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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bremszylinder mit mechanischer
und hydraulischer Betätigung,
der verringerte Abmessungen besitzt, sowie eine Kraftfahrzeugbremse,
die einen derartigen Zylinder aufweist.
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Bremszylinder
mit hydraulischer und mechanischer Betätigung weisen im Allgemeinen
einen Kolben mit axialer Verlagerung auf, der eine Reibbelag-Trägerplatte
zu einer Bremsscheibe drückt,
wobei diese Verlagerung entweder durch eine Erhöhung des Drucks eines in den
Zylinder eingeleiteten Fluids oder durch die mechanische Wirkung
beweglicher Teile hervorgerufen wird, die sich im Zylinder befinden.
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Derartige
bewegliche Teile weisen fast immer einerseits einen Rampenmechanismus
mit Kugeln auf, dessen Rolle darin besteht, eine Drehbewegung in
eine Translationsbewegung umzuwandeln, und andererseits eine Baugruppe
aus Schraube und Mutter, die eine Einstellfunktion erfüllt und
darauf abzielt, den Verschleiß der
Biegungsbeläge
zu kompensieren.
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Diese
inneren beweglichen Teile sind relativ zahlreich, was mindestens
zwei Folgen hat: einerseits nehmen sie einen gewissen Raum ein,
was die Möglichkeiten
begrenzt, den Zylinder kompakt auszuführen, und andererseits erfordert
ihr Einbau, der aufgrund ihrer Anordnung relativ kompliziert ist,
relativ teuere manuelle oder automatische Mittel.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Bremszylinder
vorzuschlagen, der eine geringe Anzahl von Teilen besitzt, wobei
die Reduzierung der Anzahl der Teile einerseits eine Verringerung
der Zylindergröße und andererseits
eine merkliche Vereinfachung seiner Herstellung ermöglicht.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bremszylinder mit
mechanischer und hydraulischer Betätigung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kolben
mit axialer Verlagerung, einer Schwenkwelle, bei der ein von außerhalb
des Zylinders zugänglicher Abschnitt
ein Drehmoment erfahren soll, das aus einer mechanischen Betätigung der
Bremse resultiert, einem Rampenmechanismus mit Kugeln, der die Drehbewegungen
der Schwenkwelle in Translationsbewegungen des Kolbens umwandelt
und eine drehfest mit der Schwenkwelle verbundene Drehscheibe, eine
bewegliche Scheibe und Kugeln aufweist, welche in mit Rampen versehenen
Rippen angeordnet sind, welche in einander gegenüberliegenden Seiten der beiden
Scheiben ausgebildet sind, wobei die bewegliche Scheibe durch den
Kolben gebildet ist und eine Baugruppe aus Schraube und Mutter aufweist, bei
der die Schraube fest mit der Drehscheibe der Kugelrampe verbunden
ist und die Mutter ein ausrückbares
Mittel zur Drehblockierung aufweist, das die Mutter bei einer hydraulischen
Steuerung der Bremse bei hohem Druck blockiert, dadurch gekennzeichnet,
dass das Blockierungsmittel aus einer konischen Kupplung besteht,
die zum Beispiel aus einem an der Mutter vorgesehenen Kragen gebildet
ist, bei dem sich eine abgeschrägte
Kante unter der Wirkung eines Rückstellmittels
an einer kegelstumpfartigen, festen Aufnahme abstützt.
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Der
erfindungsgemäße Bremszylinder
ist dadurch vorteilhaft, dass er einen Rampenmechanismus mit Kugeln
aufweist, der teilweise durch den Kolben gebildet ist, so dass die
Umwandlung der Drehbewegung der Schwenkwelle in eine Translationsbewegung
des Kolbens ohne Einfügung
zusätzlicher Teile
direkt am Kolben wirksam ist.
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Die
Ersparnis hinsichtlich der Gesamtanzahl der Zylinderteile resultiert
aus der Beseitigung einer der Scheiben des Rampenmechanismus mit
Kugeln sowie aus dem Weglassen der Zwischenteile zwischen der beweglichen
Scheibe des Rampensystems mit Kugeln und dem Kolben.
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Die
Verwendung des Kolbens als bewegliche Platte ermöglicht es ferner einen Nutzen
aus der Tatsache zu ziehen, dass der Kolben translatorisch beweglich
ist jedoch aufgrund seiner festen Verbindung mit der Reibbelag-Trägerplatte
drehfest ist. Dieses Merkmal der Beweglichkeit des Kolbens, das
in jedem Bremszylinder mit herkömmlicher
Ausgestaltung bereits vorhanden ist, führt dazu, dass die Verwendung
des Kolbens als bewegliche Scheibe besonders vorteilhaft ist, da kein
zusätzliches
Mittel erforderlich ist, damit der Kolben als bewegliche Scheibe
translatorisch beweglich jedoch drehfest ist.
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Dadurch
spart der erfindungsgemäße Bremszylinder
nicht nur die bewegliche Scheibe ein, sondern auch strukturelle
Mittel wie etwa Stellschrauben, die gewöhnlich zur Drehblockierung
der beweglichen Scheibe unentbehrlich sind.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung weist der Bremszylinder eine Baugruppe aus Schraube
und Mutter auf, bei der die Schraube fest mit der Drehscheibe der
Kugelrampe verbunden ist.
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Vorteilhafterweise
weist die Mutter dieser Baugruppe ein ausrückbares Mittel zur Drehblockierung
auf, das die Mutter bei einer hydraulischen Steuerung der Bremse
bei hohem Druck blockiert.
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Ein
derartiges Blockierungsmittel kann aus einer konischen Kupplung
bestehen, die z.B. aus einem an der Mutter vorgesehenen Kragen gebildet
ist, bei dem sich eine abgeschrägte
Kante unter der Wirkung eines Rückstellmittels
an einer kegelstumpfartigen, festen Aufnahme abstützt.
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Gemäß einem
besonderen Merkmal ist die fest mit der beweglichen Scheibe verbundene Schraube
durch ein elastisches Mittel mit dem Kolben verbunden.
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Bei
einer Translationsbewegung des Kolbens bei einer Bremsung verformt
sich dieses elastische Mittel, das eine Spiralfeder sein kann, elastisch und übt eine
Kraft auf die Schraube aus, die dazu neigt, die Schraube dem Kolben
folgen zu lassen.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Bremse für ein Kraftfahrzeug,
die einen wie oben beschriebenen Bremszylinder aufweist.
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Um
die Erfindung verständlicher
zu machen, wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform
beschrieben, die als nicht einschränkendes Beispiel dient. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Bremszylinders im Axialschnitt,
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2 eine
Ansicht des Kolbens des Zylinders aus 1 im Axialschnitt.
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1 stellt
einen erfindungsgemäßen Bremszylinder
im Schnitt dar.
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Dieser
Zylinder weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen Körper 1 auf, der mit
einem ersten Ende versehen ist, das teilweise durch eine Wand 2 verschlossen
ist, die nur einen axialen Durchgang 3 freigibt, und mit
einem zweiten Ende, das über
seinen gesamten Innenquerschnitt offen ist. Dieser Innenquerschnitt
bleibt von dem zweiten Ende des Körpers bis etwa zur Mitte seiner
Länge konstant,
wobei eine zylindrische Kammer begrenzt wird, in der ein Kolben 4 mit
entsprechender Außenform
gleitet.
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Der
Kolben 4 weist entgegengesetzt zu seiner Außenfläche 5 zur
Abstützung
gegen eine Bremsklotz-Trägerplatte
einerseits eine Innenwand auf, die durch einen insgesamt ebenen
Boden 6 gebildet ist, und andererseits eine Umfangsschürze 7, die
die zylindrische Außenform
des Kolbens definiert und einen Raum innerhalb des Kolbens begrenzt,
der zum ersten Ende des Körpers
offen ist. Eine Dichtung 8, die in einer ringförmigen Innennut
der zylindrischen Kammer des Körper
aufgenommen ist, welche den Kolben aufnimmt, gewährleistet die Dichtigkeit zwischen
dem Kolben und der zylindrischen Kammer.
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Sobald
der Kolben 4 fest mit der Trägerplatte verbunden ist, kann
er nicht mehr um seine Längsachse
(die auch die Längsachse
des Körpers 1 ist) drehen,
da die Drehung der Trägerplatte
blockiert ist.
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Im
Kolben ist ausgehend von seinem Boden 6 zur Trägerplatte
hin eine axiale Bohrung 9 ausgebildet. Diese Bohrung 9 gibt
den Raum frei, der für
die Bewegung des geriffeltes Endes 10 einer Welle 11 erforderlich
ist, die sich im Körper
bis zu seinem ersten Ende erstreckt, dessen axialen Durchgang 3 sie durchquert.
Das Ende 12 der Welle 11, die von dem Körper hervorsteht,
ist direkt mit einem Hebel 14 zur Betätigung der Handbremse verbunden.
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Die
Welle 11 weist einen Kragen 12 auf, der sich in
der Nähe
der Wand 2 befindet und einen Absatz bildet, der die axiale
Verlagerung der Welle zum Durchgang 3 begrenzt.
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Der
Kragen 12 ist in einer Mutter 15 aufgenommen,
bei der ein Endteil 15a bis auf die Spiele den ringförmigen Raum
einnimmt, welcher den Kragen 12 von dem Teil des Körpers 1 trennt,
der sich senkrecht zum Kragen befindet.
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Neben
diesem Endteil weist die Mutter ein Innengewinde auf, dessen Gänge 15b in 1 zu
sehen sind.
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Die
Mutter 15 wird durch eine in den Körper eingefügte Tellerfeder 16 axial
gegen die Wand 2 des Körpers
gehalten. Diese Tellerfeder 16 ermöglicht die Drehung der Mutter 15,
unter der Bedingung, dass die durch diese Drehbewegung erzeugten
Reibungen überwunden
werden.
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Die
Mutter 15 weist einen Kragen 17 auf, der von ihrer
seitlichen Außenwand
hervorsteht und dessen Kante 18, die dem Kolben 4 gegenüber liegt,
kegelstumpfartig abgeschrägt
ist, während
der Teil 19 der seitlichen Innenwand des Körpers, der
dieser Kante 18 gegenüber
liegt, eine kegelstumpfartige Aufnahme bildet, die im Wesentlichen
den gleichen Winkel besitzt. Die abgeschrägte Kante 18 und die kegelstumpfartige
Aufnahme 19 bilden eine konische Kupplung. Das an die Wand 2 des
Körpers
angrenzende Ende der Mutter bleibt in Bezug auf diese zurückspringend,
wenn die abgeschrägte
Kante 18 des Kragens sich gegen die kegelstumpfartige Aufnahme 19 des
Körpers
abstützt,
so dass die Mutter 15 an den Körper 4 ankoppeln kann,
um sich drehfest mit diesem zu verbinden, wenn sie einer Kraft ausgesetzt ist,
die zur Wand 2 gerichtet ist.
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Die
Mutter 15, die Welle 11 und der Körper 3 sind
alle drei koaxial, weshalb es besser ist, ein ausreichendes Spiel
zwischen zwei von diesen Teilen vorzusehen, z.B. zwischen dem Kragen 12 der
Welle und der Mutter 15.
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Es
sind Dichtungen 20, 21 in ringförmigen Nuten
zwischen dem Kragen 12 und der Mutter 15 einerseits
und zwischen der Mutter 15 und dem Körper 1 ande rerseits
angeordnet, so dass der Innenhohlraum des Körpers dicht ist, wobei er durch
den Boden 6 und durch die Schürze 7 des Kolbens,
die seitliche Innenwand des Körpers,
die Mutter 15 und den Kragen 12 der Welle 10 begrenzt
ist.
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Eine
Gewindehülse 22 oder
eine Schraube, deren Gänge 22a mit
den Gängen 15b des
Innengewindes der Mutter 15 übereinstimmen, ist in diese
geschraubt und bleibt dabei um die Welle 11 herum angeordnet.
Die Hülse
ist in Richtung Kolben jenseits der Mutter durch einen ringförmigen,
ebenen Fußteil 23 verlängert, dessen
Umfang sich in der Nähe
der Schürze 7 des
Kolbens befindet, die mit Innenriffeln 24 versehen ist,
die in axiale Aussparungen 25 des Fußteils 23 eingreifen,
wobei somit die drehfeste Verbindung der Gewindehülse mit
dem Kolben, d.h. deren Drehblockierung gewährleistet ist.
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Der
Fußteil 23 ist
ferner dem Druck einer Spiralfeder 26 ausgesetzt, die zwischen
dem Fußteil 23 und
einem Sicherungsring 27, der einen fest mit der Schürze verbundenen
Anschlag bildet, zusammengedrückt
ist.
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Schließlich befindet
sich zwischen dem Fußteil 23 und
dem Boden 6 des Kolbens eine ringförmige Scheibe 28,
die durch eine kleine Antifriktionsscheibe 29 von dem Fußteil 23 getrennt
ist. Die Scheibe 28 ist durch eine gerillte Muffe 30,
die einstückig
mit der Scheibe ausgebildet ist und um das geriffelte Ende 10 der
Welle eingreift, drehfest mit der Welle 11 verbunden.
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Die
zum Kolben gerichtete Fläche
der Scheibe ist mit drei Kugelrampen 31 versehen, die auf
dem Gebiet der Erfindung, jedoch üblicherweise an einer anderen
Stelle des Bremsmechanismus, wohl bekannt sind.
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Gegenüber von
diesen Rampen 31 weist der Boden 6 des Kolbens
auch drei Kugelrampen 32 mit umgekehrter Neigung auf, wobei
eine Kugel 33 in jedes Rampenpaar eingeschlossen ist, das
gebildet wird, wenn eine Rampe des Kolbens gegenüber einer Rampe der Scheibe
angeordnet ist.
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Die
durch den Boden 6 des Kolbens, die Kugeln 33 und
die Scheibe 28 gebildete Baugruppe bildet ein Rampensystem
mit Kugeln, dessen Funktion darin besteht, die Scheibe von dem Kolben
zu entfernen, wenn diese zueinander schwenken, indem die Kugeln
an ihren Rampen steigen.
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In
dem dargestellten Beispiel besteht der Kolben aus Stahl, einem Material,
das ausreichend hart ist, um dem Rollen der Kugeln in ihren Rampen standzuhalten.
Bei einem Kolben aus einer weicheren Legierung, wie etwa einer Aluminiumlegierung, oder
auch aus Phenolharz ist vorteilhfafterweise ein hartes, am Kolben
angesetztes Teil vorgesehen, um dessen Fläche gegenüber der Scheibe oder zumindest
die die Kugeln aufnehmenden Rampen zu bilden. Eine Oberflächenbehandlung
des Kolbens kann ebenfalls in Betracht gezogen werden.
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Es
wird nun die Funktionsweise des Bremsmechanismus beschrieben.
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Dieser
Mechanismus kann einerseits hydraulisch betätigt werden, was der durch
das Fahrzeugbremspedal ausgelösten
Steuerung des Rollens entspricht, und andererseits mechanisch, was
der Steuerung zum Parken entspricht, die durch den Feststellbremshebel
oder durch das Feststellbremspedal ausgelöst wird.
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Bei
der hydraulischen Betätigung
wird ein unter Druck stehendes Hydraulikfluid in das Innere des
Innenhohlraums des Körpers
eingeleitet, dessen Begrenzung zuvor ausführlich beschrieben wurde.
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Der
in diesem Hohlraum herrschende Druck führt insbesondere dazu, dass
der Kolben 4 zum Äußeren des
Körpers
gedrückt
wird, was die Bremsung durch Verlagerung der Trägerplatte 5 zur Bremsscheibe
hin gewährleistet.
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Der
Druck bewirkt auch, dass der Kragen 12 der Welle gegen
die dem Kolben gegenüberliegende Wand 2 gepresst
wird.
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Die
Verlagerung des Kolbens neigt dazu, die Spiralfeder 26 mehr
zu komprimieren und folglich die durch diese Feder auf die Gewindehülse 22 ausgeübte axiale
Kraft zu erhöhen.
Folglich übt
diese wiederum mittels der Gänge 22a und 15b eine
axiale, zum Kolben gerichtete Kraft auf die Mutter 15 und
ein Drehmoment aus, das die Mutter so drehen soll, dass die Hülse von
der Mutter abgeschraubt wird.
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Die
Mutter ist ferner durch das unter Druck stehende Fluid einer Kraft
ausgesetzt, die dazu neigt, ihre abgeschrägte Kante 18 gegen
die kegelstumpfartige Aufnahme 19 des Körpers zu pressen. Diese Kraft
ist das mathematische Produkt aus dem Fluiddruck und dem zylindrischen
Dichtigkeitsquerschnitt der Mutter, d.h. ihrem Querschnitt in dem
Teil, der dem Druck nicht ausgesetzt ist und sich senkrecht zum
Kragen 12 befindet.
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Die
Mutter ist somit zwei entgegengesetzten Kräften ausgesetzt, wobei eine
zum Kolben 4 gerichtet ist und durch die Feder 26 übertragen
wird und die andere zur Wand 2 gerichtet ist und direkt
aus der Wirkung des unter Druck stehenden Fluids auf den Kolben
resultiert.
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Bei
Fluiddrücken,
die geringer sind als ein Schwellendruck, der als Druck definiert
ist, der die Wirkung der Feder 26 exakt kompensiert, gibt
die konische Kupplung die Mutter frei. Diese kann dann so drehen,
dass die Hülse
dem Kolben folgen kann. Die Bremse stellt sich ein.
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Bei
Fluiddrücken,
die höher
sind als dieser Schwellendruck bleibt die Wirkung der Feder zu gering,
um die Wirkung des Fluids auf die Mutter zu überwinden, und die konische
Kupplung bleibt haften. Die Mutter kann nicht drehen, und die Einstellung der
Bremse wird verhindert.
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So
wird die Einstellung unterbrochen, bevor die Bremse vollständig gedrückt ist,
wodurch verhindert wird, dass die Bremse nach dem Entspannen des
Drucks des hydraulischen Fluids in dieser Position blockiert ist.
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Bei
der mechanischen Betätigung
versetzt der Steuerhebel 14 die Welle 11 in Drehung,
welche mittels der gerillten Muffe 30 der Scheibe 28 das Drehmoment überträgt.
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Die
Scheibe beginnt in Bezug auf den Kolben zu drehen, dessen Drehung
blockiert ist.
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Die
Kugelrampen erfüllen
dann ihre Funktion, die darin besteht die Scheibe von dem Kolben
zu entfernen.
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Die
Scheibe stützt
sich über
die kleine Antifriktionsscheibe 29 an der Gewindehülse 22 ab,
die aufgrund der Riffelungen 24 in Bezug auf den Kolben in
Drehung blockiert ist.
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Die
von der Hülse
an die Mutter übertragene axiale
Kraft presst die abgeschrägte
Kante 18 gegen die Aufnahme 19 und verhindert
die Drehung der Muter. Die Hülse
kann sich somit nicht in die Mutter schrauben und erzeugt die Reaktion,
die es der Scheibe ermöglicht,
den Kolben zum Äußeren des Körpers zu
drücken.
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Es
ist zu sehen, dass die Funktionsweise des zuvor beschriebenen Bremszylinders
mit derjenigen eines herkömmlichen
Bremszylinders funktional identisch ist.
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In
seiner spezifischen Ausführung
weist er jedoch im Vergleich zu den einundzwanzig Teilen, die erforderlich
sind, um einen entsprechenden Bremszylinder mit herkömmlicher
Struktur zu bilden, lediglich siebzehn Teile auf.
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Ein
weiterer, konkret messbarer Vorteil des erfindungsgemäßen Bremszylinders,
ist die Verringerung seiner Länge,
wobei die Verringerung siebzehn Millimeter betragen kann.