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Die Erfindung betrifft eine Nachstellvorrichtung für eine Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Nachstellvorrichtungen für Scheibenbremsen gibt es in unterschiedlichen Ausführungen. Aus der
DE 10 2004 037 771 A1 ist eine Nachstellvorrichtung für eine Scheibenbremse bekannt, wobei hier auf diese Schrift vollinhaltlich Bezug genommen wird. Sie ist für eine pneumatisch betätigte Scheibenbremse, insbesondere in Schiebesattelausführung, geeignet. Pneumatisch betätigte Scheibenbremsen gehören mittlerweile zur Standardausrüstung bei schweren Nutzfahrzeugen.
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Derartige Scheibenbremsen benötigen zur Erzeugung der geforderten Zuspannkraft, eine mechanische Übersetzung, da die Kraft der pneumatisch beaufschlagten Bremszylinder wegen des Druckniveaus und der limitierten Baugröße der Bremszylinder beschränkt ist.
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Die Reibmaterialdicke der Bremsbeläge ergibt einen entsprechenden Verschleißweg, zu welchem auch der Verschleiß der Bremsscheibe hinzukommt. Dieser Weg ist um ein Vielfaches größer als der o. e. Zuspannweg. Die Bremse muss daher diesem Verschleiß entsprechend nachgestellt. Eine automatisch arbeitende Verschleißnachstellung ist Stand der Technik. Damit wird erreicht, dass das so genannte Lüftspiel, d. h. der Spalt zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe im unbetätigten Zustand, unabhängig vom Verschleißzustand und Verschleißverhalten der Bremsbeläge, konstant gehalten wird.
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Sehr häufig findet man in Nutzfahrzeugen Scheibenbremsen, welche über einen Nachsteller verfügen, der zum Beispiel konzentrisch im Hohlraum eines Gewindestempels angeordnet ist und exzentrisch über ein Antriebselement (z. B.: Schaltfinger, Zahnrad) vom Bremshebel angetrieben wird. Bei einem Bremsvorgang führt der mit der Kolbenstange des Bremszylinders gekoppelte Bremshebel eine Drehbewegung aus. Bevor über den Koppelmechanismus der Nachstellung (z. B.: Schaltgabel und Schaltfinger oder Zahnräder) die Drehbewegung des Hebels in den Nachsteller eingeleitet wird, muss ein so genannter Leerweg überwunden werden. Dieser Weg ist für die Größe des so genannten Lüftspiels ausschlaggebend, da während dieser Bewegung die Nachstellung nicht aktiviert wird, und der Zuspannweg damit das Lüftspiel darstellt. Nach Überwinden dieses Leerwegs wird der Nachsteller in eine Drehbewegung versetzt, und durch die Koppelung mit dem Gewindestempel bzw. -rohr wird ein Nachstellvorgang eingeleitet.
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Die
DE 10 2004 037 711 A1 beschreibt einen solchen Nachsteller, der in
5 gezeigt ist. Er besteht im Wesentlichen aus folgenden Funktionselementen:
- • Welle 2
- • Lagerscheibe 20
- • Axiallager 21
- • Bundbuchse, bzw. Distanzhülse 32
- • Schaltgabel, bzw. Antriebsring 22
- • Kugelrampenkupplung 23 als Freilauf
- • Konuskupplung 30 als Rutschkupplung
- • Zylinderfeder 25
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Von einer Zuspanneinrichtung wird zum Beispiel über einen Bremshebel eine Drehbewegung in die Schaltgabel mit dem Antriebsring 22 und in die Kugelrampenkupplung 23 des Nachstellers eingeleitet. Die dabei in der Kugelrampenkupplung 23 erzeugte Axialkraft bewirkt in der Konuskupplung 30 ein von bestimmten Parametern abhängiges Reibmoment.
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Derartige Nachstellvorrichtungen weisen einen relativ komplexen Aufbau mit hoher Bauteileanzahl auf. Dies ist durch die benötigten Funktionen (Nachstellung bei zu großem Lüftspiel, Abschaltung der Nachstellung bei gefordertem Lüftspiel, Freilauf der Welle bei Rückhub, etc.) bedingt. Der komplexe Aufbau ist entsprechend kostenaufwändig. Ein weiteres Problem ist das durch die Bauteiletoleranzen bedingte Spiel zwischen (Antriebs-)Hebel, Nachsteller und mit den Bremsbelägen in Verbindung stehenden Druckstücken, bzw. zwischen den Einzelteilen der Nachstellvorrichtung.
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Bei derartigen Nachstellvorrichtungen werden Freilauffunktion und Abschaltung der Nachstellung (so genannte Überratschfunktion bzw. Überlastfunktion) durch zwei voneinander unabhängige Kupplungen ausgeführt. Dadurch ergibt sich die oben angesprochene hohe Teileanzahl. Das Lüftspiel wird zum Beispiel über Schaltstifte am Hebel, die nach einem vorgegebenen Leerhub in eine Schaltgabel an der Nachstellvorrichtung eingreifen, eingestellt. Um ein ungewolltes Verdrehen der Nachstellvorrichtung bei Rüttelbelastungen zu verhindern, ist eine Verdrehsicherung für die Nachstellvorrichtung eingebaut.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Nachstellvorrichtung bereitzustellen, wobei die obigen Nachteile entfallen bzw. bedeutend verringert und weitere Vorteile geschaffen sind.
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Die Aufgabe wird durch eine Nachstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird auch durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Demgemäß ist eine Nachstellvorrichtung zur Nachstellung eines Verschleißes von Bremsbelägen und Bremsscheibe einer Scheibenbremse, wobei die Nachstellvorrichtung vorzugsweise in eine Stellspindel der Scheibenbremse einsetzbar ist, wobei die Nachstellvorrichtung ein Antriebsrad, eine Überlastkupplung und eine Freilaufkupplung aufweist, welche auf einer Welle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastkupplung zwischen Antriebsrad und einem dazu axial angeordneten Stirnrad ausgebildet ist, und die Freilaufkupplung innerhalb des Stirnrads angeordnet ist.
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Die Überratsch- bzw. Überlastfunktion und die Freilauffunktion sind somit in einer kompakten Kupplung zusammengefasst. Diese Kompaktkupplung aus Überlastkupplung und einer innerhalb des Stirnrads angeordneten Freilaufkupplung greift in Betätigungsrichtung bis zu einem bestimmten, vorher einstellbaren Übertragungsmoment.
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Die Freilaufkupplung liegt innerhalb des Stirnrads, was vorteilhaft Bauraum spart.
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Hierzu ist die Überlastkupplung vorzugsweise als Kegelrollenrampenkupplung ausgebildet.
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Die Freilaufkupplung wird in einer bevorzugten Ausführung durch ein Blech mit aufgebogenen Laschen gebildet, wobei die Laschen in Betätigungsrichtung mit der Welle drehfest verbunden sind. In Freilaufrichtung werden die Laschen von Zähnen einer Innenverzahnung des Stirnrads niedergedrückt, es wird nur ein sehr geringes Widerstandsmoment (beispielsweise < 1 Nm) erzeugt.
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Die Schnittstelle zwischen Antriebselement und Nachstellvorrichtung wird über ein mit einer Feder vorgespanntes und damit nahezu spielfreies Kegelradgetriebe gebildet. Die Einstellung des Lüftspiels erfolgt über eine Art Klauenkupplung zwischen Nachstellvorrichtung und Druckstücken.
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Es ist in einer Ausführung vorgesehen, dass die Überlastkupplung als Kegelrollenrampenkupplung ausgebildet ist, welche eine dem Stirnrad gegenüberliegende Antriebsstirnverzahnung am Antriebsrad, eine dazu korrespondierende Stirnradgegenverzahnung am Stirnrad und dazwischen angeordnete Kegelrollen aufweist.
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Die Freilaufkupplung weist ein Kupplungselement mit Laschen auf, welche an seinem Umfang zur Zusammenwirkung mit der Innenverzahnung des Stirnrads gebildet sind, und zumindest einen Arretierabschnitt, der zur drehfesten Verbindung mit der Welle vorgesehen ist. Dazu können zum Beispiel Abschnitte der Laschen in korrespondierende Ausnehmungen der Welle eingreifen.
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In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass die Innenverzahnung des Stirnrads und die Laschen des Kupplungselementes eine ungleiche Teilung aufweisen. Dadurch ist ein nahezu spielfreier Übergang von Freilaufrichtung zur Betätigungsrichtung möglich. Alternativ können auch andere Freilaufkupplungen verwendet werden, die innerhalb des Stirnrads angeordnet werden können, bzw. ein solches Stirnrad bilden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Antriebsrad eine Kegelradverzahnung zur Zusammenwirkung mit einem Antriebselement in Form eines Kegelrads aufweist. Hierbei das Antriebsrad vorzugsweise mittels einer Druckfeder axial vorgespannt, wobei somit ein nahezu spielfreies Kegelradgetriebe gebildet ist.
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Durch die geringe Teileanzahl wird die Nachstellvorrichtung deutlich vereinfacht und dadurch wirtschaftlicher. Mittels des spielfreien Kegelradgetriebes, der Lüftspieleinstellung über eine Klauenkupplung und die geringe Einzelteileanzahl aufgrund der Kompaktkupplung ist eine genauere Einstellung des Lüftspiels gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht. Eine Verdrehsicherung für den Nachsteller kann im Kegelradgetriebe integriert sein.
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Eine Scheibenbremse, insbesondere pneumatisch betätigte Scheibenbremse, weist eine Nachstellvorrichtung nach der oben stehenden Beschreibung auf.
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Die Erfindung wird nun anhand einer beispielhaften Ausführung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Nachstellvorrichtung;
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2 eine Längsschnittdarstellung der Ausführung nach 1;
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3 eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht längs Linie A-A nach 2;
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4 eine perspektivische vergrößerte Darstellung des Umgebungsbereichs der Linie A-A nach 2;
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5 eine Teilschnittdarstellung einer Nachstellvorrichtung nach dem Stand der Technik; und
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6 eine schematische Darstellung einer Scheibenbremse.
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Elemente mit gleichen oder ähnlichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Zu Aufbau und Funktion einer pneumatischen Scheibenbremse nach
6 wird auf die entsprechende Beschreibung der
DE 197 29 024 C1 verwiesen. In der
6 sind hier die folgenden Komponenten angegeben: Scheibenbremse
33, Bremsscheibe
34, Bremssattel
35, Bremsbeläge
36, Traverse
37, Stellspindeln
38 und
39, Druckstücke
40, Kettenräder
41, Kette
42, Exzenter
43 und Drehhebel
44, welcher ein Antriebselement
45 aufweist, das in der
6 mit einer Schaltgabel einer Nachstellvorrichtung
1 in Zusammenwirkung steht, wobei das Antriebselement
45 in der vorliegenden Erfindung als Kegelzahnrad, auf das unten noch eingegangen wird, ausgebildet ist. Die Nachstellvorrichtung
1 ist hier in der Stellspindel
38 angeordnet. Eine derartige Nachstellvorrichtung
1 wird nun näher erläutert. Die Nachstellvorrichtung
1 wäre auch für andere Scheibenbremsausführungen, wie zum Beispiel für eine elektromotorisch betätigte Scheibenbremse, geeignet.
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Nun wird Bezug auf 1 und 2 genommen.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Nachstellvorrichtung 1 und 2 illustriert eine Längsschnittdarstellung der Ausführung nach 1.
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Die Nachstellvorrichtung 1 weist eine Welle 2 mit einem Antriebszapfen 26 an ihrem oberen Ende auf. Auf der Welle 2 ist ein Antriebsrad 5 in Gestalt eines Kegelrads so gelagert, dass das Kegelrad 5 relativ zur Welle 2 drehbar ist und die Kegelradverzahnung zum oberen Ende der Welle 2 mit dem Antriebszapfen 26 weist. Das Antriebs-/Kegelrad 5 ist auf der der Kegelradverzahnung gegenüberliegenden Seite mit einer Antriebsstirnverzahnung 6 versehen, welche über Kegelrollen 7 mit einer gegenüberliegend angeordneten Stirnradverzahnung 9 in Eingriff steht. Die Stirnradverzhnung 9 ist an einem auf der Welle 2 axial verschiebbaren Stirnrad 8 an dessen Rand angeformt und korrespondiert zur Antriebsstirnverzahnung 6, wie weiter unten im Zusammenhang mit 4 noch erläutert wird.
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Die Antriebsstirnverzahnung 6, die Kegelrollen 7 und die Stirnradverzahnung 9 bilden eine Kegelrollenrampenkupplung mit der Funktion einer Überlastkupplung 4, wie unten erläutert wird.
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Das Stirnrad 8 weist innerhalb seines Körpers eine Freilaufkupplung 10 (2) auf, die einerseits drehfest mit der Welle 2 verbunden ist und andererseits mit dem Stirnrad 8 zur Bildung eines Freilaufs in Eingriff steht.
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Eine Druckfeder als Überlastkupplungsfeder 16 ist zwischen der Unterseite des Stirnrads 8 und einem Abtrieb 18 vorgespannt eingesetzt. Damit wird das Stirnrad 8 mit seiner Stirnverzahnung 7 so gegen die Antriebsstirnverzahnung 6 des Kegelrads 5 gedrückt, dass immer eine Vorspannung auf die Kegelrollen 7 zwischen den Stirnverzahnungen 6, 7 wirkt. Hiermit ist eine vorher festlegbare Einstellung des durch die Überlastkupplung 4 übertragbaren Drehmomentes (z. B. ca. 8 Nm) vornehmbar. Der Abtrieb 18 dient als Anschlag für die Überlastkupplungsfeder 16 und ist zur Übertragung einer Drehbewegung der Welle 2 und somit der Nachstellvorrichtung 1 auf die Druckstücke 40 bzw. die erste Stellspindel 38 (siehe 6) mit der Welle 2 drehfest verbunden. Eine Kopplung mit der ersten Stellspindel 38 ist hier über Mitnehmer 19 am Umfang des Abtriebs 18 zum Eingriff mit korrespondierenden Eingriffsabschnitten der ersten Stellspindel 38 ausgebildet.
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Das Kegelrad 5 steht mit dem Antriebselement 45 (6), das hier auch ein Kegelrad ist, zur Übertragung einer Antriebsbewegung der Nachstellvorrichtung 1 in Eingriff. Eine Druckfeder 17 ist auf der Welle 2 vorgesehen, welche gegen den Abtrieb 18 eine Druckkraft ausübt, die dafür sorgt, dass das Kegelrad 5 immer spielfrei im Gegenkegelrad bzw. Antriebselement 45 geführt ist. Durch diese spielfreie Lagerung kann auf eine Verdrehsicherung der Nachstellvorrichtung 1 verzichtet werden.
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Die allgemeine Funktion der Nachstellvorrichtung
1 wird in
DE 10 2004 037 771 A1 mit Bezug auf
5 ausführlich beschrieben, worauf hier verwiesen wird.
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Ein bedeutender Unterschied zum Stand der Technik besteht darin, dass die erfindungsgemäße Nachstellvorrichtung 1 eine Kompaktkupplung 3 aufweist, die in sich sowohl die Überlastkupplung 4 als auch die Freilaufkupplung 10 auf engstem Raum vereinigt.
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Hierbei ist die Freilaufkupplung 10 innerhalb des Stirnrads 8 angeordnet. Dazu zeigt 3 eine Schnittdarstellung längs Linie A-A nach 2.
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Das Stirnrad 8 weist eine Innenverzahnung 11 auf, welche mit Laschen 13 eines Kupplungselementes 12 in Eingriff steht. Das Kupplungselement 12 ist auf der Welle 2 angeordnet und steht mit dieser über einen Arretierabschnitt 14, der in Eingriff mit einer korrespondierenden Nut 15 der Welle 2 ist, ist drehfester Verbindung. Die Laschen 13 des Kupplungselementes 12, das zum Beispiel ein Blechteil sein kann, sind nach außen gebogen und stehen mit der Innenverzahnung 11 des Stirnrads 8 elastisch in Eingriff.
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Es werden nun die Funktionen der Nachstellvorrichtung 1 anhand 1 bis 4 erläutert. 4 zeigt eine perspektivische vergrößerte Darstellung des Umgebungsbereichs der Linie A-A nach 2.
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Bei einer Funktion der Nachstellvorrichtung 1 in Belastungsrichtung I wird die Drehbewegung des Antriebselementes 45 auf das Kegelrad 5 übertragen. Über die Antriebsstirnverzahnung 6 und die Kegelrollen 7 wird diese Bewegung auf das Stirnrad 8 mittels der die Kegelrollen 7 kontaktierenden Stirnverzahnung 9 übertragen. Die Antriebsstirnverzahnung 6 und die Stirnverzahnung 9 bilden eine Kegelrollenrampenkupplung. Andere Ausführung sind selbstverständlich denkbar. Die Innenverzahnung 11 des Stirnrads 8 greift in die Laschen 13 des Kupplungselementes 12 ein und dreht über dies Kupplungselement 12 die mit diesem über den Arretierabschnitt 14 drehfest verbundene Welle 2. Nach Überbrückung des Lüftspiels, das zwischen dem Abtrieb 18 und der nicht ersten Stellspindel 38 (siehe 6), die die Bewegung auf das Druckstück 40 (siehe 6) weiterleitet, eingestellt wird, wird/werden das/die Druckstück/e 40 nachgestellt.
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Dieser Nachstellvorgang schaltet sich bei Erreichen eines konstruktiv eingestellten Drehmomentes ab. Das Kegelrad 5 wird durch das Antriebselement 45 weitergedreht. Durch die Schrägen der Stirnverzahnungen 6 und 9 wird eine Kraft erzeugt, die je nach Steigungswinkel und Federkraft der Überlastkupplungsfeder 16 ab einem definierten Drehmoment ein Überratschen der Überlastkupplung 4 ermöglicht. Die Kegelrollen 7 beginnen dabei auf Rampen der Stirnverzahnungen 6 und 9 (siehe 4) hoch zu laufen. Dabei wird das Stirnrad 8 auf der Welle 2 axial nach unten gegen die Überlastkupplungsfeder 16 verschoben. Erreichen die Kegelrollen 7 das Ende der Rampe, kommt es so genannten Überratschen, die Kegelrollen 7 springen in den tiefsten Punkt der nächsten Rampe. Das Stirnrad 8 und die Welle 2 drehen sich nicht mehr.
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Die Freilaufkupplung wirkt wie folgt. Beim Rückdrehen (Freilaufrichtung II in 3) des Antriebselementes 45 darf sich die Welle 2 nicht zurückdrehen. Das Kegelrad 5 wird aber durch das Antriebselement 45 gedreht. Zunächst steht das Stirnrad 8 dadurch still, dass die Kegelrollen 7 wieder in den tiefsten Punkt der Rampe hinunterrollen. Ist dieser Punkt erreicht, dreht sich das Stirnrad 8 ebenfalls zurück. Da aber die Laschen 13 des Kupplungselementes 12 von der Innenverzahnung 11 des Stirnrads 8 nach unten gedrückt werden, kann sich das Stirnrad 8 drehen, ohne dass sich die Welle 2 mitdreht. Da hier ein gewisses Restmoment (zum Beispiel < 1 Nm) übertragen wird, müs sen die Druckstücke 40 in geeigneter Weise am Mitdrehen gehindert werden. Durch eine ungleiche Teilung der Laschen 13 des Kupplungselementes 12 und der Innenverzahnung 11 des Stirnrads 8 ist gewährleistet, dass beim Umschalten von Freilaufrichtung II auf Betätigungsrichtung I ein nahezu spielfreier Übergang (im dargestellten Fall kann ein Spiel von ca. < 0,03 mm auftreten) gewährleistet wird.
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Über den Antriebszapfen 13 an der Welle 2 kann die Nachstellvorrichtung 1 beim Service zurückgedreht werden (Rückdrehen III in 3), zum Beispiel mit einem geeigneten Werkzeug. Die Funktionsweise beim Rückdrehen III im Service entspricht der Funktion in Zustellrichtung. Da das Kegelrad 5 stillsteht und die Welle 2 über die Laschen 13 des Kupplungselementes 12 die Innenverzahnung 11 und somit das Stirnrad 8 antreibt, erfolgt eine Entkopplung der Drehbewegung über das Überratschen der Kegelrollen 7 in den Stirnverzahnungen 6 und 9 zwischen Kegelrad 5 und Stirnrad 8. Eine nicht dargestellte weitere Überlastungskupplung bzw. ein Abscheradapter können die Rückdrehung begrenzen.
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Eine Einstellung des Lüftspiels im Service (Lüftspieleinstellung IV in 3) bei einem Belagwechsel im Service erfolgt dadurch, dass die Welle 2 über den Antriebszapfen 16, zum Beispiel mit einem geeigneten Werkzeug, so gedreht wird, dass die Druckstücke 40 das Lüftspiel verkleinern. Hierbei tritt die Freilauffunktion wie oben beschrieben in Kraft. Kegelrad 5 und Stirnrad 8 stehen durch niedergedrückte Laschen 13 des Kupplungselementes 12 still. Die Welle 2 dreht den Abtrieb 18.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
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So kann zum Beispiel die Freilaufkupplung 10 einen herkömmlichen Freilauf aufweisen, der mit dem Stirnrad 8 innerhalb dieses zusammenwirkt. Ein solcher Freilauf könnte aber auch als Stirnrad 8 mit Stirnverzahnung 9 ausgebildet sein.
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Die Kegelrollen 7 können auch aus anderen Rollkörpern bestehen.
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Über die Kegelrollenrampen der Stirnverzahnungen 6 und 9 und die Überlastkupplungsfeder ist ein übertragbares Drehmoment durch Auswahl von Geometrien der Verzahnungen und Kräften der Feder 16 vorher festlegbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nachstellvorrichtung
- 2
- Welle
- 3
- Kompaktkupplung
- 4
- Überlastkupplung
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Antriebsstirnverzahnung
- 7
- Kegelrolle
- 8
- Stirnrad
- 9
- Stirnradverzahnung
- 10
- Freilaufkupplung
- 11
- Innenverzahnung
- 12
- Kupplungselement
- 13
- Lasche
- 14
- Arretierabschnitt
- 15
- Nut
- 16
- Überlastkupplungsfeder
- 17
- Druckfeder
- 18
- Abtrieb
- 19
- Mitnehmer
- 20
- Lagerscheibe
- 21
- Axiallager
- 22
- Antriebsring
- 23
- Kugelrampenkupplung
- 24
- Kupplungsring
- 25
- Zylinderfeder
- 26
- Antriebszapfen
- 27
- Federhülse
- 28
- Profilscheibe
- 29
- Einstellelement
- 30
- Konuskupplung
- 31
- Hülsenkonus
- 32
- Distanzhülse
- 33
- Scheibenbremse
- 34
- Bremsscheibe
- 35
- Bremssattel
- 36
- Bremsbeläge
- 37
- Traverse
- 38
- Erste Stellspindel
- 39
- Zweite Stellspindel
- 40
- Druckstück
- 41
- Kettenräder
- 42
- Kette
- 43
- Exzenter
- 44
- Drehhebel
- 45
- Antriebselement