Lagerungsanordnung für Exzenterwellen

Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Lagerungsanordnung zwischen einem eine Exzenterwelle lagernden Gehäuse und wenigstens einem Körper, in welchem ein aus dem Gehäuse ragender endseitiger Exzenterzapfen der Exzenterwelle drehbar gelagert ist, welcher sich durch Drehung der Exzenterwelle relativ zum Gehäuse exzentrisch bewegt und dadurch den Körper treibt, beinhaltend wenigstens ein Axiallager zur übertragung von Axialkräften von dem Körper auf das Gehäuse, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Dichtungsanordnung ist beispielsweise aus der DE 44 31 353 C1 bekannt. Die bekannte Dichtungsanordnung ist in einer Bremszangeneinrichtung einer Schienenfahrzeugbremse vorgesehen, welche wenigstens zwei an voneinander weg weisenden Außenflächen des Gehäuses angeordnete, von je einem endseitigen Exzenterzapfen der Exzenterwelle exzentrisch getriebene Bremszangenhebel beinhaltet. Dabei sind die Zangenhebel der Bremszangen- einheit auf den Exzenterzapfen drehbar gelagert. Die Exzenterwelle ist um ihre Achse drehbar gelagert, wobei die Bewegungen eines Punktes auf einem der Exzenterzapfen relativ zum Gehäuse entweder durch eine Rotation oder durch zwei senkrecht zueinander gerichtete Translationen beschrieben werden kann.

Die Zangenhebel sind axial mit den Exzenterzapfen der Exzenterwelle verbun- den. Mit der Exzenterwelle ist wiederum eine Deckelscheibe drehfest verbunden, wobei zwischen der Deckelscheibe und einer stirnseitigen Fläche des Gehäuses ein Axiallager angeordnet ist, welcher sich in Axialrichtung der Exzenterwelle gesehen sich im Bereich ihres durch einen großen Durchmesser gekennzeichneten Grundkörpers befindet. Dadurch ist aber der wirksame Reib-

durchmessen des durch Axialkräfte belasteten und deshalb ein Reibmoment erzeugenden Axiallagers relativ hoch, so dass in dem Axiallager ein unerwünscht hohes Reibmoment erzeugt wird, welches den Wirkungsgrad eines ein solches Exzentergetriebe beinhaltenden Antriebsstranges herabsetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerungsanordnung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie weniger Reibungsverluste aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass das Axiallager in Axialrichtung der Exzenterwelle gesehen im Bereich des Exzenterzapfens zwischen dem Körper und dem Gehäuse oder einem gehäusefesten Bauteil angeordnet ist. Wein in diesem Fall das Axiallager im Bereich des einen geringeren Durchmes- ser als der Grundkörper der Exzenterwelle aufweisenden Exzenterzapfens angeordnet ist, kann sein Durchmesser geringer als beim Stand der Technik dimensioniert werden. Infolgedessen ergibt sich ein geringerer wirksamer Hebelarm für das im Axiallager wirkende Reibmoment, weshalb dieses geringer ausfällt als beim eingangs zitierten Stand der Technik. Dies resultiert in einem vor- teilhaft hohen Wirkungsgrad der Lagerungsanordnung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Die Lagerungsanordnung ist wie bei Stand der Technik vorzugsweise in einer Bremszangeneinrichtung einer Schienenfahrzeugbremse vorgesehen, welche wenigstens zwei an voneinander weg weisenden Außenflächen des Gehäuses angeordnete, von je einem endseitigen Exzenterzapfen der Exzenterwelle exzentrisch getriebene Bremszangenhebel beinhaltet.

Besonders bevorzugt ist das Axiallager unmittelbar oder direkt zwischen dem Körper und dem Gehäuse oder dem gehäusefesten Bauteil angeordnet. Dann führt der axiale Kraftfluss von dem Körper direkt in das Axiallager und von dort in das Gehäuse oder das gehäusefeste Bauteil führt. Deshalb ergibt sich ein kurzer, direkter Kraftfluss zwischen dem Körper und dem Gehäuse, ohne Zwischenschaltung der Exzenterwelle, was weniger nachgiebige Trennfugen und deshalb in einer vorteilhaft steifen Kraftübertragung resultiert. Bei einer Bremszangeneinheit führt dies zu definiert ausgebildeten Druck- und Bremspunkten der Bremse.

Besonders bevorzugt ist das Axiallager ein Gleitlager und beinhaltet eine Gleitlagerscheibe, wobei die Gleitlagerscheibe mit dem Körper wenigstens drehfest verbunden ist. Dann findet wegen der Exzentrizität des Exzenterzapfens in Bezug auf den Grundkörper der Exzenterwelle zwischen der Gleitlagerscheibe und dem Gehäuse oder dem gehäusefesten Körper eine aus einer Rotation und einer Translation zusammengesetzte Bewegung statt.

Besonders bevorzugt ist die Gleitlagerscheibe aus einem schwingungsdämp- fenden Gleitlagerwerkstoff gefertigt. Wenn die Gleitlagerscheibe aus einem schwingungsdämpfenden Gleitlagerwerkstoff, beispielsweise aus Polyamid oder Lagerbronze gefertigt ist, werden die Schwingungen, welchen die Brems- zangenhebel im ungebremsten und daher unverspannten Zustand ausgesetzt sind, vorteilhaft gedämpft und eine übertragung des Körperschalls von den Bremszangenhebeln auf das Gehäuse weitgehend verhindert. Dies bewirkt wiederum auch eine Reduzierung des Geräuschpegels.

Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.

Zeichnungen

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig.1 eine perspektivische Darstellung einer Bremszangeneinrichtung mit Dichtungsanordnungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.2 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der Dichtungsanordnungen von Fig.1 ;

Fig.3 eine Querschnittsdarstellung einer Dichtungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Bremszangeneinrichtung 2 einer Schienenfahrzeugbremse dargestellt, welche mit einer nicht gezeigten Bremsscheibe zusammenwirkt. Die Bremszangeneinrichtung 2 ist in Fig. 1 in Gebrauchslage gezeigt, d.h., dass oben dargestellte Bauelemente auch oben eingebaut sind.

Die Bremszangeneinrichtung 2 wird durch einen hier nicht näher beschriebenen Aktuator 3 betätigt und wirkt auf eine Exzenterwelle 4 mit endseitigen Exzenter- zapfen, einem oberen Exzenterzapfen 6 und einem unteren Exzenterzapfen 8, welche aus Gehäusebohrungen 10, 12 eines Gehäuses 14 der Bremszangeneinrichtung 2 herausragend in je einem Bremszangenhebel, einem oberen Bremszangenhebel 16 und einem unteren Bremszangenhebel 18 rotatorisch gelagert sind. In der in Fig.1 gezeigten Gebrauchslage ist die Bremszangenein- richtung 2 im wesentlichen horizontal angeordnet, so dass in Schwerkraftrichtung gesehen der obere Bremszangenhebel 16 auf einem höheren Niveau als der untere Bremszangenhebel 18 angeordnet ist.

Durch Drehung der Exzenterwelle 4 werden die Bremszangenhebel 16, 18 in Richtung auf die Bremsscheibe zu bewegt, wodurch an den Bremszangenhe- beln 16, 18 angeordnete Bremsbelaghalter 22, 24 mit Bremsbelägen mit dieser in Reibkontakt treten. Die von den Bremsbelaghaltern 22, 24 weg weisenden Enden der Bremszangenhebel 16, 18 sind an den Enden eines Druckstangenstellers 21 um zur z-Achse parallele Schwenkachsen 20 drehgelagert, der zur Verschleißnachstellung in seiner Länge einstellbar ist. Bei einer Verlange-

rung des Druckstangenstellers 21 in y-Richtung entfernen sich die Enden der Bremszangenhebel 16, 18 voneinander, wodurch sich diese um die Exzenterzapfen 6, 8 der Exzenterwelle 4 verdrehen, um den Abstand der Belaghalter 22, 24 voneinander zu verkürzen. Wie im besten in Fig.2 zu sehen ist, weist der untere Bremszangenhebel 18, welcher hier stellvertretend für den oberen Bremszangenhebel 16 beschrieben wird, eine endseitige Sacklochbohrung 26 auf, in welche eine Hülse 28 eingesetzt ist, deren radial innere Umfangsfläche eine Lagerschale eines äußeren Radialnadellagers 30 bildet, mit welchem der Exzenterzapfen 8 gegenüber dem Bremszangenhebel 18 drehbar gelagert ist. Hierzu ist der Exzenterzapfen 8 von einer Hülse 32 umgeben, welche die andere Lagerschale des äußeren Radialnadellagers 30 bildet. Andererseits ist ein Mittelabschnitt 34 der Exzenterwelle 4 mittels zweier innerer Radialnadellager 36 gegenüber dem Gehäuse 14 drehgelagert. Diese Lagerungen kann der Fachmann den Erfordernissen entspre- chend anpassen, sie können beispielsweise auch durch Gleitlagerungen gebildet werden.

Auch bei nicht betätigter Bremse führen die Zangenhebel 16, 18 Drehbewegungen relativ zu den Exzenterzapfen 6, 8 aus, weil bei Schienenfahrzeugen mit Scheibenbremsen beispielsweise im Rahmen des sog. Sinuslaufs Achs- querbewegungen stattfinden, welche die mit den Achsen gekoppelten Bremsscheiben ebenfalls Querbewegungen ausführen lassen. Wenn die Bremsscheibe an dem zugeordneten Bremsbelag zur Anlage kommt und dadurch den Bremszangenhebel 16, 18 auslenkt, führt Letzterer eine Drehbewegung um den in diesem Betriebszustand frei laufenden Exzenterzapfen 6, 8 aus. Bei betätigter Bremse, d.h. bei rotatorischem Antrieb der Exzenterwelle 4 erfährt die Mittelachse 38 des Exzenterzapfens 8 sowohl eine translatorische Bewegung in Richtung der X-Achse und der Y-Achse als auch eine Rotation um die Mittelachse 40 der Exzenterwelle, welche parallel zur z-Achse oder zur Vertikalen ist. Dieser exzentrischen Bewegungsbahn kann der an der über das äußere Radialnadellager 30 gelagerte Bremszangenhebel 18 folgen, um eine

Zuspann- oder Lösebewegung der Bremsbelaghalter 22, 24 gegenüber der Bremsscheibe hervorzurufen. Eine genaue Beschreibung eines solchen exzentrischen Antriebs ist in der eingangs genannten DE 10 2005 049 058 A1 enthalten, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen werden soll.

Auf die Stirnfläche 42 der Gehäusebohrung 12 ist ein Flansch 44 mit einer an einer Flanschschulter 46 ausgebildeten Sitzfläche 48 aufgesetzt, der mit einem Zentrierkragen 50 in die Gehäusebohrung 12 hineinragt und dort vorzugsweise durch Presssitz gehalten wird. Der Flansch 44 bildet somit ein gehäusefestes Bauteil. Die radial äußere Umfangsfläche des Flansches 44 ist mit einer nach radial innen ragenden Ausnehmung 52 versehen. Weiterhin bildet eine vom Gehäuse 14 weg weisende Stirnfläche 54 des Flansches 44 eine Gleitlagerfläche für eine Axiallagerscheibe 56.

Die Axiallagerscheibe 56 besteht vorzugsweise aus einem schwingungsdämp- fenden Gleitlagerwerkstoff mit niedrigem E-Modul, beispielsweise aus Polyamid oder Lagerbronze. Dadurch werden die Schwingungen, welchen die Bemszan- genhebel 16, 18 im ungebremsten und daher unverspannten Zustand ausgesetzt sind, vorteilhaft gedämpft. Dies bewirkt wiederum auch eine Reduzierung des Geräuschpegels.

Die Axiallagerscheibe 56 ist bevorzugt an der zum Gehäuse 14 weisenden Stirnfläche 58 des Bremszangenhebels 18 befestigt, vorzugsweise durch eine in der Querschnittsdarstellung von Fig.2 nicht gezeigte Verschraubung. Die bremszangenhebelfeste Axiallagerscheibe 56 bildet zusammen mit der zugeordneten Gleitlagerfläche, welche hier durch die vom Gehäuse 14 weg weisende Stirnfläche 54 des gehäusefesten Flansches 44 gebildet wird, eine Axial- gleitlagerung für den Bremszangenhebel 18 relativ zum Gehäuse 14.

Wie anhand von Fig.1 leicht vorstellbar ist, treten Axial- oder Querkräfte, d.h. in Bezug zur Mittelachse 40 der Exzenterwelle 4 oder in z-Richtung gerichtete Kräfte auf, wenn bei zugespannter Bremse die Bremsbeläge an die Bremsscheibe angelegt werden und dadurch Reibungskräfte entstehen, welche die

am Druckstangensteller 21 endseitig gelagerten Bremszangenhebel 16, 18 senkrecht zu ihrer Längserstreckung in Form von Biegung belasten. Diese Biegebelastung ruft Quer- oder Axialkräfte hervor, die im vorliegenden Fall über die Axiallagerscheibe 56 am Gehäuse 14 abgestützt werden.

Wesentlich ist, dass der Kraftfluss der Quer- oder Axialkräfte in z-Richtung von den Bremszangenhebeln 16, 18 direkt in die zugeordneten Axiallagerscheiben 56 und von dort in die gehäusefesten Flansche 44 und schließlich in das Gehäuse 14 führt, ohne dass die Exzenterwelle 4 oder die Exzenterzapfen 6, 8 in diesen Kraftfluss einbezogen werden. Hingegen werden die auf die Bremszan- genhebel 16, 18 wirkenden, aus ihrer Zuspannbewegung herrührenden und in der x-y-Ebene wirkenden Querkräfte über die äußeren Radialnadellager 30 an der Exzenterwelle 4 abgestützt, welche wiederum über die inneren Radiainadel- lager 36 am Gehäuse 14 abgestützt ist.

Da sich die Bremszangeneinrichtung 2 am Schienenfahrzeug in einem Schmutz- und Spritzwasser ausgesetzten Bereich befindet, muss die Exzenterwelle 4 bzw. deren endseitige Exzenterzapfen 6, 8 gegenüber dem Gehäuse 14 abgedichtet werden.

Fig.2 zeigt eine obere Dichtungsanordnung 60 und eine untere Dichtungsanordnung 62 der Bremszangeneinrichtung 2 im Detail. Stellvertretend für die obere Dichtungsanordnung 60 wird im folgenden der Aufbau der demgegenüber identischen unteren Dichtungsanordnung 62 beschrieben.

Die untere Dichtungsanordnung 62 umfasst wenigstens eine hermetische Dichtung, welche durch wenigstens einen einerseits am Gehäuse 14 und andererseits an dem unteren Bremszangenhebel 18 gehaltenen, wenigstens teilweise elastischen Faltenbalg 64 gebildet wird. Der Faltenbalg 64 ist dabei derart ausgeführt ist, dass er den aus dem exzentrischen Antrieb resultierenden Radialbewegungen des Exzenterzapfens 8 relativ zum Gehäuse 14 in einer zur Mittelachse 40 der Exzenterwelle 4 senkrechten Ebene x-y folgen kann, wobei die Falten des Faltenbalgs 64 diese Bewegungen ausgleichen.

Vorzugsweise ist der Faltenbalg 64 wenigstens teilweise aus Gummi gefertigt, bevorzugt vollständig aus einem NBR-Kautschuk (Acrylnitril-Butadien- Kautschuk), wobei die Enden 66, 68 des Faltenbalgs 64 form- und/oder reibschlüssig mit dem Gehäuse 14 und dem Bremszangenhebel 18 verbunden sind.

Der Faltenbalg 64 umschließt den Flansch 44 radial und hat in Richtung der Mittelachse 40 der Exzenterwelle 4 gesehen (z-Richtung) ungefähr dessen Längserstreckung. Wenigstens einige der Falten des Faltenbalgs 64 ragen in die radiale Ausnehmung 52 des Flansches 44 hinein, welcher mit dem Gehäu- se 14 verbunden ist.

Besonders bevorzugt ist das dem Bremszangenhebel 18 zugeordnete Ende 66 des Faltenbalgs 64 mit einem demgegenüber steifen Ring 70 vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, welcher an dem Bremszangenhebel 18 vorzugsweise formschlüssig gehalten ist. Dieser Stoffschluss wird beispielsweise dadurch herbeigeführt, dass der Ring 70 wenigstens teilweise in den Faltenbalg 64 einvulkanisiert wird. Dieser Ring 70 ist wie die Axiallagerscheibe 56 bevorzugt an der zum Gehäuse 14 weisenden Stirnfläche 58 des Bremszangenhebels 18 durch wenigstens eine Schraube 72 befestigt. Weiterhin umschließt der Ring 70 die Axiallagerscheibe 56.

Andererseits wird das dem Gehäuse 14 zugeordnete Ende 68 des Faltenbalgs 64 zwischen der Sitzfläche 48 des Flansches 44 und der zum Bremszangenhebel 18 weisenden Stirnfläche 42 des Gehäuses 14 durch Kraftschluss und/oder Formschluss geklemmt, wozu das Ende 68 eine Querschnittsvergrößerung 74 aufweisen kann, die in einer entsprechenden Ringausnehmung in der Sitzflä- che 48 des Flansches 44 aufgenommen ist.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig.3 sind die gegenüber dem vorhergehenden Beispiel gleich bleibenden und gleich wirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterscheid zu diesem ist das dem Flansch 44 oder dem Gehäuse 14 zugeordnete Ende 68 des Faltenbalgs

64 zwischen einer von der Sitzfläche 48 weg weisenden Stirnfläche 75 des Flansches 44 und einem separaten Klemmring 76 vorzugsweise formschlüssig geklemmt, der beispielsweise mit dem Flansch 44 verschraubt ist. Weiterhin hat der mit dem anderen Ende 66 des Faltenbalgs 64 vulkanisierte Ring 70 mit L-förmigem Querschnitt einen Schenkel 78, welcher durch die an die Stirnfläche 58 des Bremszangenhebels 18 durch Schrauben 80 geschraubte Axiallagerscheibe 56 übergriffen und dadurch festgeklemmt ist. Ansonsten sind die Dichtungsanordnungen 60, 62 sowie die Lagerung der Exzenterwelle 4 und der Bremszangenhebel 16, 18 identisch wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ausgeführt.

Die Anwendung der Dichtungsanordnungen 60, 62 ist nicht auf Bremszangeneinrichtungen 2 beschränkt. Vielmehr können solche Dichtungsanordnungen 60, 62 allgemein zwischen jedem eine Exzenterwelle 4 lagernden Gehäuse 14 und einem aus dem Gehäuse 14 ragenden endseitigen Exzenterzapfen 6, 8 der Exzenterwelle 4 verwendet werden.

Bezugszeichenliste

2 Bremszangeneinrichtung

4 Exzenterwelle

6 Exzenterzapfen 8 Exzenterzapfen

10 Gehäusebohrung

12 Gehäusebohrung

14 Gehäuse

16 Bremszangenhebel 18 Bremszangenhebel

20 Schwenkachse

21 Druckstangensteller

22 Bremsbelaghalter 24 Bremsbelaghalter 26 Sacklochbohrung

28 Hülse

30 Radialnadellager

32 Hülse

34 Mittelabschnitt 36 Radialnadellager

38 Mittelachse

40 Mittelachse

42 Stirnfläche

44 Flansch

46 Flanschschulter

48 Sitzfläche

50 Zentrierkragen

52 Ausnehmung 54 Stirnfläche

56 Axiallagerscheibe

58 Stirnfläche

60 obere Dichtungsanordnung

62 untere Dichtungsanordnung 64 Faltenbalg

66 Ende

68 Ende

70 Ring

72 Schraube 74 Querschnittsvergrößerung

75 Stirnfläche

76 Klemmring 78 Schenkel 80 Schraube