DE3909904A1

DE3909904A1 - Betaetigungszylinder, insbesondere fuer bremsen, kupplungen oder dergleichen

Info

Publication number: DE3909904A1
Application number: DE19893909904
Authority: DE
Inventors: Leo Dipl Ing Steinke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-03-25
Filing date: 1989-03-25
Publication date: 1990-10-04
Also published as: SE9001063L; SE9001063D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Betätigungszylinder, insbe sondere für Bremsen, Kupplungen oder dergleichen.

Die Sicherheit von KFz-Bremsanlagen ist während der Einsatz dauer von der Wartung und Nachstellung abhängig. Weil es bei unterbliebener Nachstellung und Wartung zu folgeschweren Un fällen kommen kann, werden zunehmend automatische Nachstell einrichtungen eingesetzt. Bei S-Nockenbremsen sind verschie dene Gestängesteller bekannt.

Gestängesteller sind wirksam, leider aber aufwendig und nicht ohne weiteres nachrüstbar. Automatische Nachstellein richtungen sind auch bei Keilspreizbremsen und Radbremszylin dern von hydraulisch betätigten KFZ-Bremsen bekannt.

Durch die automatischen Nachstelleinrichtungen wird zwar ei ne ständige Anpassung der Bremsen an den Bremsbelagverschleiß erreicht, sodaß eine sichere Funktion der Bremsen während der Lebensdauer der Bremsbeläge im allgemeinen gegeben ist, je doch ist weder eine Überwachung des Bremsbelagverschleißes noch eine Überwachung der Funktion der Nachstelleinrichtung möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Betätigungszylinder mit automatischer Nachstellung und Überwachung anzugeben, bei dem sowohl das Ende der Nachstellung als auch allfällige Defekte registriert werden können.

Als Lösung schlägt die Erfindung einen Betätigungszylinder, insbesondere für Bremsen, Kupplungen oder dergleichen vor, ge kennzeichnet durch die Kombination eines mit einer stufenlo sen, selbsttätigen Nachstellvorrichtung für die Druckstange versehenen Druckmittelzyinders mit einer in diesen integrier ten Überwachungseinrichtung für den Zylinderhub. Bei dieser Kombination liefert die Überwachungseinrichtung ein oder mehrere vom Zylinderhub abhängige Signale. Die Überwachungs einrichtung kann dabei so ausgebildet sein, daß immer beim Er reichen einer vorbestimmten Kolbenstellung des Druckmittelzy linders ein Signal ausgelöst wird, welches den richtigen Be triebszustand der mit dem Betätigungszylinder betätigten Kupplung oder Bremse angibt. Die Überwachungseinrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß sie ein Signal abgibt, wenn die Nachstellvorrichtung für die Druckstange ihren maximalen Stellweg erreicht hat und ein weiterer Verschleiß des Kupplungs- oder Bremsbelages nicht mehr ausgeglichen wird.

Erfindungsgemäß kann die Überwachungseinrichtung einen, vom Kolben des Druckmittelzylinders, bei Erreichen eines vorbe stimmten Kolbenhubes betätigbaren Schalter oder Signalgeber aufweisen. Von diesem Schalter oder Signalgeber wird ein Si gnal ausgelöst, wenn der Bremsbelagverschleiß eine vorgegebe ne Grenze überschritten hat, oder der Betätigungszylinder we gen eines Defekts einen größeren Hub ausführt als vorgesehen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Nachstelleinrichtung einen, von einer Druckfeder gegen ei nen gehäusefesten konischen Sitz gedrückten Nachstellring auf weist, der auf einer, in einer Bohrung des Zylindergehäuses beweglich geführten Nachstellhülse sitzt, in die eine mit der Druckstange drehsteif verbundene Nachstellspindel einge schraubt ist, und daß zur axialen Verschiebung der Nachstell spindel samt Druckstange durch gegenseitiges Verdrehen von Nachstellring und Nachstellhülse zumindest eine Kulissenfüh rung zwischen Nachstellring und Nachstellhülse vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise können mehrere Kulissenführungen gleichmäßig über den Umfang der Nachstellhülse verteilt vorge sehen sein.

Um die Nachstellhülse bei einem Druckmittelzylinder mit un verdrehbarem Kolben, z. B. bei einem Membranzylinder, gegen über dem Kolben drehen zu können kann erfindungsgemäß vorge sehen sein, daß sich die Nachstellhülse an einem am Kolben be festigten Druckrohr drehbar abstützt, in das die Nachstell spindel ragt. Alternativ dazu kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Nachstellhülse direkt am Kolben drehbar gela gert ist und die Nachstellspindel in sich aufnimmt.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Nachstellhülse in einer rohrförmigen Verlänge rung des Zylindergehäuses geführt ist, an deren äußerem Ende der konische Sitz für den Nachstellring ausgebildet ist.

Zur Verkürzung der Baulänge des Betätigungszylinders ist er findungsgemäß im Inneren des Zylindergehäuses eine sich zu ihrem inneren Ende hin konisch verjüngende Hülse vorgesehen, die den konischen Sitz für den Nachstellring bildet. Zweck mäßigerweise erstreckt sich dabei die Nachstellhülse bis zum Kolben des Druckmittelzylinders und nimmt die Nachstellspin del in sich auf, um eine weitere Verkürzung der Baulänge zu erzielen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kulissenführung zwischen Nachstellhülsen und Nachstell ring aus einer, vorzugsweise an der Nachstellhülse ausgebil deten Kulisse mit einer, beim Arbeitshub nach einem vorgege benen Hubweg wirksam schrägen Anlauffläche zum Verdrehen des Nachstellringes und mit einer, beim Rückhub wirksamen, schrä gen Anlauffläche zum Verdrehen der Nachstellhülse und damit axialen Verschieben der Nachstellspindel und aus einem in die ser Kulisse bewegbaren, vorzugsweise am Nachstellring be festigten Stift besteht. Bei dieser Ausbildung wird der Nach stellring während der Betätigung des Druckmittelzylinders beim Überschreiten des vorbestimmten Hubweges, der dem nor malen Betätigungsweg der Druckstange entspricht, durch die Kulissenführung in seinem konischen Sitz gedreht, wobei das über die schrägen Anlaufflächen erzeugte, auf den Nachstell ring wirkende Drehmoment größer ist, als das durch die Rei bung im konischen Sitz erzeugte Drehmoment. Beim Entlasten des Druckmittelzylinders werden alle Teile durch Federkräfte in ihre Ausgangspositionen gebracht und dabei wird beim Rück hub die Nachstellhülse durch die Kulissenführung verdreht und in der Folge die z. B. von dem mit der Druckstange verbunde nen, zu betätigenden Hebel gegen Verdrehen gesicherte Nach stellspindel axial verschoben.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die Nach stellhülse im Bereich ihres druckstangenseitigen Endes einen nach außen vorstehenden Umfangswulst aufweist, mit dem sie in der Zylindergehäusebohrung geführt ist. Diese Ausbildung er laubt eine kostengünstigere Fertigung der Führung der Nach stellhülse.

Schließlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß der Innendurchmesser des Nachstellringes als Schiebesitz für den Umfangswulst der Nachstellhülse ausgebildet ist. Diese Aus bildung ermöglicht eine Vereinfachung der Montage der einzel nen Bauteile des Betätigungszylinders durch Vormontage mehre rer Einzelteile zu einer Montageeinheit.

Nachstehend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen an hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer S-Nocken bremse mit Betätigungszylinder zeigt;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsge mäßen Betätigungszylinder teilweise geschnitten zeigt;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsge mäßen Betätigungszylinders teilweise geschnitten zeigt; und

Fig. 4 schematisch eine Abwicklung eines Teiles ei ner Nachstellhülse zeigt.

Der Druckmittelzylinder des erfindungsgemäßen Betätigungszy linders kann als Druckluftzylinder oder als Hydraulikzylin der, als Kolbenzylinder oder Kombizylinder oder als Membranzy linder ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Betätigungszy linder kann als Kupplungssteller, als Bremszylinder oder der gleichen verwendet werden.

Nachstehend erläuterte Ausführungsbeispiele der Erfindung be treffen Betätigungszylinder mit einem Druckluftmembranzylin der als Druckmittelzylinder für die Betätigung von KFZ-Brem sen.

In Fig. 1 ist eine S-Nockenbremse dargestellt, bei der der Betätigungszylinder 1 mit seiner Druckstange 2 über einen, nur schematisch dargestellten Hebel 3 an der S-Nocke 4 der Bremse angreift, die beim Verdrehen die Bremsbacken 5, 6 mit den daran befestigten Bremsbelägen 7, 8 gegen die Bremstrommel 9 drückt. Die Bremsbacken 5, 6 werden beim Entlasten des Betä tigungszylinders 1 von der schematisch dargestellten Rück stellfeder 10 in ihre Ausgangslage zurückbewegt.

In Fig. 1 sind folgende Drehwinkel für den Hebel 3 darge stellt: a _L: Drehwinkel zur Überwindung des Lüftspiels, α _K: Zu spannwinkel zur Erzielung der gewünschten Anpreßkraft der Bremsbacken 5, 6. Er ergibt sich aus dem Elastizitäten aller kräfteüberführender Teile der Bremse: Bremstrommel 9, Brems backen 5, 6 und Bremsbelag 7, 8, Nockenwelle, Hebel 3, Befesti gung, Gestänge . . ., α _Z: max. Drehwinkel durch den Bremszylin der 1, α _V: Drehwinkel, der sich aus dem Verschleiß der Brems beläge 7, 8 ergibt.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, kommt der Bremszylinder 1 nach einem gewissen Bremsbelagverschleiß an seinem inneren, bauartbedingten Anschlag. Erfolgt keine rechtzeitige Nach stellung, fällt die Bremskraft ab und im Grenzfall aus. Die Häufigkeit der Nachstellung kann durch Bremszylinder mit ver größertem Hub verringert werden. Nachteilig bei größerem Hub ist aber die Vergrößerung der Ansprechzeit durch das größere zu füllende Volumen. Bei ABS-Anlagen wird hierdurch die Regel frequenz kleiner, was die Fahrstabilität negativ beeinflussen kann.

Wird nun zwischen dem kraftgebundenen Teil des Bremszylin ders 1 und dem Bremshebel 3 eine Nachstelleinrichtung vorge sehen, arbeitet der Bremszylinder - unter Vernachlässigung des Winkeleinflusses - immer im optimalem Bereich. Erfindungs gemäß wird zusätzlich eine elektrische Überwachungseinrich tung so angeordnet, daß beim Überschreiten eines festgelegtem Bremszylinderhubes (Verschleiß der Bremsbeläge, Defekt) ein Signal ausgelöst wird. Die Überwachungseinrichtung kann ein mechanisch angesteuerter Unterbrecher-Schalter 11 sein.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung eines Membranzylinders 1 mit Nachstelleinrichtung und elektrischem Grenzwertschalter 11. Bei Druckbeaufschlagung bewegt der Kolben 12 über ein Druck rohr 13 und eine Nachstellspindel 14 die Druckstange 2, die mit ihrem äußeren Ende z. B. mit dem Bremshebel 3 verbunden ist. Die Nachstelleinrichtung besteht aus einer, in einer rohrförmigen Verlängerung 15 des Zylindergehäuses 16 ausge bildeten Bohrung 17 geführten Nachstellhülse 18, die axial an der Stirnseite des ebenfalls in dieser Bohrung 17 geführten Druckrohres 13 drehbar abgestützt ist. In der Nachstellhülse 18 ist die Nachstellspindel 14 eingeschraubt, die an einem Ende mit der Druckstange 2 drehsteif verbunden ist und am anderen Ende einen Kopf 19 besitzt, der als Endanschlag für die innere Stirnfläche 20 der Nachstellhülse 18 dient. Am äußeren Ende der rohrförmigen Verlängerung 15 ist ein konischer Sitz 21 für einen Nachstellring 22 ausgebildet, der auf der Nachstellhülse 18 sitzt und von einer Druckfeder 23 gegen seinen Sitz 21 gepreßt wird. Der Nachstellring 18 steht mit der Nachstellhülse 18 über eine oder mehrere Kulissenfüh rungen im Eingriff, von denen jeweils die Kulisse 24 in der Nachstellhülse 18 und der in der Kulisse geführte Stift 25 am Nachstellring 18 ausgebildet sind.

Die Nachstellhülse 18 hat auf ihrem Umfang symmetrisch ver teilt mehrere Kulissen 24, wie sie Fig. 3 in der Abwicklung zeigt. Durch Vorwärtsbewegung der Nachstellhülse 18 wird nach einem festgelegten Hub h 1, durch den weiteren Hub h 2 der Nach stellring 22 gegen die Druckfeder 23 durch die Kulissenfüh rung in seinem konischem Sitz 21 gedreht. Das durch die schrä ge Flanke 26 der Kulissen 24 und die Vorwärtsbewegung der Nachstellhülse 18 erzeugte Drehmoment ist größer als das Reib moment im konischen Sitz 21 des Nachstellringes 22. Bei Be endigung des Bremsvorgangs werden alle Teile durch Feder kräfte in die Ausgangspositionen gebracht. Wurde der Nach stellring 22 wegen zu großem Hub (h ₁+h₂) verdreht, so wird beim Zurückschieben über die schräge Flanke 21 der Kulisse 26 die Nachstellhülse 18 auf der Nachstellspindel 14 gedreht und diese samt Druckstange 2 nachgestellt. Die Nachstellung ist um so größer, je mehr der festgelegte Hub h ₁ überschritten wurde. Die Nachstellspindel 14 ist zur Fixierung drehsteif und auslenkbeweglich (z. B. kardanisch) mit der Druckstange 2 verbunden.

Ist der Nachstellweg (= Abstand zwischen dem Kopf 19 der Nachstellspindel 14 und der Stirnfläche 20 Nachstellhülse 18) aufgebraucht, so vergrößert sich der Hub des Membranzylinders 1. Bei einem vorgegebenen Hub wird durch dem Kolben 12 ein Grenzwertschalter 11 betätigt und der Zustand signalisiert. Die Bremsen sind auch nach Auslösung des Signals noch voll funktionsfähig.

Eine Signalauslösung erfolgt auch bei einem Defekt in dem kraftübertragenden Teilen und im Nachstellmechanismus.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsge mäßen Betätigungszylinders dargestellt. Bei dieser ist die Nachstellhülse 18 mit einem Ende direkt am Kolben 12 drehbar gelagert und nahe dem anderen Ende mit einem Umfangswulst 28 in einer, in einer rohrförmigen Verlängerung 15 des Zylinder gehäuses 16 ausgebildeten Bohrung 17 geführt. Im Inneren des Zylindergehäuses 16 ist koaxial zur Bohrung 17 eine, sich in Richtung zum Kolben 12 erstreckende Hülse 29 angeordnet, die an ihrem äußeren Ende einen von der Druckfeder 30 des Zylin ders 1 beaufschlagten Befestigungsflansch 31 und an ihrem inneren Ende eine konische Verjüngung 32 besitzt, die den konischen Sitz für den Nachstellring 22 bildet. Die den Nach stellring 22 gegen seinen konischen Sitz drückende Druckfeder 23 ist innerhalb der Hülse 29 angeordnet.

Bei dieser konstruktiven Ausführung wird der Nachstell mechanismus vollständig in den Membranzylinder hinein ver legt. Mit dieser Bauart erreicht man bei gleichem Nachstell weg eine kürzere Baulänge, günstigere Teileherstellung und einfachere Montage durch eine Montagehilfe. An der Nachstell hülse 18 befindet sich zur Führung im Gehäuse ein Wulst 28, über den der mit seinem Innendurchmeser als Schiebesitz für diesen Wulst ausgestattete Nachstellring 22 bei der Montage gedrückt wird, wodurch dann alle Innenteile zusammengehalten werden. Der Kolben 12 wird durch einen Ansatz an der Membran geführt.

Durch die Führung der Nachstellhülse 18 mit einem Wulst 28 werden insgesamt die Anforderungen an die Genauigkeit ge ringer. Ein Schutz des Nachstellmechanismus vor Schmutz wird auch bei dieser Ausführung durch Faltenbälge 33, 34 erreicht.

Bei Bedarf kann der innere Faltenbalg 33 durch geschlossene Drahtringe 35 stabilisiert werden.

Durch die erfindungsgemäße Zusammenfassung von Betätigungs zylinder, Nachstell- und Überwachungseinrichtung zu einer Bau einheit wird eine Kombination erreicht, die kostengünstiger als heutige Gestängesteller hergestellt werden kann und für Nachrüstung geeignet ist. Es sind dadurch keine Langhubzylin der erforderlich, und die Bremszylinder arbeiten immer im Be reich niedrigen Luftverbrauchs und hoher Regelfrequenz bei ABS-Anlagen.

Claims

1. Betätigungszylinder, insbesonders für Bremsen, Kupplungen oder dergleichen, gekennzeichnet durch die Kombination eines, mit einer stufenlosen, selbsttätigen Nachstellvorrichtung (14, 18, 22) für die Druckstange (12) versehenen Druckmittelzy linders (1) mit einer in diesen integrierten Überwachungsein richtung (11) für den Zylinderhub.

2. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Überwachungseinrichtung einen, vom Kolben (12) des Druckmittelzylinders (1), bei Erreichen eines vorbestimm baren Kolbenhubes betätigbaren Schalter (11) oder Signalgeber aufweist.

3. Betätigungszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Nachstelleinrichtung einen, von einer Druckfeder (23) gegen einen gehäusefesten konischen Sitz (21) gedrückten Nachstellring (22) aufweist, der auf einer, in ei ner Bohrung (17) des Zylindergehäuses (16) beweglich geführ ten Nachstellhülse (18) sitzt, in die eine mit der Druckstan ge (2) drehsteif verbundene Nachstellspindel (14) einge schraubt ist, und daß zur axialen Verschiebung der Nachstell spindel (14) samt Druckstange (2) durch gegenseitiges Ver drehen von Nachstellring (22) und Nachstellhülse (18) zumin dest eine Kulissenführung (24, 25) zwischen Nachstellring (22) und Nachstellhülse (18) vorgesehen ist.

4. Betätigungszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß sich die Nachstellhülse (18) an einem, am Kolben (12) befestigten Druckrohr (13) drehbar abstützt, in das die Nachstellspindel (14) ragt.

5. Betätigungszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Nachstellhülse (18) direkt am Kolben (12) dreh bar gelagert ist und die Nachstellspindel (14) in sich auf nimmt.

6. Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellhülse (18) in einer rohr förmigen Verlängerung (15) des Zylindergehäuses (16) geführt ist, an deren äußerem Ende der konische Sitz (21) für den Nachstellring (22) ausgebildet ist.

7. Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Zylindergehäuses (16) eine sich zu ihrem inneren Ende (32) hin konisch verjüngende Hülse (29) vorgesehen ist, die den konischen Sitz für den Nachstell ring (22) bildet.

8. Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissenführung (24, 25) zwischen Nach stellhülse (18) und Nachstellring (22) aus einer, vorzugs weise an der Nachstellhülse (18) ausgebildeten Kulisse (24) mit einer, beim Arbeitshub nach einem vorgegebenen Hubweg (h ₁) wirksam schrägen Anlauffläche (26) zum Verdrehen des Nachstellringes (22) und mit einer, beim Rückhub wirksamen, schrägen Anlauffläche (27) zum Verdrehen der Nachstellhülse (18) und damit axialen Verschieben der Nachstellspindel (14) und aus einem in dieser Kulisse (24) bewegbaren, vorzugsweise am Nachstellring (22) befestigten Stift (25) besteht.

9. Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellhülse (18) im Bereich ihres druckstangenseitigen Endes einen nach außen vorstehenden Um fangswulst (28) aufweist, mit dem sie in der Zylindergehäuse bohrung (17) geführt ist.

10. Betätigungszylinder nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Innendurchmesser des Nachstellringes (22) als Schiebesitz für den Umfangswulst (28) der Nachstellhülse (18) ausgebildet ist.