WO2007101614A1

WO2007101614A1 - Scheibenbremse mit kraftspeicher

Info

Publication number: WO2007101614A1
Application number: PCT/EP2007/001796
Authority: WO
Inventors: Alfred Utzt; Karlheinz Heidl
Original assignee: Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2007-09-13
Also published as: DE102006010216B3; US20100025165A1; EP1994304A1

Abstract

Eine Scheibenbremse (1) mit zumindest einem Kraftspeicherelement (10) und einer Umlenkvorrichtung (20, 34) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (20, 34) zur Umlenkung des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes (10) zum Zuspannen wenigstens eines Bremsbelages (3, 4) in einer Querrichtung (y) einer Bremsscheibe (2) steuerbar ausgebildet ist.

Description

Scheibenbremse mit Kraftspeicher

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Scheibenbremsen wird die benötigte Bremskraft zur Abbremsung eines Fahr- zeugs mittels Bremsbelägen auf eine Scheibe übertragen. Zur Erzielung einer ausreichenden Bremswirkung ist ein entsprechend hoher Energie- und Krafteinsatz notwendig. Es ist bekannt, einen Federspeicher im Fahrzeug zu verbauen, der auf die Bremsbeläge derart einwirkt, dass er sie an die Scheibe zur Bremsung anpresst. Zum Lösen der Bremse wird dieser Federspeicher-Bremszylinder vom Betriebsdruck zum Beispiel einer Luftdruckbremsanlage beaufschlagt, um die Bremswirkung beim Fahren des Fahrzeugs, z.B. eines Schienenfahrzeuges, aufzuheben.

Von Trommelbremsen ist eine Spreizkeilvorrichtung bekannt, bei welcher ein Keilelement, an dessen Keilflächen beidseitig die Antriebspunkte der Bremsbacken ange- ordnet sind, zwischen diesen verschoben wird und so eine Bremskraft auf die Bremsbacken überträgt, indem sie auseinander gespreizt werden. Der Spreizkeil wird von einem außen liegenden Bremszylinder beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch angetrieben.

Diese Vorrichtungen haben sich bewährt, doch wird es als nachteilig empfunden, dass eine hohe Energie zum Aufbringen der Bremskraft an den jeweiligen Radbremsen erzeugt werden muss, wobei bei langen Übertragungswegen, wie es bei insbesondere bei Schienenfahrzeugen der Fall ist, Verluste in den jeweiligen Leitungen auftreten, für die zusätzliche Energie bereit gestellt werden muss. Aus der US 2005/0126864 ist eine Scheibenbremse bekannt, bei ein Umlenkelement aus zwei im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmigen Drehkeilelementen gebildet ist, welche mit ihren geraden Flächen gegenüberliegend um eine Drehachse verschwenkbar sind. Hier dienen die Drehkeilelemente zur Erzeugung eines Selbst- Verstärkungseffektes.

Zum Stand der Technik werden noch die DE 100 46 981 Al, die DE 101 40 076 Al, die DE 100 46 177 Al, die US 6,332,514, die US 6,932,198 die DEE 299 01831 Ul und die DE 103 24 424 Al genannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht gegenüber dem Stand der Technik daher darin, eine verbesserte Scheibenbremse zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist und weitere Vorteile bietet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen verzeichnet.

Gemäß der Erfindung wird eine permanente Kraft durch ein Kraftspeicherelement erzeugt, zum Beispiel durch eine vorgespannte Feder, wobei deren Einwirkung auf die Bremsbeläge und somit auf die Bremsscheibe mit einer möglichst geringen Energie steuerbar ist.

Die Umlenkvorrichtung zur Umlenkung des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes zum Zuspannen wenigstens eines Bremsbelages in einer Querrichtung einer Bremsscheibe ist steuerbar ausgebildet.

Die Umlenkvorrichtung hat einerseits den Vorteil, dass die Scheibenbremse kompakt aufgebaut ist, und andererseits ist es mit dieser Umlenkvorrichtung in einer steuerba- ren Ausführung möglich, den Kraftfluss des Kraftspeicherelementes in einfacher Weise stufenlos zur Umlenkung als Bremskraft in ebenfalls einstellbarer Weise zu beeinflussen.

Dabei ist vorgesehen, dass das mindestens ein Kraftspeicherelement so im Bremssattel der Scheibenbremse angeordnet ist, dass seine Kraftflussrichtung in einer Längsrichtung parallel zur Bremsscheibe der Scheibenbremse und senkrecht zur Querrichtung verläuft, was eine besonders platzsparende Bauweise ergibt.

Es wird ein Keilgetriebe als steuerbare Urnlenkvorrichtung benutzt. Dabei ist der Keilwinkel zwischen zwei Keilelementen bzw. zwei Bauteilen, die als Keile wirken, einstellbar. Dadurch wird eine Aufteilung des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes aus einer Richtung in die Richtung der Bremsbeläge möglich. Es ist von Vorteil, dass der Bremssattel in einem bestimmten Maß elastisch ist und durch die einwirken- den Bremskräfte eine Rückstellkraft für die Umlenkvorrichtung aufbringt

Der Keilwinkel ist nach einer Variante ein Verschwenkwinkel eines Bremshebels um eine im Bremssattel feststehende Schwenkachse. Ein solcher Bremshebel ist an seinem der Schwenkachse gegenüberliegenden Ende mit einem Umlenkelement in Zu- sammenwirkung, welches mit dem Kraftspeicherelement und einem Bremsbelag verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass das Umlenkelement zwischen dem Bremssattel und dem der Schwenkachse gegenüberliegenden Ende des Bremshebels geführt angeordnet ist, wobei der Bremshebel an seinem der Schwenkachse gegenüberliegenden Ende ein Keillager aufweist, welches im Verlauf des Verschwenkwegs des Bremshebels auf einer Führungskurve des Umlenkelementes geführt ist.

Das Umlenkelement wird von dem Kraftspeicherelement mit dessen Kraft beaufschlagt und überträgt diese Kraft über seine Führungsbahn auf den Bremshebel, welcher diese Kraft in den Bremssattel einleitet, wenn der Bremshebel in eine Lösestel- lung steht. Der Bremshebel ist um diese Einleitungsstelle im Bremssattel verschwenkbar, wobei sein anderes Ende auf der Führungsbahn des Umlenkelementes geführt wird. Hierbei bildet der Verschwenkwinkel des Bremshebels den Keilwinkel des Umlenkgetriebes. Der Kraftfluss wird in verschwenkter Stellung des Bremshebels nun aufgeteilt, so dass eine Kraftflusskomponente in Richtung der Bremsbeläge erzeugt wird, die von dem Verschwenkwinkel abhängig ist.

Es ist besonders vorteilhaft, dass die Betätigungskraft des Bremshebels zum Zuspan- nen und Lösen der Bremse gleich bleibend ist.

In einer weiteren Ausführung, welche auch eine eigenständige Erfindung darstellen kann, ist die Drehachse mit einer Nachstellvorrichtung zur Nachstellung in Querrich- tung bei Verschleiß der Bremsbeläge gekoppelt. Auf Grund der Tatsache, dass die Betätigungskraft des Bremshebels sich bei Verschleiß der Bremsbeläge entsprechend ändert, ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass die Nachstellvorrichtung mit einer Messeinrichtung zur Messung der Betätigungskraft des Bremshebels in Wirkzusammenhang steht.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Umlenkvorrichtung aus zwei im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmigen Drehkeilelementen gebildet, welche mit ihren geraden Flächen gegenüberliegend um die Drehachse verschwenkbar und gegeneinander verschiebbar in einer Ausnehmung des Bremssattels angeordnet sind.

Hierbei ist bevorzugt, dass die Drehkeilelemente so in der Ausnehmung des Bremssattels angeordnet sind, dass das erste Drehkeilelement verschiebbar angeordnet ist, wobei das zweite Drehkeilelement mit einer Bremsbetätigungseinrichtung in Verbindung steht. Somit ist ein einfaches Keilgetriebe mit einstellbarem Keilwinkel geschaffen, dass leicht und stufenlos zur Einstellung der Bremskraft für die Scheiben- bremse verwendet werden kann. Es ist außerdem kompakt und kann in den Bremssattel mit integriert werden.

Es ist dabei vorgesehen, dass die Drehkeilelemente in der Ausnehmung des Brems- satteis in der Längsrichtung mit einem Krafteingangslager und einem Querlager und in der Querrichtung mit einem Längslager und einem Kraftausgangslager in Wirkverbindung stehen. Bei einer Verwendung von Wälzlagern ist der Reibungsverlust besonders gering, was einen weiteren Vorteil zur Reduzierung der Betätigungskraft erbringt.

Dazu ist vorgesehen, dass das Längslager und das Querlager über feste Drehachsen im Bremssattel angebracht sind, und dass das Krafteinleitungslager drehbar in einer ersten Führung in Längsrichtung verstellbar und das Kraftausgangslager drehbar in einer zweiten Führung in Querrichtung verstellbar angeordnet sind, wobei das Kraft- eingangslager mit dem Kraftspeicherelement und das Kraftausgangslager mit dem Bremsbelag in Zusammenwirkung steht.

Der Bremssattel und die Bremsbeläge sind in einem bestimmten Maß elastisch und erzeugen auch hier durch die einwirkenden Bremskräfte eine Rückstellkraft für die Umlenkvorrichtung. Hierzu ist es weiterhin bevorzugt, dass die Außenkontur des ersten Drehkeilelementes jeweils einen exzentrischen Abschnitt einer Eingangskurve mit einer ersten Nase und einen exzentrischen Abschnitt einer Ausgangskurve mit einer zweiten Nase aufweist.

Dabei ist vorgesehen, dass die Eingangskurve des ersten Drehkeilelementes zur ersten Nase hin und die Ausgangskurve zur zweiten Nase hin in Radialrichtung nach außen vorstehen. Alternativ können die gegenüberliegenden Flächen der Drehkeilelemente exzentrisch ausgebildet sein.

Die Eingangskurve des ersten Drehkeilelementes steht mit dem Krafteingangslager in Wirkverbindung und die Ausgangskurve des ersten Drehkeilelementes steht mit dem Kraftausgangslager in Wirkverbindung. Durch die Kurvenform ist ein Abrollen ermöglicht, wobei ein geringer Reibungswiderstand auftritt, der die Betätigungskräfte niedrig hält.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Kraftfluss des Kraftspeicherelementes in der Lösestellung der Scheibenbremse über das Krafteingangslager über das erste und zweite Drehkeilelement und über das Querlager in den Bremssattel eingeleitet ist, wobei in einer von der Lösestellung verschiedenen Ver- schwenkstellung der Drehkeilelemente in Abhängigkeit von deren Verschwenkwin- kel die Größe des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes in die Querrichtung auf den Bremsbelag über das Kraftausgangslager eingestellt ist. Auch hierbei ist es vorteilhaft, dass der Kraftfluss durch diese Umlenkvorrichtung aufgeteilt und sogar bei bestimmten Keilwinkeln verstärkt werden kann.

Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, dass die Kraft zur Steuerung der steuerbaren Umlenkvorrichtung wesentlich geringer ist als die vom Kraftspeicherelement erzeugte Kraft, und somit Platz sparende Betätigungsaggregate wie zum Beispiel Pneumatik- und/oder Hydraulikzylinder oder elektromotorische Aktuatoren Verwendung finden können. Dadurch werden die Verluste bei hoher Energieübertragung nach dem Stand der Technik bedeutend reduziert.

Es ist besonders vorteilhaft dabei, dass das Kraftspeicherelement eine Feder, ein Pneumatikzylinder oder ein vorgespanntes Gussteil oder eine Kombination dieser ist, da somit ein im Bremssattel der Scheibenbremse eingebauter permanenter oder auch nachladbarer Kraftspeicher geschaffen ist, wodurch die Übertragung hoher Energie zu den Scheibenbremsen bei einem Fahrzeug nach dem Stand der Technik entfallen kann.

Weiterhin weist eine oben beschriebene Scheibenbremse einen elektromotorischen Aktuator zur Bremsbetätigung auf. Auch eine Parkbremse ist durch eine besondere Formgebung der Ein- Ausgangkurven ermöglicht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den schematischen Figuren der Zeich- nung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:

Figur 1 eine schematische Prinzipdarstellung eines Keilgetriebes mit verschiedenen Keilwinkeln; Figur 2 eine schematische Darstellung einer Scheibenbremse in einer Lösestellung; Figur 3 eine schematische Darstellung der Scheibenbremse nach Fig. 2 in einer ersten Bremsstellung; Figur4 eine schematische Darstellung der Scheibenbremse nach Fig. 2 in einer zweiten Bremsstellung; Figur 5 eine schematische Darstellung eines Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemäßen Scheibenbremse in einer Lösestellung; Figur 6 eine schematische Darstellung der Scheibenbremse nach Fig. 5 in einer ersten Bremsstellung; Figur 7 eine schematische Darstellung der Scheibenbremse nach Fig. 5 in einer zweiten Bremsstellung; und

Figur 8 einen Ausschnitt einer weiteren Variante der Scheibenbremse aus Fig. 5 bis 7. Gleiche Bezugszeichen gelten für Teile mit gleicher oder ähnlicher Funktion. In allen Figuren ist zur Orientierung jeweils ein Koordinatensystem x, y, z dargestellt, welches mit x eine Längsrichtung parallel zu einer Bremsscheibe 2 der Scheibenbremse 1, mit y eine Querrichtung senkrecht zur Längsrichtung x und mit z eine Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene angibt. Dabei verläuft die Querrichtung y parallel zur Radachse der Scheibenbremse 1.

In Fig. 1 ist ein Keilgetriebe als eine Umlenkvorrichtung 20 für eine Eingangskraft F_E in eine Ausgangskraft F_A schematisch dargestellt.

Die Eingangskraft F_E wirkt auf ein erstes Keilelement 21 ein, das seitlich an einer Längsführung in Längsrichtung x geführt ist. Es steht mit einem zweiten Keilelement 22 über eine schräge Trennfuge 25, 26, 27 in Verbindung, wobei die drei Trennfugen 25, 26, 27 drei unterschiedliche Keilwinkel α darstellen, der nur bei der Trennfuge 27 zwischen dieser und der Senkrechten bzw. Längsrichtung x eingezeichnet ist.

Das zweite Keilelement 22 ist durch eine Querführung 24 in Querrichtung y geführt.

Bei Einleitung der Eingangskraft F_E in das erste Keilelement 21 wird dieses in Längsrichtung x nach unten gedrückt und verschiebt das zweite Keilelement 22 in Querrichtung y nach links, wobei die Ausgangskraft F_A übertragen wird. Die Ausgangskraft F_A ist von dem Keilwinkel α abhängig, der hier durch die drei verschiedenen Trennfugen 25, 26, 27 in drei unterschiedlichen Größen gezeigt ist. Bei der ersten Trennfuge 25 beträgt der Keilwinkel α 63° von der Trennfuge 25 zur Längsrich- tung x bzw. 27° von der Trennfuge 25 zur Querrichtung y. In diesem Fall ist die

Ausgangskraft F_A = 1/2 F_E. Bei α=45° gilt F_A = 1/2 F_E und für α=27° (zur Längsrichtung x) gilt F_A = 2 F_E. Somit sind eine Kraftabschwächung und auch eine Kraftverstärkung möglich, wobei der Kraftfluss umgelenkt wird. In dem Fall, in dem α=90° ist, wird die Eingangskraft F_E direkt in Längsrichtung in die Querführung 24 einge- leitet. Eine Kraftkomponente in Querrichtung y entsteht dabei nicht, somit gilt für den Fall α=90°: F_A = 0.

Für eine Betriebsbremse muss dieser Keilwinkel oder auch Umlenkwinkel α aller- dings stufenlos einstellbar sein.

Hierzu zeigt nun Fig. 2 ein einer Scheibenbremse 1 mit einer Scheibe 2, die nur zum Teil dargestellt ist. An ihr liegen ein erster und ein zweiter Bremsbelag 3, 4 an, welche von einem Bremssattel 5 umgeben sind. Der erste Bremsbelag 3 ist mit einem Schenkel des Bremssattels 5 verbunden. Der Bremssattel 5 ist zur rechten Seite der Figur hin erweitert und zwischen dem diesseitigen Schenkel und dem zweiten Bremsbelag 4 ist ein Umlenkelement 30 angeordnet, welches in Längsrichtung x von dem rechten Schenkel des Bremssattels 5 geführt ist. Der rechte Schenkel bildet dabei die Längsführung 23 (siehe Fig. 1).

Das Umlenkelement 30 ist auf seiner linken Seite mit dem zweiten Bremsbelag 4 verbunden, wobei es eine Ausnehmung 6 aufweist, die eine Drehachse 42 umgibt. Diese Drehachse 42 ist fest mit dem Bremssattel 5 in diesem Beispiel verbunden. Auf ihr ist ein Festlager 31 angebracht, an welchem ein Bremshebel 33 verschwenkbar befestigt ist. Der Bremshebel 33 weist an seinem dem Festlager 31 gegenüber liegenden Ende ein Keillager 32 auf, das auf einer Führungsbahn 34 des Umlenkelementes 30 gefühlt ist und im Prinzip im Betrieb die Längsführung 23 und die Querführung 24 gemäß Fig. 1 für das Umlenkelement 30 bildet.

Das Umlenkelement 30 ist auf seiner Oberseite mit einem Kraftspeicherelement 10, in diesem Beispiel eine vorgespannte Spiralfeder, verbunden, welches sich an dem Bremssattel 5 abstützt, wobei die Kraftrichtung des Kraftspeicherelementes 10 in Längsrichtung x auf das Umlenkelement 30 einwirkt. In der Fig. 2 ist die Scheibenbremse 1 in einer so genannten Lösestellung gezeigt. Die Kraft des Kraftspeicherelementes 10 drückt das Umlenkelement 30 an das Keillager 32. Der Kraftfluss des Kraftspeicherelementes 10 wirkt direkt in Längsrichtung x und wird von dem Keillager 32 an der Führungsbahn 34 des Umlenkelementes 30 aufgenommen und über den Bremshebel 33 in das Festlager 31 und somit in den Bremssattel 5 geleitet. Eine Kraftkomponente in Querrichtung y tritt nicht auf, somit wird keine Zuspannkraft auf den Bremsbelag 4 ausgeübt.

Das Umlenkelement 30 und der Bremshebel 33 bilden die Umlenkvorrichtung 20 nach Fig. 1, wobei in diesem Fall der Lösestellung in Fig. 2 der Keilwinkel α 90° beträgt.

Wird nun der Bremshebel 33 gegen den Uhrzeigersinn um das Festlager 31 verschwenkt, wobei der Keilwinkel α kleiner als 90° wird, so ist damit eine Verstellung des Keil winkeis α und auch der Ausgangskraft F_A ermöglicht, die hier die Kraftkomponente in Querrichtung y der Eingangskraft F_E des Kraftspeicherelementes 10 auf den Bremsbelag bildet. Dieses ist in einer mittleren Bremsstellung des Bremshebels 33 in Fig. 3 bei α=45° gezeigt.

Durch die Führung des Keillagers 32 auf der Führungsbahn 34 des Umlenkelementes 30 ist eine Verschwenkung des Bremshebels 33 bei gleichzeitiger Querführung des Umlenkelementes 30 ermöglicht. Die Kraftkomponente in Queπichtung y entspricht hierbei der Kraft des Kraftspeicherelementes 10. Hierbei ist das Umlenkelement 30 in Querrichtung y auf die Bremsscheibe 2 hin verschoben. Die Ausnehmung 6 dient hier als Freiraum für das Festlager 31. Die Bewegung des Umlenkelementes 30 in Querrichtung y wird von dem Kraftspeicherelement 10 durch ein Ausdehnen ausgeglichen. In Fig. 3 ist der Fall gezeigt, bei dem α ungefähr 27° beträgt. Diese Stellung des Bremshebels 33 ist für eine Bremsung mit großer Bremskraft vorgesehen. Die Stellung des Bremshebels verstärkt die Kraft des Kraftspeicherelementes 10.

Bei Aufbringung der Zuspannkraft in Querrichtung y wird der Bremssattel 5 elastisch gespannt. Dieses erzeugt eine Rückstellkraft für das Umlenkelement 30, sobald der Bremshebel 33 wieder in Richtung Lösestellung (siehe Fig. 2) bewegt wird. Vorzugsweise ist die Führungsbahn 34 des Umlenkelementes 30 so ausgebildet, dass eine möglichst kleine Ausdehnung in Längsrichtung x erfolgt und sich das Umlenk- element 30 hauptsächlich in Querrichtung y senkrecht zur Bremsscheibe 2 bewegt.

Die Bewegung des Bremshebels 33 erfordert vorteilhaft nur geringe Energie, bei einer Auslegung des Keillagers 32 als Wälzlager hauptsächlich den Lagerdruck, der gegen die Kraft des Kraftspeicherelementes 10 wirkt.

Die Bremsbetätigungseinrichtung für alle Ausführungsbeispiele, insbesondere auch die Drehkeilelemente der Fig. 5 ff ist elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und rein mechanisch auslegbar und es ist eine Betätigung mit geringer Betätigungskraft möglich.

Anstelle einer Spiralfeder als Kraftspeicherelement 10 ist auch eine Blattfeder, ein Pneumatikzylinder oder eine Kombination derer denkbar. Ebenso ist ein vorgespanntes Gussteil möglich, das in seiner Elastizität dem Bremssattel 5 entspricht.

Wird eine Auslegung des Kraftspeicherelementes 10, bei der eine Kombination aus einer oder mehrerer Federn für eine Parkbremsfunktion, und eines Pneumatikzylinders oder mehrerer für die Betriebsbremse gewählt, so können die Pneumatikzylinder mit Rückschlagventilen versehen sein, das heißt, eine einmalige Befüllung dieser würde als Kraftspeicher genügen. Sie würden nur bei Undichtigkeit nachbefüllt. Da die Parkbremsfedern zwangsläufig bei jeder Bremsung parallel mitwirken, können sowohl diese als auch die Pneumatikzylinder entsprechend klein dimensioniert werden.

Die Betätigung des Bremshebels 33 ist mittels eines separaten Pneumatikzylinders möglich, da der Bremshebel 33 die Bremskraft nur steuert. Somit benötigt er relativ wenig Druck sowie Volumen, wodurch er vorteilhafterweise zu einer wesentlichen Verkleinerung der notwendigen Luftbeschaffung am jeweiligen Fahrzeug beiträgt.

Die Bewegung des Bremshebels 33 erfordert zum Zuspannen als auch zum Lösen der Bremse die gleiche Kraft. Bei Verschleiß der Bremsbeläge 3, 4 verlässt das Keillager 32 seine ideale Bahn auf der Führungsbahn 34 des Umlenkelementes 30. Daraus resultieren unterschiedliche Kräfte am Bremshebel 33 bei Zuspannen und Lösen. Dieses kann in einer weiteren Ausbildung, die auch als eigenständige Erfindung be- trachtet werden kann, beispielsweise über Messeinrichtungen wie Dehnungsmessstreifen gemessen werden, wobei eine elektrische Nachstelleinrichtung vorgesehen ist, welche das Festlager 31 in Querrichtung y auf die Bremsscheibe 2 hin verstellt, bis die Betätigungskräfte am Bremshebel 33 wieder gleich sind.

In den Fig. 5 bis 7 ist ein zweites Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 in verschiedenen Stellungen gezeigt.

Fig. 5 stellt die Lösestellung der Scheibenbremse 1 dar. Im Unterschied zu Fig. 2 weist der rechte Abschnitt des Bremssattels 5 eine kreisförmige Ausnehmung 6 auf, in welcher zwei Drehkeilelemente 40, 41 um die Drehachse 42 verschwenkbar angeordnet sind. Die Drehkeilelemente 40, 41 weisen jeweils einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf und sind mit ihren geraden Flächen gegenüber liegend angeordnet, wobei diese Flächen aufeinander gleiten können bzw. mittels geeigneter Rollen gegeneinander verschiebbar sind. Die Drehkeilelemente 40, 41 sind in verschiedenen Rollen 11, 43, 44, 45 gelagert, die jeweils in Längsrichtung x und Querrichtung y die Drehkeilelemente 40, 41 als eine Umlenkvorrichtung 20 umschließen. Dabei ist ein Krafteingangslager 11 in einer ersten Führung 12 im Bremssattel 5 verschiebbar angeordnet, wobei das Kraftein- gangslager 11 zwischen dem Kraftspeicherelement 10 und dem ersten Drehkeilelement 40 angeordnet ist, in welches es die Kraft des Kraftspeicherelementes 10 einleitet. In der in Fig. 5 gezeigten Lösestellung überträgt dann die gerade untere Fläche des oberen, ersten Drehkeilelementes 40 die Kraft auf die gerade obere Fläche des unteren zweiten Drehkeilelementes 41, was wiederum auf dem Querlager 44 (siehe Bezeichnung 24 in Fig. 1) aufgelagert ist. Das Querlager 44 leitet die so übertragene Kraft des Kraftspeicherelementes 10 in den Bremssattel 5 in Längsrichtung x ein. Eine Kraftkomponente in Querrichtung y wird in dieser Stellung nicht erzeugt.

Seitlich werden beide Drehkeilelemente 40, 41 in Querrichtung y von einem Längs- lager 43 (siehe Bezeichnung 23 in Fig. 1) und von einem Kraftausgangslager 45 gelagert. Das Kraftausgangslager 45 ist drehbar und verschiebbar in einer zweiten Führung 46 angeordnet, wobei es mit dem Bremsbelag 4 verbunden ist.

Das erste Drehkeilelement 40 weist Abschnitte 47, 48 auf seiner Außenfläche auf, die als Eingangskurve 47 und Ausgangskurve 48 bezeichnet sind. Dabei sind diese Kurven 47 und 48 exzentrisch ausgebildet und dehnen sich radial an Nasen 50 und 51 nach außen aus. Ihre Funktion wird unten weiter beschrieben. Das untere Drehkeilelement 41 weist eine halbkreisförmige Außenkontur auf und wird von einer Betätigungsvorrichtung zur Bremsung derart angetrieben, dass es zum Zuspannen des Bremsbelags gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse verschwenkt wird. Der Verschwenkungswinkel ist der Keilwinkel α.

Fig. 6 zeigt ähnlich wie die Fig. 3 eine Stellung der Scheibenbremse 1 für eine mittlere Bremskraft. Durch die Krafteinwirkung des Kraftspeicherelementes 10 über das Krafteingangslager 11, das auf der Eingangskurve 47 abrollt, wird das obere Drehkeilelement 40 nach links bewegt, wobei das Kraftausgangslager 45 an dessen Ausgangskurve 48 abrollt und durch die zweite Führung 12 den Bremsbelag 4 in Querrichtung y zur Bremsscheibe 2 hin zustellt. Dabei gleitet bzw. rollt die Unterseite des ersten Drehkeilelementes 40 auf der nicht verschieblichen, gegenüber liegenden Oberseite des zweiten Drehkeilelementes 41 mit einer Relativbewegung aus seiner zentrischen Position, die er in der Lösestellung besaß (siehe Fig. 5).

In Fig. 7 ist nun der minimale Umlenkwinkel α gezeigt, wobei das erste Drehkeil- dement 40 noch weiter gegenüber dem zweiten Drehkeilelement 41 verschoben ist. Die Verspannung des Bremssattels 2 ist hierbei übertrieben groß mit einem Winkel ß angedeutet.

Die exzentrischen Laufbahnen bzw. Kurven 47, 48 an der Außenseite des ersten Drehkeilelementes 40 müssen in dieser Ausfuhrung so gestaltet sein, da sie die Lager 45 und 11 bei jeder Winkelstellung von α auf dem äußersten Punkt der Laufbahn senkrecht zur Drehachse 42 halten. So ist ein relativ leichtes Verschwenken der beiden Drehkeilelemente 40, 41 als steuerbare Umlenkvorrichtung 20 vorteilhaft zu erreichen.

Auch bei diesem zweiten Ausfuhrungsbeispiel gilt, dass beim Lösen der Bremse die Elastizität des aufgespreizten Bremssattels 5 über den jetzt zunehmenden Umlenkwinkel a auf das Kraftspeicherelement 10 zurückwirkt, dessen Wirkung schwächt und sie in ihre Ausgangsstellung drückt.

Wenn der Umlenkwinkel α wieder 90° eingenommen hat (siehe Fig. 5), wird der so genannte Luftspalt zwischen Bremsbelag 3, 4 und der Bremsscheibe 2 wieder hergestellt, da der Bremssattel 5 nicht mehr gespreizt ist, und keine Kraftkomponente mehr in Querrichtung y auf den Bremsbelag 4 einwirkt. Um die unterschiedliche Verpreßparkeit der Bremsbeläge auszugleichen, ist es vorteilhaft, wenn die Laufbahnen 47, 48 in der Z- Achse eine konische Form aufweisen, und das Drehkeilelement 40 in dieser Achse verschiebbar ist (Fig. 8).

Bei einem neuen - durch seine Belagstärke verpressbaren Bremsbelag - ist das Drehkeilelement 40 in der Art verschoben, dass die Lager 11 und 45 auf dem am größten auslandenden Radius ansetzen.

Bei zunehmendem Verschleiß der Beläge werden diese weniger verpressbar und der Weg des Drehkeilelements 40 in der Y-Achse wird kleiner, gleichermaßen wird auch der Weg in der X-Achse geringer.

Um die Lager 11 und 45 jederzeit auf dem äußersten Punkt der Laufbahnen zu halten, wird das Drehkeilelement 40 in der Z- Achse in Richtung kleiner werdenden Radius verschoben, dies kann durch einen eigenen Antrieb oder durch Kopplung an dem Verschleißnachsteller erfolgen, da dieser ohnehin auf die schwindende Belagstärke reagiert.

Bei einer entsprechenden Auslegung ist ein elektromechanisches Bremssystem mit integrierter Parkbremse (Federspeicher als Kraftspeicherelement 10) ausführbar, welches einen vorteilhaft geringen Energieverbrauch aufweist, da die Betätigungskraft für die erfmdungsgemäße Scheibenbremse 1 die Bremskraft des Kraftspeicherelementes 10 lediglich steuert. Die Bremskraft wird von der dadurch gesteuerten Umlenkvorrichtung 20 umgelenkt und in Abhängigkeit von dem Umlenkwinkel α in ent- sprechender Größe eingestellt.

Durch diesen niedrigen Energiebedarf zur Betätigung wird auch die notwendige Systemsicherheit, beispielsweise Redundanz, durch eine zweite Batterie/Stromversorgung vorteilhaft vereinfacht. Die vorliegende Erfindung ist vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, sie ist jedoch darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

So können zum Beispiel die Drehkeilelemente 40, 41 und auch das Umlenkelement 30 in größerer Anzahl parallel eingebaut sein.

Ebenfalls sind die Kraftspeicherelemente 10 mehrfach angeordnet möglich, wobei auch Kombinationen von verschiedenen Arten möglich sind.

Denkbar ist auch, dass die gegenüberliegenden Flächen der Drehkeilelemente 40, 41 gekrümmte Gleitflächen bzw. Rollbahnen sind, wobei die Außenkonturen halbkreisförmig ausgebildet sind.

Bezugszeichenliste

1 Scheibenbremse

2 Bremsscheibe

3 Erster Bremsbelag

4 Zweiter Bremsbelag

5 Bremssattel

6 Ausnehmung

10 Kraftspeicherelement

11 Krafteingangslager

12 Erste Führung

20 Umlenkvorrichtung

21 Erstes Keilelement

22 Zweites Keilelement

23 Längsführung

24 Querführung

25 Erste Trennfuge

26 Zweite Trennfuge

27 Dritte Trennfuge

30 Umlenkelement

31 Festlager

32 Keillager

33 Bremshebel

34 Führungskurve

40 Erstes Drehkeilelement

41 Zweites Drehkeilelement

42 Schwenkachse

43 Längslager

44 Querlager 45 Kraftausgangslager

46 Zweite Führung

47 Eingangskurve

48 Ausgangskurve

50 Erste Nase

51 Zweite Nase

X Koordinate, Längsrichtung y Koordinate, Querrichtung

Z Koordinate

F_E Eingangskraft

FA Ausgangskraft

Ct Keilwinkel ß Winkel

Claims

Patentansprüche

1. Scheibenbremse ( 1 ) mit zumindest einem Kraftspeicherelement (10) und einer Umlenkvorrich- tung (20, 34), die zur Umlenkung des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes (10) zum Zuspannen wenigstens eines Bremsbelages (3, 4) in einer Querrichtung (y) einer Bremsscheibe (2) steuerbar ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Kraftspeicherelement (10) so im Bremssattel (5) der Scheibenbremse (1) angeordnet ist, dass seine Kraftflussrichtung in einer Längsrichtung (x) parallel zur Bremsscheibe (2) der Scheibenbremse (1) und senkrecht zur Querrichtung (y) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Umlenkvorrichtung ein Keilgetriebe mit einem einstellbaren Keilwinkel (α) ist, der ein Verschwenkwmkel um eine im Bremssat- tel (5) feststehende Dreh- bzw. Schwenkachse (42) ist.

2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung aus zwei im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmigen Drehkeilelementen (40, 41) gebildet ist, welche mit ihren geraden Flächen gegenüberliegend um die Drehachse (42) verschwenkbar und gegeneinander verschiebbar in einer Ausnehmung (6) des Bremssattels (5) angeordnet sind.

3. Scheibenbremse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Drehkeilelemente (40, 41) so in der Ausnehmung (6) des Bremssattels (5) angeordnet sind, dass das erste Drehkeilelement (40) verschiebbar angeordnet ist, und dass das zweite Drehkeilelement (41) mit einer Bremsbetäti- gungseinrichtung in Verbindung steht.

4. Scheibenbremse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkeilelemente (40, 41) in der Ausnehmung (6) des Bremssattels (5) in der Längsrichtung (x) mit einem Krafteingangslager (11) und einem Querlager (44) und in der Querrichtung (y) mit einem Längslager (43) und einem Kraftausgangslager (45) in Wirkverbindung stehen.

5. Scheibenbremse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Längslager (43) und das Querlager (44) über feste Drehachsen im Bremssattel (5) angebracht sind, und dass das Krafteinleitungslager (11) drehbar in ei- ner ersten Führung (12) in Längsrichtung (x) verstellbar und das Kraftausgangslager (45) drehbar in einer zweiten Führung (46) in Querrichtung (y) verstellbar angeordnet sind, wobei das Krafteingangslager (11) mit dem Kraftspeicherelement (10) und das Kraftausgangslager (45) mit dem Bremsbelag (4) in Zusammenwirkung steht.

6. Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des ersten Drehkeilelementes (40) jeweils einen exzentrischen Abschnitt einer Eingangskurve (47) mit einer ersten Nase (50) und einen exzentrischen Abschnitt einer Ausgangskurve (48) mit einer zweiten Nase (51) aufweist.

7. Scheibenbremse (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangskurve (47) des ersten Drehkeilelementes (40) zur ersten Nase (50) hin und die Ausgangskurve (48) zur zweiten Nase (51) hin in Radialrichtung nach außen vorstehen.

8. Scheibenbremse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Flächen der Drehkeilelemente (40, 41) exzentrisch ausgebildet sind.

9. Scheibenbremse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangskurve (47) des ersten Drehkeilelementes (40) mit dem Krafteingangslager (11) in Wirkverbindung und die Ausgangskurve (48) des ersten Drehkeilelementes (40) mit dem Kraftaus- gangslager (45) in Wirkverbindung stehen.

10. Scheibenbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (α) ein Verschwenkwinkel eines Bremshebels (33) um eine im Bremssattel (5) feststehende Schwenkachse (42) ist, und dass der Bremshe- bei (33) an seinem der Schwenkachse (42) gegenüberliegenden Ende mit einem Umlenkelement (30) der Umlenkvorrichtung zusammenwirkt, welches mit dem Kraftspeicherelement (10) und einem Bremsbelag (4) verbunden ist.

11. Scheibenbremse (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (30) zwischen dem Bremssattel (5) und dem der Schwenkachse (42) gegenüberliegenden Ende des Bremshebels (33) geführt angeordnet ist, wobei der Bremshebel (33) an seinem der Schwenkachse (42) gegenüberliegenden Ende ein Keillager (32) aufweist, welches im Verlauf des Verschwenkwegs des Bremshebels (33) auf einer Führungskurve (34) des Umlenkelementes (30) geführt ist.

12. Scheibenbremse (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bremshebel (33) in Lösestellung der Scheibenbremse (1) die gesamte Kraft des Kraftspeicherlementes (10) aufnimmt und in den Bremssattel (5) einlei- tet, wobei er in einer davon unterschiedlichen Verschwenkstellung die Größe des Kraftflusses des Kraftspeicherelementes (10) in Abhängigkeit von seinem Verschwenkwinkel in die Querrichtung (y) einstellt und eine Verschiebung des Umlenkelementes (30) in Querrichtung (y) bewirkt.

13. Scheibenbremse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei gelöster Scheibenbremse (1) nach Bremsung die Elastizität des Bremssattels (5) eine Rückstellung der Bremsbeläge (3, 4) bewirkt.

14. Scheibenbremse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftspeicherelement (10) eine Feder, ein Pneumatikzylinder oder ein vorgespanntes Gussteil oder eine Kombination dieser ist.

15. Scheibenbremse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeich- net durch einen elektromotorischen Aktuator als Bremsbetätigungseinrich- tung.

16. Scheibenbremse ( 1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (42) mit einer Nachstellvorrichtung zur Nachstellung in Querrichtung (y) bei Verschleiß der Bremsbeläge (3, 4) gekoppelt ist.

17. Scheibenbremse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachstellvorrichtung mit einer Messeinrichtung zur Messung der Betätigungskraft des Bremshebels (33) in Wirkzusammenhang steht.

18. Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in Kombination mit einer Parkbremse.