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Patent Searching and Data


Title:
MULTI-DISK BRAKE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/121756
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a multi-disk brake, in particular for a road vehicle, provided with parallel disks which are arranged at a distance from each other and which are rotationally stable and between which a rotatable disk brake is positioned. The radially extending disks and the brake disks can be pressed against one another during breaking, by means of a brake application device, while overcoming a clearance and once the break is released, the disks are separated from each other thus forming a clearance, such that for transferring the feed motion during braking, a transmission gearing (1) is connected in a movement-dependent manner to a pivotable brake lever (2) of the brake application device and is also actively connected to the disks.

Inventors:
BAUMGARTNER JOHANN (DE)
PERICEVIC ALEKSANDAR (DE)
Application Number:
EP2010/002341
Publication Date:
October 28, 2010
Filing Date:
April 16, 2010
Export Citation:
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Assignee:
KNORR BREMSE SYSTEME (DE)
BAUMGARTNER JOHANN (DE)
PERICEVIC ALEKSANDAR (DE)
International Classes:
F16D65/14; F16D55/38
Domestic Patent References:
WO2001020188A12001-03-22
WO2003052286A12003-06-26
Foreign References:
DE20018338U12001-02-15
DE102008005434A12009-07-30
Attorney, Agent or Firm:
MATTUSCH, Gundula (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Mehrscheibenbremse, insbesondere für ein Straßenfahrzeug, mit parallel und abständig zueinander angeordneten, verdrehfesten Lamellen, zwischen denen jeweils eine drehbare Bremsscheibe positioniert ist, wobei bei einer Bremsung mittels einer Zuspanneinrichtung die sich radial erstreckenden Lamellen und Bremsscheiben unter Überwindung eines Lüftspiels gegeneinander pressbar und nach einem Lösen der Bremse unter Bildung des Lüftspiels voneinander trennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Zustellbe- wegung bei einer Bremsung ein Übersetzungsgetriebe (1) vorgesehen ist, das einerseits bewegungsabhängig an einem schwenkbaren Bremshebel (2) der Zuspanneinrichtung angeschlossen ist und andererseits mit den Lamellen in Wirkverbindung steht.

2. Mehrscheibenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

Übersetzungsgetriebe (1) eine Abtriebswelle (4) aufweist, an der ein Außenring (3) gelagert ist, an dem der Bremshebel (2) befestigt ist.

3. Mehrscheibenbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenring (3) und der Abtriebswelle (4) eine Freilauf-

Bremseneinrichtung (9) angeordnet ist.

4. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (1) als Planetengetriebe aus- gebildet ist.

5. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (1) konzentrisch angeordnete Planetenräder (5) aufweist, die an dem Außenring drehbar gelagert sind und die mit einem zentralen Sonnenrad (7), das mit der Abtriebswelle (4) verbunden ist, in Eingriff stehen.

6. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (5) mit der Innenverzahnung eines Hohlrades (6) kämmen.

7. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (6) drehmomentabhängig durch eine Halteeinrichtung gehalten ist.

8. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (4) auf ihrer dem Übersetzungsgetriebe (1) abgewandten Seite mit einem Ritzel (10) versehen ist, das in ein Zahnrad eingreift, mit dem ein Rampenring gegen eine zugeordnete Lamelle drückbar ist.

9. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilauf-Bremseneinrichtung (9) einen Freilaufkäfig (12) aufweist, in dem Wälzkörper (13) gehalten sind und der nach einer Verdrehung um einen bestimmten Schwenkwinkel an einen Anschlag (11) des Außenringes (3) anlegbar ist.

10. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft der Halteeinrichtung bei Verschwenken des Bremshebels (2) in Zuspannrichtung größer ist als in Entspannungsrichtung.

11. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung als einsinnig selbstverstärkend ausgebildet ist.

12. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung als Haltebremse (8) ausgebildet ist.

13. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebremse (8) als federbelastete Bandbremse, Duo- oder Servo-Trommelbremse oder als mit Verstärkungsrampen ausgestattete Scheibenbremse ausgebildet ist.

14. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung im Sinne einer Kugelrampenkupplung ausgebildet ist, mit zwei relativ zueinander verdrehbaren Rampenscheiben (14, 16), von denen mindestens eine mit Rampen (17) versehen ist, in de- nen Kugeln abrollbar positioniert sind, die sich andererseits an der anderen

Rampenscheibe (14, 16) abstützen.

15. Mehrscheibenbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Rampen (17) mit deren zu- nehmender Länge verringert ist.

Description:
Mehrscheibenbremse

Die Erfindung betrifft eine Mehrscheibenbremse, insbesondere für ein Straßenfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine nass laufende Mehrscheibenbremse für ein Straßenfahrzeug ist in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 005 434 beschrieben. Darin wird vorgeschlagen, das bei freier Fahrt entstehende Verlustmoment dieser Mehrscheibenbremse dadurch zu mindern, dass ein übergroßes Lüftspiel eingestellt wird, das bei einer be- vorstehenden Bremsung bereits vor Beginn der eigentlichen Bremsbetätigung wieder auf ein normales Maß zurückgeführt wird.

Hierzu wird eine Bremsensteuerung benötigt, die dem Bremsvorgang vorauseilende Ereignisse, wie z.B. das Zurücknehmen des Gaspedals, erfasst und daraufhin die Verringerung des Lüftspiels einleitet.

Dieses Verfahren ist besonders für elektOmechanisch betätigte Bremsen geeignet, da der elektromotorische Antrieb positionsgesteuert betrieben wird und damit ein exaktes Einstellen des Lüftspiels in beiden Zuständen möglich ist. Mit einer ent- sprechenden Anpassung der einzustellenden Position ist gleichzeitig auch eine

Verschleißnachstellung möglich, so dass keine weitere Vergrößerung des Lüftspiels eintritt.

Bei einer pneumatisch betätigten Bremse, die mittels eines mit Druckluft beauf- schlagten Bremszylinders betätigt wird, ist eine exakte Einstellung des vergrößerten Lüftspiels sehr schwierig. Ein konstantes Lüftspiel kann zwar mit einem üblichen Gestängesteller auch bei auftretendem Verschleiß eingehalten werden, eine situationsabhängige Einstellung von unterschiedlichen Lüftspielen, insbesondere mit mechanischen Mitteln ist nicht möglich. Vor allem bei einer nass laufenden Mehrscheibenbremse ist eine verschleißunabhängige Vergrößerung des Lüftspiels sinnvoll, da die hohe Viskosität des zwischen den Reibflächen der Lamellen und der Bremsscheiben, also des im Lüftspalt befindlichen Öls auch bei gelöster Bremse Reibungsverluste aufgrund der inneren Reibung des Öls bewirkt, die zu einem ständig erhöhten Bremswiderstand mit einem entsprechend erhöhten Energieverbrauch beim Betrieb des Fahrzeuges führen.

Diese Reibungsverluste bilden ein dauerhaft vorhandenes und zu überwindendes Restmoment, das insbesondere abhängig ist vom Maß des Lüftspiels.

Zwar ist schon versucht worden, dieses Lüftspiel zu vergrößern, um so ein Abfließen des Öls aus dem Luftspalt zu ermöglichen, jedoch sind die vorgeschlagenen Lüftspiel-Maße für schneller fahrende Straßenfahrzeuge inakzeptabel.

Im Übrigen sind nass laufende Mehrscheibenbremsen zwar auch verschleißbehaftet, dieser Verschleiß wächst jedoch nur in etwa bis zum Betrag des vergrößerten Lüftspiels an. D.h. bei etwa 0,4 mm gewolltem vergrößertem Lüftspiel pro Reibkontakt bei freier Fahrt muss mit weiteren 0,4 mm Lüftspaltvergrößerung pro Reibkontakt durch Verschleiß gerechnet werden, wenn dieser Verschleiß nicht nachgestellt wird. Bei einem Verzicht auf eine Verschleißnachstellung gilt es im

Fall einer Bremsung dieses vergrößerte Lüftspiel in kürzester Zeit zu überwinden, wenn nicht ein verzögertes Ansprechen der Bremse in Kauf genommen werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrscheibenbremse der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln einerseits eine ausreichende Vergrößerung des Lüftspiels bei freier Fahrt zur Vermeidung von ungewollter Restbremswirkung erreicht wird und andererseits keine verlängerte Ansprechzeit bei einer Bremsung in Kauf genommen werden muss.

Diese Aufgabe wird durch eine Mehrscheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das erfϊndungsgemäß zwischen den Lamellen und dem Bremshebel angeordnete Übersetzungsgetriebe, das bei einer Bremsung, also bei Betätigung des Bremshebels, abtriebsseitig an einen Rampenring bzw. an ein damit verbundenes Zahnrad angreift, wird die Drehgeschwindigkeit des Rampenrings um einen be- stimmten Faktor, vorzugsweise ca. 5, übersetzt, so dass ein schnelles Durchfahren des Lüftspieles gegeben ist.

Dabei ist in das Übersetzungsgetriebe im Angriffsbereich des Bremshebels eine Freilauf-Bremseneinrichtung integriert, der das Übersetzungsgetriebe außer Ein- griff bringt, sobald an der Bremse eine Spannkraft wirksam wird. In diesem Moment wird die über den Bremshebel eingebrachte Betätigungskraft direkt auf ein Ritzel übertragen, das mit dem genannten Zahnrad des Rampenringes kämmt.

Durch die Erfindung ist es möglich, auch ein sehr großes Lüftspiel mit nur einem geringen Anteil am Gesamtschwenkhub des Bremshebels bzw. einem geringen

Hub eines am Bremshebel angreifenden Bremszylinders und damit in sehr kurzer Zeit zu überwinden.

Bevorzugt ist das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, dessen Planetenräder in einem Außenring gelagert sind, in dem axial eine Abtriebswelle geführt ist, an deren einem Ende das in die Planetenräder eingreifende Sonnenrad verdrehsicher gehalten ist, während die Planetenräder andererseits in die Innenverzahnung eines gebremsten Hohlrades eingreifen.

Die Wirkung des Übersetzungsgetriebes wird an dem folgenden Beispiel veranschaulicht:

Anzahl der Bremsscheiben: 3

Anzahl der Reibkontakte: 6 Lüftspiel pro Reibkontakt: 0,4 mm

Gesamtlüftspiel: 2,4 mm

Übertragungskonstante des Rampenringes: 4,37° pro mm (d.h., der Rampenring muss um 4,37° verdreht werden, um ein Lüftspiel von 1 mm zu überwinden) Übersetzung von Zahnrad/Rampenring auf Abtriebswelle: 6,5.

Für das gegebene Gesamtlüftspiel ergibt sich ein erforderlicher Verdrehwinkel des Rampenringes von 10,48° und 68,1° der Abtriebswelle. Mit einer Untersetzungs- stufe zwischen Bremshebel und Abtriebswelle von 5 : 1 ist eine Verdrehung des

Bremshebels von 13,6° notwendig. Ohne den Einsatz des Übersetzungsgetriebes wären die zuvor berechneten 68,1° Verschwenkwinkel für den Bremshebel erforderlich.

Die Funktionsweise der neuen Mehrscheibenbremse wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Dabei zeigen:

Figur 1 einen Teilausschnitt einer Mehrscheibenbremse in einer geschnittenen Seitenansicht

Figur 2 eine Einzelheit der Mehrscheibenbremse in einer schematischen Vorderansicht

Figur 3 eine weitere Einzelheit der Mehrscheibenbremse in einer Explosionsdarstellung

Figur 4 die Einzelheit nach Figur 3 in einem Längsschnitt

Figur 5 ein Einzelteil der Einzelheit nach Figur 4 in unterschiedlichen Ansichten.

In der Figur 1 ist in einem Teilausschnitt ein Übersetzungsgetriebe 1 zur Übertra- gung von Zuspannkräften in einer Mehrscheibenbremse dargestellt, die parallel und abständig zueinander angeordnete, verdrehfeste Lamellen aufweist, zwischen denen jeweils eine drehbare Bremsscheibe positioniert ist. Das Übersetzungsgetriebe 1 ist als Planetengetriebe ausgebildet und weist einen Außenring 3 auf, an dem ein Bremshebel 2 starr befestigt ist.

In dem Außenring 3 sind konzentrisch Planetenräder 5 drehbar gelagert, die in ein zentrisches Sonnenrad 7 eingreifen, das verdrehfest mit einer Abtriebswelle 4 verbunden ist.

Andererseits kämmen die Planetenräder 5 die Innenverzahnung eines Hohlrades 6, das mittels Halteeinrichtung in Form einer Haltebremse 8 innerhalb eines bestimm- ten Drehmomentbereichs verdrehsicher gehalten wird.

Gegenüberliegend ist an der Abtriebswelle 4 ein Ritzel 10 angeordnet, das mit einem nicht dargestellten Zahnrad eines Rampenringes in Eingriff steht, über den die Lamellen gegen die Bremsscheiben pressbar sind.

Der Außenring 3 ist über eine Freilauf-Bremseneinrichtung 9 auf der Abtriebs welle 4 verschwenkbar gelagert, wobei die Freilauf-Bremseneinrichtung 9, entsprechend der Figur 2 eine Vielzahl von Wälzkörpern 13 aufweist, die in einem Wälzkörperkäfig 12 gehalten sind.

Bei einer Betätigung des Bremshebels 2 wird der Außenring 3 verdreht, wobei die Drehbewegung über das Übersetzungsgetriebe 1 auf die Abtriebs welle 4 übertragen wird.

Dabei werden die Planetenräder 5 vom Außenring 3 angetrieben und durch Eingriff in das Sonnenrad 7 die Abtriebswelle entsprechend gedreht. Das Übersetzungsgetriebe 1 weist eine Übersetzung auf, durch die die Abtriebswelle 4 schneller verdreht wird als der Außenring 3 und zwar in die nicht sperrende Richtung der Freilauf-Bremseneinrichtung 9, quasi unter dem Außenring 3 hindurch.

Wie erwähnt, betätigt die Abtriebswelle 4 über das Ritzel 10 den Rampenring, wodurch ein ebenfalls nicht dargestellter Betätigungsring gegen eine erste, verdrehfest gehaltene Lamelle gedrückt wird, die durch Verschieben das Lüftspiel an allen Reibkontaktflächen überwindet. Im Lüftspielbereich ist als Gegenkraft lediglich die Kraft von Rückstellfedern zu überwinden, die zwischen den einzelnen Lamellen angeordnet sind.

Sobald alle Reibflächen der Lamellen in Kontakt mit den zugeordneten Bremsscheiben gebracht sind, beginnt der Spannkraftaufbau.

Nun steigt auch das zu übertragende Abtriebsdrehmoment so stark an, dass die am Hohlrad 6 wirkende, definiert begrenzte Haltekraft der Haltebremse 8 überwunden wird und das Hohlrad durchrutscht.

In dieser Stellung greift die Freilauf-Bremseneinrichtung 9, mit der Folge, dass die Abtriebswelle unmittelbar vom Bremshebel 2 über den Außenring 3 durch die Klemmwirkung der Freilauf-Bremseneinrichtung 9 zur weiteren Erhöhung der Spannkraft angetrieben wird.

Bei einem Zurücknehmen des Betätigungsdrucks in einem auf den Bremshebel 2 wirkenden Bremszylinder werden die Lamellen entspannt und der Bremshebel 2 durch die Abtriebswelle 4 zurückbewegt.

Die Übertragung der Rückstellbewegung auf den Bremshebel 2 erfolgt dabei direkt, da die Freilauf-Bremseneinrichtung 9 bei dieser Rückwärtsbewegung in seiner Klemmrichtung wirkt.

Bei Erreichen eines spannkraftfreien Zustands wirkt noch die Kraft der Rückstellfeder der Lamellen, die den Bremshebel 2 weiter zurück verschwenkt.

Da das Übersetzungsgetriebe 1 in dieser Position nicht aktiviert ist, würde bei Erreichen der Ausgangsposition des Bremshebels 2 nur ein sehr geringes Lüftspiel eingestellt oder, bei starkem Verschleiß, die Bremse nicht vollständig gelöst.

Es ist deshalb erforderlich, das Übersetzungsgetriebe 1 durch Aufhebung der Klemmwirkung der Freilauf-Bremseneinrichtung 9 zu aktivieren. Dies erfolgt dadurch, dass kurz vor Erreichen der Ausgangsstellung des Bremshebels 2 der die Wälzkörper 13 der Freilauf-Bremseneinrichtung 9 fuhrende Käfig 12 durch einen Anschlag 11 an einer weiteren Drehung gehindert wird und dabei die Wälzkörper 13 aus ihrer Klemmposition abwärts von Rampen 17 herausbewegt werden.

In dieser Position ist keine direkte Kraftübertragung von der Abtriebswelle 4 auf den Außenring 3 gegeben, so dass die Drehbewegung der Abtriebswelle über das Übersetzungsgetriebe 1 übertragen und der Bremshebel 2 vollständig in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird.

Je nach Verschleißzustand der Reibflächen der Lamellen bzw. der Bremsscheiben, hat der Rampenring noch nicht seine Ausgangsposition erreicht. Hierzu muss das am Hohlrad 6 wirkende Reaktions-Drehmoment groß genug sein, um das Hohlrad 6 gegen die wirkende Haltekraft der Haltebremse 8 zu verdrehen.

Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass die Bremskraft der Haltebremse 8 in

Rückwärtsdrehrichtung geringer ist als in Vorwärtsdrehrichtung. Dies wird dadurch erreicht, dass die Haltebremse 8 einsinnig selbstverstärkend ausgelegt ist, beispielsweise in Form einer federbelasteten Bandbremse, einer Duo- oder Servo- Trommelbremse oder einer mit Verstärkungsrampen ausgestatteten Scheibenbrem- se. Mit der in diesem Sinne ausgebildeten Haltebremse 8 wird nun die in Rückstell-

Drehrichtung am Hohlrad 6 wirkende geringere Haltekraft problemlos überwunden und der Rampenring durch die Kraft der Rückstellfeder vollständig in seine Ausgangsstellung zurückbewegt.

Statt als Haltebremse 8 kann die Halteeinrichtung im Sinne einer Kugelrampenkupplung ausgebildet sein, die im Gegensatz zu einer Reibbremse nahezu verschleißfrei fungiert.

Eine solche Halteeinrichtung ist in den Figuren 3 bis 5 dargestellt. Im Wesentli- chen besteht die Halteeinrichtung aus zwei Rampenscheiben 14, 16, zwischen denen Kugeln 15 gelagert sind, wobei an der Rampenscheibe 14 auf der den Kugeln 15 gegenüberliegenden Seite das Hohlrad 6 des Übersetzungsgetriebes 1 verdrehsicher gehalten ist. Bei einem Verschwenken des an den Außenring 3 angeschlossenen Bremshebels 2 (Figur 1) zum Zuspannen der Bremse, werden die Planetenräder 5 angetrieben. Das Hohlrad 6 stützt sich über die Kugeln 15 an der Rampenscheibe 16 ab, die axial über eine Druckfeder 18 vorgespannt und in einem nicht dargestellten Gehäuse verdrehfest, jedoch axial verschiebbar gehalten ist, so dass sich durch die Druckkraft der Feder und die Steigung von Rampen 17 (Figur 5) ein Grenzdrehmoment ergibt, das aufgebracht werden muss, um die Rampenscheibe 14 zusammen mit dem Hohlrad 6 zu verdrehen.

Nach einem Überschreiten dieses Drehmoments, d.h., nach Überwindung des Lüftspiels der Bremse, erfolgt der Abtrieb vom Bremshebel 2 direkt über die Freilaufbremseinrichtung 9. Dabei verdreht sich die Rampenscheibe 14 und die Kugeln 2 bewegen sich entlang der Rampen 17.

Diese Bewegung führt zu einer Axialbewegung der Rampenscheibe 16, wodurch die Druckfeder 18 weiter gespannt wird. Allerdings würde dies zu einer Erhöhung des Grenzdrehmoments führen.

Um dies zu verhindern, sind die Rampen 17 so ausgebildet, dass der Steigungswin- kel mit der Verdrehung der Kugeln 15 abnimmt. Dadurch wird gewährleistet, dass das Grenzdrehmoment nahezu konstant bleibt.

Die Länge der Rampen 17 wird durch die Steifigkeit der Bremsmechanik und damit dem Schwenkhub des Bremshebels 2 bestimmt, der erforderlich ist, um die Bremskraft aufzubauen.

Eine Rückstellung des Hohlrades 6 bei einem Lösen der Bremsen erfolgt selbsttätig über die vorgespannte Druckfeder 18. Bezugszeichenliste

1 Übersetzungsgetriebe

2 Bremshebel

3 Außenring

4 Abtriebswelle

5 Planetenräder

6 Hohlrad

7 Sonnenrad

8 Haltebremse

9 Freilauf-Bremseinrichtung

10 Ritzel

11 Anschlag

12 Wälzkörperkäfϊg

13 Wälzkörper

14 Rampenscheibe

15 Kugel

16 Rampenscheibe

17 Rampe

18 Druckfeder