Scheibenbremse, Verwendung der Scheibenbremse und Verfahren zum Zuspannen der Scheibenbremse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug und/oder Bus mit einer elektrischen Generatorbremse, sowie eine Verwendung der Scheibenbremse in einem Kraftfahrzeug und/oder Bus mit einer elektrischen Generatorbremse und ein Verfahren zum Zuspannen der Scheibenbremse.

Scheibenbremsen weisen an verschiedenen Stellen zum Erreichen einer bestimmten Zustellkraft konstruktive Kompromisse auf. So sind aufgrund des begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraums für die Gesamtkonstruktion einer Scheibenbremse in einem Fahrzeug Bremshebel so konstruiert, dass Sie ein Zuspannen unter Verschwenken in einem großen Schwenkwinkel und unter Ausbildung von sogenannten progressiven Kraftlinien auch bei hohen Geschwindigkeiten erlauben.

Aufgrund eines koopertativen Bremsverhaltens z.B. in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, können wirken auf die Scheibenbremsen geringere Kräfte, so dass diese Kompromisse zugunsten einer optimierten und kompakten Bauform aufgehoben werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bauform der Scheibenbremse an die Anforderungen in elektrisch-angetriebenen Kraftfahrzeugen oder Bussen anzupassen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 .

Eine erfindungsgemäße Scheibenbremse ist für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug und/oder Bus mit einer elektrischen Generatorbremse bestimmt. Sie umfasst eine Bremsscheibe mit einer Rotationsachse A und einen Satz von Bremsbelägen zum Zuspannen der Bremsscheibe. Sie weist zudem einen als Schiebesattel ausgebildeten Bremssattel auf. Sie weist überdies eine Zuspannvorrichtung zur Betätigung der Bremsbeläge auf, welche in einem Aufnahmeraum eines Bremssattels angeordnet ist. Die Scheibenbremse weist zudem ein Betätigungselement zur Krafteinleitung in die Zuspannvorrichtung mit einer Betätigungskraft auf. Dies kann vorzugsweise ein Bremszylinder, insbesondere ein pneumatischer Bremszylinder sein.

Die Zuspannvorrichtung weist überdies einen Bremshebel auf, auf welchen das Betätigungselement mit der Betätigungskraft einwirkt. Die Zuspannvorrichtung wirkt mit einer Zuspannkraft entlang einer Zuspannachse auf die Bremsbeläge ein.

Die Länge des Bremshebels ist dabei erfindungsgemäß so gewählt, dass die Länge des Bremshebels, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen Betätigungskraft und Zuspannkraft zwischen 1 :15,60 - 1 :16,45 beträgt. Dieses Übersezungsverhältnis gilt besonders bevorzugt bei einem Brückenhub von 2,5 - 4 mm.

Dieses Übersetzungsverhältnis ist höher als bei herkömmlichen gattungsgemäßen Scheibenbremsen und hat den Vorteil, dass einzelne Teile geringer dimensioniert werden können, insbesondere das Betätigungselement bzw. der Bremszylinder. Der dadurch gewonnene Bauraum, insbesondere in axialer Richtung, kann für die Vergrößerung von Batterien oder dergleichen genutzt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Scheibenbremse sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weiter kann der Bremshebel eine Kalotte zur Aufnahme eines Betätigungskolbens des Betätigungselements aufweisen und zudem eine gekrümmte Wälzfläche aufweisen, entlang welcher der Bremshebel an einem Wälzlager im Aufnahmeraum des Bremssattel abwälzt. Der Abstand des Mittelpunkts der Krümmung der Kalotte des Bremshebels zum Mittelpunkt der Krümmung der Wälzfläche des Bremshebels beträgt zwischen 78-82 mm. Ein derart vergrößerter Bremshebel ermöglicht eine Verringerung oder vollständige Vermeidung des Auftretens von progressiven Kraftlinien bei der Kraftentwicklung während des Bremsvorgangs, was insbesondere auch Vorteile für ABS-Systeme hat.

Die Zuspannvorrichtung weist das vorgenannte Wälzlager auf, zur schwenkbaren Lagerung des Bremshebels, wobei der Bremshebel und/oder das Wälzlager Mittel zur Begrenzung des Schwenkwinkels aufweist, wobei die Mittel derart angeordnet sind, dass der Schwenkwinkel auf weniger als 90°, vorzugsweise weniger als 88°, beschränkt ist. Entsprechende Mittel können z.B. der EP 2 896 851 B1 entnommen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Höhe des Aufnahmeraums verringert werden kann. Der so gewonnene Bauraum kann für eine Verbesserung der Stabilität durch Wandungsaufdickung genutzt werden.

In einer bevorzugten Variante kann Bremssattel eine Einbauöffnung aufweisen, welcher randseitig Sattelstreben mit axialer Erstreckung aufweist, wobei die Sattelstreben eine radiale Dicke von mehr als 13 mm, vorzugsweise 14-17 mm, besonders bevorzugt 15,5 mm +/- 1 mm, aufweisen. Diese radialen Dicken ermöglichen eine bessere Sattelstabilität und eine geringere mechanische Elastizität des gesamten Systems.

Der Bremssattel kann überdies einen Sattelrücken aufweisen, wobei aus dem Sattelrücken kein weiteres die Einbauöffnung in axaialer Richtung überspannendes Element aus dem Sattelrücken radial hervorsteht. Dadurch kann auch Bauraum gewonnen werden bzw. eine Miniaturisierung erreicht werden.

Die Scheibenbremse kann einen Bremsträger mit Belagschächten aufweisen, wobei Belagschächte randseitig Führungstaschen zur Halterung und Führung von Bremsbelägen aufweist. Dadurch muss keine Halterung an der Einbauöffnung vorgesehen sein, was ebenfalls den kompakten Aufbau begünstigt.

Die Führungstaschen sind dabei vorteilhaft durch Vorsprünge gebildet, welche randseitig gegenüber einer Belagschachtwand in den Belagschacht hervorstehen. Bei höheren Seitenkräften besteht die Gefahr der Deformation dieser Vorsprünge.

Allerdings werden derart hohe Seitenkräfte durch das kooperative Bremsen bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen von vornherein verhindert.

Weitere Vorteile ergeben sich durch das herbasetzen der Scheibenbremse in Bezug zu Bremsscheibenachse um 8,5 mm, dadurch ist es möglich den Bauraum durch den Hebel zur Verfügung zu stellen und das Übersetzungsverhältnis zu vergrößern und gleichzeitig den Betätigungsweg des Zylinders zu reduzieren.

Eine zusätzliche Verbesserung wird erreicht dadurch, dass der Flasch für den Aktuator nun innerhalb der Felgenkontur liegen kann und somit der benötigte Bauraum der Scheibenbremse mit Aktuator in achsialer Richtung verringert wird. Somit wird im Fahrzeug an der Achse der Platz zur Verfügung gestellt der durch Antrieb oder Batterien genutzt werden kann. Eine zusätzliche weitere Verringerung des Raumbedarfs der Scheibenbremse wird erreicht, indem die Zuspannachse mit dem Abstand X parallel zur Rotationsachse angeordnet ist, wobei das Verhältnis des Abstands X zur radiale Dicke der Sattelstreben zwischen 2,5 - 8,5 mm beträgt

Erfindungsgemäß ist ebenfalls die Verwendung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse in einem Kraftfahrzeug und/oder Bus mit einer elektrischen Generatorbremse, welche eine kooperative Bremsung zeitgleich mit der Scheibenbremse vornimmt.

Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Zuspannen einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse, wobei ein Verschwenken des Bremshebels während des Zuspannvorgangs über die gesamte Lebensdauer der Bremse in einem Schwenkwinkel von weniger als 90°, vorzugsweise weniger als 88° erfolgt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei auch weitere vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen diskutiert werden. Es sei betont, dass die nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispiele die Erfindung nicht abschließend beschreiben sollen, sondern dass auch nicht dargestellte Varianten und Äquivalente realisierbar sind und unter die Ansprüche fallen. Es zeigen:

Fig.1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Scheibenbremse der Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Scheibenbremse der Fig. 1 und 2;

Fig. 4 Detailansicht der Fig. 3 und

Fig. 5 eine Perspektivansicht des Bremsträgers der Scheibenbremse.

Fig. 6 eine weitere Perspektivansicht des Bremsträgers der Fig. 5 mit eingesetzten Bremsbelägen; und Fig. 7 eine weitere Perspektivansicht der Fig. 5 und 6 aus einer anderen Richtung mit eingesetzten Bremsbelägen.

Fig. 8 Einbau der Scheibenbremse innerhalb der Felgenkontur

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremse bei Kraftfahrzeugen und Bussen, welche elektrische Generatorbremsen nutzen und in welchen ein Elektromotor im Generatorbetrieb beim Abbremsen elektrische Energie gewinnt. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse selbst kann nach klassischer Art betätigt werden, z.B. als pneumatische Bremse oder eine andere Art der Betätigung.

Die vorgenannten Fahrzeuge werden somit kooperativ gebremst. Die erfindungsgemäße Scheibenbremse ist auf den Betrieb des kooperativen Bremsens angepasst.

Gemäß Fig. 1-4 weist die Scheibenbremse 1 in an sich bekannter Art eine Bremsscheibe 2 mit einer Rotationsachse A auf, welche als Bezugsachse für die Definition einer radialen Richtung genutzt wird.

Die Bremsscheibe 2 wird durch einen Bremssattel 3 überspannt. Dieser ist typischerweise aus Gusseisen gefertigt und kann einstückig oder aus mehrteiligverschraubte Bauteilen ausgebildet sein. Die einstückige Ausbildung des Bremssattels 3 ist allerdings bevorzugt. Der Bremssattel ist vorzugsweise als Schiebesattel ausgebildet und ist parallel zur Rotationsachse A axial verschiebbar an einem fahrzeugseitigen Bremsträger 4 befestigt.

Der Bremsträger 4 weist zwei Belagschächte 5 zur Anordnung zweier Bremsbeläge 6 auf. Die Bremsbeläge 6 liegen bei einer Bremsung beidseitig reibend an der Bremsscheibe 2 an.

Der Bremssattel 3 weist einen Aufnahmeraum 7 auf, in dem eine Zuspannvorrichtung 8 positioniert ist, mit einem über einen Bremszylinder 9 betätigbaren Bremshebel 10, der endseitig als Exzenter 11 ausgebildet ist und an einer Brücke 12 anliegt, in der Stellspindeln 22 gelagert sind, über die der zugeordnete Bremsbelag 6 gegen die Bremsscheibe 2 pressbar ist. Die Längsachse der Stellspindeln 22 definiert eine Zuspannachse Z. Ein Betätigungskolben 20 des Bremszylinders 9 liegt dabei in einer Kalotte 19 des Bremshebels 10 ein. Dabei erfolgt eine Verschiebung des Bremssattels 3 derart, dass der gegenüberliegende, reaktionsseitige Bremsbelag 6 an die andere Seite der Bremsscheibe 2 gepresst wird, wobei dieser reaktionsseitige Bremsbelag 6 an einem Sattelrücken 13 des Bremssattels 3 anliegt.

Zur Montage der im Aufnahmeraum 7 befindlichen Funktionsteile ist auf der dem aktionsseitigen Bremsbelag 4 zugewandten Seite eine Montageöffnung 14 vorgesehen, die durch eine Verschlussplatte 15 verschlossen ist, wobei die beiden erwähnten Stellspindeln diese Verschlussplatte 15 durchtreten.

Im Ausführungsbeispiel stützt sich der Exzenter 11 auf der der Brücke 12 gegenüberliegenden Seite an einem Sattelkopf 16 des Bremssattels 1 ab, in Bereichen, die halbkreisförmig über einen Winkelbereich von etwa 180° als Stützflächen 17 ausgebildet sind. Um ein leichtes Verschwenken des Bremshebels 6 zu ermöglichen, sind zwischen den Stützflächen 17 und dem Exzenter 11 Wälzlager 18 angeordnet. Die bauartbedingte Verschiebbarkeit dieser Brücke 12 innerhalb der Bremse 1 , insbesondere in Bezug auf den Bremsträger 4, beträgt vorzugsweise 2,5 - 4 mm.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann aufgrund der kooperativen Bremsung bei höheren Geschwindigkeiten eine verringerte Kraft für die Anfangsbremsung aufgewandt werden. Dadurch kann die konstruktive Ausgestaltung der Scheibenbremse zugunsten einer geringeren Dimensionierung geändert werden.

Die vorliegende Erfindung setzt bei der Idee an den Angriffspunkt des Bremshebels 10 zum Zuspannen der Bremsbeläge 6 und damit die Zuspannachse Z näher an die Rotationsachse A heranzuführen. Dadurch kann der Bremshebel 10 insgesamt länger ausgebildet werden. Die Länge L des Bremshebels 10 kann zwischen 78-82 mm betragen bezogen auf den Mittelpunkt 201 der Krümmung der Kalotte 19 und auf den Mittelpunkt 202 der Krümmung der Wälzfläche 50 entlang welcher sich der Bremshebel 10 am Wälzlager 12 abwälzt. Dies ist in Fig. 4 besonders hervorgehoben. Die zur Wälzfläche 50 korrespondierende Schwenkbahn 51 ist dabei hervorgehoben und wurde aus der Blattebene hervorgehoben. Ein derart langer Bremshebel ist bei Bremsen bislang nicht bekannt. Durch den verlängerten Hebel verringert sich die notwendige Betätigungskraft. Entsprechend kann die Länge bzw. Dimension des Bremszylinders 9 und/oder eines anderen Betätigungselements der Scheibenbremse erheblich verringert werden. Dies schafft in axialer Richtung weiteren Bauraum innerhalb eines Fahrzeugs für die Anordnung von Elektrobatterien oder dergl.

Zugleich ändert sich das Übersetzungsverhältnis der durch den Bremszylinder 9 aufzubringenden Betätigungskraft zu der Zuspannkraft, welche auf die Bremsbeläge ausgeübt wird, in einen Bereich zwischen 1 :15,60 - 1 :16,45. Dieses Übersetzungsverhältnis ermöglicht eine Verringerung des Schwenkwinkel und damit auch des Raumbedarfs des Bremshebels 10, welcher für die Schwenkbewegung benötigt wird. Bei bekanntem Abstand zwischen dem Bremshebel und den Bremsbelägen kann die optimale Länge des Bremshebels durch trigonometrische Berechnung aus dem vorgenannten Übersetzungsverhältnis berechnet werden.

Die Schwenkbewegung des Bremshebels unterteilt sich in den sogenannten Leerhub, den Betätigungshub und die Hubreserve.

Der Leerhub bezeichnet den benötigten Hub zur Überbrückung des Lüftspiels der Bremsbelege. Hier wird eine sehr geringe Kraft zur Überwindung benötigt. Es folgen der Betätigungshub zum Zuspannen der Bremse und eine Hubreserve, welche aufgrund des Verschleißes und zum Aufrechterhalten einer erforderlichen Zuspannkraft vorgehalten wird. Die Hubreserve bemisst sich an der Elastizität der Zuspannvorrichtung 8, also wie stark die Zuspannvorrichtung 8 bei der Betätigung elastisch nachgibt Aufgrund der Umpositionierung des Angriffspunktes des Bremshebels und damit der Zuspannachse Z nimmt die Elastizität der Zuspannvorrichtung 8 ab.

Durch geringere Elastizität der Zuspannvorichtung, kann die vorzuhaltene Hubreserve verringert werden, was die Winkelabdeckung des Bremshebels 10 auf einen Schwenkwinkel des Bremshebels 10 auf unter 90°, vorzugsweise weniger als 88°, verringert. Mit anderen Worten, der Schwenkhebel braucht nur in geringerem Maße als im bekannten Stand der Technik verschwenkt werden. Durch diese geringere Verschwenkung ändert sich verringert sich der Platzbedarf für den vorzuhaltenden Raum zusätzlich. Dieser Raumgewinn erlaubt eine weitere Umgestaltung des Bremssattels. Der Bremssattel weist, in an sich typischer Weise für die Bauart eines Sattels eine untere Öffnung zur Aufnahme und zum Übergreifen der Bremsscheibe 2 auf. Zudem weist der Bremssattel auf seinem Bremssattelrücken eine Einbauöffnung 23 zur Montage der Bremsbeläge 6 in den Bremsträger 4 auf.

Auf beiden Seiten der Einbauöffnung 23 sind Sattelstreben 24 angeordnet, welche sich senkrecht zur Plattenebene der Bremsscheibe 2 erstrecken. Die radiale Dicke dieser Sattelstreben 24 beträgt dabei vorzugsweise mehr als 13 mm, vorzugsweise 14-17 mm, insbesondere 15,5 mm +/- 1 mm. Derart dicke Sattelstreben sind bislang nicht bekannt, und werden durch den zusätzlichen Raumgewinn durch Umpositionierung der Zuspannachse Z und den zum Zuspannen notwendigen Bauteile in Richtung der Rotationsachse ermöglicht.

Aufgrund der besseren Trigonometrie der Anordnung und Umgestaltung des Bremshebels 10 und des damit einhergehenden geänderten Übersetzungsverhältnisses und der erhöhten mechanischen Steifigkeit der Zuspannvorrichtung 8 können überdies sogenannte progressive Kraftlinien bei der Kraftübertragung verringert werden, was u.a. Vorteile beim Einsatz dieser Scheibenbremse in einem Fahrzeug mit ABS- Bremssystemen hat. Insgesamt ist der Kraftangriff durch den Bremszylinder 9 am Bremshebel 10 der erfindungsgemäßen Scheibenbremse gleichmäßiger.

Lediglich ergänzend sei erwähnt, dass aufgrund der erhöhten mechanischen Steifigkeit der Zuspannvorrichtung 8 auch die Dicke der Bremsbeläge und/oder der Bremsscheibe, sowie der Bremsscheibendurchmesser, verringert werden kann. Überdies wird, wie bereits zuvor erörtert, das Einbaumaß der Bremse verringert.

In Radialer Richtung steht auf Höhe der Einbauöffnung 24 kein weiteres Element, insbesondere kein Belaghaltebügel, aus dem Sattelrücken radial hervor. Die Festlegung der Bremsbeläge erfolgt in dieser Variante durch den Bremsträger 4, wie dies anhand von Fig. 5 erläutert wird.

Fig. 5 einen Bremsträger 4 zur Verwendung in der Scheibenbremse der Fig. 1-3 auf mit entsprechenden korrespondierenden Belagschächten 26, 27. Die Belagschächte 26, 27 sind jeweils seitlich in Drehrichtung U und gegen die Drehrichtung U durch randseitige Abstützflächen 28a, 28b, 28c an Bremsträgerhörnem 29 begrenzt. Die Belagschächte 26, 27 weisen unterhalb der Abstützungsflächen 28a Führungstaschen 21 auf, in welchen die Bremsbeläge über randseitige Vorsprünge ggf. unter Zuhilfenahme von Haltefedern einliegen. Die Führungstaschen 21 werden durch einen in den Schacht hineinragenden Vorsprung 30 gebildet, welcher seinerseits eine stirnseitige Abstützfläche 28b aufweist. Die Außenkontur der Bremsbeläge entspricht dabei im Wesentlichen der Außenkontur des Belagschachts.

Zwischen den Abstützflächen 28a und 28b ist eine randseitige Freifläche 28c angeordnet. Die randseitige Freifläche 28b des Vorsprungs 30 ist dabei rechteckig ausgebildet, mit der Besonderheit, dass die Ersteckung der Freifläche 28b in axialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse A größer ist als die Erstreckung der Abstützfläche in radialer Richtung. Üblicherweise würde man an dieser Stelle versuchen eine möglichst gleichmäßige Kraftverteilung über eine große Fläche bei hohen angreifenden Kräften zu erreichen.

Dies ist allerdings im vorliegenden Fall nicht notwendig, dass aufgrund der kooperativen Bremsung ein geringerer Kraftanteil an den Abstützflächen angreift, insbesondere bei einer Bremsung bei hohen Geschwindigkeiten, und dadurch Verformungstendenzen in geringerem Maße auftreten. Demgegenüber ist diese Form der Halterung vorteilhaft platzsparend für die Bauhöhe der Bremse und ermöglicht zugleich eine vergleichsweise filigrane Ausgestaltung des Bremsträgers 4 bei verringertem Platzbedarf und Eigengewicht.

Fig. 6 und 7 zeigen den Bremsträger 4 mit eingesetzten Bremsbelägen 6, wobei Ohren 30 des Bremsbelags 6 in den Formtaschen 21 einliegen, so dass der Bremsbelags 6 in den Förmtaschen geführt ist. Vorteilhaft ist dabei der Bremsbelagträger in Einschubrichtung des Belagschachtes an mehreren Stellen durch die Bremsbelahörner abgestützt.

In der konkreten Variante der Fig. 6 und 7 ist gut erkennbar, dass sowohl der Bremsträger sowohl randseitige Abstützflächen 28a und 28c als auch Abstützflächen 32a, 32b in einem Winkel von 80-100°, vorzugsweise senkrecht, zu diesen Abstützflächen 28a und 28c am Fuße des jeweiligen Belagträgerhoms 29 oder am Ansatz des Vorsprungs 30 bereitstellt. Diese Doppelabstützung erlaubt eine bessere Kraftverteilung bei angreifenden Seitenkräften. Fig. 8 zeigt den Einbau der Scheibenbremse innerhalb der Felgenkontur.

BEZUGSZEICHEN

1 Scheibenbremse

2 Bremsscheibe

3 Bremssattel

4 Bremsträger

5 Belagschächte

6 Bremsbeläge

7 Aufnahmeraum

8 Zuspannvorrichtung

9 Bremszylinder

10 Bremshebel

11 Exzenter

12 Brücke

13 Sattelrücken

14 Montageöffnung

15 Verschlussplatte

16 Sattelkopf

17 Stützflächen

18 Wälzlager

19 Kalotte

20 Betätigungskolben

21 Führungstaschen

22 Stellspindeln

23 Einbauöffnung

24 Sattelstreben

26 Belagschacht

27 Belagschacht

28a-c Abstützflächen

29 Bremsträgerhörner

30 Vorsprung 50 Wälzfläche

51 Schwenkbahn

201 , 202 Mittelpunkte

A Rotationsgröße

U Drehrichtung

Z Zuspannachse