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Dokumentenidentifikation DE60116155T2 24.08.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001122455
Titel Nasslaufende Scheibenbremse mit vermindertem Strömungswiderstand
Anmelder Meritor Heavy Vehicle Systems, LLC, Troy, Mich., US
Erfinder El Kassouf, Raji, Sterling Heights, US
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Aktenzeichen 60116155
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.01.2001
EP-Aktenzeichen 013004577
EP-Offenlegungsdatum 08.08.2001
EP date of grant 28.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse F16D 55/40(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Verbesserung in einer Nassscheibenbremsenanordnung mit einem Satz von feststehenden Scheiben und einem Satz von bewegbaren Scheiben, wobei ein Bremsenkuppler benutzt wird, um den bewegbaren Satz von Scheiben mit einem drehenden Element nur während Bremsmanövern wahlweise zu koppeln.

Nassscheibenbremsen werden in vielen Fahrzeugbremsanwendungen benutzt. Sie können auch in vielen Nicht-Fahrzeugbremsanwendungen benutzt werden. Insbesondere ist eine Anzahl von drehenden Scheiben mit einer Reibungsfläche versehen und zur Drehung mit einer Radnabe oder einem anderen drehenden Element verbunden. Die Scheiben sind entlang der Radnabe axial verschiebbar. Zwischen die drehenden Scheiben sind die feststehenden Scheiben gesetzt, die mit einem äußeren feststehenden Element verbunden sind. Die feststehenden Scheiben sind ebenfalls relativ zum äußeren stationären Element axial verschiebbar.

Eine Hydraulikkammer ist einem Kolben zugeordnet, und wenn ein Hydraulikfluid zur Kammer gefördert wird, bewegt sich der Kolben, um die drehenden und die feststehenden Scheiben zusammenzudrücken, um die Drehung des drehenden Elements relativ zum stationären Element zu vermindern.

Diese Arten von Bremsen enthalten typischerweise mehrere zwischen einander gesetzte feststehende und drehende Scheiben. Häufig werden bis zu zehn drehende Scheiben in Kombination mit elf feststehenden Scheiben verwendet.

Die drehenden und die feststehenden Scheiben sind in einer Fluidkammer montiert, die zwischen dem feststehenden und dem drehenden Element gebildet ist. Während eines Bremsmanövers drückt der Kolben die feststehenden und die drehenden Scheiben zusammen, was die Reibung zwischen den Scheiben erhöht.

Wenn die Reibung größer wird, wird die Drehgeschwindigkeit des drehenden Elements vermindert.

Ein Nachteil dieses Aufbaus ist, dass während eines Nicht-Bremsbetriebs des Fahrzeugs die drehenden Scheiben kontinuierlich in dem in der Fluidkammer gespeicherten Fluid drehen. Dies erzeugt einen unerwünschten Widerstandseffekt. Der Strömungswiderstand verringert die Betriebsleistung des drehenden Elements. Aufgrund des Strömungswiderstandes ist zusätzliche Energie erforderlich, um das drehende Elemente mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu drehen. Der Strömungswiderstand bewirkt auch einen vorzeitigen Verschleiß an den drehenden Scheibenelementen.

Falls der Strömungswiderstand während Nicht-Bremsvorgängen des Fahrzeugs beseitigt werden könnte, könnte die Abnutzungsdauer der Scheiben und die Betriebsleistung des Fahrzeugs erhöht werden.

Die US-A-4,567,965 offenbart eine Scheibenbremsenanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, mit einem feststehenden Element, einem drehenden Element, das zur Drehung bezüglich des feststehenden Elements gehalten ist und eine Mittelachse einer Drehung definiert, einem ersten Satz von Scheiben, die entlang der Drehachse in dem feststehenden Element axial verlaufen, einem zweiten Satz von Scheiben, die mit dem ersten Satz von Scheiben verschachtelt angeordnet sind, und einem Kuppler zum wahlweisen Koppeln des zweiten Satzes der Scheiben mit dem drehenden Element zur Drehung damit um die Achse.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Scheibenbremsenanordnung vor, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.

In einem offenbarten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung enthält eine Scheibenbremsenanordnung ein feststehendes Element und ein drehendes Element, das zur Drehung bezüglich des feststehenden Elements gehalten ist. Das drehende Element definiert eine Mittelachse einer Drehung. Ein erster Satz von Scheiben verläuft axial entlang der Drehachse in dem feststehenden Element, und ein zweiter Satz von Scheiben ist verschachtelt mit dem ersten Satz von Scheiben angeordnet. Ein Kuppler koppelt wahlweise den zweiten Satz von Scheiben mit dem Drehelement zur Drehung damit um die Achse.

Der Kuppler koppelt den zweiten Satz von Scheiben mit dem Drehelement nur, wenn ein Bremsmanöver gestartet wird. Daher gibt es während eines Nicht-Bremsbetriebs des Fahrzeugs keine Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Satz von Scheiben, und der Widerstandseffekt ist beseitigt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein erster Stellantrieb durch das feststehende Element gehalten und übt eine Stellkraft aus, um den Kuppler in Eingriff mit dem drehenden Element zu bewegen, wenn das Bremsmanöver gestartet wird. Wenn einmal der zweite Satz von Scheiben mit dem drehenden Element gekoppelt ist, bewegt ein zweiter Stellantrieb den ersten Satz von Scheiben und den zweiten Satz von Scheiben zusammen, um eine Drehung des drehenden Elements zu vermindern und das Fahrzeug zu bremsen. Wenn einmal das Bremsmanöver abgeschlossen ist, bewegt ein erster elastischer Rückstellmechanismus den ersten und den zweiten Satz von Scheiben auseinander, um das drehende Element frei um die Drehachse drehen zu lassen. Ein zweiter elastischer Rückstellmechanismus wird dann benutzt, um den Kuppler von dem drehenden Element zu entkoppeln, sodass der erste und der zweite Satz von Scheiben relativ zueinander feststehend sind, d.h. es keinen Strömungswiderstand gibt.

Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, zu denen eine kurze Beschreibung folgt, besser verständlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Querschnittsansicht durch eine Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer Bremse von 1 .

3 ist eine schematische Darstellung des Bremssystems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Ein in 1 dargestelltes erfindungsgemäßes Bremssystem 10 hat ein feststehendes Bremsengehäuseelement 12, das an einer festen Fahrzeugkonstruktion montiert ist. Ein drehendes Nabenelement 14 ist durch mehrere Lager 18 drehbar an einer Achsspindel 16 gehalten und definiert eine Drehachse 20. Ein Fahrzeugrad (nicht dargestellt) ist zur Drehung mit der Nabe 14 montiert. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise durch mehrere Schrauben 22 (nur eine ist gezeigt) an der Spindel 16 befestigt. Die Bremse, die dargestellt ist, wird typischerweise in Geländefahrzeuganwendungen benutzt, obwohl es selbstverständlich ist, dass diese Art von Bremse auch in vielen Nicht-Fahrzeuganwendungen benutzt wird. Beispiele enthalten Ankerhebevorrichtungen von Booten und Flugzeugbremssysteme, usw..

Ein Bremskuppler 24 ist in dem Gehäuse 12 montiert und ist wahlweise mit der Drehnabe 14 unter bestimmten Bedingungen in Eingriff bringbar. Das Bremssystem 10 enthält auch ein Scheibenpaket, wie allgemein bei 26 dargestellt. Das Scheibenpaket 26 enthält einen ersten Satz von Scheiben 28 und einen zweiten Satz von Scheiben 30, die mit dem ersten Satz von Scheiben 28 verschachtelt angeordnet sind. Die Scheibenpaketkammer ist in Öl oder ein anderes Fluid eingetaucht, das in der Technik bekannt ist. Die Scheiben 28 im ersten Satz sind entlang der Drehachse 20 in dem feststehenden Gehäuseelement 12 axial beabstandet. Der erste Satz von Scheiben 28 sind vorzugsweise feststehende Scheiben, die an dem feststehenden Bremsengehäuse 12 befestigt sind, und der zweite Satz von Scheiben 30 ist an dem Kuppler 24 befestigt. Ein bevorzugtes Montageverfahren verkeilt die Scheiben 28, 30 mit dem jeweiligen Montageelement 12, 24. Der Kuppler 24 koppelt wahlweise den zweiten Satz von Scheiben 30 mit der Drehnabe 14 zur Drehung damit um die Drehachse 20.

So sind der zweite Satz von Scheiben 30 bewegbare Scheiben, die mit den feststehenden Scheiben 28 verschachtelt angeordnet sind und die eine erste Betriebsstellung, in der es keine Relativdrehung zwischen den stationären und den bewegbaren Scheiben 28, 30 gibt, und eine zweite Betriebsstellung, in der sich die bewegbaren Scheiben 30 bezüglich der feststehenden Scheiben 28 drehen, haben. Der Kuppler 24 koppelt die bewegbaren Scheiben 30 nur während Bremsmanövern an die Nabe 14. Der Kuppler 24 ist zwischen einer Nicht-Bremsstellung, in der es keine Relativdrehung zwischen dem feststehenden Gehäuse 12 und dem Kuppler 24 gibt, und einer Bremsstellung, in der sich der Kuppler 24 bezüglich des feststehenden Gehäuses 12 dreht, axial bewegbar. Der Kuppler 24 bewegt die bewegbaren Scheiben 30 von der ersten Betriebsstellung zur zweiten Betriebsstellung, wenn das Bremsmanöver gestartet wird.

Ein erster Stellantrieb 32 ist durch das feststehende Gehäuse 12 gehalten, um eine Stellkraft auszuüben, um den Kuppler 24 in Eingriff mit der drehenden Nabe 14 zu bringen. Der erste Stellantrieb 32 übt eine Stellkraft aus, um den Kuppler 24 von der Nicht-Bremsstellung zur Bremsstellung zu bewegen, wenn der Stellantrieb 32 einen Bremsbefehl empfängt. Dies wird unten in mehr Einzelheiten erläutert.

Ein zweiter Stellantrieb 34 wird nur benutzt, um den ersten Satz von Scheiben 28 und den zweiten Satz von Scheiben 30 zusammenzubewegen, um eine Drehung der drehenden Nabe 14 zu reduzieren, nachdem der erste Stellantrieb 32 den Kuppler 24 mit der Nabe 14 gekoppelt hat. Ein erster elastischer Rückstellmechanismus 36 bewegt den ersten und den zweiten Satz von Scheiben 28, 30 auseinander, um die drehende Nabe 14 frei um die Achse 20 drehen zu lassen, nachdem das Bremsmanöver beendet ist. Ein zweiter elastischer Rückstellmechanismus 38 entkoppelt dann den Kuppler 24 von der Nabe 14, sodass der erste und der zweite Satz von Scheiben 28 und 30 relativ zueinander feststehend sind.

Wie klarer in 2 gezeigt, enthält der Kuppler 24 eine erste Vielzahl von Kupplungszähnen 40, und die Nabe 14 enthält eine zweite Vielzahl von Kupplungszähnen 42. Der erste und der zweite Satz von Kupplungszähnen 40, 42 greifen ineinander, um den Kuppler 24 zur Drehung damit an der Nabe zu befestigten, wenn ein Bremsenbetätigungsdrehmoment unter einem gewissen vorbestimmten Niveau ist, d.h. in Situationen eines geringen Drehmoments. In dieser Anfangsstufe gibt es entweder kein Drehmoment oder ein sehr geringes Drehmoment, sodass ein Eingriff schnell und effizient ist. Die Zähne 40, 42 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sich die Zähne 40, 42 überhaupt nicht voneinander lösen können, solange ein Bremsmoment erforderlich ist, d.h. die feststehenden und die bewegbaren Platten 28, 30 zusammengepresst werden.

Der erste und der zweite Satz von Kupplungszähnen 40, 42 sind durch ein Zahnprofil mit einer Basis 44 und einem distalen Ende 46 definiert. Die Basis 44 ist vorzugsweise von schmalerer Breite als das distale Ende 46. Während Kupplungszähne 40, 42 bevorzugt sind, ist es selbstverständlich, dass auch weitere in der Technik bekannte Eingriffsmechanismen benutzt werden könnten, um den Kuppler 24 mit der Nabe 14 zu koppeln. Während es bevorzugt ist, dass die Nabenkupplungszähne 42 an der Nabe 14 ausgebildet sind, ist es auch selbstverständlich, dass ein gezahnter Kragen oder ein anderes Element separat an der Nabe 14 angebracht sein könnte.

Der erste elastische Rückstellmechanismus 36 ist vorzugsweise eine Rückstellfeder, die zwischen dem feststehenden Gehäuse 12 und dem zweiten Stellantrieb 34 reagiert. Die Rückstellfeder bewegt die feststehenden und die bewegbaren Scheiben 28, 30 auseinander, um die Nabe 14 frei drehen zu lassen, wenn ein Bremssteuerelement 44 (siehe 3), wie beispielsweise ein Bremspedal, zum Beispiel von der Arbeitsstellung in die Ruhestellung bewegt wird.

Der zweite elastische Rückstellmechanismus 38 ist vorzugsweise eine zweite Rückstellfeder, die zwischen der Nabe 14 und dem Kuppler 24 reagiert, um den Kuppler 24 von der Nabe 14 zu trennen, nachdem der Bremsstellantrieb 44 in die Ruhestellung bewegt wird. Ein erstes Nadellager 46 ist zwischen dem ersten Stellantrieb 32 und dem Kuppler 24 montiert, und ein zweites Nadellager 48 ist zwischen der zweiten Rückstellfeder 38 und dem Kuppler 24 montiert. Eine Gleitringdichtung 50 ist zwischen dem feststehenden und dem drehenden Element 12, 14 montiert, um Schmutz und andere Verunreinigungen fernzuhalten.

Es ist selbstverständlich, dass der erste und der zweite Stellentrieb 32, 34 irgendwelche bekannten Stellmechanismen in der Technik sein können, einschließlich einer hydraulischen, pneumatischen, mechanischen oder elektrischen Betätigung. Vorzugsweise ist der erste Stellantrieb 32 ein erster Kolben 52, der den Kuppler 24 greift, um die bewegbaren Scheiben 30 axial entlang der Achse 20 zu bewegen, um die bewegbaren Scheiben 30 mit der Nabe 14 zu koppeln. Der erste Stellantrieb 32 enthält eine abgedichtete Kammer 54, die den Kolben 52 verschiebbar aufnimmt. Die Kammer 54 ist so positioniert, dass, wenn ein unter Druck gesetztes Fluid zur Kammer 54 durch eine Verbindung 56 gefördert wird, der Kolben 52 nach links getrieben wird, wie in 1 dargestellt. Eine Dichtung 58, wie zum Beispiel ein O-Ring, umgibt den Kolben 52, um einen Druckverlust und ein Leck zu verhindern.

Vorzugsweise ist der zweite Stellantrieb 34 ein zweiter Kolben 60, der die feststehenden und die bewegbaren Scheiben 28, 30 zusammendrückt. Der zweite Stellantrieb 34 enthält eine abgedichtete Kammer 62, die den Kolben 60 verschiebbar aufnimmt. Die Kammer 62 ist so positioniert, dass, wenn ein unter Druck gesetztes Fluid zur Kammer 62 durch eine Verbindung 64 gefördert wird, der Kolben 60 nach links getrieben wird, wie in 1 dargestellt. Eine Dichtung 66, wie zum Beispiel ein O-Ring, umgibt den Kolben 60, um einen Druckverlust und ein Leck zu verhindern. Der zweite Kolben 60 drückt die feststehenden und bewegbaren Scheiben 28, 30 nur zusammen, nachdem der erste Kolben 52 den Bremsenkuppler 24 von der Nicht-Bremsstellung zur Bremsstellung bewegt hat.

Die Rückstellfeder 36 spannt den Kolben 26 normalerweise nach rechts vor, wie in 1 dargestellt. Das unter Druck gesetzte Hydraulikfluid wirkt, um den Kolben 60 gegen die Kraft der Feder 36 zu bewegen und das Scheibenpaket 24 zusammenzudrücken.

Das erfindungsgemäße Bremsverfahren eines Fahrzeugrades mit einer Scheibenbremsenanordnung enthält die folgenden Schritte. Wie oben erläutert, enthält die Scheibenbremsenanordnung 10 ein feststehendes Gehäuse 12, ein zur Drehung bezüglich des feststehenden Gehäuses 12 gehaltenes drehendes Element 14, einen ersten Satz von feststehenden Scheiben 28 und einen zweiten Satz von Scheiben 30, die mit dem ersten Satz von Scheiben 28 verschachtelt angeordnet sind. Wenn einmal das Bremsmanöver gestartet wird, wird der zweite Satz von Scheiben 30 mit dem drehenden Element 14 gekoppelt, sodass sich der zweite Satz von Scheiben 30 bezüglich des ersten Satzes von feststehenden Scheiben 28 dreht. Der erste Satz von feststehenden Scheiben 28 und der zweite Satz von Scheiben 30 werden dann zusammenbewegt, um eine Drehung des drehenden Elements 14 zu reduzieren.

Wie in 3 dargestellt, ist eine Nassscheibenbremsenanordnung 10 an jedem Radende 68 einer Achse 70 montiert. Wenn ein Bremssteuerstellantrieb 72 aktiviert wird, wird ein Bremssignal 74 an jede Nassscheibenbremsenanordnung geschickt. Der Bremssteuerstellantrieb 72 kann ein Bremspedal, ein Fahrzeugsystemcomputer oder eine andere Verarbeitungssteuereinheit sein. Das Bremssignal 74 kann ein mechanisches Signal oder ein elektrisches Signal sein. Wenn die Bremsenanordnung 10 einmal das Signal 74 empfängt, das anzeigt, dass ein Bremsen erforderlich ist, wird der Bremskuppler 24 mit der Nabe 14 gekoppelt, um die bewegbaren Scheiben 30 bezüglich der feststehenden Scheiben 28 drehen zu lassen. Unmittelbar nachdem dies stattfindet, werden die Scheiben 28, 30 zusammengedrückt, um die Drehgeschwindigkeit der Nabe 14 zu vermindern und das Fahrzeug zu bremsen. Es ist selbstverständlich, dass der Zeitabstand zwischen dem Koppeln und dem Zusammendrücken der Scheiben minimal ist, sodass Bremsgeschwindigkeit und -leistung nicht beeinträchtigt werden. Wenn das Bremsmanöver einmal abgeschlossen ist, werden die Scheiben 28, 30 gelöst und anschließend wird der Kuppler 24 von der Nabe 14 getrennt. Vorzugsweise verstreicht ein Intervall von 2 bis 5 Sekunden, bevor der Kuppler 24 getrennt wird.

Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in dieser Erfindung offenbart worden ist, ist es selbstverständlich, dass ein Fachmann erkennt, dass viele Modifikationen in den Schutzumfang dieser Erfindung fallen. Aus diesem Grund müssen die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Schutzumfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.


Anspruch[de]
  1. Scheibenbremsenanordnung (10), mit

    einem feststehenden Element (12);

    einem drehenden Element (14), das zur Drehung bezüglich des feststehenden Elements gehalten ist und eine Mittelachse einer Drehung (20) definiert;

    einem Satz von feststehenden Scheiben (28), die durch das feststehende Element zur Bewegung axial entlang der Drehachse in dem stationären Element verschiebbar gehalten sind;

    einem Satz bewegbarer Scheiben (30), die mit dem ersten Satz Scheiben verschachtelt angeordnet sind;

    einem Kuppler (24), der die bewegbaren Scheiben (30) zur axialen Bewegung verschiebbar hält, wobei er eine Drehung der bewegbaren Scheiben (30) relativ zu dem Kuppler (24) verhindert, wobei der Kuppler (24) relativ zu den Scheiben zwischen einer Bremsstellung, die mit dem drehenden Element (14) zur Drehung damit bezüglich des stationären Elements (12) gekoppelt ist, und einer Nicht-Bremsstellung frei von dem drehenden Element (14) und ohne Drehung bezüglich des stationären Elements (121 axial bewegbar ist;

    einem Kupplerstellantrieb (32) zum Bewegen des Kupplers (24) axial zu der mit dem drehenden Element (14) gekoppelten Bremsstellung,

    gekennzeichnet durch

    einen Bremsstellantrieb (34) unabhängig von dem Kupplerstellantrieb (32) zum Bewegen der Scheiben (28, 30) axial zusammen, um eine Drehung des drehenden Elements (14) zu reduzieren, nur nachdem der Kupplerstellantrieb (32) den Kuppler (24) in die Bremsstellung bewegt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Kupplerstellantrieb (32) einen ersten Kolben (52), der mit dem Kuppler (24) in Eingriff steht, um den Kuppler (24) entlang der Achse zum Koppeln des Kupplers (24) mit dem drehenden Element zu bewegen, und eine erste Quelle (56) eines Fluiddrucks zum Betätigen des ersten Kolbens (52) aufweist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher der Bremsstellantrieb (34) einen zweiten Kolben (60), der die stationären (28) und die bewegbaren Scheiben (30) zusammendrückt, nur nachdem der erste Kolben (52) den Bremsenkuppler (24) in einen gekoppelten Eingriff mit dem drehenden Element (14) bewegt hat, und eine zweite Quelle (64) eines Fluiddrucks zum Betätigen des zweiten Kolbens (60) unabhängig von dem ersten Kolben (52) aufweist.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, mit einer ersten Rückstellfeder (36), die zwischen dem stationären Element (12) und dem zweiten Kolben (60) reagiert, um die stationären (28) und die bewegbaren (30) Scheiben auseinander zu bewegen, um das drehende Element (14) frei drehen zu lassen, wenn der zweite Kolben (60) des Bremsstellantriebs drucklos gemacht wird, und einer zweiten Rückstellfeder (38), die zwischen dem drehenden Element (14) und dem Kuppler (24) reagiert, um den Kuppler (24) von dem drehenden Element (14) zu trennen, wenn der erste Kolben (52) des Kupplerstellantriebs (32) drucklos gemacht wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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