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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsstrangbremse für ein landwirtschaftliches
Nutzfahrzeug, beispielsweise einen Ackerschlepper, und betrifft
insbesondere eine in einem Antriebsstrang untergebrachte Bremsvorrichtung,
die sowohl eine Feststellbremse als auch eine Betriebsbremse beinhaltet.
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Bei
dem Betrieb von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen ist es erforderlich,
Betriebsbremsen und Feststellbremsen bereitzustellen, die wegen
des hohen Gewichts des Fahrzeugs und der geschleppten Lasten sowie
wegen gesetzlicher Regelungen bestimmte Leistungsanforderungen erfüllen müssen. So
ist es erforderlich, dass bei landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen
eine Betriebsbremse an mindestens einer Achse nach dem Differential
jeweils unabhängig
auf das linke und rechte Rad wirken können muss. Darüber hinaus
ist es üblich,
dass zur Erfüllung
der gesetzlichen Vorgaben eine Feststellbremse als Hilfsbremse auf
jeweils beide Räder
mindestens einer Achse wirken kann.
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Im
Stand der Technik wird dies bisher so gelöst, dass in einem rechten und
einem linken Hinterachsgehäuse
an einer Hinterachse jeweils auf beiden Seiten eines Differentialantriebs eine
Betriebsbremse und eine Feststellbremse vorgesehen sind. Alternativ
hierzu kann jeweils eine kombinierte Feststell- und Betriebsbremse an gleicher Stelle
vorgesehen sein. Hierbei kommt eine kombinierte Feststell- und Betriebsbremse
in Spreizkeilbauweise zum Einsatz. Darüber hinaus ist zur Erreichung
der erforderlichen Gesamtbremsleistung in dem Antriebsstrang zur
Vorderachse eine weitere Betriebsbremse vorgesehen.
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Diese
Bremsanlage hat den Nachteil, dass die verwendete kombinierte Feststell-
und Betriebsbremse in Spreizkeilbauweise in der Herstellung aufwändig und
teuer ist. Ferner ist der ansonsten positive Effekt der selbstverstärkenden
Wirkweise der kombinierten Feststell- und Betriebsbremse in Spreizkeilbauweise
hier insbesondere in Verbindung mit einer Bremskraftverstärkung nicht
nur unnötig, sondern
auch unerwünscht.
Dies folgt daraus, dass dadurch zwei getrennte Regelkreise vorhanden
sind, die dieselbe Funktion ausführen,
sich so gegenseitig beeinflussen und eine stabile Regelung erschweren. Durch
das Verwenden dieser kombinierten Feststell- und Betriebsbremse
jeweils in dem linken und dem rechten Hinterachsgehäuse wird
Raum verbaut, der für
andere Komponenten, wie beispielsweise ein Heckhubwerk, einen Fluidspeicher
für Druckluft,
eine Kabinenfederung oder Bremskraftverstärker, nicht mehr zur Verfügung steht.
Darüber
hinaus ist eine solche kombinierte Feststell- und Betriebsbremse
in der Hinterachse für
Reparaturen schwer zugänglich.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die im Stand der Technik vorhandenen
Probleme zu beseitigen und insbesondere eine Bremsvorrichtung bereitzustellen,
die eine Platz sparende Kombination von Feststell- und Betriebsbremse
und eine effizientere Anordnung der Bremsvorrichtungen in einem
Antriebsstrang ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Nach
diesem Aspekt der Erfindung wird eine Bremsvorrichtung für landwirtschaftliche
Nutzfahrzeuge offenbart, die einen nicht drehbaren Fixkörper wie
ein Getriebegehäuse
und einen Drehkörper
wie eine Getriebeausgangswelle, der innerhalb des Fixkörpers drehbar
gelagert ist, aufweist. Darüber
hinaus beinhaltet die Bremsvorrichtung Fixbremslamellen, die verdrehsicher
an dem Fixkörper
befestigt sind, und Drehbremslamellen, die verdrehsicher an dem
Drehkörper
befestigt sind. Ferner ist eine Anschlagvorrichtung in Form einer
Druckplatte sowie eine Betätigungsvorrichtung
in Form eines Betriebsbremsenringkolbens vorgesehen, wobei letztere
axial verschiebbar ist und die Fixbremslamellen und Drehbremslamellen
gegen die Anschlagsvorrichtung pressen kann, so dass Fixbremslamellen
und Drehbremslamellen gegeneinander gepresst werden. Durch eine
Feder wird in solcher Art eine Feststellkraft auf die Betätigungsvorrichtung
ausgeübt,
dass die Betätigungsvorrichtung
die Fixbremslamellen und die Drehbremslamellen mit Hilfe der Anschlagvorrichtung
aneinander presst. Mit einer Lüftvorrichtung ist
der Feststellkraft so entgegenwirkbar, dass die Fixbremsscheibe
und die Drehbremsscheibe voneinander getrennt werden. Mit einer
Schubvorrichtung kann auf die Betätigungsvorrichtung in solcher
Art eine Schubkraft ausgeübt
werden, dass die Betätigungsvorrichtung
verschoben wird und sie die Fixbremsscheibe und die Drehbremsscheibe
aneinander presst.
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Dadurch,
dass die Feststellbremse und die Betriebsbremse von der gleichen
Seite auf das Lamellenpaket wirken und daher für die Feststellbremse und die
Betriebsbremse nur eine Betätigungsvorrichtung
erforderlich ist, kann durch Wegfall und Vereinfachung von Bauteilen
vorteilhafterweise das Baumaß und
-gewicht reduziert werden.
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Ist
die Bremsvorrichtung auf einer Getriebeausgangswelle angeordnet
bzw. handelt es sich bei dem Drehkörper um eine Getriebeausgangswelle und
ist der Fixkörper
ein Getriebegehäuse,
ermöglicht
dies vorteilhafterweise den Wegfall der Feststellbremsen oder kombinierter
Feststell- und Betriebsbremsen auf einer Hinterachse oder einer
Vorderachse.
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Durch
die Vorsehung der Bremsvorrichtung vor dem Achsdifferenzial entfällt die
Notwendigkeit einer Feststellbremse an beiden Rädern der jeweiligen Achse.
Dadurch werden die Bauteileanzahl, der Bauraum und die Kosten reduziert.
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Handelt
es sich bei der an einer Getriebeausgangswelle angeordneten Bremsvorrichtung
um eine Nassbremse, so kann vorteilhafterweise über die Ölversorgung des Getriebes,
die bereits über
leistungsfähige
Kühlungs-
und Filtervorrichtungen verfügt,
die Bremsvorrichtung sowohl in einem Betriebsbremsfall als auch
in einem Hilfsbrems- oder Feststellbremsfall trotz relativ hoher
Drehzahlen der Getriebeausgangswelle eine effektive und effiziente
Kühlung
und Verschleißreduzierung
gewährleisten.
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Ist
die Bremsvorrichtung auf einer Welle zwischen dem Getriebe und dem
Differential einer Vorder- oder Hinterachse angeordnet, kann die
Bremsvorrichtung als in sich gekapselte Baugruppe vorgesehen werden,
was Wartung, Reparatur und Austausch erleichtert.
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Handelt
es sich bei der Betätigungsvorrichtung
um einen Betätigungsringkolben,
auf den die Schubvorrichtung als eine Schubhydraulikkammer wirkt,
oder bei der Lüftvorrichtung
um einen Lüftringkolben,
auf den eine Lüfthydraulikkammer
wirkt, ist die Bremsvorrichtung vorteilhafterweise mittels einfacher
Bauteile und mit kleinen Maßen
herstellbar.
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Sind
Betätigungsringkolben
und Bremslüftringkolben
so aufeinander ausgerichtet, dass deren Zentralachsen in gleicher
Lage und gleicher Richtung verlaufen, können die Bauteile vorteilhafterweise
wegen eines günstig
wirkenden Kraftangriffs klein dimensioniert werden.
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Ist
hingegen der Betätigungsringkolben
mindestens teilweise um den Lüftringkolben
herum ausgebildet, kann vorteilhafterweise die Baulänge der Bremsvorrichtung
in axialer Richtung verkürzt
werden.
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Sind
Lüftringkolben
und Betätigungsringkolben über eine
gemeinsame Auflageebene an jeweils einer Stirnfläche in Kontakt bringbar, kann
vorteilhafterweise eine große
Kraft über
eine große
Fläche
bei geringer Flächenpressung übertragen
werden.
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Die
Verwendung eines zur Getriebeausgangswelle koaxialen Tellerfederpakets
als Feder erlaubt bei kompakter Bauweise vorteilhafterweise eine hohe
Feststellkraft.
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Die
Verwendung mehrerer radial verteilt angeordneter Federpakete anstelle
der zur Getriebeausgangswelle koaxialen Feder erlaubt vorteilhafterweise
zum einen eine höhere
Redundanz und somit Ausfallsicherheit und zum anderen eine größere Flexibilität bei der
Gestaltung des Anbringungsortes der Feder.
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Die
Vorrichtung wird im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die Figuren beschrieben.
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1 zeigt
eine geschnittene Ansicht einer Getriebeausgangswellenbremse nach
einem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt
eine geschnittene Ansicht einer Getriebeausgangswellenbremse nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Im
Folgenden wird der Aufbau der Getriebeausgangswellenbremse überblicksweise
beschrieben.
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Über einen
nicht gezeigten Motor, in der Regel eine Verbrennungskraftmaschine,
wird an einer Welle eine Drehzahl und ein Drehmoment erzeugt und über eine
nicht gezeigte Kupplung an ein nicht gezeigtes herkömmliches
stufenloses Getriebe übertragen.
Drehzahl und Drehmoment werden, von dem Getriebe gegebenenfalls
verändert,
auf einen nicht gezeigten Antriebsstrang einer nicht gezeigten Hinterachse übertragen. Über eine
nicht gezeigte Allradzuschaltungskupplung wird Drehzahl und Drehmoment
auf eine Getriebeausgangswelle 100 zum Antreiben eines
nicht gezeigten Antriebsstrangs für eine Vorderachse übertragen.
Die Getriebeausgangswelle 100 ist über Lager 101 in einem
Getriebegehäuse 200 um
ihre Rotationsachse drehbar gelagert. An ihrem Ausgangsende ist
ein Befestigungsflansch 102 mit Bohrlöchern 103 vorgesehen,
um mit dem Antriebsstrang für
die Vorderachse verbunden zu werden. Der Befestigungsflansch 102 wird über eine Mutter 104 zwischen
einer Scheibe 105 und dem einen Kugellager 101 axial
fixiert und über
einen Presssitz, eine Verzahnung oder eine Passfederverbindung mit
der Getriebeausgangswelle 100 drehfest verbunden. An einer
dem Getriebe zugewandten Seite der Getriebeausgangswelle 100 befindet
sich ein Lamellenbereich 106, in dem der Durchmesser der Getriebeausgangswelle 100 zur
Verringerung einer zu übertragenden
Tangentialkraft vergrößert ist.
In diesem Bereich sind mehrere Wellenbremslamellen 107 angeordnet
und über
eine nicht gezeigte Außenverzahnung
der Ge triebeausgangswelle 100 mit dieser axial verschiebbar
aber drehfest verbunden.
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Im
Folgenden wird das Getriebegehäuse 200 beschrieben.
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Das
Getriebegehäuse 200 ist
zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem Lamellengehäuse 201 und
einem Betätigungsgehäuse 202.
Das Lamellengehäuse 201 umschließt eine
zylinderförmige
Lamellenkammer 203, die den Lamellenbereich 106 und die
Wellenbremslamellen 107 aufnimmt. Darüber hinaus sind alternierend
zu den Wellenbremslamellen 107 Gehäusebremslamellen 207 vorgesehen.
Die Gehäusebremslamellen 207 sind über Vorsprünge 208 drehfest
mit dem Lamellengehäuse 201 verbunden
und weisen hierbei eine axiale Verschiebbarkeit auf. Über eine
Anschlagvorrichtung in Form einer Anlagefläche 209 auf einer
Rückwand
des Lamellengehäuses 201,
wird die axiale Verschiebbarkeit der Gehäusebremslamellen 207 in
der einen Richtung beschränkt.
In der Lamellenkammer 203 befindet sich Getriebeöl, das über eine
nicht gezeigte Öffnung
mit dem Getriebeöl
aus dem Getriebe verbunden ist, so dass hier ein Getriebeölaustausch
erfolgen kann. Das Getriebeöl
kann über
geeignete Vorrichtungen gereinigt und gekühlt werden.
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Über Schrauben 210 ist
das Betätigungsgehäuse 202 mit
dem Lamellengehäuse 201 fest
verbunden. Das Betätigungsgehäuse 202 weist
eine Bohrung und einen Hohlraum 220 auf, in dem die Getriebeausgangswelle 100 angeordnet
ist. Hiervon getrennt durch eine umlaufende innere Trennwand 221 ist
ein umlaufender, tubus- oder hohlzylinderförmiger Betätigungsraum 222 vorgesehen.
Dieser wird radial durch die Außenwand 223 des
Betätigungsgehäuses 202 beschränkt. Axial
wird der Betätigungsraum 222 auf
der einen Seite ebenfalls durch die Außenwand 223 beschränkt und öffnet sich
auf der anderen Seite zu der Lamellenkammer 203.
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Im
Folgenden wird der Mechanismus für
eine Feststellbremse und eine Betriebsbremse beschrieben.
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In
dem Betätigungsraum 222 ist
anliegend an dessen verschlossene axiale Seite und umlaufend um
die innere Trennwand 221 ein Tellerfederpaket 230 vorgesehen.
Abstützend
auf die Außenwand 223 übt das Tellerfederpaket 230 eine
Feststellkraft auf einen Feststellbremsenringkolben 231 aus.
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Der
Feststellringkolben 231 weist eine axiale Anlagefläche auf
einer radialen flanschähnlichen Ausbildung
auf, der an einer Seite an dem Tellerfederpaket 230 anliegt.
Ein umlaufender Vorsprung des Feststellringkolbens 231 erstreckt
sich axial in Richtung der offenen Seite des Betätigungsraums 222. Der
Feststellbremsenringkolben 231 weist an seiner inneren
Umfangsoberfläche
einen rechteckigen Radiussprung auf. D. h., diese Umfangsoberfläche weist
in ihrem axialen Verlauf eine Änderung
des Radius dergestalt auf, dass im Bereich der Radiusänderung
eine rechtwinklige Stufe mit einer Oberfläche, die zu der Symmetrieachse
des Ringkolbens senkrecht steht, gebildet wird. Durch den Radiussprung des
Feststellbremsenringkolbens 231 wird eine Stirnseite und
eine äußere Umfangsoberfläche einer Feststellbremsenkolbenkammer 233 mit
Ringform definiert. Die äußere Umfangsoberfläche der
inneren Trennwand 221 definiert die innere Umfangsoberfläche der
Feststellbremsenkolbenkammer 233. Ferner ist auf der inneren
Trennwand 221 ein Ring 232 vorgesehen, der auf
der inneren Trennwand 221 durch einen Seegerring axial
fixiert ist. Eine Stirnseite des Rings 232 bildet eine
andere Stirnseite der Feststellbremsenkolbenkammer 233. Über ein
nicht gezeigtes Hydrauliksystem kann die Feststellbremsenkolbenkammer 233 mit
einem Hydraulikfluid unter Druck gefüllt werden, wodurch über den
Fest stellbremsenringkolben 231 eine Lüftkraft erzeugt wird, die der Feststellkraft
der Feder 230 entgegenwirkt.
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Ein
Betriebsbremsenringkolben 234 liegt mit einer Stirnseite
an einen radial äußeren Bereich
einer Stirnseite des radialen Flanschs des Feststellbremsenringkolbens 231 an.
Der Betriebsbremsenringkolben 234 liegt ferner axial verschiebbar
an der inneren Umfangsoberfläche
der Außenwand 223 an. Über einen
rechteckigen Radiussprung an der inneren Umfangsoberfläche der
Außenwand 223 und über einen weiteren
rechteckigen Radiussprung an der äußeren Umfangsoberfläche des
Betriebsbremsenringkolbens 234 wird eine Betriebsbremsenkolbenkammer 235 gebildet.
Die Betriebsbremsenkolbenkammer 235 ist über ein
nicht gezeigtes Betriebsbremsenhydrauliksystem mit einem Hydraulikfluid
füllbar.
Wird die Betriebsbremsenkolbenkammer 235 mit einem Hydraulikfluid
unter Druck befüllt,
wird über
den Betriebsbremsenringkolben 234 eine Schubkraft in Richtung
der Wellenbremslamellen 107 und der Gehäusebremslamellen 207 erzeugt.
Diese werden gegen die Druckplatte 209 und dabei gleichzeitig
aneinander gepresst. Wird aus der Betriebsbremsenkolbenkammer 235 Hydraulikfluid
entlassen, wird der Betriebsbremsenringkolben 235 über eine
Rückstellfeder 236,
die zwischen dem Feststellbremsenringkolben 231 und dem
Betriebsbremsenringkolben 234 gespannt ist, in Richtung
des Feststellbremsenringkolbens 231 gezogen, und die Wellenbremslamellen 107 und
die Gehäusebremslamellen 207 werden nicht
weiter gegeneinander gepresst.
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Im
Folgenden wird die Funktion der Bremsvorrichtung beschrieben.
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Über das
Tellerfederpaket 230 wird die Feststellkraft erzeugt und über den
Feststellbremsenringkolben 231 und den Betriebsbremsenringkolben 234 auf
die Wellenbremslamellen 107 und die Gehäusebremslamellen 207 übertragen,
so dass diese gegen die Druckplatte 209 gepresst werden,
wodurch die Wellenbremslamellen 107 und die Gehäusebremslamellen 207 gegeneinander
gepresst werden. Über den
dadurch entstandenen Reibschluss wird die Getriebeausgangswelle 100 drehfixiert.
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Löst ein Fahrer
die Feststellbremse, wird Hydraulikfluid in die Feststellbremsenkolbenkammer 233 gepumpt
und der Feststellbremsenringkolben 231 entgegen der Feststellkraft
bewegt. Über
die Rückstellfeder 236 wird
der Betriebsbremsenringkolben 234 in gleicher Richtung
mitbewegt. Hierdurch löst
sich der Reibschluss zwischen den Wellenbremslamellen 107 und
den Gehäusebremslamellen 207,
so dass die Getriebeausgangswelle 100 frei rotieren kann.
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Betätigt ein
Fahrer bei rotierender Getriebeausgangswelle 100 die Betriebsbremse,
so wird Fluid in die Betriebsbremsenkolbenkammer 235 gepumpt
und der Betriebsbremsenringkolben 234 entgegen der Kraft
der Rückstellfeder 236 und
ohne den Feststellbremsenringkolben 231 in Richtung der
Wellenbremslamellen 107 und der Gehäusebremslamellen 207 versetzt. Über die
dadurch erzeugte Schubkraft werden die Wellenbremslamellen 107 und
die Gehäusebremslamellen 207 zusammengepresst
und die Reibung zwischen ihnen erhöht, wodurch die Rotation der
Getriebeausgangswelle 100 abgebremst wird. Die hierbei
entstehende Reibungswärme
wird über
das Getriebeöl,
das die Wellenbremslamellen 107 und die Gehäusebremslamellen 207 zumindest teilweise
umgibt, abgeführt.
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In
einem Fall, in welchem beispielsweise durch einen technischen Defekt
das Hydrauliksystem für
Feststellbremse und Betriebsbremse ausfallen sollte, entweicht Hydraulikfluid
der Feststellbremsenkolbenkammer 231 und der Betriebsbremsenkolbenkammer 235.
In diesem Fall werden durch die Feststellkraft des Tellerfederpakets 230 der
Feststellbremsenringkolben 231 und der Betriebsbremsenringkolben 234 gegen
die Wellenbremslamellen 107 und die Gehäusebremslamellen 207 gepresst.
In diesem Fall erfolgt in vergleichbarer Weise wie zum vorherigen
Abschnitt eine Bremswirkung. Da auch in diesem Fall die gleichen
Bauteile an der Bremsung beteiligt sind, wie in einem herkömmlichen
Betriebsbremsfall, ist nicht zu befürchten, dass eine Überlastung
der Feststellbremse erfolgt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel
beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel
ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie das erste Ausführungsbeispiel,
und im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zum ersten
Ausführungsbeispiel
eingegangen.
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Im
zweiten Ausführungsbeispiel
ist das Betätigungsgehäuse 202' zweiteilig
aus einem Betätigungsgehäusekopf 202a und
einem Betätigungsgehäusering 202b aufgebaut.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Tellerfederpaket 230 in einem Betätigungsraum 222 untergebracht.
Ein Feststellbremsenringkolben 231' ist so ausgebildet, dass er über einen
Radiussprung jeweils in seiner äußeren Umfangsoberfläche und
der inneren Umfangsoberfläche
des Betätigungsgehäuserings 202b eine
Feststellbremsenkolbenkammer 233' bildet. An einer Stirnseite liegt
er entlang seines äußeren Umfangs an
einem Betriebsbremsenringkolben 234 an, der wie im vorhergehenden
Ausführungsbeispiel
ausgebildet ist. Die Kraftangriffspunkte der Federkraft, der Lüftkraft
und der Schubkraft sind in einer annähernd geraden Reihe angeordnet.
Das bedeutet, die Feststellkraft, die Entlüftkraft und die Schubkraft
wirken auch in Krafteinzelkomponenten entlang einem oder gegen einen
gemeinsamen linearen Kraftfluss. Sie wirken somit auch in Krafteinzelkomponenten
koaxial. Das Tellerfederpaket 230, der Feststellbremsenringkolben 231', die Feststellbremsenhydrau likkammer 233', der Betriebsbremsenringkolben 234,
die Betriebsbremsenkolbenkammer 235 und das Bremslamellenpaket
sind zueinander fluchtend in einer Reihe angeordnet. Dies betrifft
nicht nur den Fall, in dem die Gesamtkräfte der ringförmigen Elemente
betrachtet werden, sondern insbesondere den Fall, in dem Einzelsegmente
der ringförmigen
Elemente betrachtet werden.
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Da
hier auf die Kraft übertragenden
Elemente nahezu ausschließlich
Normalkräfte
und nur kleine Scherkräfte
oder Biegemomente oder -kräfte
wirken, ist es möglich,
die Elemente kleiner zu dimensionieren und das Gewicht entsprechend
zu reduzieren.
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Dem
Fachmann ist offensichtlich, dass Abwandlungen der Erfindung möglich sind,
ohne aus dem Erfindungsgedanken herauszufallen.
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Beispielsweise
kann es bei einem großen
Innenradius des Betätigungsraums 222 erforderlich sein,
anstelle eines zur Getriebeausgangswelle koaxialen Tellerfederpakets
mehrere Federpakete über den
Umfang des Betätigungsraums 222 zu
verteilen. Des Weiteren können
auch andere Arten von Federn verwendet werden, die koaxial oder
radial verteilt angeordnet sind.
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Bei
geringen Drehzahlen oder geringen Bremskräften kann die erfindungsgemäße Bremse auch
als Trockenbremse oder anstelle der Bremslamellen mit je einer Bremsscheibe
oder einer Bremsscheibe und Bremsbacken ausgeführt werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist die Bremsvorrichtung in das Getriebe integriert. Daher ist die
in die Bremse führende
Welle als Getriebeausgangswelle und das die Bremsvorrichtung umschließende Gehäuse als
Getriebegehäuse
bezeichnet. Die Bremsvorrichtung kann auch außerhalb und mit beliebigem Abstand
zum Getriebe, verbunden über
eine mit der Getriebeausgangswelle trieblich gekoppelten Welle, vorgesehen
sein.