DE19907958A1 - Scheibenbremse für Fahrzeuge und Zykloidengetriebe - Google Patents
Scheibenbremse für Fahrzeuge und ZykloidengetriebeInfo
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Abstract
Eine Scheibenbremse für Fahrzeuge verfügt über einen elektromechanischen Antrieb (39) mit einem Zykloidengetriebe (37). Dieses weist eine Antriebswelle (45) mit Exzenter (47) auf, die in ein ein- oder mehrteiliges Zwischenrad (49) mit zwei axial zueinander versetzten Außenverzahnungen eingreift, von denen eine mit einem Gehäuseabschnitt (41) mit einer Innenverzahnung (41a) und eine mit einer Innenverzahnung (43) eines Abtriebsrades (51) kämmt (Fig. 1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1 und ein Getriebe mit Zykloidenverzahnung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 10.
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" gut bewährt.
Die Erfindung setzt ausgehend von der in der gattungsbildenden Schrift gezeigten
Konstruktion bei dem Problem an, eine elektromechanisch betätigte Scheibenbrem
se zu schaffen. Zwar sind elektromagnetisch betätigte Bremsen an sich bekannt.
Diese bekannten elektromechanischen Bremsen eignen sich jedoch bisher nicht für
die im Nutzfahrzeugbereich auftretenden hohen Kräfte.
Die Erfindung schafft eine Scheibenbremse für Fahrzeuge mit einem eine Brems
scheibe umfassenden Bremssattel, einer auf einer Seite des Bremssattels angeord
neten Zuspannvorrichtung, wobei die Zuspannvorrichtung einen Drehhebel aufweist,
welcher vorzugsweise wenigstens einen etwa halbzylindrischen Exzenteransatz
umfaßt, wobei vorzugsweise ferner der Exzenteransatz in einem Halbschalenlager
gelagert ist und über das Halbschalenlager oder über eine Exzenterwelle auf einen
Kolben und direkt oder über weitere Elemente auf eine im Bremssattel verschieblich
gelagerte Bremsbacke einwirkt. Auf den Drehhebel wirkt ferner wenigstens ein elek
tromechanischer Antrieb mit einem Zykloidengetriebe. Vorzugsweise sind zwei elek
tromechanische Antriebe zur Bildung einer Sicherheits-Rückfallebene vorgesehen.
Die Erfindung läßt die an sich bewährte Bremsmechanik pneumatischer Scheiben
bremsen weitgehend unverändert und ersetzt lediglich an geeigneter Stelle die
pneumatische Betätigung durch einen auf den elektrischen Drehhebel einwirkenden
elektromechanischen Antrieb mit einem Zykloidengetriebe. Ergänzt werden kann
dieser elektromotorische Antrieb durch einen elektromagnetisch - oder aber auch
pneumatisch - betätigten Federspeicher- oder Kombizylinder als Feststellbremse.
Die Erfindung schafft ferner ein besonders für Scheibenbremsen geeignetes Getrie
be mit folgenden Getriebelementen: eine Antriebswelle mit Exzenter, ein ein- oder
mehrteiliges Zwischenrad mit zwei axial zueinander versetzten Außenverzahnungen,
ein fester Gehäuseabschnitt mit einer Innenverzahnung und ein Abtriebsrad mit In
nenverzahnung. Dieses Getriebe ermöglicht bei einer sehr geringen Baugröße (bzw.
bei einer geringen Anzahl an Zähnen) sehr hohe Übersetzungen. Da stets mehrere
Zähne eines Zahnrades im Eingriff sind, ist im Vergleich zu konventionellen Plane
tengetrieben die Belastung der Zähne gering. Dadurch lassen sich sehr hohe Mo
mente übertragen.
Durch eine Variante des Getriebes ist es möglich, die Reibung im Getriebe weiter zu
verringern und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen. Hierbei bestehen die Zähne des
Festrades und des Abtriebsrades aus Rollen, die in Gleit- oder Wälzlagern gelagert
sind. In Anwendungsfällen, bei welchen ein möglichst spielfreies Getriebe erforder
lich ist (z. B. bei Industrierobotern) kann das Verspannen der beiden Zahnkränze des
Zwischenrades durch Federn erfolgen. Die Zahnkränze des Zwischenrades sind
dann nicht mehr aus einem Teil gefertigt, sondern sie bestehen aus zwei Teilen,
welche durch die Federelemente miteinander verbunden sind.
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 ersten Ausführungsbei
spiels der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines für die Bremse aus Fig. 1 geeigneten Getriebes;
Fig. 2 eine weitere Ansicht des Getriebes aus Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines weiteren für die Bremse aus Fig. 1 geeigneten
Getriebes.
Fig. 1 zeigt eine Scheibenbremse 1 für (Nutz-)Fahrzeuge mit einem eine Brems
scheibe 3 umfassenden Bremssattel 5. Auf einer Seite der Bremsscheibe 3 ist eine
Zuspannvorrichtung 7 in den Bremssattel 5 eingesetzt, welche einen Drehhebel 9
aufweist, der in seinem unteren Bereich etwa halbzylindrische Exzenteransätze 11
aufweist, die zur Bremsscheibe 3 hin über Halbschalenlager 13 gegen einen Kolben
(oder gegen eine Traverse mit daran befestigten Stellspindeln) 15 drücken, der über
eine Feder 17 abgestützt ist und verschiebbar im Gehäuse/Sattel 5 gelagert ist.
Der Kolben 15 ermöglicht ein Vordrücken der Druckplatte 18 in Richtung der Brems
scheibe 3. Dabei wird die Bremsbacke 19 direkt und - über Reaktionskräfte auch die
auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 3 angeordnete Bremsbacke 21
indirekt - zugespannt. Insoweit entspricht der Aufbau der Scheibenbremse - bis auf
die um 180° gedrehte Anordnung des Drehhebels, dessen Halbschalenlager sich bei
bekannten Bremsen oftmals gegen den Bremssattel abstützen, prinzipiell dem be
kannten Aufbau pneumatischer Scheibenbremsen. Bremsscheibenabgewandt liegt
der halbzylindrische Exzenteransatz des Drehhebels an einer Exzenterwelle 23, die
an einem Bremssattelvorsprung 25 abgestützt ist. Bei einer Bewegung des Drehhe
bels 9 dreht sich dieser um die Exzenterwellenachse 23'. Durch die exzentrische
Anordnung bzw. durch eine Art Spreizkeilwirkung der Exzenteransätze 11 wird dabei
der Kolben 15 in Richtung der Bremsscheibe 3 gedrückt.
In dem - bezogen auf die Darstellung der Fig. 1 oberen - Abschnitt des Bremssattels
5 ist eine Öffnung 27 vorgesehen, an die ein Bremszylinder angeflanscht werden
kann. Dabei kann es sich um einen pneumatisch betätigten Bremszylinder (auch ei
nen Kombizylinder) handeln oder aber um einen elektromechanisch betätigten Fe
derspeicher zur Betätigung der Feststellbremse (nicht dargestellt). Über den (hier
nicht dargestellten) Bremszylinder wird die Feststellbremse betätigt. Dabei greift in
bekannter Weise der Stößel bzw. die Kolbenstange des Bremszylinders in die Aus
nehmung 29 des Drehhebels 9 ein. Während somit die Feststellbremse in bekannter
Weise betätigt wird, erfolgen Betriebsbremsungen über einen zum Bremszylinder
separaten elektromechanischen Antrieb.
Der elektromechanische Antrieb umfaßt zwei Zug-/Druckstangen 31, 33, welche am
oberen und unteren Ende der halbzylindrischen Ansätze des Drehhebels 9 ange
lenkt sind. Die beiden Zug-/Druckstangen 31, 33 sind vom Drehhebel 9 aus brems
scheibenabgewandt im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Ihre brems
scheibenabgewandten Enden sind an die zwei einander gegenüberliegenden Um
fangsabschnitte eines Abtriebsrades 35 eines Zykloidengetriebes 37 angelenkt, wel
ches von zwei Elektromotoren 39 angetrieben wird.
Wird durch die Elektromotoren 39 ein Moment eingeleitet, dreht sich der Drehhebel 9
durch die erzwungene Bewegung der Zug-/Druckstangen 31, 33 um die Exzenterwel
le 23. Die Exzenterfläche des Drehhebels 9 bewirkt dabei eine Längsbewegung des
Kolbens 15, der über die Rückstellfeder 17 und die Druckplatte 18 die Zuspannkraft
erzeugt.
Nachfolgend soll der Aufbau eines geeigneten Getriebes 37 näher beschrieben wer
den. Das Getriebe 37 ermöglicht in nur zwei Stufen Übersetzungen von mehreren
hundert Prozent. Das Getriebe 37 umfaßt im wesentlichen nur vier Bauteile: eine
Antriebswelle 45 mit Exzenter 47, der in ein ein- oder mehrteiliges Zwischenrad 49
mit zwei axial zueinander versetzten Außenverzahnungen 49a, 49b eingreift, wobei
der Exzenter der Antriebswelle 45 das Zwischenrad 49 mit der Außenverzahnung
49a gegen die Innenverzahnung 41a eines feststehenden Gehäuseabschnittes 41
und mit der Außenverzahnung 49b gegen die Innenverzahnung 43 eines Abtriebsra
des 51 drückt. Der Exzenter 47 der Antriebswelle 45 bewegt das Zwischenrad 49 auf
einer Kreisbahn. Dabei wälzt das Zwischenrad 49 auf dem feststehenden Gehäuse
abschnitt 41 ab und dreht sich dabei um die eigene Achse. Gegenüber der An
triebswelle 45 erfolgt dabei eine Umkehrung der Drehrichtung. Die Drehzahl des
Zwischenrades 49 ist abhängig von der Größe bzw. der Zähnezahl von Zwischenrad
49 und Gehäuseabschnitt 41. Eingefaßt wird das Getriebe durch einen auf das Ge
häuseabschnitt 41 aufgesetzten Gehäusedeckel 53.
Durch eine möglichst geringe Zähnezahldifferenz lassen sich große Übersetzungen
realisieren. Bei konventionellen Evolventenverzahnungen sind Zähnezahldifferenzen
von minimal zehn möglich. Bei Spezialverzahnungen - z. B. bei einer Zykloidenver
zahnung - kann das Zwischenrad aber auch nur einen einzigen Zahn weniger als
das innenverzahnte Gehäuseabschnitt 41 aufweisen. Bei jeder Umdrehung der An
triebswelle 45 dreht sich das Zwischenrad 49 um einen Zahn in entgegengesetzter
Richtung. Hat das Zwischenrades 49 fünfzig Zähne und der Gehäuseabschnitt 41
einundfünfzig Zähne ergibt sich daher eine Übersetzung von 50 : 1. Dieses Getriebe
prinzip ist zwar bei Zykloidengetrieben an sich bereits bekannt. Das erfindungsge
mäße Getriebe 37 nutzt diesen Effekt der hohen Übersetzung jedoch zweimal aus.
So wälzt der zweite Zahnkranz 49b des Zwischenrades 49 auf dem Abtriebsrad 51
ab. Das Abtriebsrad 51 dreht sich in derselben Richtung wie die Antriebswelle 45.
Die Übersetzung der einzelnen Stufen multiplizieren sich dann zu der Gesamtüber
setzung des Getriebes 37. Bei bekannten Zykloidengetrieben 37 erfolgt der Abtrieb
vielfach über Zapfen, die sich in Bohrungen im Abtriebsrad abwälzen. Bei dem Ge
triebe 37 kann dagegen aufgrund des Eingriffes der zweiten Getriebestufe in das
Abtriebsrad auf derartige Zapfen verzichtet werden.
Das Getriebe der Fig. 4 unterscheidet sich von dem der Fig. 2 und 3 insbesondere
dadurch, daß die beiden Enden der Exzenter-Antriebswelle 45 jeweils durch Öffnun
gen eines Gehäuses 55 geführt sind, wobei außerhalb des Gehäuses 55 in zwei
Gehäusedeckeln 55a, 55b auf den Enden der Exzenter-Antriebswelle 45 jeweils eine
Getriebevorstufe 57 angeordnet ist, welche jeweils als Rad 59 mit einer seitlich um
laufenden Ausnehmung 61 mit Innenverzahnung ausgebildet ist, in das jeweils einer
von zwei Elektromotoren 39, 39' eingreift. Dadurch kann einerseits das Getriebe von
den zwei Elektromotoren 39, 39' gleichzeitig angetrieben werden und es bleibt beim
Ausfall von einem der zwei Elektromotoren stets noch einer der zwei Elektromotoren
als Sicherheits-Rückfallstufe einsatzbereit und kann ggf. allein eine Bremsung einlei
ten. Die Exzenterwelle treibt wiederum nach Art der Fig. 2 und 3 das Zwischenrad
49, das an einer Innenverzahnung eines Festrades 63 abwälzt und auf das Ab
triebsrad 41' mit Lagerzapfen 65 einwirkt.
1
Scheibenbremse
3
Bremsscheibe
5
Bremssattel
7
Zuspannvorrichtung
9
Drehhebel
11
Exzenteransätze
13
Halbschalenlager
15
Traverse
17
Feder
18
Druckplatte
19
,
21
Bremsbacke
23
Exzenterwelle
25
Bremssattelvorsprung
27
Öffnung
29
Ausnehmung
31
,
33
Zug-/Druckstangen
35
Abtriebsrades
37
Zykloidengetriebe
39
Elektromotoren
41
Gehäuseabschnitt
43
Innenverzahnung
45
Antriebswelle
47
Exzenter
49
Zwischenrad
51
Abtriebsrad
53
Gehäusedeckel
55
Gehäuse
55
a,
55
b Gehäusedeckel
57
Getriebevorstufe
59
Rad
61
Ausnehmung
63
Festrad
65
Lagerzapfen
Claims (11)
1. Scheibenbremse für Fahrzeuge mit
- a) einem eine Bremsscheibe (3) umfassenden Bremssattel (5),
- b) einer auf einer Seite des Bremssattels (5) angeordneten Zuspannvorrichtung (7),
- c) wobei die Zuspannvorrichtung (7) einen Drehhebel (9) aufweist, welcher vor zugsweise wenigstens einen etwa halbzylindrischen Exzenteransatz (11) umfaßt,
- d) wobei vorzugsweise ferner der Exzenteransatz (11) in einem Halbschalenla ger (13) gelagert ist und über das Halbschalenlager (13) oder über eine Ex zenterwelle (23) auf einen Kolben (15) und direkt oder über weitere Elemente auf eine im Bremssattel (5) verschieblich gelagerte Bremsbacke (19, 21) ein wirkt,
- a) wenigstens einen auf den Drehhebel (9) einwirkenden elektromechanischen Antrieb (39) mit einem Getriebe (37) mit einer Zykloidenverzahnung.
2. Scheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzen
teransatz (11) des Drehhebels an einer Exzenterwelle (23) anliegt, die an einem
Bremssattelvorsprung (25) abgestützt ist.
3. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der elektromechanische Antrieb zwei Zug-/Druckstangen (31, 33) auf
weist, welche am oberen und unteren Ende der halbzylindrischen Ansätze des
Drehhebels (9) und an einander gegenüberliegenden Umfangsabschnitten eines
Abtriebsrades (35) des Zykloidengetriebes (37) angelenkt sind.
4. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Getriebe (37) zwei Übersetzungsstufen aufweist.
5. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Getriebe (37) eine Antriebswelle (45) aufweist, an deren Enden
jeweils einer der elektromechanischen Antriebe (39, 39') direkt oder über eine Ge
triebevorstufe angesetzt ist.
6. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Getriebe (37) die Antriebswelle (45) mit Exzenter (47) umfaßt, die
in ein ein- oder mehrteiliges Zwischenrad (49) mit zwei axial zueinander versetzten
Außenverzahnungen eingreift, die mit einem Gehäuseabschnitt (41) mit einer Innen
verzahnung (41a) und mit einer Innenverzahnung (43) eines Abtriebsrades (51)
kämmen.
7. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Außenverzahnung (49a) des Zwischenrades (49) einen Zahn we
niger als die Innenverzahnung (41a) des Gehäuseabschnitts (41a) aufweist.
8. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verzahnungen des Getriebes (37) wenigstens teilweise aus Rollen
gebildet sind, die in Gleit- oder Wälzlagern gelagert sind.
9. Scheibenbremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Zwischenrad (45) aus zwei axial zueinander versetzten Zahnkrän
zen besteht, die durch Federn miteinander verbunden sind.
10. Getriebe mit einer Zykloidenverzahnung, insbesondere für eine Scheiben
bremse für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch eine Antriebswelle (45) mit Exzenter
(47), die in ein ein- oder mehrteiliges Zwischenrad (49) mit zwei axial zueinander
versetzten Außenverzahnungen eingreift, von denen eine mit einem Gehäuseab
schnitt (41) mit einer Innenverzahnung (41a) und eine mit einer Innenverzahnung
(43) eines Abtriebsrades (51) kämmt.
11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, die auf den Enden der
Exzenter-Antriebswelle 45 jeweils eine Getriebevorstufe 57 angeordnet ist, die von
jeweils einem der Elektromotoren (39, 39') angetrieben wird.
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