DE19907958A1

DE19907958A1 - Scheibenbremse für Fahrzeuge und Zykloidengetriebe

Info

Publication number: DE19907958A1
Application number: DE1999107958
Authority: DE
Inventors: Hans Baumgartner; Wolfgang Pahle
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: DE19907958B4

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.

Bezugszeichen

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

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,

gekennzeichnet durch

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.