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Selbsttätige Nachstellvorrichtung für den
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Betätigungskolben eines mit Druckmittel beaufschlagbaren Bremszylinders
Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Nachstellvorrichtung nach dem Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bei einer bekannten Nachstellvorrichtung der vorstehend genannten
Art (DT-OS 2 330 949) ist der Steuerkolben mit einer Ringnut versehen, deren belagseitige
Seitenwandung zum Bilden einer Keilfläche stark abgeschrägt ist. In die Ringnut
greift ein mit einer entsprechenden Kelfläche endender, radial verlaufender und
in einer Radialbohrung der Gewindespindel verschieblich geftlhr ter StöBel ein,
der in einen Gewindegang der Mutter ragt und dort dem Profil des Gewindes angepasst
endet. Bei Beaufschlagung dieser Vorrichtung mit einer bestimmten Mindestdruckhöhe
wird nach Anlegen des Bremsbelages durch entsprechendes Verschieben des Betätigungskolbens
und gegebenenfalls Verschleißnachstellung durch Nachlaufen der Mutter der Steuerkolben
in der Gewindespindel entgegen seiner Federbelastung zurückgedrückt, wobei vermittels
der Keilflächen der Stößel radial nach außen verschoben und gegen die Mutter angedrückt
wird. Die Mutter wird hierdurch an einem weiteren Verschrauben unter ihrer Federbelastung
auf der Gewindespindel, also an einem weiteren Nachstellen gehindert.
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Bei der bekannten Nachstelivorrichtung muß der StöQel in der dünnen,
die Bohrung umgebenden Wand der Gewindespindel verschieblich geführt werden; dementsprechend
weist er eine kurze Führungslänge auf. Andererseits wirkt jedoch ein großes, durch
die Querkraftkomponente seiner Keilbetätigung und die Federbelastung der Mutter
bedingtes Kippmoment auf ihn ein. Die Stößelführung ist daher sehr hoch belastet,
verschleißt entsprechend rasch, so daß der StöBel zum Verklemmen neigt. Weiterhin
ist am Stößel aus Raumgründen keine Rückzugfeder anbringbar, im Lösezustand der
Bremse ist er daher frei beweglich, kann andererseits am Steuerkolben und an der
Mutter anschlagen und stellt somit ein Klappern und Schlagen verursachendes Bauteil
dar.
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Zum Arretieren der Mutter muß der Stößel kräftig an die Mutter angepresst
werden, was nur bei entsprechend hoher Beaufschlagung des Steuerkolbens möglich
ist. Bei dieser hohen Beaufschlagung übt jedoch der Betätigungskolben bereits eine
beachtliche Zuspannkraft auf die Bremse aus, die sich entsprechend elastisch verformt.
Die bekannte Nachstellvorrichtung ist also nicht derart ausbildbar, daß nur das
Lösespiel der Bremse konstant gehalten wird.
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Um diesen Problemen zu begegnen, weist eine Nachstellvorrichtung gemäß
einem älteren Vorschlag einen Spreizbügel auf, welcher bei Druckbeaufschlagung des
Steuerkolbens gegen das Innengewinde der Mutter anpressbar ist. Die Schenkel des
Spreizbügels sind dabei in
in Längsrichtung das Gewinde der Gewindespindel
durchsetzenden Nuten gefUhrt, derart, daß die Enden der Schenkel an den Enden der
Nuten als auch außerhalb der Nuten an einer Scheibe o.dgl. Widerlager abgestützt
sind. Derartige Spreizbugelbesitzen keine echte Dauercharakteristik, d.h. es kann
im Bereich der kritischen Biege- und Knickspannungen zu Brüchen an dem Spreizbügel
kommen. Auch muß das Fertigen der Nuten an der Spindel als verhältnismäßig teuer
angesehen werden, da die Funktion des Spreizbügels nur bei einwandfrei entgrateten
Nuten sichergestellt ist.
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Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Nachstellvorrichtung
der in Rede stehenden Art (DT-OS 2 330 949) so auszubilden, daß die genannten Mängel
vermieden werden, daß also keine die Funktion der Bremse gefährdende Verklemmung
zu befürchten ist, daß keine Klapper- und Schlaggeräusche auftreten und daß das
verwendete Spreizelement bei unbeaufschlagtem Steuerkolben elastisch in seine Ruhelage
zurückkehrt und in dieser gehalten wird. Das Spreizelement soll außerdem billig
sein und soll sich ohne Gefahr von Brüchen beliebig lange verwenden lassen, es soll
also echte Dauercharakteristik besitzen.
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Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die Merkmale nach
dem Kennzeichnungsteil von Patentanspruch 1.
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Die Spreizfeder kann als genormte, billig zu fertigende Schenkelfeder
ausgebildet sein, welcher echte Dauereigenschaft zukommt. Die Befestigung der Spreizfeder
ist mit Hilfe des Querbolzens sehr einfach vorzunehmen, d.h. es kommen nur einige
wenige Bauteile an der Nachstellvorrichtung bzw. deren Sperre zur Anwendung.
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Die Spreizfeder kann bereits bei sehr kleinen Radialbewegungen in
das Innengewinde der Mutter eingreifen, was einen großen Vorteil darstellt, derart,
daß bereits geringe, einen kritischen Wert übersteigende Druckerhöhungen ausreichen,
die Sperre der Nachstellvorrichtung wirken zu lassen.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen sind
in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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Figur 1 ist eine Schnittansicht der selbsttätigen Nachstellvorrichtung
mit der Sperre nach der Erfindung; Figur 2 ist eine gemäß Fig. 1 von links gesehene
Ansicht von II-II in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung; und
Figur
3 ist eine der Fig. 1 vergleichbare Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
der Sperre nach der Erfindung.
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Der Bremszylinder weist gemäß Darstellung in der Zeichnung ein Gehäuse
1 auf, innerhalb welchem ein Betätigungskolben 3 verschiebbar angeordnet ist. Der
Betätigungskolben wird während der Bremsung über einen Anschluß 5 mit Druckmittel
beaufschlagt und bewegt sich dabei gemäß Fig. 1 nach links gerichtet. Die Rückführung
des Betätigungskolbens geschieht über eine (nicht dargestellte) Rückholfeder o.dgl.
an sich bekannte Rückholvorrichtung.
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Innerhalb des Betätigungskolbens 3 ist eine axial sich erstreckende
Gewindespindel 7 vorgesehen, an deren Außenumfang sich ein Gewinde 9 befindet. Auf
diesem Gewinde läuft eine Mutter 11 mit nicht-selbsthemmendem Gewinde. Die Formgebung
der Gewindeflanken von Gewindespindel 7 und Mutter 11 ist so gewählt, daß sich die
Mutter in Bremsbetätigungsrichtung nachschrauben kann, in entgegengesetzter Bewegungsrichtung
jedoch gesperrt ist. Die Mutter 11 ist mittels einer an einem Wälzlager 13 abgestützten
Feder 15 verspannt, wobei die Feder 15 die Mutter 11 an eine Sodenfläche 17 des
Betätigungekolbens 3 andrückt. Bei sich vollziehender Nachstellung entsprechend
Verschleiß des Bremsbelages schraubt sich die Mutter unter der Verspannung der Feder
15 auf der Gewindespindel 7 nach, d.h. die Mutter läuft unter Drehung dem
gemäß
Fig. 1 nach links sich bewegenden Betätigungskolben 3 nach, bis sie an der Bodenfläche
17 anliegt und in dieser Position gehalten ist.
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Von dem gemäß Darstellung nach Fig. 1 linken Ende der Gewindespindel
7 erstreckt sich eine Bohrung 19 axial in das Innere der Spindel. In das vordere
Ende der Bohrung 19 ist ein Steuerkolben 21 eingesetzt, der durch eine Dichtung
23 gegenüber der Wand der Bohrung 19 abgedichtet ist. Der Steuerkolben 21 setzt
sich mittels eines reduzierten Durchmesser aufweisenden Schaftes 25 fort, welcher
am gemäß Darstellung rechten Ende mit Hilfe von Muttern 27 o.dgl. Sicherungsmitteln
gehalten ist, derart, daß er eine gewisse Distanz nach rechts gerichtet (Fig. 1)
bewegt werden kann. Am gemäß Darstellung rechten Ende des Steuerkolbens 21 liegt
eine Feder 29 an, welche einen Fortsatz 31 des Steuerkolbens umgibt und sich am
entgegengesetzten Ende am Boden der Bohrung 19 abstützt. Auf diese Weise wird der
Steuerkolben 21 durch die Kraft der Feder 29 entsprechend Position der Muttern 27
in eine vorbestimmte Ausgangslage verspannt. Diese nach links gerichtete Ausgangslage
bestimmt auch die Ausgangslage einer nachfolgend erläuterten Spreizfeder 33.
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Die erfindungsgemäße Spreizfeder 33 ist an dem gemäß Darstellung linken
Ende des Steuerkolbens 21 mittels eines Querbolzens 35 gehaltert. Zu diesem Zweck
ist das Ende des Steuerkolbens gegabelt ausgebildet, wobei der in Querrichtung sich
erstreckende Querbolzen
35 in den gegenüberliegenden GabelendEn
37 (Fig. 2) des Steuerkolbens gehalten ist. Der die Spreizfeder 33 tragende Querbolzen
35 wird also der Verschiebung des Steuerkolbens 21 entsprechend in Axialrichtung
verschoben. Die Spreizfeder 33 ist als Schenkelfeder ausgebildet, wobei die beiden
Schenkel 39 der Spreizfeder in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise radial gerichtet
abstehen.
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Die Schenkel der Spreizfeder liegen in Ausgangslage an je einem Anschlagstift
41 an, welcher in Querrichtung sich erstreckend vom vorderen, also gemäß Fig. 1
linken Ende der Gewindespindel getragen ist. Zu diesem Zweck ist auch das vordere,
d.h. gemäß Fig. 1 linke Ende der Gewindespindel 7 gegabelt ausgebildet, derart,
daß die Anschlagstifte 41 zwischen den gegenüberliegenden Gabelenden 43 der Gewindespindel
gehalten sind. Die Anschlagstifte 41 liegen am vorderen Ende der beiden Schenkel
39 an, wobei die Schenkel so vorgespannt sind, daß sie die Neigung besitzen, sich
radial nach außen zu strecken. In Fig. 1 ist mit voll ausgezogenen Linien die verspannte
Lage der Spreizfeder bzw. der Schenkel 39 dargestellt, während mit strichpunktierter
Linienfuhrung die entlastete Position, d.h. Strecklage der beiden Schenkel wiedergegeben
ist. Die Verspannung der Spreizfeder 33 geschieht mit Hilfe der vorstehend genannten
Feder 29; die Feder 29 ist also stärker dimensioniert als die Spreizfeder 33 und
verspannt diese in ihrer in Fig. 1 mit voll ausgezogenen Linien wiedergegebene da
Position,/der Querbolzen 35 die Wicklungen 45 der Spreizfeder gemäß Fig. 1 nach
links gerichtet drückt und die Schenkel 39 durch die Anschlagstifte 41 relativ zum
Querbolzen gehalten sind. Die
Schenkel 39 können in verspannter
Lage an der Gewindespindel 7 anliegen, es ist jedoch auch möglich, daß die beiden
Schenkel frei gefUhrt sind.
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Am gemäß Fig. 1 linken Ende der Gewindespindel und des Steuerkolbens
grenzt ein Druckraum 47 an; bei Betriebsbremsung gelangt das Druckmittel auch in
den Druckraum 47, derart, daß der Druck des Druckmittels, so des Hydrauliköls, auf
den Steuerkolben 21 einwirkt und diesen in nachfolgend erläuterter Weise in die
Bohrung 19 zu schieben vermag. Dabei haben die Schenkel 39 der Spreizfeder 33 die
Aufgabe, in das Innengewinde der Mutter 11 einzugreifen, um diese zu arretieren.
Die gemäß Fig. 1 nach rechts gerichtete Verschiebung des Steuerkolbens 21 ist begrenzt,
d.h. der Fortsatz 31 des Steuerkolbens legt sich am Boden der Bohrung 19 an, wenn
eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt ist. Auf diese Weise wird vermieden, daß
die Spreizfeder 33 zu stark an die zugewandte Anlagefläche der Gewindespindel 7
angepresst wird. Die Spreizung der Spreizfeder 33 geschieht also indirekt, derart,
daß die der Spreizfeder eigene Federkraft die beiden Schenkel 39 nach außen verspannt,
wenn der Steuerkolben 21 um eine vorbestimmte Wegstrecke gemäß Fig. 1 nach rechts
gerichtet verschoben ist. Um eine Relativdrehung zwischen dem Steuerkolben und der
Gewindespindel 7 zu verhindern, sind an sich bekannte (nicht dargestellte) Mittel
vorgesehen, so beispielsweise eine Keil-Nutführung. Die Drehsicherung kann auch
aus Platzgründen im Bereich des rückwärtig sich erstreckenden Schafts 25 und der
ihn umgebenden Bohrung vorgesehen sein.
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In Fig. 2 ist der Eingriff der beiden Schenkel 39 in das Innengewinde
der Mutter 11 veranschaulicht. Es ist ersichtlich, daß die Schenkel 39 nicht zwischen
die Gewindeflanken der an der Innenseite der Mutter befindlichen Schrägverzahnung
eingreifen, sondern in Schlitze 49, die am Gewindekopf ausgearbeitet sind, derart,
daß sich die Schlitze 49 gemäß Fig. 1 in Axialrichtung erstrecken und eine Relativdrehung
zwischen Mutter und Gewindespindel verhindert ist, wenn die Schenkel 39 in diese
Schlitze eingreifen. Um den Eingriff der Schenkel in die am Gewindekopf unter gegenseitigem
Abstand ausgebildeten Schlitze 49 zu gewährleisten, sind die Schenkel der Spreizfeder
so zu führen, daß sie am Kerndurchmesser bzw. Gewindegrund der Gewindespindel 7
austretend in Eingriff einem der Schlitze am jeweils zugewandten Gewindekopf gelangen.
Fig. 2 verdeutlicht, daß bereits eine kleine Radialstreckung der Spreizfederschenkel
ausreicht, um den formschlüssigen Eingriff hervorzurufen und um auf diese Weise
die Relativdrehung zwischen Gewindespindel und Mutter zu verhindern.
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Wird der Druck innerhalb des Druckraumes 47 abgebaut und verlagert
sich der Steuerkolben 21 unter der Kraft der Feder 29 gemäß Fig. 1 nach links gerichtet,
dann lösen sich die Enden der Schenkel 39 schnell aus den Schlitzen 49, da hierzu
nur eine kurze Wegstrecke erforderlich ist.
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In Fig. 3 ist eine AusfGhrungsform dargestellt, bei welcher keine
Anschlagstifte 41 vorgesehen sind. Bei dieser Anordnung wird die Spreizfeder 33
direkt gespreizt, d.h. entgegen der unter Bezugnahme
auf Fig. 1
erläuterten Konstruktion wird die Spreizung der Feder durch den Druck im Druckraum
47 bestimmt, wenn der Steuerkolben 21 innerhalb der Bohrung 19 gemäß Darstellung
nach rechts verschoben wird. Dabei ist es erforderlich, daß die Schenkel 39 der
Spreizfeder an der zugewandten Gewindespindel, also am Gabelgrund derselben anliegen
und radial nach außen gleiten können.
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Dabei ist Vorsorge getroffen, daß die Anlagefläche der Gewindespindel
möglichst geringe Reibung besitzt, um die radiale Spreizung der Spreizfeder zu ermöglichen.
Auch in der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Steuerkolben 21 mit einem Fortsatz
31 versehen, der sich am Grund der Bohrung 19 anlegt, wenn die zum Eingriff mit
dem Innengewinde der Mutter 11 erforderliche Radialstreckung der Schenkel der Spreizfeder
vollzogen ist.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Nachstellvorrichtungen
ist wie folgt: Es sei zunächst angenommen, daß sich die Bremse in gelöstem Zustand
befindet. Wird Druckmittel, so Hydraulikflüssigkeit, in den Anschluß 5 eingeleitet,
so bewegt sich der Betätigungskolben 3 gemäß Darstellung nach Fig. 1 und 3 nach
links gerichtet, bis der Anlegehub beendet, die Bremse also angelegt ist. Das zwischen
den Gewindeflanken der Gewindespindel 7 und Mutter 11 bestehende Flankenspiel ist
so gewählt, daß es dem minimalen Anlegehub entsprechend Lösespiel entspricht. Wenn
die Mutter den dem Flankenspiel
entsprechenden Weg zurückgelegt
hat, dann legt sie sich unter Verspannung durch die Feder 15 wieder an der Bodenfläche
17 des Betätigungskolbens 3 an. Der Betätigungskolben und die Mutter haben demnach
gleiche Wegstrecke in Bremsbetätigungsrichtung zurückgelegt.
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Liegt an den Bremsklötzen bereits ein gewisser Verschleiß vor, dann
wird der Betätigungskolben 3 mittels der durch den Anschluß 5 eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit
um eine weitere zusätzliche Wegstrecke entsprechend Verschleißhub bewegt. Die Mutter
11 folgt dieser Bewegung, indem sie sich um eine diesem Verschleißhub entsprechende
Wegstrecke auf dem Gewinde 9 der Gewindespindel 7 nachschraubt. Diese durch die
Mutter vorgenommene Nachstellung ist dann beendet, wenn sie wiederum an die Bodenfläche
17 des Betätigungskolbens 3 angelegt ist.
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Nunmehr beginnt die eigentliche Bremsung unter gleichzeitigem Druckaufbau
in dem im Inneren des Betätigungskolbens 3 befindlichen Druckraum 47. Der Betätigungskolben
3 bewegt sich nunmehr während des sog. elastischen Hubes, welcher je nach Elastizität
der Bremsenausführung unterschiedlich groß sein kann. Die Mutter 11 würde den elastischen
Hub des Betätigungskolbens ohne die Sperrwirkung einer der Spreizfedern vorgenannter
Konstruktion nachstellen, was zur Folge hätte, daß sich der Betätigungskolben nach
Druckentlastung nicht mehr lösen lassen würde.
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Während des Druckaufbaues innerhalb des Druckraumes 47 wird ein bestimmter
Druck erreicht, welcher ausreicht, den Steuerkolben 21 gegen die Kraft der Feder
29 in das Innere der Bohrung 19 gerichtet zu verschieben. Während dieser gemäß Darstellung
nach Fig. 1 und 3 nach rechts gerichteten Bewegung des Steuerkolbens kommen die
Schenkel 39 der Spreizfeder mit dem Innengewinde der Mutter, d.h. mit den Schlitzen
49 auf den Gewindeköpfen des Innengewindes, in Eingriff, derart, daß eine weitere
Relativdrehung zwischen der Mutter und der Gewindespindel und somit eine weitere
Nachstellung der Mutter unterbunden ist.
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Die selbsttätig wirkende Nachstellvorrichtung gestattet es, infolge
der druckabhängigen Arretierung der Mutter 11 das Flankenspiel zwischen den Gewindegängen
von Gewindespindel und Mutter auf das dem minimalen Anlegehub entsprechende Mindestmaß
zu reduzieren, d.h. das Lösespiel des vorzugsweise durch eine (nicht dargestellte)
Feder rückführbaren Betätigungskolbens kann sehr klein gehalten werden. Als Folge
davon vermindert sich das Klappergeräusche auslösende Spiel, welches an Nachstellvorrichtungen
ohne eine derartige Sperre vorbeschriebener Art auftreten würde. Im übrigen wird
das zur Betätigung der Bremse erforderliche Hydraulikvolumen auf einem Mindestmaß
gehalten.
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Die die Nachstellvorrichtung aufweisende Bremse kann mit einer aus
Stößel 51, Welle 53 und Hebel 55 bestehenden Handbetätigung versehen sein; die Gewindespindel
7 kann zum Zwecke des Bremsbelagaustausches
mittels eines normalerweise
drehfest gehaltenen Innenritzels dreh- bzw. rückstellbar sein, wie dies der Zeichnung
gleichfalls zu entnehmen ist.
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Die vorzugsweise aus Federstahl bestehende Spreizfeder 33 kann bei
der Ausführungsform nach Fig. 3 auch elastisch am Steuerkolben 21 gehaltert sein,
derart, daß der die Spreizfeder tragende Querbolzen 35 in axial sich erstreckenden
Langlöchern der beiden Gabelenden 37 des Steuerkolbens 21 geführt ist und unter
der Verspannung einer gemäß Fig. 3 nach rechts gerichtet wirkenden Feder steht.
Es ist auch möglich, die Spreizfeder 33 in konstruktiver Hinsicht anders auszubilden,
d.h. die Erfindung ist nicht auf die Formgebung der Spreizfeder als Schenkelfeder
(Fig. 2) beschränkt.