DE19648064C1 - Lamellenbremse mit logarithmischer Kennlinie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenbremse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung.

Bekannte Lamellenbremsen umfassen, z. B. als Bremssystem an einer Welle, einen Bremskolben, der über eine Druckfeder mit linearer Kennlinie gegen eine Reibungsbremse angestellt wird. Die Reibungsbremse solcher bekannten Systeme besteht beispielsweise aus Bremslamellen, die längsverschieblich, aber drehfest im Bremsengehäuse gesichert sind, sowie aus zwischen den Bremslamellen liegenden Bremsscheiben, welche wiederum an einer abzubremsenden Welle drehfest längsverschieblich angeordnet sind. Durch das Aufeinanderschieben von Bremslamellen und Bremsscheiben, welches über den Bremskolben durch die Kraft der Druckfeder bewirkt wird, reiben die Scheiben und Lamellen aneinander und bewirken damit die Bremswirkung.

Solche Bremsen sind von der Konstruktionsphilosophie her so angesteuert, daß mittels eines flüssigen oder gasförmigen Mediums ein Druck auf den Bremskolben ausgeübt wird, welcher diesen vom Bremsscheiben-Lamellenpaket weg in die Richtung drückt, in der die Anstellfeder weiter zusammengestaucht wird. Je mehr Druck ausgeübt wird, desto geringer ist also die Vorwärtsbewegung des Kolbens in Richtung des Lamellenpakets und umso geringer ist auch die Bremswirkung. Ist die Bremse drucklos, so kann die Feder den Bremskolben voll auf die Reibungsbremse aufdrücken und die größte Bremswirkung, d. h. das größte Bremsmoment entsteht.

Die Druckausübung auf den Kolben mittels des Steuermediums wird gewöhnlich durch einen Ringraum herbeigeführt, der dadurch geschaffen wird, daß der Kolben einen Absatz erhält, wobei der Kolbenabschnitt, der näher an der Reibungsbremse liegt, einen geringeren Durchmesser aufweist. Die am Kolbenaußendurchmesser anliegende Gehäusewandung hat im Bereich dieses Kolbenabsatzes in der gelösten Stellung der Bremse in Richtung der Reibungsbremse noch über einen gewissen Weg den größten Durchmesser des Kolbens und schließt sich erst nach dieser gewissen Länge mit einer senkrechten Verjüngung wieder an den geringeren Außendurchmesser des Kolbens an. Hierdurch entsteht ein Ringraum, in welchen über eine abgedichtete Öffnung das ansteuernde Druckmedium eingeführt werden kann. Der Druck dieses Mediums wirkt am Kolben in axialer Richtung nur auf die radiale Fläche des Absatzes, kann den Kolben damit mit einer Längskraft beaufschlagen und seine axiale Stellung ändern. Wenn der Überdruck im Ringraum eine größere Kraft auf die radiale Fläche hervorruft als die Federkraft der Anstellfeder, wird die Bremse gelöst; im umgekehrten Fall entsteht eine Bremswirkung durch die Federkraft.

Naturgemäß müssen auf beiden Seiten des Ringraums zwischen der Kolbenaußenwandung und der Gehäuseinnenwandung Ringdichtungen angesetzt werden, damit das Druckmedium nicht entlang des Spaltes zwischen Kolben und Gehäuse entweichen kann.

Diese bekannten Systeme weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Aufgrund der verwendeten Anstellfeder mit linearer Federkennlinie entsteht ein linearer Zusammenhang zwischen Bremsdruck und aufgebrachtem Bremsmoment. Schon wegen dieses linearen Zusammenhangs ist im Bereich geringer Bremswirkungen, also hoher Bremsdrücke eine relativ große Änderung der Bremswirkung mit dem Bremsdruck zu beobachten. Die Bremse ist in diesem Bereich, also gerade im Bereich geringer Bremswirkung, wo eine gute Abstufbarkeit vonnöten ist, kaum in kleinen graduellen Stufen zu betätigen.

Dieses Problem wird noch dadurch verstärkt, daß die besprochenen Dichtungen eine Hysterese bei der Bewegung des Bremskolbens hervorrufen, dessen Bewegung also wegen der Reibung der Dichtungen an der Kolbenwand behindern. Gerade im unteren Bremsmomentbereich beeinflußt dies die Abstufbarkeit sehr ungünstig. Wenn die Reibungskraft der Dichtung größer ist als die Kraft zur Aufbringung der Bremsmomente, bedeutet dies, daß kleine Bremsmomente nicht mehr regulierbar sind.

Weiterhin würde die Kühlung der Lamellen mit Hydrauliköl nicht zu dem angestrebten idealen stick-slip-freien Bremsverhalten führen. Dieses nicht ideale Bremsverhalten tritt dann nicht auf, wenn beispielsweise ATF-Öle in der ganzen Hydraulikanlage eingesetzt werden. Diese sind jedoch für eine solche Anwendung zu teuer.

Ein weiteres Problem der bekannten Bremsen liegt in der problematischen Demontage der Bremsbeläge und darin, daß sich die Lamellen im Leerlauf, also ohne Bremswirkung, durch Reibung erhitzen. Um dieses Problem zu lösen, wird der Einsatz von Federringen oder Sinuslamellen erforderlich; außerdem entstehen durch die Leerlaufreibung bedingt ein hoher Momentenaufbau sowie stark von der Drehzahl her schwankende Momente wegen der Flüssigkeitsreibung.

Aus der DE 36 26 188 C2 ist eine Bremsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Auch diese Bremse zeigt den oben beschriebenen linearen Bremskennlinienverlauf mit den entsprechenden Nachteilen. Eine Scheibenbremse mit einem zusammengesetzten Bremskolben ist aus der DE 44 18 701 A1 bekannt. Zur Überwindung des Luftspiels zwischen dem Reibbelag und der Bremsscheibe wird ein Kolben mittels einer elastischen Membran indirekt mit Bremsflüssigkeit beaufschlagt. Die elastische Membran kann hier jedoch selbst keine Bremswirkung erzeugen; die Bremskennlinie verläuft im wesentlichen linear mit dem Bremsdruck, so daß auch hier die oben angeführten Nachteile auftreten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lamellenbremse vorzuschlagen, die die oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere soll eine im unteren Drehzahlbereich gut abstufbare, d. h. gut einregelbare Bremse geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Lamellenbremse gelöst, die die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Merkmale aufweist.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lamellenbremse liegt in der Entkopplung des Bremsdruck ausübenden Teiles der Bremskolbeneinheit, nämlich des Anstellkolbens, von dem mit dem Druckmedium angesteuerten Steuerkolben. Da die Ansteuereinrichtung direkt lediglich den Druck im Ringraum auf den Steuerkolben regelt, werden Behinderungen der Bewegung des Steuerkolbens, wie sie durch die Ausgestaltung der Ansteuerungseinrichtung entstehen, beispielsweise die Reibung zwischen den Dichtungen und der Außenwandung des Steuerkolbens, nicht mehr unmittelbar auf den Teil wirken, der die Bremse betätigt, hier der über ein federndes Element entkoppelte Anstellkolben. Die durch die Dichtungsreibung hervorgerufene Hysterese oder jedwede anderen Beeinträchtigungen des Laufes des Steuerkolbens, die gerade im unteren Bremsbereich stark zur negativen Wirkung kommen, können damit weitgehend ausgeschaltet werden, und die Bremswirkung wird in diesem Bereich besser abstufbar und regulierbar.

Wie später noch genau erläutert wird, kann dieser Vorteil in Verbindung mit der Auswahl geeigneter Federeinrichtungen eine im wesentlich logarithmisch verlaufende Drehmomentkennlinie (über den Bremsdruck) erzeugen, welche eine hervorragende Abstufbarkeit im unteren Bremsmomentbereich garantiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lamellenbremse mit eigener Ölkühlung bzw. -schmierung versehen, wobei die Bremslamellen und die Bremsscheiben durch Verschiebung des Anstellkolbens beim Bremsvorgang gegeneinandergedrückt werden und durch Reibung die Bremswirkung erzielen.

Vorteilhafterweise ist bei einer solchen Ausführungsform die Höhenlage der Bremslamellen beim Lösen der Bremse durch eine Positionierungsvorrichtung festlegbar. Diese kann insbesondere aus an den Bremslamellen angeordneten Distanzstiften mit Absetzungen oder aus für jede Lamelle vorgesehen Einfräsungen mit bestimmter Tiefe bestehen.

Bei der oben genannten Ausgestaltung der Lamellenbremse werden die Lamellen im gelösten Zustand der Bremse durch die Distanzstifte oder mittels der Einfräsungen in einer bestimmten Höhe festgelegt, so daß ein definierter Ölspalt zwischen den Lamellen und den Bremsscheiben entsteht. Das Leerlaufmoment kann dadurch stark verringert werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Bremse weist der Anstellkolben einen rohrförmigen Abschnitt, der die abzubremsende Welle umgibt, sowie einen im wesentlichen tellerartigen Fortsatz an einem Ende des rohrförmigen Abschnittes auf, wobei der Steuerkolben seinerseits den Anstellkolben umgibt und zwischen dessen rohrförmigem Abschnitt und der Gehäusewand der Bremse geführt wird. Bei einer solchen Konstruktion kann der Steuerkolben einen Ringraum zwischen seiner Außenwandung und der Gehäuseinnenwand ausbilden, wobei diesem Ringraum, der beidseitig zwischen Steuerkolben und Gehäuse abgedichtet ist, von außen durch eine Gehäuseöffnung ein Druckmedium zugeführt wird, das auf eine radiale Ringfläche des Steuerkolbens eine Kraft in der Weise ausübt, daß der Steuerkolben axial verschoben wird.

Mit der oben genannten Konstruktion wird nunmehr nach konstruktiven Einzelheiten der Schritt von einer herkömmlichen Bremse mit einem einzigen Kolben zur erfindungsgemäßen Lösung vollzogen. Da hierbei erfindungsgemäß die Möglichkeit besteht, das federnde Element, insbesondere eine Druckfeder, zwischen dem tellerartigen Fortsatz des Anstellkolbens und dem bremsseitigen Teil des Steuerkolbens anzuordnen, schafft die oben beschriebene Konstruktionsweise für das Bremssystem eine erfindungsgemäß entkoppelte Kolbeneinheit mit zwei Kolben mit den schon erwähnten Vorteilen. Weiterhin vorteilhaft wirkt sich aus, daß mit der beschriebenen Ausgestaltung die Möglichkeit besteht, ein vom Druckmedium der Ansteuerungseinrichtung getrenntes Ölkühlungs bzw. -Schmiersystem zur Verfügung zu stellen, d. h., die Lamellenkühlung besitzt einen eigenen Ölkreislauf. Dieser Ölkreislauf weist gegenüber den herkömmlichen Anordnungen, bei denen Kühlung und Druckhydraulik in einem System zusammengefaßt sind, ein relativ geringes Volumen auf. Deswegen kann hier ein hochwertiges ATF-Öl im Ölhaushalt für die Lamellen eingesetzt werden, ohne daß der Betrieb zu stark verteuert wird. Die Lamellen laufen im wesentlichen stick-slip-frei.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Bremse nach der vorliegenden Erfindung sind alle Federmittel und federnden Elemente, welche insbesondere Druckfedern sein können, bezüglich ihrer Federkennlinien und ihrer Kombination untereinander so ausgestaltet, daß das Gesamtbremsmoment des Bremssystems als Funktion des Bremsdrucks einem logarithmischen Verlauf folgt, und insbesondere im Bereich geringer Bremswirkung einen flachen Verlauf zeigt.

Eine solchermaßen verlaufende Bremsmoment/Bremsdruck-Kennlinie wirkt sich dahingehend aus, daß das Bremsmoment sich gerade im niedrigen Bremsmomentbereich selbst mit größeren Bremsdruckänderungen nur wenig verändert. Im Gegensatz zur relativ starken Veränderung für herkömmliche lineare Kennlinien ist es deshalb erfindungsgemäß möglich, auch leichte Bremsungen wirksam abzustufen und genau zu regulieren. Gerade in diesem Bereich des geringen Bremsmoments ist eine solche erfindungsgemäß mögliche Abstufung von großer Wichtigkeit. Zusammen mit der schon oben angesprochenen Ausschaltung der Hysterese durch die Dichtungsreibung über die Entkopplung der beiden Kolben kann also die Auswahl und Kombination von Federeinrichtungen mit geeigneten Kennlinien eine hervorragende Ansteuerbarkeit der Bremse auch im niedrigen Bremsmomentbereich bewirken.

Vorteilhafterweise sind alle Federmittel und federnden Elemente der Bremse bezüglich ihrer Kraftwirkung so angeordnet, daß eine symmetrische Bremswirkung auf die Reibungsbremse entsteht, insbesondere deren gemeinsamer Kraftangriffspunkt in der Mitte der Kolben bleibt, um die Reibung in den Kolbenführungen zu minimieren.

Zusätzlich zu den schon beschriebenen Federmitteln und federnden Elementen können an der der Reibungsbremse abgewandten Stirnseite des Steuerkolbens zusätzliche Federmittel mit linearer Kennlinie angesetzt sein, die den Steuerkolben ebenfalls in Richtung der Reibungsbremse anstellen. Eine solche Ausgestaltung kommt deshalb zum Einsatz, um ohne Bremsdruck ein definiertes Bremsmoment zu haben.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremse weist sie eine Verriegelungseinrichtung für den gelösten Zustand der Bremse auf, die am Anstellkolben angreift und sich gegen einen stationären Teil des Bremssystems, vorzugsweise am Gehäuse abstützt. Sie kann insbesondere von außen ein- und ausdrehbar sein und gestattet in der verriegelten Stellung ein Öffnen der Reibungsbremse und eine schnelle Demontage der Bremslamellen.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von Zeichnungen für ein Ausführungsbeispiel einer Bremse näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längschnitt durch eine erfindungsgemäße Bremse;

Fig. 2 ein lineares Bremsmoment/Bremsdruck-Diagramm mit Kennlinien für die ideale, die erfindungsgemäße und die herkömmliche Bremssystemausgestaltung;

Fig. 3 das Diagramm aus Fig. 2 als logarithmisches Diagramm;

Fig. 4 eine Federkennlinie für die Druckfedern für den Steuerkolben;

Fig. 5 eine Federkennlinie für die Druckfedern zwischen den Bremskolben;

Fig. 6 ein lineares Diagramm für den Bremsmoment/Bremsdruck-Verlauf mit eingezeichneter erster Ableitung; und

Fig. 7 das Diagramm aus Fig. 6 mit logarithmisch unterteilter Bremsmomentachse.

Der Längsschnitt in Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bremse als Lamellenbremse. Diese ist insgesamt in einem Gehäuse 1 untergebracht. Gebremst werden soll die Welle 2, die im oberen Antriebsbereich beispielsweise mit einem Motor verbunden sein kann, während sich an ihrer Unterseite ein Getriebeeingriff befindet. Die Reibungsbremse selbst, die am oberen Abschnitt der Welle angeordnet ist, ist im gezeigten Beispiel eine Lamellenbremse. Deren Bremsscheiben 14 sind drehfest auf eine Verzahnung im oberen Bereich der Welle aufgesetzt und können sich auf dieser längs verschieben.

Die Lamellenbremse selbst ist nur auf der rechten Seite des Längsschnitts in Fig. 1 gezeigt. Auf dieser Seite ist die Bremse in einem gelösten Zustand dargestellt. In einer Innenverzahnung des Gehäuses 1 sind die Bremslamellen 13 längsverschieblich aber gegenüber dem Gehäuse drehfest eingesetzt, und zwar in der Weise, daß eine Bremsscheibe 14 immer zwischen ein bzw. mehreren zugeordneten Bremslamellen 13 zu liegen kommt.

An dieser Stelle soll auf eine Besonderheit des dargestellten erfindungsgemäßen Bremssystems eingegangen werden. An geeigneten Stellen sind im Gehäuse Distanzstifte 15 für die Bremslamellen 13 eingebracht. Sie sind rechts in ihrer Montage-Höhenposition heraus gezeichnet und dienen dazu, die Lamellen bei gelöster Bremse in einer bestimmten Höhenlage zu halten und somit im Leerlauf, also bei gelöster Bremse, einer definierten Spalt zwischen den Lamellen 13 und den Bremsscheiben 14 zu schaffen. Dieser definierte Spalt sorgt dafür, daß zwischen den Bremslamellen 13 und den Bremsscheiben 14 im Leerlauf keine direkte Reibung mehr stattfindet, sondern lediglich eine gewisse Flüssigkeitsreibung vorhanden ist, die von dem Öl herruht, das sich zur Kühlung zwischen Bremsscheiben 14 und Lamellen 13 befindet.

Wie im herausgezeichneten Teil dargestellt, weisen die Stifte zum Halten der unteren Lamellen Absetzungen auf (siehe die vier linken Stifte), während die Lamellen 13 oben in der Reibungsbremse auf abgesetzten Stirnflächen der Stifte gehalten werden (siehe die drei rechten Stifte 15). Durch den Einsatz dieser Distanzstifte 15 kann das Problem der Eigenerwärmung gelöst werden; auch entsteht ein niedriges Leerlaufmoment.

Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist die Kolbeneinheit der Bremse angeordnet. Grundsätzlich ist hierzu festzustellen, daß die Kolbeneinheit linksseitig voll ausgeschoben und rechtsseitig im gelösten Zustand der Bremse dargestellt ist. Die weitere Ausgestaltung der Bremse wird anhand des rechten Halbschnittes erläutert.

Die Kolbeneinheit besteht im wesentlichen aus dem Anstellkolben 4, der mit seinem rohrförmigen Abschnitt 4a die Welle 2 umgibt und mit seinem im wesentlichen tellerförmig ausgestalteten Fortsatz 4b stirnseitig auf dem Lamellenpaket 13 anliegt, sowie aus dem Steuerkolben 3, der wiederum den Anstellkolben 4 umgibt und an seiner Außenwand im Gehäuse 1 gelagert ist. Drei Druckfedern 16, 5, 6 bewirken zusammenwirkend die Anstellung der kombinierten Kolbeneinheit 3, 4 gegen das Lamellenpaket 13. Zunächst sind an einem unteren Gehäuseteil abgestützt die Druckfedern 5, 16 in eine Aussparung des Steuerkolbens 3 eingesetzt; sie drücken diesen durch ihre Federkraft nach oben in Richtung der Lamellenbremse. Auf der oberen Stirnseite des Steuerkolbens 3 ist wiederum in einer Aussparung die Druckfeder 6 eingelegt, welche mit ihrer Druckkraft, abgestützt am Steuerkolben 3, auf die Unterseite des tellerartigen Fortsatzes 4b des Anstellkolbens 4 wirkt, der diese Kraft an der Stirnseite des Fortsatzes 4b auf das Lamellenpaket 13 überträgt.

Der Steuerkolben 3 wird zwischen der Außenwandung des Anstellkolbens 4a und der Innenwand des Gehäuses 1 geführt. Etwa in seinem mittleren Bereich weist er einen Absatz auf, der eine radiale Ringfläche 8 am Kolben ausbildet, die im ebenfalls dadurch ausgeformten Ringraum 7 liegt. Der Ringraum 7 ist mittels einer Bohrung 9 durch die Wand des Gehäuses 1 von außen mit einem Druckmedium versorgbar, welches in diesem Fall ein Hydrauliköl ist. Oberhalb und unterhalb des Ringraumes 7 ist die Fläche zwischen der Außenwandung des Steuerkolbens 3 und der Innenwandung des Gehäuses 1 durch in Nuten im Gehäuse 1 verlaufende Dichtungen gegen Leckage des Hydrauliköls abgedichtet.

Oberhalb des Ringsraums 7 und der Bohrung 9 weist das Gehäuse 1 eine weitere Bohrung auf, in der ein ein- und ausdrehbarer Verriegelungsbolzen 12 eingesteckt ist. Dieser Verriegelungsbolzen 12 weist an seinem linken vorderen Ende eine Verriegelungsspitze auf, die im Leerlaufzustand, also bei vollständig gelöster Bremse, in eine Ausnehmung des tellerartigen Fortsatzes 4b des Anstellkolbens 4 eingreifen kann. In der dargestellten verriegelten Stellung wird die Aufwärtsbewegung des Anstellkolbens 4 durch den Verriegelungsbolzen 12 blockiert, so daß auch bei völliger Druckentlastung des Ringsraums 7 keine Kraft auf die Bremslamellen 13 wirkt. Das Gehäuse 1 kann in dieser verriegelten Stellung beispielsweise zum Auswechseln der Bremslamellen 13 geöffnet werden.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Bremse ist die folgende:

Um die Bremse in Betrieb zu nehmen, muß der Ringraum 7 mit einem Druckmedium, beispielsweie Hydrauliköl, beaufschlagt werden, so daß über die an der Fläche 8 auftretende Druckkraft die Federn 5, 16 vollständig zusammengedrückt werden und der Steuerkolben 3 unten am Gehäuseteil zum Anstoß kommt. In dieser Stellung wird der Anstellkolben durch einen Sicherungsring in die untere Position gezogen, und die Lamellen werden vollständig entlastet. In diesem Zustand kann der Verriegelungsbolzen entfernt und durch eine Abdichtung ersetzt werden.

Wenn der Bereich der Reibungsbremse mit einem ATF-Öl versorgt worden ist, ist die Bremse funktionsbereit.

In der gelösten Stellung steht der Ringraum, wie oben erwähnt, unter seiner größten Druckbeaufschlagung. Soll nun die rotierende Welle 2 abgebremst werden, so wird der Druck im Ringraum 9 über geeignete Freischaltventile abgesenkt. Die vollständig vorgespannten Federn 5, 16 werden entlastet und schieben den Steuerkolben etwas nach oben. Mit dieser Bewegung wird die Feder 6 an der oberen Stirnseite des Steuerkolbens zwischen diesem und der Unterseite des Fortsatzes 4b zusammengedrückt und zwar in dem Moment, wenn dieser an seiner oberen Stirnfläche mit den Bremslamellen in Kontakt kommt.

Bei fortschreitender Druckentlastung und Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 3 erfolgt eine immer größere Stauchung der Feder 6 und somit eine immer höhere Kraftausübung vom Anstellkolben 4 auf das Lamellenpaket 14. Die Lamellen 13 kommen mit den Bremsscheiben 14 in Reibkontakt und bewirken so das Abbremsen der Drehbewegung der Welle 2.

Soll die Bremswirkung verringert werden, muß der Druck im Ringraum wieder erhöht werden, und es findet die umgekehrte obige Sequenz statt. Die Feder 5 wird wieder stärker durch die Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 3 zusammengestaucht, die Feder 6 wird entlastet, und der Druck des tellerartigen Fortsatzes 4b an seiner oberen Stirnseite auf die Lamellen 13 läßt nach, so daß auch das Bremsmoment geringer wird.

Die dargestellte Bremse weist eine Entkopplung des Anstellkolbens vom Steuerkolben 3 über die Feder 6 auf. Lediglich der Kolben 3 muß über die Dichtungen 10 und 11 und den Ringraum 7 herum abgedichtet werden, so daß auch nur dieser Steuerkolben 3 die Behinderung seiner Bewegung durch die Reibung an den Dichtungen erfährt. Durch die Federkopplung wird diese Reibung und deren negative Auswirkungen bezüglich der Abstufbarkeit bei kleinen Bremsmomenten kaum oder nur sehr gedämpft auf den Anstellkolben 4 übertragen. Schon diese Entkopplungswirkung trägt dazu bei, daß auch im Bereich mit geringer Bremswirkung die Bremsregulierung verbessert wird.

Auf der linken Seite des Halbschnittes ist eine zusätzliche Feder 16 an der Unterseite des Steuerkolbens 3 angebracht. Diese kann als Feder mit linearer Kennlinie ausgeführt sein und bewirkt bei einem Bremsdruck von im wesentlichen 0 bar ein definiertes Bremsmoment.

Alle Federn, die bei der Bremse in Umfangsrichtung verteilt sind, sind bezüglich ihrer Federwirkungen und Anordnungen so ausgewählt, daß ihre Gesamtkraft in Richtung der Wellenachse wirkt, um die Führung der einzelnen Bauteile nicht zu erschweren oder diese nicht während des Betriebs zu beschädigen.

Eine große Rolle für eine gute Abstufbarkeit und Feinregulierung der Bremswirkung im Betrieb mit geringem Bremsmoment spielt die Auswahl der Federn bezüglich ihrer Federkennlinie, was speziell für die Federn 5, 6, von denen jeweils mehrere vorhanden sind, gilt.

Eine geeignete Kombination der Federn 5, 6 und eine geeignete Auswahl dieser Federn bezüglich ihrer Federkraftkennlinie läßt hier eine nahezu optimale charakteristische Bremsmoment/Bremsdruck-Kennlinie entstehen, die im wesentlichen logarithmisch verläuft. In Fig. 2 ist in einem Diagramm mit linearer Abteilung der Achsen ein solcher Bremsmoment/Bremsdruckverlauf dargestellt. Der theoretische ideale Verlauf ist durch die Linie A angezeigt. Die Linie, die mit B angedeutet ist, zeigt den Kolbenverlauf für eine erfindungsgemäße Bremse, während die mit C bezeichnete Linie den Verlauf für eine herkömmliche Bremse mit Federn mit linearer Federkennlinie aufzeigt.

Interessant ist hier besonders der Bereich niedriger Bremsmomente, also der Bereich bis etwa 20.000 Nmm. In diesem Bereich muß die Bremse gut einregelbar sein. Es wird ersichtlich, daß beim herkömmlichen linearen Verlauf C die Bremswirkung mit einer Druckherabsetzung relativ schnell ansteigt. Bei einer Entlastung von 9 bar auf 4 bar wird etwa ein Bremsmoment von 70.000 Nmm erzeugt. Die Bremse wirkt ruckartig.

Beim idealen Verlauf A und beim Verlauf B der erfindungsgemäßen Bremse ist dies nicht der Fall. Die Bremswirkung steigt logarithmisch nur langsam an, wenn eine Druckentlastung stattfindet, wobei die ideale Linie A bis zum Entlastungsbereich von etwa 4,5 bar noch mit der realen Linie B zusammenfällt. Es erfolgt also bei einer größeren Druckentlastung nur jeweils eine geringe Anfangssteigerung der Bremswirkung, und die Bremse wird im Bereich niedriger Bremsmomente gut einstellbar und abstufbar.

In der Fig. 3 ist der vorher aufgezeigte Sachverhalt nochmals dargestellt. Im Unterschied zur Fig. 2 ist die Achse, die das Bremsmoment beschreibt, nunmehr logarithmisch unterteilt. Hierdurch wird der ideale Verlauf A zu einer Geraden, während der durch die erfindungsgemäße Bremse erreichbare Verlauf B dieser Idealform zumindest annähernd folgt. Ersichtlich wird wieder die große Abweichung des herkömmlichen Verlaufs C von der Idealen und die damit verbundene ruckartige Bremswirkung auch im Bereich geringer Druckentlastungen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Federkennlinien, wie sie ingesamt durch alle Federn 5 bzw. 6 entstehen. Die zur Erreichung einer guten Abstufung im Bereich mit geringer Bremswirkung auszuwählenden Federn 5 und 6 sollten Federkennlinien aufweisen, wie sie in diesen Fig. 4 und 5 dargestellt sind. Die Gesamtfederwirkung, die sich aus der Zusammenwirkung aller Federn ergibt, zeigt dann eine erfindungsgemäße logarithmische Kennlinie (siehe Kennlinie B in den Fig. 1 und 2).

In der Fig. 6 ist in Kombination der Bremsmomentverlauf für eine erfindungsgemäße Bremse sowie dessen erste Ableitung, die eine Bewertung der Abstufbarkeit ermöglicht, über den Bremsdruck dargestellt. Das Bremsmoment zeigt wieder den schon bekannten logarithmischen Verlauf B mit guter Abstufbarkeit im Bereich kleiner Bremsmomente. Die erste Ableitung dieser Funktion, die ebenfalls einen logarithmischen Verlauf B' aufweist ist ebenfalls dargestellt. Die Stufenbildung entsteht durch den Eingriff der einzelnen Federn im System. Der Verlauf B', der die Änderung des Bremsmoments darstellt, ist über den Bereich hoher Drücke, also niedriger Bremsmomente, sehr kleinen Werten zugeordnet, die Änderung ist also gering, und eine gute Regulierbarkeit ist gegeben.

Die Fig. 7 zeigt diesen Sachverhalt nochmals in einem Diagramm mit logarithmischer vertikaler Achse. Auch hier verläuft der Graph der ersten Ableitung A', sieht man von den durch den Eingriff der einzelnen Federn bewirkten Stufen ab, im wesentlichen linear und deutet so auf eine gute Abstufung im Bereich kleiner und hoher Bremsdrücke hin.

Die erfindungsgemäße Bremse findet ihr Einsatzgebiet insbesondere bei dem Abbremsen von stark unterschiedlichen Massenträgheitsmomenten, wie sie z. B. in Krananlagen mit variabler Ausladung vorkommen. Dies gilt insbesondere für Mobilkrane, wobei der Oberwagen mit dem Drehtisch und dem Ausleger drehbar auf dem Unterwagen gelagert ist und das beschriebene System ein feinfühliges Positionieren der Last ermöglicht.

Claims (10)

1. Lamellenbremse mit einer verschieblichen Bremskolbeneinheit (3, 4), einer Reibungsbremse, die im wesentlichen aus an der Bremse drehfest längsverschieblich angeordneten Bremslamellen (13) und an einer abzubremsenden Welle (2) drehfest angebrachten Bremsscheiben (14) besteht, Federmitteln (16, 5), die die Bremskolbeneinheit (3, 4) in Abstützung an einem stationären Teil des Bremssystems gegen den abbremsenden Teil anstellen, und einer Ansteuerungseinrichtung, die einen Druck auf die Bremskolbeneinheit (3, 4) regelt, wobei die Bremskolbeneinheit (3, 4) aus mindestens zwei Bremskolben, nämlich mindestens einem Steuerkolben (3) und mindestens einem Anstellkolben (4) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuerkolben (3) und Anstellkolben (4) ein federndes Element (6) angeordnet ist, und daß die Ansteuerungseinrichtung direkt lediglich den Druck auf eine Ringfläche des Steuerkolbens (3) regelt.

2. Lamellenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsbremse mit eigener Ölkühlung bzw. -schmierung versehen ist, wobei die Bremslamellen (13) und die Bremsscheiben (14) durch Verschiebung des Anstellkolbens (4) beim Bremsvorgang gegeneinandergedrückt werden und durch Reibung die Bremswirkung erzielen.

3. Lamellenbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenlage der Bremslamellen (13) beim Lösen der Bremse durch eine Positionierungsvorrichtung, insbesondere durch Distanzstifte (15) mit Absetzungen bzw. durch für jede Lamelle (15) vorgesehene Einfräsungen mit bestimmter Tiefe, festlegbar ist.

4. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellkolben (4) einen rohrförmigen Abschnitt (4a) aufweist, der die abzubremsende Welle (2) umgibt, sowie einen im wesentlichen tellerartigen Fortsatz (4b) am einen Ende des rohrförmigen Abschnittes (4a), wobei der Steuerkolben (3) seinerseits den Anstellkolben (4) umgibt und zwischen dessen rohrförmigen Abschnitt (4a) und der Gehäusewand des Bremssystems geführt wird.

5. Lamellenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3) einen Ringraum zwischen seiner Außenwandung und der Gehäuseinnenwand ausbildet, wobei diesem Ringraum, der beidseitig zwischen Steuerkolben (3) und Gehäuse abgedichtet ist, von außen durch eine Gehäuseöffnung ein Druckmedium zugeführt wird, das auf eine radiale Ringfläche (8) des Steuerkolbens (3) eine Kraft in der Weise ausübt, daß der Steuerkolben (3) axial verschoben wird.

6. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (6), insbesondere eine Druckfeder, zwischen den tellerartigen Fortsatz (4b) des Anstellkolbens (4) und dem bremsseitigen Teil des Steuerkolbens (3) angeordnet ist.

7. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Federmittel (5, 16) und federnden Elemente (6), insbesondere Druckfedern, bezüglich Ihrer Federkennlinien und ihrer Kombination miteinander so ausgestaltet sind, daß das Gesamtbremsmoment des Bremssystems als Funktion des Bremsdrucks einem logarithmischen Verlauf folgt, und insbesondere im Bereich geringer Bremswirkung einen flachen Verlauf zeigt.

8. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Federmittel (16, 5) und federnden Elemente, insbesondere Druckfedern, bezüglich ihrer Kraftwirkung so angeordnet sind, daß eine symmetrische Bremswirkung auf die Reibungsbremse entsteht.

9. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Reibungsbremse abgewandten Stirnseite des Steuerkolbens (3) mindestens ein zusätzliches Federmittel (16) mit linearer Kennlinie angesetzt ist, das den Steuerkolben (3) zusätzlich in Richtung der Reibungsbremse anstellt.

10. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Verriegelungseinrichtung für den gelösten Zustand der Bremse aufweist, die am Anstellkolben (4) angreift und sich gegen einen stationären Teil des Bremssystems von außen ein- und ausdrehbar abstützt.