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Die
Erfindung betrifft eine Bremsanlage bzw. eine Kupplungseinheit für ein Fahrzeug,
insbesondere ein Nutzfahrzeug.
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Die
Bremsanlagen bei Nutzfahrzeugen, wie beispielsweise bei Landmaschinen,
sind vorzugsweise als Ringkolbenbremsen ausgebildet. Bei Ringkolbenbremsen
wird beim Betätigen
eines Bremspedals ein in einer Kammer enthaltenes Fluid beispielsweise durch
einen Kolben unter Druck gesetzt. Infolge des Unterdrucksetzens
und des damit verbundenen Druckanstiegs des Fluids in der Kammer,
wird eine Kraft auf einen Bremskolben, der zum Beispiel als Ringkolben
ausgebildet ist, ausgeübt.
Infolge der Krafteinwirkung auf den Bremskolben, erfährt dieser eine
axiale Bewegung in Richtung zum Bremselement und ist im Bremszustand
mit maximaler Bremswirkung mit diesem über eine dazwischen angeordnete
axial verschiebbare erste Kopplungseinheit gekoppelt.
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Die
Kopplung des Bremskolbens mit dem Bremselement im Bremszustand mit
maximaler Bremswirkung kann alternativ über ein zwischen dem Bremskolben
und dem Bremselement angeordnetes axial verschiebbares Zwischenelement
erfolgen. Dabei ist zwischen dem Bremskolben und dem Zwischenelement
eine axial verschiebbare erste Kopplungseinheit und zwischen dem
Zwischenelement und dem Bremselement eine axial verschiebbare zweite
Kopplungseinheit angeordnet. Eine Bremswirkung auf ein auf einer
Achse angeordnetes Hinterrad erfolgt in diesem Fall dadurch, dass
durch die Reibung zwischen Bremskomponenten, wie z. B. des Bremskolbens
und/oder des Zwischenelements mit der ersten Kopplungseinheit und/oder
des Zwischenelements und/oder des Bremselements mit der zweiten
Kopplungseinheit, eine Drehung der auf der Achse angeordneten ersten
und/oder zweiten Kopplungseinheit gebremst wird und somit die Drehung der
Achse mit dem Hinterrad gebremst wird. Die erste und zweite Kopplungseinheit
können
dabei jeweils als Bremslamelle ausgebildet sein.
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Damit
eine möglichst
lange Lebensdauer der Ringkolbenbremse sichergestellt ist, muss
während des
Betriebs der Ringkolbenbremse eine ausreichende Kühlung der
einzelnen Bremskomponenten sichergestellt werden. Während eines
Bremsvorgangs muss die durch Reibung an den Bremskomponenten auftretende
Wärme abgeführt werden,
um ein Überhitzen
und somit ein Beschädigen
der Bremskomponenten zu vermeiden. Zur Kühlung der Bremskomponenten
sind diese daher zum Teil in einem sich innerhalb der Ringkolbenbremse
befindlichen Kühlmittelbad
angeordnet.
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Die
Realisierung einer ausreichenden Kühlung der Bremskomponenten
wird dabei umso schwieriger, je geringer die Drehzahl der Achse
ist, auf der die erste und zweite Kopplungseinheit angeordnet sind.
Bei einer langsam laufenden Achse entsteht durch die erste und zweite
Kopplungseinheit nur eine geringe Pumpwirkung, wodurch nur eine
unzureichende Kühlmittelmenge
aus dem Kühlmittelbad
entlang der ersten und zweiten Kopplungseinheit radial nach außen transportiert
wird. Somit wird den jeweiligen Bremskomponenten nur unzureichend Wärme abgeführt, was
zu einem Überhitzen
der Bremskomponenten führt.
Zur Kühlung
der jeweiligen Kopplungseinheit wird dabei vorzugsweise Öl als Kühlmittel
eingesetzt.
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Ferner
kann bei dem Fall, dass die erste und zweite Kopplungseinheit jeweils
einen großen
Durchmesser aufweisen der Fall auftreten, dass ein sich auf einer
Außenfläche der
jeweiligen Kopplungseinheit ausgebildeter Kühlmittelfilm während des
Zeitraums von einem Austauchen der jeweiligen Kopplungseinheit aus
einem Kühlmittelbad
bis zum Wiedereintauchen in das Kühlmittelbad abreißt. Folglich kann
eine Trockenreibung zwischen der jeweiligen Kopplungseinheit und
dem Bremskolben und/oder dem Zwischenelement und/oder dem Bremselement auftreten,
wodurch sich der Verschleiss innerhalb der Ringkolbenbremse erhöht.
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Da
eine Kupplungseinheit einen der Bremsanlage ähnlichen Aufbau aufweist, treten
in der Kupplungseinheit die gleichen Probleme auf wie in der Bremsanlage.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun
darin, eine Bremsanlage bzw. eine Kupplungseinheit bereitzustellen,
bei der auch bei einer geringen Drehzahl der Achse eine ausreichende
Kühlwirkung
der jeweiligen Kopplungseinheit sichergestellt ist, und bei der
eine Trockenreibung verhindert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 und 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass ein Kanal zur Aufnahme von Kühlmittel im Bremskolben vorgesehen ist,
und der Kanal derart ausgebildet ist, dass er zu einer der Kopplungseinheit
gegenüberliegenden
Oberfläche
des Bremskolbens führt.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Oberfläche des Bremskolbens, die auch
einer Reibfläche
des Bremskolbens mit der Kopplungseinheit entspricht, ausreichend
gekühlt wird.
Durch den Kanal wird sichergestellt, dass unabhängig von der Drehzahl der Achse
den Bremskomponenten immer eine ausreichende Kühlmittelmenge zur Kühlung zur
Verfügung
gestellt wird.
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Auch
besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, dass ein sich
außerhalb
der Bremsanlage befindliches Kühlmittel
dem Bremskolben mittels einer Kühlmittelleitung
zugeführt
wird. Somit steht unabhängig
von der Drehzahl der Achse immer eine ausreichende Kühlmittelmenge
zur Kühlung
der Kopplungseinheit zur Verfügung.
Durch die Kühlmittelleitung
kann daher eine Trockenreibung bei einer Kopplungseinheit mit einem
großen
Durchmesser verhindert werden, da sichergestellt ist, dass nach
einem Auftauchen der Kopplungseinheit aus dem Kühlmittelbad, diese mit ausreichend
Kühlmittel
versorgt und somit ein Abreißen
des Kühlmittelfilms
verhindert wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die Kühlmittelzufuhr
an die jeweilige Kopplungseinheit über einen innerhalb des Bremskolbens
und/oder Zwischenelements und/oder Bremselements angeordneten Kanal
erfolgt, der quer zu einer der ersten und/oder der zweiten Kopplungseinheit
gegenüberliegenden
Oberfläche
des Bremskolbens und/oder Zwischenelements und/oder Bremselements
ist. Dieser Kanal ist dabei als Düse ausgebildet, um einen geringen
Versorgungsdruck der Kühlmittelleitung
auszugleichen. Bei einem zu geringen Versorgungsdruck der Kühlmittelleitung
ist die Zuführung
von Kühlmittel
an die jeweilige Kopplungseinheit nicht mehr sichergestellt. Das aus
dem Kanal austretende Kühlmittel
weist in diesem Fall eine zu geringe Austrittsgeschwindigkeit auf,
um ein Benetzen der Kopplungseinheit sicherzustellen. Dieses Kühlmittel
wird daher nur in Richtung zum Kühlmittelbad
abströmen,
ohne die Kopplungseinheit zu benetzen. Durch ein Ausbilden des Kanals als
Düse wird
eine ausreichend hohe Austrittsgeschwindigkeit sichergestellt, damit
eine definierte Zuführung
von Kühlmittel
an die jeweilige Kopplungseinheit sichergestellt ist.
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Auch
besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass
eine Vielzahl von über
den Umfang verteilten Kanälen
innerhalb des Bremskolbens und/oder Zwischenelements und/oder Bremselements
angeordnet sind. Durch diese Kanäle
lässt sich
die Kühlung
der jeweiligen Kopplungseinheit dadurch verbessern, dass der jeweiligen
Kopplungseinheit eine größere Kühlmittelmenge
zugeführt
wird. Auch wird gleichzeitig die Gefahr der Trockenreibung verkleinert,
da der jeweiligen Kopplungseinheit nach einem Austauchen aus dem
Kühlmittelbad
an mehreren Stellen Kühlmittel
zugeführt
wird.
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Die
gleichen Vorteile gelten sinngemäß auch für die Kupplungseinheit,
da die für
die Lösung
der Aufgabe benötigten
Merkmale der Kupplungseinheit den dafür benötigten Merkmalen der Bremsanlage entsprechen.
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Einzelheiten
der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
Schnittansicht einer Ringkolbenbremse,
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
des Übergangbereichs
der Kühlmittelleitung
und der im Zwischenelement angeordneten Kanäle, und
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt
des Übergangbereichs
der Kühlmittelleitung
und der im Bremskolben angeordneten Kanäle, und
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
des Übergangbereichs
der Kühlmittelleitung
und der im Bremselement angeordneten Kanäle, und
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5 eine
Schnittansicht eines Zwischenelements mit mehreren, über den
Umfang des Zwischenelements verteilten, Kanäle,
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6 eine
Schnittansicht einer Kupplungseinheit.
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1 zeigt
eine Schnittansicht einer Ringkolbenbremse. Die Ringkolbenbremse
weist einen Bremskolben 30, ein Zwischenelement 32 und
ein Bremselement 31 auf. Dabei ist zwischen dem Bremskolben 30 und
dem Zwischenelement 32 eine erste axial verschiebbare Kopplungseinheit 33' und zwischen
dem Zwischenelement 32 und dem Bremselement 33 eine
zweite axial verschiebbare Kopplungseinheit 33 angeordnet.
Die erste und zweite Kopplungseinheit 33, 33' sind mit einer
drehbaren Achse 10 gekoppelt. Bei den Kopplungseinheiten 33, 33' handelt es
sich um Bremslamellen. Der Bremskolben 30, das Zwischen element 32 und
das Bremselement 31 sind jeweils drehfest an einem drehfesten Gehäuse 20 angeordnet,
wobei der Bremskolben 30 und das Zwischenelement 32 axial
verschiebbar sind. Alternativ muss das Bremselement 31 nicht
als eigenes Bauteil ausgebildet sein, sondern die Bremswirkung kann
durch das Gehäuse 20 erfolgen.
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Bei
einem Bremsvorgang wird ein Druck in einer sich zwischen dem Bremskolben 30 und
dem drehfesten Gehäuse 20 angeordneten
Kammer 34 erhöht.
Infolge der Druckerhöhung
in der Kammer 34 wird auf den Bremskolben 30 eine
Kraft in einer axialen Richtung zum Zwischenelement 32 hin
ausgeübt, wodurch
sich der Bremskolben 30 in diese Richtung bewegt. Infolge
der axialen Bewegung des Bremskolbens 30 wird auch die
erste Kopplungseinheit 33' in Richtung
zum Zwischenelement 32 geschoben. Eine Bremswirkung auf
die Achse 10 erfolgt dabei wenn der Bremskolben 30 mit
der ersten Kopplungseinheit 33' in Kontakt steht. Diese Bremswirkung
wird verstärkt
sobald die erste Kopplungseinheit 33' auch noch zusätzlich mit dem Zwischenelement 32 in
Kontakt steht.
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Abhängig von
der Druckerhöhung
in der Kammer 34, kann der Bremskolben 30 mit
der ersten Kopplungseinheit 33' und dem Zwischenelement 32 weiter
in Richtung Bremselement 31 verschoben werden. Dabei wird
die maximale Bremswirkung auf die Achse 10 erst erzielt,
wenn der Bremskolben 30, die erste Kopplungseinheit 33' und das Zwischenelement 32 axial
derart verschoben sind, dass das Zwischenelement 32 mit
der zweiten Kopplungseinheit 33 und diese mit der Bremsplatte 31 in
Kontakt stehen.
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Es
ist alternativ auch eine nicht dargestellte Bremsanlage vorstellbar,
bei der die Bremswirkung nur durch einen Brems kolben und eine Kopplungseinheit
erfolgt. Dabei ist die Kopplungseinheit verschiebefest an der Achse
angeordnet. Darüber
hinaus wird die Kopplungseinheit und/oder der Bremskolben derart
dimensioniert, dass das durch den Bremskolben verursachte Drehmoment
zu keiner Beschädigung
der Kopplungseinheit führt.
Eine Bremswirkung erfolgt dabei entsprechend der oben genannten
Bremsanlage, indem der Bremskolben derart verschoben wird, dass
er in Kontakt mit der Kopplungseinheit steht. Des Weiteren ist es
möglich,
dass die Kopplungseinheit verschiebbar ausgebildet ist. In diesem
Fall wird diese durch den Bremskolben gegen das Bremselement oder
Gehäuse
geschoben. Somit erfolgt von beiden Seiten der Kopplungseinheit eine
Bremswirkung auf die Achse.
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2 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt des Übergangsbereichs
einer Kühlmittelleitung 21 und
eines im Zwischenelement 32 angeordneten Kanals 40, 43.
Der Kanal setzt sich dabei aus einem ersten Kanal 40, dessen
Axialrichtung parallel zu der ersten oder zweiten Kopplungseinheit 33', 33 ist,
und zwei zweiten Kanälen 43,
die jeweils zu einer der ersten oder zweiten Kopplungseinheit 33', 33 gegenüberliegenden
Oberfläche
des Zwischenelements 32 quer verlaufen, zusammen. Die zweiten
Kanäle 43 sind
dabei derart ausgebildet, dass sie ausgehend von dem ersten Kanal 40 zu
der jeweiligen der ersten oder zweiten Kopplungseinheit 33', 33 gegenüberliegenden
Oberfläche
des Zwischenelements 32 führen und somit sicherstellen,
dass das Kühlmittel
die jeweilige Oberfläche
des Zwischenelements 32 benetzt. Die zweiten Kanäle 43 sind
dabei vorzugsweise an einem Ende des ersten Kanals 40 angeordnet. Es
sind aber auch Ausführungsformen
vorstellbar, bei denen die zweiten Kanäle 43 zwischen den
beiden Enden des ersten Kanals 40 angeordnet sind. Des
Weiteren können
auch mehrere zweite Kanäle 43 zwischen
beiden Enden des ersten Kanals 40 angeordnet sein.
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Ferner
können
diese zweiten Kanäle 43 jeweils
als Düsen
ausgebildet sein, die einen kleineren Durchmesser aufweisen als
der erste Kanal 40. Durch die Düsen wird sichergestellt, dass
bei einem geringen Versorgungsdruck der Kühlmittelleitung 21 ein
definierter Kühlmitteldurchfluss
zu den dem Zwischenelement 32 gegenüberliegenden Oberflächen der
ersten und zweiten Kopplungseinheit 33', 33 sichergestellt ist.
Somit kann eine Trockenreibung des Zwischenelements 32 mit
der ersten und/oder der zweiten Kopplungseinheit 33', 33 vermieden
werden. Dabei kann auf ein Ausbilden der zweiten Kanäle als Düse verzichtet
werden, wenn der Versorgungsdruck in der Kühlmittelleitung 21 so
hoch ist, dass eine Versorgung der jeweiligen Kopplungseinheit 33', 33 mit Kühlmittel
sichergestellt ist.
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Ferner
steht ein den zweiten Kanälen 43 abgewandtes
Ende des ersten Kanals 40 in fluidischem Kontakt mit der
innerhalb des drehfesten Gehäuses 20 angeordneten
Kühlmittelleitung 21.
Diese Kühlmittelleitung 21 kann
beispielsweise eine Abzweigung aus einem Kühlmittelkreislauf eines nicht
dargestellten Achsgetriebes sein. Des Weiteren kann die zur Kühlung benötigte Ölmenge auch
aus dem Kühlmittelbad
innerhalb des Gehäuses 20 entnommen werden.
In diesem Fall würde
eine Mischform der üblichen
Tauchschmierung und der beschriebenen Schmierung der Ölzufuhr über Kanäle vorliegen.
Da in der vorliegenden Erfindung das Öl über eine Schmierölpumpe an
die Schmierstellen geleitet wird, spricht man auch von einer Zwangsschmierung.
Der Durchmesser des ersten Kanals 40 ist dabei derart gewählt, dass
der erste Kanal 40, unabhängig von der axialen Bewegung
des Zwischenelements 32, immer in fluidischem Kontakt mit
der Kühlmittelleitung 21 steht.
Zwischen dem dreh festen Gehäuse 20 und
dem Zwischenelement 32 kann dabei eine Dichtung 50 angeordnet
sein.
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Die 3 und 4 zeigen
weitere Ausführungsformen
des Übergangsbereichs,
bei denen der Kanal 40, 43 jeweils nur im Bremskolben 30 oder
im Bremselement 31 angeordnet ist. Ferner sind aber auch
Ausführungen
denkbar, bei denen der Kanal 40, 43 im Bremskolben 30 und/oder
im Bremselement 31 und/oder im Zwischenelement 32 angeordnet
ist.
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Dieser
in 3 und 4 dargestellte Kanal setzt sich
aus einem ersten Kanal 40 und einem zweiten Kanal 43 zusammen,
wobei der erste Kanal 40 jeweils an einem Ende mit der
Kühlmittelleitung 21 verbunden
ist. An dem der Kühlmittelleitung 21 abgewandten
Ende weist der erste Kanal 40 jeweils einen zweite Kanal 43 auf,
der in Richtung zu der jeweiligen der ersten oder zweiten Kopplungseinheit 33', 33 gegenüberliegenden
Oberfläche
des Bremskolbens 30 oder des Bremselements 31 führt. Durch
diesen zweiten Kanal 43 tritt das Kühlmittel aus dem Bremskolben 30 und/oder
dem Bremselement 31 aus und benetzt die jeweilige Oberfläche, wodurch
eine Trockenreibung mit der jeweiligen ersten oder zweiten Kopplungseinheit 33', 33 vermieden
wird. Auch ist der Durchmesser des ersten Kanals 40 derart
gewählt,
dass bei einer axialen Bewegung des Bremskolbens 30 der
erste Kanal 40 in fluidischem Kontakt mit der Kühlmittelleitung 21 bleibt.
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5 zeigt
eine Schnittansicht, bei der mehrere über den Umfang des Zwischenelements 32 verteilte
Kanäle
angeordnet sind. Diese Kanäle
setzen sich aus dem ersten Kanälen 40 und
den zweiten Kanälen 43 zusammen
und sind auf dem Zwischenelement 32 derart angeordnet,
dass sie oberhalb eines in der 5 nicht
dargestellten Kühlmittelbads
angeordnet sind.
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Ferner
ist auch eine Anordnung von mehreren, in der 5 nicht
dargestellten, über
den Umfang verteilten Kanäle
im Bremskolben 30 und im Bremselement 31 denkbar.
Somit kann über
die Kanäle
der ersten und/oder zweiten Kopplungseinheit 33', 33 nach
einem Austauchen aus dem Kühlmittelbad
Kühlmittel
an verschiedenen über
den Umfang verteilten Stellen zugeführt werden.
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Ferner
sind auch Ausführungsformen
denkbar, bei denen die Kanäle
im Bremskolben 30 und/oder Zwischenelement 32 und/oder
Bremselement 31 nicht nur über den Umfang verteilt sind,
sondern auch in Richtung der Achse 10 nacheinander angeordnet
sind.
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Kupplungseinheit 1000. Dabei
weisen die in der Bremsanlage und der Kupplungseinheit gleichen Bauteile
die gleichen Bezugszeichen auf.
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Die
Kupplungseinheit 1000 ist in einem Zustand dargestellt,
bei der eine vollständige Übertragung
des Drehmoments einer Antriebswelle 100 auf eine Abtriebswelle 110 erfolgt.
Dabei sind die Antriebswelle 100 und die Abtriebswelle 110 in
einem drehfesten Gehäuse 20 untergebracht.
An der Antriebswelle 100 sind ein Betätigungskolben 300,
ein Zwischenelement 32 und ein Kupplungselement 310 angeordnet,
wobei der Betätigungskolben 300 und das
Zwischenelement 32 axial verschieblich sind. Zusätzlich ist
der Betätigungskolben 300 derart
an der Antriebswelle 100 angeordnet, dass sich dazwischen ein
Steuerraum 34 ausbildet.
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Der
Betätigungskolben 300 und/oder
das Zwischenelement 32 und/oder das Kupplungselement 310 weisen
einen Kanal 40, 43 auf. Der Kanal 40, 43 ist
dabei entsprechend dem Kanal der Bremsanlage ausgebildet. Zwischen
dem Betätigungskolben 300 und
dem Zwischenelement 32 und zwischen dem Zwischenelement 320 dem
Kupplungselement 310 ist jeweils eine Kopplungseinheit 33, 33' angeordnet.
Dabei ist die Kopplungseinheit 33, 33' auf der Abtriebswelle 110 angeordnet.
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Des
Weiteren weist die Antriebswelle 100 mindestens eine erste
Kühlmittelleitung 101 auf.
Es sind aber auch Ausführungen
vorstellbar, bei denen mehrere über
den Umfang verteilte erste Kühlmittelleitungen 101 in
der Antriebswelle 100 angeordnet sind. Diese sind jeweils
mit einem ersten Kanal 40 des Betätigungskolbens 300 und/oder
Zwischenelements 32 und/oder des Kupplungselements 310 fluidisch
verbunden. Zusätzlich
sind diese ersten Kühlmittelleitungen 101 über eine
in der Antriebswelle 100 angeordnete Ringnut 102 mit
einer im Gehäuse 20 angeordneten
zweiten Kühlmittelleitung 210 fluidisch
verbunden.
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Der
Kupplungsvorgang erfolgt im Wesentlichen entsprechend dem Bremsvorgang
der Bremsanlage. Der einzige Unterschied zum Bremsvorgang besteht
darin, dass sich in der Kupplungseinheit 1000 der Betätigungskolben 300,
das Zwischenelement 32 und das Kupplungselement 310 zusammen
mit der Antriebswelle 100 drehen. Somit kann durch ein
Kontaktieren der Kopplungseinheiten 33', 33 mit dem Zwischenelement
und/oder dem Kupplungselement 310 keine Bremswirkung, sondern
nur eine Drehmomentübertragung
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle sichergestellt
werden.
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Ein
Kupplungsvorgang kann auch durch eine nicht dargestellte Kupplungseinheit
erfolgen, die nur einen Betätigungskolben
und eine Kopplungseinheit aufweist. Dabei ist die Kopplungseinheit
verschiebefest an der Abtriebswelle angeordnet. Eine Drehmomentübertragung
erfolgt dadurch, dass der Betätigungskolben
derart verschoben wird, bis er mit der Kopplungseinheit in Kontakt
ist.
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Dabei
ist auch eine Ausführungsform
denkbar, bei der die obige Antriebswelle 100 als Abtriebswelle
und die Abtriebswelle 110 als Antriebswelle ausgebildet
sind.
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Alle
weiteren Ausführungen
der Bremsanlage gelten auch für
die jeweilige Kupplungseinheit entsprechend.