DE10006315A1 - Radbremse mit konischen Bremselementen für Fahrräder und andere Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Zum Bremsen von Fahrrädern sind vier mögliche Bremsarten bekannt: Felgenbremse, Trommelbremse, Rollenbremse, Scheibenbremse und Kombinationslösungen. DOLLAR A Jede dieser Bremsen hat Vor- und Nachteile, wie z. B. Nassbremsprobleme (Felgenbremse), Überhitzungsneigung (Trommel- und Rollenbremse) und hohe Herstellungskosten (Scheibenbremse). Das Ziel der vorgestellten Erfindung ist, die meisten vorteilhaften Eigenschaften der bekannten Bremssysteme in sich zu vereinen, ohne deren Nachteile zu besitzen. DOLLAR A Diese Aufgabe löst die Konusbremse mit einer Ausformung der Bremstrommel als Konussegment (Abb. 1, Nr. 6). Auf der gemeinsamen Radachse (Abb. 1, Nr. 1) existiert ein axialflexibles, konisch geformtes Bremselement (Abb. 1, Nr. 8), das am Gabelholm des Fahrzeugs (Abb. 7, Nr. 1) gegen Verdrehung abgestützt wird (Abb. 1, Nr. 17). Dieses wird über eine seilzugbetätigte Nockenscheibe (Abb. 1, Nr. 9) auf die konische Bremstrommel aufgepresst und erzeugt so Reibung. DOLLAR A Durch mitlaufende, hitzeabstrahlende Lamellen (Abb. 1, Nr. 14) entsteht ein einfacher Radiallüfter, der Luft ansaugt und über die Bremselemente bläst. DOLLAR A Die konische Passform ermöglicht hohe Bremsleistung bei geringem mechanischen Aufwand (Seilzug). DOLLAR A So entsteht eine kostengünstige, effektive und überhitzungssichere Bremse, die nur aus drei Hauptteilen besteht.

Description

Alle Elemente der Konusbremse befinden sich auf einer zentralen Radachse (Abb. 1, Nr. 1) auf die Radachse wird der Aufnahmemantel (Abb. 1, Nr. 2) gesteckt. Dieser wiederum nimmt ein Schulterlager (Abb. 1, Nr. 3) und ein Kugellager (Abb. 1, Nr. 4) auf. Die beiden Lager dienen zur Lagerung der Radnabe (Abb. 1, Nr. 5). Ein rotierendes Konussegment aus Metall (Stahl, Grauguss, Alu o. ä.) (Abb. 1, Nr. 6) wird in die Radnabe eingeklebt oder festgenietet.

Auf dem rechten Ende des Aufnahmemantels (Abb. 1, Nr. 2) befindet sich der Aufnahmeteller (Abb. 1, Nr. 7). Beide Teile sind so gearbeitet, dass sie ein Gleitlager bilden, welches dem Aufnahmeteller (Abb. 1, Nr. 7) eine Bewegung in axialer Ebene ermöglicht. Auf dem äußeren, konisch geformten Umfang des Aufnahmetellers wird der konische Bremsbelag (Abb. 1, Nr. 8) festgeklebt, genietet, verschraubt (Abb. 1, Nr. 8b) oder durch einen Klemmring (Abb. 5, Nr. 8a) austauschbar befestigt. Dahinter sitzt, ebenfalls auf dem Aufnahmemantel, das ringförmige Antriebselement (Abb. 1, Nr. 9). Es hat die Fähigkeit, über mehrere Nocken (Abb. 1, Nr. 20; Abb. 2, Nr. 10) durch Verdehen den Aufnahmeteller (Abb. 1, Nr. 7) mit dem Bremsbelag (Abb. 1, Nr. 8) und den Gegennocken (Abb. 1, Nr. 10a; Abb. 2, Nr. 10a) in axialer Ebene zu verschieben und dadurch auf das Bremselement (Abb. 1, Nr. 6) aufzudrücken. Angetrieben wird es von einem Seilzug (Abb. 3, Nr. 20), der mit einem Bremshebel verbunden ist.

Beim Reibungskontakt der beiden Bremsbeläge bestimmt die Stärke der Zugkraft am Seilzug die Stärke der erreichten Reib- bzw. Bremsleistung. Beim Nachlassen der Zugkraft am Seilzug drückt eine Rückstellfeder (Abb. 1, Nr. 11) den Aufnahmeteller (Abb. 1, Nr. 7) wieder in seine Ausgangsposition zurück. Ebenso gewährleistet die Drehfeder (Abb. 1, Nr. 12) ein korrektes Rückstellen des ringförmigen Antriebselementes (Abb. 1, Nr. 9)

Durch Bohrungen in der Kontermutter (Abb. 1, Nr. 1b) kann Luft in den Bremsinnenraum (Abb. 1, Nr. 14a) eintreten und zum ringförmigen Luftspalt (Abb. 1, Nr. 14b) wieder austreten. Der Innenraum beherbergt einige radial angeordnete Lamellen (Abb. 1, Nr. 14b), welche mit der Nabe rotieren und so eine in Richtung Luftspalt (Abb. 1, Nr. 14b) gerichtete Luftströmung erzwingen und gleichzeitig Hitze abstrahlen. Durch diese erzwungene Luftzirkulation werden: a) Die Bremselemente (Abb. 1, Nr. 6 + Nr. 8) gekühlt, was Fading (Bremskraftverlust) verhindert und b) eine Seltstreinigung der Bremse von Staub, Dreck und Wasser erzwungen.

Der Nockenmechanismus (Abb. 1, Nr. 10 + 10a) wird von einem Faltenbalg (Abb. 1, Nr. 15) geschützt, der Eindringen von Schmutz, Wasser und Verlust von Schmiermittel verhindert.

Damit der Aufnahmeteller (Abb. 1, Nr. 7) sich beim Bremsvorgang nicht mitdreht, besitzt er zwei Abstützungselemente (Abb. 1, Nr. 17), die über einen Anschlag (Abb. 6, Nr. 5 + Abb. 7, Nr. 5) eine Rotation Desselben verhindern und gleichzeitig die Bewegung auf axialer Ebene ermöglichen. Dieser Anschlag ist Element der Radgabel oder Aufhängung, in dem das Laufrad mit der Bremsnabe festgeschraubt ist.

Um den Kühlungseffekt der Bremse noch zu steigern ist es möglich, einen Windfang (Abb. 3B) am Aufnahmeteller (Abb. 1, Nr. 7) oder vor der Kontermutter (Abb. 1, Nr. 1b) zu befestigen.

Darstellung des Bekannten

(Anmerkung: Es ist dem Autor trotz Recherche im Patentinformationszentrum Darmstadt keine Erfindung bekannt geworden, die der hier dargestellten gleicht)

1. Trommelbremsen

In der Radnabe ist eine rotierende, zylindrische Bremstrommel integriert. Die Bremsleistung wird durch 2 Bremsbacken erbracht, die von einem oder zwei mechanisch oder hydraulisch betätigten Nocken auseinandergepresst werden.

Nachteile

• - Bremsleistung nur mittelmäßig, da ein wandernder Auflagepunkt existiert und dadurch die Bremsbacken nie zu 100% gleichmäßig aufgedrückt werden (auflaufende und ablaufende Bremsbacken).
• - Probleme mit Überhitzung/Fading durch einen Hitzestau im relativ geschlossenen Brems-Innenraum und durch mangelnde Luft-Durchstöhmung.

2. Rollenbremsen (nur Fahrräder)

Bremstrommel wie bei Trommelbremse. Jedoch existieren drei od. Mehrere Bremsbacken aus Metall, die über zentrifugal variable Rollen bewegt werden, welche von einem radial angeordneten Nockenelement betätigt werden.

Nachteile

• - Bremse relativ schwer.
• - Noch größere Hitzeprobleme als Trommelbremse.
• - "Schwammiger" Druckpunkt am Bremshebel.

3. Scheibenbremsen (hydraulisch + mechanisch)

Ein scheibenförmiges Metallelement rotiert mit der Bremsnabe. Es werden unter Zuhilfenahme einer Bremszange links und rechts von dieser Scheibe je ein Bremsbelag angebracht. Diese werden durch einen hydraulischen oder mechanischen Mechanismus betätigt.

Nachteile

• - Hohe Produktionskosten u. hohe Einkaufskosten (besonders in hydraulischer Variante), da sehr exakte Fertigung notwendig ist.
• - Zusätzliche Kosten entstehen durch spezielle Aufnahmenabe für die Bremsscheibe.
• - Im Gelände (Mountainbikes) anfällig gegen Steinschlag und bei Stürzen.

4. Felgenbremse (mechanisch)

Zwei Bremsgummis werden von je einem Hebelarm unter Zuhilfenahme eines Mechanismus (Mittelzug +Seilzug) auf die Radfelge aufgedrückt (bei MTB-Rädern: Cantilever, U- bzw. V-brakes)

Nachteile

• - Verschlissene Bremsbeläge können in die Felge kippen (= Blockade)
• - Bremsgummis verschleißen schnell.
• - Schlechtes Naßbremsverhalten.
• - Bremsgummis schwierig zu justieren.
• - Schleif-/Pfeifgeräusche beim Bremsen.
• - Felgenbruch durch Verschleiß (Durchbremsen) möglich.

5. Felgenbremse (hydraulisch)

Zwei Bremsgummis werden von je einem Hydraulikzylinder auf die Radfelge gedrückt.

Nachteile

• - Teuer in Herstellung und Einkauf.
• - Relativ großer Verschleiß der Bremsgummis.
• - Umständlicher Radausbau (Demontage eines Druckzylinders od. Ablassen d. Luft).
• - Nur mäßiges Naßbremsverhalten.
• - Schleif u. Pfeifgeräusche bei Verschmutzung möglich.
• - Felgenbruch durch Verschleiß (Durchbremsen) möglich.

6. Rücktrittbremse

In der Rücktrittnabe sitzt auf der Achse ein konischer Dorn. Belastet der Fahrer die Tretkurbeln rückwärts, wird dieser Dorn über ein Schneckengewinde axial auf drei Metallbeläge gedrückt. In der Folge wandern diese zentrifugal nach außen, drücken auf eine umlaufende Bremstrommel und erzeugen Reibung. Die genannten Elemente arbeiten in einem Öl/Fettbad.

Nachteile

• - Geringe Bremsleistung (kleiner Trommeldurchmesser).
• - Stark überhitzungsgefährdet (völlig geschlossen).
• - Schlecht zu dosieren.
• - Relativ schwer (alle Teile aus Eisen/Stahl).

Erzielbarer technischer Fortschritt durch die Konusbremse

Die Konusbremse stellt eine Synthese der meisten Vorteile der genannte Bremssysteme dar, ohne dabei deren Nachteile zu besitzen. Sie ist einfach und günstig zu produzieren, erzielt sehr gute Bremsleistungen, ist wartungsfrei und robust.

Allgemeine Vorteile Geringe Produktions-/Kaufkosten

Es existieren wenig Teile. Die vorhandenen Teile sind alle radial angeordnet und daher als günstige Dreh- od. Gußteile herzustellen. Durch diese radiale Anodnung der Teile ist auch eine einfache und schnelle vollautomatische Produktion realisierbar.

Hohe Bremskraft erzielbar

Durch die Ausführung der Bremsbacken und Bremstrommel als Konische Elemente ist eine hundertprozentige Passung der Reibflächen zueinander erreichbar. Dies ermöglicht eine hohe Reibleistung.

Geringe Bremsgröße

Durch die große mögliche Bremsfläche des Bremskonus kann der Bremsdurchmesser gering gehalten werden, was Materialkosten und Gewicht einspart.

Naßbremssicher

Durch die entstehenden Zentrifugalkräfte und die hervorragende Passung der Bremselemente kann sich auf Diesen kein störender Wasserfilm aufbauen.

Überhitzungssicher

Die integrierte Zwangsbelüftung, der offene Innenraum und die integrierten Kühllamellen sorgen für eine hervorragende Wärmeabfuhr und verhindern damit Bremskraftverlust bei starker Beanspruchung (Fading).

Bruchsicher bei Sturz

Da die Bremsmechanik sich in der Radnabe befindet, kann sie bei einem Sturz nicht beschädigt werden.

Günstiges Bremsgewicht erzielbar

Da es wenig Teile gibt und diese aufgrund der konischen Form sehr stabil sind, kann wenig, dünnes und leichtes Material verwendet werden.

Esthetische Formschönheit

Die ganze Bremse ist "radialsymmetrisch" (= ein Naturprinzip; wird als schön empfunden; Bsp.: indische Mandalas) und baut optisch sehr schlank.

Geringe Verschleißkosten

Nur ein Bremsbelag ist notwendig und dieser kann so ausgeführt werden, dass er separat austauschbar ist.

Gutes Druckpunktgefühl am Bremshebel auch bei Verwendung eines Seilzuges (mechanische Ausführung)

Aufgrund der besonderen Geometrie der Konusbremse muss ein Seilzug nur um 90° gebogen werden und es existieren keine Teile (Hebel), die sich mechanisch stark verformen könnten.

Einfacher Wechsel des Bremskonusses

Nur ein Bremsbelag/schnell wechselbar.

Einfache Wartung/nachstellbar

Selbstreinigend; bei Verschleiß nachstellbar über eine Kontermutter.

Vorteile im Vergleich

Konusbremse gegenüber Trommelbremse:

• - Keine Probleme durch Überhitzung (Zwangsbelüftung).
• - Bessere Bremsleistung (genaue Passung; 100% Andruck d. Bremsflächen).
• - Besseres Druckpunktgefühl am Bremshebel u. bessere Dosierbarkeit.
• - Geringeres Gewicht erzielbar (weniger u. dünneres Material verwendbar).

Konusbremse gegenüber Rollenbremse:

• - Keine Probleme durch Überhitzung (Zwangsbelüftung)
• - Geringeres Gewicht erzielbar (weniger u. dünneres Material verwendbar)
• - Höhere Bremsleistung erzielbar (größerer Trommeldurchmesser; Materialpaarung, Passung besser).
• - Besseres Druckpunktgefühl/Dosierbarkeit (keine Rollen, die sich "federnd" verformen)

Konusbremse gegenüber Scheibenbremse:

• - Geringere Produktions- u. Anschaffungskosten (weniger Teile; Teile günstiger u. einfacher zu produzieren; schnelle, unkomplizierte Montage durch radial Anordnung).
• - Keine zusätzlichen Kosten durch spezielle Aufnahmenabe notwendig (Bremse ist in Radnabe integriert).
• - Nicht anfällig gegen Sturzschäden [MTB/Gelände] (Mechanik in Nabe integriert).
• - Geringere Wartungskosten; schnellere Wartung (Nur 1 Bremsbelag notwendig).

Konusbremse gegenüber Felgenbremse:

• - Geringere Verschleißkosten (Belag hält viel länger; nur ein Belag notwendig).
• - Besseres Naßbremsverhalten (Materialpaarung; Passung; Wasserverdrängung).
• - Keine Probleme mit Bremsbelagjustierung.
• - Keine Schleif u. Pfeifgeräusche
• - Kein Verschleiß der Felge aufgrund von "Durchbremsen"
• - Kein Kippen von verschlissenen Bremsbelägen in die Felge möglich.

Konusbremse gegenüber Rücktrittbremse:

• - Wesentlich höhere Bremsleistung erzielbar (Größerer Durchmesser; bessere Hitzeableitung; bessere Materialpaarung möglich).
• - Keine Überhitzungsgefahr (Zwangsbelüftung; offene Architektur).
• - Bessere Dosierbarkeit.
• - Geringeres Gewicht erzielbar (dünnere und leichtere Materialien verwendbar).

Konusbremse gegenüber hydraulischer Felgenbremse:

• - Geringere Produktions- u. Anschaffungskosten (weniger Teile; einfachere u. günstigere Produktion möglich; schnellere Montage).
• - Geringerer Verschleiß des Bremsbelags.
• - Radausbau einfacher (Schnellspanner möglich)
• - Besseres Naßbremsverhalten (Beläge optimierbarer; höhere Passgenauigkeit d. Beläge; kein Aufbau eines Wasserfilms auf den Belägen).
• - Keine Schleif u. Pfeifgeräusche.
• - Kein Felgenbruch möglich.

Bezugszeichenliste Abb. 1(1,1 : 1) Konusbremse mit Radialnockenmechanik (Querschnitt)

1

Radachse

1

a Einstellmutter links

1

b Einstellmutter rechts

1

c Kontermutter links

2

Aufnahmemantel

3

Schulterlager

4

Kugellager

5

Radachse

6

Konisches Bremselement (Bremskonus)

7

Aufnahmemantel/axialflexibler Konus

7

a Verstärkungs- u. Kühlrippen

8

Konischer Bremsbelag (Bremsbacke/austauschbar)

8

a Bremsbelag-Trägerblech

8

b Bremsbelag-Verschraubung

9

Ringförmiges Antriebselement (Hebel)

10

(Radial-)Nocken

10

a Gegennocken

11

Rückstellfeder

12

Drehfeder

14

Lufteintritts-Bohrung

14

a Durchströhmungsraum

14

b Ringförmiger Luftspalt (Luftaustritt)

15

Faltenbalg

16

Nutring für Seilzug

17

Brems-Abstützung

18

Speichenloch

Abb. 2 Radialnocken-Wirkungsweise

1

Gegennocken

2

(Radial-) Nocken (in Antriebselement)

3

Radachse

Abb. 3 (1 : 1) Konusbremese mit Radialnocken-Mechanik (Draufsicht)

1

Radachse

1

b Einstellmutter rechts

5

Radnabe

7

Aufnahmeteller/axialflexibler Konus

7

a Kühl- u. Verstärkungsrippen

9

Ringförmiges Antriebselement (Hebel)

13

Lufteintritts-Bohrung

14

Ringförmiger Luftspalt (Luftaustritt)

17

Abstützung

18

Speichenloch

20

Seilzug

21

Nippel/Bolzen (aushängbar)

Abb. 3a (0.75 : 1)

Windfang (optional)
Steigerung der Luftzufuhr

Abb. 4 (0,8 : 1) Konusbremse mit Hebelmechanik (andere Anordnung möglich)

1

Radachse

1

a Einstellmutter links

1

b Einstellmutter rechts

1

c Kontermutter links

2

Aufnahmemantel

3

Schulterlager

4

Kugellager

5

Radnabe

6

Konisches Bremselement (Bremskonus)

7

Aufnahmeteller (axialflexibler Konus)

7

a Verstärkungs-/Kühlrippe

8

Konischer Bremsbelag (Bremsnabe)

9

Andruckrolle

10

Umlenkhebel

11

Rückstellfeder

12

Haltevorrichtung

12

a Zugstange

13

Lufteintrittsbohrung

14

Radiallamelle (Gebläse- u. Kühlrippe)

14

a Durchströhungsraum

14

b Ringförmiger Luftspalt (Luftaustritt)

15

Seilzug-Abstützung

16

Seilzugbolzen Lager (aushängbar)

17

Abstützung

18

Speichenloch

19

Seilzughülle

20

Seilzug

Abb. 5 (0,8 : 1) Konusbremse mit Hydraulik (hier: 2 Druckzylinder)

1

Radachse

1

a Einstellmutter links

1

b Kontermutter links

2

Aufnahmemantel

3

Schulterlager

4

Kugellager

5

Radnabe

6

Konisches Bremselement (Bremskonus)

7

Aufnahmeteller/axialflexibler Konus

7

a Verstärkungs-/Kühlrippe

8

Konischer Bremsbelag

8

a Bremsbelag-Arretierung

9

Bremskolben

10

Bremszylinder

11

Rückstellfeder

12

Bremssattel (abnehmbar)

14

Lufteintrittsbohrung

14

b Ringförmiger Luftspalt (Luftaustritt)

15

Bremssattel-Fixierung (abnehmbar)

16

Kontermutter rechts

17

Bremsabstützung

18

Speichenloch

19

Hydraulikschlauch

Abb. 6 (0,9 : 1) Radialarretierung der Konusbremse (angegossener Anschlag)

1

Gabelstandrohr

2

Radnabe (=

Abb.

1, Nr.

5

)

3

Seilzug (=

Abb.

3, Nr.

20

)

4

Seilzug-Aufnahme

5

Anschlag (angegossen)

6

Abstützung (=

Abb.

1_Nr.

17

)

7

Ringförmiges Antriebselement (=

Abb.

1_Nr.

9

)

Abb. 7 (0,9 : 1) Radialaarretierung der Konusbremse (angeschraubter Anschlag)

1

Gabelstandrohr

2

Radnabe (=

Abb.

1, Nr.

5

)

3

Seilzug (=

Abb.

3, Nr.

20

)

4

Seilzug-Aufnahme

5

Abschlag-Adapter (an Scheibenbrems-Adapter angeschraubt)

6

Abstützung (=

Abb.

1, Nr.

17

)

7

Ringförmiges Antriebselement (=

Abb.

1, Nr.

9

)

Claims (3)

1. Neuartige Radbremse für Fahrräder und Kraftfahrzeuge, wobei:

• - Die rotierende Reibefläche (Abb. 1, Nr. 6)[Bremskonus] aus einem konisch geformten Ringsegment von variabler Steigung besteht, dass in der Radnabe integriert ist und sich mit dem Rad dreht;
• - im Inneren der Radnabe radial angeordnete Lamellen (Abb. 1. Nr. 14) angebracht sind, die erstens der Wärmeabfuhr (Kühlrippen)dienen und zweitens einen Radiallüfter bilden, der zwangsweise mit der Felge umläuft, dabei durch die Nabenmitte Luft ansaugt und diese über die Bremsbälge kühlend nach außen bläst.
• - die ebenfalls konisch geformte Reibfläche (Abb. 1, Nr. 8)[konischer Bremsbelag] durch ein feststehendes, tellerförmiges Aufnahmeelement (Abb. 1, Nr. 7)[Aufnahmemantel], auf axialer Ebene verschoben werden kann;
• - das axial gelagerte Aufnahmeelement (Abb. 1, Nr. 7)[Aufnahmemantel] durch eine Abstützung (Abb. 1, Nr. 17)[Brems-Abstützung] am Rotieren gehindert wird (Anschlag f. d. Abstützung ist Teil der Radgabel bzw. des Fahrzeugrahmens (Abb. 6));
• - eine Spiralfeder (Abb. 1, Nr. 11)[Rückstellfeder] die Rückstellung des axial gelagerten Aufnahmeelementes (Abb. 1, Nr. 7)[Aufnahmemantel] ermöglicht;
• - ein axial gelagerter, kreisförmiger Antrieb/Hebelarm (Abb. 1, Nr. 9)[ringförmiges Antriebselement] über mehrere Nocken (Abb. 1, Nr. 10)[Radial-Nocken] durch Verdrehen ein Anpressen der beiden oben beschriebenen Reibflächen ermöglicht und dadurch eine Reibleistung (= bremsen) verursacht;
• - der ringförmige Antrieb (Abb. 1, Nr. 9)[ringförmiges Antriebselement] durch einen Seilzug (Abb. 3, Nr. 20) betätigt wird.

2. Radbremse nach Anspruch Nr. 1. wobei:

• - Der ringförmige Antrieb (Abb. 1, Nr. 9)[ringförmiges Antriebselement] das Aufnahme­ element (Abb. 1, Nr. 7) [Aufnahmemantel] durch ein Spiralgewinde in axialer Ebene verschieben kann.

3. Radbremse nach Anspruch Nr. 1, wobei:

• - Die axiale Verschiebung des nicht rotierenden Reibelementes (Abb. 1, Nr. 8)[konischer Bremsbelag] über einen Hebelmechanismus (Abb. 4) erreicht wird;