DE4243942A1 - Weich lösende Steuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung vom weich lö­ senden Typ mit einer Zylindertrommel, um die konzentrisch eine als Schraubenfeder ausgebildete Kupplungsfeder ange­ ordnet ist, deren Windungen normalerweise nach radial innen in Reibungsangriff an dem Außenumfang der Trommel zusammen­ gepreßt sind, wobei die Steuervorrichtung dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß die Trommel aus Sintermetall besteht, das mit Dämpfungsöl getränkt ist.

Feststellbremsanlagen vom Schraubenfedertyp sind im Stand der Technik angegeben, beispielsweise in den US-PS′en 3 236 121 und 4 850 242. Diese Vorrichtungen werden in Feststellbremsen-Steuervorrichtungen verwendet, um die Bremse in einem gespannten oder Bremseingriffszustand zu halten. Eine Löseeinrichtung (etwa ein manuell betätigter Lösehebel oder ein fluiddruckbetätigter Motor) ist vorgese­ hen, um die Federspeicherkupplung auseinanderzuziehen und damit einen Bremshebel zu lösen, der unter Dauerbelastung steht. Federspeicherkupplungs-Steuervorrichtungen, wie sie von diesen Patentschriften angegeben werden, bieten einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem bekannten Klinkenstan­ gentyp der Feststellbremsen-Steuervorrichtung, indem sie eine unendliche Positionsarretiervorrichtung bieten, wodurch ein "Herausspringen" von Klinken an der typischen Stangen­ verzahnung vermieden wird. Klinkenstangenvorrichtungen re­ sultieren in einem Vorgang, der als "Ausschlagen" (slam-off) bezeichnet wird, und erzeugen starke Geräusche und Schwin­ gungen, wenn der Hebel der Feststellbremse sich nach dem Lösen rasch beschleunigen kann. Weil der Betrag des Brems­ widerstands, der auf die Zahntrommel von einer Federspei­ cherkupplung aufgebracht wird, von der Oberflächenreibung abhängig ist, ist die Vorrichtung, wie sie heute zur Anwen­ dung kommt, nur bei niedrigen Seilbelastungen auf das Fest­ stellbremssystem wirksam.

Es ist ferner im Stand der Technik bekannt - beispielsweise bei der Herstellung von selbstschmierenden Lagern -, Sinter­ metallteile mit Schmieröl zu imprägnieren bzw. zu tränken. Das Tränken wird erreicht, indem die Teile in erwärmtem Öl durchtränkt werden, oder mittels eines Vakuumverfahrens. Da das getränkte Teil einer thermischen Wechselbeanspruchung unterliegt, erwärmt die Reibung die Sintermetalloberfläche, bewirkt eine Ausdehnung und preßt das Tränköl zur Lagerober­ fläche. Beim Abkühlen kehrt das Öl durch Kapillarwirkung in die Sintermetallporen zurück. Das Tränken von Sintermetall­ teilen erfolgt im allgemeinen, um eine Schmierung vorzuse­ hen, Teile gegen Verschleiß und vor Korrosion zu schützen. Da Sintermetallteile porös sind, wird das Tränken mit Öl häufig angewandt, um den Einschluß von Feuchtigkeit im In­ neren, der eine rasche Korrosion des Teils von innen nach außen bewirken würde, zu verhindern.

Die Erfindung ist entwickelt worden, um eine verbesserte weich lösende Steuervorrichtung bereitzustellen, bei der die viskose Schicht eines Dämpfungsöls zwischen dem Außenumfang einer ölgetränkten porösen Sintermetalltrommel und der zuge­ hörigen, als Schraubenfeder ausgebildeten Kupplungsfeder ge­ nützt wird, um ein fortschreitend kontrolliertes weiches Lösen zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer weich lösenden Steuervorrichtung, bei der die Zylindertrom­ mel, auf der die als Schraubenfeder ausgebildete Kupplungs­ feder konzentrisch angebracht ist, aus Sintermetall besteht, das mit einem Dämpfungsöl getränkt ist, so daß bei fort­ schreitender radialer Ausdehnung der Feder nach außen die viskose Schicht des Dämpfungsöls zwischen der Trommel und dem Innenumfang der Feder ein kontrolliertes weiches Lösen der Trommel ermöglicht. Somit wird durch die Erfindung eine weich lösende Steuerung des Betätigungshebels bei hohen Seillasten und über einen verlängerten Zeitraum von ther­ mischen Wechselbeanspruchungen bei Betriebstemperaturen zwischen den Extremwerten von -40° bis 82,2°C (-40 bis 180°F) ermöglicht.

Ein Vorteil der Erfindung ist dabei, daß die Windungen der Schraubenfeder jeweils Viereckquerschnitt haben, um einen maximalen Angriff an der Molekülschicht des Dämpfungsöls, die zwischen dem Trommelkörper und der Federspeicher-Kupp­ lung liegt, zu ermöglichen. Die viskose Schicht des Dämp­ fungsöls hemmt eine Bewegung, während die Oberflächen auf­ einander reiben und sich relativ zueinander drehen. Rei­ bungswärme aus der Bewegung zwischen den beiden Teilen be­ wirkt, daß die Weich-Löse-Eigenschaften der Vorrichtung erhalten bleiben, indem mehr Dämpfungsöl aus inneren Poren des Teils zur Oberfläche der Zahntrommel gepreßt wird. Durch die Verwendung des Dämpfungsöls gemäß der Erfindung wird eine beständige, über lange Zeit weich lösende Steuerung durch viskose Dämpfung erzielt.

Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung wird die weich lösende Steuerung erreicht durch Modifikation des sekundären Herstellungsverfahrens bei der Herstellung der Sintermetall- Zahntrommeln. Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung werden die Zahntrommeln mit einem speziellen Sintermetallgemisch hergestellt, das ein hochporöses Teil ergibt. Die größere Porosität bietet ein größeres Volumen zum Eintritt des Dämp­ fungsöls während des Tränkvorgangs. Das Sintermetallteil wird einem speziellen Wärmebehandlungsverfahren unterworfen, um der Zahntrommel (die poröser und damit strukturell schwä­ cher ist) höhere mechanische Festigkeits- und überlegene Verschleißfestigkeits-Eigenschaften zu verleihen. Dann wird die Zahntrommel einem Tränkvorgang unterzogen, bei dem die Innenporen des Teils mit einem speziellen Dämpfungsöl ge­ füllt werden, das bestimmt ist, einer Reibungsrotation von zwei engpaßenden Teilen standzuhalten. Dieses Dämpfungsöl ist speziell gemischt, um eine weich lösende Steuerung und Regelung bei Temperaturen im Bereich von -40°C bis 82,2°C (-40 bis +180°F) zu ermöglichen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Vorderansicht bzw. eine Ansicht von der lin­ ken Seite des Feststellbremssystems nach der Er­ findung;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1, wobei der Deutlichkeit halber einige Teile wegge­ lassen sind;

Fig. 4 eine Detaildarstellung des Federauslöse-Betäti­ gungsmechanismus; und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 4.

Es soll zuerst besonders auf die Fig. 1-3 Bezug genommen werden. Die weich lösende Steuervorrichtung hat einen metal­ lischen Tragarm 2, der zur Verbindung mit der Brandschutz­ wand eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Ein fußbetätigbarer Feststellbremshebel 4 ist zwischen seinen Enden schwenkbar mit dem Tragarm 2 über einen Drehzapfen 6 verbunden, dessen Enden in entsprechenden Bohrungen im Tragarm 2 bzw. in einem Abdeckelement 8 gehaltert sind. Am einen Ende weist der He­ bel 4 ein fußbetätigtes Pedal 10 auf, und an seinem anderen Ende hat der Hebel einen konvexen Bereich 4a, auf dessen Außenfläche der freie Endbereich 12a des inneren Strangs 12 der Feststellbremsseilanordnung gehaltert ist. Die Fest­ stellbremsseilanordnung umfaßt eine äußere Durchführung 14, die mit ihrem freien Ende über eine Verbindereinrichtung 16 mit dem Wandbereich 2a des Tragarms verbunden ist. Wenn also der Feststellbremshebel 4 gedrückt wird, wenn ein Fuß des Fahrers des Fahrzeugs an dem Pedal 10 angreift, wird der Hebel 4 im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt, um den inneren Seilstrang 12 zu spannen und dadurch die Feststellbremse (nicht gezeigt) des Fahrzeugs zu betätigen. Eine Bewegung des Hebels 4 im Uhrzeigersinn ist durch ein elastisches Anschlagelement 18 begrenzt, das über einen Bolzen 20 zwi­ schen Abdeckelement 8 und Tragarm 2 angeordnet ist.

Mit dem Endbereich 4a des Hebels 4 ist ein Zahnsegment 22 starr verbunden, das mit einem entsprechenden Ritzel 24 in Eingriff ist, das an einem Ende einer Kupplungstrommel 26 befestigt ist, die zwischen dem Tragarm 2 und dem Abdeck­ element 8 über einen Drehzapfen 28 drehbar gehaltert ist. Auf der Kupplungstrommel 26 ist konzentrisch eine als Schraubenfeder ausgebildete Kupplungsfeder 30 angebracht, deren eines Ende 30a über eine Befestigungsplatte 32 und ein Befestigungselement 34 starr mit dem Tragarm 2 verbunden ist. Das andere Ende 30b der Feder springt nach tangential außen vor zum Angriff durch einen orthogonal angeordneten Laschenbereich 34a eines Lösehebels 34, der zwischen seinen Enden auf dem Drehzapfen 28 schwenkbar angebracht ist. Die als Schraubenfeder ausgelegte Kupplungsfeder 30 wird norma­ lerweise in Reibungseingriff mit der Außenumfangsfläche der Kupplungstrommel 26 nach radial innen federnd zusammenge­ drückt, um dadurch eine Drehung der Trommel 26 relativ zu der Feder 30 und dem Tragarm 2 zu hemmen. Wie bekannt ist, kann in Abhängigkeit von der Wicklungsrichtung der Windungen der Schraubenfeder 30 auf der Trommel 26 die Trommel in eine Richtung relativ zu der Feder gedreht werden, aber ein Dre­ hen der Trommel in die entgegengesetzte Richtung relativ zu der Feder wird aufgrund des Reibungseingriffs zwischen der nach radial innen zusammengezogenen Feder 30 und der Außen­ umfangsfläche der Trommel 26 verhindert. Um den Lösehebel 34 im Uhrzeigersinn zu schwenken, um den Endbereich 34a in An­ griff an dem Federende 30b zu bringen und dadurch die Kupp­ lungsfeder 30 expandieren zu lassen, ist eine Lösestange 38 vorgesehen, die in einer rohrförmigen Durchführung 40 längs­ verlagerbar geführt und in einer entsprechenden Öffnung an­ gebracht ist, die in einem orthogonal angeordneten Vorsprung 8a an dem Abdeckelement 8 enthalten ist. An ihrem einen Ende ist die Lösestange 38 über einen Drehpunkt 42 mit dem ent­ sprechenden Ende des Lösehebels 34 verbunden, und das andere Ende der Lösestange 38 ist mit einem handbetätigbaren Löse­ knauf 44 versehen. Eine Schraubenfeder 46 ist konzentrisch um die Lösestange 38 zwischen der Lasche 8a am Abdeckelement 8 und einer Beilagscheibe 47, die auf der Lösestange 38 an­ grenzend an den Drehpunkt 42 angebracht ist, angeordnet. So­ mit beaufschlagt die Feder 46 die Lösestange 38 normalerwei­ se nach rechts, um dadurch den Lösehebel 34 im Gegenuhrzei­ gersinn um den Drehzapfen 28 zu schwenken. Wenn die Löse­ stange 38 von Hand am Löseknauf 44 nach links zurückgezogen wird, wird der Lösehebel 34 im Uhrzeigersinn geschwenkt und veranlaßt den orthogonal angeordneten Laschenbereich 34a, an dem freien Federende 30b anzugreifen und dadurch die Kupp­ lungsfeder nach radial außen zu dehnen, um die Trommel 26 freizugeben. Aufgrund der Zugspannung des inneren Seil­ strangs 12 wird der Hebel 4 im Uhrzeigersinn in die Bremsen­ löseposition von Fig. 1 in Anlage an dem Anschlagelement 18 geschwenkt, wie die Figuren zeigen.

Entsprechend dem hervorstechenden Merkmal der Vorrichtung ist die Trommel 26 aus einem Sintermetall hergestellt, das mit Dämpfungsöl getränkt ist, und die Windungen der Kupp­ lungsfeder 30 haben jeweils Viereckquerschnitt, um dadurch einen maximalen Flächenangriff an dem Außenumfang der Kupp­ lungstrommel 26 zu bewirken. Das Sintermetall, aus dem die Trommel hergestellt ist, ist ein Nickel-Eisen-Pulvergemisch, dessen Materialbezeichnung FN-0205 ist. Die chemische Zusam­ mensetzung dieses Materials ist 91,9-98,7% Eisen, 1,0-3,0% Nickel, 0,3-0,6% Kohlenstoff und 0-2,5% Kupfer. Die poröse Sintermetalltrommel ist mit einem geeigneten Dämpfungsöl wie etwa Poly(α-olefin) getränkt. Ein Beispiel für ein geeigne­ tes Dämpfungsöl ist Blend 310-B von William F. Nye Company, New Bedford, Mass. Die Sintermetalltrommel hat eine Dichte von ca. 6,6 g/cm³ und eine Rockwell-Härte von mindestens C39. Ein geeignetes Beispiel für den Federstahl, aus dem die Kupplungsfeder 30 hergestellt ist, ist MB-Stahl SAE 1065.

Ein Verfahren zum Herstellen der Sintermetalltrommeln weist die folgenden Schritte auf:

• 1) Formen der Trommeln durch Verdichten des FN-0205-Sin­ termetalls in einer Presse;
• 2) Sintern der Teile in einem Ofen bei 1148,9°C (2100°F) für 3,5 h; die Teile werden auf einem Band in zwei Lagen mit einem sie trennenden Gitter dazwi­ schen gestapelt; das Band ist so eingestellt, daß es sich in 2,5 min um 0,3 m fortbewegt; an den Teilen vorgesehene Flansche dürfen einander nicht berühren; alle drei Stunden werden die Abmessungen an zwei Tei­ len zur statistischen Prozeßführung überprüft;
• 3) die Teile werden dann in Luft abgekühlt und der Wärme­ behandlungseinrichtung zugeführt;
• 4) die Sintermetallteile werden für 45 min bei 843,3°C (1550°F) in einen Ofen mit kontrollierter Atmosphäre verbracht, um den Stahl zu austenitisieren; die Teile werden "aufgekohlt" unter Einsatz eines endothermen Gases, um das Kohlenstoffgemisch bei 0,5% zu halten, während sich die Teile im Ofen befinden;
• 5) die Teile werden für 20 min bei 82,2°C (180°F) in Öl abgeschreckt, um die martensitische Mikrostruktur in dem Stahlmaterial zu bilden;
• 6) die Teile werden ausgetragen und in einer Wasserlösung bei 65,5-82,2°C (1503-180°F) gewaschen, um an der Oberfläche vorhandenes Abschrecköl zu entfernen;
• 7) die Teile werden in einen weiteren Ofen bei 148,9°C (300°F) für 80 min eingebracht, um sie zu "ziehen"; dadurch werden sie angelassen, um sie weniger spröde zu machen;
• 8) die Teile werden dann für das Tränken mit Öl luftge­ kühlt;
• 9) die Teile werden in einen Trog eingebracht und in ein spezielles Dämpfungsöl (#310-B von Nye) getaucht, das eine Temperatur von 60-71,1°C (140-160°F) hat; der gesamte Trog wird für 7 min in eine auf einem Druck von 1,9 bar (28 psi) befindliche Kammer verbracht; die Kammer wird dann für 7 min zur Umgebung geöffnet, und schließlich wird ein Unterdruck von 749,3 Torr (29,5 in.Hg.) hergestellt und für 7 min aufrechterhalten, um die Zwischenräume vollständig mit Öl auszufüllen; und 10) die Teile werden aus dem Trog entnommen und zentrifu­ giert, um Überschußöl von den Oberflächen zu entfer­ nen; sie werden dann zum Zusammenbau mit den Fest­ stellbremshebeln versandt.

Das Ritzel wird mit dem zugehörigen Ende der Sintermetall­ trommel klebebondiert, obwohl es auch möglich ist, das Zahn­ rad integral mit der Trommel zu formen.

Im Betrieb sorgt die getränkte Trommel für eine geregelte weich lösende Steuerung von Drehvorrichtungen mit hohem Drehmoment wie beispielsweise von Feststellbremssystemen. Die viskose Schicht des Dämpfungsöls hemmt eine Bewegung beim Aneinanderreiben und relativen Drehen der Oberflächen der Feder und der Trommel. Reibungswärme, die durch die Bewegung zwischen den beiden Teilen erzeugt wird, sorgt für eine Aufrechterhaltung der Weich-Löse-Eigenschaften der Vor­ richtung, indem aus inneren Poren des Teils mehr Dämpfungsöl zur Oberfläche der Zahntrommel gepreßt wird.

Claims (11)

1. Weich lösende Steuervorrichtung, gekennzeichnet durch

• a) einen Tragarm (2);
• b) eine zylindrische Kupplungstrommel (26), die mit dem Tragarm (2) drehbar verbunden und aus einem Sinter­ metall-Werkstoff geformt ist, der mit Dämpfungsöl ge­ tränkt ist;
• c) eine als Schraubenfeder ausgebildete Kupplungsfeder (30), die konzentrisch auf der Trommel (26) angeordnet ist und an entgegengesetzten Enden ein Paar von End­ bereichen (30a, 30b) hat, von denen der eine (30a) mit dem Tragarm (2) verbunden ist, wobei die Feder Windun­ gen hat, deren Durchmesser relativ zu dem Durchmesser der Trommel (26) derart ist, daß die Feder (30) norma­ lerweise nach radial innen in funktionsmäßigen Angriff an dem Außenumfang der Trommel (26) federnd zusammenge­ drückt ist, um so ein Drehen der Trommel in eine erste Richtung relativ zu dem Tragarm (2) entsprechend der Windungsrichtung der Schraubenwindungen der Feder zu­ zulassen, wohingegen ein Drehen der Trommel in Gegen­ richtung verhindert wird; und
• d) eine Löseeinrichtung (34, 38) zum Betätigen des anderen Endes (30b) der Feder (30), um die Feder relativ zu der Trommel (26) fortschreitend auszudehnen, so daß die viskose Dämpfungsölschicht zwischen der Trommel (26) und dem Innenumfang der Feder (30) ein gesteuertes weiches Lösen der Trommel zum Drehen in die Gegenrichtung ermöglicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (26) aus einem Gemisch von elementarem Eisenpulver und elementarem Nickelpulver gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch außerdem Graphitpulver aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch außerdem Kupferpulver aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sintermetall-Werkstoff eine Dichte von ca. 6,6 g/cm³ hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsöl ein Poly(α-olefin) ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (30) aus wärmebehandeltem, ölgehärtetem Stahl besteht und die Windungen der Feder jeweils Viereckquer­ schnittsform haben.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung mit einem Feststellbremshebel (4), der mit dem Tragarm (2) schwenkbar verbunden ist, um die Trommel (26) in die erste Richtung relativ zu dem Tragarm (2) zu drehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung Verzahnungen (22, 24) auf­ weist, die den Feststellbremshebel (4) mit der Trommel (26) verbinden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Feststellbremsseil (12), das mit dem Hebel (4) verbunden und aus einem nichtgespannten, die Bremse freigebenden Zu­ stand in einen gespannten, die Bremse anlegenden Zustand bringbar ist, wenn der Hebel (4) betätigt wird, um die Trom­ mel (26) in die erste Richtung zu drehen.

11. Verfahren zum Herstellen einer Trommel für eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

• 1) Verdichten des Sintermetalls, um es zu der Trommel­ konfiguration zu formen;
• 2) Sintern der Trommel für ca. 3,5 h bei ca. 1148°C (2100°F);
• 3) Luftkühlen der Trommel;
• 4) Aufheizen der Trommel in einem Ofen für ca. 45 min bei einer Temperatur von ca. 843°C (1550°F), um dadurch die Trommel zu austenitisieren, wobei die Trommel in dem Ofen außerdem aufgekohlt wird unter Einsatz eines endothermen Gases, um das Kohlenstoffgemisch auf 0,5% zu halten;
• 5) Abschrecken der Trommel in einem Ölbad für ca. 20 min bei ca. 82°C (180°F), um dadurch in der Trommel eine martensitische Mikrostruktur zu bilden;
• 6) Austragen und Waschen der Trommel in einer Wasserlö­ sung bei ca. 65-82°C (150-180°F), um an der Oberflä­ che vorhandenes Abschrecköl von der Trommel zu ent­ fernen;
• 7) Anlassen der Trommel in einem Ofen bei ca. 148°C (300°F) für ca. 80 min, um dadurch die Trommel zu ziehen;
• 8) Luftkühlen der Trommel auf Raumtemperatur;
• 9) Eintauchen der Trommel in einen Trog mit Dämpfungsöl bei ca. 60-71°C (140-160°F) und Einbringen des Trogs in eine auf einem Druck von ca. 1,9 bar (29 psi) be­ findliche Kammer für ca. 7 min;
• 10) Öffnen der Kammer zur Umgebungsluft für ca. 7 min;
• 11) Beaufschlagen der Kammer mit einem Vakuum von ca. 749 Torr (29,5 in.Hg.) für ca. 7 min, um dadurch die Zwischenräume der Trommel mit dem Dämpfungsöl aus zu­ füllen;
• 12) Entnehmen der Trommel aus dem Trog; und
• 13) Zentrifugieren der Trommel, um überschüssiges Dämp­ fungsöl davon zu entfernen.