DE102004037771A1 - Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse - Google Patents
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Abstract
Eine Nachstellvorrichtung zum Nachstellen des Reibflächenverschleißes an Bremsbelag und Bremsscheibe einer pneumatisch betätigten Scheibenbremse, die eine drehhebelbetätigte Zuspannvorrichtung aufweist, die vorzugsweise in eine Drehspindel der Scheibenbremse einsetzbar ist, wobei axial beidseits eines Antriebselementes wie einer Schaltgabel jeweils eine Wälzkörperanordnung angeordnet ist, von denen eine als Kugelrampenkupplung mit Freilauffunktion ausgebildet ist, wobei die Kugelrampenkupplung eine Antriebs- und Antriebsbuchse (10, 11) sowie Klemmkugeln (12) aufweist und sich die abtriebsseitige Kupplungsbuchse (11) an einer Federhülse (14) für eine Vorspannfeder (15) abstützt, und zwischen der Abtriebsbuchse (11) und der Federhülse (14) ein kupplungsartiger Kegelsitz (23, 24) ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Nachstellvorrichtung für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine erste Nachstellvorrichtung ist aus der
DE 40 34 165 bekannt, wobei auf diese Schrift vollinhaltlich Bezug genommen wird. Insbesondere eignet sich die Nachstellvorrichtung der Erfindung ebenfalls für eine druckluftbetätigte Scheibenbremse, insbesondere in Schiebesattelausführung, wie sie in dieser Schrift dargestellt ist. Darüber hinaus ist sie aber auch in druckluftbetätigten Fest- oder Schwenksattelscheibenbremsen einsetzbar. - Pneumatisch betätigte Schreibenbremsen dieser Art gehören mittlerweile zur Standardausrüstung schwerer Nutzfahrzeuge, wo sie mehr und mehr die früher üblichen Trommelbremsen ersetzen.
- Derartige Scheibenbremsen benötigen zur Erzeugung der geforderten Zuspannkraft eine mechanische Übersetzung, da die Kraft der pneumatisch beaufschlagten Bremszylinder wegen des Druckniveaus (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 beim gattungsgemäßen Stand der Technik mittels eines exzentrisch gelagerten Drehhebels realisiert werden.
- Die Kolbenhübe der Bremszylinder bewegen sich zwischen 50 und 75 mm, damit ergeben sich Zuspannwege zum Andrücken der Bremsbeläge an die Bremsscheibe von etwa 4 mm.
- Die Reibmaterialdicke der Bremsbeläge liegt im Bereich von 20 mm. Da zwei Beläge eingebaut sind, ergibt sich somit ohne Berücksichtigung des Scheibenverschleißes ein Verschleißweg von etwa 40 mm. Dieser Weg ist um ein Vielfaches größer als der o.a. Zuspannweg. Es besteht daher die Notwendigkeit die Bremse mittels einer Vorrichtung, dem Belagverschleiß entsprechend, nachzustellen.
- Die
DE 40 34 165 A1 erreicht dies mittels einer automatisch arbeitenden Verschleißnachstellung mit einem Freilauf und einer Überlastkupplung (siehe z.B.5 dieser Schrift). Damit wird erreicht, daß das sog. Lüftspiel, damit ist der Spalt zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe im unbetätigten zustand gemeint, unabhängig vom Verschleißzustand und Verschleißverhalten der Bremsbeläge, konstant gehalten wird. - Die
DE 40 34 165 A1 schlägt weiter vor, die Nachstellvorrichtung konzentrisch im Hohlraum eines Gewindestempels – einer Gewindespindel – anzuordnen und exzentrisch über ein Antriebselement (Schaltfinger) vom Bremshebel anzutreiben. - Beim Bremsen führt der mit der Kolbenstange des Bremszylinders gekoppelte Bremshebel eine Drehbewegung aus. Bevor über den Koppelmechanismus der Nachstellung (z.B. Schaltgabel und Schaltfinger) die Drehbewegung des Drehhebels in die Nachstellvorrichtung 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 Weg der Druckkolben damit das Lüftspiel darstellt. Nach Überwinden dieses Leerwegs wird der Nachstellvorrichtung in eine Drehbewegung versetzt und durch die Koppelung mit dem Gewinderohr ein Nachstellvorgang eingeleitet.
- Dies ist jedoch nur dann der Fall, wenn das Lüftspiel zu groß ist. Hat das Lüftspiel die korrekte Größe, findet zeitgleich mit dem Anlegen der Schaltfinger an die Schaltgabel der Nachstellvorrichtung, das Anlegen der Bremsbeläge an die Bremsscheibe statt und eine Verdrehung des Gewinderohrs ist wegen der dadurch hervorgerufenen hohen Reibkraft im Gewinde nicht mehr möglich.
- Trotzdem wird der Bremshebel, bedingt durch die Verformung der im Kraftfluß befindlichen Bauteiles (Beläge, Sattel, Mechanik) weitergedreht und wegen der direkten Kopplung der Schaltgabel mit dem Bremshebel wird auch am Nachstellvorrichtung weiterhin eine Drehbewegung eingeleitet.
- Damit am Nachstellvorrichtung keine Beschädigung auftritt, muß dieser mit der genannten Überlastkupplung ausgestattet sein. Im Falle des gattungsgemäßen Standes der Technik (
5 der gattungsgemäßen Schrift) wird das durch eine Kugelrampenkupplung, die bei Überschreitung eines bestimmten Drehmoments ausrastet, gewährleistet. - Ein weiteres grundlegendes Bauteil der Nachstellvorrichtung ist die Richtungskopplung, im Falle des vorstehend beschrieben Nachstellvorrichtung ein sog. Klemmrollenfreilauf. Durch diesen Freilauf wird erreicht, daß der Nachstellvorrichtung nur in Zustellrichtung vom Bremshebel verdreht werden kann.
- Beim Belagwechsel muß die Verschleißnachstellung wieder in die Anfangsstellung zurückgedreht werden. Beim Zurückstellen muß der Nachstellvorrichtung gegen die Sperrichtung des Freilaufs gedreht werden, was durch die Überlastkupplung, die bei einem bestimmten Drehmoment ausrastet, ermöglicht wird. Durch die „Überrollfunktion" ist ein unbegrenzter Rückdrehwinkel möglich.
- Der vorher beschriebene Nachstellvorrichtung verfügt neben anderen Bauteilen daher unbedingt über einen Klemmrollenfreilauf und eine Überlastkupplung. Der Klemmrollenfreilauf benötigt zur sicheren Funktion eine sehr genau gefertigte Gegenlauffläche und einen präzise gefertigten Presssitz.
- In der gattungsgemäßen
DE 197 29 024 C1 wurde daher vorgeschlagen, die Einwegdrehkupplung und die Überlastkupplung zu einem kombinierten Einweg-Dreh- und Überlastkupplungssystem zusammenzufassen. Dennoch besteht der Bedarf nach einer weiteren Senkung der Herstellkosten auch dieser Lösung. - Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Nachstellvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass sie durch möglichst wenig Bauteile und mit einem geringen Bearbeitungsaufwand kostengünstig herstellbar ist. Vorzugsweise wird ergänzend auch eine Funktions- und Lebensdaueroptimierung angestrebt.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Grundprinzip der Nachstellvorrichtung ist wiederum eine Kombination des Freilaufs und der Überlastkupplung in einer Funktionseinheit, die hier aber besonders kostengünstig, robust und funktionssicher – insbesondere durch einen Kegelsitz als preiswertes und ausfallsicheres Funktionselement – ausgestaltet ist.
- Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:
-
1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäße Nachstellvorrichtung. -
1 zeigt eine Nachstellvorrichtung, die wie die Nachstellvorrichtungen derDE 197 29 024 C1 in eine umgebende hohle Drehspindel einsetzbar ist, relativ zu der sie zwar axial verschiebbar aber relativ unverdrehbar ist. - Die Nachstellvorrichtung weist eine zentrische, als Achse dienende und sich über die gesamte Länge der Nachstellvorrichtung erstreckende Spindel
1 auf. Diese endet an ihrem aus der Drehspindel und dem Bremssattel nach außen vorstehenden Bereich in einem Antriebszapfen2 mit einer Profilierung3 , der es erlaubt, die Spindel1 bei einem Belagwechsel zurück zu drehen, um die Drehspindel für einen Belagwechsel um das Verschleißmaß der Bremsbeläge zurückzustellen. - Am gegenüberliegenden Ende der Spindel
1 ist ein Mitnehmerstern4 angeordnet, der zum Eingriff in eine sich axial erstreckende Innenprofilierung – wenigstens eine Nut – der umgebenden Drehspindel (hier nicht dargestellt) ausgelegt ist, so dass bei Drehungen der Spindel1 und des daran befestigten Mitnehmersterns4 die umgebende innen hohle Drehspindel, die in einem weiteren Bauelement wie einer Brücke verschraubt ist, mitgedreht wird, so dass sie sich axial parallel zur Bremsscheibenachse bewegt und zum Nachstellen von Bremsbelagverschleiß einen Bremsbelag axial in Richtung der Bremsscheibe vorschiebt. - An den Antriebszapfen
2 schließt sich ein Bund27 der Spindel an, an der einer Lagerbuchse5 abgestützt ist, die an ihrer vom Bund27 abgewandten Seite konkav geformt ist und eine kardanische Lagerscheibe7 trägt. - Die Lagerscheibe dient als die eine Lagerbuchse einer ersten Wälzlageranordnung
22 , eines Wälzlagers, insbesondere Kugellagers, mit Lagerelementen, insbesondere Kugeln6 , dessen weitere Lagerbuchse als Distanzhülse8 mit einem Bund21 und einem zylindrischen Ansatz17 mit relativ zum Bund21 kleineren Durchmesser ausgestaltet ist. - Die Distanzhülse
8 durchgreift mit ihrem Ansatz17 eine weitere Wälzlageranordnung, eine kombinierte Freilauf- und Überlastkupplungseinrichtung9 , die zwei Kupplungsbuchsen10 ,11 aufweist, welche als Kupplungsbuchsen einer Kugelrampenkupplung mit Lagerelementen, insbesondere mit Kugeln12 dienen, wobei konzentrisch innen zur Kugelrampenkupplung und den Kugeln sowie hier konzentrisch außen zu einem zylindrischen Ansatz17 der Distanzhülse8 eine Drehfeder13 zwischen den beiden Kupplungsbuchsen10 ,11 sitzt und diese verbindet. - Die antriebsseitige Kupplungsbuchse
10 trägt einen Antriebsansatz20 , z.B. schaltgabelartig, in den beispielsweise ein Ansatz des Drehhebels der Scheibenbremse angreift, um bei Bremsungen einen Antrieb der Nachstellvorrichtung zu realisieren. - Die abtriebsseitige Kupplungsbuchse
11 stützt sich dagegen über einen inneren Kegelsitz23 an einem Außenkegel24 einer Federhülse14 ab, die eine Vorspannfeder15 aufnimmt, die mit einem Ende an dem Mitnehmerstern4 und mit ihrem anderen Ende in einem axialen Endbereich16 der Federhülse14 abgestützt ist. - Damit werden die Freilauffunktion und die Überlastkupplung bauraumgünstig optimiert zusammengefasst, wobei aber die volle Funktion des Freilaufes und der Überlastkupplung einwandfrei erhalten bleibt.
- Die Federhülse
14 weist in ihrem zum Mitnehmerstern gewandten Bereich eine Außenprofilierung18 auf, welche wie die Außenprofilierung19 des Mitnehmersterns4 geformt ist und ebenfalls in die Innennuten der umgebenden Drehspindel eingreift. - Nachfolgend sei näher die Funktion dieser Nachstellvorrichtung beschrieben.
- Die vorgespannte Vorspannfeder
15 drückt die Federhülse14 mit der Stirnseite gegen die Distanzhülse8 . - Die Länge der Distanzhülse
8 ist derart bestimmt, daß die Kugeln6 und die Kupplungsbuchsen10 ,11 im Ruhezustand der Nachstellvorrichtung nicht von der Federkraft beaufschlagt werden. - Das Spiel in der Kupplung wird durch die Drehfeder
13 , welche die beiden Kupplungshälften bzw. Kupplungsbuchsen10 ,11 in Sperrrichtung verdreht, ausgeglichen. Dadurch wird erreicht, daß Fertigungstoleranzen für das Ansprechverhalten der Überlastkupplung keinen Einfluss haben und das ein exaktes, verzögerungsfreies Ansprechen des Nachstellvorrichtung gewährleistet wird. - Im Ruhezustand wird die Kraft der Vorspannfeder
15 von der Federhülse14 stirnseitig in die Distanzhülse8 und von dieser über das erste Wälzlager22 , vorzugsweise ein Axialkugellager, in die kardanisch geformte Lagerscheibe7 geleitet. Der Kraftfluß wird schließlich über die konvex geformte Lagerbuchse5 in die Nachstellvorrichtungsachse geleitet und über den Mitnehmerstern4 am anderen Ende der Achse bzw. Spindel1 geschlossen. - Nach Überwindung des vorher beschriebenen Leerwegs wird die Drehbewegung des Hebels der Scheibenbremse an dem Antriebselement
20 (z.B. eine von einem Zapfen des Drehhebels angetriebene Schaltgabel) in die Nachstellvorrichtung eingeleitet. - Vom Antriebselement
20 wird die Bewegung an die hier einstückig angeformte antriebsseitige Kupplungsbuchse10 übertragen. - Diese überträgt die Bewegung an die Kugeln
12 , die jeweils an- und abtriebsseitig in jeweils in rampenförmigen Laufbahnen25 ,26 gelagert sind. - Da die beiden Kupplungshälften
10 ,11 über die Drehfeder13 zueinander vorgespannt sind, werden sie axial auseinandergedrückt. - Dabei wird die abtriebsseitige Kupplungsbuchse
11 mit dem angeformten inneren Kegelsitz23 gegen den Außenkegel24 der Federhülse14 und die antriebsseitige Kupplungsbuchse10 mit der Stirnseite gegen den Bund21 der Distanzbuchse8 gedrückt. - Das Reibmoment dieser Kegelkupplung ist so abgestimmt, daß im Zusammenspiel mit der Kugelrampengeometrie der beiden Kupplungsbuchsen Selbsthemmung vorhanden ist.
- Damit wird gewährleistet, daß die Drehbewegung vom Antriebselement über die beiden Kupplungsbuchsen
10 ,11 dem Kegelsitz (Elemente23 ,24 ) und die Federhülse14 in das Gewinderohr bzw. die umgebenden Gewindespindel eingeleitet wird und ein Nachstellvorgang durchgeführt wird. - Weiterhin ist gewährleistet, daß beim Blockieren des Gewinderohrs beim Anliegen der Beläge an der Bremsscheibe die beiden Kupplungsbuchsen
10 ,11 gegen die Kraft der Vorspannfeder15 auseinandergedrückt werden können und die Überlastschutzfunktion bzw. Überlastkupplungsfunktion gegeben ist. - Über die Höhe der Vorspannfederkraft und dem Steigungswinkel der Kugelrampenlaufbahnen
25 ,26 kann auf einfache Weise das Ansprechmoment der Überlastfunktion genau eingestellt werden. - Für die Funktion ist es notwendig, daß das Ansprechmoment der Überlastfunktion eine bestimmte Größenordnung besitzt. Um die Antriebselemente zu schonen, ist es günstig, wenn nach dem Ansprechen der Überlastfunktion das weitere Rollmoment abnimmt. Dies lässt sich sehr einfach eindeutig durch unterschiedliche Steigungswinkel der Kugelrampenlaufbahnen
24 ,25 darstellen. - Die Freilauffunktion, welche notwendig ist, um den Belagverschleiß auszugleichen, ist dadurch gegeben, daß beim Zurückdrehen die Kugeln auf der Rampenkontur der Laufbahnen
24 ,25 ablaufend bewegt werden und keine Sperrung der Kupplungsbuchsen10 ,11 – in Verbindung mit dem Kegelsitz – möglich ist. - Durch die Verspannung mit der Drehfeder
13 werden die beiden Kupplungshälften10 ,11 nur soweit geöffnet, bis der Kraftschluß im Kegelsitz kleiner ist als die Kraft der quasi gegenwirkenden Drehfeder13 . - Auf diese Weise wird erreicht, daß die Freilauffunktion praktisch spielfrei ist und somit ein sehr direktes und exaktes Ansprechen erzielt wird.
- Eine weitere Anforderung an den Nachstellvorrichtung ist die Möglichkeit des Zurückdrehens entgegen der Sperrwirkung des Freilaufs beim Belagwechsel. Diese Funktion wird auf folgende Weise erreicht:
Beim Zurückdrehen werden die Kupplungshälften10 ,11 soweit auseinandergedrückt, bis die Kugeln12 das Ende der Kugelrampenlaufbahn erreichen. Dabei ändert sich der Steigungswinkel der Kugelrampenlaufbahnen25 ,26 derart bzw. so stark, daß in diesem Fall keine Selbsthemmung der Kugelrampenkupplung in Verbindung mit dem Kegelsitz gegeben ist. - Dadurch ist eine Verdrehung der Federhülse
14 bei Überwindung des Reibmoments im Kegelsitz und somit des Gewinderohres gegen die Sperrichtung des Freilaufs gegeben. - Diese Anordnung führt gegenüber dem Stand der Technik zu einigen bemerkenswerten Vorteilen.
- So wird zunächst eine sehr geringe Anzahl an Einzelteilen benötigt, was zu niedrigen Kosten und einer einfacheren Montage führt.
- Die eingesetzten Einzelteile sind zudem derart ausgestaltet, dass sie kostengünstig im wesentlichen durch spanloses Formen herstellbar sind. Sie sind zudem durchweg robust ausgestaltet und daher besonders funktionssicher.
- Da sich die Kugeln
12 auf definierten Kugellaufbahnen24 ,25 bewegen, wird ein eindeutiges Funktionsverhalten gewährleistet. - Die Nachstellvorrichtung gewährleistet zudem eine geringe Hysterese im Funktionsverhalten, da alle bewegten Teile kugelgelagert sind.
- Aufgrund des großen Rollwinkels der Kugeln
12 kann es zudem nicht zu einem unkontrollierten Überrollen der Kugeln in der Überlastkupplung kommen. - Vorteilhaft ist auch das erreichbare konstante Funktionsverhalten während der gesamten Lebensdauer, da ein eventueller Verschleiß sich kaum auf die Kraftverhältnisse auswirkt.
- Als vorteilhaft zu nennen ist schließlich noch die gegebenen große Anpassungsfähigkeit durch vielfältige, individuelle Parametereinstellmöglichkeiten.
-
- 1
- Spindel
- 2
- Antriebszapfen
- 3
- Profilierung
- 4
- Mitnehmerstern
- 5
- Lagerbuchse
- 6
- Kugellager
- 7
- Lagerscheibe
- 8
- Distanzhülse
- 9
- Freilauf- und Überlastkupplungseinrichtung
- 10, 11
- Kupplungsbuchsen
- 12
- Kugeln
- 13
- Drehfeder
- 14
- Federhülse
- 15
- Vorspannfeder
- 16
- Endbereich
- 17, 20
- Ansatz
- 18, 19
- Außenprofilierung
- 21
- Bund
- 22
- Erstes Wälzlager
- 23
- Kegelsitz
- 24
- Außenkegel
- 25, 26
- Laufbahnen
- 27
- Bund
Claims (10)
- Nachstellvorrichtung zum Nachstellen des Reibflächenverschleißes an Bremsbelag und Bremsscheibe einer pneumatisch betätigten Scheibenbremse, die eine drehhebelbetätigte Zuspannvorrichtung aufweist, die vorzugsweise in eine Drehspindel der Schiebenbremse einsetzbar ist, wobei a) axial beidseits eine Antriebselementes wie einer Schaltgabel (
20 ) jeweils eine Wälzkörperanordnung angeordnet ist, von denen eine als Wälzlager (22 ) und eine als Kugelrampenkupplung (9 ) mit Freilauffunktion ausgebildet ist, b) die Kugelrampenkupplung (9 ) eine axial zwischen den Wälzkörperanordnungen angeordnete antriebsseitige Kupplungsbuchse (10 ) und eine abtriebsseitige Kupplungsbuchse (11 ) sowie Klemmkugeln (12 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass c) sich die abtriebsseitige Kupplungsbuchse (11 ) an einer Federhülse (14 ) für eine Vorspannfeder (15 ) abstützt, und d) zwischen der abtriebsseitigen Kupplungsbuchse (11 ) und der Federhülse (14 ) ein kupplungsartiger Kegelsitz (23 ,24 ) ausgebildet ist. - Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß An- und Abtriebsbuchse (
10 ,11 ) mit einer Drehfeder (13 ) gegeneinander verspannt sind,. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder (
13 ) konzentrisch zur An- und zur Abtriebsbuchse (10 ,11 ) angeordnet ist. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungsbuchsen (
10 ,11 ) im Ruhezustand lastfrei von einer Distanzhülse (8 ) gehalten sind. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Distanzhülse (
8 ) derart bestimmt ist, daß die Kugeln (6 ) der ersten Wälzkörperanordnung (22 ) und die Kupplungsbuchsen (10 ,11 ) im Ruhezustand der Nachstellvorrichtung nicht von der Federkraft der Vorspannfeder (15 ) beaufschlagt werden. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vorspannfeder (
14 ) eine vorgegebene Ansprechkraft der Kupplungsbuchsen (10 ,11 ) erzeugt wird. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Nachstellvorrichtung mittels einer kardanisch ausgebildeten Lagerscheibe (
7 ) erfolgt. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibmoment des Kegelsitzes (
23 ,24 ) derart gewählt ist, daß im Zusammenspiel mit der Kugelrampengeometrie der beiden Kupplungsbuchsen Selbsthemmung vorhanden ist. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilauffunktion, welche notwendig ist, um den Belagverschleiß auszugleichen, dadurch realisiert ist, dass beim Zurückdrehen die Kugeln auf der Rampenkontur der Laufbahnen (
24 ,25 ) diese ablaufend bewegt werden und keine Sperrung der Kupplungsbuchsen (10 ,11 ) in Verbindung mit dem Kegelsitz möglich ist. - Nachstellvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelsitz derart ausgelegt und auf die Laufbahnen (
25 ,26 ) der Kugelrampenkupplung abgestimmt ist, dass beim Rückdrehen keine Selbsthemmung der Kugelrampenkupplung in Verbindung mit dem Kegelsitz gegeben ist.
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