DE19906227A1 - Scheibenbremse für Fahrzeuge und Steuerungsverfahren - Google Patents
Scheibenbremse für Fahrzeuge und SteuerungsverfahrenInfo
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Abstract
Eine Scheibenbremse für Fahrzeuge und ein Steuerverfahren für diese Scheibenbremse nutzen einen Federspeicherzylinder (1) mit einer von einem Antrieb spannbaren Feder (5) zur Betätigung eines Stößels (7) zum Zuspannen und Lösen der Fahrzeugbremse. Dabei umfaßt der Antrieb einen Elektromotor (29) und ein dem Elektromotor (29) nachgeschaltetes Getriebe (27, 37) sowie eine steuerbare Haltevorrichtung zum Halten der gespannten Feder (5). Die Haltevorrichtung weist ferner eine mechanisch und/oder elektromagnetisch lösbare Bremse (31) auf, welche die Bremskraft mechanisch erzeugt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1 und ein Verfahren zu deren Steuerung nach dem Oberbegriff des An
spruches 13.
Eine gattungsgemäße Scheibenbremse ist aus der DE 42 12 405 bekannt. Die Me
chanik der in dieser Schrift gezeigten, pneumatisch betätigten Scheibenbremse hat
sich im Einsatzbereich "Nutzfahrzeuge" bestens bewährt.
Die Erfindung setzt ausge
hend von dieser Konstruktion bei der Idee an, die an sich bewährte Bremskonstrukti
on so weit wie möglich beizubehalten, aber den pneumatischen Antrieb durch eine
Möglichkeit zur elektromechanischen Betätigung zu ergänzen. Zwar sind elektrome
chanisch betätigte Bremsen an sich bekannt. Diese bekannten elektromechanischen
Bremsen eignen sich jedoch bisher nicht für die im Nutzfahrzeugbereich auftreten
den hohen Kräfte. Die Erfindung geht demgegenüber einen anderen Weg, indem sie
die Bremsmechanik fast unverändert läßt und lediglich an geeigneter Stelle die
pneumatische Betätigung durch einen auf den Drehhebel direkt - oder indirekt über
zwischengeschaltete weitere Bauelemente - einwirkenden elektromechanischen An
trieb ersetzt oder ergänzt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der elektromo
torische Antrieb durch einen elektromechanisch betätigten Federspeicher- oder
Kombizylinder realisiert, wobei der letztere weiterhin durch einen pneumatisch betä
tigten Bremszylinderabschnitt ergänzt wird.
Federspeicher werden hauptsächlich zur Betätigung von Feststellbremsen im Nutz
fahrzeugbereich eingesetzt. Prinzipiell existieren zur Zeit verschiedene Methoden zur
Fixierung eines Fahrzeugs in der Parkstellung. Bei leichteren Fahrzeugen wird eine
Feststellbremswirkung hauptsächlich durch einen reinen Seilzugmechanismus er
reicht. Der Fahrer betätigt einen Hebel, an dessen einem Ende ein Seilzug befestigt
ist, der an üblicherweise zwei Rädern des Fahrzeugs eine Bremskraft ausübt.
Federspeicherzylinder werden i.allg. derart gebaut, daß beim Entlüften des Zylinders
eine Zug- oder Druckwirkung entsteht. Die Betätigungskraft für die Radbremse wird
durch eine starke Druckfeder aufgebracht, die sich am Gehäuse des Zylinders ab
stützt und die Zugkraft über einen Federteller und einen Kugelhalter auf die Kolben
stange überträgt. In seiner Fahrtstellung wird der Zylinder über ein Handbremsventil
belüftet. Zum Bremsen wird über das Handbremsventil der Druck im belüfteten
Raum gesenkt. Die Druckfeder zieht entsprechend der Druckabsenkung die Kol
benstange in den Zylinder, wodurch die Radbremse betätigt wird. Der Federraum ist
über den Faltenbalg entlüftet.
Neben der pneumatischen Betätigung des Federspeicherzylinders ist insbesondere
bei Schienenfahrzeugen auch der Einsatz eines elektromotorischen Antriebes zur
Spannung der Feder des Federspeicherzylinders diskutiert worden. Eine derartige
Zuspannvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 129 969 bekannt. Diese Schrift
zeigt eine Zuspannvorrichtung für Schienenfahrzeugbremsen, bei welcher die An
triebswelle eines Elektromotors eine Gewindespindel eines Gewindegetriebes an
treibt. Die drehbare Gewindespindel ist axial fixiert und trägt eine Kugelumlaufmutter,
welche in einem Federteller sitzt, der sich in ein Schubzugrohr fortsetzt, welches mit
einem Bremsgestänge zur Betätigung der Bremsbacken einer Scheibenbremse für
Schienenfahrzeuge verbunden ist. Das Schubzugrohr wird beim Zuspannen der
Bremse von einer Speicherfeder aus dem Gehäuse nach außen gedrückt. Bei
Strombeaufschlagung des Elektromotors spannt dieser über den Gewindetrieb die
Speicherfeder, welche bei ihrem Zusammenziehen das Schubzugrohr in das Ge
häuse zurückzieht und damit die Bremse löst.
Der Elektromotor bzw. die Abtriebsachse des Elektromotors ist im wesentlichen
parallel zur Gewindespindel des Gewindetriebes angeordnet, wobei auf der Ab
triebswelle des Elektromotors ein Ritzel sitzt, welches ein weiteres auf der Gewinde
spindel angebrachtes Ritzel antreibt.
Aus der gattungsbildenden EP 0 283 947 ist darüberhinaus eine elektromotorische
Betätigungsvorrichtung für einen Federspeicher bekannt, die einen regelbaren Elek
tro-Aufzugsmotor für den bei offener Bremse gespannten und sich beim Bremshub
entspannenden Federspeicher aufweist. Eine Elektromagnetbremse wirkt beim Ab
schalten des Elektromotors als "Haltebremse" für den Federspeicher. Damit sich die
Feder nicht sofort wieder entspannt, muß eine bestimmte Haltekraft aufgebracht
werden. Diese wird durch ständige Bestromung der Elektromagnetbremse erreicht.
Die Lösung des Anspruches 2 stellt demgegenüber eine Scheibenbremse mit elek
tromechanischem Antrieb für den Federspeicher bereit, die es ermöglicht, mit gerin
gem Strom- und Kraftbedarf die Federspannung einzustellen und auf einem einge
stellten Niveau zu halten. Dazu umfaßt die Zuspannvorrichtung einen Federspeicher-
Bremszylinderabschnitt mit einem Stößel zur Betätigung des Drehhebels, welcher
folgendes aufweist: eine von einem Antrieb spannbare Feder zur Betätigung eines
Stößels zum Zuspannen und Lösen der Fahrzeugbremse; wobei der Antrieb einen
Elektromotor und ein dem Elektromotor nachgeschaltetes Getriebe umfaßt; und wo
bei dem Antrieb eine vom Elektromotor getrennte Haltevorrichtung zum Halten der
gespannten Feder zugeordnet ist, die eine mechanisch und/oder elektromagnetisch
betätigbare Bremse aufweist, welche die Kraft zum Halten der Feder erzeugt, vor
zugsweise mechanisch. Zur Realisierung der Bremse ist beispielsweise eine an sich
bekannte Federdruckbremse geeignet. Damit wird die Kraft zum Halten des Feder
speichers mechanisch aufgebracht. Daraus resultiert der Vorteil minimalen Strom
verbrauchs bei verlängerter Lebensdauer.
Ein weiterer Vorteil dieser Variante der Erfindung ist darin zu sehen, daß praktisch
keinerlei Anpassung der Scheibenbremse an den elektromotorischen Antrieb not
wendig ist. Sogar der Bremssattel bleibt unverändert. Es ist lediglich notwendig, den
pneumatisch betätigten Bremszylinder durch den elektromechanisch betätigten
Bremszylinder zu ersetzen oder diesen um den elektromechanisch betätigten
Bremszylinder zu ergänzen.
Nutzfahrzeuge kleinerer Bauart besitzen dagegen i.allg. keine zusätzlichen Einrich
tungen, die Druckluft benötigen, da sie über hydraulische Betriebsbremsen verfügen.
Die Druckluft wird nur zur Betätigung der Feststellbremsanlage benötigt. Dies ist ein
erheblicher Kostenaufwand, da allein zu diesem Zweck der Einbau von Kompresso
ren, Luftdruckbehältern, Ventilen etc. vonnöten ist. Auch dieser Aufwand läßt sich mit
der vorgeschlagenen elektromechanischen Lösung einsparen. Auch der Platzbedarf
läßt sich mit der vorgeschlagenen modulartigen elektromechanischen Lösung re
duzieren, da die elektrischen Steuereinheiten weitaus kleiner sind als vergleichbare
hydraulische oder pneumatische.
Zweckmäßig wird die Halteeinrichtung derart im Kraftübertragungsweg vom Elektro
motor zur Feder angeordnet, daß die Kraft zum Halten der gespannten Feder durch
die Getriebeübersetzung reduziert ist. Mit der Erfindung ist es auch möglich, durch
eine Kombination aus der Motor-Getriebeeinheit und der elektrisch und mechanisch
auszulösenden Haltevorrichtung aufgrund der Übersetzung eine Federkraftreduktion
zu realisieren.
Vorzugsweise sind die Gewindespindel und der Stößel zueinander axial verschieb
lich angeordnet, und zwar zweckmäßig über eine Langlochverbindung, eine Keilver
bindung oder ein elastisches Element. Die axial um einen definierten Weg ver
schiebliche Verbindung bietet den Vorteil einer automatischen "Nachstellung" der
Feder des Federspeichers bei heißgelaufener Bremse. Beim Abkühlen und dem
damit verbundenen Schrumpfen der Beläge und weiterer Elemente behält die Feder
den Spielraum, um die Bremse um den auftretenden "Schrumpfbetrag" nachzustel
len bzw. nachzuziehen und damit ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeuges
zu verhindern. Um das Nachstellen zu gewährleisten, nutzt man die Trägheit des
Systems, das die Spindel nach Erreichen des Kräftegleichgewichtes an der Feder
bis zum Anschlag des Langloches weitertreibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Drehhebel mit einer
Verzahnung versehen, vorzugsweise an seiner vom Exzenterwelle abgewandten
Außen-Umfangswandung, in welche ein Abtriebsrad eines Getriebes eine Elektromo
tors eingreift. Auch bei dieser Variante der Erfindung kann die Grundkonstruktion der
Scheibenbremse im wesentlichen beibehalten werden. Der Elektromotor dreht hier
direkt über ein Getriebe den Drehhebel. Damit kann optional oder alternativ zusätz
lich an den Drehhebel ein Federspeicherzylinder oder aber auch der normale pneu
matische Bremszylinder angeschlossen werden. Lediglich der Bremssattel bedarf
einer konstruktiven Anpassung an den Elektromotorantrieb.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Scheibenbremse bzw. zur
Steuerung ihrer Zuspannvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Zuspann
vorrichtung auf einfache Weise als Betriebs- oder Parkbremse nutzbar ist. Dazu wird
bei einer Betriebs- oder Parkbremsung die vorgespannte Feder des Federspeichers
durch ein Lösen der Haltevorrichtung entspannt und damit die Bremse zugespannt,
wobei durch Betätigung der Haltevorrichtung die Feder beim Erreichen eines vorge
gebenen Bremskraftniveaus durch eine mechanisch wirkende Bremse arretiert wird.
Bei einer Parkbremsung ist es zudem vorteilhaft, wenn im Umkehrpunkt einer durch
das Mitdrehen des Elektromotors und des Getriebes beim Lösen der Feder beding
ten mechanischen Schwingung beim Rückdrehen des Getriebes durch die Feder die
Halteeinrichtung einsetzt, so daß eine zusätzliche Bremskraft erzeugt wird.
Zweckmäßig wird der Elektromotor dabei dazu genutzt, bei einer Bremsung die Fe
derkraft zu unterstützen und die Geschwindigkeit des Systems und/oder die Brems
kraft zu erhöhen.
Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung wird die Haltevorrichtung ein- oder
mehrfach geöffnet, um bei heißgelaufener Bremse auf einfache Weise die Gleich
gewichtsstellung der Feststellbremsfunktion einzustellen, während sich die Bremse
abkühlt.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung wird zur Erzielung einer schnellen Reakti
on des Systems bei Betriebsbremsungen die Haltebremse außer Kraft gesetzt und
die Haltekraft erfolgt durch Bestromung der Motor-Getriebeeinheit.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen
zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf
die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische, teilgeschnittene Darstellung eines für die Erfindung geeig
neten elektromechanischen Federspeichers;
Fig. 2 ein Kräftediagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Steuer
verfahrens,
Fig. 3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse,
Fig. 4a, b Detailansichten der Scheibenbremse aus Fig. 3,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Scheibenbremse,
Fig. 6, 7 Ansichten weiterer erfindungsgemäßer Scheibenbremsen.
Fig. 1 zeigt einen Federspeicher 1 mit einem ersten Gehäuseabschnitt 3, der eine
Feder 5 aufnimmt, die auf eine (hier nicht dargestellte) Bremsanlage über einen Stö
ßel 7 eine Kraft ausübt, um ein Fahrzeug abzubremsen bzw. um eine Haltewirkung
zu erzielen.
Auf dem Federspeicher 1 sitzt eine elektromechanische Auslöseeinheit 9. Zur Aus
übung von Kraft auf den Federspeicher 1 dient ein Linearantrieb, der mit Hilfe eines
Kugelgewindetriebes realisiert wird (denkbar sind auch Rollengewindetriebe u. ä.).
Dazu überträgt die axial verschiebliche Kugelgewindespindel 11 die Kraft auf den
Stößel 7, was zum Spannen der Feder 5 führt. Auf der Kugelgewindespindel 11 sitzt
eine Spindelmutter 13, die über eine Lagerung 15 in einem zweiten Gehäuseab
schnitt 17 fixiert ist. Ein besonderer Vorteil des Antriebs mit einem Kugelgewindetrieb
(oder einem Planetengewindetrieb etc.) liegt in dem damit zu erzielenden günstigen
Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zu hydraulischen oder pneumatischen Lösungen.
Der Antrieb der Spindelmutter 13 erfolgt über einen Zahnriemen(trieb) 19 (denkbar
sind auch Kettentriebe, Stirnradgetriebe u. ä.). Vom Zahnritzel 21 wird über den
Zahnriemen 19 das Rad 23 angetrieben, welches auf der Spindelmutter 13 sitzt. Das
Ritzel 21 ist wiederum auf der Abtriebswelle 25 eines Planetengetriebes 27 (denkbar
auch Stirnradgetriebe, Cyclogetriebe u. ä.) befestigt. Das Getriebe 27 ist ebenfalls im
Gehäuse 17 fixiert. Der Antrieb des Gesamtsystems wird über einen Elektromotor 29
realisiert.
Um die Bremse in der Fahrstellung halten zu können, ohne den Motor 29 unter
Strom zu halten, ist an der Welle des Motors 29 eine mechanisch und elektromagne
tisch lösbare Bremse 31 angebracht. Im stromlosen Zustand wird der Motor 29 über
einen Federmechanismus in seiner Lage gehalten, was für die gesamte Einheit eine
Fixierung bedeutet. Bestromt man die Magnetbremse 31 oder betätigt man mit dem
Seilzug 33 die mechanische Lösevorrichtung 35, so kann die Motorwelle in beiden
Richtungen frei drehen und die Bremse gelöst bzw. eingelegt werden.
Der gesamte Mechanismus ist so eingestellt, daß zum Entspannen des Federspei
chers 1 die Federkraft der Feder 5 ausreicht, d. h. es ist keine Unterstützung durch
den Elektromotor 29 notwendig. Lediglich zum Spannen der Feder 5 ist der Motor 29
erforderlich. Das System ist somit selbsthemmungsfrei.
Der Feder 5 gibt ihre Kraft solange an das Gesamtsystem ab, bis sie entweder durch
die Wirkung der Magnetbremse 31 wieder gehalten wird oder mit der Federkraft der
Bremse im Gleichgewicht steht (Vollbremsung/Parkstellung). In diesem Fall sind
jedoch die Massen des Motors 29 und der nachgeschalteten Getriebe (die Gesamt
heit der zusammenwirkenden Getriebe trägt das Bezugszeichen 37) auf ihre maxi
male Drehzahl beschleunigt. Diese kinetische Energie wird in weitere potentielle
(Verformungs)Energie an der Bremse umgesetzt, d. h. die Bremse spannt weiter zu.
Sobald diese kinetische Energie vollständig umgewandelt ist, wirkt die Magnetbrem
se 31 und arretiert die gesamte Anordnung. Es liegt damit eine Art "dynamischer
Nachspanneffekt" vor. Dieser Effekt laßt sich verstärken, wenn der Elektromotor 29
am Umkehrpunkt der beginnenden gedämpften harmonischen Schwingung, d. h. vor
Einsetzen der Magnetbremse 31 erneut anläuft und die Bremskraft weiter erhöht.
Dieser Mechanismus erlaubt es, die Feder 5 kleiner zu dimensionieren, als es allein
für die Haltefunktion notwendig wäre. Dies ist ein weiterer bedeutender Vorteil in
Hinsicht auf eine weitere Reduzierung des Bauraumes, des Gewichts und der Ko
sten.
Durch die Magnetbremse 31 kann die Vorrichtung in jeder beliebigen Stellung gehal
ten werden. Dies führt dazu, daß die Zuspannvorrichtung nicht nur als Parkbremse
wirkt sondern durch eine einfache Steuerung auch als Betätigung für die Betriebs-
oder Hilfsbremse wirken kann, da die Bremskraft bis zur maximalen Federkraft in
beliebiger Höhe aufgebracht werden kann.
Nachfolgend sei das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren nochmals näher an
hand der Fig. 2 näher erläutert.
Die Beaufschlagung einer bestimmten Bremskraft erfolgt unter Abgabe von gespei
cherter potentieller Energie der Federspeicherfeder (Federenergie/Fig. 2). Wirkt nun
allein die Federkraft und die elastische Kraft der Bremse, so stellt sich ein Kräf
tegleichgewicht ein (Fig. 2, Punkt 100). Je nach der Größe der Feder 5 und deren
Vorspannung ist die Bremskraft größer oder geringer. Dies ist das Verfahrensprinzip
einer heutigen Federspeicher-Feststellbremsanlage. Die Erfindung ergänzt dieses
Verfahren wie folgt:
In der Parkstellung (Annahme: Federkraft und Bremskraft im Gleichgewicht, Punkt
100) wird die Haltebremse in Lösestellung (Freigabe) gebracht, und der Federspei
cher 1 mit Hilfe des Motors 29 und des Getriebes 37 gespannt (Punkte 2a und 2b).
Anschließend wird die Haltebremse wieder auf Sperrstellung geschaltet (2c). Soll die
Parkstellung wieder erreicht werden, so wird die Haltebremse geöffnet und die Feder
5 des Federspeichers 1 entspannt sich und setzt das gesamte Motor-Getriebe-
System in Bewegung. Gleichzeitig erhöht sich die Kraft an der Bremse. Ist nun der
Gleichgewichtspunkt 100 erreicht, so befinden sich die Kräfte der Feder 5 und der
Bremse im Gleichgewicht. Da die Drehmassen des Motors 29 und des Getriebes 37
in Bewegung sind, spannt die Trägheit die Bremse weiter zu, resp. entspannt die
Feder 5, bis diese Trägheitsmassen vollständig abgebremst sind (Punkte 3a/b). Nun
würde das System versuchen, diese Vorspannung wieder abzubauen und sich auf
den Gleichgewichtspunkt 100 einzupendeln. Zu diesem Zeitpunkt aber schaltet die
Haltebremse auf die Blockierstellung und arretiert das System im vorgespannten
Zustand 3a/b. Dies bedeutet, zwischen der Energie der Feder 5 des Federspeichers
1 und der Federenergie der Bremse besteht eine Differenz
Diese Energie wird von der Haltebremse aufgebracht, um die Vorspannung beizube
halten (Punkt 3c). Der Vorgang läßt sich noch unterstützen, indem der Elektromotor
zum Zeitpunkt des Erreichens des oberen Umkehrpunkts 3a/b der Schwingung und
vor Schalten der Haltebremse auf die Hemmstellung zusätzlich anläuft und die Vor
spannung weiter erhöht.
Tritt der Fall ein, daß das Fahrzeug bei heißen Bremsen abgestellt und die Feststell
bremse eingelegt wird, so verschiebt sich das Kraftniveau von 3a/b beim Abkühlen
durch das damit verbundene Schrumpfen der Bremse in Richtung Punkt 100. Ist die
Vorspannung des Systems groß genug, erreicht es im Normalfall nicht den Punkt
100. Sollte jedoch der Fall eintreten, daß die Bremse so heiß gefahren wurde, daß
sich beim Abkühlen das Bremskraftniveau unterhalb Punkt 100 befindet, so wird die
gespeicherte Federenergie der Feder 5 wieder größer als die Federenergie der
Bremse.
Sollte die Haltebremse in der Hemmstellung bleiben, so kann sich diese Federkraft
nicht ausgleichen. Nun wird die Haltebremse gelöst, und der Zustand 100 pendelt
sich ein ("nachstellender Federspeicher"). Unter Umständen ist dieser Vorgang
mehrmals zu wiederholen.
Aus diesem Funktionsprinzip wird deutlich, daß es ist nicht mehr nötig ist, daß der
Fahrer von Hand die Feststellbremse einlegt, dies kann von einem elektronischen
System übernommen werden. Für den Fall des Ausfalls dieses Systems existiert die
mechanische Auslösevorrichtung 33, welche die Haltebremse dauerhaft in Lösestel
lung fixiert und somit das Kraftniveau am Punkt 100 garantiert wird.
Im Betriebsbremsfall erfolgt die Steuerung ähnlich zur Nutzung als Feststellbrems
vorrichtung. Bei vorgespannter Feder 5 (Punkte 2a/b/c) wird die Haltebremse kurz
gelöst und bei Erreichen eines gewünschten Bremskraftniveaus (z. B. Punkte (5a/b)
in Sperrstellung (5c) geschaltet. Hierbei herrscht ein ähnlicher Energiefall wie bei der
Feststellbremse. Die Differenzenergie B aus Federenergie der Feder und Federe
nergie der Bremse wird von der Haltebremse aufgenommen. Um die Bremskraft zu
erhöhen, wird die Haltebremse erneut geöffnet, die Feder entspannt sich und gibt
Kraft an die Bremse ab, das entsprechende Niveau wird eingestellt (Punkt 4a/b) und
die Haltebremse schließt wieder (4c). Zur Verringerung der Bremskraft (z. B. ABS-
Fall) wird ebenfalls die Haltebremse geöffnet, nun dreht aber der Elektromotor und
spannt die Feder bis zum gewünschten Kraftniveau (Punkt 6a/b).
Um die Geschwindigkeit des Systems zu erhöhen, ist es im Betriebsbremsfall (v. a.
im ABS-Fall) nicht notwendig, daß die Haltebremse in jedem Fall wirkt. Für diesen
Fall ist es ausreichend, den Motor unter Strom zu halten, um die gewünschte Halte
kraft zu erreichen. Damit ist es möglich, auch sehr kurze Systemreaktionszeiten ein
zuhalten. Der Motor 29 kann in diesem Fall unterstützend für beide Fälle wirken, d. h.
er kann auch mit dem Federspeicher 1 mitdrehen. Dies hilft, die Reaktionszeiten zu
verkürzen.
Zum Lösen der Betriebsbremse wird die Haltebremse geöffnet und der Motor dreht
das System auf die Positionen 2a/b. Anschließend arretiert die Haltebremse erneut
(2c).
Die Scheibenbremse der Fig. 3 verfügt über einen Kombizylinder 39, der einerseits
das Prinzip des Zylinders der Fig. 1 nutzt, andererseits aber so konstruiert ist, daß er
die bei pneumatischen Scheibenbremsen üblichen Funktionen des Kombizylinders
voll übernehmen kann. Der Aufbau des Kombizylinders unterscheidet sich von her
kömmlichen Kombizylindern im wesentlichen nur durch die Art der Betätigung, d. h.,
die Feder 5 des Kombizylinders kann sowohl für Betriebs- als auch für Feststell
bremsungen genutzt werden. Bei einer Betriebs-Bremsbetätigung wird die Stellung
des Bremspedales ermittelt und daraus ein Steuersignal errechnet, welches - z. B.
über ein EBS-Steuergerät - zur Einstellung der Position der Feder 5 über eine Si
gnalgebung zur Auslöseinheit 9 genutzt wird.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 bzw. der Kombizylinder 39 setzt sich aus einem
pneumatischen Zylinderabschnitt 39A für die Betriebsbremse und aus einem an die
sen angesetzten, mit einem elektromotorischen Antrieb versehen, Federspeicher-
Bremszylinderabschnitt 39B als Feststellbremse zusammen. Die Feststellbremse
(39B) kann auch mit dem pneumatischen Zylinderabschnitt 39A zusammenwirken.
Bei einer Betriebsvariante Variante der Fig. 3 kann die Betriebsbremsfunktion bei
spielsweise ausschließlich durch den bremsenseitigen, pneumatisch betätigten
Membran-Bremszylinderabschnitt 39A mit dem Druckstößel 7 erfolgen. Die Park
bremsfunktion wird dann über den elektromechanisch betätigten Zylinderabschnitt
39B realisiert. Es ist jedoch auch möglich, die Betriebsbremsfunktion durch den
elektromechanisch betätigten Zylinder zu unterstützen oder aber den pneumatisch
betätigten Zylinder nur als reine Rückfallebene für Notfälle vorzusehen.
Die Gewindespindel 11' wirkt bei dem Kombizylinder 39 ziehend und nicht drückend
wie beim Beispiel der Fig. 1, d. h., die Gewindespindel 37' zieht die Feder beim
Spannen zusammen. Der Kombizylinder 39 bzw. dessen Membranzylinderabschnitt
39A verfügt in an sich bekannter Weise über einen Stößelabschnitt 7'
(Kolbenstange), welcher auf den Drehhebel zum Betätigen der Bremsscheibe wirkt.
Der Stößelabschnitt 7' mündet in einem Teller 41, welcher in an sich bekannter Wei
se mit einer Rückstell-Druckfeder 42 versehen ist und von einer Membran 43 betätigt
wird. Anders als bei einer pneumatisch betätigten Scheibenbremse wird die Mem
bran jedoch nicht durch ein Belüften des Bremszylinders sondern - ähnlich zu her
kömmlichen Feststellbremsungen mit einem Kombizylinder - auch bei Betriebsbrem
sungen von der Feder 5 des Federspeicherabschnittes 39B des Kombizylinders 39
betätigt.
Dazu wirkt die Feder 5 auf einen im Gehäuseabschnitt 3 verschieblichen Einsatz 47,
der einen hohlzylindrischen Ansatz 49 trägt, der mit einem Ende an der Membran 43
anliegt. An der zur Feder 5 gewandten Seite des Einsatzes ist im Zentrum des Ein
satzes 47 ein weiterer Teller 51 befestigt, der einen Ansatz 53 trägt, welcher über
eine Langlochverbindung 55 mit dem Stößel 7 verbunden ist, welcher bei einer Spin
delbetätigung den Einsatz 47 nach einer Bremsbetätigung zurückzieht und damit die
Feder 5 spannt.
Der Kombizylinder 39 ist in an sich bekannter Weise am Bremssattel 57 der Schei
benbremse 59 befestigt, deren innerer Aufbau dem Aufbau des gattungsgemäßen
Standes der Technik vollständig entsprechen kann (siehe auch Fig. 5 und 6).
Das Erkennen des Umkehrpunktes des Elektromotors 29 ist am Zusammenbrechen
der vom Motor im Generatorbetrieb abgegebenen Spannung möglich. Die einfachste
Steuerung der Haltebremse kann derart erfolgen, daß die Haltebremse durch einen
Spannungsimpuls geöffnet wird und dann durch die vom als Generator angetriebe
nen Elektromotor 29 abgegebene Spannung offen gehalten wird, bis diese Span
nung bei langsamer werdendem Motor in der Nähe des Umkehrpunktes zu klein
wird.
Fig. 4 veranschaulicht anhand von Ausschnittsansichten die Funktion der Langloch
verbindung 55. Der Ansatz 53 weist das Langloch 61 auf, in welchem ein Stift 63 des
Stößelendes geführt ist. Das Langloch 61 weist einen größeren Durchmesser auf als
der Stift 63. Damit ergibt sich eine Alternativlösung zur kontrollierten Öffnung der
Arretierung nach Fig. 1 und 2. Die Arretierung muß nach dem Abstellen des Fahr
zeuges nicht mehr offen gehalten werden, um die Nachstellung zu gewährleisten. In
Fig. 1 dient die Langlochverbindung als Ausgleich bei Schwenkbewegungen und bei
Schrumpfungen. Nach Fig. 3 wird dagegen nur ein Schrumpfungsausgleich realisiert.
Nach Fig. 3 ist die Spindel 13 fliegend mit nur einem (Wälz-)Lager 15 gelagert. Die
Lagerung kann insofern als fliegend betrachtet werden, da aufgrund des Spiels in
der Verbindung von Stößel 7 und Spindel 13 nur bedingt Kräfte aufgenommen wer
den. Drückt bzw. zieht (Fig. 4) die Spindel mit einer Kraft auf die Feder 5 bzw. zieht
an dieser, so bewirkt der Radius im Langloch 61 eine gewisse Zentrierung und eine
Lagerkraft an ihr, womit die im Kräftegleichgewicht auftretende statische Unterbe
stimmtheit der Spindel aufgehoben wird.
Obwohl die Motorachse 25 im vorliegenden Fall parallel zur Federachse liegt, ist dies
nicht zwingend notwendig. Es ergibt sich zwar eine sehr kompakte Anordnung. Al
ternativ ist es aber denkbar, die Achsen gegeneinander abzuwinkeln (z. B. über ein
Schneckengetriebe).
Die Arretierung bzw. Haltebremse kann reibschlüssig oder formschlüssig wirken. Die
Notauslösung der Arretierung kann zwar über einen Seilzug erfolgen. Denkbar ist es
jedoch auch, einen Kondensator vorzusehen, der im Normalbetrieb aufgeladen ist.
Mit Hilfe der Energie dieses Kondensators wird die Arretierung gelöst. Sobald dann
der Motor angetrieben wird und damit Strom erzeugt (Generatorwirkung), wird die
abgegebene Energie zum Offenhalten der Magnetbremse genutzt.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 unterscheidet sich von dem der Fig. 3 dadurch,
daß der Membran-Bremszylinderabschnitt 39A eingespart wurde, so daß der elek
tromechanische Federspeicher-Bremszylinderabschnitt 39B stets auch die Betriebs
bremsfunktion vollständig übernimmt. Der Stößel 7 wirkt dabei direkt auf den Dreh
hebel zum Zuspannen der Bremse ein (nicht dargestellt).
Fig. 6 zeigt eine Scheibenbremse 59' für Fahrzeuge mit dem eine Bremsscheibe 65
umfassenden zweiteiligen Bremssattel mit einem vorderen und einem hinteren Ab
schnitt 57, 67. Der Drehhebel 69 trägt beidseitig einen etwa halbzylindrischen Exzen
teransatz 71, der in einem Halbschalenlager 73 gelagert ist und über eine Exzenter
welle 75 und/oder eine Traverse 77 auf wenigstens eine Stellspindel (nicht darge
stellt) sowie auf ein an deren bremsscheibenseitigen Ende sitzendes Druckstück 79
und auf eine zuspannseitig im Bremssattel verschiebbar gelagerte Bremsbacke 81
wirkt.
Der Drehhebel 69 ist an seiner der Bremsscheibe abgewandten Seite mit einer Um
fangsverzahnung 83 versehen, in welche ein Abtriebs-Stirnrad 85 eines Getriebes 87
des Elektromotors 89 eingreift. Als Feststellbremse dient ein elektromagnetisch be
tätigbarer Federspeicherzylinder 91, der in an sich bekannter Weise am Bremssattel
ansetzt. Der Bremssattel 57 ist zur Aufnahme des Stirnrades 85 sowie des Getriebes
und des Motors 29 mit einer Ausnehmung 93 in dem von der Bremsscheibe abge
wandten Bereich versehen. Die Betriebsbremse realisiert der Antrieb mit dem Motor
89.
Die Ausführung der Fig. 7 unterscheidet sich von der Bremse nach Fig. 6 dadurch,
daß kein Federspeicherzylinder vorgesehen ist und daß der Drehhebel an seiner der
Bremsscheibe abgewandten Seite mit einer Schneckenverzahnung 95 versehen ist,
in welche ein Schneckenrad 97 des Getriebes 87 des Elektromotors 89 eingreift.
1
Federspeicher
3
Gehäuseabschnitt
5
Feder
7
,
7
' Stößel
9
Auslöseeinheit
11
Kugelgewindespindel
13
Spindelmutter
15
Lagerung
17
Gehäuseabschnitt
19
Zahnriemen
21
Zahnritzel
23
Rad
25
Abtriebswelle
27
Planetengetriebe
29
Elektromotor
31
Magnetbremse
33
Seilzug
35
Lösevorrichtung
37
Getriebe
39
Kombizylinder
39
A pneumatischer Bremszylinderabschnitt
39
B Federspeicher-Bremszylinderabschnitt
41
Teller
42
Rückstell-Druckfeder
43
Membran
47
Einsatz
49
hohlzylindrischer Ansatz
51
Teller
53
Ansatz
55
Langlochverbindung
57
Bremssattel
59
Scheibenbremse
61
Langloch
63
Stift
65
Bremsscheibe
67
Bremssattel
69
Drehhebel
71
Exzenteransatz
73
Halbschalenlager
75
Exzenterwelle
77
Traverse
79
Druckstück
81
Bremsbacke
83
Umfangsverzahnung
85
Stirnrad
87
Getriebe
89
Elektromotor
91
Federspeicherzylinder
93
Ausnehmung
95
Schneckenverzahnung
97
Schneckenrad
Claims (19)
1. Scheibenbremse für Fahrzeuge mit
- a) einem eine Bremsscheibe (65) umfassenden Bremssattel (57, 67),
- b) einer innerhalb des Bremssattels (67) angeordneten Zuspannvorrichtung,
- c) wobei die Zuspannvorrichtung einen Drehhebel (69) aufweist, welcher vor zugsweise einen etwa halbzylindrischen Exzenteransatz (71) umfaßt,
- d) wobei vorzugsweise ferner der Exzenteransatz (71) in einem Halbschalenla ger (73) exzentrisch gelagert ist und über eine Exzenterwelle (75) und/oder eine Traverse (77) auf wenigstens eine Stellspindel (72, 73) und ein an deren bremsscheibenseitigen Ende sitzendes Druckstück (79) auf eine zuspannsei tig im Bremssattel verschiebbar gelagerte Bremsbacke (81) einwirkt,
- a) einen auf den Drehhebel (69) direkt - oder indirekt über zwischengeschaltete weitere Bauelemente - einwirkenden elektromechanischen Antrieb (29, 85).
2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu
spannvorrichtung einen Bremszylinder mit einem einen elektromotorisch betä
tigten Federspeicher-Bremszylinderabschnitt (39B) mit einem Stößel zur Be
tätigung des Drehhebels umfaßt, welcher folgendes aufweist:
- a) eine von einem Antrieb spannbare Feder (5) zur Betätigung eines Stößels (7) zum Zuspannen und Lösen der Fahrzeugbremse;
- b) wobei der Antrieb einen Elektromotor (29) und ein dem Elektromotor (29) nachgeschaltetes Getriebe (27, 37) umfaßt;
- c) und wobei dem Antrieb eine Haltevorrichtung zum Halten der gespannten Fe der (5) zugeordnet ist, die eine mechanisch und/oder elektromagnetisch betä tigbare Bremse (31) aufweist, welche die Kraft zum Halten der Feder erzeugt.
3. Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bremszylinder ferner einen pneumatisch betätigten Bremszylinderabschnitt
(39A) aufweist.
4. Scheibenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elek
tromotorisch betätigte Federspeicher-Bremszylinderabschnitt (39B) mit dem
pneumatisch betätigten (Membran-)Bremszylinderabschnitt (39A) zu einem
Kombizylinder (39) zusammengesetzt ist.
5. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bremse (31) als elektromagnetisch betätigbare Federdruck
bremse ausgelegt ist.
6. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Getriebe (27, 37) mit einer Spindeleinrichtung (11, 13) zum
Spannen der Feder (5) gekoppelt ist, wobei der Elektromotor (29) und ein Ab
schnitt des Getriebes (27) modulartig parallel zur Spindeleinrichtung (11, 13)
zum Spannen der Feder (5) angeordnet sind, wobei die Spindeleinrichtung
(11, 31) als Kugel- oder Rollengewindespindel (11) ausgelegt ist, auf welcher
eine Spindelmutter (13) sitzt, die über eine Lagerung (15) in einem Gehäuse
abschnitt (17) des Federspeicherzylinders (1) fixiert ist.
7. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß Getriebe (27) ein Planeten-, Stirnrad-, Schnecken- oder Cyclo
getriebe umfaßt, in das antriebsseitig die Antriebswelle (25) des Elektromotors
(29) eingreift, wobei das Planeten-, Stirnrad-, Schnecken bzw. Cyclogetriebe
(27) über ein Umschlingungsgetriebe wie einen Zahnriemen (19) oder einen
Kettentrieb mit der Spindeleinrichtung (11, 13) gekoppelt ist.
8. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Halteeinrichtung derart im Kraftübertragungsweg vom Elek
tromotor (29) zur Feder (5) angeordnet ist, daß die Kraft zum Halten der ge
spannten Feder (5) durch die Getriebeübersetzung reduziert ist.
9. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gewindespindel (13) und der Stößel (7) zueinander axial
verschieblich angeordnet sind.
10. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gewindespindel und der Stößel miteinander über eine
Langlochverbindung (55), eine Keilverbindung oder ein elastisches Element
verbunden sind.
11. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drehhebel mit einer Verzahnung (83, 95) versehen ist, in
welche ein Abtriebsrad (85, 97) eines Getriebes des Elektromotors eingreift.
12. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drehhebel mit einer Schneckenradverzahnung (95) verse
hen ist, in welche ein Schneckenrad (97) des Getriebes eingreift.
13. Verfahren zur Steuerung einer Scheibenbremse nach einem der vorstehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betriebs- oder Park
bremsung die vorgespannte Feder des Federspeichers durch ein Lösen der
Haltevorrichtung entspannt und damit die Bremse zugespannt wird, wobei
durch Betätigung der Haltevorrichtung die Feder beim Erreichen eines vorge
gebenen Bremskraftniveaus durch eine mechanisch wirkende Bremse arretiert
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Park
bremsung im Umkehrpunkt einer durch das Mitdrehen des Elektromotors und
des Getriebes beim Lösen der Feder bedingten mechanischen Schwingung
beim Rückdrehen des Getriebes durch die Feder die Halteeinrichtung ein
setzt, so daß eine zusätzliche Bremskraft erzeugt wird.
15. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 13-14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Elektromotor derart angesteuert wird, daß er bei einer
Bremsung die Federkraft unterstützt und die Bremskraft erhöht.
16. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Haltebremse durch einen Spannungsimpuls geöffnet wird
und dann durch die vom als Generator angetriebenen Elektromotor abgege
bene Spannung offen gehalten wird, bis diese Spannung bei langsamer wer
dendem Elektromotor in der Nähe dessen Umkehrpunktes zu klein wird.
17. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Haltevorrichtung ein- oder mehrfach geöffnet wird, um bei
heißgelaufener Bremse die Gleichgewichtsstellung der Feststellbremsfunktion
einzustellen, während sich die Bremse abkühlt.
18. Steuerungsverfahren nach einem Ansprüche 13-17, dadurch gekennzeich
net, daß zur Erzielung einer schnellen Reaktion des Systems bei Betriebs
bremsungen die Haltebremse außer Kraft gesetzt und die Haltekraft durch
Bestromung der Motor-Getriebeeinheit erzeugt wird.
19. Steuerungsverfahren, vorzugsweise nach einem Ansprüche 13-18, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Bremsungen die Wirkung des pneumatisch betätig
ten Bremszylinderabschnittes mit der Wirkung des elektromechanisch betätig
ten Federspeicher-Bremszylinderabschnittes wie folgt kombiniert wird:
- a) bei Betriebsbremsungen erfolgt die Bremsung ausschließlich durch den pneumatisch betätigten Bremszylinderabschnitt und die Parkbremsfunktion wird über den elektromechanisch betätigten Federspeicher-Bremszylinder abschnitt realisiert, oder
- b) bei Betriebsbremsungen wird der pneumatisch betätigte Bremszylinder abschnitt durch den elektromechanisch betätigten Federspeicher-Bremszylin derabschnitt unterstützt, oder
- c) der pneumatisch betätigte Bremszylinderabschnitt (39B) dient als reine Rückfallebene für Notfälle (Fig. 1).
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