-
Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe und einer Betätigungseinrichtung zum Bewegen eines Bremsbelags, die eine Verschleißnachstelleinrichtung umfasst, mit folgenden Merkmalen:
- – die Verschleißnachstelleinrichtung ist Teil einer in einem Gehäuse senkrecht zur Reibebene der Bremsscheibe verschiebbaren Schiebeeinrichtung,
- – die Schiebeeinrichtung umfasst einen Nachstellbolzen, eine mit dem Nachstellbolzen über ein Spindelgewinde längs verstellbar verbundene Spindel und ein gegen die Spindel drückbares hinteres Schubelement,
- – Spindel und Schubelement weisen Stirnverzahnungen auf, die beim Aufbringen einer Bremskraft miteinander in Eingriff und beim Zurückbewegen des Schubelements voneinander lösbar sind.
-
Scheibenbremsen mit automatischen Verschleißnachstelleinrichtungen sind grundsätzlich bereits bekannt. Die Verschleißnachstelleinrichtung dient dazu, einen Ausgleich für den an den Bremsbelägen und der Bremsscheibe auftretenden Abrieb zu schaffen, d. h. für ein gleichbleibendes Lüftspiel zwischen Bremsscheibe und Bremsbelägen und damit für einen gleichbleibenden Zustellweg für den Bremsbelag auch dann zu sorgen, wenn sich Bremsscheibe und Bremsbeläge im Laufe der Zeit abnutzen.
-
Bekannte Verschleißeinrichtungen funktionieren derart, dass dann, wenn der Hub des Nachstellbolzens einen vorbestimmten Hub überschreitet, es bei der Rückwärtsbewegung der Schiebeeinrichtung zu einem Lösen der Stirnverzahnungen von Spindel und hinterem Schubelement kommt. Hierdurch kann die Spindel relativ zum Nachstellbolzen gedreht und über das Spindelgewinde soweit aus dem Nachstellbolzen herausgeschraubt werden, bis die Stirnverzahnung der Spindel wieder mit der Stirnverzahnung des hinteren Schubelements in Eingriff gelangt. Das Drehen der Spindel bewirkt über das Schraubgewinde zwischen der Spindel und dem Nachstellbolzen, dass sich die wirksame Gesamtlänge dieser beiden Teile vergrößert. Hierdurch wird der Hub des Nachstellbolzens und damit des Bremsbelags beim nächsten Bremsvorgang wieder auf das vorbestimmte Maß reduziert.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bekannte Verschleißnachstelleinrichtungen nicht immer mit der gewünschten Wirksamkeit und Genauigkeit arbeiten. Es kommt daher häufig vor, dass der nachgestellte Weg entweder zu kurz oder zu lang ist. Bei zu kurzem Nachstellweg werden die internen Spiele erhöht, während bei zu großem Nachstellweg das Lüftspiel in unerwünschter Weise verringert wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenbremse mit einer Verschleißnachstelleinrichtung zu schaffen, die auf eine möglichst wirksame und genaue Weise arbeitet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
-
Bei der erfindungsgemäßen Scheibenbremse haben die Stirnverzahnungen der Spindel und des hinteren Schubelements eine sägezahnartige Form und sind durch Zähne mit einer flachen Zahnflanke und einer steilen Zahnflanke gebildet. Die flachen Zahnflanken sind dabei zu einer Ebene, die senkrecht zur Spindellängsachse liegt, in einem Winkel angeordnet, der gleich dem Steigungswinkel des Spindelgewindes ist.
-
Für die Erfindung ist es somit charakteristisch, dass der Winkel der flachen Zahnflanken auf den Steigungswinkel des Spindelgewindes abgestimmt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Stirnverzahnung der Spindel nach einem Zahnsprung, d. h. nach einer Drehung der Spindel relativ zum hinteren Schubelement, wieder komplett in die Stirnverzahnung des hinteren Schubelements einrücken kann. Hierdurch kann die Zahntiefe der Stirnverzahnungen optimal ausgenutzt werden, ohne dass es andererseits zu einem zu großen Nachstellhub kommt. Der Nachstellvorgang kann damit auf sehr wirksame und genaue Weise durchgeführt werden. Nachstellvorgang, Formschluss der Stirnverzahnungen und interne Spiele sind damit optimal.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Winkel der flachen Zahnflanken und der Steigungswinkel des Spindelgewindes 10° bis 20°, vorzugsweise 13° bis 17°. Es hat sich gezeigt, dass die Verschleißnachstelleinrichtung bei derartigen Winkeln besonders zuverlässig arbeitet.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1: einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Verschleißnachstelleinrichtung gemäß der Erfindung,
-
2: eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Spindel,
-
3: eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III von 2,
-
4: eine perspektivische Darstellung von Spindel und Nachstellscheibe,
-
5a, 5b: schematische Darstellungen von Stirnverzahnungen, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind, und
-
6a–7b: schematische Darstellungen von Stirnverzahnungen, die nicht auf den Steigungswinkel des Spindelgewindes abgestimmt sind.
-
Anhand von 1 wird zunächst der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Scheibenbremse beschrieben. Die schematische Darstellung zeigt dabei nur diejenigen Teile, die für das Verständnis der Erfindung wichtig sind.
-
In 1 ist eine Bremsscheibe 1 und ein radinnerer Bremsbelag 2 angedeutet, der bei einem Bremsvorgang mittels einer Betätigungseinrichtung in Richtung des Pfeils 3 gegen die Bremsscheibe 1 gedrückt werden kann. Mit dem Bezugszeichen 4 ist die Reibebene oder Reibfläche der Bremsscheibe 1 bezeichnet.
-
Ein zweiter, auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 1 angeordneter Bremsbelag ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Dieser Bremsbelag kann in bekannter Weise, beispielsweise durch Anordnung in einem Gleitsattel, gegen die Bremsscheibe 1 gedrückt werden, wenn durch die Anpresskraft des Bremsbelags 2 der Gleitsattel entsprechend verschoben wird.
-
Das Verschieben des Bremsbelags 2 erfolgt über eine Schiebeeinrichtung 5, die in einem Gehäuse 6 des Bremssattels senkrecht zur Reibebene 4 verschiebbar ist, wie durch den Pfeil 7 angedeutet. Die Schiebeinrichtung 5 umfasst einen Nachstellbolzen 8, eine Spindel 9 und ein Schubelement 10. Diese Teile sind bei einem Bremsvorgang mittels eines Betätigungszylinders 11 und eines Übersetzungshebels 12 in Richtung der Bremsscheibe 1 drückbar.
-
Beim Betätigungszylinder 11 kann es sich insbesondere um einen pneumatischen Bremszylinder mit einer Kolbenstange 13 handeln, die beim Bremsvorgang ausfährt. Die erfindungsgemäße Verschleißnachstelleinrichtung ist jedoch auch in Kombination mit anderen Bremskrafterzeugungseinrichtungen einsetzbar, beispielsweise in Kombination mit hydraulischen Betätigungszylindern.
-
Der Übersetzungshebel 12 ist exzentrisch am Gehäuse 6 mittels eines Stützabschnitts 14 schwenkbar abgestützt. Weiterhin ist der Übersetzungshebel über ein Koppelglied 15 schwenkbar mit dem Schubelement 10 gekoppelt. Fährt die Kolbenstange 13 des Betätigungszylinders 11 bei einem Bremsvorgang aus, wird der Übersetzungshebel 12 derart geschwenkt, dass der Übersetzungshebel 12 das Schubelement 10 und damit die gesamte Schiebeeinrichtung 5 relativ zum Gehäuse 6 in Richtung der Bremsscheibe 1 verschiebt.
-
Hierzu weist das Schubelement 10 auf seiner der Spindel 9 zugewandten Seite eine kreisringförmig umlaufende Stirnverzahnung 16 auf, die in 4 dargestellt ist. Diese Stirnverzahnung 16 kann beispielsweise, wie in 4 dargestellt, an der Stirnfläche einer Nachstellscheibe 17 ausgebildet sein, die Teil des Schubelements 10 ist. Im Übrigen kann das Schubelement 10 topfförmig ausgebildet sein und eine hülsenförmige Seitenwand 18 aufweisen, welche sich um die Spindel 9 herum in Richtung der Bremsscheibe 1 erstreckt und im Bereich der Seitenwand am Gehäuse 6 verschiebbar gelagert ist.
-
Die Stirnverzahnung 16 des Schubelements 10 wirkt mit einer komplementär ausgebildeten Stirnverzahnung 19 der Spindel 9 zusammen. Diese Stirnverzahnung 19 ist an derjenigen Stirnfläche eines kreisscheibenförmigen Spindelkopfs 20 angeordnet, die der Nachstellscheibe 17 zugewandt ist. Vom Spindelkopf 20 erstreckt sich ein im Durchmesser verringerter, zylinderförmiger Spindelschaft 21 in Richtung Bremsscheibe 1. Der Spindelschaft 21 weist an seinem Außenumfang ein Spindelgewinde 22 auf und ist in eine axiale Gewindebohrung 23 des Nachstellbolzens 8, die ein entsprechendes Innengewinde 24 hat, einschraubbar. Aufgrund dieser Gewinde verändert sich somit die Gesamtlänge von Nachstellbolzen 8 und Spindel 9, wenn die Spindel 9 relativ zum Nachstellbolzen 8 verdreht wird. Die Stirnwand 25 des Nachstellbolzens 8 ist – üblicherweise über ein die Druckfläche vergrößerndes Druckstück 26 – mit dem Bremsbelag 2 in Kontakt.
-
Aus 1 ist weiterhin ein Klemmelement 27 ersichtlich, das mit vorbestimmter radialer Vorspannung auf den Nachstellbolzen 8 aufgesetzt ist und sich um diesen herum erstreckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesem Klemmelement 27 um eine Blockfeder, deren Windungen dicht aneinander liegen. Die Länge des Klemmelements 27 ist kürzer als der Abstand zwischen einem hinteren Axialanschlag 28 und einem vorderen Axialanschlag 29 des Gehäuses 6. Es ist daher ein axialer Freihub a vorhanden, über den sich das Klemmelement 27 zwischen den Axialanschlägen 28, 29 zusammen mit dem Nachstellbolzen 8 frei verschieben lässt. Weiterhin ist die radiale Vorspannung, mit der das Klemmelement 27 am Nachstellbolzen 8 festgeklemmt ist, derart, dass sich der Nachstellbolzen 8 weiter in Richtung Bremsscheibe 1 verschieben lässt, wenn bei einem Bremsvorgang der erforderliche Hub des Nachstellbolzens 8 größer als der Freihub a ist. Das Klemmelement 27 verschiebt sich dann axial auf dem Nachstellbolzen 8.
-
Die automatische Verschleißnachstelleinrichtung wird nach Beendigung des Bremsvorgangs bei der Rückbewegung der Schiebeeinrichtung 5 in ihre Ausgangsstellung wirksam. Überschreitet bei einem Bremsvorgang der Hub des Nachstellbolzens 8 den Freihub a des Klemmelements 27, wird, wie vorstehend ausgeführt, der Nachstellbolzen 8 relativ zum Klemmelement 27 verschoben. Nach Beendigung des Bremsvorgangs bewegt sich der Nachstellbolzen 8 zusammen mit der Spindel 9 zunächst soweit axial zurück, bis das Klemmelement 27 am hinteren Axialanschlag 28 des Gehäuses 6 anschlägt. Eine weitere Rückwärtsbewegung des Nachstellbolzens 8 wird hierdurch blockiert. Das Schubelement 10 wird dagegen weiter zurückgeführt, bis es an einer hinteren Gehäusewand oder einem entsprechenden Anschlag des Gehäuses 6 anschlägt und dadurch seine ursprüngliche Ausgangsposition einnimmt. Hierbei löst sich die Stirnverzahnung 16 des Schubelements 10 von der Stirnverzahnung 19 der Spindel 9. Die von den Stirnverzahnungen 16, 19 bewirkte Drehblockierung der Spindel 9 ist dadurch aufgehoben.
-
Eine axial wirkende Druckfeder 31, die zwischen dem Bremssattelgehäuse 6 und dem Spindelkopf 20 angeordnet ist und die Spindel 9 in Richtung der Stirnverzahnung 16 des Schubelements 10 drängt, bewirkt nunmehr über das Spindelgewinde 22 eine Drehung der Spindel 9 in Richtung des Pfeils 32. Hierdurch wird die Spindel 9 soweit aus dem Nachstellbolzen 8 herausgeschraubt, bis die Stirnverzahnung 19 der Spindel 9 wieder mit der Stirnverzahnung 16 des Schubelements 10 in Eingriff gelangt und die weitere Drehung sperrt. Die Gesamtlänge von Nachstellbolzen 8 und Spindel 9 ist dann soweit vergrößert, dass beim nächsten Bremsvorgang das ursprünglich vergrößerte Spiel zwischen Bremsbelag 2 und Bremsscheibe 1 wieder ausgeglichen wird.
-
Zwischen Druckfeder 31 und Spindelkopf 20 ist eine Gleitscheibe 33 vorgesehen, damit sich die Spindel 9 relativ zur Druckfeder 31 leicht drehen lässt.
-
Das Spindelgewinde 22 hat, wie aus 2 ersichtlich, einen Steigungswinkel β. Dieser Steigungswinkel β beträgt relativ zu einer Ebene, die senkrecht zur Spindellängsachse 35 liegt, beim gezeigten Ausführungsbeispiel 15°. Andere Winkel β, insbesondere zwischen 10° und 20°, vorzugsweise 13° bis 17°, sind denkbar.
-
Die Stirnverzahnung 19 der Spindel 9 weist eine annähernde Sägezahnform auf, wie aus 3 ersichtlich. Die einzelnen Zähne dieser Stirnverzahnung 19 haben demgemäß eine flache Zahnflanke 36 und eine steile Zahnflanke 37. Die flachen Zahnflanken 36 sind relativ zu einer Ebene, die senkrecht zur Spindellängsachse 35 liegt, in einem Winkel α angeordnet, der auf den Steigungswinkel β des Spindelgewindes 22 abgestimmt ist. Der Winkel α ist gleich dem Steigungswinkel β und beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls 15°. Die steile, kürzere Zahnflanke 37 ist relativ zur flachen, längeren Zahnflanke 36 in einem Winkel γ angeordnet, der zweckmäßigerweise zwischen 85° und 95° beträgt, insbesondere 90°.
-
Die Stirnverzahnung 16 des Schubelements 10 ist komplementär zur Stirnverzahnung 19 der Spindel 9 ausgebildet. Das Schubelement 10 weist somit ebenso, wie aus 5a ersichtlich, flache Zahnflanken 38 und steile Zahnflanken 39 auf. Die flachen Zahnflanken 38 sind zu einer Ebene, die senkrecht zur Spindellängsachse liegt, in einem Winkel α angeordnet, der gleich dem Winkel α der Spindel-Stirnverzahnung 19 ist. Der Winkel γ zwischen der steilen Zahnflanke 39 und der flachen Zahnflanke 38 ist wiederum gleich dem Winkel γ der Spindel-Stirnverzahnung 19. Befinden sich die beiden Stirnverzahnungen 16, 19 in Eingriff, liegen sowohl die beiden gegenüberliegenden flachen Zahnflanken 36, 38 als auch die beiden steilen Zahnflanken 37, 39 dicht aneinander, wie aus 5b ersichtlich.
-
Dadurch, dass die flachen Zahnflanken 36, 38 in einem Winkel α angeordnet sind, der gleich dem Steigungswinkel β des Spindelgewindes 22 ist, rückt bei einem Nachstellvorgang die Stirnverzahnung 19 der Spindel 9 nach einem Zahnsprung komplett in die Stirnverzahnung 16 des Schubelements 10 ein. Dies ist in den 5a, 5b dargestellt, wobei 5a die beiden Stirnverzahnungen 16, 19 unmittelbar vor einem Zahnsprung zeigen, während 5b den Eingriffszustand der Stirnverzahnungen 16, 19 nach dem Zahnsprung zeigt. Nachstellvorgang, Formschluss und interne Spiele sind somit optimal.
-
Um diesen Effekt zu verdeutlichen, werden im Folgenden anhand der 6a bis 7b Stirnverzahnungen 16, 19 gezeigt, deren Winkel α nicht an den Steigungswinkel β des Spindelgewindes 22 angepasst ist.
-
In den 6a, 6b ist ein Beispiel gezeigt, bei der der Steigungswinkel β des Spindelgewindes kleiner als der Winkel α der Stirnverzahnungen 16, 19 ist. In diesem Fall erreicht die Stirnverzahnung 19 nach einem Zahnsprung, wie aus 6b ersichtlich, nicht den Grund der Stirnverzahnung 16, d. h. die flachen Zahnflanken 36, 38 liegen nicht aneinander an, wenn die steilen Zahnflanken 37, 39 aufeinander treffen. Die Nachstellschritte werden somit kürzer. Die Zahntiefe wird nicht komplett genutzt. Der Formschluss ist damit reduziert, die internen Spiele sind erhöht.
-
In den 7a, 7b ist ein Beispiel gezeigt, bei dem der Steigungswinkel β des Spindelgewindes 22 größer als der Winkel α der Stirnverzahnungen 16, 19 ist. In diesem Fall läuft die flache Zahnflanke 36 der Spindel 9 auf die flache Zahnflanke 38 des Schubelements 10 auf, bevor sich die steilen Zahnflanken 37, 39 einander berühren. Erst wenn bei einem späteren Bremsvorgang die Betätigungskraft des Schubelements 10 auf die Spindel 9 wirkt, wird der Nachstellvorgang abgeschlossen, wobei eine zusätzliche Nachstellung in axialer Richtung bewirkt wird, bis die steilen Zahnflanken 37, 39 aufeinander treffen. Damit wird weiter als beabsichtigt nachgestellt, wodurch das freie Lüftspiel zwischen dem Bremsbelag 2 und der Bremsscheibe 1 in unerwünschter Weise reduziert wird.
-
Durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Stirnverzahnungen 16, 19 auf den Steigungswinkel β des Spindelgewindes 22 werden dagegen die anhand der 6a bis 7b beschriebenen Nachteile vermieden.
