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Dokumentenidentifikation DE102005041344A1 12.10.2006
Titel Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse
Anmelder Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH, 80809 München, DE
Erfinder Iraschko, Johann, 85301 Schweitenkirchen, DE
DE-Anmeldedatum 31.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005041344
Offenlegungstag 12.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2006
IPC-Hauptklasse F16D 65/52(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Eine Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse, insbesondere zur Anordnung in einer Drehspindel, mit einer Überlastkupplung (16) und einer Einwegdrehrichtungskupplung (18), zeichnet sich dadurch aus, dass die Einwegdrehrichtungskupplung (18) eine Wälzkörperkupplung (8) sowie beidseits der Wälzkörperkupplung (8) angeordnete Reibungskupplungen (25, 25) aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Pneumatisch betätigte Scheibenbremsen gehören mittlerweile zum Standard bei schweren Nutzfahrzeugen.

Der Scheibenbremse ist in der Regel ein pneumatisch betätigter Bremszylinder zugeordnet, der eine Kolbenstange aufweist, die auf eine Zuspannvorrichtung der Scheibenbremse einwirkt, um die Bremse zuzuspannen. Bekannte Bauarten sind die Schiebesattelscheibenbremse, die Schwenksattelscheibenbremse und die Festsattelscheibenbremse.

Derartige Scheibenbremsen benötigen zur Erzeugung der erforderlichen Zuspannkraft eine mechanische Übersetzung, da die Kraft der pneumatisch beaufschlagten Bremszylinder wegen des Druckniveau (derzeit ca. 10 bar) und der limitierten Baugröße der Bremszylinder beschränkt ist.

Bei den derzeit bekannten pneumatisch betätigten Scheibenbremsen finden sich Übersetzungsverhältnisse zwischen 10 : 1 und 20 : 1. Die Kolbenhübe der Bremszylinder bewegen sich zwischen 50 und 70 mm, woraus sich Zuspannwege zum Andrücken der Bremsbeläge an die Bremsscheibe von etwa 4 mm ergeben.

Die Reibmaterialdicke der Bremsbeläge liegt üblicherweise im Bereich von 20 mm. Da zwei Beläge eingebaut werden, ergibt sich somit ohne Berücksichtigung des Scheibenverschleißes ein Verschleißweg von etwa 40 mm. Dieser Weg ist um ein Vielfaches größer als der eigentliche Zuspannweg zum Zuspannen der Bremse. Es besteht daher die Notwendigkeit dazu, die Bremse mittels einer Nachstellvorrichtung dem Belagverschleiß entsprechend nachzustellen.

Stand der Technik ist eine automatisch arbeitende Verschleißnachstellung mit der erreicht wird, daß das sog. Lüftspiel, d.h. der Spalt zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe in unbetätigten Zustand unabhängig vom Verschleißzustand und Verschleißverhalten der Bremsbeläge konstant gehalten wird.

Bei einer Bauart bekannter Scheibenbremsen werden konzentrisch im Hohlraum eines Gewindestempels Nachstellvorrichtungen untergebracht und exzentrisch über ein Antriebselement (Schaltfinger) vom Bremshebel angetrieben (siehe z.B. die DE 197 29 024 C1 oder die EP 0 566 008 A1 oder die WO 91/19115).

Bei Bremsungen führt der mit der Kolbenstange des Bremszylinders gekoppelte Bremshebel eine Drehbewegung aus. Bevor über den Koppelmechanismus der Nachstellung (Schaltgabel und Schaltfinger) die Drehbewegung des Hebels in den Nachsteller eingeleitet wird, muß ein sog. Leerweg überwunden werden. Dieser Weg ist für die Größe des Lüftspiels ausschlaggebend, da während dieser Bewegung die Nachstellung nicht aktiviert wird und der Zuspannweg dann das Lüftspiel darstellt.

Nach Überwinden des Leerweges wird der Nachsteller in eine Drehbewegung versetzt, wobei durch die Kopplung mit dem Gewinderohr ein Nachstellvorgang eingeleitet wird.

Ein grundlegendes Bauteil des Verschleißnachstellers ist die Einweg-Drehrichtungskupplung, die beispielsweise als Klemmrollenfreilauf ausgebildet sein kann. Durch diesen Freilauf – gelegentlich auch als Einwegdrehrichtungskupplung bezeichnet – wird erreicht, daß der Nachsteller nur in Zustellrichtung vom Bremshebel verdreht werden kann und nicht zurückgestellt wird (linke Seite in 1).

Bei einem Klemmrollenfreilauf handelt es sich um ein Präzisionsbauteil, das zur einwandfreien Funktion eine große Genauigkeit der korrespondierenden Bauteile erfordert. Aufgrund der hohen Genauigkeit der Funktionselemente ergibt sich ein relativ hoher Kostenaufwand zur Herstellung der Bauteile.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Nachstellvorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß die Herstellkosten bei weiter guter Funktionssicherheit verringert werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1.

Sie schafft eine Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse, insbesondere zur Anordnung in einer Drehspindel, mit einer Überlastkupplung und einer Einweg-Drehrichtungskupplung, wobei die Einwegdrehrichtungskupplung eine Wälzkörperkupplung sowie beidseits der Wälzkörperkupplung angeordnete Reibungskupplungen aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wird die Einweg-Drehrichtungskupplung realisiert, die nur einen geringen Herstellungsaufwand erfordern, ohne daß damit eine Einschränkung der Funktion und eine Bauraumvergrößerung einhergeht.

Eine Wälzkörperkupplung in der Einwegdrehrichtungskupplung ist aus der WO 91/19115 (3) bekannt. Diese Anordnung ist aber immer noch relativ teuer und hinsichtlich ihrer Funktionssicherheit weiter zu verbessern.

Die Erfindung schafft auch eine Scheibenbremse mit einer erfindungsgemäßen Nachstellvorrichtung.

Zusammengefaßt ergeben sich folgende Vorteile:

  • – Einfacher Aufbau;
  • – Geringere Genauigkeitsanforderungen an die Einzelteile;
  • – Geringe Toleranzempfindlichkeit;
  • – Herstellung der Bauteile durch spanloses Formen;
  • – Hohe Anpassungsfähigkeit durch vielfältige Parametereinstellmöglichkeiten;
  • – Einstellbares Reibmoment in „Überholrichtung" mittels Drehfeder; und
  • – Geringe Funktionshysterese, da alle bewegten Teile kugelgelagert sind.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

1 a, b einen Schnitt durch eine bekannte Nachstellvorrichtung (linke Seite der Mittellinie M) und eine erfindungsgemäße Nachstellvorrichtung (rechte Seite der Mittellinie M) und einen Schnitt durch den Bereich eines Wälzkörpers an der Antriebs- und der Abtriebsbuchse der Erfindung; und

2,3 eine schematische Darstellung einer bekannten Scheibenbremse, die sich prinzipiell zur Aufnahme der Nachstellvorrichtung nach Art der 1 eignet.

Zunächst seien kurz Aufbau und Funktion der pneumatischen Scheibenbremse nach 5 und 6 skizziert.

Die Scheibenbremse 101 weist einen Bremssattel 102 auf, der eine innen belüftete Bremsscheibe 103 umgreift. Auf der einen Seite der Bremsscheibe 103 ist eine Zuspannvorrichtung 104 vorgesehen, welche einen gleitgelagerten Betätigungs-Drehhebel 105 aufweist, der von einer Kolbenstange eines Druckluftzylinders D bewegt wird und (siehe hierzu die gestrichelte Position des Hebels 105) seinerseits einen Exzenter 106 betätigt bzw. dreht, der wiederum hier über eine Traverse 107 mit zwei Stellspindeln 108, 109 zusammenwirkt, gegen welche sich einer der Bremsbeläge 110 abstützt. Die beiden Stellspindeln 108, 109 sind vermittels einer Synchronisationseinrichtung, hier eine Kette, 111 gekoppelt. Eine Feder 112 zwischen die Traverse 107 und den Bremssattel 102 sorgt für eine Vorspannung der Traverse 107 in Richtung des Drehhebels 105.

Die Traverse 107 weist an beiden Außenseiten jeweils eine mit Innengewinde versehene Bohrung auf, in welche die mit Außengewinden versehenen Stellspindeln 108 und 109 eingeschraubt sind. In die Ausnehmung der in 6 oberen Stellspindel 109 ragt ein Drehantrieb 113 (der hier nach dem Stand der Technik ausgebildet ist, was aber bzgl. des Grundprinzips der Betätigung des Drehantriebs keinen Unterschiede mit sich bringt), der vom Drehhebel 105 bzw. einem an diesem angeformten Stift 105' betätigt wird und während des Anlegehubes ein Verschrauben der Stellspindel 109 – und damit über die Kette 111 auch der anderen Stellspindel 108 – in Annäherungsrichtung an die Bremsscheibe 103 bewirkt.

Bei einer Beaufschlagung des Zylinders D mit Druckluft wird der Drehhebel 5 verschwenkt, was den Exzenter 106 dreht und die Traverse 107 zur Bremsscheibe 103 hin verschiebt, so daß sich die Spindeln 108, 109 in Richtung des einen Belages 110 bewegen. Die Druckstücke 114, 115 an den Enden der Stellspindeln 108, 109 schieben, damit einen der Bremsbeläge 110 zur Bremsscheibe 103. Dabei verschiebt sich auch der an einem Bremsträger (nicht dargestellt) axial verschieblich gelagerte Bremssattel 102, welcher den anderen Bremsbelag 110 mitnimmt, so daß die Bremse zuspannt.

Nachfolgend sei die Nachstellvorrichtung 1 der 1 beschrieben, die sich beispielsweise zur Anordnung in einer der Stellspindeln der Bremse aus 2 und 3 eignen würde.

Die Nachstellvorrichtung weist eine durchgehende zentrale Spindel 10 auf, an der an einem axialen Ende z.B. ein Rückdrehaußenmehrkant 11 ausgebildet ist, der beispielsweise eine Bohrung im Bremssattel (hier nicht dargestellt) durchgreifen kann und der dazu genutzt wird, die Nachstellvorrichtung beispielsweise beim Austausch der Beläge (hier nicht dargestellt) von Hand zurückzudrehen.

Am entgegengesetzten Ende der Spindel 10 ist auf die Spindel eine Zahnhülse 12 aufgesetzt, an deren Außenumfang wenigstens ein oder mehrere Zähne 13 ausgebildet sind, die in korrespondierende Nut der umgebenden Drehspindel eingreifen, die der eigentlichen Nachstellung des Bremsbelagverschleißes dient.

Wird die Zahnhülse 12 gedreht, nimmt sie die umgebende Stellspindel mit, die auf den z.B. zwei Zähnen 13 axial verschieblich aber relativ zu diesen unverdrehbar angeordnet ist.

Die Zahnhülse 12 wird mittels einer Feder 14 zwischen einem ihrer axialen Enden und einer auf der Spindel 10 befestigten Scheibe 15 an ihrem anderen axialen Ende vorgespannt.

Die Zahnhülse 12 stützt sich ferner über eine Kugelrampenanordnung 16 an einer Lagerhülse 4 ab.

In an sich bekannter Weise dient eine Schaltgabel 17 zur Übertragung der Bewegungen des Drehhebels der Zuspannvorrichtung der Scheibenbremse auf die Nachstellvorrichtung.

Diese Schaltgabel ist am Außenumfang einer Antriebsbuchse 1 ausgebildet, die einen ersten Teil einer Einweg-Drehrichtungskupplung 18 darstellt.

Die Einweg-Drehrichtungskupplung 18 weist eine Wälzkörperkupplung 8 sowie beidseits der Wälzkörperkupplung 8 angeordnete Reibungskupplungen 24, 25 auf.

Im einzelnen verfügt sie über folgenden Aufbau.

Sie weist die Antriebsbuchse 1 mit der Schaltgabel 17, einer vorzugsweise konischen Reibfläche 26 und mehreren Klemmtaschen 19 auf. In diese greifen mehrere Klemmkörper 2 (im Normalfall Kugeln) ein.

An die Klemmkörper 2 schließt sich eine Abtriebsbuchse 3 mit mehreren Klemmtaschen 20 an, die ferner eine Reibfläche 21 am gegenüber gesetzten Ende der Abtriebsbuchse aufweist.

An die Abtriebsbuchse schließt sich axial eine Lagerhülse 4 mit einer zur Abtriebsbuchse 3 korrespondierenden Reibfläche 22 an, an deren anderem Ende die Kugelrampenkupplung (Überlastkupplung 16) mit ihren Wälzkörpern 23 angeordnet ist. Am gegenüberliegenden Ende der Antriebsbuchse 1 ist ferner eine Buchse 5 mit einer zur Abtriebsbuchse 3 konespondierenden Reibfläche vorgesehen, welche mit einem inneren, die Spindel 10 umgebenden und sich axial bis in diesen Bereich erstreckenden Ansatz der Lagerhülse 4 verbunden ist (z.B. vertaumelt). Zwischen der Buchse 5 und einem Flansch 24 ist ferner ein Axialkugellager 6 angeordnet.

Eine Drehfeder 7 umgibt die Antriebs- und die Abtriebsbuchse 2 und 3 teilweise und greift mit einem Ende in die Antriebsbuchse 1 und dem anderen Ende in die Abtriebsbuchse 3.

Die Klemmtaschen der Antriebs- und Abtriebsbuchse 1, 3 sind als schiefe Ebenen (Rampe) ausgebildet (rechter Ausschnitt in 1).

Die umgebende Drehfeder 7 ermöglicht bzw. bewirkt eine relative Verdrehung zwischen der Antriebsbuchse 1 und der Antriebsbuchse 3.

Die Drehrichtung ist so orientiert, daß die Klemmkugeln 2 in den Klemmtaschen 19 auf deren Rampenkonturen rollen (1b). Dadurch werden die beiden Buchsen 1 und 3 so weit axial auseinandergedrückt, bis die Reibflächen der beiden Buchsen 1 und 3 an ihren voneinander abgewandten Enden bzw. Gegenflächen zur Anlage kommen.

Die Funktion dieser Anordnung ist wie folgt. Verdrehung in Zustellrichtung

Wird über die Schaltgabel 17 eine Drehbewegung eingeleitet, bei der die Klemmkörper bzw. Kugeln 2 in Richtung Rampe bewegt werden, ergibt sich eine Axialkraft, die wiederum einen Kraftschluss in den beiden Reibungskupplungen 18 und 25 bewirkt. Da die Reibungskupplungen 24, 25 und die Rampenkupplung 8 so aufeinender abgestimmt sind, daß sich Selbsthemmung ergibt (MReib > Mkupplung) wird die Drehbewegung von der Antriebsbuchse 1 bis zur Kugelrampenkupplung 16 und von dort über die Zahnhülse 12 in die Gewinderohre (die umgebenden Stellspindeln) eingeleitet.

Verdrehung in Löserichtung

Wird durch die Schaltgabel 17 eine Drehbewegung eingeleitet, bei der die Klemmkörper bzw. Kugeln 2 von der Rampe herab bewegt werden, wird die Axialkraft und in Folge die Reibkraft so weit vermindert bis sich eine Verdrehung in den beiden Reibungskupplungen ergibt. Dabei ergibt sich, daß das Reibmoment der Reibungskupplung kleiner ist als das Verdrehmoment der vorgespannten Drehfeder.

Mit dem geschilderten Bewegungsablauf ist somit die Freilauffunktion gewährleistet.

1
Antriebsbuchse
2
Klemmkörper
3
Abtriebsbuchse
4
Lagerhülse
5
Buclise
6A
xialkugellager
7
Drehfeder
8
Wälzkörperkupplung
10
Spindel
11
Rückdrehaußenmehrkant
12
Zahnhülse
13
Zähne
14
Feder
15
Scheibe
16
Überlastkupplung
17l
Schaltgabe
18
Einweg-Drehrichtungskupplung
19
Klemmtaschen
20
Klemmtaschen
21
Reibfläche
22
Reibfläche
23
Wälzkörper
24, 25
Reibungskupplungen
26
Reibfläche
27
Flansch
101
Scheibenbremse
102
Bremssattel
103
Bremsscheibe
104
Zuspannvorrichtung
l05
Betätigungs-Drehhebel
106
Exzenter
107
Traverse
108, 109
Stellspindeln
110
Bremsbeläge
111
Kette
112
Feder
113
Drehantrieb
114, 115
Druckstücke
D
Druckluftzylinder


Anspruch[de]
Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse, insbesondere zur Anordnung in einer umgebenden Drehspindel der Scheibenbremse, mit einer Überlastkupplung (16) und einer Einwegdrehrichtungskupplung (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Einwegdrehrichtungskupplung (18) eine Wälzkörperkupplung (8) sowie beidseits der Wälzkörperkupplung (8) angeordnete Reibungskupplungen (25, 25) aufweist. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spindel (10), auf welche eine Zahnhülse (12) aufgesetzt sind, wobei die Zahnhülse (12) mittels einer Feder (14) in Richtung der Überlastkupplung - Kugelrampenkupplung (16) vorgespannt ist, wobei auf der der Zahnhülse (12) gegenüberliegenden Seite der Überlastkupplung (16) eine Lagerhülse (4) angeordnet ist. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Antriebsbuchse (19), an der eine Schaltgabel (17) ausgebildet ist. Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einweg-Drehrichtungskupplung 18 folgende Merkmale aufweist:

a. die Antriebsbuchse (1) mit der Schaltgabel (17), einer vorzugsweise konischen Reibfläche (26) an einem axialen Ende und mehreren Klemmtaschen (19) am anderen axialen Ende,

b. mehrere Klemmkörper (2), und

c. eine Abtriebsbuchse (3) mit mehreren Klemmtaschen (20) an ihrem der Antriebsbuchse (1) zugewandten Ende, in welche die Klemmkörpern (2) eingreifen und mit einer Reibfläche (21) am gegenüber gesetzten Ende der Abtriebsbuchse (3).
Nachstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einweg-Drehrichtungskupplung (18) weiter folgende Merkmale aufweist:

– eine Lagerhülse (4) mit einer zur Geometrie der Reibfläche an der Abtriebsbuchse (3) korrespondierenden Reibfläche (22), an deren anderen Ende die Überlastkupplung (16) mit ihren Wälzkörpern (23) ansetzt; und

– am gegenüberliegenden Ende der Antriebsbuchse (1) eine Buchse (5) mit einer zur Abtriebsbuchse (3 )korrespondierenden Reibfläche, wobei die Buchse (5) mit einem inneren Ansatz der Lagerhülse (4) verbunden ist.
Nachstellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einweg-Drehrichtungskupplung (18) weiter folgende Merkmale aufweist:

– ein Axialkugellager (6) zwischen der Buchse (5) und einem Flansch (27),

– einer Drehfeder (7), die mit einem Ende in die Antriebsbuchse und dem anderen Ende in die Antriebsbuchse greift, und

– die Klemmtaschen der Antriebs- und Abtriebsbuchse (1, 3), welche als schiefe Ebene (Rampe) ausgebildet sind.
Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperkupplung (8) und die Reibkupplungen (24, 25) so aufeinander abgestimmt sind, daß sich Selbsthemmung bei einer Verdrehung in Nachstellrichtung ergibt (MReib > MKupplung), so dass die Drehbewegung von der Antriebsbuchse (1) zur Kugelrampenkupplung (16) und von dort über die Zahnhülse (12) in die Stellspindeln eingeleitet wird. Scheibenbremse mit einer Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.






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