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Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen eines konstanten Spiels in
einer
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mechanischen Betätigung einer Scheibenbremse Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen eines konstanten Spiels in einer mechanischen
Betätigung einer Scheibenbremse, welche im wesentlichen aus einem eine Bremsscheibe
umgreifenden Bremssattel und einem in einer Zylinderbohrung des Bremssattels mittels
einer hydraulisch und/oder mechanisch erzeugten Betätigungskraft in Richtung auf
die Bremsscheibe axial verschieblichen Kolben besteht, welcher auf einen Bremsbelag
wirkt, wobei die Einrichtung aus einer zu dem Kolben koaxial angeordneten und mit
diesem fest verbundenen Gewindespindel und einer auf dieser ohne Selbsthemrrung
schraubbaren Mutter besteht, welche mittels eines Vierpunktkugellagers gegenüber
dem Bremssattel drehbar gelagert ist und eine Angriffsfläche für ein gegenüber dem
Bremssattel drehfestes mechanisches Betätigungselement aufweist, wobei das Vierpunktkugellager
einen in einer rechtwinklig zur Längsachse der Spindel und durch seine Laufbahn
verlaufenden Ebene geteilten Außenring aufweist und wobei bei fehlender mechanisch
erzeugter Betätigungskraft der Außenring des Vierpunktkugellagers durch eine Schraubenf
eder von der Bremsscheibe weg gegen einen Anschlag des Bremssattels gepreßt und
das Betätigungselement mit dem konstanten Spiel gegenüber der Angriffsfläche angeordnet
ist, während bei vorhandener mechanisch erzeugter Betätigungskraft das Betätigungselement
mit der Angriffsfläche derart in Eingriff steht, daß es mit der Mutter drehfest
verbunden ist.
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Es ist der Anmelderin bekannt, daß eine derartige Einrichtung bereits
für die Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen wurde, wobei die Scheibenbremsen
sowohl als hydraulisch betätigte Betriebs- als auch als mechanisch betätigte Feststellbremse
verwendet werden.
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Für den Fall, daß hydraulisch gebremst wird, schiebt der sich in der
Zylinderbohrung aufbauende Druck zunächst den auf den Bremsbelag wirkenden Kolben
in Richtung auf die Bremsscheibe, bis der Bremsbelag an dieser zur Anlage kommt.
Bei weiterer Erhöhung des Druckes treten elastische Verformungen aller im Kraftfluß
liegenden Teile, insbesondere aber des Bremssattels auf.
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Wenn der Kolben ausgeschoben wird, macht die mit diesem fest verbundene
Spindel dessen Bewegung mit, wobei die auf der Spindel schraubbare Mutter unter
der Wirkung der Schraubenfeder an dem Anschlag des Bremssattels gehalten wird und
relativ zur Spindel als auch zum Bremssattel rotiert, was ohne weiteres möglich
ist, da das Gewinde nicht selbsthemmend und die Mutter mittels des Vierpunktkugellagers
gegenüber dem Bremssattel drehbar gelagert ist. Es ist somit gewährleistet, daß
das im unbetätigten Zustand der Bremse zwischen der Anlagefläche der Mutter und
dem beim hydraulischen Bremsen ortsfesten mechanischen Betätigungselement vorliegende
Spiel auch beim hydraulischen Bremsen konstant bleibt.
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Wird der Druck in der Zylinderbohrung abgebaut, wird der Kolben infolge
der sich ebenfalls abbauenden elastischen Verformungen der im Kraftfluß liegenden
Teile, den Taumelschlag der Bremsscheibe und anderer Effekte in die Zylinderbohrung
zurückbewegt, wobei der Rückweg des Kolbens um den Betrag des beim Bremsen aufgetretenen
Verschleißes des Bremsbelags geringer ist als der Weg, um den der Kolben ausgeschoben
wurde. Bei der Rückbewegung des Kolbens wird die Mutter gezwungen, in umgekehrter
Richtung wie beim Ausschieben des Kolbens zu rotieren. Der Spalt zwischen der Angriffsfläche
der Mutter und dem mechanischen Betätigungselement bleibt unabhängig von der Größe
des aufgetretenen Verschleißes des Bremsbelags konstant, da die Mutter sowohl beim
Ausschieben als auch beim Zurückbewegen des Kolbens ihre axiale Lage rela-
tiv
zu dem mechanischen Betätigungselement beibehält.
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Für den Fall, daß mechanisch gebremst wird, wird das mechanische Betätigungselement
nach Überwindung des Spiels unter Einwirkung der Betätigungskraft mit der Angriffsfläche
der Mutter derart in Eingriff gebracht, daß die beiden Teile drehfest miteinander
verbunden sind. Da das mechanische Betätigungselement gegenüber dem Bremssattel
drehfest ist, kann dann auch die Mutter nicht rotieren, das heißt, sie behält ihre
Lage auf der Spindel bei und die von der Mutter über die Spindel auf den Kolben
übertragene mechanische Betätigungskraft bewegt diesen in Richtung auf die Bremsscheibe.
Auch das Vierpunktkugellager folgt der Bewegung des Kolbens, was zur Folge hat,
daß sein Außenring gegen die Wirkung der Schraubenfeder von dem Anschlag des Bremssattels
abgehoben wird.
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Wird der Bremsvorgang beendet, wird der Kolben in der oben beschriebenen
Weise in die Zylinderbohrung zurückbewegt. Sollte dann infolge von Verschleiß des
Bremsbelags der Außenring noch nicht an dem Anschlag des Bremssattels anliegen,
wird er unter Einwirkung der Schraubenfeder, welche die Mutter dann veranlaßt auf
der Spindel zu rotieren, in seine ursprüngliche Lage zurückgeführt, das heißt an
dem Anschlag zur Anlage gebracht, wodurch wiederum das Spiel zwischen der Angriffsfläche
und dem mechanischen Betätigungselement konstant gehalten ist.
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Bei der bekannten Einrichtung bleibt beim mechanischen Bremsen die
normalerweise an dem Anschlag des Bremssattels anliegende Außenringhälfte an diesem
Anschlag haften, während die übrigen Teile des Vierpunktkugellagers der Bewegung
der Mutter folgen. Dies kann insbesondere dann, wenn die Außenringhälfte, z. B.
infolge von Erschütterungen, ihre radiale Lage an dem Anschlag nicht beibehält,
dazu führen, daß der Kolben nebst Spindel, Mutter und der restlichen Teile des Vierpunktkugellagers
nicht in seine Ausgangslage zurückgestellt werden kann. Es kann somit der unerwünschte
und auch höchst gefährliche Zustand eintreten, daß die Bremswirkung nicht aufgehoben
werden kann.
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Aber auch geringfügigere radiale Verschiebungen der beiden Außenringhälften
zueinander können, auch wenn sie die Rückkehr des Kolbens in seine Ausgangslage
nicht verhindern, doch die Funktion nicht nur der Einrichtung sondern der gesamten
Bremse gefährden. Wenn nämlich diese radialen Verschiebungen ein Maß annehmen, das
das Vierpunktl<ugellager schwergängig werden läßt, kann, je nachdem wann diese
Schwergängigkeit auftritt, entweder die Funktion der Einrichtung aufgehoben oder
im Falle des hydraulischen Bremsens das Lösen der Bremse verhindert werden. Da es
die Betriebsbremse ist, die hydraulisch betätigt wird, können im Fahrbetrieb des
Kraftfahrzeugs somit höchst gefährliche Situationen auftreten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die hinsichtlich der Einhaltung des konstanten
Spiels eine hohe Betriebssicherheit aufweist und die Funktion der eigentlichen Bremse
nicht beeinträchtigt.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der äußeren
Manteifläche des Außenringes des Vierpunktkugellagers eine dünnwandige Hülse vorgesehen
ist, welche die beiden Außenringhälften radial spielfrei umgibt und in ihrer axialen
Lage zueinander fixiert.
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Es wird so erreicht, daß einerseits radiale Verschiebungen der Außenringhälften
und somit Schwergängigkeit des Vierpunktkugellagers und die beschriebenen Folgen
gänzlich ausgeschlossen sind. Andererseits wird sichergestellt, daß die gewöhnlich
an dem Anschlag des Bremssattels anliegende Außenringhälfte beim mechanischen Bremsen
stets mit den übrigen Teilen des Vierpunktkugellagers dem Weg des Kolbens folgt,
wodurch gewährleistet ist, daß der Kolben stets in seine Ausgangslage zurückkehren
kann.
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Nach Varianten der Erfindung können die Außenringhälften sowohl reibals
auch formschlüssig in der Hülse gehaltert sein.
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Der Fertigungsaufwand für die Hülse ist dann besonders gering, wenn
sie nach einer Ausführungsform der Erfindung als Blechziehteil ausgebildet ist.
Dabei kann sie nach einer weiteren Variante der Erfindung einstückig
angebildete
Mittel zur Zentrierung der Schraubenfeder aufweisen.
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Eine letzte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß das Vierpunktkugellager
mit einem seine Kugeln auf Abstand haltenden Käfig versehen ist.
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Hierdurch wird einer möglichen Schwergängigkeit des Vierpunktkugellagers
zusätzlich entgegengewirkt, indem durch den Käfig verhindert wird, daß die Kugeln
aufeinander auflaufen, was zu einem erhöhten Reibmoment des Vierpunktkugellagers
führen würde.
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In den beigefügten Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine mit einer
erfindungsgemäßen Einrichtung versehenen Scheibenbremse, Fig. 2 in vergrößerter
Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1 und Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen
teilweisen Längsschnitt durch den Bremssattel einer mit einer erfindungsgemäßen
Einrichtung versehenen Scheibenbremse.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine Scheibenbremse im unbetätigten Zustand
gezeigt, welche aus einer Bremsscheibe 1 besteht, die von einem schwimmend (nicht
dargestellt) angeordneten Bremssattel 2 umgriffen ist, der in einer als Sackloch
ausgeführten Zylinderbohrung 3 einen axial verschieblichen Kolben 4 aufnimmt, welcher
an einem Bremsbelag 5 anliegt. Einen zweiten Bremsbelag 6 trägt der Bremssattel
2 an seinem der Zylinderbohrung 3 gegenüberliegenden Schenkel 7.
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Der Kolben 4, welcher mittels eines Dichtrings 8 flüssigkeitsdicht
in der Zylinderbohrung 3 angeordnet ist, kann unter der Einwirkung von durch eine
Zuführbohrung 9 an einer Fase 10 des Kolbens 4 vorbei in die Zylinderbohrung 3 eintretender
unter Druck stehender Bremsflüssigkeit und/oder mittels einer mechanischen Betätigung
in Richtung auf die Bremsscheibe 1 ausgeschoben werden, wobei zunächst der Bremsbelag
5 und dann infolge der schwimmenden Anordnung des Bremssattels 2 auch
der
Bremsbelag 6 an dieser zur Anlage kommt.
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Die mechanische Betätigung der Kupplung besteht aus einer im Bremssattel
2 drehbaren Bremswelle 11, an welcher sich eine Stange 12 exzentrisch abstützt,
die ein in einer am Boden der Zylinderbohrung 3 angeordneten Sackbohrung 13 längsverschiebliches
mechanisches Betätigungselement 14 bei Drehung der Bremswelle 11 gegen den Uhrzeigersinn
in Richtung auf die Bremsscheibe 1 bewegt. Nach Überbrückung eines Spiels 15 komrrt
das Betätigungselement 14, welches mittels eines in eine Nut 16 der Zylinderbohrung
3 eingreifenden Vorsprungs 17 gegenüber dem Bremssattel 2 drehfest ist, mit seiner
hohikegligen Fläche 18 an einer entsprechenden kegligen Angriffsfläche 19 einer
Mutter 20 zur Anlage, wodurch die auf einer mit dem Kolben 4 fest verbundenen Spindel
21 angeordnete Mutter 20 daran gehindert wird, sich zu drehen. Bei weiterer Drehung
der Bremswelle 11 werden die Mutter 20, die Spindel 21 und der Kolben 4 in Richtung
auf die Bremsscheibe 1 verschoben, so daß die Bremsbeläge 5 und 6 an dieser zur
Anlage kommen.
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Die Scheibenbremse weist eine Einrichtung auf, welche dazu dient,
das im unbetätigten Zustand der mechanischen Betätigung in dieser vorliegende Spiel
15 selbsttätig konstant einzustellen. Die Einrichtung besteht außer aus der Spindel
21 und der auf dieser ohne Selbsthemmung schraubbaren Mutter 20 im wesentlichen
aus einem die Mutter 20 gegenüber dem Bremssattel drehbar lagernden Vierpunktkugellager
22, dessen Kugeln 23 zwischen einer unmittelbar auf der äußeren Mantelfläche der
Mutter 20 angebrachten inneren Laufbahn 24 und einer in seinem Außenring 25 angebrachten
äußeren Laufbahn 26 abrollen. Letzterer ist, t um eine möglichst große Anzahl von
Kugeln 23 zwischen die Laufbahnen 24 und 26 bringen zu können, in einer senkrecht
zur Längsachse der Spindel 21 und durch seine Laufbahn 26 verlaufenden Ebene geteilt.
Mit seiner von der Bremsscheibe 1 abgewandten Stirnfläche liegt er unter der Wirkung
einer Schraubenfeder 27 an einem fest mit dem Bremssattel 2 verbundenen Anschlag
28 an. Die seine andere Stirnfläche beaufschlagende Schraubenfeder 27 stützt sich
über einen Federtopf 29 an dem Anschlag 28 ab.
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Wird der Kolben 4 hydraulisch in Richtung auf die Bremsscheibe 1 bewegt,
bleibt
der Außenring 25 des Vierpunktkugellagers 22 unter Einwirkung der Schraubenfeder
27 stets in Anlage an dem Anschlag 28, wodurch die auf der von dem Kolben 4 mitgenommenen
Spindel 21 ohne Selbsthemmung schraubbare Mutter 20 unter Beibehaltung ihrer axialen
Lage in der Zylinderbohrung 3 veranlaßt wird zu rotieren. Es ist so gewährleistet,
daß das Spiel 15 beim hydraulischen Bremsen stets einen konstanten Wert behält,
auch dann, wenn infolge von Verschleiß der Bremsbeläge 5 und 6 der Kolben 4 nach
dem Bremsen um einen Weg zurückgeschoben wird, der geringer ist als der, um den
er zuvor ausgeschoben wurde.
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Beim mechanischen Bremsen wird wie bereits oben beschrieben durch
Drehen der Bremswelle 11 zunächst das Spiel 15 überbrückt, worauf das Betätigungselement
14 an der Angriffsfläche 19 der Mutter 20 zur Anlage kommt, diese am Rotieren hindert
und somit die Mutter 20, die Spindel 21 und den Kolben 4 gegen die Wirkung der an
dem Außenring 25 des auf der Mutter 20 angebrachten Vierpunktkugellagers 22 angreifenden
Schraubenfeder 27 in Richtung auf die Bremsscheibe 1 bewegt und die Bremsbeläge
5 und 6 an dieser zur Anlage bringt. Bei Beendigung des Bremsvorgangs wird der Kolben
4 in die Zylinderbohrung 3 zurückgeschoben. Sollte dieser Weg infolge von Verschleiß
der Bremsbeläge 5 und 6 geringer sein als der Weg, um den der Kolben 4 zuvor ausgeschoben
wurde, ist die dem Anschlag 28 zugewandte Stirnfläche des Außenrings 25 nach Beendigung
der Rückbewegung des Kolbens 4 um einen Betrag von dem Anschlag 28 entfernt, der
dem .Verschleiß der Bremsbeläge 5 und 6 entspricht. Wird nun das Betätigungselement
14 in seine ursprügliche Lage zurückgeführt, kommt es mit der Mutter 20 außer Eingriff,
wodurch diese unter Einwirkung der Schraubenfeder 27 rotieren und der Außenring
25 an den Anschlag 28 zurückkehren kann, so daß schließlich das Spiel 15 in seinem
zuvor vorhandenen Maß wieder hergestellt ist.
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Der Außenring 25 des Vierpunktkugellagers 22 weist an seiner äußeren
Mantelfläche eine dünnwandige aus Blech gezogene Hülse 30 auf, welche ihn spielfrei
umgibt und die beiden Außenringhälften 31 und 32 reibschlüssig in ihrer axialen
Lage zueinander fixiert.
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Dadurch, daß die Hülse 30 die Außenringhälften 31 und 32 spielfrei
um-
gibt, ist sichergestellt, daß radiale Verschiebungen der Außenringhälften
31 und 32 relativ zueinander, welche zur Schwergängigkeit des Vierpunktkugellagers
22 führen und die oben beschriebenen Betriebsstörungen verursachen können, unterbunden
sind. Außerdem ist dadurch, daß die Außenringhälften 31 und 32 durch die Hülse 30
in ihrer axialen Lage zueinander fixiert sind, gewährleistet, daß beim mechanischen
Bremsen die dem Anschlag 28 benachbarte Außenringhälfte 31 nicht an diesem haften
bleiben kann, sondern gemeinsam mit den restlichen Teilen des Vierpunktkugellagers
22 der Bewegung des Kolbens 4 folgt. Somit kann der Kolben 4 bei Beendigung des
mechanischen Bremsens jederzeit in seine Ausgangslage zurückkehren und die Bremswirkung
immer sicher aufgehoben werden.
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An ihrem von dem Anschlag 28 entfernten Ende weist die Hülse 30 einen
radial nach innen gerichteten Flansch 33 auf, an den sich ein hohizylindrischer
Abschnitt 34 anschließt, auf welchem die Schraubenfeder 27 zentriert ist.
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Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet
sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß die Hülse 35 die Außenringhälften
31. und 32 des Vierpunktkugellagers 22 mittels zweier an ihren Enden angebördelter
radial nach innen gerichteter Flansche 36 und 37 formschlüssig in ihrer axialen
Lage zueinander fixiert.
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Außerdem weist das Vierpunktkugellager 22 einen Käfig 38 auf, welcher
die Kugeln 23 daran hindert, aufeinander aufzulaufen. Hierdurch wird einer möglichen
Schwergängigkeit des Vierpunktkugellagers 22 zusätzlich entgegengewirkt.