Die vorliegende Erfindung betrifft eine pneumatisch betätigbare Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a pneumatically actuated disc brake according to the preamble of claim 1.
Eine solche Ausführungsform einer druckluftbetätigten Scheibenbremse für schwere Nutzfahrzeuge kommt in der Regel an nicht gelenkten Achsen von Anhängerfahrzeugen zum Einsatz.Such an embodiment of a compressed air-operated disc brake for heavy commercial vehicles is usually used on non-steered axles of trailer vehicles.
Bei einer solchen Scheibenbremse wird nach dem Stand der Technik eine besondere Einbausituation genutzt, die es ermöglicht, einen Druckluft-Betätigungszylinder für die druckluftbetätigte Scheibenbremse mit einer geeigneten Kraftübersetzungsrichtung bauraumsparend über der Betätigungs- und Nachstellspindel anzuordnen. Auf diese Weise wird eine relativ kompakte, bauraum- und gewichtsparende Bauweise der druckluftbetätigten Scheibenbremse erzielt.With such a disc brake, a special installation situation is used according to the prior art, which makes it possible to arrange a compressed air actuating cylinder for the compressed air actuated disc brake with a suitable force transmission direction above the actuating and adjusting spindle in a space-saving manner. In this way, a relatively compact, space-saving and weight-saving design of the compressed air-actuated disc brake is achieved.
Eine solche Scheibenbremse - in diesem Fall mit einem Festsattel - offenbart die DE 198 04 426 A1 . Demnach ist vorgesehen, dass die Scheibenbremse eine mit einer vorzugsweise von einem Druckluft-Betätigungszylinder betätigbaren Stelleinrichtung zur Anlage der Bremsbeläge an die Bremsscheibe aufweist, die eine ausschließlich drehbewegliche Antriebswelle als mechanisches Übertragungselement beinhaltet. Die Stelleinrichtung ist hier ein herkömmlicher Bremszylinder, der über eine Hebelmechanik auf eine Antriebswelle wirkt.Such a disc brake - in this case with a fixed caliper - discloses the DE 198 04 426 A1 . Accordingly, it is provided that the disc brake has an adjusting device, which can be actuated preferably by a compressed air actuating cylinder, to rest the brake linings on the brake disc and which includes an exclusively rotatable drive shaft as a mechanical transmission element. The adjusting device here is a conventional brake cylinder that acts on a drive shaft via a lever mechanism.
Die Antriebswelle ist parallel zu einem Achskörper der ungelenkten Anhängerachse ausgerichtet und ist ein Bestandteil eines Kugelgewindetriebs, über den die Zuspannmechanik der Scheibenbremse angetrieben wird.The drive shaft is aligned parallel to an axle body of the unguided trailer axle and is part of a ball screw drive via which the application mechanism of the disc brake is driven.
Nachteilig an dieser Lösung ist der Bauraumbedarf des pneumatischen Aktuators der Scheibenbremse und der durch diesen Aktuator angetriebene Hebelmechanik, der sich insbesondere bei solchen Anhägerfahrzeugen negativ auswirkt, die für ein möglichst großes Transportvolumen konzipiert sind und dementsprechend eine möglichst große lichte Beladungshöhe aufweisen sollen.The disadvantage of this solution is the space required for the pneumatic actuator of the disc brake and the lever mechanism driven by this actuator, which has a negative effect in particular in trailer vehicles that are designed for the largest possible transport volume and should accordingly have the largest possible loading height.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden solche Anhängerfahrzeuge demzufolge mit kleinen Reifendimensionen ausgestattet, so dass der für die Bremsbetätigung zur Verfügung stehende Bauraum zwischen einem Achskörper und dem Fahrgestell des Anhängerfahrzeugs erheblich eingeschränkt ist.In order to meet these requirements, such trailer vehicles are consequently equipped with small tire dimensions, so that the installation space available for brake actuation between an axle body and the chassis of the trailer vehicle is considerably limited.
DE 197 29 024 C1 beschreibt eine Verschleißnachstellvorrichtung für eine Scheibenbremse, bei der ein beim Bremsen betätigter Drehhebel auf wenigstens ein verschiebliches Element einwirkt, welches wenigstens eine, vorzugsweise zwei Stellspindel(n) betätigt, die einen Bremsbelag in Richtung einer Bremsscheibe drückt/drücken. Die Nachstellvorrichtung ist so ausgebildet, dass sie die Stellspindeln durch Weiterdrehen nachstellt; wozu eine in Nachstellrichtung sperrende Einweg-Drehkupplung und eine Überlastkupplung vorgesehen sind. Die Einweg-Drehkupplung und die Überlastkupplung sind zu einem kombinierten Einweg-Dreh- und Überlastkupplungssystem zusammengefasst. DE 197 29 024 C1 describes a wear adjustment device for a disc brake, in which a rotary lever actuated during braking acts on at least one displaceable element which actuates at least one, preferably two adjusting spindle (s) that press / press a brake pad in the direction of a brake disc. The adjusting device is designed in such a way that it adjusts the adjusting spindles by turning them further; For this purpose, a one-way rotary clutch locking in the adjustment direction and an overload clutch are provided. The one-way rotating clutch and the overload clutch are combined to form a combined one-way rotating and overload clutch system.
DE 10 2014 002 112 A1 betrifft einen Bremszylinder für eine Betriebs- und Feststellbremse für ein Kraftfahrzeug. Der Bremszylinder umfasst einen Betriebsbremszylinder mit Betätigungsteil zum Betätigen der Betriebs- und Feststellbremse und einen Federaktuator. Der Betriebsbremszylinder und der Federaktuator sind seitlich nebeneinander angeordnet. DE 10 2014 002 112 A1 relates to a brake cylinder for a service and parking brake for a motor vehicle. The brake cylinder comprises a service brake cylinder with an actuating part for actuating the service and parking brake and a spring actuator. The service brake cylinder and the spring actuator are arranged side by side.
DE 10 2008 003 924 A1 beschreibt eine pneumatisch oder elektromotorisch betätigbare Scheibenbremse, mit einem eine Bremsscheibe übergreifenden Bremssattel, einer im Bremssattel angeordneten Zuspanneinrichtung zum Andrücken von Bremsbelägen an die Bremsscheibe, mindestens einer Stellspindel, die mit der Zuspanneinrichtung in Wirkverbindung steht, einer im Bremssattel positionierten Nachstelleinrichtung, mit der über eine axiale Verstellung der Stellspindel eine verschleißbedingte Änderung eines Lüftspiels zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe im Wesentlichen ausgleichbar ist. Die Stellspindel ist durch einen linear wirkenden Übersetzungsantrieb axial verstellbar. DE 10 2008 003 924 A1 describes a pneumatically or electromotive actuated disc brake, with a brake caliper overlapping a brake disc, an application device arranged in the brake caliper for pressing brake linings onto the brake disc, at least one adjusting spindle which is in operative connection with the application device, an adjustment device positioned in the brake caliper with which via a axial adjustment of the adjusting spindle, a wear-related change in a clearance between the brake pad and the brake disc can be essentially compensated for. The adjusting spindle is axially adjustable by means of a linear transmission drive.
DE 10 2004 012 942 A1 beschreibt eine Feststell-Bremseinrichtung, umfassend eine Betätigungseinheit und eine Übertragungseinheit zur Übertragung einer Betätigungskraft der Betätigungseinheit auf eine Bremseinrichtung, wobei zwischen der Betätigungseinheit und der Übertragungseinheit an der Übertragungseinheit eine definierte Schnittstelle mit einem Befestigungsbereich, einem Dichtungsbereich und einem Betätigungselement ausgebildet ist. Das Betätigungselement ist als Spindeltrieb ausgebildet. Die Spindel ist mit einer Mutter im Eingriff, welche ihrerseits mit einem Kolben im Eingriff steht. Der Kolben ist mit einem Bremsbelag verbunden und wird gegen eine Bremsscheibe gepresst, wenn die Spindel an ihrem anderen Ende mit einer Zuspannkraft beaufschlagt wird. DE 10 2004 012 942 A1 describes a parking brake device, comprising an actuation unit and a transmission unit for transmitting an actuation force of the actuation unit to a braking device, a defined interface with a fastening area, a sealing area and an actuation element being formed between the actuation unit and the transmission unit on the transmission unit. The actuating element is designed as a spindle drive. The spindle engages a nut which in turn engages a piston. The piston is connected to a brake lining and is pressed against a brake disc when a clamping force is applied to the spindle at its other end.
GB 1 354 631 A betrifft eine Punktscheibenbremse mit einem Bremssattel, einer Bremsscheibe und mindestens einem Bremsbelag, die durch einen fluiddruckbetätigten Kolben oder durch eine auf denselben Kolben wirkende Federeinrichtung betätigt und durch einen separaten Fluiddruck, der auf mindestens einen Bremslüftkolben wirkt, gelöst werden kann. Der Bremsbelag kann durch Druckfluid, das an der Innenseite des Bremslüftkolbens wirkt, an die Bremsscheibe angelegt werden, wobei der Bremsbelag durch Reaktion angelegt wird. Bei fehlendem Flüssigkeitsdruck, der auf Lösekolben wirkt, betätigen alternativ Tellerfedern die Bremse über den Kolben, eine integrierte Hülse, eine darin eingeschraubte Spindel, wobei die beiden letztgenannten Elemente eine Schubstange bilden, die kegelstumpfförmigen Flächen am Spindelkopf im Kolben und den Kolben. GB 1,354,631 A relates to a point disc brake with a brake caliper, a brake disc and at least one brake lining, which can be actuated by a fluid pressure-actuated piston or by a spring device acting on the same piston and released by a separate fluid pressure acting on at least one brake release piston. The brake lining can by pressure fluid, which acts on the inside of the brake release piston, to the Brake disc are applied, the brake lining being applied by reaction. If there is no fluid pressure acting on the release piston, cup springs alternatively operate the brake via the piston, an integrated sleeve, a spindle screwed into it, the latter two elements forming a push rod, the frustoconical surfaces on the spindle head in the piston and the piston.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Scheibenbremse zu schaffen, die kompakt und bauraumsparend ausgebildet ist.The invention is therefore based on the object of creating a disc brake that is compact and space-saving.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The invention solves the problem with the subject matter of claim 1.
Nach dem Kennzeichen dieses Anspruchs ist vorgesehen, dass der Aktuator an dem Bremssattel koaxial zum ersten Gewindetrieb, der insbesondere ein Kugelgewindetrieb ist, angesetzt ist und den ersten Kugelgewindetrieb antreibt.According to the characterizing part of this claim, it is provided that the actuator is attached to the brake caliper coaxially to the first screw drive, which is in particular a ball screw drive, and drives the first ball screw drive.
Durch die Integration des nach einem fluidischen Wirkprinzip arbeitenden Aktuators an den Bremssattel entfällt die sonst übliche Hebelmechanik als kinematisches Verbindungsglied zwischen Aktuator und Zuspannmechanik. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders kompakte und bauraumsparende Bauweise der Scheibenbremse erreicht.By integrating the actuator, which works according to a fluidic operating principle, on the brake caliper, the otherwise usual lever mechanism as a kinematic connecting element between the actuator and the application mechanism is no longer necessary. This advantageously achieves a particularly compact and space-saving construction of the disc brake.
Im Folgenden wird der Begriff „Lüftspiel“ verwendet. Als „Lüftspiel“ wird der Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe im gelösten Zustand der Bremse bezeichnet. Unterschieden wird dabei zwischen dem „konstruktiven Lüftspiel“, also dem nominalen, theoretischen Lüftspiel, das im Rahmen der konstruktiven Auslegung einer Scheibenbremse festgelegt wird und dem „tatsächlichen Lüftspiel“, dessen Betrag an einer kalten Scheibenbremse zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe messbar ist und Toleranzen unterworfen ist, so dass dessen Betrag vom Betrag des konstruktiven Lüftspiels abweicht. Sofern nur der Begriff „Lüftspiel“ verwendet wird, ist damit das „tatsächliche Lüftspiel“ gemeint. Andernfalls wird der Begriff des „konstruktiven Lüftspiels“ verwendet.The term “clearance” is used in the following. The distance between the brake lining and the brake disc when the brake is released is referred to as "clearance". A distinction is made between the "constructive clearance", i.e. the nominal, theoretical clearance, which is determined in the context of the structural design of a disc brake, and the "actual clearance", the amount of which can be measured on a cold disc brake between the brake pad and the brake disc and is subject to tolerances so that its amount deviates from the amount of the constructive clearance. If only the term “clearance” is used, it means the “actual clearance”. Otherwise the term “constructive clearance” is used.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist die Zuspannmechanik der Scheibenbremse einen zweiten Gewindetrieb - vorzugsweise einen Kugelgewindetrieb - auf, der koaxial zum ersten Gewindetrieb angeordnet ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine besonders bauraumsparende Bauweise der Zuspannmechanik erreicht.In one embodiment variant of the invention, the application mechanism of the disc brake has a second screw drive - preferably a ball screw drive - which is arranged coaxially to the first screw drive. As a result, a particularly space-saving design of the application mechanism is achieved in an advantageous manner.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weisen der erste Gewindetrieb und / oder der zweite Gewindetrieb jeweils ein nicht selbsthemmendes Gewinde auf. Durch ein nicht selbsthemmendes Gewinde ergeben sich vorteilhaft ein günstiger Wirkungsgrad und damit eine geringe Hysterese. In Verbindung mit der Ausführung als Kugelgewinde können die Dimensionen der mit dem Gewinde versehenen Bauteile vorteilhaft kompakt gehalten werden.In a further embodiment of the invention, the first screw drive and / or the second screw drive each have a non-self-locking thread. A non-self-locking thread advantageously results in a favorable degree of efficiency and thus a low hysteresis. In connection with the design as a ball screw, the dimensions of the components provided with the thread can advantageously be kept compact.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist der erste Kugelgewindetrieb eine größere Gewindesteigung auf als der zweite Kugelgewindetrieb. Dadurch wird ein besonders kompakt bauendes und damit vorteilhaftes Übersetzungsgetriebe in der Zuspannmechanik geschaffen.In a further embodiment of the invention, the first ball screw has a larger thread pitch than the second ball screw. This creates a particularly compact and therefore advantageous transmission gear in the application mechanism.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weist der Aktuator einen Zylinder auf, in dem ein axial verschiebbarer und mit Druckluft beaufschlagbarer Kolben eingesetzt ist. Dadurch ist das Wirkprinzip des Aktuators der Scheibenbremse -die insbesondere an nicht gelenkten Achsen von Anhängerfahrzeugen zum Einsatz kommt- vorteilhaft identisch mit dem Wirkprinzip der Bremsen an einem Zugfahrzeug.In a further particularly preferred embodiment variant of the invention, the actuator has a cylinder in which an axially displaceable piston that can be acted upon by compressed air is inserted. As a result, the operating principle of the actuator of the disc brake - which is used in particular on non-steered axles of trailer vehicles - is advantageously identical to the operating principle of the brakes on a towing vehicle.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weist der Kolben einen zum Kolben koaxial angeordneten Kragen auf, der sich von der Innenseite eines Kolbenbodens ausgehend erstreckt und das nicht selbsthemmende Innengewinde des ersten Kugelgewindetriebes aufweist. Dadurch wird in einer besonders kompakten und damit vorteilhaften Bauweise die translatorische Bewegung des Aktuators in eine rotatorische Bewegung der Zuspannmechanik umgesetzt.In a further particularly preferred embodiment of the invention, the piston has a collar which is arranged coaxially to the piston and which extends from the inside of a piston head and which has the non-self-locking internal thread of the first ball screw drive. As a result, the translational movement of the actuator is converted into a rotational movement of the application mechanism in a particularly compact and therefore advantageous design.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung taucht der Kragen in einer Grundstellung des Aktuators wenigstens teilweise in eine zylindrische Führung, durch die der Kragen radial geführt ist, wobei die zylindrische Führung vorzugsweise als ein Linearlager, besonders bevorzugt als ein Linearkugellager bzw. als eine Kugelführung gestaltet ist, die im montierten Zustand vorgespannt ist. Durch die vorgespannte Führung des Kragens sind auch die Kugelgewindetriebe vorgespannt, so dass dadurch vorteilhaft die Hysterese bzw. das radiale Spiel der Kugelgewinde minimiert wird.In a further particularly preferred embodiment of the invention, in a basic position of the actuator, the collar dips at least partially into a cylindrical guide through which the collar is guided radially, the cylindrical guide preferably as a linear bearing, particularly preferably as a linear ball bearing or as a ball guide is designed, which is biased in the assembled state. Due to the pretensioned guidance of the collar, the ball screw drives are also pretensioned, so that this advantageously minimizes the hysteresis or the radial play of the ball threads.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist die Zuspannmechanik der Scheibenbremse eine Antriebshülse auf, wobei die Antriebshülse ein Außengewinde des ersten Kugelgewindetriebs und ein Innengewinde des zweiten Kugelgewindetriebs aufweist. Die Antriebshülse ist bevorzugt als Blech-Rollteil aus einem gut umformbaren Werkstoff hergestellt. Die Laufbahnen der Kugelgewinde in der Antriebshülse sind durch einen Prägeprozess erzeugt. Durch den Prägeprozess wird vorteilhaft die Randschicht der Laufbahnen verdichtet, dadurch wird der Verschleiß der Laufbahnen vorteilhaft signifikant verlangsamt.In a further embodiment variant of the invention, the application mechanism of the disc brake has a drive sleeve, the drive sleeve having an external thread of the first ball screw and an internal thread of the second ball screw. The drive sleeve is preferably made as a rolled sheet metal part from a material that is easily deformable. The raceways of the ball screw in the drive sleeve are created by a stamping process. The embossing process advantageously compacts the surface layer of the raceways, which advantageously significantly slows down the wear on the raceways.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist die Scheibenbremse eine Nachstelleinrichtung zum automatischen Ausgleich von Bremsscheiben- und / oder Bremsbelagverschleiß auf, die in eine gestufte zylindrische Öffnung bzw. in eine gestufte Bohrung einer Betätigungsspindel aufgenommen ist. Dadurch kann ein Verschleiß der Bremsscheibe und / oder des Bremsbelags bzw. der Bremsbeläge besonders bauraumsparend und damit vorteilhaft realisiert werden.In a further embodiment variant of the invention, the disc brake has an adjustment device for automatically compensating for brake disc and / or brake lining wear, which is received in a stepped cylindrical opening or in a stepped bore of an actuating spindle. As a result, wear of the brake disc and / or the brake lining or the brake linings can be implemented in a particularly space-saving and therefore advantageous manner.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist die Nachstelleinrichtung einen Freilauf und eine Überlastkupplung auf, die als Kugelrampenkupplung ausgeführt ist. Durch das Zusammenwirken des Freilaufs mit der Überlastkupplung wird vorteilhaft gewährleistet, dass bei einer Nachstellbewegung der Nachstellvorrichtung das Lüftspiel der Scheibenbremse konstant bleibt.In a further embodiment variant of the invention, the adjustment device has a freewheel and an overload clutch, which is designed as a ball ramp clutch. The interaction of the freewheel with the overload clutch advantageously ensures that the clearance of the disc brake remains constant during an adjustment movement of the adjustment device.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist durch den Differenzbetrag zwischen den Zahnlücken einer Außenverzahnung des Freilaufgehäuses und den treibenden Zähnen einer Innenverzahnung der Antriebshülse ein konstruktives Lüftspiel der Scheibenbremse definiert. Dadurch ist in vorteilhafter Weise der Betrag des Lüftspiels durch einen definierten Abstand zweier Geometrieelemente definiert, die mit hoher Präzision gefertigt werden können, so dass das Lüftspiel nahezu identisch mit dem konstruktiven Lüftspiel ist.In a further embodiment of the invention, a structural clearance of the disc brake is defined by the difference between the tooth gaps of an external toothing of the freewheel housing and the driving teeth of an internal toothing of the drive sleeve. As a result, the amount of the clearance is defined in an advantageous manner by a defined distance between two geometric elements, which can be manufactured with high precision, so that the clearance is almost identical to the constructive clearance.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist die Scheibenbremse einen Parkbremsenaktuator auf, der in dem Bremssattel der Scheibenbremse integriert ist und auf eine Sägezahnverzahnung wirkt, die auf den Umfang der Antriebshülse aufgebracht ist. Dadurch kann eine Parkbremsfunktion für anhängerfahrzeuge besonders bauraumsparend und damit vorteilhaft realisiert werden.In a further embodiment variant of the invention, the disc brake has a parking brake actuator which is integrated in the brake caliper of the disc brake and acts on a saw toothing which is applied to the circumference of the drive sleeve. As a result, a parking brake function for trailer vehicles can be implemented in a particularly space-saving and therefore advantageous manner.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindungsgemäßen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention can be found in the further subclaims.
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse sind in den Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of a disc brake according to the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.
Es zeigen:
- 1: eine Vorderansicht eines Abschnitts einer Scheibenbremse im Schnitt;
- 2: eine Vorderansicht der Anordnung mit einer Parkbremsfunktionseinheit im Schnitt.
Show it: - 1 : a front view of a portion of a disc brake in section;
- 2 : a front view of the arrangement with a parking brake functional unit in section.
In 1 ist ein Abschnitt eines ansonsten nicht dargestellten Bremssattels 2 einer Scheibenbremse 1 dargestellt. Da der prinzipielle Aufbau einer Scheibenbremse 1 aus dem Stand der Technik bekannt ist, konzentriert sich die folgende Beschreibung auf die Gestaltung eines nach einem fluidischen Wirkprinzip arbeitenden Aktuators 3, auf die Gestaltung einer Zuspannmechanik 4 sowie einer Nachstelleinrichtung 5 der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1. Der Bremssattel 2 umgibt eine Bremsscheibe 6 vorzugsweise jedenfalls in einem Randbereich rahmenartig. Vorzugsweise sind ein zuspannseitiger Bremsbelag 7 und ein (nicht dargestellter) reaktionsseitiger Bremsbelag vorgesehen. Die Scheibenbremse eignet sich insbesondere als Bremse für eine rotierende Achse eines Fahrzeugs.In 1 is a section of a brake caliper, otherwise not shown 2 a disc brake 1 shown. Because the basic structure of a disc brake 1 is known from the prior art, the following description concentrates on the design of an actuator that works according to a fluidic operating principle 3 , on the design of an application mechanism 4th as well as an adjustment device 5 the disc brake according to the invention 1 . The caliper 2 surrounds a brake disc 6th preferably at least in an edge area like a frame. A brake lining on the application side is preferred 7th and a reaction-side brake pad (not shown) is provided. The disc brake is particularly suitable as a brake for a rotating axle of a vehicle.
Der nach einem fluidischen Wirkprinzip arbeitende Aktuator 3 ist hier beispielhaft in Form eines pneumatischen Kolbenzylinders realisiert, wodurch gegenüber der Anwendung eines üblichen Membranzylinders vorteilhaft eine Bauraumreduzierung erreicht wird.The actuator that works according to a fluidic operating principle 3 is implemented here, for example, in the form of a pneumatic piston cylinder, which advantageously results in a reduction in installation space compared to the use of a conventional diaphragm cylinder.
Dabei weist der Aktuator 3 einen Zylinder 301 auf. Der Zylinder 301 ist hier in Form eines Zylinderrohrs realisiert, das an den Bremssattel 2 der Scheibenbremse 1 angesetzt ist und in dessen koaxialer Verlängerung die Zuspannmechanik 4 und die Nachstelleinrichtung 5 der Scheibenbremse 1 angeordnet sind.The actuator 3 a cylinder 301 on. The cylinder 301 is realized here in the form of a cylinder tube that attaches to the brake caliper 2 the disc brake 1 is attached and in its coaxial extension the application mechanism 4th and the adjustment device 5 the disc brake 1 are arranged.
Durch die Integration des nach einem fluidischen Wirkprinzip arbeitenden Aktuators 3 direkt in bzw. an den Bremssattel 2 entfällt auch eine sonst übliche Hebelanordnung als kinematisches Verbindungsglied zwischen dem Aktuator 3 und einer Zuspannmechanik (hier: Bezugszeichen 4). Dadurch wird vorteilhaft eine besonders kompakte und bauraumsparende Bauweise der Scheibenbremse 1 erreicht.Through the integration of the actuator, which works according to a fluidic operating principle 3 directly in or on the brake caliper 2 There is also no need for an otherwise customary lever arrangement as a kinematic connecting element between the actuator 3 and an application mechanism (here: reference number 4th ). This advantageously results in a particularly compact and space-saving construction of the disc brake 1 reached.
In den Zylinder 301 ist ein in dem Zylinder 301 axial verschiebbarer und mit Druckluft beaufschlagbarer Kolben 302 eingesetzt. Der Kolben 302 weist eine Dichtung 303 auf, die in eine Nut im Kolben 302 eingesetzt ist. Die Dichtung 303 dichtet einen Raum des Zylinders 301 oberhalb der Dichtung 303 bzw. in negativer y-Richtung in Bezug auf das Koordinatensystem in 1 gegenüber der Umgebung ab.In the cylinder 301 is one in the cylinder 301 axially displaceable piston that can be acted upon by compressed air 302 used. The piston 302 exhibits a seal 303 on that goes into a groove in the piston 302 is used. The seal 303 seals a space of the cylinder 301 above the seal 303 or in the negative y-direction in relation to the coordinate system in 1 towards the environment.
Die Druckluftbeaufschlagung kann mit Hilfe eines (hier nicht dargestelltes) Drucklufterzeugungssystems eines Fahrzeugs erfolgen, das an die Scheibenbremse 1 angeschlossen ist und mit einer Steuerelektronik zur Steuerung der Scheibenbremse 1 verbunden ist (hier nicht dargestellt).The pressurized air can be applied with the aid of a compressed air generation system (not shown here) of a vehicle, which is connected to the disc brake 1 is connected and with control electronics for controlling the disc brake 1 is connected (not shown here).
Der Kolben 302 weist einen Kolbenboden 304 auf. Der Kolbenboden 304 weist eine Außenseite auf, die in Richtung eines Hub- bzw. Druckraums des Zylinders 301 ausgebildet ist. Der Kolbenboden 304 weist ferner eine Innenseite auf, die in einer dem Hub- bzw. Druckraums des Zylinders 301 abgewandter Richtung ausgebildet ist.The piston 302 has a piston crown 304 on. The piston crown 304 has an outside facing towards a Stroke or pressure space of the cylinder 301 is trained. The piston crown 304 also has an inside that is in one of the stroke or pressure chamber of the cylinder 301 opposite direction is formed.
Der Kolben 302 weist einen zum Kolben 302 koaxial angeordneten Kragen 305 auf, der sich von der Innenseite des Kolbenbodens 304 ausgehend in einer dem Hub- bzw. Druckraums des Zylinders 301 abgewandter Richtung erstreckt. Der Kragen 305 weist ein nicht selbsthemmend ausgelegtes Innengewinde 401 auf. Der Gewindegang des Innengewinde 401 weist 402 Kugeln auf. Die Kugeln 402 stehen in Wirkverbindung mit einem Gewindegang eines nicht selbsthemmend ausgelegten Außengewindes 403. Das Innengwinde 401, die Kugeln 402 und das Außengewinde 403 bilden einen ersten Kugelgewindetrieb.The piston 302 points you to the piston 302 coaxially arranged collar 305 that extends from the inside of the piston crown 304 starting in one of the displacement or pressure space of the cylinder 301 remote direction extends. The collar 305 has a non-self-locking internal thread 401 on. The thread of the internal thread 401 has 402 balls. The balls 402 are in operative connection with a thread turn of a non-self-locking external thread 403 . The inner thread 401 , the balls 402 and the external thread 403 form a first ball screw.
Auf der Innenseite des Kolbenbodens 304 stützt sich eine Rückstellfeder 306 in eine zum Kolben 302 koaxial positionierten Nut 307 ab, die zwischen einem sogenannten Kolbenhemd 308 und dem Kragen 305 ausgebildet ist. Die Rückstellefeder 306 ist hier als gewundene Torsionsfeder mit kegeliger Ggeometrie und rundem Drahtquerschnitt - also als Kegelfeder- gestaltet.On the inside of the piston crown 304 a return spring is supported 306 in one to the flask 302 coaxially positioned groove 307 from that between a so-called piston skirt 308 and the collar 305 is trained. The return spring 306 is designed here as a coiled torsion spring with a conical geometry and a round wire cross-section - i.e. as a conical spring.
Die dem Bremssattel 2 zugewandte Seite der Rückstellfeder 306 stützt sich in einer koaxial zur Rückstellfeder 306 angeordneten Nut 309 ab, die in den Bremssattel 2 eingearbeitet ist. Auf einer Innenseite der Nut 309 weist der Bremssattel 2 einen kegelstumpfförmigen Zentrieransatz 310 auf, der die Rückstellfeder 306 zentriert und so in Position hält.The one on the caliper 2 facing side of the return spring 306 is supported in a coaxial to the return spring 306 arranged groove 309 off that in the caliper 2 is incorporated. On an inside of the groove 309 instructs the caliper 2 a frustoconical centering shoulder 310 on who is the return spring 306 centered and thus holds in position.
Der Kragen 305 taucht in einer in 1 dargestellten Grundstellung des Aktuators 3 wenigstens teilweise in ein zylindrische Führung ein - die hier vorzugsweise als ein Linearlager, besonders bevorzugt als ein Linearkugellager bzw. als eine Kugelführung 404 gestaltet ist - durch die der Kragen 305 radial geführt ist.The collar 305 dives into an in 1 shown basic position of the actuator 3 at least partially in a cylindrical guide - here preferably as a linear bearing, particularly preferably as a linear ball bearing or as a ball guide 404 is designed - by which the collar 305 is guided radially.
Die Kugelführung 404 ist im montierten Zustand vorgespannt, so dass der erste Kugelgewindetrieb 401, 402, 403 ebenfalls vorgespannt ist. Mit dem Begriff «vorgespannt» bzw. Vorspannung eine ohne äußere Belastung in Bauteilen vorhandene mechanische Spannung, die bei der Produktion der Bauteile oder bei der Montage der Bauteile eingebracht wird, um bei einer äußeren Belastung der Bauteile ein gewünschtes Verhalten zu erreichen.The ball guide 404 is preloaded in the assembled state so that the first ball screw drive 401 , 402 , 403 is also biased. With the term “prestressed” or prestressing, a mechanical stress that is present in components without external stress and that is introduced during the production of the components or during the assembly of the components in order to achieve the desired behavior when the components are subjected to external stress.
Die Kugelführung 404 ist in einer zylindrischen Öffnung 405 montiert, wobei die zylindrische Öffnung 405 vorzugsweise eine Bohrung ist, die in den Bremssattel 2 eingearbeitet ist und in der auch weitere Bauteile der dem Aktuator 3 nachgeschalteten Zuspannmechanik 4 und die Nachstelleinrichtung 5 angeordnet sind.The ball guide 404 is in a cylindrical opening 405 mounted, the cylindrical opening 405 is preferably a hole in the caliper 2 is incorporated and in the also other components of the actuator 3 downstream application mechanism 4th and the adjustment device 5 are arranged.
Die Zuspannmechanik 4 der Scheibenbremse 1 weist eine Antriebshülse 406 auf. Auf ihrer radialen Außenseite weist die Antriebshülse 406 ein nicht selbsthemmend ausgelegtes Außengewinde 403 des ersten Kugelgewindetriebs auf. Die Antriebshülse 406 weist ferner eine zylindrische Öffnung bzw. eine Bohrung auf. Die zylindrische Öffnung bzw. Bohrung weist ein nicht selbsthemmend ausgelegtes Innengewinde 407 auf.The clamping mechanism 4th the disc brake 1 has a drive sleeve 406 on. The drive sleeve has on its radial outside 406 a non-self-locking external thread 403 of the first ball screw. The drive sleeve 406 also has a cylindrical opening or a bore. The cylindrical opening or bore has an internal thread that is not designed to be self-locking 407 on.
Da die zu übertragenden Kräfte an diesem Bauteil noch relativ gering sind, werden keine hohen Forderungen an die Materialfestigkeit gestellt, so dass die Antriebshülse 406 aus einem Werkstoff, der mit vergleichsweise geringen Umformkräften umformbar ist, hergestellt ist (z.B. Messing oder dgl.).Since the forces to be transmitted on this component are still relatively small, no high demands are placed on the material strength, so that the drive sleeve 406 made of a material which can be deformed with comparatively low deformation forces (eg brass or the like).
Die Antriebshülse 406 weist Laufbahnen auf, in denen Wälzkörper 402, 408 geführt sind. Die Laufbahnen der Wälzkörper 402, 408 in der Antriebshülse 406 sind vorzugsweise durch einen Prägeprozess erzeugt. Dieser Prägeprozess führt zu einer verdichteten Randschicht der Laufbahnen. Durch die umformtechnische Verdichtung der Randschicht verschleißen die Laufbahnen der Wälzkörper vorteilhaft langsamer als dies durch spanend erzeugte Laufbahnen der Fall wäre.The drive sleeve 406 has raceways in which rolling elements 402 , 408 are led. The raceways of the rolling elements 402 , 408 in the drive sleeve 406 are preferably produced by an embossing process. This embossing process leads to a compacted surface layer of the raceways. As a result of the compression of the surface layer by forming technology, the raceways of the rolling elements wear out advantageously more slowly than would be the case with raceways produced by machining.
Der Gewindegang des Innengewindes 407 weist Kugeln 408 auf. Die Kugeln 408 stehen in Wirkverbindung mit einem Gewindegang eines nicht selbsthemmend ausgelegten Außengewindes 409. Das Innengewinde 407, die Kugeln 408 und das Außengewinde 409 bilden einen zweiten Kugelgewindetrieb.The thread of the internal thread 407 assigns balls 408 on. The balls 408 are in operative connection with a thread turn of a non-self-locking external thread 409 . The internal thread 407 , the balls 408 and the external thread 409 form a second ball screw.
Die Antriebshülse 406 weist an ihrer der Bremsscheibe 6 zugewandten Seite eine Abstützfläche zur Aufnahme von axial wirkenden Reaktionskräften auf. Diese Abstützfläche ist vorteilhaft mit einem vom äußeren Durchmesser der Antriebshülse 406 radial auskragenden Bund 410 gebildet. An diesem Bund 410 ist zur reibungsarmen Abstützung der Spannkraft ein Lager, vorzugsweise ein Wälzlager, besonders bevorzugt ein Axialrillenkugellager 411 angeordnet. Durch das Lager ist die Antriebshülse 406 drehbar gelagert.The drive sleeve 406 points at her the brake disc 6th facing side on a support surface for absorbing axially acting reaction forces. This support surface is advantageous with one of the outer diameter of the drive sleeve 406 radially protruding collar 410 educated. On this covenant 410 is for low-friction support of the clamping force a bearing, preferably a roller bearing, particularly preferably an axial deep groove ball bearing 411 arranged. The drive sleeve is through the bearing 406 rotatably mounted.
Die zylindrische Öffnung bzw. die Bohrung der Antriebshülse 406 ist von einer Betätigungsspindel 412 durchgriffen. Auf ihrer radialen Außenseite weist die Betätigungsspindel 412 das Außengewinde 409 des zweiten Kugelgewindetriebs auf. Die Betätigungsspindel 412 weist ferner eine gestufte zylindrische Öffnung bzw. eine gestufte Bohrung auf, die die Nachstelleinrichtung 5 der Scheibenbremse aufnimmt.The cylindrical opening or the bore of the drive sleeve 406 is from an actuating spindle 412 penetrated. The actuating spindle has on its radial outside 412 the external thread 409 of the second ball screw. The actuating spindle 412 furthermore has a stepped cylindrical opening or a stepped bore which the adjusting device 5 the disc brake picks up.
Die Betätigungsspindel 412 weist einen Querschnitt auf, der an den Schalltrichter einer Trompete erinnert. Demzufolge weist die Betätigungsspindel 412 einen Kragen 413 auf. Der Kragen 413 wirkt mit einer dem Zylinder 301 abgewandten Seite der Betätigungsspindel 412 auf eine Bremsbelagplatte 414, auf die auf ihrer der Bremsscheibe 6 zugewandten Seite ein Reibmittel (hier nicht dargestellt) aufgebracht ist und so den einen Bremsbelag 7 bildet. Der Bremsbelag 7 kann auch selbst noch eine eigene (hier nicht dargestellte) Trägerplatte aufweisen.The actuating spindle 412 has a cross section that is attached to the bell of a Trumpet reminds. Accordingly, the actuating spindle 412 a collar 413 on. The collar 413 acts with one of the cylinder 301 remote side of the actuating spindle 412 on a brake pad plate 414 on the one on their the brake disc 6th facing side a friction means (not shown here) is applied and so the one brake lining 7th forms. The brake pad 7th can also have its own carrier plate (not shown here).
An dem Kragen 413 ist ein Ende eines Dichtungsbalgs 415 befestigt. Der Dichtungsbalg 415 ist hier beispielhaft als Faltenbalg gestaltet. Alternativ kann der Dichtungsbalg 415 auch mit einer anderen Geometrie gestaltet sein. Ein anderes Ende des Dichtungsbalges 415 ist am Bremssattel 2 befestigt. Der Dichtungsbalg 415 dichtet also den Aktuator 3, die Zuspannmechanik 4 und auch die Nachstelleinrichtung 5 gegen die Umgebung, insbesondere gegen die Bremsscheibe 6 ab.On the collar 413 is one end of a sealing bellows 415 attached. The sealing bellows 415 is designed here as an example of a bellows. Alternatively, the sealing bellows 415 also be designed with a different geometry. Another end of the sealing bellows 415 is on the caliper 2 attached. The sealing bellows 415 thus seals the actuator 3 , the clamping mechanism 4th and also the adjustment device 5 against the environment, especially against the brake disc 6th from.
Im Folgenden wird die Funktion der Zuspannmechanik 4 der Scheibenbremse 1 erläutert.The function of the clamping mechanism is described below 4th the disc brake 1 explained.
Die Übersetzung der Hubbewegung des Kolbens 302 auf die Zuspannbewegung der Betätigungsspindel 412 erfolgt zweckmäßig durch den vom Aktuator 3 axial betätigten ersten Kugelgewindetrieb 401, 402, 403 bei dem ein außenliegender, mit dem Kolben 302 einstückig verbundener und am inneren Umfang mit einem Gewinde 401 versehenen Kragen 305 in das komplementär ausgebildete außenliegende Gewinde 403 einer zum Kragen 305 koaxial angeordneten Antriebshülse 406 eingreift, welche bei axialer Betätigung des Kragens 305 durch den Kugelgewindetrieb 401, 402, 403 in eine Drehbewegung versetzt wird.The translation of the stroke movement of the piston 302 to the clamping movement of the actuating spindle 412 is expediently carried out by the actuator 3 axially actuated first ball screw 401 , 402 , 403 in which an external one, with the piston 302 integrally connected and with a thread on the inner circumference 401 fitted collar 305 into the complementary external thread 403 one to the collar 305 coaxially arranged drive sleeve 406 engages, which upon axial actuation of the collar 305 through the ball screw 401 , 402 , 403 is set in a rotary motion.
Die Antriebshülse 406 weist an ihrer der Bremsscheibe 6 zugewandten Seite Abstützflächen zur Aufnahme von axial wirkenden Reaktionskräfte auf. Diese Abstützflächen werden vorteilhaft mit einem vom äußeren Durchmesser der Antriebshülse 406 radial auskragenden Bund 410 gebildet. An diesem Bund 410 ist zur reibungsarmen Abstützung der Spannkraft ein Lager, vorzugsweise ein Wälzlager, besonders bevorzugt ein Axialrillenkugellager angeordnet.The drive sleeve 406 points at her the brake disc 6th facing side support surfaces for absorbing axially acting reaction forces. These support surfaces are advantageously with one of the outer diameter of the drive sleeve 406 radially protruding collar 410 educated. On this covenant 410 For low-friction support of the clamping force, a bearing, preferably a roller bearing, particularly preferably an axial deep groove ball bearing, is arranged.
Der inneren Durchmesser der Antriebshülse 406 weist ein zur Übertragung der erzeugten Spannkraft geeignetes Innengewinde 407 auf, welches durch Kugeln 408 in das Außengewinde 409 der Betätigungsspindel 412 eingreift. Derart wird ein zweiter Kugelgewindetrieb 407, 408, 409 gebildet, der koaxial zum ersten Kugelgewindetrieb 401, 402,403 angeordnet ist.The inner diameter of the drive sleeve 406 has an internal thread suitable for transferring the generated clamping force 407 on which by bullets 408 into the external thread 409 the actuating spindle 412 intervenes. A second ball screw is used in this way 407 , 408 , 409 formed, the coaxial with the first ball screw 401 , 402 , 403 is arranged.
Bei einer Betätigungsbewegung des Kolbens 302 wird durch die hervorgerufene Drehbewegung der Antriebshülse 406 die Betätigungsspindel 412 im Sinne einer Zuspannbewegung relativ zur Antriebshülse 406 heraus- und zum Lösen der Scheibenbremse 1 wieder zurückgeschraubt.When the piston is actuated 302 is caused by the rotation of the drive sleeve 406 the actuating spindle 412 in the sense of an application movement relative to the drive sleeve 406 and to release the disc brake 1 screwed back again.
Das Lösen der Scheibenbremse 1 erfolgt bei Verwendung eines selbsthemmenden Gewindes 409 an der Betätigungsspindel 412, ausschließlich durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 306, die eine Rückhubbewegung des Kolbens 302 und eine Rückdrehbewegung der Antriebshülse 406 bewirkt.Releasing the disc brake 1 occurs when using a self-locking thread 409 on the actuating spindle 412 , exclusively through the restoring force of the return spring 306 showing a return stroke of the piston 302 and a reverse rotation of the drive sleeve 406 causes.
Die Verwendung eines selbsthemmenden Gewindes 407 bzw. 409 hat den Nachteil eines niedrigen Wirkungsgrades und den Vorteil kleinerer Dimensionen der gewindeaufweisenden Bauteile. Bei Anwendung eines nicht selbsthemmenden Gewindes 409 ergeben sich ein günstiger Wirkungsgrad und damit eine geringe Hysterese, jedoch sind erheblich größere Abmessungen der Betätigungsspindel 412 die Folge.The use of a self-locking thread 407 or. 409 has the disadvantage of low efficiency and the advantage of smaller dimensions of the threaded components. When using a non-self-locking thread 409 the result is a favorable efficiency and thus a low hysteresis, but the dimensions of the actuating spindle are considerably larger 412 the consequence.
Beim Lösen der Scheibenbremse 1 erfolgt die Rückstellung selbsttätig durch die auf die Betätigungsspindel 412 wirkende Spannkraft, die im Gewinde 409 bzw. 407 in eine Rückdrehbewegung der Antriebshülse 406 und damit ein Zurückschieben des Kolbens 302 umgesetzt wird. Die aus der Spannkraft resultierende Rückstellkraft auf den Kolben 302 wirkt in diesem Zustand parallel zu einer Kraft der auf direkt den Kolben 302 wirkenden Rückstellfeder 306. Bei Erreichen der Lösestellung, d.h. bei Beginn des Abhebens des Kragens 413 der Betätigungsspindel vom Bremsbelag 7 bzw. von der Bremsbelagplatte 414 entfällt die aus der Spannkraft resultierend Rückstellwirkung und die weitere Rückstellbewegung wird ausschließlich durch die Rückstellfeder 306 hervorgerufen.When releasing the disc brake 1 the reset takes place automatically by the on the actuating spindle 412 acting clamping force in the thread 409 or. 407 in a reverse rotation of the drive sleeve 406 and thus a pushing back of the piston 302 is implemented. The restoring force on the piston resulting from the clamping force 302 acts in this state parallel to a force that acts directly on the piston 302 acting return spring 306 . When the release position is reached, ie when the collar begins to be lifted off 413 the actuating spindle from the brake lining 7th or from the brake pad 414 the restoring effect resulting from the clamping force is no longer applicable and the rest of the restoring movement is only caused by the restoring spring 306 evoked.
Bei selbsttätiger Rückstellung ergibt sich bei Erreichen der Löseposition des Kolbens 302 eine Umkehrung der Drehkraftrichtung im Spindelsystem. Solange beim Lösevorgang der Scheibenbremse 1 Spannkraft vorliegt, wirken die Kräfte noch in die gleiche Richtung wie beim Betätigen der Scheibenbremse 1. Der Kolben 302 wird in dieser Phase über das Spindelsystem zurückgedrückt. Sobald jedoch der Kragen 413 der Betätigungsspindel 412 vom Bremsbelag 7 bzw. von der Bremsbelagplatte 414 abhebt, erfolgt die weitere Rückwärtsbewegung durch die Kraft der Rückstellfeder 306 ziehend. Insofern wechseln die am Spindelsystem wirkenden Drehmomente ihre Wirkrichtung.In the case of automatic resetting, this results when the piston reaches the release position 302 a reversal of the direction of the torque in the spindle system. As long as the disc brake is released 1 If there is a clamping force, the forces still act in the same direction as when the disc brake is actuated 1 . The piston 302 is pushed back in this phase via the spindle system. However, as soon as the collar 413 the actuating spindle 412 from the brake pad 7th or from the brake pad 414 lifts off, the further backward movement takes place through the force of the return spring 306 pulling. In this respect, the torques acting on the spindle system change their direction of action.
Dieser Effekt kennzeichnet die Löseposition der Scheibenbremse 1, also den Zustand Lüftspiel gleich Null, und kann ggf. zur Steuerung der Nachstelleinrichtung 5 genutzt werden. Um eine Dimensionierung der Gewinde 401, 403 bzw. 407, 409 vornehmen zu können, müssen der mechanischer Wirkungsgrad und die Hysterese der Zuspannmechanik 4 betrachtet werden.This effect characterizes the release position of the disc brake 1 , that is, the state of the clearance is zero, and can be used to control the adjustment device if necessary 5 be used. To dimension the thread 401 , 403 or. 407 , 409 to be able to make the mechanical one Efficiency and the hysteresis of the clamping mechanism 4th to be viewed as.
Der mechanische Wirkungsgrad bestimmt sich aus den Verlusten des ersten Gewindetriebs 401, 402, 403 und den Reibverlusten im zweiten Gewindetriebs 407, 409, 409. Der Gesamtwirkungsgrad des Spindelsystems der Zuspannmechanik 4 ist somit das Produkt aus dem Wirkungsgrad des ersten Gewindetriebs 407, 408, 409 sowie dem Wirkungsgrad des zweiten Gewindetriebs 407, 408, 409.The mechanical efficiency is determined by the losses of the first screw drive 401 , 402 , 403 and the friction losses in the second screw drive 407 , 409 , 409 . The overall efficiency of the spindle system of the clamping mechanism 4th is therefore the product of the efficiency of the first screw drive 407 , 408 , 409 and the efficiency of the second screw drive 407 , 408 , 409 .
Eine erste Abschätzung der erzielbaren Wirkungsgrade zeigt, dass in einem Steilgewinde auch bei Verwendung eines normalen, reibungsbehafteten Gewindeprofiles Wirkungsgrade bis 95 % erzielbar sind. Dabei ist das Steilgewinde so zu bemessen, dass bei 65 mm Hub des Kolbens 302 ein Drehwinkel der Antriebshülse 406 von etwa 120° erzielt werden. Bei Anwendung eines Kugelgewindetriebs beträgt der Wirkungsgrad 0,9975 - bei Annahme eines Reibbeiwertes von 0,005.An initial estimate of the achievable degrees of efficiency shows that degrees of efficiency of up to 95% can be achieved in a high helix thread even when using a normal thread profile subject to friction. The high helix thread is to be dimensioned in such a way that with a 65 mm stroke of the piston 302 an angle of rotation of the drive sleeve 406 of about 120 ° can be achieved. When using a ball screw drive, the efficiency is 0.9975 - assuming a coefficient of friction of 0.005.
In gleicher Größenordnung kann der Wirkungsgrad der zur Verdrehsicherung erforderlichen Kugelführung 404 des Kragens 305 sowie des zur axialen Abstützung der Antriebshülse 406 notwendigen Lagers angesetzt werden. Da ein Axialrillenkugellager geringere Reibbeiwerte aufweist als z.B. ein Axialrollen- oder ein Axialrollenlager, ist aus Gründen der geringeren Reibung ein Axialrillenkugellager 411 zu bevorzugen.The efficiency of the ball guide required to prevent rotation can be of the same order of magnitude 404 of the collar 305 as well as that for the axial support of the drive sleeve 406 necessary storage. Since an axial deep groove ball bearing has lower coefficients of friction than, for example, an axial roller bearing or an axial roller bearing, an axial deep groove ball bearing is required for reasons of lower friction 411 to prefer.
Das Gewinde 407 bzw. 409 der Betätigungsspindel 412 weist eine Steigung von ca. 12 mm auf, so dass die Steigung des zweiten Kugelgewindetriebs 407, 408, 409 kleiner ist als die Steigung des ersten Gewindetriebs 401, 402, 403. Eine überschlägige Wirkungsgradermittlung zeigt, dass der erzielbare Wirkungsgrad bei Anwendung eines reibungsbehafteten Gewindes bei ca. 50% liegt.The thread 407 or. 409 the actuating spindle 412 has a pitch of approx. 12 mm, so that the pitch of the second ball screw 407 , 408 , 409 is smaller than the pitch of the first screw drive 401 , 402 , 403 . An approximate determination of the efficiency shows that the achievable efficiency when using a thread subject to friction is approx. 50%.
Daraus ergibt sich für die Betätigungsspindel 412 die Notwendigkeit, mit dem Kugelgewinde 409 versehen zu werden. Der zweite Kugelgewindetrieb 407, 408, 409 kann nach Angeben der Hersteller solcher Kugelgewindetriebe (z.B. Fa. Star etc.) mit ca. 95% Wirkungsgrad angesetzt werden, so dass mit einem konventionellen, reibungsbehafteten Steilgewindeantrieb ein guter Gesamtwirkungsgrad von z.B. 0,95 x 0,95 = 0,9025 erzielbar erscheint.This results in the actuating spindle 412 the need to use the ball screw 409 to be provided. The second ball screw 407 , 408 , 409 According to the manufacturer, such ball screw drives (e.g. Star, etc.) can be used with approx. 95% efficiency, so that a good overall efficiency of e.g. 0.95 x 0.95 = 0.9025 appears to be achievable with a conventional high-helix thread drive subject to friction .
Das ergibt eine Hysterese von ca. 20% was deutlich über der Hysterese von Serienbremsen mit Schwenkhebelbetätigung liegt. Bei Verwendung eines Kugelgewindes 401, 402, 403 auch im ersten (Steil-)Gewindetrieb 401, 402, 403 ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad zwischen 93% und 95%, was im Bereich der Serienbremsen mit Schwenkhebelbetätigung liegt.This results in a hysteresis of approx. 20%, which is significantly higher than the hysteresis of standard brakes with swivel lever actuation. When using a ball screw 401 , 402 , 403 Also in the first (steep) screw drive 401, 402, 403 there is an overall efficiency between 93% and 95%, which is in the range of standard brakes with swivel lever actuation.
Die Nachstelleinrichtung 5 zum Ausgleich von Bremsscheiben- und / oder Bremsbelagverschleiß ist in einem der Bremsscheibe 6 abgewandten Endbereich der Antriebshülse 406 angeordnet und greift zum Antrieb der rohrförmig ausgebildeten Betätigungsspindel 412 in deren Innenbereich ein. Der Antrieb der Nachstellvorrichtung 5 erfolgt aus der Betätigungsdrehbewegung der Antriebshülse 406. In dem der Bremsscheibe 6 abgewandten Endbereich der Antriebshülse 406 ist die Nachstellvorrichtung 5 konzentrisch zur Längsachse der Betätigungsspindel 412 aufgenommen.The adjustment device 5 to compensate for brake disc and / or brake pad wear is in one of the brake discs 6th remote end of the drive sleeve 406 arranged and engages to drive the tubular actuating spindle 412 in their interior. The drive of the adjustment device 5 takes place from the actuating rotary movement of the drive sleeve 406 . In that of the brake disc 6th remote end of the drive sleeve 406 is the adjusting device 5 concentric to the longitudinal axis of the actuating spindle 412 recorded.
Eine axiale Fixierung der Nachstellvorrichtung 5 erfolgt über ein Lager, vorzugsweise ein Wälzlager, besonders bevorzugt ein Rillenkugellager 501, welches mit einem Innenring ein Gehäuse 502 eines Freilaufes 503 trägt und mit einem Außenring im Endbereich der Antriebshülse 406 aufgenommen ist. Da die Antriebshülse 406 an ihrem der Bremsscheibe 6 zugewandten Endbereich über ein Axialkugellager 411 am Bremssattel 2 gelagert ist, wird so auch eine axiale Fixierung der Nachstellvorrichtung 5 erzielt.An axial fixation of the adjusting device 5 takes place via a bearing, preferably a roller bearing, particularly preferably a deep groove ball bearing 501 , which has a housing with an inner ring 502 a freewheel 503 carries and with an outer ring in the end area of the drive sleeve 406 is recorded. As the drive sleeve 406 on her the brake disc 6th facing end area via an axial ball bearing 411 on the caliper 2 is mounted, an axial fixation of the adjusting device is also achieved 5 achieved.
Die Nachstelleinrichtung weist eine Achse 504 auf. Auf der Achse 504 sind wesentliche Funktionsbauteile der Nachstelleinrichtung 5 angeordnet.The adjusting device has an axis 504 on. On the axis 504 are essential functional components of the adjustment device 5 arranged.
Die Antriebshülse 406 weist eine Innenverzahnung 505 auf. Die Innenverzahnung 505 steht in einer Wirkverbindung mit einem die Drehrichtung der Innenverzahnung 505 umkehrendes Getriebe 506, dass hier -rein beispielhaft- als Planetengetriebe ausgeführt ist. Alternativ sind auch andere Getriebebauformen denkbar, wesentlich ist die Funktion der Drehrichtungsumkehr. Das Getriebe 506 wirkt auf eine Außenverzahnung 507 des Freilaufgehäuses 502 der Nachstellvorrichtung 5.The drive sleeve 406 has internal teeth 505 on. The internal gearing 505 is in an operative connection with the direction of rotation of the internal toothing 505 reversing gear 506 that here - purely by way of example - is designed as a planetary gear. Alternatively, other gear designs are also conceivable, the function of reversing the direction of rotation is essential. The gear 506 acts on an external toothing 507 of the freewheel housing 502 the adjustment device 5 .
Eine axiale Verstellung der Betätigungsspindel 412 im spannkraftfreien Zustand, wie es zur Überwindung des Lüftspiels notwendig ist, erfordert eine Verdrehsicherung der Achse 405 der Nachstelleinrichtung 5. Andernfalls könnte die Betätigungsspindel 412 durch das Gewindereibmoment bei Betätigung der Antriebshülse 406 in Umfangsrichtung mitbewegt werden, ohne dass eine axiale Verstellung der Betätigungsspindel 412 relativ zur Antriebshülse 406 erfolgt.An axial adjustment of the actuating spindle 412 In the state where there is no clamping force, as is necessary to overcome the clearance, the axis must be secured against rotation 405 the adjustment device 5 . Otherwise the operating spindle could 412 by the thread friction torque when the drive sleeve is actuated 406 be moved in the circumferential direction without an axial adjustment of the actuating spindle 412 relative to the drive sleeve 406 he follows.
Eine notwendige Sicherung der Achse 504 gegen eine solche aus Reibmomenten resultierende Drehbeanspruchung wird durch eine mit der Achse 504 der Nachstelleinrichtung 5 fest verbundene Verdrehsicherung 508 erzielt. Die Verdrehsicherung 508 ist plattenförmig gestaltet und am der Bremsscheibe 6 abgewandten Ende der Achse 504 unverdrehbar aufgenommen.A necessary securing of the axis 504 against such a torsional stress resulting from frictional torques is a with the axis 504 the adjustment device 5 firmly connected anti-twist device 508 achieved. The anti-twist device 508 is plate-shaped and on the brake disc 6th remote end of the axis 504 recorded non-rotatably.
Die Verdrehsicherung 508 weist an ihrer Peripherie drei Paare von Führungsnasen 509 auf. Die Führungsnasen 509, welche gleitend in die Zahnlücken der Innenverzahnung 505 der Antriebshülse 406 eingreifen und so, unabhängig von der axialen Position der Antriebshülse 406, die Achse der Nachstelleinrichtung 5 gegen Verdrehen sichern.The anti-twist device 508 has three pairs of guide lugs on its periphery 509 on. The guide noses 509 which slide into the gaps between the teeth of the internal toothing 505 the drive sleeve 406 engage and so, regardless of the axial position of the drive sleeve 406 , the axis of the adjustment device 5 Secure against twisting.
Die Achse 504 der Nachstelleinrichtung 5 ist an diesem der Bremsscheibe 6 abgewandten Endbereich mit einem Reibkonus 510 einer Konuskupplung 511 ausgestattet. Der Reibkonus 510 ist mit einer komplementär ausgebildeten Vertiefung in einem Planetenträger 517 des Getriebes 506 im Eingriff steht. Da die Konuskupplung 511 mit der Kraft einer die Achse 504 der Nachstelleinrichtung 5 umhüllenden Rückstellfeder 512 vorgespannt ist, kann eine hohe Haltekraft erzielt werden.The axis 504 the adjustment device 5 is on this the brake disc 6th remote end area with a friction cone 510 a cone coupling 511 fitted. The friction cone 510 is with a complementary recess in a planet carrier 517 of the transmission 506 is engaged. Because the cone coupling 511 with the force of one the axis 504 the adjustment device 5 enveloping return spring 512 is preloaded, a high holding force can be achieved.
Der Freilauf 503 ist hier beispielhaft als Klemmrollenfreilauf gestaltet. Der Freilauf 503 weist ein Freilaufgehäuse 502 sowie eine Freilaufwelle 513 auf. Die Freilaufwelle 513 wirkt auf eine Überlastkupplung 514, die hier beispielhaft als Kugelrampenkupplung ausgeführt ist.The freewheel 503 is designed here as an example of a clamping roller freewheel. The freewheel 503 has a freewheel housing 502 as well as a freewheel shaft 513 on. The freewheel shaft 513 acts on an overload clutch 514 , which is designed here as an example of a ball ramp coupling.
Die Kraft der Rückstellfeder 512 wird über die Überlastkupplung 514 auf die Freilaufwelle 513 und von dort über den Reibkonus 510 auf den Planetenträger 517 geleitet. Bei einer Verdrehung der Betätigungsspindel 412 durch die Nachstelleinrichtung 5 oder bei einem Rückstellvorgang wird an dem Reibkonus 510 ein entsprechend großes Reib-Drehmoment erzeugt, mit dem die Betätigungsspindel 412 gegen ungewolltes Verdrehen gesichert ist.The force of the return spring 512 is via the overload clutch 514 on the freewheel shaft 513 and from there over the friction cone 510 on the planet carrier 517 directed. When the actuating spindle is rotated 412 by the adjustment device 5 or in the event of a resetting process, the friction cone 510 a correspondingly large friction torque is generated with which the actuating spindle 412 is secured against unintentional twisting.
Die hier beschriebene Verdrehsicherung 508 weist den Vorteil auf, dass auf einfache Weise eine Entkoppelung des den Antrieb der Nachstelleinrichtung 5 bewirkenden Getriebes 506 möglich ist. Damit wird ein Rückstellen der Betätigungsspindel 412 im Servicefall durch einfaches Zurückschieben ermöglichtThe anti-rotation device described here 508 has the advantage that the drive of the adjustment device can be decoupled in a simple manner 5 causing transmission 506 is possible. This means that the actuating spindle is reset 412 made possible by simply pushing it back in the event of service
Die Zahnlücken der Außenverzahnung 507 am Freilaufgehäuse 502 sind um einen definierten Betrag größer als die in diese Zahnlücken eingreifenden Zähne der Innenverzahnung 505 der Antriebshülse 406.The tooth gaps of the external toothing 507 on the freewheel housing 502 are larger by a defined amount than the teeth of the internal toothing that engage in these tooth gaps 505 the drive sleeve 406 .
Dieser Differenzbetrag zwischen den Zahnlücken der Außenverzahnung 507 des Freilaufgehäuses 502 und den treibenden Zähnen der Innenverzahnung 505 der Antriebshülse 406 definiert das konstruktive Lüftspiel der Scheibenbremse 1. Das konstruktive Lüftspiel kann jedoch auch an anderen Stellen in der Übertragung der Antriebsdrehbewegung von der Antriebshülse 406 auf die Nachstellvorrichtung 5 als entsprechender Leerweg vorgesehen sein.This difference between the tooth gaps of the external toothing 507 of the freewheel housing 502 and the driving teeth of the internal gearing 505 the drive sleeve 406 defines the structural clearance of the disc brake 1 . However, the structural clearance can also be used at other points in the transmission of the rotary drive movement from the drive sleeve 406 on the adjuster 5 be provided as a corresponding idle travel.
Die zylindrische Öffnung bzw. Bohrung der Betätigungsspindel 412 weist eine Längsverzahnung 515 nach Art einer Keilwellenzahnung auf. Die Längsverzahnung 515 steht in einer Wirkverbindung mit einer Zahnhülse 516. Die Zahnhülse 516 ist am Ende der Achse 504 angeordnet, die die zylindrische Öffnung bzw. die Bohrung der Betätigungsspindel 412 auf ihrer gesamten Länge durchdringt.The cylindrical opening or bore of the actuating spindle 412 has a longitudinal toothing 515 in the manner of a spline toothing. The spline 515 is in an operative connection with a tooth sleeve 516 . The tooth sleeve 516 is at the end of the axis 504 arranged that the cylindrical opening or the bore of the actuating spindle 412 penetrates along its entire length.
Die Wirkungsweise der Nachstelleinrichtung 5 wird nachfolgend anhand von drei Betriebszuständen der Nachstelleinrichtung 5 erläutert:
- • Lüftspiel korrekt
- • Lüftspiel zu groß
- • Lüftspiel zu klein.
How the adjustment device works 5 is explained below on the basis of three operating states of the adjustment device 5 explained: - • Correct clearance
- • The clearance is too big
- • The air gap is too small.
Bei einem korrekten Lüftspielbetrag wird die Scheibenbremse 1 durch die Beaufschlagung des Aktuators 3 mit Druckluft betätigt.With a correct amount of clearance, the disc brake 1 by acting on the actuator 3 operated with compressed air.
Der Aktuator 3 verschiebt den Kragen 305 in Richtung der Bremsscheibe 6 und bewirkt dabei über das zwischen dem Kragen 305 und der Antriebshülse 406 angeordnete Steilgewinde 401, 402, 403 eine Verdrehung der Antriebshülse 406.The actuator 3 moves the collar 305 towards the brake disc 6th and causes it over that between the collar 305 and the drive sleeve 406 arranged high helix threads 401 , 402 , 403 twisting of the drive sleeve 406 .
Durch das zwischen der Antriebshülse 406 und der Betätigungsspindel 412 befindliche Kugelgewinde 407, 408, 409 wird infolge der Verdrehung der Antriebshülse 406 die Betätigungsspindel 412 in axialer Richtung im Sinne einer Zuspannbewegung verschoben.By between the drive sleeve 406 and the actuating spindle 412 located ball screw 407 , 408 , 409 is due to the rotation of the drive sleeve 406 the actuating spindle 412 shifted in the axial direction in terms of an application movement.
Gleichzeitig wird durch die Verdrehung der Antriebshülse 406 das durch die Innenverzahnung 505 der Antriebshülse 406 in Wirkverbindung mit der Antriebshülse 406 stehende Getriebe 506 der Nachstellvorrichtung 5 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt.At the same time, the rotation of the drive sleeve 406 that through the internal gearing 505 the drive sleeve 406 in operative connection with the drive sleeve 406 stationary gear 506 the adjustment device 5 also set in a rotary motion.
Die im dem Aktuator 3 zugewandten Teil der Antriebshülse 406 aufgenommenen Nachstelleinrichtung 5 wird über ein Getriebe, vorzugsweise ein Planetengetriebe angetrieben, das die Drehrichtung der Antriebshülse 406 umkehrt. Die Nachstelleinrichtung 5 weist ferner eine Überlastkupplung 514 auf, die hier beispielhaft als Kugelrampenkupplung ausgeführt ist. Darüber hinaus weist die Nachstelleinrichtung 5 den Freilauf 503 auf.The in the actuator 3 facing part of the drive sleeve 406 recorded adjustment device 5 is driven by a gear, preferably a planetary gear, which controls the direction of rotation of the drive sleeve 406 reverses. The adjustment device 5 also has an overload clutch 514 on, which is designed here as an example of a ball ramp coupling. In addition, the adjustment device 5 the freewheel 503 on.
Diese Bauelemente der Nachstelleinrichtung 5 sind auf der zentralen Achse 504 der Nachstelleinrichtung 5 aufgenommen, welche über den in Längsnuten 419 der Antriebshülse 406 verdrehgesichert gehaltenen Planetenträger 517 des Getriebes 506 verdrehfest aufgenommen ist.These components of the adjustment device 5 are on the central axis 504 the adjustment device 5 added which over the in longitudinal grooves 419 the drive sleeve 406 Planet carrier held in a rotationally secured manner 517 of the transmission 506 is received torsionally.
Die Antriebsdrehbewegung der Antriebshülse wird im Falle einer Betätigung der Nachstelleinrichtung 5 durch das Getriebe 506 in eine entgegengesetzte Drehbewegung der Betätigungsspindel 412 umgewandelt. Da das Getriebe 506 eine Übersetzung von etwa 2:1 aufweist, ist die Zustellbewegung der Nachstelleinrichtung 5 etwa doppelt so groß, wie der gleichzeitig bewirkte Betätigungshub. Auf diese Weise wird eine sehr hohe Effizienz der Nachstelleinrichtung 5 erreicht.The drive rotational movement of the drive sleeve is in the event of actuation of the Adjustment device 5 through the gearbox 506 in an opposite rotational movement of the actuating spindle 412 transformed. As the transmission 506 has a ratio of about 2: 1, is the infeed movement of the adjusting device 5 about twice as large as the actuation stroke effected at the same time. In this way, the adjustment device becomes very efficient 5 reached.
Zunächst wird infolge der Relativverdrehung zwischen der Nachstelleinrichtung 5, der Antriebshülse 406 und der Betätigungsspindel 412 die das Lüftspiel bestimmende Zahnluft zwischen dem Getriebe 506 und der Außenverzahnung 507 des Freilaufgehäuses 502 überwunden. Nach Überwinden der Zahnluft erfolgt eine Drehmomentübertragung von der Antriebshülse 406 auf die Betätigungsspindel 412.First, as a result of the relative rotation between the adjusting device 5 , the drive sleeve 406 and the actuating spindle 412 the tooth clearance between the gear unit, which determines the clearance 506 and the external gearing 507 of the freewheel housing 502 overcome. After the tooth clearance has been overcome, torque is transmitted from the drive sleeve 406 on the actuating spindle 412 .
Da jedoch -infolge des korrekten Lüftspiels- gleichzeitig der Spannkraft- und Reibkraft-Aufbau am Kragen 413 der Betätigungsspindel 412 erfolgt, findet keine Verdrehung der Betätigungsspindel 412 statt, sondern die Antriebsbewegung der Antriebshülse 406 wird in der Überlastkupplung 514 der Nachstellvorrichtung 5 aufgenommen.However, as a result of the correct clearance, the tension force and friction force build-up on the collar at the same time 413 the actuating spindle 412 takes place, there is no rotation of the actuating spindle 412 instead, but the drive movement of the drive sleeve 406 is in the overload clutch 514 the adjustment device 5 recorded.
Die Scheibenbremse 1 wird durch Entlüften des Aktuators 3 gelöst.The disc brake 1 is made by venting the actuator 3 solved.
Dadurch wird durch den Entfall der Betätigungskraft des Aktuators 3 die Betätigungsspindel 412 durch die zunächst noch vorhandene Spannkraft zurückgeschoben. Die Antriebshülse 406 wird dabei durch den zweiten Kugelgewindetrieb 407, 408, 409 zurückgedreht. Infolge der Rückdrehbewegung wird Antriebshülse 406 zurückgedreht, bis die das Lüftspiel bestimmende Zahnluft überwunden ist.This eliminates the actuation force of the actuator 3 the actuating spindle 412 pushed back by the initially still existing clamping force. The drive sleeve 406 is done by the second ball screw 407 , 408 , 409 turned back. As a result of the reverse rotation movement, the drive sleeve becomes 406 turned back until the tooth clearance that determines the clearance is overcome.
Ein Zurückdrehen der Betätigungsspindel 412 durch die Antriebshülse 406 ist zunächst nicht möglich, solange noch eine Spannkraft am Druckkopf wirkt. Bei Erreichen des Ablösepunktes des Kragens 413 von der Bremsbelagplatte 414 wird die Betätigungsspindel 412 frei und kann nun von der Nachstelleinrichtung 5 bzw. von der Antriebshülse 406 bis in die Ausgangsstellung zurückbewegt werden.Turning back the actuating spindle 412 through the drive sleeve 406 is initially not possible as long as a clamping force is still acting on the printhead. When reaching the separation point of the collar 413 from the brake pad 414 becomes the actuating spindle 412 free and can now be used by the adjustment device 5 or from the drive sleeve 406 be moved back to the starting position.
Bei einem zu großen Lüftspielbetrag wird die Scheibenbremse 1 zunächst auch durch die Beaufschlagung des Aktuators 3 mit Druckluft betätigt.If the amount of clearance is too large, the disc brake will 1 initially also by acting on the actuator 3 operated with compressed air.
Der Aktuator 3 verschiebt den Kragen 305 in Richtung der Bremsscheibe 6 und bewirkt dabei über das zwischen dem Kragen 305 und der Antriebshülse 406 angeordnete Steilgewinde 401, 402, 403 eine Verdrehung der Antriebshülse 406.The actuator 3 moves the collar 305 towards the brake disc 6th and causes it over that between the collar 305 and the drive sleeve 406 arranged high helix threads 401 , 402 , 403 twisting of the drive sleeve 406 .
Durch das zwischen der Antriebshülse 406 und der Betätigungsspindel 412 befindliche Kugelgewinde 407, 408, 409 wird infolge der Verdrehung der Antriebshülse 406 die Betätigungsspindel 412 in axialer Richtung im Sinne einer Zuspannbewegung verschoben.By between the drive sleeve 406 and the actuating spindle 412 located ball screw 407 , 408 , 409 is due to the rotation of the drive sleeve 406 the actuating spindle 412 shifted in the axial direction in terms of an application movement.
Gleichzeitig wird durch die Verdrehung der Antriebshülse 406 das durch die Innenverzahnung 505 der Antriebshülse 406 in Wirkverbindung mit der Antriebshülse 406 stehende Getriebe 506 der Nachstellvorrichtung 5 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt.At the same time, the rotation of the drive sleeve 406 that through the internal gearing 505 the drive sleeve 406 in operative connection with the drive sleeve 406 stationary gear 506 the adjustment device 5 also set in a rotary motion.
Zunächst wird infolge der Relativverdrehung zwischen der Nachstelleinrichtung 5, der Antriebshülse 406 und der Betätigungsspindel 412 die das Lüftspiel bestimmende Zahnluft zwischen dem Getriebe 506 und der Außenverzahnung 507 des Freilaufgehäuses 502 überwunden. Nach dem Überwinden der Zahnluft erfolgt eine Drehmomentübertragung von der Nachstelleinrichtung auf die Betätigungsspindel 412.First, as a result of the relative rotation between the adjusting device 5 , the drive sleeve 406 and the actuating spindle 412 the tooth clearance between the gear unit, which determines the clearance 506 and the external gearing 507 of the freewheel housing 502 overcome. After the tooth clearance has been overcome, torque is transmitted from the adjusting device to the actuating spindle 412 .
Die Betätigungsspindel 412 wird in zustellender Richtung gegen das zwischen der Betätigungspindel 412 und dem Kragen 413 wirkende Reibmoment zur Lüftspielverkleinerung verdreht. Bei weiterer Verdrehung erfolgt Spannkraft- und Reibkraft-Aufbau an der Betätigungsspindel 412 und es findet keine weitere Verdrehung der Betätigungsspindel 412 statt. Die weitere Antriebsdrehbewegung der Nachstelleinrichtung 5 wird in der Überlastkupplung 514 der Nachstelleinrichtung 5 aufgenommen.The actuating spindle 412 is in the delivery direction against that between the actuating spindle 412 and the collar 413 acting frictional torque is twisted to reduce the clearance. With further rotation, the clamping force and frictional force build up on the actuating spindle 412 and there is no further rotation of the actuating spindle 412 instead of. The further drive rotation of the adjustment device 5 is in the overload clutch 514 the adjustment device 5 recorded.
Die Scheibenbremse 1 wird durch Entlüften des Aktuators 3 gelöst.The disc brake 1 is made by venting the actuator 3 solved.
Durch das Zurückweichen der Betätigungsspindel 412 infolge der noch wirkenden Spannkraft wird die Antriebshülse 406 in eine Rückwärtsdrehbewegung versetzt und verschiebt dabei den Kolben 302 des Aktuators 3 über den Kragen 305 gegen den abnehmenden Druck zurück in eine drucklose Ausgangsstellung des Kolbens 302. Gleichzeitig erfolgt auch eine Rückdrehbewegung der Nachstelleinrichtung 5, bis die das Lüftspiel bestimmende Zahnluft im Übertragungsweg wieder hergestellt ist. Die weitere Rückdrehbewegung, die durch die erfolgte Nachstellbewegung bedingt ist, wird vom Freilauf 503 in seiner Löserichtung aufgenommen.By retreating the actuating spindle 412 as a result of the clamping force that is still in effect, the drive sleeve 406 set in a reverse rotation movement and moves the piston in the process 302 of the actuator 3 over the collar 305 Against the decreasing pressure back into an unpressurized starting position of the piston 302 . At the same time, the adjustment device also rotates backwards 5 until the tooth clearance that determines the clearance is restored in the transmission path. The further return movement, which is caused by the adjustment movement that has taken place, is released by the freewheel 503 added in its release direction.
Bei einem zu kleinen Lüftspielbetrag wird die Scheibenbremse 1 zunächst auch durch die Beaufschlagung des Aktuators 3 mit Druckluft betätigt.If the amount of clearance is too small, the disc brake will 1 initially also by acting on the actuator 3 operated with compressed air.
Der Aktuator 3 verschiebt den Kragen 305 in Richtung der Bremsscheibe 6 und bewirkt dabei über das zwischen dem Kragen 305 und der Antriebshülse 406 angeordnete Steilgewinde 401, 402, 403 eine Verdrehung der Antriebshülse 406.The actuator 3 moves the collar 305 towards the brake disc 6th and causes it over that between the collar 305 and the drive sleeve 406 arranged high helix threads 401 , 402 , 403 twisting of the drive sleeve 406 .
Durch das zwischen der Antriebshülse 406 und der Betätigungsspindel 412 befindliche Kugelgewinde 407, 408, 409 wird infolge der Verdrehung der Antriebshülse 406 die Betätigungsspindel 412 in axialer Richtung im Sinne einer Zuspannbewegung verschoben.By between the drive sleeve 406 and the actuating spindle 412 located ball screw 407 , 408 , 409 is due to the rotation of the drive sleeve 406 the actuating spindle 412 shifted in the axial direction in terms of an application movement.
Gleichzeitig wird durch die Verdrehung der Antriebshülse 406 das durch die Innenverzahnung 505 der Antriebshülse 406 in Wirkverbindung mit der Antriebshülse 406 stehende Getriebe 506 der Nachstellvorrichtung 5 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt.At the same time, the rotation of the drive sleeve 406 that through the internal gearing 505 the drive sleeve 406 in operative connection with the drive sleeve 406 stationary gear 506 the adjustment device 5 also set in a rotary motion.
Zunächst wird infolge der Relativverdrehung der Nachstelleinrichtung 5 zur Betätigungsspindel 412 die das Lüftspiel bestimmende Zahnluft zwischen dem Getriebe 506 und dem Freilaufgehäuse 502 verringert. Aufgrund des zu geringen Lüftspieles wird der Blockierzustand der Betätigungsspindel 412 schon erreicht, bevor die Zahnluft vollständig überwunden ist. Die weitere Antriebsbewegung der Nachstelleinrichtung 5 wird in der Überlastkupplung 514 aufgenommen.First, as a result of the relative rotation of the adjusting device 5 to the actuating spindle 412 the tooth clearance between the gear unit, which determines the clearance 506 and the freewheel housing 502 decreased. Due to the insufficient clearance, the actuating spindle becomes blocked 412 reached before the dental air is completely overcome. The further drive movement of the adjustment device 5 is in the overload clutch 514 recorded.
Die Scheibenbremse 1 wird durch Entlüften des Aktuators 3 gelöst.The disc brake 1 is made by venting the actuator 3 solved.
Durch das Zurückweichen der Betätigungsspindel 412 infolge der noch wirkenden Spannkraft wird die Antriebshülse 406 in eine Rückwärtsdrehbewegung versetzt und verschiebt dabei den Kolben 302 des Aktuators 3 über den Kragen 305 gegen den abnehmenden Druck zurück in eine drucklose Ausgangsstellung des Kolbens 302. Gleichzeitig erfolgt auch eine Rückdrehbewegung der Nachstelleinrichtung 5, bis die Zahnluft im Übertragungsweg wieder hergestellt ist. Das zu geringe Lüftspiel bleibt unverändert.By retreating the actuating spindle 412 as a result of the still acting clamping force, the drive sleeve 406 set in a reverse rotation movement and moves the piston in the process 302 of the actuator 3 over the collar 305 Against the decreasing pressure back into an unpressurized starting position of the piston 302 . At the same time, the adjustment device also rotates backwards 5 until the dental air is restored in the transmission path. The insufficient clearance remains unchanged.
Das Zurückstellen der Betätigungsspindel 412 erfolgt, vergleichbar dem Zurückstellen eines Kolbens einer hydraulisch betätigten Bremse, durch Zurückdrücken der Betätigungsspindel 412. Um dieses Zurückdrücken zu ermöglichen, wird der gegen Verdrehung sichernde Kontakt der Achse 504 der Nachstelleinrichtung 5 am Planetenträger 517 aufgehoben.Resetting the operating spindle 412 takes place, comparable to resetting a piston of a hydraulically operated brake, by pushing back the actuating spindle 412 . In order to enable this pushing back, the contact of the axis that prevents rotation is used 504 the adjustment device 5 on the planet carrier 517 canceled.
Dies kann z.B. durch eine geringe axiale Verschiebung der Achse 504 durch die zylindrische Öffnung der Betätigungsspindel 412 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 512 erfolgen. Hierdurch wird die Haltewirkung der Achse 504 der Nachstelleinrichtung 5 aufgehoben, so dass die Betätigungsspindel 412 bei Einwirkung einer relativ geringen Druckkraft am Kragen 413 in eine Rückdrehbewegung versetzt wird. Hierbei muss jedoch eine die Drehung hemmende Reibung an der Kontaktfläche des Kragens 405 mit der Bremsbelagplatte 414 durch reibungsmindernde Maßnahmen, wie z.B. eine Gleitscheibe etc., vermieden werden.This can be done, for example, by a slight axial displacement of the axis 504 through the cylindrical opening of the actuating spindle 412 against the force of a return spring 512 respectively. This is the holding effect of the axis 504 the adjustment device 5 lifted so that the operating spindle 412 when a relatively low pressure force is applied to the collar 413 is set in a reverse rotation movement. In this case, however, there must be friction that inhibits rotation on the contact surface of the collar 405 with the brake pad 414 can be avoided by means of friction-reducing measures, such as a sliding washer, etc.
In 2 ist eine Scheibenbremse 1 mit einer Parkbremsfunktion und einer alternativen Verdrehsicherung der Nachstelleinrichtung 5 dargestellt.In 2 is a disc brake 1 with a parking brake function and an alternative anti-twist device for the adjustment device 5 shown.
Um Wiederholungen zu vermeiden wir im Folgenden nur Änderungen, Abweichungen bzw. Ergänzungen zu der Scheibenbremse nach 1 beschrieben.In order to avoid repetition, we will only post changes, deviations or additions to the disc brake in the following 1 described.
Die Antriebshülse 406 weist -abweichend von der Ausführung nach 1- an ihrem der Bremsscheibe 6 zugewandten Endbereich an ihrem Umfang eine Sägezahnverzahnung 416 auf. Die Sägezahnverzahnung 416 ist nach Art einer Sperrklinkenverzahnung gestaltet, wie sie z.B. von Sperrklinkenfreiläufen bekannt ist.The drive sleeve 406 proves -different from the execution 1 - on her the brake disc 6th facing end area a saw toothing on its circumference 416 on. The saw teeth 416 is designed in the manner of a pawl toothing, as is known, for example, from pawl freewheels.
In die Sägezahnverzahnung 416 greift im Parkbremsfall eine durch einen Parkbremsenaktuator 417 betätigte Sperrklinke 418 ein, die bei betätigter Parkbremse ein Zurückdrehen der Antriebshülse 406 verhindert und so die Position der Betätigungsspindel 412 und damit auch die Spannkraft aufrechterhält. Der Parkbremsenaktuator 417 ist z.B. als Stellmagnet oder durch einen kleinen Druckluftzylinder realisiert. Der Parkbremsaktuator 417 ist bauraumsparend in den Bremssattel 2 eingesetzt.In the saw teeth 416 in the case of a parking brake, a parking brake actuator engages 417 operated pawl 418 one that, when the parking brake is applied, turns back the drive sleeve 406 prevented and so the position of the actuating spindle 412 and thus also maintains the elasticity. The parking brake actuator 417 is implemented, for example, as an actuating magnet or a small compressed air cylinder. The parking brake actuator 417 is space-saving in the brake calliper 2 used.
Bei bekannten Verriegelungssystemen erfolgt die Speicherung der Spannkraft nahezu ausschließlich in der Elastizität des Bremssattels 2. Bei abkühlender Scheibenbremse 1 ergibt sich somit durch ein Schrumpfen der Reibkörper (Bremsscheibe 6 und Bremsbeläge 7) eine Minderung einer Aufspreizung des Bremssattels 2 und damit auch der Spannkraft und der Haltewirkung der Bremse. Es besteht somit die Notwendigkeit zur Erzielung einer sicheren Haltewirkung nach einer vorgegebenen Abkühlzeit nochmals nach zu spannen, um die Parkbremswirkung aufrecht zu erhalten.In known locking systems, the clamping force is stored almost exclusively in the elasticity of the brake caliper 2 . When the disc brake cools down 1 thus results from shrinking of the friction body (brake disc 6th and brake pads 7th ) a reduction in the spreading of the brake caliper 2 and thus also the clamping force and the holding effect of the brake. In order to achieve a safe holding effect, there is therefore a need to tighten again after a predetermined cooling time in order to maintain the parking brake effect.
Bei Anhängerbremsanlagen wird -bei Einlegen der Parkbremse im Motorwagen- voller Betriebsbremsdruck auf die Bremszylinder der Betriebsbremsanlage gegeben, womit zunächst eine gute Haltewirkung erzielt wird. Um diese Haltewirkung zu sichern, wird bei mit Trommelbremsen ausgerüsteten Anhängefahrzeugen die Bremse mit einer Handkurbel und einem Seilzug verriegelt.In trailer brake systems, when the parking brake is applied in the motor vehicle, full service brake pressure is applied to the brake cylinders of the service brake system, which initially achieves a good holding effect. In order to ensure this holding effect, the brake is locked with a hand crank and a cable pull on trailers equipped with drum brakes.
Diese Verriegelung wird beansprucht, wenn bei lang anhaltendem Abstellen des Fahrzeuges ein Druckverlust auftritt. Aufgrund des Spannungsabfalles der Seilzugvorrichtung ergibt sich nun eine Zugkraftminderung der Verriegelung, die jedoch bei Trommelbremsen durch das Aufschrumpfen der abkühlenden Bremstrommel auf die Bremsbacken kompensiert wird.This lock is used when a pressure loss occurs when the vehicle is parked for a long time. Due to the drop in tension in the cable device, there is now a reduction in the tensile force of the locking mechanism, which is, however, reduced in the case of drum brakes by the shrinking of the Cooling brake drum is compensated for on the brake shoes.
Bei mit Scheibenbremsen ausgerüsteten Fahrzeugen sind diese Verriegelungseinrichtungen nicht anwendbar, da bei abkühlender Bremse durch das Schrumpfen von Bremsscheibe 6 und Bremsbelägen 7 eine Spannkraftminderung an der Scheibenbremse eintritt. Aus diesem Grunde werden bei Scheibenbremsen Federspeicherbremszylinder für die Parkbremsfunktion notwendig, was Kosten, Gewicht und Einbauraum der Scheibenbremse erhöht.In vehicles equipped with disc brakes, these locking devices cannot be used because the brake disc shrinks when the brakes cool down 6th and brake pads 7th there is a reduction in the clamping force on the disc brake. For this reason, spring-loaded brake cylinders are necessary for the parking brake function in disc brakes, which increases the cost, weight and installation space of the disc brake.
Das Konzept einer koaxialen Betätigung der Betätigungsspindel 412 durch Kugelgewindetriebe bietet vorteilhaft die Möglichkeit, die Scheibenbremse 1 zur Realisierung der Parkbremsfunktion mit einer einfachen Verriegelungslösung auszustatten, die bei abkühlender Scheibenbremse 1 eine Spannkraft mit einer selbsttätigen Nachstellfunktion aufrechterhält.The concept of a coaxial actuation of the actuating spindle 412 by means of ball screw drives advantageously offers the possibility of using the disc brake 1 to implement the parking brake function with a simple locking solution, which when the disc brake cools down 1 maintains a clamping force with an automatic adjustment function.
Da der Druck im nach einem fluidischen Wirkprinzip arbeitenden Aktuators 3 auch im Parkbremsfall zunächst aufrechterhalten bleibt, steht die nachstellende Betätigungskraft noch für einen längeren Zeitraum zur Verfügung. Wenn nun bei abkühlender Scheibenbremse und schrumpfender Bremsscheibe 6 sowie schrumpfenden Bremsbelägen 7 die Aufspreizung des Bremssattels 2 vermindert wird, wird die Antriebshülse 406 im Sinne einer weiteren Zuspannung verdreht. Aufgrund der Geometrie der Sägezahnverzahnung 416 wird ein Weiterdrehen durch Zurückdrücken der mit elastischer Kraft anliegenden Sperrklinke 418 ermöglicht. Die Sperrklinke 418 rastet nun wieder in die nächste Zahnlücke der Sägezahnverzahnung 418 ein und sichert somit eine neue Halteposition der Antriebshülse 406 und damit der Betätigungsspindel 412.Because the pressure in the actuator, which works according to a fluidic operating principle 3 is initially maintained even in the event of a parking brake, the adjusting actuation force is still available for a longer period of time. If now with a cooling disc brake and a shrinking brake disc 6th as well as shrinking brake pads 7th the spreading of the brake caliper 2 is decreased, the drive sleeve 406 twisted in the sense of a further tightening. Due to the geometry of the saw teeth 416 further rotation is achieved by pushing back the pawl, which is applied with elastic force 418 enables. The pawl 418 now engages again in the next tooth gap of the saw toothing 418 and thus ensures a new holding position for the drive sleeve 406 and thus the actuating spindle 412 .
Bei dem Außendurchmesser der Betätigungsspindel 412 von ca. 75 mm und damit einem Umfang von 235 mm ergibt sich bei einer Zahnteilung von 1 mm eine Schrittweite der Zustellung der Betätigungsspindel 412 von etwa 0,05 mm. Damit erfolgt in der Abkühlphase der Scheibenbremse 1 eine vollständige Aufrechterhaltung der Parkbremskaft, solange der Druck im Aktuator 3 vorhanden ist. Wenn nach der vollständigen Abkühlung der Bremsenbauteile der Druck im Aktuator 3 z.B. durch Leckagen abfällt hat dies keine Auswirkungen auf die Haltewirkung der Scheibenbremse 1 da diese nun durch die Verriegelung der Sperrklinke 418 in der Sägezahnverzahnung 418 aufrechterhalten bleibt.At the outside diameter of the actuating spindle 412 of approx. 75 mm and thus a circumference of 235 mm, a pitch of 1 mm results in a step width of the infeed of the actuating spindle 412 of about 0.05 mm. This takes place in the cooling phase of the disc brake 1 full maintenance of the parking brake force as long as the pressure in the actuator 3 is available. If, after the brake components have completely cooled down, the pressure in the actuator 3 eg drops due to leaks, this has no effect on the holding effect of the disc brake 1 as this is now due to the locking of the pawl 418 in the saw teeth 418 is maintained.
Alternativ zu der Ausführung nach 1 kann die Verdrehsicherung in der Nachstelleinrichtung 5 durch eine verdrehfeste Aufnahme des Kragens 413 der Betätigungsspindel 412 an der Bremsbelagplatte 414 erfolgen, wobei die Bremsbelagplatte 414 verdrehgesichert in einer Bremsbelagschiebeführung (hier nicht dargestellt) eines Bremsträgers (hier nicht dargestellt) aufgenommen ist.Alternatively to the execution according to 1 the anti-rotation device in the adjustment device 5 by a non-rotatable mounting of the collar 413 the actuating spindle 412 on the brake pad plate 414 take place, with the brake lining plate 414 is received secured against rotation in a brake lining slide guide (not shown here) of a brake carrier (not shown here).
Der verdrehfeste Kontakt zwischen Kragen 413 und Bremsbelagplatte 414 ist hier - alternativ zu der Ausführung nach 1- so gestaltet, dass bei einem vergrößerten Lüftspiel eine Verdrehung der Betätigungsspindel 412 zum Zweck der Verschleißnachstellung möglich ist. D.h. bei gelöster Bremse ist die Betätigungsspindel 412 verdrehbar, bei Spannkraftübertragung ist die Betätigungsspindel 412 verdrehfest.The torsion-proof contact between the collar 413 and brake pad 414 is here - as an alternative to the execution after 1 - designed so that a rotation of the actuating spindle with an increased clearance 412 for the purpose of wear readjustment is possible. This means that the actuating spindle is when the brake is released 412 rotatable, the actuating spindle is when the clamping force is transmitted 412 torsion-proof.
Die Betätigungsspindel 412 muss bei Vorhandensein eines Lüftspiels durch die Nachstelleinrichtung 5 drehbar sein. Bei einem Auftreten einer vorgegebenen Spannkraft von z.B. 1000 N - 1500 N muss eine Verdrehung verhindert werden. D.h., ein zwischen dem Kragen 413 und der Bremsbelagplatte 414 entstehendes Reibmoment muss höher sein als ein an der Betätigungsspindel 412 wirkendes Umfangsdrehmoment einschließlich eines Drehmomentes der Nachstelleinrichtung 5.The actuating spindle 412 must be caused by the adjustment device if there is a clearance 5 be rotatable. If a specified clamping force of, for example, 1000 N - 1500 N occurs, rotation must be prevented. Ie, one between the collar 413 and the brake pad 414 The resulting frictional torque must be higher than that on the actuating spindle 412 effective circumferential torque including a torque of the adjustment device 5 .
Nachfolgend erfolgt eine beispielhafte Berechnung. Das Umfangsdrehmoment der Betätigungsspindel 412 entspricht dem am Außengewinde 403 der Antriebshülse 406 hervorgerufenen Drehmoment. Bei einem Flankendurchmesser des Steilgewindes von 65 mm, Steigungswinkel 45°, einer Betätigungskraft des Aktuators 3 von 10 kN und einem Wirkungsgrad von 0.995 beträgt dieses Drehmoment:
The following is an example calculation. The circumferential torque of the operating spindle 412 corresponds to that on the external thread 403 the drive sleeve 406 generated torque. With a pitch diameter of the high helix thread of 65 mm, pitch angle 45 °, an actuating force of the actuator 3 of 10 kN and an efficiency of 0.995, this torque is:
Aus diesem Antriebsdrehmoment ergibt sich an der Betätigungsspindel 412 eine Spannkraft von:
This drive torque results on the actuating spindle 412 a clamping force of:
Bei einem Reibbeiwert von µ = 0,1 zwischen dem Kragen 413 der Betätigungsspindel 412 und Bremsbelagplatte 414 ergibt sich zur Erzeugung eines Haltemomentes in der Höhe des Antriebsdrehmomentes ein zumindest notwendiger Reibradius am Kragen 413 von:
With a coefficient of friction of µ = 0.1 between the collar 413 the actuating spindle 412 and brake pad 414 In order to generate a holding torque in the amount of the drive torque, there is at least a necessary friction radius on the collar 413 of:
Um eine ausreichende Sicherheit zu erhalten, sollte der wirksame Reibdurchmesser des Kragens 413 an der Anlagefläche der Bremsbelagplatte 414 mindestens:
In order to obtain sufficient security, the effective friction diameter of the collar should 413 on the contact surface of the brake lining plate 414 at least:
Zur Sicherstellung von definierter Reibbedingungen kann auch ein geteilter Kragen 413 vorgesehen sein, dessen dem Bremsbelag 7 zugewandte Anlagefläche durch geeignete Geometrieausprägungen formschlüssig verdrehgesichert ist und die der Betätigungsspindel 412 zugewandte Anlagefläche definierte Reibbedingungen aufweist (Oberflächenbeschaffenheit, Härte, Beschichtung etc.) und der Kontaktbereich vor Verschmutzung geschützt ist z.B. indem der Kontaktbereich zwischen dem Kragen 413 und der Bremsbelagplatte 414 innerhalb des Dichtungsbalges 415 angeordnet ist.A split collar can also be used to ensure defined friction conditions 413 be provided whose the brake lining 7th facing contact surface is positively secured against rotation by suitable geometrical characteristics and that of the actuating spindle 412 facing contact surface has defined friction conditions (surface quality, hardness, coating, etc.) and the contact area is protected from contamination, for example by the contact area between the collar 413 and the brake pad 414 inside the sealing bellows 415 is arranged.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
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11
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ScheibenbremseDisc brake
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22
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Bremssattel
Caliper
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33
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AktuatorActuator
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301301
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Zylindercylinder
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302302
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Kolbenpiston
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303303
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Dichtungpoetry
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304304
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KolbenbodenPiston crown
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305305
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Kragencollar
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306306
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RückstellfederReturn spring
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307307
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NutGroove
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308308
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KolbenhemdPiston skirt
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309309
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NutGroove
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310310
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Zentrieransatz
Centering shoulder
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44th
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ZuspannmechanikClamping mechanism
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401401
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Innengewindeinner thread
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402402
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KugelBullet
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403403
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AußengewindeExternal thread
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404404
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Führungguide
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405405
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Öffnungopening
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406406
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AntriebshülseDrive sleeve
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407407
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Innengewindeinner thread
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408408
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KugelBullet
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409409
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AußengewindeExternal thread
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410410
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BundFederation
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411411
-
VerzahnungInterlocking
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412412
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BetätigungsspindelActuating spindle
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413413
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Kragencollar
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414414
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BremsbelagplatteBrake pad plate
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415415
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DichtungsbalgSealing bellows
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416416
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SägezahnverzahnungSaw toothing
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417417
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ParkbremsenaktuatorParking brake actuator
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418418
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SperrklinkePawl
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419419
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Längsnut
Longitudinal groove
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55
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NachstelleinrichtungAdjustment device
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501501
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RillenkugellagerDeep groove ball bearings
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502502
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FreilaufgehäuseFreewheel housing
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503503
-
FreilaufFreewheel
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504504
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Achseaxis
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505505
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InnenverzahnungInternal gearing
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506506
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Getriebetransmission
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507507
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AußenverzahnungExternal gearing
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508508
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VerdrehsicherungAnti-twist device
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509509
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FührungsnaseGuide nose
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510510
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ReibkonusFriction cone
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511511
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KonuskupplungCone coupling
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512512
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RückstellfederReturn spring
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513513
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FreilaufwelleFreewheeling shaft
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514514
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ÜberlastkupplungOverload clutch
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515515
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LängsverzahnungSpline
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516516
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ZahnhülseTooth sleeve
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517517
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Planetenträger
Planet carrier
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66th
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BremsscheibeBrake disc
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77th
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BremsbelagBrake pad