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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Bremse mit wenig-
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stens einer Kolben-Zylinder-Anordnung zur Beaufschlagung einer an
eine Reibfläche anzulegenden Bremsbacke, welche einen ringzylinderförmigen Hauptkolben
und einen darin axial gleitenden Hilfskolben aufweist, welcher auf die Bremsbacke
einwirkt und mit dem Hauptkolben durch ein einseitig wirkendes Gesperre verbunden
ist, welches eine Relativbewegung des Hilfskolbens zum Hauptkolben in Richtung der
Bremsbacke zuläßt und in umgekehrter Richtung sperrt, wobei der Hauptkolben im Zylinder
und der Hilfskolben im Hauptkolben mit einer derart unterschiedlichen Reibung gelagert
sind, daß bei Beaufschlagung beider Kolben mit dem gleichen hydraulischen Druck
sich zuerst nur der Hilfskolben bewegt, bis er die Bremsbacke an die Reibfläche
anlegt, und erst dann auch der Hauptkolben.
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Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit hydraulischen Scheibenbremsen,
vorzugsweise Teilbelagscheibenbremsen, wie sie aus der DE-AS 14 75 497 bekannt sind.
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Der Zweck der Anordnung des Hilfskolbens im Hauptkolben besteht darin,
daß bei der Bremsung ein Druckmittelverbrauch lediglich in dem für das Anlegen des
vorzugweise kleinflächigen Hilfskolbens erforderlichen Umfang erfolgt, worauf bei
Erhöhung der Bremskraft der Hauptbremskolben unmittelbar beaufschlagt und damit.
die eingeleitete Fußkraft fast ohne Totwegverluste hoch übersetzt in Zuspannkraft
umgesetzt wird.
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Der infolge der Kleinflächigkeit des Hilfskolbens mit geringem Volumenverlust
verbundenen Füllstufe folgt unmittelbar die eigentliche Druckstufe, während der
kaum mehr Volumen verbraucht wird.
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Bei der bekannten hydraulischen Teilbelagscheibenbremse (DE-AS 14
75 497) ist zwischen dem Haupt- und Hilfskolben ein
KuJel(gsperre
vorgesehen, welches die Druckkraft durch Reibscilß überträgt. Das Kugelgesperre
bringt jedoch wegen der hohen Flächen Preß- und Werkstoffprobleme mit sich. Bei
der Herstellung müssen sehr enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden. Außerdem
besteht die Gefahr, daß beim Auftreten von Schwingungen der erforderliche Reibschluß
nicht zuverlässig zustandekommt und die notwendige Kraftübertragung nicht in dem
erforderlichen Maße eintritt. Wegen der bei Bremsen geforderten hohen Zuverlässigkeit
eignet sich also das Kugelgesperre nicht für den praktischen Einsatz.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine hydraulische
Bremse, insbesondere Teilbelagscheibenbremse der eingangs genannten Gattung zu schaffen,
bei der einerseits der Hilfskolben ohne Mitbewegung des Hauptkolbens unter geringem
Volumenverlust die Bremsbacke an die Reibfläche anlegen kann, gleichwohl aber bei
der anschließenden Druckstufe sofort eine einwandfreie Kraftverbindung zwischen
Haupt-und Hilfskolben vorliegt, ohne daß der Hauptkolben hierzu einen merklichen
Weg zurücklegen muß.
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Der Eingriff zwischen Haupt- und Hilfskolben soll also zwangsläufig
hergestellt werden und unabhängig von Schwingungen, Erschütterungen oder sonstigen
nachteiligen Einflüssen sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Gesperre
zwischen dem Hauptkolben und dem Hilfskolben über den Umfang verteilte, radial verschiebliche
Kraftübertragungssegmente aufweist, welche mit dem Hauptkolben oder dem Hilfskolben
über eine axiale Anschlagfläche und mit dem Hilfskolben bzw. dem Hauptkolben über
eine Schrägfläche in Verbindung stehen, und daß die Kraftübertragungssegmente durch
eine Radialzwangsführung bei einer Verschiebung des Hilfskolbens in Richtung der
Bremsbacke in Anlage an der Schrägfläche
gehalten sind, wobei der
Winkel der Schrägflächen zur Axialrichtung so groß ist, daß bei Axialkraftübertragung
von dem Hauptkolben auf die Schrägflächen diese sich nicht radial bewegen, sondern
durch Selbsthemnung an der Anschlagfläche die Axialkraft des Hauptkolbens auf den
Hilfskolben übertragen.
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Aufgrund dieser Ausbildung werden die Kraftübertragungssegmente während
des Ausfahrens des Hilfskolbens relativ zum IIaujL-kolben in der Anlegephase zumindest
annähernd ständia zwang?ei se in Eingriff mit der kraftübertragenden Schrägfläche
gehalten.
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Sobald die Bremsbacken zur Anlage gekommen sind und der Hilfskolben
seine Bewegung beendet sowie aufgrund des nunmehr ansteigenden Druckes der Hauptkolben
sich bewegen kann, ist der kraftschlüssige Eingriff zwischen Haupt- und Hilfskolben
bereits hergestellt. Aufgrund der Radialzwangsführung der Kraftübertragungssegmente
ist somit der Ausfall der Kraftübertragung vom Haupt- auf den Hilfskolben wirksam
ausgeschlossen. Die Sicherheit wird wesentlich dadurch gefördert, daß auf dem Umfang
nicht nur zwei sondern beispielsweise vier Kraftübertragungssegmente verteilt sind,
weil dann selbst im Falle des Ausfallens eines der Segmente die übrigen noch voll
wirksam sind.
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Eine erste vorteilhafte praktische Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet
sich dadurch, daß in der Innenwand des Hauptkolbens vorzugsweise nahe dessen bremsbackenfernem
Ende eine Ringnut ausgebildet ist, deren bremsbackenferne Flanke als die Schrägfläche
ausgebildet ist. Dabei sollen die Kraftübertragungssegmente in einem senkrecht zur
Achse verlaufenden Radialschlitz am bremsbackenfernen Ende des Hilfskolbens angeordnet
sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn radial innen von den
KrefLülvertragungssecglnenten
ein am Zylinder arlgebrachter Konus vorgesehen ist, dessen Mantelfläche eine im
wesentlichen parallel zu der Schrägfläche verlaufende Schrägführung bildet. Um ein
Verklemmen zwischen den Schrägflächen und den Schrägführungen sicher zu vermeiden,
soll hierbei weiter vorgesehen sein, daß der Winkel der Schrägfläche gleich oder
vorzugsweise geringfügig kleiner als der Konuswinkel ist.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausbildung kann auch auf einfache
Weise eine Nachstellvorrichtung verwirklicht werden, indem der Konus als im Reibschluß
auf einem zylinderfesten Axialzapfen sitzende Hülse ausgebildet ist, welche einen
Rückstellanschlag für den Hilfskolben bildet.
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Vorzugsweise spannen Zugfedern die Kraftübertragungssegmente radial
nach innen auf die Konus fläche zu vor, damit auch bei einem Zurückgehen des Hauptkolbens
stets ein sicherer Gleiteingriff zwischen Kraftübertragungssegmenten und Konusfläche
erhalten bleibt.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch,
daß in der Innenwand des Hauptkolbens eine Ringnut ausgebildet ist, deren bremsbackenferne
Flanke als die Anschlagfläche ausgebildet ist. Dabei soll insbesondere vorgesehen
sein, daß die Kraftübertragungssegmente sichradial wenigstens ein Stück in die Radialnut
erstrecken und mit einer bremsbackenfernen ebenen Ringsegmentfläche an der Anschlagfläche
anliegen und daß die bremsbackenseitige Ringsegmentfläche selbst die Schrägfläche
bildet oder mit der am Boden des Hilfskolbens ausgebildeten Schrägfläche zusammenwirkt.
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Um die Zwangsspreizung der Kraftübertragungssegmente zu erreichen,
ist
zweckmäßig radial innen von den Kraftübertragungssegmenten ein am Zylinder angebrachtes
Spreizelement vorgesehen, welches mit einer Schrägführung zwischen sich und einem
Ringwulst des Hilfskolbens zusammenwirkt.
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Um eine sichere Rückstellung der Kraftübertragungssegmente zu erzielen,
sollen in der Ringnut Federn angeordnet sein, welche die Kraftübertragungssegmente
radial nach innen vorspannen.
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Baulich vorteilhaft ist es, wenn die Kraftübertragungssegmente in
einem senkrecht zur Achse verlaufenden Radialschlitz am bremsbackenfernen Ende des
Hilfskolbens angeordnet sind.
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Um die Selbsthemmung beim Beaufschlagen des Hauptkolbens mit dem hohen
Druck zu begünstigen, sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vor, daß die
Berührungsfläche zwischen den Kraftübertragungssegmenten und dem Hauptkolben und/oder
dem Hilfskolben aufgerauht oder gezahnt ausgebildet sind.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt Fig. 1 einen schematischen teilweisen Axialschnitt
einer ersten Ausführungsform einer Kolben-Zylinder-Anordnung für eine erfindungsgemäße
Teilbelagscheibenbremse, Fig. 2 eine Draufsicht der Kraftübertragungssegment-Anordnung
des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1, Fig. 3 eine einen schematischen Axialschnitt
einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Kolben-Zylinder-Anordnung,
und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 verwendeten Spreizfeder.
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Nach Fig 1 ist in einem Hydraulikzylinder 22 mit einem scheinatisch
angedeuteten Druckmittelanschluß 30 ein ringzylinder-Lörmiger Hauptkolben 11 axial
verschiebbar angeordnet. Eine Roll-Back-Dichtung 31 bewirkt gleichzeitig eine Abdichtung
und Rückstellung des Hauptkolbens 11 nach einer Bremsung.
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Im Inneren des Hauptkolbens 11 ist koaxial ein Hilfskolben 12 axial
verschiebbar angeordnet, wobei zwischen den beiden Kolben 11, 12 eine Ringdichtung
32 vorgesehen ist.
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An seinem aus dem Hauptkolben 11 austretenden Ende 12 verbreitert
sich der Hilfskolben 12 allseitig. Er liegt dort an der nicht dargestellten Rückenplatte
einer Bremsbacke an. Eine Ringmanschette 33 zwischen dem Hilfskolben 12 und dem
Zylinder 11 dichtet die Gleitflächen der Kolben nach außen ab.
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Konzentrisch im Inneren des Hilfskolbens 12 befindet sich ein zylindrischer
Hohlraum 34, in den sich vom Boden des Zylinders 22 ein Axialzapfen 24 erstreckt,
auf dem eine Konushülse 23 über einen'Reibring 35 gegen eine Reibkraft verschiebbar
angebracht ist. Der Konus weist eine vom Boden des Zylinders 22 in Richtung auf
die Bremsbacke sich erweiternde Xonusfläche 19 auf, die eine Schrägfürung für radiale
Kraftübertragungssegmente 13 bildet1 welche in einem Radialschlitz 21 zwischen dem
Boden des Hilfskolbens 12 und im Abstand daran befestigten Anschlagscheiben 36 ausgebildet
ist. Über den Umfang sind nach Fig. 2 vier Kraftübertragungssegmente 13 gleichmäßig
verteilt. Sie werden durch Zugfedern 25 gegen die Konusfläche
19
radial nach innen vorgespannt. Die Zugfedern sind an den gleichen Stiften 37 befestigt,
die auch zum Anbringen der Anschlagscheibe 36 dienen.
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Die Konusfläche 19 schließt einen Winkel P mit der Achse des Zylinders
22 ein.
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Radial gegenüber dem Radialschlitz 21 weist der Hauptkolben 11 an
seiner Innenwand eine Ringnut 20 auf, deren brelasbaekenferne Flanke als konusartige
Schrägfläche 16 ausgebildet ist, an der die Kraftübertragungssegmente 13 mit ihrer
radial äußeren Ringfläche 13' anliegen. Der Konuswinkel der Schrägfläche 16 ist
mit o( bezeichnet. Der Winkel o( ist gleich oder vorzugsweise etwas größer als der
Konuswinkel p Die Bodenfläche des Hilfskolbens 12 bildet eine Anschlag fläche 15
für die bremsbackenseitigen Flachseiten der Kraftübertragungssegmente 13.
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Die Wirkungsweise der Kolben-Zylinder-Anordnung nach den Fig. 1 und
2 ist wie folgt: Bei Anlegen eines Bremsdruckes über den Anschluß 30 verschiebt
sich zunächst der Hilfskolben 12 relativ zum Hauptkolben 11 in Richtung der nicht
dargestellten Bremsscheibe. Die Reibung zwischen der Roll-Back-Dichtung 31 und dem
Hauptkolben 11 ist im Verhältnis zur Reibung zwischen Hauptkolben 11 und Hilfskolben
12 entsprechend groß zu wählen.
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Während dieser Vorschubbewegung gleiten die radial innen liegenden
Randflächen 13'' der Kraftübertragungssegmente 13 an der Konus fläche 19 entlang,
so daß sie in radialer Richtung aus der Oberfläche des Hilfskolbens 12, mit der
sie zunächst bündig sind, austreten. Sie treten dabei in die Ringnut 20 an
der
Innenwand des Hauptkolbens 11 ein, was dadurch ermöglicht wird, daß die Schrägfläche
16 gerade komplementär zur Konusfläche 19 geneigt ist. Sofern am Beginn dieser Bewegung
eine Berührung zwischen den Segmenten 13 und der Schrägfläche 16 vorhnndcn war,
bleibt diese beim Ausstoßen des Hilfskolbens, 12 crhe en.
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Legt sich nun die nicht dargestellte Bremsbacke an die Bremsscheibe
an, so bleibt der Hilfskolben 12 stehen und der Druck im Zylinderraum steigt an,
bis auch der Hauptkolben 11 die Reibung zur Zylinderwand überwinden kann. Nunmehr
liegt über die Schrägfläche 16, die Kraftübertragungssegmente 13 und die Anschlagfläche
15 eine.
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kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Hauptkolben 11 und dem Hilfskolben
12 vor, so daß sich beide Kolben nunmehr gemeinsam als bauliche Einheit in Richtung
-auf die Bremsscheibe noch geringfügig verschieben können. Da die Backe aber schon
an der Scheibe anliegt, ist die-jetzt noch erfolgende Bewegung und der damit verbundene
Volumenverlust im hydraulischen Kreis ausserordentlich gering.
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Nach dem Loslassen des Bremspedals nimmt der Druck im Zylinderraum
22 ab, und det Hauptkolben 11 wird aufgrund der Wirkung der Roll-Back-Dichtung 31
in seine Ausgangslage zurückgestellt. An der Bremsbacke angreifende, nicht dargestellte
Federn stellen ihrerseits den Hilfskolben 12 zurück, bis die Ausgangslage nach Fig.
1 erreicht ist.
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Sofern bei einer Bremsung eine bestimmte Belagabnutzung überschritten
wird, nimmt die bei hohem Druck vorliegende Baueinheit zwischen Hauptkolben 11 und
Hilfskolben 12 die Konushülse 23 mit, so daß diese sich auf dem Zapfen 24 um ein
Stück verschiebt. Bei der abermaligen Rückstellung des Hilfskolbens 12 nach einer
Bremsung kommt dessen innere Ringanschlagfläche
26 nunmehr sclior
etwasfrüherän der Konushülse 23 zur Anlage, so daß das ursprüngliche Lüftspiel der
Bremse wieder hergestellt ist.
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Der radial äußere Rand 13' der graftübertragungssegmente soll von
der Schrägfläche 16 einen so geringen Abstand haben, wie das unier Berücksichtigung
der üblichen Herstellungstoleranzen möglich ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Selbstìlenmun(3 entweder
an der Kraftübertragungsstelle zwischen dem Hauptkolben 11, den Kraftübertragungssegmenten
13 und dem Hilfskolben 12 oder an der Abstützstelle zwischen den Kraftübertragungssegmenten
13 und der Konushülse 23 erforderlich, um zu vermeiden, daß die Kraftübertragungssegmente
13 bei Belastung in ihre Ausgangslage zurückgleiten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Abstützung der Kraftübertragungselemente 13 an der Konushülse 23 selbsthemmend.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 bezeichnen gleiche
Bezugszahlen entsprechende Teile wie bei der voranyehond beschriebenen Ausführungsform.
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Nach Fig. 3 ist in der Innenwand des Hauptkolbens 11 wieder eine Ringnut
27 vorgesehen, welche jedoch im Gegensatz zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel
zwei in jeweils einer Radialebene liegende Flanken aufweist. Die bremsbackenferne
Flanke bildet hier die Anschlagfläche 15 für Kraftübertragungssegmente 14, die wieder
in einem Radialschlitz 21 zwischen dem Boden des Hilfskolbens 12 und einer im axialen
Abstand davon befestigten Anschlagscheibe 36 ausgebildet ist.
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Die bremsbackenferne Radialfläche der Kraftübertragungssegmente 14
ist eben ausgebildet und überlappt sich mehr oder weniger mit der Anschlagfläche
15. Die bremsbackenseitige Stirnfläche der Segmente 14 hat dagegen einen konusartigen
Verlauf und liegt an einer entsprechend schrägen Stufenfläche 17 des Hilfskolbens
12 an. Radial von innen an den Kraftübertragungssegmenten 14 greifen jeweils Arme
18' einer Spreizfeder 18 an, die in Fig. 4 im einzelnen in perspektivischer Darstellung
gezeigt ist. Die Spreizfeder weist ein Bodenteil 18" mit einer Mittelbohrung auf,
von der Schlitze 18"' in radialer Richtung abzweigen. Mittels dieser Bohrung ist
die Spreizfeder im Reibschluß auf den im Hohlraum 34 angeordneten
Axialzapfen
aufgeschoben. Die Arme 18' sind am äußeren Ende radial nach außen abgebogen, um
dort mit den radialen Innenflächen der Kraftübertragungssegmente 14 in Eingriff
zu kommen. Jedem Kraftübertragungssegment 14 ist ein Spreizarm 18' zugeordnet. Bei
der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 sind also lediglich zwei Kraftübertragungs
segmente vorgesehen. Analog Fig. 2 können aber auch vier oder mehr Segmente vorliegen.
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Erfindungswesentlich ist auch noch die Abkröpfung 38 an jedem Arm
18', welche hinter einem Ringwulst 28 an einem Bodenfortsatz des Hilfskolbens 12
in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise angreift. Aufgrund der Schrägfläche 19 im
Bereich der Abkröpfung 38 wird beim Vorschieben des Hilfskolbens 12 jeder Spreizarm
18' durch den Ringswulst 28 radial nach außen gedrückt, und zwar in einem solchen
Ausmaß, daß die Kraftübertragungssegmente 14 sich radial nach außen bewegen und
in Anlage an den Flächen 15 und 17 verbleiben.
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Zwischen dem Boden der Ringnut 27 und den Kraftübertragungssegmenten
14 sind Gummifedern 29 angeordnet, welche eine geringfügige Rückstellkraft auf die
Segmente 14 in radialer Richtung nach innen ausüben.
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Im Abstand des Lüftspiels L von dem Boden 18'' der Spreizfeder 18
ist im Inneren des Hauptkolbens 11 ein Mitnehmerring 39 angeordnet.
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Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 3 und 4 ist
wie folgt: Beim Anlegen eines hydraulischen Druckes an den Anschluß 30 wird zunächst
der Hilfskolben 12 axial aus dem Hauptkolben 11 herausgefahren, bis die nicht gezeigte
Bremsbacke an der Bremsscheibe anliegt. Hierbei spreizt der Ringwulst 28
die
Arme 18' der Spreizfeder 18 und schiebt dadurch die Kraftübertragungssegmente 14
sukzessive radial in das Innere der Ringnut 27. Hierbei verbleibt das Kraftübertragungssegment
14 in Eingriff mit der Anschlagfläche 15 bzw. der Schrägfläche 17.
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Sobald der Hilfskolben 12 durch Anlage der Bremsbacke an der Bremsscheibe
zum Stillstand gekommen ist, steigt der Druck im Zylinderraum weiter an, so daß
sich schließlich auch der Hauptkolben 12 bewegen kann. Wegen der Anlage der Kraftübertragungssegmente
14 an den Flächen 15, 17 liegt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden
Kolben 11, 12 vor, so daß sie sich nunmehr gemeinsam in Richtung der Bremsscheibe
bewegen.
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Nach der Druckentlastung bewegt die Roll-Back-Dichtung 31 den Hauptkolben
11 in seine Ausgangslage zurück. An den Bremsbacken vorgesehene Federn drücken den
Hilfskolben 12 zurück.
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Hierbei gelangen aufgrund der Wirkung der Gummifeder 29 die Kraftübertragungssegmente
wieder in die aus Fig. 3 ersichtliche Ausgangslage.
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Sofern bei einer Bremsung das Lüftspiel L überschritten wird, drückt
der Mitnehmerring 39 gegen den Boden 18'' der Spreizfeder 18 und verschiebt diese
entsprechend der erfolgten Belagabnutzung um ein gewisses Stück entlang des Axialzapfens
24. Hierdurch werden auch die bremsbackenseitigen Enden der Spreizarme 18' in Richtung
der Bremsbacken verschoben. Da die Enden der Arme 18' gleichzeitig Anschläge für
den Boden des Hilfskolbens 12 sind und dessen Rückbewegung begrenzen, ist auf diese
Weise eine Nachstellung der Bremse zur Wiederherstellung des richtigen Lüftspiels
erfolgt.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen setzt sich also das Gesamt-1 iift.spiel
aus der Lüftspielbewegung des Hauptkolbens 11 und der r.iiStspielbewe(3ung des Hilfskolbens
12 zusammen. Beim Abbau d<s Betätigunysdrucks wird zunächst die gesamte Einheit
bestehend aus dem liauptkolben 11, dem Hilfskolben 12 und der Kraftübert:ragunyseinrichtung
von dem sich entspannenden Dichtring 31 des Hauptkolbens um einen bestimmten Betrag
zurückbewegt. Am Ende dieser Bewegung liegt der Hilfskolben 12 noch nicht an der
Konushülse 23 bzw. der Spreizfeder 18 an. Nun entspannt sich der Dichtring 32 zwischen
dem Hauptkolben 11 und m Hilfskolben 12 und verschiebt den Hilfskolben 12 noch einmal
um etwa den gleichen Betrag, wobei die Kraftübertragungssegmente 13, 14 sich in
der vorgesehenen Weise, unterstützt durch die Zugfedern 25 bzw. Gummifedern 29 radial
nach innen bewegen und dem Hilfskolben 12 dadurch den Rückweg freigeben.
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Die Lösebewegung des Hilfskolbens 12 wird schließlich begrenzt durch
die Anlage des Hilfskolbens 12 an der Konushülse 23 bzw.
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an den Armen der Spreizfeder 18. Auf diese Weise wird mit der erfilldungsgemäßen
Vorrichtung ein Bremslüftspiel ermöglicht, welches etwa doppelt so groß ist wie
das bei den heute üblichen Kolbenzylinderanordnungen mit einem Dichtring erzielbare
Bremslüftspiel. Hierin liegt ein wichtiger Vorteil der Erfindung, durch das sie
sich von den bekannten Vorrichtungen unterscheidet und das zur Verringerung der
Leerlaufverlustleistung von Scheibenbremsen beiträgt.
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