DE3531896A1

DE3531896A1 - Hydraulischer federspeicherzylinder mit verschleissnachstellung

Info

Publication number: DE3531896A1
Application number: DE19853531896
Authority: DE
Inventors: Xaver Dipl Ing Wirth
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1987-03-19
Also published as: FR2587065A1; FR2587065B1; DE3531896C2; US4724741A

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Federspeicherzylinder mit Verschleißnachstellung, mit einem entgegen der Kraft einer Speicherfeder von einem Druckmittel beaufschlagbaren Spannkolben, der axial vermittels einer Verschleißnachstellvorrichtung justierbar mit einer Kolbenstange gekoppelt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen derartigen, hydraulischen Federspeicherzylinder mit einfachem, billigem Aufbau anzugeben, wobei die Möglichkeit geboten wird, durch ebenfalls einfache Mittel eine gegebenenfalls fernbetätigbare Notrückstellung vorsehen zu können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Spannkolben und der Kolbenstange eine Zylinder-Kolben-Anordnung eingeordnet ist, deren Zylinderraum über ein Rückschlagventil aus dem Beaufschlagungsraum des Spannkolbens druckmittelbeaufschlagbar ist, daß der Spannkolben mit der Kolbenstange vermittels einer ersten, axialen Reibungskupplung gekuppelt ist, deren Reibkraft größer als die unter Druckmitteldruck ausübbare Spreizkraft der Zylinder-Kolben-Anordnung ist, und daß zwischen einem feststehenden Gehäuseteil und der Kolbenstange eine zweite, axiale Reibkupplung eingeordnet ist, deren Reibkraft größer als die um die Spannkraft verminderte Reibkraft der ersten Reibkupplung ist und in deren Kraftfluß sich eine ein dem Sollhub entsprechendes Spiel aufweisende Anschlagkupplung befindet.

Nach der weiteren Erfindung kann für einen derartigen Federspeicherzylinder eine einfache Notrückstellung dadurch geschaffen werden, daß gemäß Patentanspruch 2 der Zylinderraum der Zylinder-Kolben-Anordnung durch ein willkürlich schaltbares Ventil mit dem Beaufschlagungsraum verbindbar ist. Eine Fernbetätigung der Notrückstellung ist dabei nach der weiteren Erfindung in einfacher Weise dadurch möglich, daß nach Patentanspruch 4 das Ventil fernbetätigbar ist, insbesondere als handschaltbares Magnetventil ausgebildet ist.

Die nach der weiteren Erfindung möglichen, vorteilhaften Ausgestaltungen des Federspeicherzylinders sind den weiteren Unteransprüchen entnehmbar.

In der Zeichnung ist ein nach der Erfindung ausgebildeter Federspeicherzylinder im Teilschnitt schematisch dargestellt.

Der in der Zeichnung dargestellte Federspeicherzylinder ist als Zuspannzylinder für eine Scheibenbremse eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei das im wesentlichen axial gestufte, zylindrische Gehäuseteil 1 des Federspeicherzylinders in einem Bremssattel 2 einer nur in ihren hier interessierenden Teilen dargestellten Scheibenbremse gehalten ist. Die Kolbenstange 3 des Federspeicherzylinders liegt mit ihrem aus dem Gehäuseteil 1 herausragenden Kopfstück 4 an einer im Bremssattel 2 verschieblich gelagerten Bremsbacke 5 der Scheibenbremse an.

Am der Bremsbacke 5 abgewandten Ende ist das Gehäuseteil 1 durch einen Gehäuseboden 6 verschlossen. Zwischen dem Gehäuseboden 6 und einem im Gehäuseteil 1 abgedichtet verschieblich geführten Spannkolben 7 ist als Speicherfeder ein aus Tellerfedern 8 bestehendes Federpaket eingespannt; selbstverständlich sind anstelle der Tellerfedern 8 auch anderartige Federn vorsehbar. Der Spannkolben 7 ist mit einem die Tellerfedern 8 durchragenden Ansatz 9 versehen, welcher im Gehäuseboden 6 verschieblich geführt ist. Auf der den Tellerfedern 8 abgewandten Seite befindet sich zwischen dem Spannkolben 7 und dem Gehäuseteil 1 ein Beaufschlagungsraum 10, der durch einen Kanal 11 mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar ist.

Die Kolbenstange 3 ist nahe des der Bremsbacke 5 benachbarten Endes des Gehäuseteiles 1 in diesem mittels eines Dichtringes 12 abgedichtet verschieblich geführt. Im Anschluß an den Dichtring 12 ist im Gehäuseteil 1 eine zur Kolbenstange 3 hin offene Ringausnehmung 13 vorgesehen. Innerhalb der Ringausnehmung 13 befindet sich eine Klemmfeder 14, welche die Kolbenstange 3 mit Reibschluß zu dieser umgibt, jedoch zum Boden der Ringausnehmung 13 Spiel aufweist. Bei Anlage der Klemmfeder 14 am einen axialen Ende der Ringausnehmung 13 weist die Klemmfeder 14 zum anderen Ende der Ringausnehmung 13 einen axialen Spielabstand A auf, welcher dem Sollhub beim Zuspannen der Scheibenbremse entspricht. Die Kolbenstange 3 durchragt den Beaufschlagungsraum 10 und greift axial verschieblich in eine zum Beaufschlagungsraum 10 hin offene Sackbohrung 5 des Spannkolbens 7 sowie des Ansatzes 9 ein. Nahe des Beaufschlagungsraumes 10 ist die Sackbohrung 5 durch eine Ringausnehmung 16 erweitert, in welcher sich mit höchstens geringem, axialem Spiel eine Klemmfeder 17 befindet, welche ebenfalls mit Reibschluß auf der Kolbenstange 3 sitzt und zum Boden der Ringausnehmung 16 Spiel ausweist. Im Anschluß an die Ringausnehmung 16 ist in die Wandung der Sackbohrung 15 ein Dichtring 18 eingesetzt, welcher den aus der Zeichnung kaum ersichtlichen Ringspalt zwischen der Kolbenstange 3 und der Wandung der Sackbohrung 15 nur in Strömungsrichtung vom Boden 19 der Sackbohrung 15 zum Beaufschlagungsraum 10 hin abdichtet, in umgekehrter Strömungsrichtung eine Strömung jedoch zuläßt. Der Dichtring 18 kann zweckmäßig als üblicher Axialnutring ausgebildet sein, dessen Nut dem Boden 19 zugewandt ist, so daß seine Dichtlippen rückschlagventilartig wirken. Die Kolbenstange 3 endet dicht vor dem Boden 19 mit einer einen Kolben 20 darstellenden Stirnfläche, wobei sich zwischen dem Boden 19 und dem Kolben 20 ein Zylinderraum 21 befindet.

Der Boden 19 ist von einer kleinquerschnittigen Bohrung 22 durchbrochen, welche gleichachsig zur Achse 23 des Federspeicherzylinders verläuft und deren Mündung in einem im Ansatz 9 vorgesehenem Raum 24 von einem parallel zur Achse 23 im Bodenabschnitt des Ansatzes 9 abgedichtet verschieblich gelagerten Ventilstößels 25 dicht abdeckbar ist. Der Ventilstößel 25 ist durch eine nicht dargestellte Einrichtung willkürlich verschiebbar, insbesondere kann er das Stellglied eines üblichen, nicht dargestellten Magnetventiles sein, welches an das freie Ende des Ansatzes 9 anzuflanschen ist und welches mit einer Handbetätigung für den Ventilstößel 25 versehen sein kann. Im Ruhezustand ist der Ventilstößel 25 dicht gegen die Einmündung der Bohrung 22 in den Raum 24 angedrückt. Vom Raum 24 führt ein zweckmäßig als Bohrung auszuführender Kanal 26 durch den Ansatz 9 und den Spannkolben 7 zum Beaufschlagungsraum 10.

Die den Spannkolben 7 gegen das Gehäuseteil 1 abdichtende Dichtung 7′ und der Dichtring 12 sind jeweils derart auszubilden, daß sie einen Druckmittelaustritt aus dem Beaufschlagungsraum 10 verhindern, in umgekehrter Richtung können sie ebenfalls dichtend oder auch nicht dichtend ausgebildet sein.

Die Klemmfeder 17 stellt in Verbindung mit den Wandungen der Ringausnehmung eine erste Reibungskupplung 17, 16 zwischen dem Spannkolben 7 und der Kolbenstange 3 dar, welche in Axialrichtung zumindest nahezu spielfrei ist. Die Klemmfeder 14 stellt mit der Ringnut 13 eine zweite Reibungskupplung 13, 14 zwischen dem Gehäuseteil 1 und der Kolbenstange 3 dar, welche mit dem Spielabstand A entsprechenden Spiel behaftet ist. Durch ihre Verbindung zum Beaufschlagungsraum 10 sind die Ringausnehmungen 13 und 16 mit hydraulischem Druckmittel gefüllt, die Reibungskupplungen 13, 14 und 17, 16 sind daher nasse Kupplungen mit entsprechend geringem Verschleiß und konstantem Reibverhalten. Die Mündung der Bohrung 22 bildet zusammen mit dem Ventilstößel 25 ein Ventil 22, 23. Der Boden 19, der Kolben 20 und der Zylinderraum 21 bilden eine Zylinder-Kolben- Anordnung 19, 20, 21, welche aus dem Beaufschlagungsraum 10 am in dieser Strömungsrichtung undichten Dichtring 18 vorbei mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar und bei abgehobenem Ventilstößel 25, also geöffnetem Ventil 22, 25, durch die Bohrung 22 und den Kanal 26 wieder in den Beaufschlagungsraum 10 entleerbar ist.

Die Reibkraft der ersten Reibungskupplung 17, 16 ist derart bemessen, daß ihre Reibkraft größer ist als die vom Kolben 20 bei Druckmittelbeaufschlagung des Zylinderraumes 21 auf die Kolbenstange 3 ausgeübte Kraft, also größer als die Spreizkraft zwischen dem Boden 19 und dem Kolben 20. Die Reibkraft der zweiten Reibungskupplung 13, 14 ist derart bemessen, daß sie größer ist als die um die erwähnte Spreizkraft zwischen dem Boden 19 und dem Kolben 20 verminderte Reibkraft der ersten Reibungskupplung 17, 16. Beispielsweise können bei einer beliebigen Krafteinheit die erste Reibungskupplung 17, 16 eine Reibkraft vom Wert 3, die zweite Reibungskupplung 13, 14 eine Reibkraft vom Wert 2,5 und die Spreizkraft einen Wert 2 aufweisen.

Im Neuzustand des Federspeicherzylinders oder auch bei druckloser Druckmittelquelle und unverschlissener Bremsbacke 5 nehmen die Federspeicher-Teile die aus der Zeichnung ersichtlichen Lagen ein, wobei die Kolbenstange 3 maximal nach rechts in das Gehäuseteil 1 eingedrückt ist und der Spannkolben 7 sich in seiner linken Endstellung befindet. Der Spielabstand A kann sich dabei vollständig rechtsseitig der Klemmfeder 14 befinden. Der Kanal 11, der Beaufschlagungsraum 10, die beiden Ringausnehmungen 13 und 16, der Zylinderraum 21, der Raum 24 und der Kanal 26 sind mit drucklosem, hydraulischem Druckmittel gefüllt.

Wird nunmehr in den Kanal 11 Druckmittel hohen Druckes eingespeist, so wird durch die Druckbeaufschlagung des Beaufschlagungsraumes 10 der Spannkolben 7 unter Kompression der Tellerfedern 8 nach rechts gedrückt, wobei das Kopfstück 4 durch seine Anlage am Gehäuseteil 1 die Kolbenstange 3 ortsfest hält. In den sich vergrößernden Zylinderraum 21 strömt am Dichtring 18 vorbeigelangtes Druckmittel ein, der Raum 24 wird ebenfalls druckbeaufschlagt. Der Spannkolben 7 überwindet bei seiner Verschiebung die Reibungskraft der ersten Reibungskupplung 17, 16. Die Reibkraft der zweiten Reibungskupplung 13, 14 verhindert ein Ausschieben der Kolbenstange 3 unter dem Beaufschlagungsdruck des Kolbens 20 nach links. Bei vollständiger Kompression der Tellerfedern 8 bleibt der Spannkolben 7 stehen.

Nunmehr kann zur Lösespieleinstellung der Scheibenbremse der Druck des hydraulischen Druckmittels gesenkt werden, wobei die Tellerfedern 8 den Spannkolben 7 wieder nach links verschieben. Aus dem Zylinderraum 21 kann das hydraulische Druckmittel nicht entweichen, da sowohl der Dichtring 18 wie das Ventil 22, 25 sperren; die Kolbenstange 3 wird daher vom Spannkolben 7 mitgenommen, wobei die Reibkraft der zweiten Reibungskupplung 13, 14 überwunden wird und über das Kopfstück 4 die Bremsbacke 5 an die nicht dargestellte Scheibenbremse angelegt und angepreßt wird. Der Anlegehub kann dabei größer als der Spielabstand A sein. Zum nachfolgenden Lösen der Scheibenbremse ist wiederum durch den Kanal 11 hoher Druckmitteldruck aufzubauen, wodurch der Spannkolben 7 unter Kompression der Tellerfeder 8 nach rechts gedrückt wird. Dabei nimmt der Spannkolben 7 über die Reibkraft der ersten Reibungskupplung 17, 16 die Kolbenstange 3 und auch die Klemmfeder 14 mit, bis letztere nach Zurücklegen des dem Spielabstand A entsprechenden Hubweges an der rechtsseitigen Begrenzung der Ringnut 13 zur Anlage gelangt. Die Reibkraft der zweiten Reibungskupplung 13, 14 hält sodann im Verein mit der Druckmittelbeaufschlagung des Kolbens 20 die Kolbenstange 3 fest, während sich der Spannkolben 7 bis zur vollständigen Kompression der Tellerfedern 8 unter Überwinden der Reibkraft der ersten Reibungskupplung 17, 16 weiter nach rechts bis in seine rechte Endstellung verschiebt; während dieser Bewegung strömt Druckmittel am Dichtring 18 vorbei in den Zylinderraum 21 ein. Nach Abschluß dieser Bewegung befindet sich die Scheibenbremse mit korrektem Lösespiel in ihrer Lösestellung.

Zu nachfolgenden Bremsungen ist der Druckmitteldruck abzusenken, wobei die dann überwiegende Kraft der Tellerfedern 8 die Scheibenbremse entsprechend zuspannen. Die Füllung des Zylinderraumes 21 mit nicht kompressiblem, hydraulischem Druckmittel sichert dabei die Kraftübertragung vom Spannkolben 7 zur Kolbenstange 3. Das Lösen erfolgt entsprechend umgekehrt durch Wiederaufbau des Druckmitteldruckes. Während der Bremsungen auftretender Verschleiß an der Bremsbacke 5 bzw. anderen Bremsteilen wird bereits während dieser Bremsungen durch entsprechendes Weiterbewegen des Spannkolbens 7 mit der Kolbenstange 3 bei unverändert an der linksseitigen Begrenzung der Ringnut 13 im Gehäuseteil 1 ortsfest anliegender Klemmfeder 14 nachgestellt. Beim nachfolgenden Lösen der Bremsen erfährt die Kolbenstange 3 stets nur eine dem Spielabstand A entsprechende Verschiebung nach rechts, während der Spannkolben 7 bis zu seiner rechtsseitigen Endstellung und völliger Kompression der Tellerfedern 8 bewegt wird.

Falls die Druckmittelquelle ausfällt, beispielsweise eine von der Druckmittelquelle zum Kanal führende, nicht dargestellte Schlauchverbindung platzt, wird die Scheibenbremse mit maximaler Kraft zugespannt. Soll die Scheibenbremse nunmehr gelöst werden, so ist eine Notrückstellung des Federspeicherzylinders erforderlich. Zu diesem Notrückstellen des Federspeicherzylinders ist der Ventilstößel 25 durch geringfügige Rechtsverschiebung relativ zum Ansatz 9 von der Mündung der Bohrung 22 abzuheben, also das Ventil 22, 25 zu öffnen, wodurch das im Zylinderraum 21 befindliche Druckmittel durch die Bohrung 22, den Raum 24 und den Kanal 26 zum drucklosen Beaufschlagungsraum 10 abströmen kann und der Druck im Zylinderraum 21 somit ebenfalls abgebaut wird. Die Scheibenbremse entspannt sich nun, wobei die Bremsbacke 5 und damit die Kolbenstange 3 bis zum losen Anliegen der Bremsbacke 5 an der Bremsscheibe nach rechts zurückgedreht werden; es ist dabei lediglich die Reibkraft der ersten Reibungskupplung 17, 16 zu überwinden, während sich die Klemmfeder 14 der zweiten Reibungskupplung 13, 14 nur innerhalb des Spielabstandes A frei bewegt. Beim Abheben des Ventilstößels 25 von der Bohrung 22 kann unter der Kraft der Tellerfedern 8 eine Linksbewegung des Spannkolbens 7 bis zum Erreichen dessen linker Endstellung erfolgen, diese Bewegung behindert jedoch die Notrückstellung des Federspeicherzylinders in keiner Weise. Da der Ventilstößel 25 ohne weiteres mit einer Fernbetätigung koppelbar ist, beispielsweise wie vorstehend erwähnt das Schaltglied eines Magnetventils sein oder auch über einem Bowdenzug bewegbar sein kann, kann die Notrückstellung des Federspeicherzylinders mit nur geringem Mehraufwand mittels einer Fernbetätigung von einer beliebigen Stelle aus bewirkt werden. Dies ist besonders wesentlich bei Verwendung des Federspeicherzylinders als Zuspannzylinders für eine Reibungsbremse eines Schienenfahrzeuges; im Schadensfall ist es besonders günstig, eine derartige Reibungsbremse beispielsweise von einem Führerstand aus notlösen zu können.

In Abänderung zum beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es möglich, anstelle des Ventils 22, 25 ein außerhalb des Federspeicherzylinders an beliebiger Stelle angeordnetes Ventil vorzusehen, welches einerseits mit dem Zylinderraum 21 und andererseits mit einem beliebigen, während Notrückstellungen drucklosen Hydraulikraum, beispielsweise einem Hydrauliksumpf, drucklosem Vorratsbehälter, mittel- oder unmittelbar dem Beaufschlagungsraum 10 oder dergleichen verbunden ist.

Kurzfassung

Der Federspeicherzylinder weist einen druckmittelbeaufschlagbaren Spannkolben (7) auf. Zwischen dem Spannkolben (7) und einer von diesem bewegbaren Kolbenstange (3) ist eine Zylinder-Kolben-Anordnung (19, 20, 21) eingeordnet, deren Zylinderraum 21 über einen als Rückschlagventil ausgebildeten Dichtring (18) aus dem Beaufschlagungsraum (10) des Spannkolbens (7) druckmittelbeaufschlagbar ist. Zwischen dem Spannkolben (7) und der Kolbenstange (3) ist eine erste, axiale Reibungskupplung (17, 18) und zwischen einem Gehäuseteil (1) und der Kolbenstange (3) ist eine zweite Reibungskupplung (13, 14) vorgesehen. Die zweite Reibungskupplung (13, 14) ist mit einem dem Sollanlegehub entsprechendem Anschlagspiel A versehen. Die Reibkraft der ersten Reibungskupplung (17, 16) ist größer als die Spreizkraft der Zylinder-Kolben-Anordnung (19, 20, 21) und die Reibkraft der zweiten Reibungskupplung (13, 14) ist größer als die um die Spreizkraft verminderte Reibkraft der ersten Reibungskupplung (17, 16). Der Zylinderraum (21) der Zylinder-Kolben-Anordnung (19, 20, 21) ist willkürlich in den Beaufschlagungsraum (10) des Spannkolbens (7) entleerbar.

Bezugszeichenliste 1 Gehäuseteil
2 Bremssattel
3 Kolbenstange
4 Kopfstück
5 Bremsbacke
6 Gehäuseboden
7 Spannkolben
7′ Dichtung
8 Tellerfeder
9 Ansatz
10 Beaufschlagungsraum
11 Kanal
12 Dichtring
13 Ringausnehmung
14 Klemmfeder
15 Sackbohrung
16 Ringausnehmung
17 Klemmfeder
18 Dichtring
19 Boden
20 Kolben
21 Zylinderraum
22 Bohrung
23 Achse
24 Raum
25 Ventilstößel
26 Kanal
17, 16 1. Reibungskupplung
13, 14 2. Reibungskupplung
19, 20, 21 Zylinder-Kolben-Anordnung
22, 25 Ventil
A Spielabstand

Claims

1. Hydraulischer Federspeicherzylinder mit Verschleißnachstellung, mit einem entgegen der Kraft einer Speicherfeder (8) von einem Druckmittel beaufschlagbaren Spannkolben (7), der axial vermittels einer Verschleißnachstellvorrichtung justierbar mit einer Kolbenstange (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spannkolben (7) und der Kolbenstange (3) eine Zylinder-Kolben-Anordnung (19, 20, 21) eingeordnet ist, deren Zylinderraum (21) über ein Rückschlagventil (Dichtring 18) aus dem Beaufschlagungsraum (10) des Spannkolbens (7) druckmittelbaufschlagbar ist, daß der Spannkolben (7) mit der Kolbenstange (3) mittels einer ersten, axialen Reibungskupplung (17, 16) gekuppelt ist, deren Reibkraft größer als die unter Druckmitteldruck ausübbare Spreizkraft der Zylinder-Kolben-Anordnung (19, 20, 21) ist, und daß zwischen einem feststehenden Gehäuseteil (1) und der Kolbenstange (3) eine zweite, axiale Reibungskupplung (13, 14) eingeordnet ist, deren Reibkraft größer als die um die Spreizkraft verminderte Reibkraft der ersten Reibkupplung (17, 16) ist und in deren Kraftfluß sich eine in dem Sollhub entsprechendes Spiel (A) aufweisende Anschlagkupplung befindet.

2. Federspeicherzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (21) der Zylinder-Kolben-Anordnung (19, 20, 21) durch ein willkürlich schaltbares Ventil (22, 25) mit dem Beaufschlagungsraum (10) verbindbar ist.

3. Federspeicherzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (22, 25) unmittelbar schaltbar ist.

4. Federspeicherzylinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (22, 25) fernbetätigbar ist, gegebenenfalls als handschaltbares Magnetventil ausgebildet ist.

5. Federspeicherzylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Reibkupplungen (13, 14; 17, 16) eine die Kolbenstange (3) umgebende Klemmfeder (14; 17) aufweist.

6. Federspeicherzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (3) in eine Sackbohrung (9) des Spannkolbens (7) eingreift, wobei im Eingriffsbereich sich zwischen beiden eine nur einseitig dichtende, das Rückschlagventil bildende Dichtung (18) und die an einem der beiden Teile - Spannkolben (7) oder Kolbenstange (3) - zumindest nahezu axial spielfrei gehaltende Klemmfeder der ersten Reibungskupplung (17, 16) befinden.

7. Federspeicherzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfeder (14) der zweiten Reibungskupplung (13, 14) in einer Ringausnehmung (14) des Gehäuseteiles (1) mit dem Sollhub entsprechendem Axialspiel (A) gehalten ist.

8. Federspeicherzylinder nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Spannkolben (7) ein vom Ventil (22, 25) verschließbarer Kanal (26) vom Boden (19) der Sackbohrung (9) zum Beaufschlagungsraum (10) führt.

10. Federspeicherzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (22, 25) einen parallel, gegebenenfalls gleichachsig, zum Spannkolben (7) verschieblich in diesem gelagerten Ventilstößel (25) aufweist.