FRICTION BRAKE OR CLUTCH WITH FORCED COOLING

Abstract: 1. Friction brake or clutch with forced cooling, primarily for motor vehicles, - with a brake housing (4) in which a pressure line fitted with blocking elements has its opening and from which a recirculation duct (17) leads to an oil sump, - and with a brake piston (6), which is shiftable against one or more brake discs (3) rotating around a shaft (1) in order to achieve the braking effect, - whereby an effective connection is present between the brake piston (6) and valves (19) arranged in a front wall of the housing (4), by means of which the opening position of the brake piston (6) are achieved simultaneously, characterized in that - the outlet ports (20) of the valves (19) are arranged axially in front of the through-openings (21) in the rotating brake disc (3), - the brake discs (3) have toothed profiles (23) on their outer peripheries and grooves of a well-known type which form radial channels on the friction faces (22), - the toothed profile (23) projects between the piston (6) an the housing (4) or the counter plate (5) into an inner annular space (15), which is connected by openings (14) in the upper half of the housing (4) or the counter plate (5) with the recirculation duct (17), - and that the toothed profile (23) expels oil which accumulates in the annular space (15) through the openings (14).

Description: Reibungsbremse bzw. -kupplung mit einer Zwangskühlunq Die Erfindung betrifft eine Reibungsbremse bzw. -kupplung mit einer Zwangskuhlung durch eine Druckölversorgung- und richtet sich auf eine Koppelung des Betätigungsvorganges der Bremse bzw. Kupplung mit der Zwangskühlung, damit eine Kühlung nur bei Betätigung erfolgt und öl zwischen den Bremsscheiben während des Normalbetriebes keine energieraubenden Schleppmomente mehr verursachen kann. Der Stand der Technik weist mit der DE-PS 28 02 676 eine Dosiervorrichtung für im ölbad laufende Schaltkupplungen auf, bei welcher ein an den Kolben angesetzter Schieber zusätzliches Druck öl aus der eine Innenbohrung aufweisenden Welle nur freigibt, wenn der Kolben gegen die Bremsscheiben in Anlage kommt. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist insbesondere: - Es sind hier keine Massnahmen zur Verhinderung einer ölbenet- zung der Bremsscheiben ausserhalb der Betätigungszeiten vorge sehen, so dass fortlaufend mit Schleppmomenten zu rechnen ist. - Die Welle ist mit einer nicht immer möglichen Bohrung auszu führen und wird somit geschwächt bzw. muss einen grösseren Durchmesser erhalten, was entsprechende Vergrösserungen der Lager usw. mit sich bringt. - Es muss ein beträchtlich grosser Kolbenhub vorgesehen sein, um den Schieber ausreichend weit zu öffnen. Das erfordert Bau länge und verursacht Gewichtserhöhungen. - Der grössere Kolbenhub erfordert eine grössere Druckmittelmenge, welche bei hydraulischen Fusshebelbetätigungen ohne wegüber setzende Hilfskraftunterstützung oft nicht zur Verfügung steht. Die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur Zwangskühlung von Bremsen oder Kupplungen mit kurzer Baulänge anzugeben, mit welcher eine öl zufuhr durch die Welle vermieden wird und ein Ansteigen des Ölspiegels im Bremsenbereich ausserhalb der Bremsbetätigungsphasen während des Betriebes des Fahrzeuges vermeidbar ist und mit der auch der Einsatz von einfachen Fusspedalbetätigungen vereinfacht wird. Die Lösung dieser Auf gabe' wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale in folgender Hinsicht erreicht: - Durch die Verwendung von Ventilen kann mit hohem Öldruck, so mit feiner Verteilung und schneller Kühlung, gearbeitet wer den, ohne dass ein grosser Ventilhub nötig ist und die Ölzufuhr kann unabhängig von der Wellenausführung erfolgen. - Die Einspritzung des Öles in die Durchtrittsöffnungen der Bremsscheiben führt unter Fliehkraftausnutzung zu intensiver Kühlung unter gleichzeitiger Bremswirkung. - Dabei wird nicht nur das zu den Bremsscheiben fliessende Öl nach einer Bremsung über die Nuten leicht abgeschleudert, sondern es fördert das Zähneprofil der immer umlaufenden Bremsscheibe auch bei unbetätigter Bremse oder vor Inbetrieb nahme der Einrichtung evtl. im Bereich der Bremsscheiben auf gestautes Öl in Richtung der Rücklaufleitung schnell ab. - Da Öl von der Bremse ferngehalten wird, kann diese bei Ein satz als Feststellbremse (ohne Ölzufuhr) ein höheres Brems moment bewirken als bei einfacher Tauchschmierung. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben: - Mit einem den Bremsenbereich aussen umschliessenden Ringbund, der gleichzeitig als Aussenlamellenträger ausgeführt sein kann und in den auch die Kolbenrückstellfedern eingelassen sind, kann sowohl ein Ölrückstau vom Ablauf her in den Bremsbreich ausserhalb der Bremsphasen verhindert als auch, selbst bei Lamellenbauart der Bremse, dank der eingelassenen Rückstell federn eine kurze Bremspaketlänge erreicht werden, die einen kurzen Bremshub ermöglicht, wie er insbesondere bei direkter Pedalbetätigung nötig ist. Ein Einbau der Ventile in einen separaten Flanschring ergibt die Möglichkeit, Gehäuse mit bisher üblicher Trockenkühlung der Bremsen abzudichten und auf die erfindungsgemässe Zwangskühlung umzurüsten ohne dazu das Gehäuse oder die Welle selbst erheblich verändern zu müssen. zeine Anwendung der Erfindung bei in Getriebe integrierten Bremsen erlaubt eine Zusammenfassung der Ölumläufe, etwa derart, dass aus dem Bremsenbereich abgeschleudertes Öl im Getriebebereich noch einmal genutzt wird, ehe es zur Pumpe zurückläuft und dass das meistens grössere Getriebegehäuse evtl. zur Abkühlung des Öles beiträgt. Eine Doppelnutzung der Andruckplatte der Bremse, auch als Zwischenwand im Gehäuse zur Abtrennung eines an sich mit Tauchschmierung auskpmmenden Getriebebereiches, erlaubt Leichtbau und sichert den Bremsenbereich vor plötzlichen O1- einströmungen, z. B. bei starker Fahrzeugneigung auf Gefällestrecken. Eine Anordnung der Ventile, radial innerhalb eines Ringzylinders, erleichtert die bauliche Ausgestaltung einer Antriebsverbindung des Bremskolbens und der Ventile in der gleichen Stirnwand des Gehäuses. Mit dem Frühstart der Ventile wird erreicht, dass bei hohen Reibflächenbelastungen noch keine Zerstörungen wegen unbeabsichtigten Trockenlaufes vorkommen, für den die bei Ölkühlung optimal verwendeten Reibbeläge nicht geeignet sind. Die hydrostatische Ankoppelung der Ventile an den Ringzylinder erlaubt auf eine einfache Weise sowohl Kurzhub als auch Frühstart der Zwangskühlung. Eine Verzögerung der Ventilrückstellung sichert auch dann noch eine gute Kühlung, wenn der Bremsvorgang beendet ist. Mit mechanischen Wirkverbindungen zwischen Kolben und Ventilschliessern werden Dichtungen erspart und es wird kein Volumen aus der ggf. hydrostatischen Bremsbetätigung benötigt. Mit wegübersetzender Mechanik-Wirkverbindung wird auch bei sehr kleinen Kolbenhüben eine starke und rasche Kühlung erreicht. Die Anwendung der erfindungsgemässen Merkmale ist unter konstruktiver Anpassung bei allen Reibungsbremsen und -kupplungen mit rotierenden Bremsscheiben möglich und senkt sowohl die durch zähes Öl gerade bei Kälte beträchtlichen Energieverluste im ungebremsten Zustand und auch den Wartungsaufwand gegenüber trocken laufenden Bremsen. Fahrzeuge mit dieser Art Bremsen sind wegen grösserer Bremsenschonung betriebssicherer und zuverlässiger sowie auch vielseitiger einsetzbar dank ihrer Unempfindlichkeit gegen Nässe, Staub usw. Dabei ist die Unterbringung der erfindungsgemässen Bremse bei kürzester Baulänge und ohne Anderung anderer Getriebeelemente, wie Welle oder Bremsscheibenträger usw., möglich. Das entsprechend ausgenutzte Fahrzeug wird auch für den Einsatz in überflutetem GelAnde, z. B. Reisfeldern, Bachbetten usw., geeignet. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles für eine Schlepper-Hinterachsbremse mittels folgender schematischer Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine an ein Getriebe anschliessende Bremse mit hydraulisch betätigten Ventilen. Fig. 2 zeigt eine Variante dazu mit einem direkt vom Kol ben mechanisch betätigten Kugelventil. Fig. 3 zeigt eine weitere Variante mit einem indirekt über einen Hebel vom Kolben mechanisch mitbetätigten Kugelventil. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Bremsgehäuse vor der Bremsscheibe mit einer Anordnung von deren 51- durchtritten und ihrem Zähneprofil am Aussenrand. Fig. 5 zeigt einen Teilschnitt durch den äusseren Ring kanal mit dem Durchlass durch den Ringbund für das abgeschleuderte Öl aus dem inneren Ringraum. In Fig. 1 läuft auf einer Welle 1 eine auf einem Bremsträ ger 2 verschieblich gehalterte Bremsscheibe 3 in Drehrichtung um und kann gegen eine im Gehäuse 4 abgestützte Andruckplatte 5 durch einen Kolben 6 abgebremst werden, welcher koaxial zur Welle 1 in einer der Andruckplatte 5 gegenüberliegenden Stirnwand 7 des Gehäuses 4 in einen dort eingearbeiteten Bremszylinder 8 durch Druckmitteldruck verschieblich ist. Der Kolben 6 ist dabei axial durch am Umfang verteilte Rückstellfedern 9 ausser Anlage mit der (den) Bremsscheibe(n) 3 gehalten, welche in Federtaschen 10 geführt sind, die in die Andruckplatte 5 bzw. einen dieser angeformten Ringbund 11 eingearbeitet sind. Dieser Ringbund 11, der bei Mehrscheibenbremsen als Aussenlamellenträger gestaltet sein kann, hat mit dem Kolben 6 eine Runddichtung 12, so dass der nähere Bereich der Bremse 3 gegen den den Ringbund 12 aussen umschliessenden äusseren Ringraum 13 bis auf zwei radiale Durchbrüche 14 im oberen Teil des Umfanges abgedichtet ist, durch welchen Öl aus dem die Bremsscheiben eng umschliessenden inneren Ringraum 15 aus dem Bereich der Bremsscheibe 3 weggeführt werden kann, ohne bei Betrieb von selbst zurückzuf liessen. Das sich im äusseren Ringraum 13 sammelnde Öl, welches auch z. T. aus einem evtl. mit dem Bremsengehäuse 4 zusammengebauten Getriebegehäuse 16 zufliessen kann, fliesst über eine Rücklaufleitung 17 ab zu einem (nicht gezeigten) Ölsumpf mit Umwälzpumpe, von wo eine Druckleitung 18 zu einem (oder mehreren) Ventil(en) 19 führt, die in die Stirnwand 7 etwa koaxial zur Welle 1 so eingesetzt sind, dass ihre Austritte 20 etwa auf gleicher radialer Höhe wie Durchtrittsöffnungen 21 der Bremsscheiben 3 und radial innerhalb der eigentlichen Reibfläche zu liegen kommen. Die Reibflächen sind auf bekannte Weise so mit radialen Nuten (nicht gezeigt) versehen, dass sich auf ganzer Fläche, gleichmässig verteilt, radiale Öldurchtrittskanäle ergeben. An ihrem Aussenrand ist die Bremsscheibe 3 mit einem Zähneprofil 23 versehen, das die Aufgabe hat, evtl. sich am Rand aufstauendes Öl aus dem inneren Ringraum 15 in Richtung der Durchbrüche 14 durch den Ringbund 11 hindurchtretend herauszufördern. Je einer der Durchbrüche 14 ist dazu in der oberen Kreishälfte unter etwa 900 Winkelabstand auf jeder Seite der Senkrechten angeordnet. Dadurch kann das Öl auch bei wechselnden Drehrichtungen aus dem oberen Ringraum 15 schnell abgeführt werden. Die Ventile 19 haben nach dieser Fig. 1 als hydraulische Verstellkolben funktionierende Schliesser 25, deren Druckraum 26 mit dem Bremszylinder 8 eine Verbindung 27 hat. Die Schliesser 25 stehen quer zur Achse der Ventilaustritte 20 und haben einen bei Druckbelastung den Durchfluss von der Druckleitung 18 zum Austritt 20 freigebenden Öffnungsquerschnitt 28. Bei Druckentlastung sind die Schliesser 25 über ebenfalls im Flanschring 24 eingelassene Schliesser-Rückstellfedern 29 in ihrer Ausgangslage zurückstellbar. In der Verbindung 27 kann eine Rückströmdrossel (nicht gezeigt) eingebaut sein, um die Ventile 19 nach Betätigung länger offen zu halten als der mitbetätigte Kolben 6. Bei dessen Druckbelastung erhalten die kleinen Verstellkolben 25 einen ausreichenden Öffnungsdruck zu einem zeitlich früher gelegenen Zeitpunkt, als der Kolben 6 über die Bremsscheibe 3 gegen die Andruckplatte 5 in Anschlag kommt, so dass keine unzulässige Reibflächenbelastung vor dem Kühlungseinsatz möglich ist. Sowohl durch die Unterbringung der Ventile 19 auf etwa gleicher axialer Länge wie der Kolben 6 als auch durch die Möglichkeit, wegen der sich selbst entleerenden Bremsscheiben 3 nur einen sehr kleinen Luftweg vorsehen zu brauchen, wird erheblich an Bau länge gespart. In Fig. 2 ist ein kugelförmiger Schliesser 25 unmittelbar durch den Kolben auf mechanische Weise in Richtung Öffnungshub mitnehmbar. Die Ventile 19 öffnen sich dabei unter dem Druck der Federn 29 unter etwa koaxialer Bewegung des Schliessers 25 in Richtung des Weges des Kolbens 6. Die Rückstellfeder 9 des Kolbens 6 wird dabei stärker belastet, der Öffnungsdruck des Kolbens 6 dagegen entlastet. In Fig. 3 ist ebenfalls ein kugelförmiger Schliesser 25 mit in Druckrichtung öffnender Feder 29 vorgesehen, jedoch deren Öffnungs- hub über einen Hebel 30 kontrolliert, der sowohl auf der Kugel des Schliessers 25 als auch auf dem Bremskolben 6 abgestützt und in einem Lager 31 auf dem Flanschdeckel 24 geführt ist. In Fig. 4 ist die Anordnung der Durchtrittsöffnungen 21 in der Bremsscheibe 3 sowie deren Zähneprofil 23 am Aussenrand dargestellt sowie die Lage der Durchbrüche 14 durch den Ringbund 11. In Fig. 5 ist die Ausführung der Durchbrüche 14 nochmals als Teilschnitt dargestellt. Die Punktion der Zwangskühlung ist aus den vorstehenden Konstruktionserläuterungen auch allgemein ersichtlich und kann in wirkungsgleicher Weise auch mit anderen Ventilausgestaltungen und -anordnungen erreicht werden. Als für den Betriebserfolg besonders wesentlich haben sich die Ol- verteilungseffekte durch die mitrotierenden Durchtrittsöffnungen 21 und die Abschleudereffekte durch das Zähneprofil 23 sowie der Ölrückfluss über die Durchbrüche 14 bei gleichzeitiger Verhinderung von Ölstau im inneren Ringraum 15 erwiesen. Bezugszeichen 1 Welle 2 Bremsscheibenträger 3 Bremsscheibe(n) 4 Bremsengehäuse 5 Andruckplatte 6 Kolben 7 Stirnwand 8 Bremszylinder 9 Rückstellfedern 10 Federtaschen 11 Ringbund 12 Runddichtung zwischen 11 + 6 13 äusserer Ringraum 14 Durchbrüche 15 Innerer Ringraum 16 Getriebegehäuse 17 Rücklaufleitung 18 Druckleitung 19 Ventil 20 Austritt von 19 21 Durchtrittsöffnung von 3 22 Reibflächen 23 Zähneprofil 24 Flanschdeckel für 19 25 Schliesser von 19 26 Druckraum von 26 27 Verbindung von 26 + 8 28 Öffnungsquerschnitt von 25 29 Federn von 25 30 Hebel 31 Lager von 30

Claims: Reibungsbremse bzw. -kupplung mit einer Zwangskühlung Ansprüche 1. Reibungsbremse bzw. -kupplung mit einer Zwangskühlung, insbesondere an Kraftfahrzeugen, mit einem Bremsengehäuse (4), in welches eine mit Absperr organen versehene Druckleitung mündet und aus welchem eine Rücklaufleitung (17) zu einem Ölsumpf abgeht sowie mit einem Bremskolben (6), welcher zwecks Bremsung gegen eine bzw. mehrere auf einer Welle (1) umlaufende Bremsscheibe(n) (3) in Anlagestellung verschieblich ist, wobei eine Wirkverbindung zwischen Bremskolben (6) und Ab sperrorganen (19) besteht, mit welcher die Öffnungsstellung der Absperrorgane (19) und Anlagestellung des Bremskol bens (6) zeitlich zusammenlegbar sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Absperrorgane (19) in einer Stirnwand (7) des Ge häuses (4) angeordnete Ventile sind, deren Austritte (20) axial vor Durchlassöffnungen (21) der umlaufenden Brems scheibe (3) angeordnet sind und dass die Bremsscheiben (3) sowohl an sich bekannte Nuten haben, welche radiale Kanäle auf den Reibflächen (22) bilden und an ihrem Aussenrand ein Zähneprofil (23) aufweisen sowie dass das Zähneprofil (23) zwischen dem Kolben (6) und dem Gehäuse (4) bzw. in der d(aringehalterten Andruck- platte (5) mit der Rücklaufleitung (17) verbunden ist. 2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch g e'k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Kolben (6) und der bzw. den umlaufenden Bremsscheibe(n) (3) bzw. zwischen der (den) Brems scheibe(n) (3) und der Andruckplatte (5) an sich bekannte feststehende Aussenlamellen vorgesehen sind, welche einen Innendurchmesser haben, der grösser ist als der Teilkreis, auf dem die Ventile (19) angeordnet sind und welche auf einem Ringbund (11) des Gehäuses (4) bzw. der Andruck platte (5) drehfest gehalten und axial verschieblich geführt sind ¯und' wobei in den Ringbund (11) Rückstellfedern (9) für den Kolben (6) eingelassen sind und er radiale Durchtrittsöffnun gen (21) in Richtung eines äusseren, in das Gehäuse (4) ein geformten Ringraumes (13) aufweist, aus dem die Rücklauflei tung (17) abgeht. 3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ventile (19) in einem Flanschring (24) eingebaut sind, welcher als separate Baugruppe radial zwischen Kolben (6) bzw. Gehäuse (4) und Welle (1) eingedichtet ist. 4. Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bremsengehäuse (4) Teil eines Getriebegehäuses (16) ist und die Rücklaufleitung (17) über enge Verbindungsbohrungen auch das aus dem Getriebegehäuse (16) anfallende Rücklauföl aufnimmt. 5. Bremse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Austritte (20) der Ventile (19) radial innerhalb eines in die Stirnwand (7) des Gehäuses (4) eingelassenen ringförmigen Bremszylinders (8) gelegen sind, in welchem der Bremskolben (6) druckmittelbetätigbar geführt ist. 6. Bremse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wirkverbindung zwischen Kolben (6) und Ventilen (19) Mittel aufweist, welche die Ventile (19) zeitlich früher in die Öffnungsstellung bringen als den Kolben (6) in die Anschlagstellung gegen Bremsscheiben (3) und Andruckplatte (5). 7. Bremse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ventile (19) gegen die Federn (29) öffnende Schliesser (25) in Form kleiner Verstellkolben aufweisen, welche in quer zu den Austritten (20) angeordneten Druckräumen (26) durch den Druckmitteldruck aus dem Bremszylinder (8) radial zur Welle (1) verschieblich sind. 8. Bremse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass den Ventilen (19) an sich bekannte Drosseln zugeordnet sind, welche die Rückstellung der Schliesser (25) nach einer Bremsung zeitlich verzögern. 9. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ventile (19) gegen Federn (29)) öffnende Schliesser (25) aufweisen, welche koaxial zum Weg des Kolbens (6) über mechanische Verbindungen mit diesem verschieblich sind. 10. Bremse nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die mechanische Verbindung eine Übersetzung zwischen dem Weg des Kolbens (6) und dem Hub des Ventils (19) aufweist, welche grössere Austrittsquerschnitte schon bei Bremsbeginn öffnet.

Inventors: DIETENBERGER, JOSEF, EHRLINGER, FRIEDRICH JAKOB, SAILER, HUBERT
Applicants: ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: F16D65
IPC codes: F16D65, F16D25, F16D69, F16D55