-
Die
Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1, die insbesondere zu einer elektromechanischen Betätigung geeignet
ist.
-
Heutzutage
im Kraftfahrzeugbau üblicherweise
verwendete Scheibenbremsen werden hydraulisch betätigt. Es
sind auch schon elektromechanisch betätigte Scheibenbremsen vorgeschlagen worden,
bei denen mit einem Elektromotor über ein Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe
wie beispielsweise einen Spindeltrieb oder auch einen mit dem Elektromotor
verdrehbaren Nocken ein Keibbremsbelag gegen eine Bremsscheibe drückbar ist. Elektromechanisch
betätigte
Scheibenbremsen haben den Nachteil, dass sie zum schnellen Zuspannen und
auch Lösen,
zur Erzielung einer hohen Dynamik und zum Aufbringen einer ausreichenden
Bremskraft einen leistungsstarken und infolgedessen großbauenden
und schweren Elektromotor benötigen.
Des weiteren weist ein leistungsstarker Elektromotor eine hohe Stromaufnahme
auf und belastet ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs.
-
Auch
das Rotations/Translations-Umsetzungsgetriebe sowie ein evtl. zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe
müssen
ausreichend dimensioniert sein, um die auftretenden Belastungen
zu übertragen.
Dies erfordert vergleichsweise große und schwere Getriebe mit
infolgedessen großer Trägheit, die
zu ihrer Beschleunigung wiederum ein großes Antriebsmoment benötigen. Durch
den großen
Bauraum lassen sich die bekannten, elektromechanisch betätigten Scheibenbremsen
nur schlecht im Innenraum einer Felge eines Fahrzeugrades unterbringen,
wo Scheibenbremsen üblicherweise
angeordnet sind. Durch das hohe Gewicht der bekannten elektromechanischen
Scheibenbremsen wird die sog. ungefederte Masse eines Fahrzeugs
erhöht, was
die Fahreigenschaften verschlechtert und deswegen unerwünscht ist.
Diese Probleme treten bei hydraulisch betätigten Scheibenbremsen nicht
in gleichem Maß auf,
da hydraulisch auf kleinem Raum hohe Drücke und infolgedessen hohe
Kräfte
zum Zuspannen erzielbar sind.
-
Aus
der
DE 38 10 012 A1 ist
eine elektromechanische Scheibenbremse mit einer Bremskraftverstärkung bekannt.
Die bekannte Scheibenbremse weist einen Elektromotor auf, mit dem über einen Spindeltrieb
ein Reibbremsbelag an eine Bremsscheibe drückbar ist. Der Reibbremsbelag
ist mit einem Schwenkzapfen schwenkbar in einem Bremssattel gegen
Mitdrehen mit der Bremsscheibe abgestützt. Der Schwenkzapfen ist
seitlich neben der Bremsscheibe angeordnet, wodurch sich ein Nebelarm
in Bezug auf eine von der drehenden Bremsscheibe auf den an ihr
anliegenden Reibbremsbelag ausgeübte
Reibungskraft ergibt, der eine proportionale Bremskraftverstärkung bewirkt.
-
Aus
der
DE 30 32 992 A1 ist
eine Industriescheibenbremse bekannt. Die Industriescheibenbremse
weist zwei Reibbremsbeläge
auf, die beiderseits einer zwischen ihnen angeordneten Bremsscheibe
angeordnet sind. Die Bremsbeläge
sind schwenkbar an Enden zweier stangenförmigen Zangenschenkel angeordnet, die
im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zu einer Bremsscheibenebene
angeordnet sind. Die Zangenschenkel verlaufen radial zur Bremsscheibe
und sind außerhalb
eines Umfangs der Bremsscheibe in einer quer zur Bremsscheibe liegenden
Ebene schwenkbar gelagert. Zwei Tellerfederpakete drücken die
Zangenschenkel an den Reibbremsbelägen fernen Enden auseinander
und drücken
auf diese Weise die Reibbremsbeläge
gegen die Bremsscheibe. Zum Lösen der
Industriescheibenbremse werden die Zangenschenkel gegen die Kraft
der Tellerfederpakete mit einer elektromechanischen Löseeinrichtung
zusammengezogen und die Reibbremsbeläge dadurch von der Bremsscheibe
abgehoben. Eine Selbstverstärkung,
die eine von der drehenden Bremsscheibe auf die gegen sie gedrückten Reibbremsbeläge ausgeübte Reibungskraft
in eine Andruckkraft der Reibbremsbeläge gegen die Bremsscheibe wandeln
würde,
weist die bekannte Industriescheibenbremse nicht auf.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die
Betätigungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Scheibenbremse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist ein schwenkbares Stützelement auf, über das
sich der Reibbremsbelag an einem Widerlager, beispielsweise einem
Bremssattel abstützt. Das
Stützelement
greift schwenkbar am Reibbremsbelag an und stützt sich schwenkbar am Widerlager ab.
Durch Schwenken des Stützelements
lässt sich also
eine Winkelstellung des Stützelement
in Bezug auf die Bremsscheibe und damit ein Winkel, unter dem das
Stützelement
den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, verändern und
einstellen.
-
Zum
Betätigen
der erfindungsgemäßen Scheibenbremse
wird das schwenkbare Stützelement
so verschwenkt, dass sich der Winkel unter dem das Stützelement
den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, vergrößert. Der
Winkel unter dem das Stützelement
den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, bleibt
allerdings immer kleiner als 90°.
Liegt der Reibbremsbelag an der rotierenden Bremsscheibe an, übt die Bremsscheibe
eine Reibungskraft in Umfangsrichtung der Bremsscheibe, also parallel
zu einer gedachten Ebene, in der sich die Bremsscheibe befindet,
auf den Reibbremsbelag aus. Die auf den Reibbremsbelag ausgeübte Reibungskraft
bewirkt ein Drehmoment auf das Stützelement, das das Stützelement
im Sinne eines größer werdenden
Winkels, unter dem das Stützelement
den Reibbremsbelag in Bezug auf die Bremsscheibe abstützt, und
damit im Sinne einer größer werdenden
Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe, d. h. im Sinne
einer größer werdenden
Bremskraft der Scheibenbremse, beaufschlagt.
-
Durch
Schwenken des Stützelements
in einer Richtung erhöht
sich die vom Stützelement
auf den Reibbremsbelag ausgeübte
Andruckkraft gegen die Bremsscheibe, bei entgegengesetztem Schwenken
des Stützelements
verringert sich die Andruckkraft und damit die Bremskraft der Scheibenbremse. Die
Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Scheibenbremse ist von
der Winkelstellung des Stützelements
in Bezug auf die Bremsscheibe abhängig.
-
Die
Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe und damit
die Bremskraft der erfindungsgemäßen Scheibenbremse
wird durch die Reibungskraft bewirkt, die die rotierende Bremsscheibe
auf den an ihr anliegenden Reibbremsbelag ausübt und die ihrerseits ein Moment
im Sinne einer größer werdenden
Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Scheibenbremse bewirkt.
Die Andruckkraft des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe wird
also nicht oder nur zum Teil von einem zum Schwenken des Stützelements
von der Betätigungseinrichtung
auf das Stützelement
ausgeübten Moment
bewirkt. Das Andrücken
des Reibbremsbelags kann dadurch nahezu leistungslos erfolgen, es lässt sich
mit einem niedrigen Stellmoment eine hohe Bremskraft erzeugen. Zur
Verwirklichung des Erfindungsprinzip kann das Stützelement konstruktiv als Druckelement
oder als Zugelement ausgelegt sein.
-
Die
erfindungsgemäße Scheibenbremse
hat also zunächst
den Vorteil, dass eine geringe Stellenergie zur Erzeugung einer
hohen Bremskraft ausreicht. Dadurch lässt sich auch eine hohe Dynamik beim
Zuspannen und Lösen
der Scheibenbremse erzielen. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse eignet sich
zu einer elektromechanischen Betätigung mittels
eines Elektromotors, wobei ein kleiner, leichter und leistungsschwacher
Elektromotor zur Betätigung
der Scheibenbremse ausreicht, da die Andruckkraft des Reibbremsbelags
gegen die Bremsscheibe nicht oder nur zum Teil mittels des Elektromotors
aufgebracht wird. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse lässt sich
dadurch kleiner und leichter bauen, eine Belastung eines elektrischen
Bordnetzes eines mit der erfindungsgemäßen Scheibenbremse ausgerüsteten Fahrzeugs
ist gering.
-
Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
-
Zeichnung
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
erfindungsgemäße Scheibenbremse
in gelöster
Stellung mit Blickrichtung radial zu einer Bremsscheibe; und
-
2 die
Scheibenbremse aus 1 in betätigtem Zustand.
-
Die
Zeichnung ist als schematisierte und vereinfachte Darstellung zu
verstehen.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Die
in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Scheibenbremse 10 weist
einen Bremssattel 12 auf, der als sog. Schwimmsattel ausgebildet
ist, d. h. ist quer zu einer Bremsscheibe 14 verschieblich.
Im Bremssattel 12 liegen auf jeder Seite der Bremsscheibe 14 ein
Reibbremsbelag 16, 18 ein, deren einer Reibbremsbelag 16 fest
im Bremssattel 12 angeordnet ist. Der andere Reibbremsbelag 18 ist
beweglich im Bremssattel 12 aufgenommen. Durch Andrücken des
beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen eine Seite der Bremsscheibe 14 wird
der als Schwimmsattel ausgebildete Bremssattel 12 quer zur
Bremsscheibe 14 verschoben und drückt den im Bremssattel 12 festen
Reibbremsbelag 16 gegen die andere Seite der Bremsscheibe 14.
Dadurch wird in an sich bekannter Weise eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 14 ausgeübt.
-
Zum
Drücken
des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die Bremsscheibe 14,
d. h. zum Betätigen
der Scheibenbremse 10, weist diese eine Betätigungseinrichtung 20 auf.
Die Betätigungseinrichtung 20 weist
ein Stützelement 22 auf,
das im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung
als Zahnrad ausgebildet ist. Um von dem Stützelement 22 verdeckte
Teile der Scheibenbremse 10 sichtbar zu machen ist das
Stützelement 22 in der
Zeichnung mit Strichlinien angedeutet.
-
Das
als Zahnrad ausgebildete Stützelement 22 ist
mit einer Welle 24 drehbar am beweglichen Reibbremsbelag 18 gelagert.
Das als Zahnrad ausgebildete Stützelement 22 weist
drei Stifte 26, 28, 30 auf. Zwei Stifte 26, 28 sind
auf einer gedachten Durchmesserlinie des als Zahnrad ausgebildeten Stützelements 22 angeordnet,
wobei die gedachte Durchmesserlinie durch diese beiden Stifte 26, 28 bei gelöster Scheibenbremse 10 (1)
parallel zur Bremsscheibe 14 verläuft. Diese beiden Stifte 26, 28 befinden
sich bei gelöster
Scheibenbremse 10 an offenen Enden zweier im Bremssattel 12 angebrachter Kulissenbahnen 32, 34,
die kurvenförmig
um jeweils etwas weniger als einen Viertelbogen um die Welle 24 des
Stützelements 22 herum
verlaufen. Die beiden Kulissenbahnen 32, 34 verlaufen
von ihren offenen Enden ausgehend weg von der Bremsscheibe 14,
sie sind an ihren der Bremsscheibe 14 fernen Enden geschlossen.
Durch Schwenken des Stützelements 22 gelangt
einer der beiden Stifte 26, 28 tiefer in die ihm
zugeordnete Kulissenbahn 32, 34, wogegen der andere
der beiden Stifte 26, 28 aus der Kulissenbahn 32, 34 freikommt.
Da die beiden Stifte 26, 28 mit den Kulissenbahnen 32, 34 zusammenwirken werden
sie nachfolgend als Kulissenstifte 26, 28 bezeichnet.
Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind Kulissenbahnen 32, 34 kreisbogenförmig. Dies
ist allerdings nicht zwingend, die Kulissenbahnen 32, 34 können auch einen
von der Kreisform abweichenden Verlauf aufweisen.
-
Der
bewegliche Reibbremsbelag 18 wird von einem als Schraubendruckfeder
ausgebildeten Federelement 19 in Richtung der Bremsscheibe 14 gedrückt. Das
Federelement 49 stützt
sich am Bremssattel 12 ab.
-
Der
dritte Stift 30 des Stützelements 22 ist gegenüber den
beiden Kulissenstiften 26, 28 nach innen versetzt
und auf einer gedachten Senkrechten zur gedachten Durchmesserlinie
durch die beiden Kulissenstifte 26, 28 auf einer
der Bremsscheibe 14 abgewandten Seite angeordnet. Dieser
Stift 30 wirkt mit einem Lagerbock 36 des Bremssattels 12 zusammen.
Der Lagerbock 36 weist eine Rille 38 (2) auf
seiner der Bremsscheibe 14 abgewandten Seite auf, in der
der Stift 30 bei gelöster
Scheibenbremse 10 einliegt. Ein Abstand des Lagerbocks 36 von
der Bremsscheibe 14 ist so bemessen, dass der bei gelöster Scheibenbremse 10 in
der Rille 38 des Lagerbocks 36 einliegende Stift 30 den
beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen die Kraft des Federelements 19 von
der Bremsscheibe 14 abhebt. Der Lagerbock 36 mit
seiner Rille 38 und der mit ihm zusammenwirkende Stift 30 bilden
eine Abhebeeinrichtung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 10,
die bei gelöster
Scheibenbremse 10 den beweglichen Reibbremsbelag 18 von
der Bremsscheibe 14 abhebt. Der Stift 30 wird
deswegen nachfolgend als Abhebestift 30 bezeichnet. Wird
das Stützelement 22 verschwenkt,
kommt der Abhebestift 30 vom Lagerbock 36 frei
und das Federelement 19 drückt den beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen
die Bremsscheibe 14.
-
Zum
Schwenken des als Zahnrad ausgebildeten Stützelements 22 weist
die Scheibenbremse 10 einen Elektromotor 40 mit
einer Schnecke 42 auf, die mit einer Verzahnung 44 des
Stützelements 22 kämmt. Der
Elektromotor 40 ist schwenkbar im Bremssattel 12 gelagert
und wird von einem Federelement 46 in Richtung des Stützelements 22 gedrückt. Das
Federelement 46 hält
die Schnecke 42 des Elektromotors 40 in Eingriff
mit der Verzahnung 44 des Stützelements 22. Zudem
ist durch das Hineindrücken
der Schnecke 42 in die Verzahnung 44 des Stützelements 22 mittels
des Federelements 46 der Eingriff der Schnecke 42 in
die Verzahnung 44 spielfrei. Die Schnecke 42 und
die Verzahnung 44 bilden ein Schneckengetriebe und eine
Sperreinrichtung 42, 44, die das Stützelement 22 gegen
selbsttätiges
Schwenken sperrt.
-
Die
Funktion der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 10 ist
folgende: Zum Betätigen
und Zuspannen der Scheibenbremse 10 wird das Stützelement 22 mittels
des Elektromotors 40 verschwenkt. Bei einer angenommenen
Drehrichtung der Bremsscheibe 40 in Richtung des Pfeils 48,
in der Zeichnung also nach unten, wird das Stützelement 22 wie in 2 dargestellt
so verschwenkt, dass der in der Zeichnung unten befindliche Kulissenstift 26 in
die Kulissenbahn 32 hinein gelangt und der in der Zeichnung
oben befindliche Kulissenstift 28 aus der ihm zugeordneten
Kulissenbahn 34 frei kommt. Beim Schwenken des Stützelements 22 kommt
der Abhebestift 30 vom Lagerbock 36 frei und das
Federelement 19 drückt
den beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen die Bremsscheibe 14. Über das
Stützelement 22 und
dessen Kulissenstift 26 stützt sich der an der Bremsscheibe 14 anliegende,
bewegliche Reibbremsbelag 18 an der Kulissenbahn 32 des
Bremssattels 12 ab. Die Kulissenbahn 32 bildet
ein Wiederlager für
den Kulissenstift 26 und das Stützelement 22, an dem
sich das Stützelement 22 schwenkbar
abstützt
und in dem das Stützelement 22 mit
seinem Kulissenstift 26 verschieblich geführt ist.
-
Die
rotierende Bremsscheibe 14 übt eine Reibungskraft auf den
an ihr anliegenden beweglichen Reibbremsbelag 18 in einer
Umfangs- oder Sekantenrichtung der Bremsscheibe 14 aus.
Die auf den Reibbremsbelag 18 ausgeübte Reibungskraft ist parallel
zu einer gedachten Ebene, in der sich die Bremsscheibe 14 befindet,
gerichtet. Die auf den beweglichen Reibbremsbelag 18 ausgeübte Reibungskraft
bewirkt ein Moment auf das Stützelement 22. Das
auf das Stützelement 22 ausgeübte Moment
bewirkt eine Kraft auf den beweglichen Reibbremsbelag 18,
die den beweglichen Reibbremsbelag 18 gegen die Bremsscheibe 14 drückt und
dadurch eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 14 ausübt. Die Kraft,
mit der der bewegliche Reibbremsbelag 18 gegen die Bremsscheibe 14 gedrückt wird,
wird also durch die von der rotierenden Bremsscheibe 14 auf den
an ihr anliegenden beweglichen Reibbremsbelag 18 mittels
des Stützelements 22 bewirkt,
das den beweglichen Reibbremsbelag 18 nach Art eines auf Druck
beanspruchten Hebels schwenkbar in der Kulissenbahn 32 abstützt. Eine
vom Federelement 19 auf den beweglichen Reibbremsbelag 18 ausgeübte Kraft
ist im Vergleich der mit dem Stützelement 22 aufgrund
der Reibung zwischen der rotierenden Bremsscheibe 14 und
dem beweglichen Reibbremsbelag 18 ausübbaren Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen
die Bremsscheibe 14 vernachlässigbar klein. Der Elektromotor 40 kann
einen Teil des zum Andrücken
des Reibbremsbelags 18 an die Bremsscheibe 14 notwendigen
Moments auf das Stützelement 22 aufbringen.
Das Stützelement 22 kann
allerdings auch nahezu leistungslos verschwenkt werden, ein kleiner
und leistungsschwacher Elektromotor 40 ist zum Betätigen der
Scheibenbremse 10 und zur Erzeugung einer theoretisch beliebig
großen
Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die
rotierende Bremsscheibe 14 ausreichend.
-
Die
Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die
Bremsscheibe 14 ist abhängig
von einem Schwenkwinkel, um den das Stützelement 22 gegenüber einer
Grundstellung bei gelöster
Scheibenbremse 10 verschwenkt ist. Die Andruckkraft des
beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen die Bremsscheibe 14 ist
um so größer je weiter das
Stützelement 22 gegenüber der
Grundstellung verschwenkt ist. Durch Schwenken des Stützelements 22 um
nahezu 90° lässt sich
eine theoretisch beliebig hohe Andruckkraft des beweglichen Reibbremsbelags 18 gegen
die Bremsscheibe 14 erreichen.
-
Zum
Lösen der
Scheibenbremse 10 oder zum Verringern ihrer Bremskraft
wird das Stützelement 22 zurück in seine
Grundstellung oder in Richtung seiner Grundstellung geschwenkt.
Bei umgekehrter Drehrichtung der Bremsscheibe 14 wird zum Betätigen der
Scheibenbremse 10 das Stützelement 22 aus der
Grundstellung in entgegengesetzter Richtung geschwenkt. Durch die
symmetrische Anordnung der beiden Kulissenbahnen 32, 34 erfolgt
die Bremsung in sinngemäß gleicher
Weise wie beschrieben. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse 10 ist
somit für
Rückwärtsfahrt
ebenso geeignet wie für
Vorwärtsfahrt.