-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung betrifft eine Verbesserung in einer Nassscheibenbremsenanordnung
mit einem Satz von feststehenden Scheiben und einem Satz von bewegbaren
Scheiben, wobei ein Bremsenkuppler benutzt wird, um den bewegbaren
Satz von Scheiben mit einem drehenden Element nur während Bremsmanövern wahlweise
zu koppeln.
-
Nassscheibenbremsen
werden in vielen Fahrzeugbremsanwendungen benutzt. Sie können auch
in vielen Nicht-Fahrzeugbremsanwendungen benutzt werden. Insbesondere
ist eine Anzahl von drehenden Scheiben mit einer Reibungsfläche versehen
und zur Drehung mit einer Radnabe oder einem anderen drehenden Element
verbunden. Die Scheiben sind entlang der Radnabe axial verschiebbar. Zwischen
die drehenden Scheiben sind die feststehenden Scheiben gesetzt,
die mit einem äußeren feststehenden
Element verbunden sind. Die feststehenden Scheiben sind ebenfalls
relativ zum äußeren stationären Element
axial verschiebbar.
-
Eine
Hydraulikkammer ist einem Kolben zugeordnet, und wenn ein Hydraulikfluid
zur Kammer gefördert
wird, bewegt sich der Kolben, um die drehenden und die feststehenden
Scheiben zusammenzudrücken,
um die Drehung des drehenden Elements relativ zum stationären Element
zu vermindern.
-
Diese
Arten von Bremsen enthalten typischerweise mehrere zwischen einander
gesetzte feststehende und drehende Scheiben. Häufig werden bis zu zehn drehende
Scheiben in Kombination mit elf feststehenden Scheiben verwendet.
-
Die
drehenden und die feststehenden Scheiben sind in einer Fluidkammer
montiert, die zwischen dem feststehenden und dem drehenden Element
gebildet ist. Während
eines Bremsmanövers
drückt
der Kolben die feststehenden und die drehenden Scheiben zusammen,
was die Reibung zwischen den Scheiben erhöht.
-
Wenn
die Reibung größer wird,
wird die Drehgeschwindigkeit des drehenden Elements vermindert.
-
Ein
Nachteil dieses Aufbaus ist, dass während eines Nicht-Bremsbetriebs
des Fahrzeugs die drehenden Scheiben kontinuierlich in dem in der
Fluidkammer gespeicherten Fluid drehen. Dies erzeugt einen unerwünschten
Widerstandseffekt. Der Strömungswiderstand
verringert die Betriebsleistung des drehenden Elements. Aufgrund
des Strömungswiderstandes
ist zusätzliche
Energie erforderlich, um das drehende Elemente mit einer bestimmten
Geschwindigkeit zu drehen. Der Strömungswiderstand bewirkt auch
einen vorzeitigen Verschleiß an
den drehenden Scheibenelementen.
-
Falls
der Strömungswiderstand
während Nicht-Bremsvorgängen des
Fahrzeugs beseitigt werden könnte,
könnte
die Abnutzungsdauer der Scheiben und die Betriebsleistung des Fahrzeugs
erhöht werden.
-
Die
US-A-4,567,965 offenbart eine Scheibenbremsenanordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, mit einem feststehenden Element, einem drehenden
Element, das zur Drehung bezüglich des
feststehenden Elements gehalten ist und eine Mittelachse einer Drehung
definiert, einem ersten Satz von Scheiben, die entlang der Drehachse
in dem feststehenden Element axial verlaufen, einem zweiten Satz
von Scheiben, die mit dem ersten Satz von Scheiben verschachtelt
angeordnet sind, und einem Kuppler zum wahlweisen Koppeln des zweiten Satzes
der Scheiben mit dem drehenden Element zur Drehung damit um die
Achse.
-
Die
vorliegende Erfindung sieht eine Scheibenbremsenanordnung vor, wie
sie in Anspruch 1 definiert ist.
-
In
einem offenbarten Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung enthält
eine Scheibenbremsenanordnung ein feststehendes Element und ein
drehendes Element, das zur Drehung bezüglich des feststehenden Elements
gehalten ist. Das drehende Element definiert eine Mittelachse einer
Drehung. Ein erster Satz von Scheiben verläuft axial entlang der Drehachse
in dem feststehenden Element, und ein zweiter Satz von Scheiben
ist verschachtelt mit dem ersten Satz von Scheiben angeordnet. Ein
Kuppler koppelt wahlweise den zweiten Satz von Scheiben mit dem
Drehelement zur Drehung damit um die Achse.
-
Der
Kuppler koppelt den zweiten Satz von Scheiben mit dem Drehelement
nur, wenn ein Bremsmanöver
gestartet wird. Daher gibt es während
eines Nicht-Bremsbetriebs
des Fahrzeugs keine Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten
Satz von Scheiben, und der Widerstandseffekt ist beseitigt.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
ein erster Stellantrieb durch das feststehende Element gehalten
und übt
eine Stellkraft aus, um den Kuppler in Eingriff mit dem drehenden
Element zu bewegen, wenn das Bremsmanöver gestartet wird. Wenn einmal
der zweite Satz von Scheiben mit dem drehenden Element gekoppelt
ist, bewegt ein zweiter Stellantrieb den ersten Satz von Scheiben
und den zweiten Satz von Scheiben zusammen, um eine Drehung des
drehenden Elements zu vermindern und das Fahrzeug zu bremsen. Wenn
einmal das Bremsmanöver
abgeschlossen ist, bewegt ein erster elastischer Rückstellmechanismus
den ersten und den zweiten Satz von Scheiben auseinander, um das
drehende Element frei um die Drehachse drehen zu lassen. Ein zweiter
elastischer Rückstellmechanismus wird
dann benutzt, um den Kuppler von dem drehenden Element zu entkoppeln,
sodass der erste und der zweite Satz von Scheiben relativ zueinander
feststehend sind, d.h. es keinen Strömungswiderstand gibt.
-
Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung und den Zeichnungen, zu denen eine kurze Beschreibung
folgt, besser verständlich.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Querschnittsansicht durch eine Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Ausschnitts einer Bremse von 1 .
-
3 ist
eine schematische Darstellung des Bremssystems.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
-
Ein
in 1 dargestelltes erfindungsgemäßes Bremssystem 10 hat
ein feststehendes Bremsengehäuseelement 12,
das an einer festen Fahrzeugkonstruktion montiert ist. Ein drehendes
Nabenelement 14 ist durch mehrere Lager 18 drehbar
an einer Achsspindel 16 gehalten und definiert eine Drehachse 20.
Ein Fahrzeugrad (nicht dargestellt) ist zur Drehung mit der Nabe 14 montiert.
Das Gehäuse 12 ist
vorzugsweise durch mehrere Schrauben 22 (nur eine ist gezeigt)
an der Spindel 16 befestigt. Die Bremse, die dargestellt
ist, wird typischerweise in Geländefahrzeuganwendungen
benutzt, obwohl es selbstverständlich
ist, dass diese Art von Bremse auch in vielen Nicht-Fahrzeuganwendungen
benutzt wird. Beispiele enthalten Ankerhebevorrichtungen von Booten
und Flugzeugbremssysteme, usw..
-
Ein
Bremskuppler 24 ist in dem Gehäuse 12 montiert und
ist wahlweise mit der Drehnabe 14 unter bestimmten Bedingungen
in Eingriff bringbar. Das Bremssystem 10 enthält auch
ein Scheibenpaket, wie allgemein bei 26 dargestellt. Das
Scheibenpaket 26 enthält
einen ersten Satz von Scheiben 28 und einen zweiten Satz
von Scheiben 30, die mit dem ersten Satz von Scheiben 28 verschachtelt
angeordnet sind. Die Scheibenpaketkammer ist in Öl oder ein anderes Fluid eingetaucht,
das in der Technik bekannt ist. Die Scheiben 28 im ersten
Satz sind entlang der Drehachse 20 in dem feststehenden
Gehäuseelement 12 axial
beabstandet. Der erste Satz von Scheiben 28 sind vorzugsweise
feststehende Scheiben, die an dem feststehenden Bremsengehäuse 12 befestigt
sind, und der zweite Satz von Scheiben 30 ist an dem Kuppler 24 befestigt.
Ein bevorzugtes Montageverfahren verkeilt die Scheiben 28, 30 mit
dem jeweiligen Montageelement 12, 24. Der Kuppler 24 koppelt
wahlweise den zweiten Satz von Scheiben 30 mit der Drehnabe 14 zur
Drehung damit um die Drehachse 20.
-
So
sind der zweite Satz von Scheiben 30 bewegbare Scheiben,
die mit den feststehenden Scheiben 28 verschachtelt angeordnet
sind und die eine erste Betriebsstellung, in der es keine Relativdrehung
zwischen den stationären
und den bewegbaren Scheiben 28, 30 gibt, und eine
zweite Betriebsstellung, in der sich die bewegbaren Scheiben 30 bezüglich der
feststehenden Scheiben 28 drehen, haben. Der Kuppler 24 koppelt
die bewegbaren Scheiben 30 nur während Bremsmanövern an
die Nabe 14. Der Kuppler 24 ist zwischen einer
Nicht- Bremsstellung,
in der es keine Relativdrehung zwischen dem feststehenden Gehäuse 12 und
dem Kuppler 24 gibt, und einer Bremsstellung, in der sich
der Kuppler 24 bezüglich
des feststehenden Gehäuses 12 dreht,
axial bewegbar. Der Kuppler 24 bewegt die bewegbaren Scheiben 30 von
der ersten Betriebsstellung zur zweiten Betriebsstellung, wenn das
Bremsmanöver gestartet
wird.
-
Ein
erster Stellantrieb 32 ist durch das feststehende Gehäuse 12 gehalten,
um eine Stellkraft auszuüben,
um den Kuppler 24 in Eingriff mit der drehenden Nabe 14 zu
bringen. Der erste Stellantrieb 32 übt eine Stellkraft aus, um
den Kuppler 24 von der Nicht-Bremsstellung zur Bremsstellung
zu bewegen, wenn der Stellantrieb 32 einen Bremsbefehl
empfängt.
Dies wird unten in mehr Einzelheiten erläutert.
-
Ein
zweiter Stellantrieb 34 wird nur benutzt, um den ersten
Satz von Scheiben 28 und den zweiten Satz von Scheiben 30 zusammenzubewegen,
um eine Drehung der drehenden Nabe 14 zu reduzieren, nachdem
der erste Stellantrieb 32 den Kuppler 24 mit der
Nabe 14 gekoppelt hat. Ein erster elastischer Rückstellmechanismus 36 bewegt
den ersten und den zweiten Satz von Scheiben 28, 30 auseinander, um
die drehende Nabe 14 frei um die Achse 20 drehen
zu lassen, nachdem das Bremsmanöver
beendet ist. Ein zweiter elastischer Rückstellmechanismus 38 entkoppelt
dann den Kuppler 24 von der Nabe 14, sodass der
erste und der zweite Satz von Scheiben 28 und 30 relativ
zueinander feststehend sind.
-
Wie
klarer in 2 gezeigt, enthält der Kuppler 24 eine
erste Vielzahl von Kupplungszähnen 40,
und die Nabe 14 enthält
eine zweite Vielzahl von Kupplungszähnen 42. Der erste
und der zweite Satz von Kupplungszähnen 40, 42 greifen
ineinander, um den Kuppler 24 zur Drehung damit an der
Nabe zu befestigten, wenn ein Bremsenbetätigungsdrehmoment unter einem
gewissen vorbestimmten Niveau ist, d.h. in Situationen eines geringen
Drehmoments. In dieser Anfangsstufe gibt es entweder kein Drehmoment
oder ein sehr geringes Drehmoment, sodass ein Eingriff schnell und
effizient ist. Die Zähne 40, 42 sind
vorzugsweise so ausgebildet, dass sich die Zähne 40, 42 überhaupt
nicht voneinander lösen
können, solange
ein Bremsmoment erforderlich ist, d.h. die feststehenden und die
bewegbaren Platten 28, 30 zusammengepresst werden.
-
Der
erste und der zweite Satz von Kupplungszähnen 40, 42 sind
durch ein Zahnprofil mit einer Basis 44 und einem distalen
Ende 46 definiert. Die Basis 44 ist vorzugsweise
von schmalerer Breite als das distale Ende 46. Während Kupplungszähne 40, 42 bevorzugt
sind, ist es selbstverständlich,
dass auch weitere in der Technik bekannte Eingriffsmechanismen benutzt
werden könnten,
um den Kuppler 24 mit der Nabe 14 zu koppeln.
Während
es bevorzugt ist, dass die Nabenkupplungszähne 42 an der Nabe 14 ausgebildet
sind, ist es auch selbstverständlich,
dass ein gezahnter Kragen oder ein anderes Element separat an der
Nabe 14 angebracht sein könnte.
-
Der
erste elastische Rückstellmechanismus 36 ist
vorzugsweise eine Rückstellfeder,
die zwischen dem feststehenden Gehäuse 12 und dem zweiten
Stellantrieb 34 reagiert. Die Rückstellfeder bewegt die feststehenden
und die bewegbaren Scheiben 28, 30 auseinander,
um die Nabe 14 frei drehen zu lassen, wenn ein Bremssteuerelement 44 (siehe 3),
wie beispielsweise ein Bremspedal, zum Beispiel von der Arbeitsstellung
in die Ruhestellung bewegt wird.
-
Der
zweite elastische Rückstellmechanismus 38 ist
vorzugsweise eine zweite Rückstellfeder, die
zwischen der Nabe 14 und dem Kuppler 24 reagiert,
um den Kuppler 24 von der Nabe 14 zu trennen, nachdem
der Bremsstellantrieb 44 in die Ruhestellung bewegt wird.
Ein erstes Nadellager 46 ist zwischen dem ersten Stellantrieb 32 und
dem Kuppler 24 montiert, und ein zweites Nadellager 48 ist
zwischen der zweiten Rückstellfeder 38 und
dem Kuppler 24 montiert. Eine Gleitringdichtung 50 ist
zwischen dem feststehenden und dem drehenden Element 12, 14 montiert,
um Schmutz und andere Verunreinigungen fernzuhalten.
-
Es
ist selbstverständlich,
dass der erste und der zweite Stellentrieb 32, 34 irgendwelche
bekannten Stellmechanismen in der Technik sein können, einschließlich einer
hydraulischen, pneumatischen, mechanischen oder elektrischen Betätigung.
Vorzugsweise ist der erste Stellantrieb 32 ein erster Kolben 52,
der den Kuppler 24 greift, um die bewegbaren Scheiben 30 axial
entlang der Achse 20 zu bewegen, um die bewegbaren Scheiben 30 mit
der Nabe 14 zu koppeln. Der erste Stellantrieb 32 enthält eine abgedichtete
Kammer 54, die den Kolben 52 verschiebbar aufnimmt.
Die Kammer 54 ist so positioniert, dass, wenn ein unter Druck
gesetztes Fluid zur Kammer 54 durch eine Verbindung 56 gefördert wird, der
Kolben 52 nach links getrieben wird, wie in 1 dargestellt.
Eine Dichtung 58, wie zum Beispiel ein O-Ring, umgibt den
Kolben 52, um einen Druckverlust und ein Leck zu verhindern.
-
Vorzugsweise
ist der zweite Stellantrieb 34 ein zweiter Kolben 60,
der die feststehenden und die bewegbaren Scheiben 28, 30 zusammendrückt. Der zweite
Stellantrieb 34 enthält
eine abgedichtete Kammer 62, die den Kolben 60 verschiebbar
aufnimmt. Die Kammer 62 ist so positioniert, dass, wenn
ein unter Druck gesetztes Fluid zur Kammer 62 durch eine Verbindung 64 gefördert wird,
der Kolben 60 nach links getrieben wird, wie in 1 dargestellt.
Eine Dichtung 66, wie zum Beispiel ein O-Ring, umgibt den
Kolben 60, um einen Druckverlust und ein Leck zu verhindern.
Der zweite Kolben 60 drückt
die feststehenden und bewegbaren Scheiben 28, 30 nur
zusammen, nachdem der erste Kolben 52 den Bremsenkuppler 24 von
der Nicht-Bremsstellung zur Bremsstellung bewegt hat.
-
Die
Rückstellfeder 36 spannt
den Kolben 26 normalerweise nach rechts vor, wie in 1 dargestellt.
Das unter Druck gesetzte Hydraulikfluid wirkt, um den Kolben 60 gegen
die Kraft der Feder 36 zu bewegen und das Scheibenpaket 24 zusammenzudrücken.
-
Das
erfindungsgemäße Bremsverfahren
eines Fahrzeugrades mit einer Scheibenbremsenanordnung enthält die folgenden
Schritte. Wie oben erläutert,
enthält
die Scheibenbremsenanordnung 10 ein feststehendes Gehäuse 12,
ein zur Drehung bezüglich
des feststehenden Gehäuses 12 gehaltenes drehendes
Element 14, einen ersten Satz von feststehenden Scheiben 28 und
einen zweiten Satz von Scheiben 30, die mit dem ersten
Satz von Scheiben 28 verschachtelt angeordnet sind. Wenn
einmal das Bremsmanöver
gestartet wird, wird der zweite Satz von Scheiben 30 mit
dem drehenden Element 14 gekoppelt, sodass sich der zweite
Satz von Scheiben 30 bezüglich des ersten Satzes von
feststehenden Scheiben 28 dreht. Der erste Satz von feststehenden Scheiben 28 und
der zweite Satz von Scheiben 30 werden dann zusammenbewegt,
um eine Drehung des drehenden Elements 14 zu reduzieren.
-
Wie
in 3 dargestellt, ist eine Nassscheibenbremsenanordnung 10 an
jedem Radende 68 einer Achse 70 montiert. Wenn
ein Bremssteuerstellantrieb 72 aktiviert wird, wird ein
Bremssignal 74 an jede Nassscheibenbremsenanordnung geschickt. Der
Bremssteuerstellantrieb 72 kann ein Bremspedal, ein Fahrzeugsystemcomputer
oder eine andere Verarbeitungssteuereinheit sein. Das Bremssignal 74 kann
ein mechanisches Signal oder ein elektrisches Signal sein. Wenn
die Bremsenanordnung 10 einmal das Signal 74 empfängt, das
anzeigt, dass ein Bremsen erforderlich ist, wird der Bremskuppler 24 mit
der Nabe 14 gekoppelt, um die bewegbaren Scheiben 30 bezüglich der
feststehenden Scheiben 28 drehen zu lassen. Unmittelbar
nachdem dies stattfindet, werden die Scheiben 28, 30 zusammengedrückt, um
die Drehgeschwindigkeit der Nabe 14 zu vermindern und das
Fahrzeug zu bremsen. Es ist selbstverständlich, dass der Zeitabstand
zwischen dem Koppeln und dem Zusammendrücken der Scheiben minimal ist, sodass
Bremsgeschwindigkeit und -leistung nicht beeinträchtigt werden. Wenn das Bremsmanöver einmal
abgeschlossen ist, werden die Scheiben 28, 30 gelöst und anschließend wird
der Kuppler 24 von der Nabe 14 getrennt. Vorzugsweise
verstreicht ein Intervall von 2 bis 5 Sekunden, bevor der Kuppler 24 getrennt
wird.
-
Obwohl
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
in dieser Erfindung offenbart worden ist, ist es selbstverständlich,
dass ein Fachmann erkennt, dass viele Modifikationen in den Schutzumfang
dieser Erfindung fallen. Aus diesem Grund müssen die folgenden Ansprüche studiert
werden, um den wahren Schutzumfang und Inhalt dieser Erfindung zu
bestimmen.