DE8812936U1

DE8812936U1 - Betätigungsvorrichtung für Scheibenbremsen

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Publication number: DE8812936U1
Application number: DE8812936U
Authority: DE
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1990-02-08
Anticipated expiration: 1998-10-15

Description

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telefon: (089) 6610 ji

14.10.1988 TELEGKAUM: PKOTECTPATENT

telex: j 24 070 telefax: (089) 66 39)6 (tu)

Betätigungsvorrichtung für Scheibenbremsen

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für Scheibenbremsen mit Kolbenrückstellung durch eine Dichtungsanordnung zwischen Zylinder und Kolben, bei der in einer Ringnut eines dieser beiden Bauteile ein Dichtring neben einem in axialer Richtung federnden Stützring aus in axialer Richtung schmalem Ringmaterial angeordnet ist.

Bei einer bekannten Betätigungsvorrichtung dieser Gattung (US-PS 4058084) besteht die Dichtungsanordnung aus einem Dichtring von in entspanntem Zustand quadratischem Querschnitt und einem Stützring von wellenförmigem Querschnitt/ der mit seiner radial inneren und seiner radial äußeren kreisförmigen Kante an einer Hand der Ringnut anliegt. Die beiden Ringe sind in einer Ringnut des Zylinders derart nebeneinander angeordnet, daß der Dichtring bei einer Bremebetätigung von der Bremsflüssigkeit gegen den Stützring gepreßt wird und diesen je nach dem Bremsbetätigungsdruck mehr oder weniger flachdrückt. Gleichzeitig verformt eich der Dichtring unter dem Einfluß des sich verschiebenden Kolbens und erhält einen parallelogrammähnlichen Querschnitt, so daß er bestrebt ist, den Kolben nach der Bremebetätigung in seine Ausgangsstellung EurückzuschieLen, um ein erwünschtes Bremslüftspiel wiedereinzustellen .

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Bei dieser und anderen bekannten Dichtungsanordnungen ist jedoch das nach einer Bremsbetätigung entstehende Lüftspiel von dem Druck abhängig, mit dem die Bremse betätigt worden ist. Nach einer Betätigung mit niedrigem Druck ergibt sich ein verhältnismäßig großes Lüfttpiel mit der Folge, daß bei der nächsten Bremsbetätigung ein großer Pedalweg überwunden werden muß. Nach einer Bremsbetätigung mit hohem Druck kann das Lüftspiel hingegen derart vermindert sein, daß ein großes Restschleifmoment entsteht.

Bei den bekannten Dichtung^anordnungen der beschriebenen Gattung besteht außerdem die Gefahr, daß der aus gummiähnlichem Werkstoff bestehende Dichtring in einen zwischen Stützring und Kolben bestehenden Spalt derart hineingedrückt wird, daß der Dichtring allmählich zerstört wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Betätigungsvorrichtung mit Dichtungsanordnung der beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß der Kolben nach jeder Bremsbetätigung, unabhängig von dem dabei aufgetretenen hydraulischen Druck, stete soweit rückgestellt wird, daß ein vorgegebene« Soll-Lüftspiel wenigstens annähernd erreicht wird; außerdem soll der Dichtring geschont werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäfi auegehend von einer Betätigungsvorrichtung der eingange beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß der Dichtring zwischen zwei Stützringen angeordnet ist, die beide aus hochkant und wendelförmig um mehr als 360° gewickeltem Ringmaterial von r«oht«ckähniich«m Querschnitt bestehen, mit radialer Vorspannung eingebaut und dadurch kegelstumpfartig verformt zwischen Zylinder und Kolben gehalten sind.

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Stützringe der erfindungtgeinäß verwendeten Art sind unter der Bezeichnung Spiralbackringe handeleüblich. Sie haben •ine in radialer Richtung gemessene Breite, die deutlieh größer iet ale ihre Dicke. Für eine erffindungsgeroäße Betätigungsvorrichtung eignen sich Spiralbackringe mit einer radialen Breite von beispielsweise etwa 5 mm und einer in axialer Richtung gemessenen Dicke von 1,5 mm; ihr Außendurchmeseer beträgt im eingebauten Zustand beispielsweise 70 Tssi. Esirr, Einbau in sinsn Bremszylinder vird dsr ursprüngliche Durchmesser solcher StUtzringe verkleinert; dabei nimmt der Umschlingungswinkel, um den sie gewendelt sind, etwas zu. Hegen des hochkant angeordneten Rechteckquer schnittes ist das Widerstandsmoment jedes Stützrings in radialer Richtung erheblich größer als in axialer Richtung. Als Folge davon kippt der Querschnitt aus seiner ursprünglichen, zu seiner Achse senkrechten Lage in eine Schräglage, so daß jeder Stützring im Einbauzustand wie eine Te Her federanordnung wirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine hydraulische Betätigungsvorrichtung und benachbarte Teile einer Teilbelagscheibenbremse für Kraftfahrzeuge,
Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt II in Fig. 1 bei unbetätigter Bremse und

Fig. 3 einen entsprechenden Ausschnitt bei betätigter Bremse.

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Die dargestellte Betätigungsvorrichtung 10 ist an einem Sattel 12 angeordnet/ der den äußeren Rand einer Bremsscheibe 14 umgreift und an einem nicht dargestellten Bremeträger in üblicher Weise parallel sur Achse der Bremsscheibe 14 verschiebbar geführt ist. Zwischen der Bremsscheibe 14 und der Betätigungsvorrichtung 10 ist eine unmittelbar von dieser an die Bremsscheibe 14 anpreßbare Bremsbacke 16, 18 angeordnet, die von einer Rückenplatte &Lgr; C %%&psgr;*&Agr; &lgr;4 wgm D^AineKA^ikit 2 3 ''"SwivXcLS^ ^ ^et Ä** £ &Lgr;&agr;«* &&ngr;%&Lgr;&*»&Lgr;&eegr; Seite der Bremsscheibe 14 ist eine von der Betätigungsvorrichtung 10 mittelbar, durch Verschiebung des Sattels 12, an die Bremsscheibe 14 andrückbare Bremsbacke 20, 22 angeordnet, die von einer Rückenplatte 20 und einem Bremsbelag 22 gebildet ist.

Zur Betätigungsvorrichtung 10 gehört ein einstückig mit dem Sattel 12 ausgebildeter, hydraulischer Zylinder 24, dessen Achse A sich parallel zur Verschieberichtung des Sattels 12 und somit auch parallel zur Achse der Bremsscheibe 14 erstreckt. Im Zylinder 24 ist ein Kolben 26 geführt und durch eine in den Zylinder 24 eingebettete Dichtungsanordnung 28 abgedichtet. Die Führungsflächen vor. Zylinder 24 und Kolben 26 sind durch eine Manschette 30 geschützt. Die vordere Stirnfläche des Kolbens 26 ist ringförmig und liegt unmittelbar an der Rückenplatte 16 an.

Der Zylinder 24 hat rings um den Kolben 26 eine Ringnut von rechteckigem Querschnitt. In der Ringnut 32 ist die Dichtungsanordnung 28 aufgenommen, die aus einem Dichtring 34 und zwei Stützringen 36 besteht. Der Dichtring 34 ist ein handelsüblicher O-Ring, beispielsweise aus Styrol-Butadyen-Kautschuk (SBR) oder Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDH). Auch andere Werkstoffe kommen für den Dichtring in Frage, soweit sie an die verwendete Hydraulikflüssig-

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keit, die auf Glykol- oder Mineralölbasis aufgebaut sein kann, angepaßt sind. Der Dichtring 34 ist zwischen den beiden Stützringen 36 mit geringer axialer Vorspannung/ und zwischen dem Kolben 26 und dem Grund der Ringnut 32 »it geringer radialer Vorspannung aufgenommen.

Der Dichtring 34 hat in entspanntem Zustand einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Querschnittsdurchmesser d_, der im Verhältnis zum Außendurchmesser D_ des Kolbens und zum Grunddurchmesser D_n der Ringnut 32 so gewählt ist, daß der Querschnitt des Dichtringe 34 beim Einbau in radialer Richtung um etwa 15% zusammengedrückt wird. Für die Bemessung der genannten Durchmesser gilt die Gleichung

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dabei ist	f	= 1	,6	bis	1,8,
vorzugsweise	f	= 1	.1

Die beiden Stützringe 36 bestehen aus je einem Reckteckprofil, das in bezug auf die Achse A des Zylinders 24 hochkant angeordnet und derart gewendelt ist, daß es sich über nahezu zwei volle Umdrehungen erstreckt. Der Werkstoff der Stützringe 36 ist vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE).

Im vollständig entspannten Zustand, vor ihrem Einbau, haben die Stützringe 36 einen Außendurchmesser, der etwas größer als der Grunddurchmesser D_n der Ringnut 32 ist, und haben einen Innendurchmesser, der etwas kleiner als der Aüßendiirchmesse? D_R des Kolbens 26 1st. Die Stirnflächen der Stützringe 36 erstrecken sieh vor dem Einbau rechtwinklig zur Achse A. Beim Einbau in die Ringnut 32 behalten die Stützringe 36 zunächst die achsnonnale Lage ihrer Reckteckguerschnitte. Dadurch, daß der Außendurchmesser der Stützringe 36 sich nun an den Grunddurchmesser der

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Ringnut 32 anpassen muß, erhöht eich der UmeohlJ.ngucgs~ winkel, um den die Stutaringe 36 gewendelt «ind, und gleichzeitig verringert sieh ihr innendurchmesser.

Durch den anschließenden Einbau des Kolbens 26 in den Zylinder 24 wird die Querschnitteform der Stützringe 36 gemäß Fig. 2 veränderti Die Rechteckquerechnitte der Stützringe 36 kippen um 10° bis 20°, vorzugsweise etwa 15°. gegen die ursprüngliche achsnormale Lage. Jeder der Stützringe 36 ähnelt nun einem Paar vollflächig aneinander liegender Tellerfedern. Die radial inneren Ränder 38 der Stützringe 36 sind in Betätigungerichtung B des Kolbens 26 weiter vorne angeordnet als die radial äußeren Ränder 40 der Stützringe 36. Die gesamte Dichtungsanordnung 2P ist durch ihren Einbau in die Ringnut 32 im unbetätigteft Zustand des Kolbens 26 gemäß Fig. 2 auf 75% bis 85%, vorzugsweise etwa 80%, der Breite zusammengedrückt, welche die Dichtungsanordnung 28, in axialer Richtung gemessen, vor dem Einbau hatte.

Die dargestellte Betätigungsvorrichtung arbeitet folgendermaßen:

I. Wenn in den Zylinder 24 Bremsflüssigkeit mit einem

Druck unter etwa 1 bar eingeleitet wird, bewegt sich praktisch noch nichts. Bei einem Druck von etwa 1 bar wird i. .^o Losbrechkraft erreicht und der Dichtring ' bewegt sich um etwa 0,3 &ohgr;&eegr; vorwärts, zur Bremsscheibe 14 hin. Dabei wird Energie im Dichtring 34 und in dem vor ihm angeordneten, in den Zeichnungen linken Stützring 36 gespeichert.. Beim Entfallen des Hyf"*--ulikdruckes gibt der linke Stützring 36 die in Ur-* gespeicherte Energie an den Dichtring 34 ^ _r der durch Reibschluß mit dem Kolben 26 verbunden ist und diesen zurückstellt. Die Rückstellung des Kolbens beträgt angenähert 0,3 mm.

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II. Wenn beim Bremsen ein Hydraulikdruck von etwa 10 bar im Zylinder 24 aufgebaut wird, wird der Dichtring etwas mehr zusammengedrückt, insgesamt um etwa 0,38 mm. Bei diesem Druck wird aber auch der Sattel 12 elastisch aufgeweitet und die Bremsbeläge 18 und 22 werden elastisch zusammengedruckt; um diese elastischen Verformungen zu kompensieren, muß der Kolben 26 zusätzlich um eine Strecke in der Größenordnung von 0,06 mm ausgefahren werden. Bei Druckentlastung entspannen sich der Sattel 12, die Bremsbeläge 18 und 22 sowie der linke Stützring 36. Die Differenz der Federwege dieses Stützrings 36 und des Sattels 12 sowie der Bremsbeläge 16 und 22 bildet das MaB für die Rückstellung des Kolbens, die etwa 0,38 - 0,06 = 0,32 mm beträgt.

III. Bei Betätigung mit etwa 20 bar Hydraulikdruck wird die vom Dichtring 34 und vom vorderen Stützring 36 gebildete Federung vollständig zusammengedrückt, so daß sie nicht mehr in der Lage ist, weitere Energie zu speichern. Der gesamte Federweg beträgt etwa 0,50 mm. Die elastisch· Verformung des Sattele und der beiden Bremsbeläge 18 und 22 beträgt etwa 0,12 mm. Bei Druckentlastung wird analog II. der Kolben um 0,50 - 0,12 « 0,38 mm zurückgestellt.

IV. Bei Betätigung mit Ober 20 bar Hydraulikdruck finden zwischen Diohtring 34 und Zylinder 24 keine zusätzlichen Relativbewegungen statt. Die gesamte van Diohtring 34 und vorderen Stützring 36 gebildete Federung ist auf Blook gedrückt. Die Aufweitung des Sattele 12 und das Zusammenpressen der Bremsbeläge und 22 führen jedoch dazu, daß der Kolben 26 mit zunehmendem Hydraullkdruek durch den Dichtring 34 hindurchgleitet. Bei einer Belastung mit 160 bar hat

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der Kolben 26 insgesamt etwa einen Weg von 1 mm zurückgelegt. Bei Druckentlastung auf etwa 20 bar entspannen sich der Sattel 12 und die Bremsbeläge 18 und 22 teilweise und drücken dabei den Kolben 26 um etwa 0,88 mm zurück in den Zylinder 24. Bis zu diesem Druck bleibt die von der Dichtungsanordnung 23 gebildete Federung auf Block. Bei weiterer Druckentlastung entspannen sich der Sattel 12 und die BremsbeS. Xge 18 und 22 sowie der in den Zeichnungen linke Stützring 36. Die Differenz der Federwege dieses Stützrings 36 einerseits sowie des Sattels 12 und der Bremsbeläge 18 und 22 andererseits bestimmt den Rückstellweg des Kolbens 26 nach Abbau des Hydraulikdruckes.

V. Ist Belagverschleiß eingetreten, so rutscht der Kolben 26 bei der nächsten Bremsbetätigung durch den Dichtring 34 hindurch. Je nach eingespeistem Druck, sofern dieser eine Mindestgröße von etwa 1 bar überschreitet, wird der linke Stützring 36 mehr oder weniger zusammengepreßt und es entstehen die oben beschriebenen Zustände. Wegen des Durchrutschens des Kolbens 26 durch den Dichtring 34 nimmt der Kolben eine neue nachgestellte Lage gegenüber dem Dichtring ein.

VI. Nach Einbau neuer Bremsbeläge 18 und 22 können zwei Fälle auftreten:

a) Wann das Lüftepiel zu groß ist, muß die Bremse so oft betätigt werden, bie der Kolben 26 soweit durch den Diehtring 34 hindurehgeruteeht ist, daß das Soll-Lüftepiel erreicht ist.

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b) Wenn das Lüftspiel zn klein ist, genügt einmaliges Betätigen der Bremse mit einem Druck von mehr als 1 bar. Dabei wird der Dichtring 34 verschoben und spannt den linken Stützring 36. Nach Lösen der Bremse entspannt sich dieser Dichtring 36 und stellt über den Reibschluß zwischen dem Dichtring 34 und dem Kolben 26 diesen zurück. Dadurch wird das Soll-Lüftspiel eingestellt.

VII. Durch Schlag der Bremsscheibe 14, Achsverformungen bei scharfer Kurvenfahrt usw. kann der Kolben 26 zuweit in den Zylinder 24 gedrückt werden. Um ihn wieder in die Ausgangslage zu bringen, also das Soll-Lüftspiel wiederherzustellen, ist der in den Zeichnungen rechte Stützring 36 vorgesehen* Er soll über den Reibschluß zwischen Dichtring 34 und Kolben 2u beLÄi Zurückschlagen des Kolbens einfedern und danach drrch Ausfedern den Kolben wieder in seine Normallage stellen.

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1» Hydraulische Betätigungsvorrichtung für Scheibenbremsen ait Kolbenrückstellung durch eine Dichtungsanordnung (30) zwischen Zylinder (24) und Kolben (26), bei der in einer Ringnut (32) eines dieser beiden Bauteile (24, 26) ein Dichtring (34) neben einem in axialer Richtung federnden Stützring (36) aus in axialer Richtung schmalem Ringmaterial angeordnet ist/

dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtring (34) zwischen zwei Stützringen (36) angeordnet ist, die beide aus hochkant und wendelförmig um mehr als 360" gewickeltem Ringmaterial von rechteckähnlichem Querschnitt bestehen, mit radialer Vorspannung eingebaut und dadurch kegelstumpfartig verformt zwischen Zylinder (24) und Kolben (26) gehalten sind.
2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ringnut (32) in den Zylinder (24) eingearbeitet ist, dadurch gekennzeichnet , dafi die S tut abringe (36) einen in Beta&it/ungsrichtung des Kolbens (26) weisenden, pfeilförncigen Querschnitt haben.
3. Betätigungsvorrichtung nach Anrpructi 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da0 jeder der etützringe (36) eine Wendel von annähernd zwei vollen Umdrehungen bildet.

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4. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stützringe (36) aus Polytetrafluorethylen bestehen.
5. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtring (34) ein O-Ring ist.
6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet , daß bei gegebenem Außendurchmesser D_ des Kolbens (26) der Grunddurchmesser D&ldquor; der Ringnut (32) und der Quc.i'schnittsdurchmesser d_R des Dichtrings (34) nach der Gleichung

^DN - ^DK ^{+ f} * ^dR gewählt werden, wobei f - 1,6 bis 1,8, vorzugsweise f = 1,7,
7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die gesamte Dichtungsanordnung (28) durch ihren Einbau in die Ringnut (32) im unbetätigten Zustand des Kolbens (26) auf 75% bis 85%, vorzugsweise etwa 80%, der Breite zusammengedrückt ist, welche die Dichtungsanordnung (28), in axialer Richtung gemessen, vor dem Einbau hat.
8. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet , daß die rechteckähnlichen Querschnitte der Stützringe (36) in eingebautem Zustand um 10° bis 20°, vorzugsweise etwa 15°, gegen ihre ursprungliche achsnormale Lage gekippt sind.