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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Bremssattel für eine Scheibenbremse mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Bremssattel eignet sich
gleichermaßen
für eine
hydraulische wie für
eine elektromechanische Betätigung
mit oder ohne Selbstverstärkung.
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Es
sind Rahmensattel bekannt, die zwei zueinander parallele Sattelplatten
aufweisen, die an ihren Enden mit Zugankern verbunden sind. In einem Zwischenraum
zwischen den Sattelplatten befindet sich eine Bremsscheibe. Die
Zuganker befinden sich außerhalb
eines Umfangs der Bremsscheibe und etwa in einer Längsmittelebene
der Sattelplatten, so dass bei einer Bremsbetätigung kein Kippmoment auf
die Sattelplatten wirkt und die Zuganker nicht auf Biegung, sondern
im Wesentlichen nur auf Zug beansprucht werden. Die Bremssättel können schwimmend
gelagert, d. h. quer zur Bremsscheibe verschieblich sein. Für solche
sog. Schwimmsättel
genügt
ein Aktuator, der an einer der beiden Sattelplatten und somit auf
einer Seite der Bremsscheibe angeordnet ist. Der Aktuator drückt zur
Bremsbetätigung
einen Reibbremsbelag gegen die Bremsscheibe. Dabei wird der Bremssattel
quer zur Bremsscheibe verschoben und drückt dadurch einen anderen,
im Bremssattel einliegenden Reibbremsbelag von der anderen Seite
gegen die Bremsscheibe. Auch können
Aktuatoren an beiden Sattelplatten angeordnet sein und die Reibbremsbeläge von beiden
Seiten gegen die Bremsscheibe drücken.
In diesem Fall ist eine schwimmende Lagerung entbehrlich, der Bremssattel
kann fest montiert sein.
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Üblicherweise
sind die Zuganker mit den Sattelplatten verschraubt. Die Verschraubungen müssen die
bei der Bremsbetätigung
auftretenden Zugkräfte
von den Zugankern auf die Sattelplatten bzw. umgekehrt übertragen.
Die Zugkräfte
sind die Gegenkräfte
zu den Andruckkräften,
mit denen die Reibbremsbeläge
bei der Bremsbetätigung
gegen die Bremsscheibe gedrückt
werden. Die Zugkräfte sind
entsprechend hoch und erfordern eine ausreichend stabile Verschraubung.
Die Verschraubung muss so stabil ausgeführt und so fest angezogen sein,
dass die Verschraubungskraft größer als
die an den Zugankern wirksame Zugkraft ist. Die Verschraubungen
der beiden Zuganker müssen
also die maximale Andruckkraft bei maximaler Bremskraft aufnehmen.
Darüber
hinaus ist es erforderlich, dass die Verschraubungen der Zuganker
mit den Sattelplatten die Zuganker bei maximaler Zugkraft immer
noch mit einer Kraft gegen die Sattelplatten drücken, die einen ausreichend
hohen Reibschluss zwischen den Zugankern und den Sattelplatten bewirkt,
um die in Umfangsrichtung wirksame Bremskraft aufzunehmen und als
Reibkraft zwischen den Zugankern und den Sattelplatten zu übertragen.
Ansonsten würde die
Verschraubung auf Scherung beansprucht. Hinzu kommt der Nachteil,
dass die Verschraubung einen Querschnitt der Zuganker schwächt, die
Zuganker dementsprechend voluminös
konstruiert sein müssen.
Das zieht wiederum den Nachteil nach sich, dass voluminöse Zuganker
einen ausreichenden Zwischenraum zwischen der Bremsscheibe und einer
Felge erforderlich machen. Bei vorgegebenem Felgendurchmesser wird
dadurch der Bremsscheibendurchmesser begrenzt. Ein größerer Bremsscheibendurchmesser
ermöglicht
bei gleicher Andruckkraft der Reibbremsbeläge gegen die Bremsscheibe,
also bei gleicher Betätigungskraft,
aufgrund des größeren effektiven
Reibradius ein höheres Bremsmoment.
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Erläuterung
und Vorteile der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Bremssattel
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist als Rahmensattel mit zwei
Sattelplatten ausgebildet, die durch Zuganker verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die
Zuganker einstückig
mit einer Sattelplatte und hintergreifen die andere Sattelplatte.
Vorzugsweise sind beide Zuganker einstü ckig mit derselben Sattelplatte,
denkbar ist allerdings auch, dass jede Sattelplatte einen Zuganker
aufweist. Durch den Hintergriff werden die Zugkräfte von den Zugankern durch
Formschluss auf die hintergriffene Sattelplatte übertragen. Eine höhere Andruckkraft
der Reibbremsbeläge
gegen die Bremsscheibe, d. h. eine höhere Bremskraft, drückt die
hintergriffene Sattelplatte stärker
gegen den sie hintergreifenden Zuganker. Dadurch wird eine Reibungskraft,
d. h. ein Kraftschluss zwischen den Zugankern und der hintergriffenen
Sattelplatte, der in Umfangsrichtung zur Bremsscheibe wirkt, erhöht und muss
nicht von einer Verschraubung der Zuganker mit der Sattelplatte
aufgebracht werden. Die mechanische Beanspruchung einer Verschraubung
oder sonstigen Verbindung der Zuganker mit der Sattelplatte ist
verringert, der Verschraubung kommt an sich nur untergeordnete Bedeutung
zu. Da eine den Querschnitt der Zuganker schwächende Verschraubung jedenfalls
in dem auf Zug beanspruchten Bereich der Zuganker entbehrlich ist,
können
die Zuganker einen kleineren Querschnitt aufweisen. Das ermöglicht wiederum
einen größeren Bremsscheibendurchmesser
bei vorgegebenem Felgendurchmesser und dadurch ein größeres Bremsmoment
bei vorgegebener Andruckkraft der Reibbremsbeläge gegen die Bremsscheibe.
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Bezugnahmen
auf die Bremsscheibe in der Erläuterung
der Erfindung haben insbesondere den Zweck, die räumliche
Anordnung von Elementen am Bremssattel zu verdeutlichen. Sie bezieht
sich auf eine Gebrauchslage des Bremssattels in Bezug auf die Bremsscheibe,
bei der sich die Sattelplatten des Bremssattels beiderseits der
Bremsscheibe befinden. Die Bremsscheibe ist kein Bestandteil des Bremssattels.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand. Die einzelnen Merkmale der
Ansprüche
und des nachfolgend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
können
je für
sich oder zu mehreren bei Ausführungsformen
der Erfindung verwirklicht sein.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bremssattels;
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2 einen
Querschnitt des Bremssattels entlang Linie II-II in 3;
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3 einen
Längsschnitt
des Bremssattels entlang Linie III-III in 2; und
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4 einen
Längsschnitt
des Bremssattels entlang Linie IV-IV in 2.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Der
in 1 dargestellte erfindungsgemäße Bremssattel 1 weist
eine Sattelplatte 2 auf, von deren Enden Zuganker 3 zu
einer Seite abstehen. Die Sattelplatte 2 weist in Ansicht
in etwa die Form einer Kreisschicht, d. h. einer von zwei parallelen
Sehnen begrenzten Kreisfläche
auf. Die Zuganker 3 stehen an Umfangsrändern von der Sattelplatte 2 ab,
also in den Endbereichen der Sattelplatte 2 zwischen den zueinander
parallelen Sehnen oder Längsrändern. Die
Sattelplatte 2 ist mit den Zugankern 3 einstückig als
Druckgussteil aus beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder Stahl
hergestellt.
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Die
Zuganker 3 weisen an ihren der Sattelplatte 2 fernen
Enden parallel zur Sattelplatte 2 und nach innen, d. h.
aufeinander zu abstehende Leisten 4 auf, die eine zweite
Sattelplatte 5 auf deren der ersten Sattelplatte 2 abgewandter
Außenseite
hintergreifen. Die Sattelplatten 2, 5 sind parallel
zueinander und näherungsweise
deckungsgleich. Zur Verwendung wird der Bremssattel 1 so
angeordnet, dass sich eine nicht dargestellte Bremsscheibe in einem Zwischenraum
zwischen den beiden Sattelplatten 2, 5 befindet.
Der Bremssattel 1 wird mit zur Bremsscheibe parallelen
Sattelplatten 2, 5 angeordnet. Die zweite Sattelplatte 5 ist
in 1 mit Strichlinien angedeutet, weil sie sonst
große
Teile des Bremssattels 1 verdecken würde. Durch den Hintergriff
der Leisten 4 wird die Sattelplatte 5 durch Formschluss
gehalten, eine Verschraubung mit den Leisten 4 der Zuganker 3 ist
von untergeordneter Bedeutung. In der Zeichnung sind Schraublöcher 6 der
Verschraubung ohne Schrauben dargestellt.
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Eine
Bremsbetätigung
kann hydraulisch oder elektromechanisch erfolgen. Ein nicht dargestellter Aktuator
zur Bremsbetätigung,
d. h. zum Drücken
eines ebenfalls nicht dargestellten, im Bremssattel 1 einliegenden
Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe, wird an der zweiten Sattelplatte 5 angebracht.
Solche Aktuatoren sowohl hydraulischer als auch elektromechanischer
Bauart mit oder ohne Selbstverstärkung
sind an sich bekannt und sollen hier nicht erläutert werden, weil sie nicht
den eigentlichen Gegenstand der Erfindung bilden. Ein hydraulischer
Aktuator weist einen in einem Zylinder verschieblichen Bremskolben
auf. Ein elektromechanischer Aktuator weist üblicherweise einen Elektromotor,
ein mechanisches Untersetzungsgetriebe und einen Gewindetrieb zum
Umsetzen der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung
zum Drücken
des Reibbremsbelags gegen die Bremsscheibe auf.
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Der
Bremssattel 1 ist als Schwimmsattel ausgebildet, d. h.
er ist quer zu der nicht dargestellten Bremsscheibe verschieblich
gelagert. Zur Schwimmlagerung, d. h. quer zur Bremsscheibe verschieblichen
Lagerung, weist die zweite Sattelplatte 5 ein Hauptlager 7 auf,
das in 1 mit Strichlinien dargestellt ist. In 2 befindet
sich das Hauptlager 7 vor der Schnitt- und Zeichenebene
und ist deswegen nicht zu sehen. Beim Hauptlager 7 handelt
es sich um eine Schiebeführung,
mit der der Bremssattel 1 quer zur nicht dargestellten
Bremsscheibe verschiebbar an einem ebenfalls nicht dargestellten
Bremsenhalter beispielsweise an einem Achsschenkel anbringbar ist.
Rippen 8 versteifen das Hauptlager 7, das die
beim Bremsen auf den Bremssattel 1 einwirkenden Kräfte aufnimmt.
Ein dem Hauptlager 7 ferner der beiden Zuganker 3 weist
zwei Laschen 9 auf, die den Bremssattel 1 gegen
Drehung um das Hauptlager 7 abstützen.
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Zwischen
den beiden Zugankern 3 erstreckt sich ein bogenförmiger Schutzbügel 10.
Der Schutzbügel 10 ist
einstückig
mit den Zugankern 3, er erstreckt sich zwischen einander
zugewandten Rändern
der Zuganker 3. Der Schutzbügel 10 befindet sich
außerhalb
eines Umfangs der nicht dargestellten Bremsscheibe, er schützt den
Zwischenraum zwischen den Sattelplatten 2, 5 gegen
mechanische Einwirkungen wie beispielsweise Steinschlag oder Schmutz.
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Die
Sattelplatte 2 ist auf ihrer der Bremsscheibe zugewandten
Innenseite mit geriebenen Bohrungen 11 versehen, in die
nicht dargestellte Passstifte eingepresst werden. Die Passstifte
greifen in Löcher
eines nicht dargestellten Reibbremsbelags ein und fixieren ihn dadurch
im Bremssattel 1. Die Löcher 11 mit
den nicht dargestellten Passstiften bilden eine Abstützung für den nicht
dargestellten Reibbremsbelag, die den Reibbremsbelag im Bremssattel 1 fixiert
und in Umfangsrichtung abstützt.
Zusätzlich zu
diesem Formschluss wird der Reibbremsbelag reibschlüssig durch
seine Anlage an der Sattelplatte 2 in Umfangsrichtung gehalten,
gegen die er beim Bremsen gedrückt
wird. Die beim Bremsen von der Bremsscheibe auf den gegen sie gedrückten Reibbremsbelag
ausgeübte
Reibungskraft wird somit wie bereits erläutert vom Bremssattel 1 aufgenommen, ein
Bremsenhalter, der den Reibbremsbelag in Umfangsrichtung abstützt, ist
entbehrlich und nicht vorgesehen. Die Fixierung des Reibbremsbelags
im Bremssattel 1 und seine Abstützung durch Formschluss kann
selbstverständlich
auch in anderer Weise als durch die erläuterte Passstiftverbindung
mittels der Löcher 11 erfolgen,
beispielsweise durch Anlage an den Zugankern 3.
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Die
Sattelplatte 2 weist ein von ihren Enden, an denen die
Zuganker 3 angeordnet sind, zu ihrer Längsmitte hin zunehmende Biegesteifigkeit
auf, d. h. ein zur Längsmitte
hin zunehmendes Flächenträgheitsmoment
oder axiales Flächenmoment
zweiten Grades auf. Die Erhöhung
der Biegesteifigkeit zur Längsmitte
der Sattelplatte 2 wird durch die Formgebung der Sattelplatte 2,
nämlich
eine von den Enden zur Längsmitte
zunehmende Dicke der Sattelplatte 2 erreicht. Auch eine
in Längsrichtung
verlaufende Rippe 12 auf einer Außenseite der Sattelplatte 2,
wie sie in 2 durch Strichlinien angedeutet
ist, ist zur Erhöhung
der Biegesteifig keit möglich.
Da die Biegebeanspruchung bei einer Bremsbetätigung in der Längsmitte
der Sattelplatte 2 am höchsten
ist, wird dadurch eine hohe Verformungsfestigkeit des Bremssattels 1 mit
geringem Materialaufwand und Gewicht erreicht.
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Ein
im Bremssattel 1 einliegender, nicht dargestellter Reibbremsbelag
liegt auf der Innenseite der Sattelplatte 2 an. Die Innenseite
der Sattelplatte 2 bildet eine Stützfläche 13, die den Reibbremsbelag auf
seiner gesamten Fläche
abstützt.
Eine Biege- und Torsionssteifigkeit des Reibbremsbelags kann deswegen
niedrig sein, was einen Reibbremsbelag mit einer dünnen und
leichten Belagträgerplatte
ermöglicht.
Die die Stützfläche 13 für den Reibbremsbelag
bildende Innenseite der Sattelplatte 2 weist rinnenförmige Vertiefungen
auf, die die Kontaktfläche zwischen
Reibbremsbelag und Sattelplatte 2 verkleinert und damit
den Wärmeübergang
vom Reibbremsbelag auf den Bremssattel 1 reduziert. Zur
Verkleinerung der Anlagefläche
und damit zur Reduzierung des Wärmeübergangs
kann die die Stützfläche 13 bildende
Innenseite der Sattelplatte 2 beispielsweise auch mit Noppen
oder dgl. versehen sein (nicht dargestellt). Trotz der Ausnehmungen 14 wird
der nicht dargestellte, im Bremssattel 1 einliegende Reibbremsbelag
auf seiner gesamten Fläche
gegen Biegung und Torsion stabil abgestützt.
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In 3 sind
der Innenumfang einer Felge 15 und der Umfang der Bremsscheibe 16 mit
Strichlinien angedeutet. Die Zuganker 3 befinden sich in
einem Zwischenraum zwischen der Felge 15 und der Bremsscheibe 16.
Wie zu sehen, sind die Zuganker 3 schmal in radialer Richtung
zur Bremsscheibe 16 und dementsprechend lang in Umfangsrichtung,
um einen ausreichenden Querschnitt aufzuweisen. Durch den schmalen
und langen Querschnitt lassen sich die Zuganker 3 in einem
engen Zwischenraum zwischen der Bremsscheibe 16 und der
Felge 15 unterbringen, sie ermöglichen einen großen Bremsscheibendurchmesser 16 bei
gegebenem Innendurchmesser der Felge 15. Im dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung erstrecken sich die Querschnitte der Zuganker 3 etwa 6-mal
so weit in Umfangsrichtung wie sie in radialer Richtung zur Bremsscheibe 16 breit
sind. Als unterer Wert des Breite-zu-Länge-Verhältnisses der Zuganker 3 kann
ungefähr
1:2 angesehen werden. Liegt das Breite-zu-Länge-Verhältnis
der Querschnitte Zuganker 3 wesentlich darunter, d. h.
bei einer fast quadratischen Querschnittsfläche, ist eine nennenswerte
Verkleinerung des Zwischenraums zwischen der Bremsscheibe 16 und
der Felge 15 nicht mehr möglich.
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Wie
in 3 zu sehen, sind die Querschnitte der Zuganker 3 nicht
exakt trapezförmig,
sondern die Querschnitte sind an den einander fernen Rändern der
Zuganker 3 nach innen zur Bremsscheibe 16 abgewinkelt.
Eine Biegelänge
der Zuganker 3 wird dadurch verkürzt. An den einander zugewandten
Rändern
sind die Querschnitte der Zuganker 3 dagegen in Umfangsrichtung
verlängert,
um ihre Biegelänge dort
zu verlängern.
Eine Biegesteifigkeit der Zuganker 3 ist dadurch verbessert.
Die Biegesteifigkeit der Zuganker 3 ist notwendig, um die
beiden Sattelplatten 2, 5 bei einer Belastung
des Bremssattels 1 durch die Andruckkräfte der Reibbremsbeläge gegen
die Bremsscheibe beim Bremsen parallel zueinander zu halten. Die
Abwinkelung ist in 3 mit der Bezugszahl 17,
die Verlängerung
am anderen Rand der Zuganker 3 mit der Bezugszahl 18 bezeichnet.
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Zur
Materialersparnis und zur Gewichtsreduktion weist die Sattelplatte
zwei Löcher 19, 20 in
ihrer Ebene, d. h. parallel zur Bremsscheibe auf. Zur Entformbarkeit
sind die Löcher 19, 20 konisch.
Durch die Verteilung der Löcher 19, 20 in
der Sattelplatte 2 kann gezielt die Biegesteifigkeit in
gewünschter
Weise beeinflusst werden, so dass die Biegesteifigkeit der Sattelplatte 2 von
ihren Enden zu ihrer Längsmitte
zunimmt.
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Der
Bremssattel 1 weist in einer Entformungsrichtung gesehen
keine Hinterschneidungen auf, die seine Entformbarkeit aus einer
Gießform
behindern würden.
Die Entformungsrichtung entspricht der Schnittebene II-II in 3 und
der Schnittebene III-III in 2. Der Bremssattel 1,
also die Sattelplatte 2, die mit ihr einstückigen Zuganker 3 und
der mit diesen einstückige
Schutzbügel 10 können dadurch
im Druckgussverfahren in einer zweiteiligen Gießform ohne Kern und ohne sonstige
Einlegeteile, Schieber oder dgl. hergestellt werden. Eine solche
zweiteilige Gießform
ist vergleichsweise einfach und preisgünstig herstellbar, sie lässt sich
einfach schließen,
weil keine Einlegeteile eingelegt, Schieber verfahren oder zusätzliche
Formteile mit geschlossen werden müssen, einfach öffnen und
der Bremssattel 1 lässt
sich einfach entformen.