DE7915980U1

DE7915980U1 - Bremsbetaetigungshebel fuer eine selbstzentrierende teilbelag-scheibenbremse

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Publication number: DE7915980U1
Application number: DE19797915980
Authority: DE
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-06-01
Publication date: 1981-02-19
Also published as: FR2427513A1; DE2922472A1

Description

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. EBremsbetätigungshebel für eine selbstzentrierende Teilbelag-Scheibenbremse

Die Neuerung bezieht sich auf einen Bremsbetätigungshebel für eine selbstzentrierende Teilbelag-Scheibenbremse mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Bremsbetätigungshebel ist aus der FR-PS 1 411 427 bekannt. Eine dort vorgesehene Stahlkugel wirkt lediglich mit einem Stößel von kleinem Stirnflächenquerschnitt zusammen.

Teilbelag-Scheibenbremsen werden im allgemeinen nicht sehr umfangreich als Not- oder Parkbremse verwendet, da die Schwierigkeit besteht, ausreichend Bremsdruck auf die Bremsbeläge anzulegen, wenn das Kraftfahrzeug steht. Bei in hoher Stückzahl gebauten Fahrzeugen sind Scheibenbremsen für das Abbremsen während der Fahrt an allen Rädern angeordnet, wohingegen als Not- oder Parkbremse üblicherweise eine Trommelbremse verwendet wird.

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Die fortschreitende Technologie bei handelsüblichen Scheibenbremsen macht es nunmehr möglich, Scheibenbremsen auch dort einzusetzen, wo bisher Trommelbremsen verwendet wurden.

Hierdurch ist es möglich, selbstzentrierende Teilbelag-Scheibenbremsen auch als Not- oder Parkbremse bei verhältnismäßig schweren Nutz- und Baufahrzeugen einzusetzen. Hierbei ist es ausreichend, lediglich eine Bremseinheit an der Fahrzeugabtriabswelle oder einer anderen angetriebenen Welle zu montieren.

Üblicherweise wird hierbei die von der Abtriebswelle angetriebene Bremsscheibe zangenartig von einem sich selbst zentrierenden Bremsgehäuse umfaßt und von einem schwenkbeweglich gelagerten Bremsbetätigungshebel abgebremst. Das Bremsgehäuse dient gleichzeitig als Träger für die Bremsbetätigungsvorrichtung .

Druckluft hält hierbei eine in der Bremsbetätigungsvorrichtung vorgesehene Druckfeder so lange im zusammengedrückten Zustand, bis die Druckluft entspannt wird. Die Bremsbetätigung erfolgt über die Federkraft der sich ausdehnenden Druckfeder.

Die Ausdehnung oder Entspannung einer zuvor zusammengepreßten Druckfeder wirkt sich mit zunehmender Bremsbetätigung in einem Nachlassen der Bremskraft aus, d.h. es wird am Ende der Bremsbetätigung, zu der möglichst viel Bremskraft zur Verfügung stehen soll, von der sich zunehmend entspannenden Druckfeder zu wenig Federkraft ausgeübt.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem druckluftbetriebenen Bremssystem für eine als Not- oder Parkbremse verwendete Scheibenbremse den Bremsbetätigungshebel so auszubilden, daß sich trotz abnehmender Federkraft der Breirisbetätigugsvorrichtung eine annähernd konstante Brems- oder Klemmkraft an der Bremsscheibe einstellt, die im übrigen unabhängig vom Abnutzungsgrad der Bremsbeläge sein soll. Die konstante Bremsoder Klemmkraft soll dabei während des gesamten Entspannungsweges der Druckfeder erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

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Durch die Anordnung einer kugelkalottenförmigen Kontaktfläche an dem kurzen Hebelarm und das Verlagern des Kontaktpunktes an der Stirnfläche des mit ihr zusammenwirkenden Bremskolbens wird mit zunehmender Bremsbetätigung der Abnahme der Federkraft durch eine Hebelkraftverstärku;. j entgegengewirkt.

In vorteilhafter Weise ist die Kontaktfläche als Stahlkugel ausgebildet, die in einer Aushöhlung des kurzen Hebelarms teilweise eingelassen ist.

Zwei in der Beschreibung näher erläuterte Ausführungsbeispiele der Scheibenbremse nach der Neuerung sind in den Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Scheibenbremse, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine Ansicht auf Bremsgehäuse und Bremsbetätigungshebel, teilweise im Schnitt;

Fig. 3 eine tei iweise geschnittene Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Kontaktfläche zwischen Betätigungshebel und Bremskolben in vergrößertem Maßstab und

Fig. 4 in einem Diagramm den vektoriellen Verlauf der Kräfte auf das Brems Scheibengestänge.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist die Scheibenbremsvorrichtung 10 auf einem in der Fig. 1 nicht wiedergegebenen Tragrahmen 12 befestigt, der an einem Teil des Fahrzeugs, beispielsweise am Achsgehäuse, angeordnet ist. Die Befestigung der Scheibenbremsvorrichtung am Tragrahmen 12 erfolgt in einer Nut 20, die nach oben durch Halteplatten 14 begrenzt ist, welche durch Schrauben 16 festgelegt sind. Auf diese Weise kann die Bremsvorrichtung 10 in einer solchen Lage gehalten werden, daB eine Bremsscheibe 22 oder ein sonstiger mit einer Antriebs- oder Abtriebswelle 24 verbundener Rotor zangenartig umgriffen werden kann.

Ein Bremsgehäuse 26 ist so angeordnet, daß es, wie Fig. 1 zeigt, zwei auf jeder Seite der Bremsscheibe 22 befestigte Reibbelagscheiben aufnimmt. Der untere Teil des Bremsgehäuses 26 läuft in einen verstärkten Teil 48 zur gelenkigen Aufnahme eines Hebelarms 74 und auf der gegenüberliegenden Seite in einen Teil 54 zur Aufnahme eines Einstellbolzens 50 aus. Der verstärkte Teil 48 weist an seinem unteren Ende der Verstärkungsrippen 60 und 62 ein Schwenkbolzenlager sowie eine Bohrung 32 zur Aufnahme eines Kolbens 30 auf, während das auf der anderen Seite der Bremsscheibe herunterhängende Teil 54 eine Gewindebohrung 52 enthält. Der Kolben 30 ist in der Bohrung 32 gleitbeweglich verschiebbar, um eine mit Reibbelagmaterial 36 verbundene Druckplatte 34, 40 gegen die Bremsscheibe 22 zu drücken. Die andere Seite der Bremsscheibe 22 steht während des Bremsens mit dem an einer weiteren Druckplatte 42, 44 befestigten Reibbleag 46 in Berührung. Auf dem einstellseitigen Teil 54 des Bremsgehäuses 26 läßt sich zur Grundeinstellung der Bremse der Einstellbolzen 50 innerhalb der Gewindebohrung 52 genau einjustieren und mittels einer Kontermutter 56 festlegen.

Die mit dem Bremsgehäuse 26 eine Einheit bildenden hochstehenden Verstärkungsrippen 60, 62 sind in ihrem unteren Teil mit miteinander fluchtenden Bohrungen 64 und 66 versehen, in die ein Zapfen 70 eingesteckt ist. Dieser Zapfen dient als Schwenkgelenk und als Azhse für den Bremsbetätigungshebel 72. Der Bremsbetätigungshebel 72 umfaßt einen langen Hebelarm 74 mit einer Bohrung 76 an dessen freiem Ende, sowie einen kurzen Hebelarm 80, der sich vom Zapfen 70 in die entgegengesetzte Richtung des langen Hebelarms erstreckt. Der lange Hebelarm 74 ist über ein Gestänge 82 mit einer Bremsbetätigungsvorrichtung 84 verbunden, die wiederum mittels Schrauben 86 an den oberen Enden der aufrechtstehenden Verstärkungsrippen des Bremsgehäuses 26 derart festgelegt ist, daß eine mit einem Gabelkopf 92 verbundene Schubstange 90 mit einem Gelenkbolzen 94 ausgerichtet ist, der die Verbindung zwischen dem langen Hebelarm 74 und der Bremsbetätigungsvorrichtung 84 herbeiführt. Die Bremsbetätigungsvorrichtung ist üblicher Bauart und ist druckluftbetrieben, so daß beim Zusammendrücken einer inneren Feder eine Betätigung der Scheibenbremse verhindert wird. Fällt die Druckluft aus, so wird diese Feder entspannt, was zur Folge hat, daß die Schubstange 90 herausgestoßen und die Bremse betätigt wird.

Die für die Neuerung wesentlichen Teile befinden sich im kurzen Hebelarm 80 für die mechanische Beaufschlagung des Kolbens 30 und damit für die Bremsbetätigung. Wie Fig. 1 zeigt, besitzt der kurze Hebelarm 80 eine Aushöhlung 96 zur formschlüssigen Aufnahme einer Stahlkugel oder eines ähnlich geformten kugelförmigen Kontaktelements 100. Die Aushöhlung hat eine dem Durchmesser der Stahlkugel angepaßte Abmessung und eine im Vergleich zum Durchmesser der Stahlkugel kleinere Tiefe, so daß die Stahlkugel etwas außerhalb der Aushöhlung nach außen vorsteht.

Der in Fig. 1 wiedergegebene Kontaktpunkt A zwischen Stahlkugel und benachbarter Kolbenfläche ist der Kontaktpunkt bei gelöster Bremse. Der auf der strichpunktierten Linie 102 liegende Kontaktpunkt B stellt sich bei betätigter Bremse ein. Diese beiden Lageides Kontaktpuriktes sind die Extremlagen. Die in gestrichelten Linien angedeutete Lage des langen Hebelarms 74 kann gleichgesetzt werden mit einer Lage, die sich bei starker Abnutzung der Reibbelagscheiben ergibt, die dann nachgestellt werden müßten. Der lange Hebelarm 74 des Bremsbetätigungshebels 2 kehrt immer in die mit durchgehenden Linien veranschaulichte Lage I zurück,, die dem gelösten Zustand der Bremse entspricht, in der jedoch die Stahlkugel 100 am Kontaktpunkt A den Kolben 30 noch nicht berührt. Dies hängt vom Abnutzungsgrad der Reibbelagscheiben 36 land 46 ab. Eine Berührung zwischen Stahlkugel und Kolben ist nicht notwendig, wenn die Bremse gelöst ist.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Bremsbetätigungsgestänges am Ende des kurzen Hebelarms des Betätigungshebels 72. Die Bohrung 32 nimmt in diesem Ausführungsbeispiel einen Kolben 104 auf. Zwischen diesem Kolben und der Stahlkugel 100 ist eine zusätzliche Druckplatte 106 vorgesehen, die mit einer glatten Oberfläche 110 versehen ist, welche gleitbar an der angrenzenden glatten Oberfläche 112 des Kolbens 104 verschoben werden kann, während die der Stahlkugel zugewandte Seite 114 der Druckplatte 106 mit einer konkaven Aushöhlung 116 zur Aufnahme der Stahlkugel versehen ist.

Die Bremsvorrichtung arbeitet wie folgt.

Der Vorteil der Verwendung einer Stahlkugel innerhalb des Bremsbetätigungshebels liegt in dem gleichförmigen Verlauf der erzeugten Klemmkraft

bei betätigter Bremse. Bei gelöster Bremse drückt die Druckluft in der Bremsbetätigungsvorrichtung 84 die darin vorgesehene Feder zusammen, so daß sich der lange Hebelarm 74 in der in Fig. 1 mit durchgehenden Linien veranschaulichten Lage befindet. Sobald die Druckluft entspannt wird, drängt die Feder in der Bremsbetätigungsvorrichtung 84 die Schubstange 90 nach außen, so daß der lange Hebelarm 74 in die in Fig. 1 gestrichelt wiedergegebene Lage II bewegt wird, (die gestrichelt wiedergegebene Lage II ist vergleichbar mit einer Extremstellung bei starker Abnutzung der Reibbelagscheiben. Nachstellung durch den Einstellbolzen 50 wäre in diesem Fall angebracht. Bei normalem Betrieb würde die Verschwenkung des langen Hebelarms 74 weniger ausmachen, als sie mit der Position II angegeben ist.) Bedingt durch die große Lange des langen Hebelarms 74 in bezug auf die Länge des kurzen Hebelarms 80 wird die Hebelkraft von der Gelenkstelle des Schwenkzapfens 94 bis zur Stahlkugel 100 verstärkt und über die Stahlkugel auf den Kolben 30 übertragen, wodurch eine Klemmkraft gegen die Bremsscheibe geschaffen wird, die auf ihrer entgegengesetzten Seite, auf der sich der Einstellbolzen 50 befindet, durch die Druckplatte 42 gehalten wird.

Wichtig für die Wirksamkeit der Bremsvorrichtung ist, daß die Stahlkugel 100 am kurzen Hebelarm 80 angeordnet ist und in bezug auf den Zapfen 70 eine solche Relativbewegung ausführt, daß bei Verschwenkung des langen Hebelarms 74 aus der Position I in die Position II der Kontaktweg der Stahlkugel am Kolben das Hebelkraftverhältnis ändert. Mit anderen Worten, es verkürzt sich bei Verstellung des langen Hebelarms in die Position II die wirksame Länge des kurzen Hebelarms, da bei dieser Schwenkbewegung der Kontaktpunkt zwischen Stahlkugel und Kolben nach oben wandert und der Abstand zwischen diesem Kontaktpunkt und der Achse des Zapfens 70 kleiner wird. Hierdurch wird aber die Hebelkraft zwischen dem langen Hebelarm und dem kurzen Hebelarm als Funktion der Verschwenkung dec langen Hebelarms verstärkt.

Die Gleichförmigkeit der Klemitikraft über den gesamten Bremsbetätigungsweg bleibt während der Verschwenkung des langen Hebelarms um den Zapfen 70 trotz des Nachlassens der Federkraft der in der Bremsbetätigungsvorrichtung vorgesehenen Feder erhalten. Die durch das Annähern des Kontaktpunktes der an der Kolbenfläche seitlich auswandernden Stahlkugel in bezug auf die Achse des Zapfens 70 hervorgerufene Hebelkraftverstärkung wirkt nämlich dem Nachlassen der Federkraft entgegen, wenn diese sich aus ihrem zusammengedrückten Zustand entspannt. Es ergibt sich also hierdurch der Effekt, daß sich eine nachlassende Federkraft und eine sich verstärkende Hebelkraft zu einer konstanten Klemmkraft aufaddieren.

Das Diagramm in Fig. 4 verdeutlicht diese geometrische Beziehung. DAmit die Bremskraft über den gesamten Schwenkweg des langen Hebelarms gleichmäßig bleibt, muß also F annähernd gleich sein zu F„ , wobei F und F» die Bremskräfte in einer ersten Lage A und in einer zweiten Lage B darstellen. Die Beziehung zwischen der Lage I und der Lage II soll im folgenden anhand der Fig. 4 verdeutlicht werden.

Unter der Voraussetzung, daß

> Sf₂; R₁ > R₂; r_± >

x R, = M = F₁ χ r

Sf₂ χ R₂ = M₂ = F₂ χ

M, und M repräsentieren die Momente 1 und

Sf. χ R_n M_n __ ι ι ^

1 r, r.

^Sf2 ^{x R}2

^{2 r}2 ^r2

wobei

M₁ r-, M₁ Mp

— ^L = — oder — = -=■ M

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Diese Beziehungen setzen ideale Bedingungen voraus, wie sie annähernd mit dem Ausführungsbeispiel dieser Neuerung erreicht werden können. Eine Annäherung an ideale Verhältnisse ist jedoch bei einer Bremse gar nicht notwendig. So sind z.B. beim Kontaktpunkt B der Fig. 4 Anfangskräfte und auch Verluste zwischen Druckkugel und Kolben in der Richtung der Druckkomponenten unberücksichtigt.

Bei der neuerungsgemäßen Scheibenbremse handelt es sich um eine selbstzentrierende Bremse, die sich während der Betätigung durch Ausrichten in der Nut 20 selbstzentrierend einstellt. Nach dem Lösen der Bremse können die Reibbelagscheiben die Bremsscheibe zwar noch berühren, rufen aber keine wirksame Bremskraft oder Klemmkraft hervor, so daß die Bremsscheibe frei drehbar ist. Der lange Hebelarm 74 kehrt immer in die Position I zurück, während die Stahlkugel 100 je nach Abnützungsgrad der Reibbelagscheiben 36 und 46 mehr oder weniger den Kolben 30 am Kontaktpunkt A berühren kann, während die Bremsscheibe 22 umläuft. Ein Kontakt zwischen der Stahlkugel und dem Kolben ist nicht notwendig, wenn die Bremse gelöst ist (Position I). Bei nur geringem Umlauf der Bremsscheibe oder eines hiermit vergleichbaren Rotors können sich die Scheiben bis auf einen Bruchteil eines Millimeters berühren.

Der Einstellbolzen 50 kann so weit eingeschraubt werden, daß die ihm benachbarte Reibbelagscheibe nahe genug an die Bremsscheibe herangebracht werden kann, um einen einwandfreien Betrieb der Scheibenbremse zu gewährleisten.

Claims

1. Bremsbetätigungshebel für eine selbstzentrierende Teilbelag-Scheibenbremse, der vor der Stirnfläche eines mit Bremsbelägen zusammenwirkenden Kolbens im unteren Teil eines Bremsgehäuses um einen Zapfen schwenkbar gelagert ist, und der mit seinem langen Hebelarm mit einer unter Federloraft arbeitenden Bremsbetätigungsvorrichtung verbunden und am Ende seines kurzen Hebelarms eine zur Stirnfläche des Kolbens weisende kugelkalottenförmige Kontaktfläche aufweist, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Kontaktfläche zur Stirnfläche des Kolbens (30), daß sich die Kontaktfläche mit zunehmender Bremsbetätigung unter Annäherung an die Achse des Zapfens (70) auf der Stirnfläche des Kolbens (30) verlagert.

2. Bremsbetätigungshebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelkalottenförmige Kontaktfläche von einer in einer Aushöhlung (96) des kürzeren Hebelarms (80) teilweise eingelassenen Stahlkugel (100) gebildet ist, die bei Bremsbetätigung an der Stirnfläche des Kolbens (30) abrollbar ist, wobei sich der Kontaktpunkt zwischen Stahlkugel und Kolbenstirnfläche der Achse des Zapfens (70) nähert.

3. Brerasbetätigungshebel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Aushöhlung (96) kleiner ist als der Durchmesser der Stahlkugel (100), und daß die Aushöhlung einen der Stahlkugel angepaßten Innendurchmesser aufweist.

4. Bremsbetätigungshebel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der kurze Hebelarm (80) von der Achse des Zapfens (70) bis Ui.:.er die Achse des Kolbens (30) erstreckt und die Stahlkugel (100) bei unbetätigter Bremse der Stirnfläche des Kolbens (30) in dessen Achse gegenüberliegt.

5. Bremsbetätigungshebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stahlkugel (100) und der Stirnfläche (110) des Kolbens (104) eine an der Stirnfläche (110) gleitbeweglich verschiebbare Druckplatte (106) mit einer der Wölbung der Stahlkugel (100) angepaßten Ausnehmung (116) angeordnet ist.

6. Bremsbetätigungshebel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (106) scheibenförmig ausgebildet ist und einen größeren Durchmesser als die Kontaktfläche und einen kleineren Durchmesser als die Kolbenbohrung (32) aufweist.

7. Rremsbetätigungshebel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bremsbetätigung die Druckplatte (106) an der Stirnfläche (110) gleitbar ist und die gegenüberliegenden Kontaktflächen sich der Achse des Zapfens (70) näherη.

Rremsbetätigungshebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schenkel des Bremsgehäuses (26) als verstärkter Teil
(48) den Zapfen (70) für den Bremsbetätigungshebel (72) sowie den Kolben (30) trägt, und der andere Schenkel eine Gewindebohrung (52) aufweist, und daß beide Schenkel durch ein Brückenglied (28) miteinander verbunden sind und nach oben in zwei mit
Verstärkungsrippen (60, 62) versehene Stege auslaufen, die an
ihrem oberen Ende mit Flanschbohrungen für die Bremsbetätigungsvorrichtung (84) versehen sind.

Bremsbetätigungshebel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dafi in der Gewindebohrung (52) ein Einstellbolzen (50) einschraubbar ist.