planetengetriebes 17 bildet eine Ringscheibe 18,
die über
einen Faltenbalg 19 mit einem rohrförmigen Drehkörper 21 verbunden
ist. Der Faltenbalg 19 ist biegeelastisch, jedoch torsionssteif,
so daß er
die Drehbewegung der Ringscheibe 18 unmittelbar auf den
rohrförmigen
Drehkörper 21 überträgt.
-
Der
rohrförmige
Drehkörper 21 ist
mit seinem zur Bremsscheibe 8 weisenden Ende drehfest mit
einer Kugelumlaufmutter 23 verbunden. Die Kugelumlaufmutter 23 ist
an ihrem vorderen, zur Bremsscheibe 8 weisenden Randbereich
radial nach außen
abgekröpft.
Diese Abkröpfung 24 wird
von einem im Querschnitt stufenförmig
in den Bereich zwischen dem rohrförmigen Drehkörper 21 und
dem Grundkörper 12 des Rotors
erstreckenden Rotationskörpers der
Faust 6 hintergriffen. Dieser Rotationskörper weist
auf der von der Bremsscheibe abgewandten Seite der Abkröpfung 24 der
Kugelumlaufmutter angeordnetes Ringsegment 25 auf, wobei
zwischen diesem Ringsegment 25 und der Abkröpfung 24 ein Axialkugellager 27 und
zwischen der nach innen weisenden Stirnseite des Ringsegmentes 25 und
dem Hauptkörper
der Kugelumlaufmutter 23 ein radiales Fixierungskugellager 28 angeordnet
sind. Das radiale Fixierungskugellager 28 befindet sich
vorzugsweise im Bereich der Längsmitte
der Kugelumlaufmutter 23. Die Kugelumlaufmutter 23 sitzt
mit einem Satz von Kugeln 30 auf der Kugelumlaufspindel 2.
-
Die
Kugelumlaufspindel 2 weist an ihrer zur Bremsscheibe zeigenden
Stirnseite eine zentrische, langgestreckte Ausnehmung 32 auf,
in der ein bolzenförmiges
Druckstück 33 lose
eingesetzt ist, das an beiden Endbereichen abgerundet und zwischen dem
Boden der Ausnehmung 32 und einer Druckplatte 35 eingeklemmt
ist. Im Umfangsbereich der zur Bremsscheibe 8 zeigenden
Stirnseite der Kugelumlaufspindel 2 ist die Kugelumlaufspindel 2 mittels
eines weiteren Faltenbalges 37 mit der Druckplatte 35 biegeelastisch,
jedoch torsionssteif verbunden. Das Druckstück 33 hält die Druckplatte 35 und
die Kugelumlaufspindel 2 auf vorbetimmten Abstand, wobei die
Druckplatte 35 um das lose eingesetzte Druckstück 33 verschwenkt
werden kann.
-
Die
Druckplatte 35 ist vorzugsweise als sogenannte Punktlast/Gleichstreckenlast-Konverterplatte
(PGKP) ausgebildet, das heißt,
daß die
Form so gestaltet ist, daß die
vom Druckstück 33 auf
die Druckplatte 35 ausgeübte, an einem Punkt ansetzende
Druckkraft gleichmäßig auf
eine zur Bremsscheibe 8 zeigende Druckfläche 36 übertragen
wird. Die Form der Druckplatte 35 wird mittels einer Finiten-Elemente-Rechnung bestimmt,
wobei sich in der Regel auf von der Bremsscheibe 8 abgewandten
Seite eine Form mit einer konkaven von außen in Richtung zur Mitte ansteigenden
Wölbung
ergibt und im Zentrum der Druckplatte 35 eine Delle ausgebildet ist,
in welcher das Druckstück 33 lagert.
An der Druckfläche 36 ist
lösbar
eine Bremsbelagplatte bzw. Bremsbelagrückenplatte 39 angebracht,
auf welcher ein Bremsbelag 40 befestigt ist. Bei einer
als PGKP ausgebildeten Druckplatte 35 kann eine dünne Bremsbelagplatte 39 verwendet
werden. Die Bremsbelagplatte 39 ist ein zusammen mit dem
jeweiligen Bremsbelag 40 auszuwechselndes Verschleißteil, weshalb
mit einer dünnen
Bremsbelagplatte beträchtliche
Kosten gespart werden können.
-
Am
Klemmarm 5 der Faust 6 ist eine weitere Bremsbelagplatte 39' mit einem zur
Bremsscheibe 8 weisenden Bremsbelag 40' angebracht
und beispielsweise mittels einer Schraube 42 befestigt.
-
Durch
das Vorsehen des Faltenbalges 19 zwischen der Ringscheibe 18 und
dem Drehkörper 19 ist
der den Elektromotor enthaltende Aktuator von der beim Bremsen auftretenden
Strukturverformung entkoppelt. Dies erlaubt auf Dauer eine präzise Funktion
des Elektromotors und insbesondere einen auf Dauer gleichbleibend
engen Luftspalt zwischen Rotor und Stator.
-
In 1 ist
eine perspektivische Ansicht des Gehäuses und des Verschiebemechanismus
des gehäuseseitigen
Bremsbelages gezeigt. Am Gehäuse 1 sind
außenseitig
zwei Führungsnuten 45 ausgebildet,
die jeweils durch zwei vom Gehäuse
nach außen vorstehenden
Wandungsstreifen 46 begrenzt sind. Die Führungsnuten 45 verlaufen
parallel zur Kugelumlaufspindel und sind etwa auf der gleichen Höhe wie die
Kugelumlaufpindel 2 angeordnet. An der zum Bremsbelag 40 weisenden
Stirnseite des Gehäuses 1 sind
zwei Führungsbolzen 48 ausgebildet.
Die Führungsbolzen 48 sind
wiederum parallel zur Kugelumlaufspindel angeordnet. Sie sind am
Gehäuse
angrenzend zu den Führungsnuten 45 ausgebildet,
wobei ihre Höhenposition
der Mitte zwischen den beiden Wandlungstreifen 46 der Führungsnuten 45 entspricht.
-
Die
Bremsbelagplatte ist mit zwei Führungsbügeln 50 versehen,
die auf Höhe
der Führungsnuten 45 angeordnet
sind und im rechten Winkel an der Bremsbelagplatte 39 angebunden
sind. Die Führungsbügel 50 bestehen
im wesentlichen aus einem streifenförmigen Wandungsteil, der ein
Stück beabstandet
von der Bremsbelagplatte 39 zweifach stufenartig im rechten
Winkel abgewinkelt ist. Der Führungsbügel 50 weist
somit einen kurzen, im rechten Winkel unmittelbar an der Bremsbelagplatte 39 angebundenen
Anbindungsabschnitt 52, einen sich daran im rechten Winkel
anschließenden
kurzen Tangentialführungsabschnitt 53 und
einen langen Radialführungsabschnitt 54 auf.
Am Tangentialführungsabschnitt 53 ist
ein Führungsloch 55 eingebracht,
durch das sich jeweils einer der Führungsbolzen 48 erstreckt.
Der Radialführungsabschnitt 54 befindet
sich zumindest bereichsweise in einer der Führungsnuten 45 und
weist vorzugsweise an seinen Längskanten nach
unten bzw. oben vorstehende Nippel auf, die unmittelbar an den Wandungsstreifen 46 der
Führungsnut 45 anliegen.
Diese Nippel 56 verhindern, daß die Führungsbügel bei Korrosion in den Führungsnuten 45 festsitzen.
-
Die
Führungsbügel 50 sind
somit durch die Radialführungsabschnitte 54 verschiebbar
in den Führungsnuten 45 gelagert,
wobei sie bezüglich
des Gehäuses 1 weder
nach oben noch nach unten ausweichen können. Dies bedeutet, daß die Bremsbelagplatte 39 und
damit der Bremsbelag 40 in horizontaler Richtung geführt ist,
so daß die
Position des Bremsbelages 40 in Radialrichtung bezüglich der Bremsscheibe 8 eindeutig
festgelegt ist. Mit den Radialführungsabschnitten 54 wird
somit die Radialposition des Bremsbelages 40 bezüglich der
Bremsscheibe 8 festgelegt.
-
Die
Führungsbolzen 48 sitzen
mit geringem Spiel bezüglich
der Tangentialrichtung der Bremsscheibe 8 in den Führungslöchern 55 der
Führungsbügel 50 (3),
so daß der
Belag bis zu einer Umfangskraft, die einer Abbremsung von z = 0,2
entspricht, gezogen wird und sich der Führungsbügel 50 erst bei Überschreitung
dieser Umfangskraft an den jeweiligen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Führungsbolzen 48 abstützt.
-
Der
Tangentialführungsabschnitt 53 ist
bezüglich
der Bremsbelagplatte 39 ein Stück in Richtung zum Gehäuse 1 versetzt
angeordnet. Dieser Versatz entspricht zumindest der Dicke eines
unbenutzten Bremsbelages 40 und gewährleistet, daß beim Nachstellen
der Bremsvorrichtung aufgrund der Belagabnutzung die Eingriffnahme
zwischen den Führungsbolzen 48 und
den Führungslöchern 55 auch
bei stark abgenutzten Bremsbelegen sichergestellt ist.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
ist somit die Bremsbelagplatte 39 und der daran angebrachte
Bremsbelag 40 unabhängig
von der Kugelumlaufspindel 2 durch die Führungsbügel 50 sowohl
in Tangential- als auch in Radialrichtung bezüglich der Bremsscheibe 8 geführt. Hierdurch
werden die beim Bremsen auftretenden Querkräfte nicht auf die Kugelumlaufspindel 2 übertragen
oder zumindest stark verringert. Da diese Querkräfte von der Kugelumlaufspindel 2 abgehalten
werden, arbeitet der aus der Kugelumlaufspindel 2, der
Kugelumlaufmutter 23 und den dazwischen angeordneten Kugeln 30 ausgebildete
Kugelgewindetrieb immer im idealen Wirkungsgradbereich, wodurch
eine relativ kleine Antriebseinheit genügt, um eine ausreichende Zuspannkraft
zur Verfügung
zu stellen.
-
In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
gezeigt, die wiederum zwei Führungsbügel 50 aufweist,
die jedoch nicht an einer Bremsbelagplatte, sondern an der Druckplatte
ausgebildet sind. Dies ist vorteilhaft, denn bei einem Verschleiß des Bremsbelages
muß lediglich
der Bremsbelag 40 zusammen mit der Bremsbelagplatte 39 ausgewechselt
werden, wobei die Führungsbügel 50 in
ihrer Anordnung an der Bremsvorrichtung verbleiben.
-
Eine
weitere Ausführungsform,
bei der die Führungsmittel
unmittelbar an der Druckplatte 35 angeordnet sind, ist
in 5 gezeigt. Die Führungsmittel weisen hierbei
Führungsbolzen 60 auf,
welche jeweils mit einem Ende an der Druckplatte 35 befestigt sind
und mit ihrem anderen Ende in einer am Gehäuse 1 ausgebildeten
Führungsbuchse 61 lagern.
Die Führungsbuchse
ist zur Verringerung des Reibungswiderstandes zwischen den Führungsbolzen 60 und der
Führungsbuchse 61 mit
einer Gleitbeschichtung 62 ausgekleidet, wie zum Beispiel
einer Teflonschicht.
-
Zur
Verhinderung einer Verspannung der beiden Führungsbolzen 60 aufgrund
von Fertigungstoleranzen oder bei Temperaturausdehnung der Druckplatte 35 kann
die auslaufseitige Führungsbuchse
mit einer im Querschnitt langlochförmigen Bohrung ausgebildet
sein, so daß der
Führungsbolzen
mit Spiel darin lagert. Eine hierzu alternative Ausführungsform
ist in den 6a und 6b gezeigt, bei
der der auslaufseitige Führungsbolzen 60 in
einem Langloch 63 der Führungsplatte 35 sitzt.
Das Langloch 63 erstreckt sich in Breitenrichtung der Führungsplatte
und weist an seinen beiden seitlichen Rändern schmale nach innen vorstehende
Stege 64 auf, die zur Bremsbelagseite hinterschnitten sind. Der
in diesem Langloch 63 lagernde Führungsbolzen 60 ist
an seinem Endbereich mit nutförmigen
Einschnitten 65 versehen, in welche die nach innen vorstehenden
Stege 64 des Langloches eingreifen, so daß der Bolzen 60 in
Längsrichtung
des Langloches mit Spiel gelagert ist und senkrecht zur Druckfläche 36 im
wesentlichen spielfrei fixiert ist. Dieses Bewegungsspiel des Bolzens 60 in
der Druckplatte 35 erlaubt einen Ausgleich des Abstandes
der beiden Führungsbolzen 60,
so daß diese
ohne Zwangskräfte spielfrei
in den beiden Buchsen 61 gelagert sein können.
-
Die
Bremsbelagplatte 39 ist über eine Klemmfeder (nicht
dargestellt) mit der Druckplatte 35 verbunden. Die Klemmfeder
erlaubt eine radiale Bewegung der Bremsbelagplatte 39 gegenüber der Druckplatte 35,
so daß zwischen
der Bremsbelagplatte 39 und der Druckplatte 35 eine
Schnittstelle mit axialer Zwangsführung und radialem Freiheitsgrad besteht.
Die Bremsbelagplatte 39 kann sich bei auftretender Umfangskraft
gegenüber
der Druckplatte 35 verschieben und wird an einem Halter
(nicht dargestellt) abgestützt.
Zur Verringerung der Reibung zwischen der Bremsbelagplatte 39 und
der Druckplatte 35 und somit zur Verringerung der Bolzenbelastung
kann die Bremsbelagplatte 39 sowie die Druckplatte 35 aus
einem Material bzw. mit einer Oberflächenbearbeitung mit geringem
Reibungskoeffizienten ausgebildet sein.
-
Eine
vereinfachte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
ist in 7 gezeigt, die im wesentlichen derjenigen aus 1 entspricht,
wobei jedoch der Radialführungsabschnitt des
Führungsbügels 50 und
die entsprechende Führungsnut 45 weggelassen
sind. Die Führungsbügel 50 weisen
lediglich den Anbindungsabschnitt 52 und den Tangentialführungsabschnitt 53 auf,
die mit den Führungslöchern 55 versehen
sind, durch welches sich die Führungsbolzen 48 erstrecken.
Diese vereinfachte Ausführungsform
kann zum Vorsehen einer Radialführung
mit Führungsbuchsen
(nicht dargestellt) ausgebildet sein, die in den Führungslöchern 55 stecken
und in Längsrichtung
der Führungsbolzen 48 ausgedehnt
sind, so daß sie
ein Kippen der Führungsbügel 50 gegenüber den
Führungsbolzen 48 verhindern.
-
Eine
weitere erfindungsgemäße Lösung zur Erhöhung der
Zuspannkraft durch Erhöhung
der Tragzahl des Kugelgewindetriebs einer Bremsvorrichtung wird
nachfolgend anhand der 8 bis 14b erläutert.
-
11 zeigt
schematisch im Querschnitt einen herkömmlichen Kugelgewindetrieb
mit einer Kugelumlaufmutter 68, einer Kugelumlaufspindel 69 und
mehreren dazwischen angeordneten Kugeln 70. Die Kugelumlaufmutter 68 ist
einendig an einem Axiallager 71 gelagert. Eine Spannkraft
F ist an die Spindel 69 an der Seite des Axiallagers 71 angelegt.
Die durch die Spannkraft F erzeugte Last wird zum überwiegenden
Teil von den lasteintragsseitigen ersten drei Umläufen 72 der
Gewinde der Kugelumlaufspindel 69 und der Kugelumlaufmutter 68 aufgenommen, so
daß die übrigen Umläufe nur
geringfügig
zur Lastübertragung
beitragen. wegen der kleinen Anzahl von Umläufen, die den wesentlichen
Teil der Last übernehmen,
ist die an dem Kugeltrieb erzeugte Zuspannkraft begrenzt.
-
Die
Ursache hierfür
ist, daß bei
der axialen Belastung des Kugeltriebes eine Stauchung der Kugelumlaufspindel
und eine Längung
der Kugelumlaufmutter auftreten, so daß die von der Lasteintragsseite
entfernten, sich gegenüberliegenden
Rillen der jeweiligen Umläufe
nicht exakt übereinstimmen
und zueinander versetzt sind. Die lasteintragsseitigen Rillen der
Umläufe
sind geringfügiger
versetzt als die übrigen Umläufe, so
daß diese
den wesentlichen Teil der Belastung übernehmen müssen (13a, 13b).
-
Erfindungsgemäß wird deshalb
ein Kugeltrieb vorgesehen, dessen Kugelumlaufmutter 23 lasteintragsseitig
eine geringere Steifigkeit als im übrigen Bereich der Kugelumlaufmutter
aufweist. Dies wird am einfachsten durch eine Kugelumlaufmutter 23 realisiert,
die lasteintragsseitig eine geringere Wandstärke als im übrigen Bereich aufweist.
-
12 zeigt
eine zweiteilige Kugelumlaufmutter 23 die eine innere Lagerbuchse 74 und
ein äußeres zylinderförmiges Muttergehäuse 75 aufweist. Die
Lagerbuchse weist im Querschnitt ein von der Lasteintragsseite zur
Lastaustragsseite zunehmendes Profil auf, wobei lastaustragsseitig
ein radial nach außen
vorstehender Ringvorsprung 76 ausgebildet ist. Der Ringvorsprung 76 wird
von einem korrespondierenden Ringsegment 75 des Muttergehäuses 75 hintergriffen.
Lasteintragsseitig ist das Muttergehäuse radial nach außen abgekröpft, um
eine Anlagefläche 79 für ein Axiallager 80 bereitzustellen.
Durch diese zweiteilige Ausbildung der Kugelumlaufmutter 23 wird
die auf Druck belastete Lagerbuchse 74 von dem auf Zug
belasteten Muttergehäuse 75 vorgespannt,
wobei der mit der Kugelumlaufspindel 2 in Eingriff stehende
Körper,
nämlich
die Lagerbuchse 74, mit einer erfindungsgemäßen Steifigkeitsverteilung
ausgebildet ist und dennoch eine zugbelastete Kugelumlaufmutter 23 geschaffen
wird. Wie aus dem in 12 gezeigten Diagramm ersichtlich
ist, ist die Einzelbelastung der jeweiligen Umläufe deutlich geringer als bei
der herkömmlichen
Ausführungsform und
beträgt
maximal etwa 17 %, so daß sich
die Gesamtbelastung gleichmäßiger auf
die einzelnen Umläufe
verteilt. Hierdurch ist es möglich,
mit dem erfindungsgemäßen Kugeltrieb
höhere
Kräfte
zu übertragen
und somit eine höhere
Zuspannkraft bereitzustellen.
-
Alternative
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter 23 sind
in den 14a und 14b gezeigt.
Die Ausführungsform nach 14a weist eine druckbelastete Mutter auf, bei
der die Wandstärke
von der Lasteintragsseite zur Lastaustragsseite im wesentlichen
kontinuierlich zunimmt.
-
Die
Ausführungsform
nach 14b weist eine zugbelastete
Mutter auf, wobei die Spindelbelastung mittels einer Spindelhülse 82 umgelenkt
wird, so daß sie
an der vom Axiallager 71 entfernten Seite der Kugelumlaufmutter
eingebracht wird.
-
Eine
bevorzugte, einteilige Ausführungsform der
Kugelumlaufmutter 23 ist in 8 gezeigt.
Diese bereits oben beschriebene Kugelumlaufmutter 23 ist mit
der Abkröpfung 24 versehen,
so daß sie
von außen
auf Zug belastet werden kann. Im Bereich der Abkröpfung 24 ist
von der Lasteintragsseite ein Schlitz in den die Kugelumlaufspindel 2 umgebenden rohrförmigen Körper der
Kugelumlaufmutter 23 eingebracht, so daß der zur Bremsscheibe 8 weisende Bereich
der Kugelumlaufmutter eine geringere Wandstärke als der von der Bremsscheibe
entfernte Bereich aufweist. Da die Lasteintragsseite auf der Seite
der Bremsscheibe bzw. der Druckplatte 35 liegt, weist diese
Kugelumlaufmutter lasteintragsseitig eine geringere Steifigkeit
als lastaustragsseitig auf, wodurch der erfindungsgemäße Effekt
der gleichmäßigen Verteilung
der Belastung der einzelnen Umläufe erzielt
wird.
-
Hierdurch
wird die Belastung des einzelnen Umlaufes verringert und die Belastung
kann auf mehrere Umläufe
verteilt werden. Bei herkömmlichen
Kugeltrieben wurde die wesentliche Belastung von zwei bis drei Umläufen aufgenommen,
wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Kugeltrieb
die Belastung auf bis zu 8 oder mehr Umläufe verteilt werden kann. Hierdurch
können
mit einem, einen hohen Wirkungsgrad aufweisenden Kugelgewindetrieb
Kräfte übertragen
werden, wie es bisher nur von Rollengewindetrieben bekannt ist.
Es wird somit ein Getriebeteil geschaffen, der bei hohem Wirkungsgrad
die für
die Bremsvorrichtung notwendigen Zuspannkräfte übertragen kann, wodurch es
möglich
ist, relativ kleine Antriebseinheiten vorzusehen und die gesamte Bremsvorrichtung
kompakt auszubilden.
-
Bei
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
erfindungsgemäßer Kugeltriebe
weisen die Kugelumlaufmuttern Bereiche mit unterschiedlicher Wandungsstärke auf.
Für die
Erfindung ist wesentlich, daß die
Steifigkeit der Kugelumlaufmutter an diejenige der Kugelumlaufspindel
angepaßt
ist. Dies kann auch in ähnlicher
Weise durch Ausbildung einer hohlen Kugelumlaufspindel, die eine
entsprechend variable Wandstärke
besitzt, oder durch Vorsehen unterschiedlicher Materialien an der
Kugelumlaufspindel bzw. an der Kugelumlaufmutter geschaffen werden.
-
Weiterhin
erfolgt bei einer vorteilhaften Ausführungsform (9, 10)
die Abstützung
des Gehäuses,
in dem sich die Beläge
in Umfangsrichtung abstützen,
mittels an Haltearmen 84 angebrachten Nasen 85.
Die Nasen 85 sind an über
der Bremsscheibenmitte und in der Wirklinie einer z = 0,2 Umfangskraft-Resultierenden
angeordnet und aus einem harten verschleißfesten Material ausgebildet. Hierdurch
wird das tangentiale Schrägstellen
der Faust zur Bremsscheibe minimiert bzw. eliminiert, da die Reibkräfte auf
beiden Seiten der Bremsscheibe auf gleich lange Hebelarme wirken.
Diese spezielle Anordnung ist vorteilhafterweise sowohl ein- als
auch auslaufseitig vorgesehen, um bei Vorwärts- als auch Rückwärtsfahrt
diese Funktion sicherzustellen.
-
In
axialer Richtung, das heißt
in Bewegungsrichtung der Ge windespindel 2 ist das Gehäuse 1 mittels
sich axial erstreckender Gehäusestifte 87 in
zylinderförmige
Gummibuchsen 88 gelagert, so daß die Gehäusestifte 87 in den
Gummibuchsen 88 zur axialen Verschleißnachstellung verschoben werden
können
und gegen Taumeln fixiert sind. Wie es in 10 gezeigt
ist, ist das Gehäuse
derart ausgebildet, daß es überwiegend
auf Zug belastet wird, wodurch radiale Verformungen reduziert und
der radiale Schrägverschleiß vermindert
wird.