DE102023100166A1

DE102023100166A1 - Fahrzeug-Trommelbremse, insbesondere für Nutzfahrzeuge

Info

Publication number: DE102023100166A1
Application number: DE102023100166.3A
Authority: DE
Inventors: Artem Grig; Paul Henning
Original assignee: ZF CV Systems Europe BV
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2023-01-04
Filing date: 2023-01-04
Publication date: 2024-07-04
Also published as: WO2024146711A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Trommelbremse (1), insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einem Bremsträger (5), einer relativ zu dem Bremsträger (5) um eine Trommelachse (X) drehbeweglichen Trommel (3) mit einer umlaufend ausgebildeten inneren Reibfläche (21), wobei der Bremsträger (5) innerhalb der Trommel (3) angeordnet ist, einer Bremsbelaganordnung (7) mit mehreren radial beweglichen Belagträgern (11), an denen jeweils ein Bremsbelagsegment (9) der Reibfläche (21) zugewandt vorgesehen ist, und einen Betätigungsring (13) aufweist, welcher entlang der Trommelachse (X) verschiebbar und um die Trommelachse (X) drehbar in der Trommel (3) angeordnet ist. Die Erfindung schlägt vor, dass an dem Betätigungsring (13) für jeden Belagträger (11) ein Keilelement (35) angeordnet ist, wobei die Keilelemente (35) jeweils relativ zu dem Betätigungsring (13) radial beweglich sind und axial am Betätigungsring (13) gehalten werden, und jeweils in Umfangsrichtung am Bremsträger (5) gehalten werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Trommelbremse, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einem Bremsträger, einer relativ zu dem Bremsträger um eine Trommelachse drehbeweglichen Trommel mit einer umlaufend ausgebildeten inneren Reibfläche, wobei der Bremsträger innerhalb der Trommel angeordnet ist, einer Bremsbelaganordnung mit mehreren radial beweglichen Belagträgern, an denen jeweils ein Bremsbelagsegment der Reibfläche zugewandt vorgesehen ist, und einen Betätigungsring aufweist, welcher entlang der Trommelachse verschiebbar und um die Trommelachse drehbar in der Trommel angeordnet ist,
Trommelbremsen der eingangs bezeichneten Art sind allgemein bekannt. Sie werden üblicherweise in Anwendungsfällen eingesetzt, wenn ein emissionsarmer Betrieb, d.h. ein Betrieb gewünscht wird, bei dem möglichst geringe Mengen an Staub oder anderem Bremsabrieb in die Umwelt gelangen sollen. Trommelbremsen sind weit verbreitet im Nutzfahrzeugsektor, so wie vereinzelt im PKW-Sektor, beispielsweise an der Hinterachse von Privatkraftfahrzeugen oder in Fahrzeugen mit Elektroantrieben, in denen aufgrund der Möglichkeit, mittels der elektrischen Maschinen regenerativ zu bremsen, im Betrieb weniger starker Gebrauch von konventionellen Reibbremsen gemacht werden muss.
Das allgemeine Funktionsprinzip der Trommelbremsen ist, dass die Bremsbelagsanordnung mittels eines Aktuator-Mechanismus gegen die Trommel gepresst wird. Im Stand der Technik sind Trommelbremsen mit einem oder zwei Bremsbelägen bekannt, bei denen ein linearer Aktuator, oder ein sichelförmiger Nockenkopf gegen die Bremsbelaganordnung bewegt werden, und die Bremsbelaganordnung gegen die Trommel drücken. Hierbei kommt es prinzipbedingt und abhängig von der Drehrichtung der gebremsten Räder zu Selbstverstärkungseffekten, die beim Beherrschen des Bremsverhaltens unerwünscht sein können. Ferner ist bei längeren Verzögerungsvorgängen das temperaturbedingte und geschwindigkeitsabhängige Fading eine technische Herausforderung, die die Einsatzgebiete der Trommelbremsen einschränkt.
Auch ist aufgrund der Größe der Bremsbeläge in der Bremsbelagsanordnungen aus dem Stand der Technik häufig ein ungleichmäßiger Verschleiß zu beobachten, insbesondere ein auslaufseitig höherer Verschleiß als am einlaufseitigen Ende der Bremsbeläge.
Es ist daher vorgeschlagen worden, bei einer Fahrzeug-Trommelbremse der eingangs bezeichneten Art die Bremsbelagsanordnung mit einer Mehrzahl radial beweglicher Belagträger auszustatten, an denen jeweils ein Bremsbelagssegment der Reibfläche zugewandt vorgesehen ist, wobei die Belagträger jeweils unmittelbar mit einem gemeinsamen Nockenring derart wirkverbunden sind, dass eine Rotationsbewegung des Nockenrings in einer ersten Drehrichtung eine synchrone Zuspannbewegung aller Belagträger bewirkt, und eine Rotationsbewegung des Nockenrings in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung eine synchrone Aufspannbewegung aller Belagträger bewirkt. Hierdurch wurden Effekte der Selbstverstärkung effektiv vermindert.
Die vorstehend beschriebene Antriebslösung für die segmentierte Trommelbremse hat ihre Funktionsfähigkeit in der Praxis unter Beweis stellen können. Es besteht aber mit Blick darauf, dass Nutzfahrzeuge oft mit pneumatischer Druckluftversorgung ausgerüstet sind und eine Bremssteuerung aufweisen, die auf pneumatische Bremssysteme ausgerichtet ist, das Bestreben, eine Fahrzeugbremse der eingangs bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, dass auch andere Antriebsarten, wie etwa pneumatischer Antrieb, oder Mischantriebsarten möglich bleiben. Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Trommelachse der eingangs bezeichneten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein verbesserter Betrieb der Trommelbremse ermöglicht wird.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe, indem sie eine Fahrzeug-Trommelbremse mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 vorschlägt. Insbesondere schlägt die Erfindung vor, eine Fahrzeug-Trommelbremse der eingangs bezeichneten Art dahingehend weiterzubilden, dass an dem Betätigungsring für jeden Belagträger ein Keilelement angeordnet ist, wobei die Keilelemente jeweils relativ zu dem Betätigungsring radial beweglich sind und axial am Betätigungsring gehalten werden, und jeweils in Umfangsrichtung am Bremsträger gehalten werden. Die Erfindung baut hier auf der Erkenntnis auf, dass das separate Anordnen von Keilelementen zum Bewegen der Belagträger fertigungstechnische Vorteile mit sich bringt. Die Bauteilkomplexität des Betätigungsrings wird im Vergleich zu einem integralen Betätigungsring, der eine Einheit aus Ringkörper und Keilelementen hätte reduziert, was sich in einer verbesserten Kosteneffizienz auswirkt..
Die Erfindung setzt hier an, indem sie die Keilelemente separat beweglich zum Betätigungsring ausbildet. Dies ermöglicht eine einfachere Geometrie für den Betätigungsring und zugleich auch eine vergleichsweise einfache Geometrie der Keilelemente selbst. Durch die spezielle Anordnung der Keilelemente gemäß der Erfindung wird sichergestellt, dass die Keilelemente bei einer Bewegung des Betätigungsrings in axialer Richtung mit dem Betätigungsring mitbewegt werden, sich aber radial relativ zum Betätigungsring bewegen können. Da die Keilelemente gleichzeitig in Umfangsrichtung am Bremsträger gehalten werden, können sie bei einer Betätigung des Betätigungsrings in Drehrichtung, also in Umfangsrichtung, nicht ausweichen. Dadurch wird es möglich, durch Rotation des Betätigungsrings eine Bewegung der Keilelemente auszulösen, wie sie in den nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen exemplarisch realisiert wird. Das erfindungsgemäße System erlaubt eine Flexibilisierung des Antriebs bei gleichzeitig beherrschbarer Bauteilkomplexität.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Keilelemente eine in Axialrichtung keilförmig verlaufende erste Keilfläche auf, welche jeweils mit einem der Belagträger zur radialen Bewegung des Belagträgers wirkverbunden ist, und der Betätigungsring weist für jedes Keilelement eine in Umfangsrichtung keilförmig verlaufende zweite Keilfläche auf, welche jeweils mit dem Keilelement zu dessen radialer Bewegung wirkverbunden ist. Gemäß der Erfindung wird unter einer in Axialrichtung keilförmig verlaufene Fläche eine solche Fläche verstanden, die in axialer Richtung auf die Achse zuläuft oder von ihr wegläuft, also die Ausrichtung der Keilspitze in Richtung der Achse definiert. Im Gegenzug ist ein keilförmiger Verlauf in Umfangsrichtung so zu verstehen, dass die Keilspitze in eine der Umfangsrichtungen, also Drehrichtungen, spitz zuläuft. Die Ausrichtung der Keilflächen in dieser Ausführungsform bewirkt, dass bei einer Axialbewegung der Keilelemente gemeinsam mit dem Bremsträger die Belagträger durch die Keilwirkung der ersten Keilfläche radial ausgelenkt werden. Bei einer Drehbewegung des Betätigungsrings um die Trommelachse werden die Keilelemente aufgrund der Keilwirkung der zweiten Keilfläche radial relativ zum Betätigungsring ausgelenkt, und mit ihnen auch die radialbeweglichen Belagträger, die mit den Keilelementen in Wirkverbindung stehen. Die Funktionsweise entspricht mithin derjenigen eines Kurvengetriebes, bei welchem eine Abtriebsbewegung durch stetiges Abtasten eines drehbar gelagerten oder gerade geführten Kurventrägers mithilfe eines drehbar gelagerten oder gerade geführten Abgriffsglieds entsteht.
Die in Drehrichtung wirkenden Keilflächen sind vorzugsweise einachsig konvex gekrümmt, weiter bevorzugt drehwinkelproportional entwickelt, und besonders bevorzugt als korrespondierende Freiformflächen ausgebildet. Die Flächentopographie ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein flächiger Kontakt zwischen den Flächenpaaren approximiert oder erreicht werden kann. Wenngleich eine linienförmige Berührung zur Funktionsausübung hinreichen kann, ist die erwartete Lebensdauer aufgrund besseren Verschleißverhaltens bei einem flächigen Kontakt erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Keilelemente auf einem relativ zum Bremsträger drehstarr und axial geführt beweglichen Keilträger angeordnet, wobei der Keilträger jeweils Kopplungsmittel aufweist, welche die Keilelemente in Axialrichtung am Betätigungsring halten und die Keilelemente radial führen. Die Keilelemente können an den Kopplungsmitteln mit anderen Worten radial, also nach außen und innen bezogen auf die Trommelachse abgleiten, werden aber durch die Kopplungsmittel an einer Relativbewegung in Axialrichtung relativ zum Betätigungsring gehindert. Dadurch, dass die Keilelemente drehstarr mit dem Bremsträger verbunden ist, sind die Keilelemente folglich auch in Umfangsrichtung relativ zum Bremsträger fixiert, können sich also nur radial bewegen, relativ zum Bremsträger und zum Betätigungsring, oder aber axial gemeinsam mit dem Betätigungsring und relativ zum Bremsträger.
Der Keilträger muss nicht zusätzlich durch eine Führung in Umfangsrichtung gesichert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Betätigungsring drehbar an dem Keilträger angeordnet, vorzugsweise drehbar gelagert. Der Betätigungsring könnte beispielsweise auf eine Umfangsfläche des Keilträgers umlaufend angeordnet sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Betätigungsring axial benachbart zu dem Keilträger an den Bremsträger angeordnet.
Weiter vorzugsweise ist der Keilträger als Ring ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Keilträger zum Ausführen der Axialbewegung mit einem ersten Aktuator koppelbar. Der erste Aktuator kann ein pneumatischer Aktuator sein, kann aber auch in bevorzugten Ausführungen ein anderer Linearaktuator sein, beispielsweise eine Zahnstange, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Möglichkeit, als ersten Aktuator beispielsweise ein pneumatisches System anzuschließen, ist mit Blick auf die weite Verbreitung von Pneumatikantrieben für Bremssysteme in Nutzkraftfahrzeugen vorteilhaft.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Betätigungsring zum Ausführen der Drehbewegung mit einem zweiten Aktuator koppelbar. Der zweite Aktuator koppelbar. Der zweite Aktuator kann beispielsweise ein an der Trommelbremse angeordneter Elektromotor, gegebenenfalls mit einem entsprechenden Getriebe sein. Alternativ wären hier aber auch andere Antriebsformen möglich, die eine Drehbewegung des Betätigungsrings relativ zum Bremsträger erzeugen.
Vorzugsweise sind der erste und zweite Aktuator voneinander kinematisch entkoppelt. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Betätigungsbewegung durch den ersten Aktuator keine ungewollte Verstellung des Betätigungsrings in Drehrichtung bewirkt und umgekehrt. Ferner lässt sich hierbei eine saubere Funktionsaufteilung erzielen, nach der beispielsweise mittels des ersten Aktuators durch Axialbewegung des Betätigungsrings die Betriebsbremsfunktion ausgeführt wird, sowie vorzugsweise eine Parkbremsfunktion. Mittels der Drehbewegung des Betätigungsrings kann dann durch den zweiten Aktuator unabhängig vom ersten Aktuator eine Lüftspielnachstellung erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Trommelbremse einen pneumatischen Aktuator auf, vorzugsweise einen Ringaktuator, der einen, vorzugsweise ringförmigen, Kolben und mehrere mit dem Kolben wirkverbundene Kolbenstangen aufweist, welche mit der Bremsbelaganordnung zu deren Bewegung in Richtung der Trommelachse gekoppelt sind. Ein Ringaktuator hat den Vorteil, dass er sich geometrisch gut in die Kontur der Trommelbremse integrieren lässt.
Der pneumatische Aktuator weist vorzugsweise ein Aktuatorgehäuse auf, das außen an einer axialen Stirnseite der Trommelbremse angeordnet ist, wobei der Kolben in dem Aktuatorgehäuse angeordnet ist, und wobei die eine oder mehreren Kolbenstangen sich vom Aktuatorgehäuse aus in die Trommelbremse hinein erstrecken, wenn die Bremsbelaganordnung in Zuspannrichtung axial ausgelenkt wird. Dadurch, dass der Aktuator im Wesentlichen axial benachbart von der Bremstrommel ausgelagert ist, und damit nicht mehr innerhalb des von der Bremstrommel definierten inneren Volumens der Trommelbremse per se angeordnet ist, kann das Innenvolumen der Trommelbremse optimiert von den Komponenten der Bremsbelaganordnung, dem Keilträger und dem Betätigungsring ausgenutzt werden. Zugleich ist eine gute Zugänglichkeit zum ersten Aktuator für Wartungszwecke und etwaigen Komponentenaustausch gewährleistet.
Vorzugsweise greifen die Kolbenstangen am Betätigungsring oder am Keilträger an. Hierdurch wird eine synchrone Bewegung aller Belagträger auf einfache Weise sichergestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Keilflächen in axialer Richtung parallel zur Trommelachse ausgebildet.
Weiter vorzugsweise weisen die Keilelemente einen der zweiten Keilfläche zugewandte Gleitfläche auf, wobei die Gleitfläche und die zweite Keilfläche miteinander eine selbsthemmende Reibpaarung ausbilden.
Hiermit wird auf konstruktiv einfache Weise sichergestellt, dass das eingestellte Lüftspiel in Folge einer Drehbewegung des Betätigungsrings nicht durch die Zuspannkraft, welche auf die Belagträger in radialer Richtung wirkt, bei Betätigung des ersten Aktuators ungewollt wieder verstellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gleitfläche einen mit der zweiten Keilfläche korrespondierenden Verlauf auf. Dadurch, dass hierdurch ein Flächenkontakt zwischen den Keilelementen und der Keilfläche auf dem Betätigungsring erzeugt wird, kann ein konstantes Gleitverhalten über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, da der Verschleiß moderat und gleichförmig auftritt.
Vorzugsweise sind die korrespondierenden zweiten Keilflächen und Gleitflächen der Keilelemente so geformt, dass die Keilelemente bei einer Drehbewegung des Betätigungsrings rein translatorisch in radialer Richtung bewegt werden, also einen konstanten Keilwinkel relativ zur Trommelachse beibehalten. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Bremscharakteristik der Trommelbremse über den gesamten Zeitraum und die Lebensdauer der Bremsbeläge an den Belagsegmenten gleichbleibt.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wird dementgegen vorgeschlagen, dass die Keilelemente jeweils um eine Schwenkachse schwenkbar an dem Keilträger befestigt sind, und dass der Betätigungsring derart mit den Keilelementen gekoppelt ist, dass die zweiten Keilflächen die Keilelemente bei einer Drehung des Betätigungsrings um die Schwenkachse herum auslenken. Durch die Schwenkbewegung der Keilelemente wird die Steilheit, und damit die Keilwirkung der Keilelemente in axialer Richtung verändert. Je höher die Keilelemente um die Schwenkachse radial nach außen ausgelenkt werden, desto weniger Betätigungsweg in axialer Richtung ist erforderlich, um den Zuspannvorgang vollständig zu bewirken und die Bremskraft auf die Reibfläche aufzubringen. Gleichzeitig verändert sich aber die pro Zuspannweg inkrement erzeugte Änderung der Zuspannkraft. Mit höherer Auslenkung um die Schwenkachse sinkt die maximal übertragbare Bremskraft, während die Reaktionsgeschwindigkeit der Trommelbremse steigt. Durch das gezielte Verschwenken der Keilelemente kann zusätzlich zu einer Lüftspieleinstellung somit zugleich auch die Bremscharakteristik der Trommelbremse gezielt modifiziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Betätigungsring zwischen einer ersten, zurückgezogenen, Axialposition, und einer zweiten, ausgestreckten, Axialposition verschiebbar, was in radialer Richtung in eine erste Hublänge der Bremsbelaganordnung umgesetzt wird, und zwischen einer ersten Drehstellung und einer zweiten Drehstellung drehbar ist, was in radialer Richtung in eine zweite Hublänge der Bremsbelaganordnung umgesetzt wird. Erfindungsgemäß ist unter der Hublänge der maximale radiale Verstellweg der Bremsbelaganordnung zu verstehen.
Die beiden Hublängen können identisch ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist allerdings die erste Hublänge von der zweiten Hublänge verschieden, wobei die Größere der beiden Hublängen einen Bewegungsbereich für eine Zu- und Aufspannbewegung der Haupt-Bremsfunktion der Trommelbremse definiert, und die kleinere der beiden Hublängen einen Bewegungsbereich für eine Lüftspieleinstellung der Trommelbremse definiert. Die Haupt-Bremsfunktion ist erfindungsgemäß zu verstehen als die Betriebsbremsfunktion und/oder Parkbremsfunktion der Trommelbremse. Vorzugsweise ist die erste Hublänge größer als die zweite Hublänge.
In einer bevorzugten Ausführung weist die erste Keilfläche einen ansteigenden Verlauf, bezogen auf die Trommelachse auf, welcher die erste Hublänge definiert. Mit anderen Worten weist die zweite Keilfläche ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf, wobei das zweite axiale Ende eine höhere radiale Ausdehnung bezogen auf die Trommelachse aufweist als das erste axiale Ende und wobei die Belagträger in der ersten Axialposition des Betätigungsrings näher an dem ersten axialen Ende angeordnet sind als an der zweiten Axialposition. Die Verdrängungsfläche hat in axialer Richtung gesehen somit vorzugsweise eine Keilform.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Hierbei zeigen:

1 eine schematische räumliche Darstellung einer Trommelbremse gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
2 eine teilweise geschnittene räumliche Darstellung der Trommelbremse gemäß 1,
3 eine Detailansicht der Darstellung aus 2,
4 eine Detailansicht der 2 und 4 aus einer weiteren Perspektive,
5 eine weitere Detailansicht der Trommelbremse gemäß den 1 bis 3 in einem ersten Montagezustand,
6 die Darstellung gemäß 5 in einem zweiten Montagezustand,
7 eine teilweise geschnittene räumliche schematische Darstellung einer Trommelbremse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
8 eine Schnittansicht der Trommelbremse gemäß 7, und
9 eine räumliche schematische Ansicht der Trommelbremse gemäß den 7 und 8.

Die in den 1 bis 6 gezeigte Bremse ist eine Trommelbremse 1 für ein Nutzfahrzeug. Die Trommelbremse 1 weist eine Trommel 3 auf, die an einem Bremsträger 5 gelagert ist. Die Trommel 3 ist dazu eingerichtet, sich um eine Trommelachse X um den Bremsträger 5 herum zu bewegen.
Die Trommel 3 weist einen ersten Flansch 4 auf, der zur Montage an einem Rad oder dergleichen eingerichtet ist. Der Bremsträger 5 weist einen zweiten Flansch 6 auf, der zur Montage am Fahrzeug eingerichtet ist. Die Trommelbremse 1 ist mit einem ersten Aktuator 23 und einem zweiten Aktuator 25 versehen. Der erste Aktuator 23 ist als pneumatischer Ringaktuator ausgebildet und weist eine Anzahl von Anschlüssen 24 auf, mittels derer der erste Aktuator 23 mit einer Druckluftversorgung 29 verbunden werden kann.
Die Trommelbremse 1 weist eine Bremsbelagsanordnung 7 auf, welche eine Mehrzahl von Belagträgern 11 aufweist, die über den Umfang verteilt innerhalb der Trommelbremse 1 angeordnet sind. Die Belagträger 11 weisen jeweils ein Bremsbelagsegment 9 auf, welches dazu eingerichtet ist, mit einer Reibfläche 21, welche umlaufend an der Innenseite der Trommel 3 vorgesehen ist, zur Erzeugung einer Verzögerungs- oder Haltewirkung in Reibschluss zu gelangen.
Die Belagträger 11 sind jeweils mittels eines radial geführt beweglichen Stößels 19 in der Trommelbremse 1 gelagert. Der Stößel 19 wiederum weist eine Lagerung 17 auf, mittels derer er mit einem Betätigungsring 13 wirkverbunden ist, welcher auf einem Stutzen 10 der Trommelbremse 1 in Richtung der Trommelachse X linear beweglich und um die Trommelachse X herum drehbar gelagert ist.
Die Lagerung 17 weist wenigstens eine mittels eines Bolzen 18 drehbar gelagerte Druckrolle 20 auf.
Der Betätigungsring 13 ist über ein Getriebe 27 mit dem zweiten Aktuator 25 gekoppelt, um die beschriebene Drehbewegung ausführen zu können. Hierzu weist vorzugsweise das Getriebe 27 ein mit dem zweiten Aktuator 25 verbundenes Zahnrad 27a auf, und der Betätigungsring 13 weist einen Verzahnungsabschnitt 27b auf, die miteinander in Eingriff stehen.
Der erste Aktuator 23 weist einen Kolben 31 auf, der eine teilweise oder - vorzugsweise - vollständig umlaufende Ringfläche aufweist, und jeweils einer oder - wiederum vorzugsweise - mehrerer Kolbenstangen 33 mit dem Betätigungsring 13 mittelbar oder unmittelbar verbunden sind.
Die Übertragung der Bewegung des Betätigungsrings 13 auf die Belagträger 11 erfolgt mittels mehrerer Keilelemente 35, die an dem Betätigungsring 13 angeordnet sind, wobei die Keilelemente 35 jeweils relativ zu dem Betätigungsring 13 radial beweglich geführt sind, aber axial an dem Betätigungsring 13 gehalten werden. Hierunter ist zu verstehen, dass bei einer Bewegung des Betätigungsrings 13 in Richtung der Trommelachse X die Keilelemente 35 synchron mitbewegt werden. Die Keilelemente 35 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung, also in tangentialer oder tangentenparalleler Richtung, relativ zum Bremsträger 5 unbeweglich.
Wie sich anschaulich aus den 3 und 4 ergibt, weisen die Keilelemente 35 jeweils eine erste, in Axialrichtung keilförmig verlaufende Keilfläche 35a auf. Wenn die Keilelemente 35 in Richtung der Trommelachse X durch den ersten Aktuator 23 bewegt werden, schiebt sich die erste Keilfläche 35a unter der Lagerung 17 hindurch und bewirkt aufgrund ihres Kontakts mit der wenigstens einen Druckrolle 20 somit eine radiale Bewegung des Stößels 19, und mit ihm der Belagträger 11.
Die Keilelemente 35 sind vorzugsweise auf einem Keilträger 37 angeordnet. Der Keilträger 37 weist vorzugsweise für jedes Keilelement 35 ein oder mehrere Kopplungsmittel 39 auf, die die Keilelemente 35 jeweils in Umfangsrichtung und in Axialrichtung halten, in radialer Richtung allerdings geführt beweglich lagern. Die Kopplungsmittel 39 sind exemplarisch als stiftartige Vorsprünge ausgebildet. Mittels der Kopplungsmittel 39 ist es den Keilelementen 35 so möglich, sich radial nach innen und nach außen, also auf die Trommelachse X zu und von der Trommelachse X weg zu bewegen. Wird der Keilträger 37 allerdings axial bewegt, werden die Keilelemente 35 mit ihm bewegt.
Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 ist der Betätigungsring 13 drehbar auf dem Keilträger 37 gelagert, und der erste Aktuator 23 greift außen am Keilträger 37 an. Hierdurch wird wie bei auch bei einer Variante, in der der erste Aktuator 23 direkt am Betätigungsring 13 angreifen würde, eine synchrone Bewegung aller Keilelemente 35 zuverlässig sichergestellt.
Der Keilträger 37 ist also axial in Richtung der Trommelachse X beweglich, in Drehrichtung allerdings unbeweglich relativ zum Bremsträger 5.
Die Keilelemente 35 weisen jeweils eine der ersten Keilfläche 35a gegenüberliegende, radial nach innen weisende, Gleitfläche 35b auf. Die Gleitfläche 35b liegt an einer zweiten Keilfläche 13a des Betätigungsrings 13 an und bildet mit dieser eine Reibpaarung 36. Die Reibpaarung 36 ist selbsthemmend ausgebildet. Wird der Betätigungsring 13 mittels des zweiten Aktuators 25 um die Trommelachse X herum gedreht, gleitet die zweite Keilfläche 13a unter der Gleitfläche 35b des Keilelements 35 ab. Eine Rotation des Betätigungsrings 13 um einen Winkel β in Richtung des Pfeils P₃ führt also ebenso zu einer Auslenkung der Belagträger 11 und Bremsbelagsegmente 9 in Richtung des Pfeils P₂ radial nach außen oder innen, wie es auch die Axialbewegung des Keilelements 35 in Richtung des Pfeils P₁ tun würde.
In 4 ist gezeigt, dass die erste Keilfläche 35a einen konstanten Steigungswinkel α aufweist. Die Kraftentfaltung ist proportional zur zurückgelegten axialen Bewegstrecke des Keilelements. Die Keilelemente haben in axialer Richtung folglich einen axialen ersten Verlauf V₁, der einen ersten Hub H₁ definiert.
Zusätzlich zu diesem ersten Hub H₁ definiert allerdings der Betätigungsring 13 mit seiner zweiten Keilfläche 13a auch einen zweiten Hub H₂, vgl. 6. In Umfangsrichtung weist die zweite Keilfläche 13a einen steigenden Verlauf V₂ auf, der aufgrund seiner leicht konvexen Vorwölbung drehwinkelproportional zum Drehwinkel β in Richtung des Pfeils P₃ ausgestaltet ist. Vorzugsweise weist somit auch die Kraftentfaltung in Folge der Drehbewegung eine lineare Charakteristik auf.
Je nach gewünschter Bremscharakteristik kann statt einer linearen Übertragungsfunktion auch eine andere Übertragungsfunktion für die Keilfläche 13a festlegen, welche auch unproportional zum Drehwinkel sein kann.
Bei einer Drehbewegung in Richtung des Pfeils P₃ wird die zweite Keilfläche 13a unter den Keilen 35 hindurchgeschoben, was aufgrund der Führung der Keilelemente 35 im Keilträger 37 zwischen den Kopplungsmitteln 39 eine Radialbewegung zur Folge hat.
Die Kombination aus dem Steigungswinkel der zweiten Keilfläche 13a und der Oberflächenrauheit der Reibpartner (Keilelement Betätigungsring) als selbsthemmende Reibpaarung führt dazu, dass im Betrieb der Trommelbremse bei einer Betriebsbremsung keine ungewollte Verstellung des Betätigungsrings 13 in Richtung des Pfeils P₃ erfolgt, wodurch eine zuverlässige Betätigungsfunktion durch beide Aktuatoren jederzeit gewährleistet bleibt. Die Gleitfläche 35b weist vorzugsweise einen mit der Steigung und Krümmung der zweiten Keilfläche 13a korrespondierenden Verlauf auf, sodass unabhängig vom Drehwinkel β immer eine flächige Anlage zwischen den Keilelementen 35 und dem Betätigungsring 13 erfolgen kann.
Nachdem in den 1-6 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Trommelbremse 1 gezeigt wurde, bei dem sich die Keilelemente 35 bei konstantem Steigungswinkel α radial nach außen bewegen, also rein translatorisch infolge der Drehung des Betätigungsrings 13 nach außen ausgelenkt werden, illustrieren die 7 - 9 nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trommelbremse 1', bei dem wesentliche strukturelle Elemente von der Trommelbremse 1 übernommen werden. Funktional und/oder strukturell gleiche Elemente tragen deshalb die gleichen Bezugszeichen bei der Trommelbremse 1' wie bei der Trommelbremse 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich deren Funktionsweise auf die vorigen Beschreibungsteile verwiesen.
Im Unterschied zu der Trommelbremse 1 der 1-6 werden die Keilelemente 35' der Trommelbremse 1' nicht rein translatorisch bewegt. Die Keilelemente 35' sind um eine Schwenkachse S herum drehbar an einem Keilträger 37' gelagert. Der Keilträger 37' und ein Betätigungsring 13' sind axial benachbart zueinander auf dem Stutzen 10 der Trommelbremse 1' angeordnet. Die Auslenkung in Richtung der Trommelachse X kann im Prinzip genauso erfolgen wie beim Ausführungsbeispiel der 1-6. Der erste Aktuator 23 ist aus diesem Grund nicht erneut dargestellt.
Die Keilelemente 35' weisen jeweils einen schwenkbar an den Keilelementen 35' gelagerten Körper 41 auf, der als Rollenkörper oder Gleitelement ausgebildet sein kann, und an dem eine Gleitfläche 35b ausgebildet ist, vgl. 8. Durch die Schwenkbarkeit des Körpers 41 wird sichergestellt, dass bei einer Auslenkung der Keilelemente 35' um die Schwenkachse S herum der Körper eine korrespondierende Gegenbewegung - relativ zum verschwenkten Teil des Keilelements 35' - ausführen kann. Das ermöglicht es, dass das Keilelement 35' trotz der Verschwenkung immer zumindest einen linienförmigen Kontakt mit der korrespondierenden zweiten Keilfläche 13a' des Betätigungsrings 13' hat.
Es ist alternativ möglich, den Körper 41 zu ersetzen und andere Kontaktarten anzustreben.
Wie sich insbesondere aus 8 ergibt, ist bei der Trommelbremse 1' der axiale Hub H₁' nicht mehr konstant, sondern abhängig vom Anstellwinkel α des ersten Verlaufs V₁'. Die erste Keilfläche 35'a kann mittels der Drehbewegung des Betätigungsrings 13' steiler angestellt werden, was einen höheren maximalen Hub H₁ zufolge hat. Die Bremscharakteristik der Trommelbremse 1 kann hierdurch gezielt verändert werden. Zugleich kann eine Lüftspieleinstellung erfolgen.
In 9 ist der Betätigungsring 13' näher gezeigt. Der Betätigungsring 13' ist axial benachbart zum Keilträger 37' angeordnet und weist für jedes der Keilelemente 35' eine der zweiten Keilflächen 13a' auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die gezeigte zweite Keilfläche 13a' in Umfangsrichtung einen linearen Verlauf V₂' auf. Bei steigenden Rotationswinkel-Werten des Betätigungsrings 13' steigt die Änderungsrate der Auslenkung der Keilelemente 13' in radialer Richtung, der Betätigungsring 13' hat folglich eine progressive Hubentwicklung des zweiten Hubs H₂ relativ zum Drehwinkel um die Trommelachse X.
Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die zweite Keilfläche 13a' drehwinkelproportional auszugestalten wie beim ersten Ausführungsbeispiel der 1-6. Im Umkehrschluss läge es auch im Rahmen der Erfindung, die zweiten Keilflächen 13a der Trommelbremse 1 gemäß den 1-6 mit progressiver Drehwinkelabhängigkeit wie in 7-9 auszubilden.
Für beide Ausführungsbeispiele gilt, dass die gezeigten Größenverhältnisse so gewählt wurden, dass der erste Hub H₁ und der zweite Hub H₂ voneinander verschieden sind, wobei vorzugsweise der erste Hub H₁ größer ist als der zweite Hub H₂. Hierdurch ist die Bremse vorzugsweise so zu verwenden, dass der axiale Hub, also der Hub H₁ infolge axialer Verschiebung des Betätigungsdrangs 13, 13', für die Betriebsbremsfunktion und eine etwaige Parkbremsfunktion verwendet wird, während der zweite Hub H₂ infolge einer Drehbewegung des Betätigungsrings 13, 13' zur Realisierung einer Lüftspieleinstellung verwendet wird.
Alternativ zu der Rollengestaltung im zweiten Ausführungsbeispiel für den Körper 41 läge genauso im Rahmen der Erfindung, wenn dieser eine (selbsthemmende) Reibpaarung mit der Gleitfläche 13' ausbilden würde.
Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)

1, 1': Trommelbremse
3: Trommel
4: erster Flansch
5: Bremsträger
6: zweiter Flansch
7: Bremsbelagsanordnung
9: Bremsbelagsegment
10: Stutzen
11: Belagträger
13, 13': Betätigungsring
13a, 13a': (zweite) Keilfläche
17: Lagerung
18: Bolzen
19: Stößel
20: Druckrolle
21: Reibfläche
23: (erster) Aktuator
24: Anschluss
25: (zweiter) Aktuator
27: Getriebe
27a: Zahnrad
27b: Verzahnungsabschnitt
29: Druckluftversorgung
31: Kolben
33: Kolbenstange
35, 35`: Keilelement
35a: (erste) Keilfläche
35b: Gleitfläche
36: Reibpaarung
37,37': Keilträger
39: Kopplungsmittel
41: Körper
S: Schwenkachse
X: Trommelachse

Claims

Fahrzeug-Trommelbremse (1, 1'), insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einem Bremsträger (5), einer relativ zu dem Bremsträger (5) um eine Trommelachse (X) drehbeweglichen Trommel (3) mit einer umlaufend ausgebildeten inneren Reibfläche (21), wobei der Bremsträger (5) innerhalb der Trommel (3) angeordnet ist, einer Bremsbelaganordnung (7) mit mehreren radial beweglichen Belagträgern (11), an denen jeweils ein Bremsbelagsegment (9) der Reibfläche (21) zugewandt vorgesehen ist, und einen Betätigungsring (13, 13') aufweist, welcher entlang der Trommelachse (X) verschiebbar und um die Trommelachse (X) drehbar in der Trommel (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Betätigungsring (13,13') für jeden Belagträger (11) ein Keilelement (35) angeordnet ist, wobei die Keilelemente (35) jeweils relativ zu dem Betätigungsring (13, 13') radial beweglich sind und axial am Betätigungsring (13, 13') gehalten werden, und jeweils in Umfangsrichtung am Bremsträger (5) gehalten werden.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilelemente (35) eine in Axialrichtung keilförmig verlaufende erste Keilfläche (35a) aufweisen, welche jeweils mit einem der Belagträger (11) zur radialen Bewegung des Belagträgers (11) wirkverbunden ist; und - der Betätigungsring (13, 13') für jedes Keilelement (35) eine in Umfangsrichtung keilförmig verlaufende zweite Keilfläche (13a, 13a') aufweist, welche jeweils mit dem Keilelement (35) zu dessen radialer Bewegung wirkverbunden ist.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilelemente (35) auf einem relativ zum Bremsträger (5) drehstarr und axial geführt beweglichen Keilträger (37, 37') angeordnet sind, wobei der Keilträger (37, 37') jeweils Kopplungsmittel (39) aufweist, die die Keilelemente (35) in Axialrichtung am Betätigungsring (13, 13') halten und die Keilelemente (35) radial führen.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsring (13, 13') drehbar an dem Keilträger (37, 37') angeordnet ist, vorzugsweise drehbar gelagert.
Fahrzeug-Trommelbremse (1') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsring (13, 13') axial benachbart zu dem Keilträger (37') an dem Bremsträger (5) angeordnet ist.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1 ') nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilträger (37, 37') als Ring ausgebildet ist.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1 ') nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilträger (37, 37') zum Ausführen der Axialbewegung mit einem ersten Aktuator (23) koppelbar ist.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1 ') nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsring (13, 13') zum Ausführen der Drehbewegung mit einem zweiten Aktuator (25) koppelbar ist.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1') nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Aktuator (23, 25) voneinander kinematisch entkoppelt sind.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1') nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (23) ein pneumatischer Aktuator ist, vorzugsweise ein Ringaktuator, der einen, vorzugsweise ringförmigen, Kolben (31) und mehrere mit dem Kolben (31) wirkverbundene Kolbenstangen (33) aufweist, welche mit den Keilelementen (35) zu deren Bewegung in Richtung der Trommelachse (X) gekoppelt sind.
Fahrzeug-Trommelbremse (1,1') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen (33) am Betätigungsring (13, 13') oder am Keilträger (37, 37') angreifen.
Fahrzeug-Trommelbremse (1, 1') nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Keilflächen (13a,13a`) in axialer Richtung parallel zur Trommelachse (X)ausgebildet sind.
Fahrzeug-Trommelbremse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilelemente (35) eine der zweiten Keilfläche (13a) zugewandte Gleitfläche (35b) aufweisen, wobei die Gleitfläche (35b) und die zweite Keilfläche (13a) miteinander eine selbsthemmende Reibpaarung (36) ausbilden.
Fahrzeug-Trommelbremse (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (13a) einen mit der zweiten Keilfläche korrespondierenden Verlauf (V₂') aufweist.
Fahrzeug-Trommelbremse (1') nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilelemente (35') jeweils um eine Schwenkachse (S) schwenkbar an dem Keilträger (37') befestigt sind, und der Betätigungsring (13') derart mit den Keilelementen (35') gekoppelt ist, dass die zweiten Keilflächen (13a') die Keilelemente (35') bei einer Drehung des Betätigungsrings (13') um die Schwenkachse (S) herum auslenken.