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Aus
der
DE 297 13 076 ist
eine Segment-Bremsscheibe des gleichen Erfinders vorbekannt, die
das Prinzip des unterbrochenen Reibrings erstmals aufgreift. Hier
wurde das Prinzip einer kontrollierten Wärmeausdehnung des Reibrings
der Segment-Scheibenbremse und die Vermeidung von durch Kraft-/
Wärmeeinwirkung
bedingten Gefüge- und
Strukturveränderung
des Materials durch die Verwendung von einzelnen Segmenten in unterschiedlicher
Anzahl anstelle eines ununterbrochenen Reibrings erstmals realisiert.
Die einzelnen Ringabschnitte (Segmente) werden über Befestigungslaschen in
auf der Trägerscheibe
ausgebildete Aufnahmen gehalten und durch Gewindeschrauben in den mit
Gewindebohrungen versehenen Aufnahmen (Zapfen) an der Trägerscheibe
befestigt. Zwischen den einzelnen Segmenten kann es aufgrund des
definierten Spaltmaßes
zwischen den Ringabschnitten (Segmenten) nicht mehr zu Wärmebrücken zwischen denselben
kommen. Damit wird einem Planverzug des Reibrings vorgebeugt. Die
Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Segmente bei Bremsmomentbeauschlagung
ausschließlich
an der Trägerscheibe
abstützen
und nicht miteinander in Kontakt geraten. Das definierte Spaltmaß zwischen den
Segmenten wird bei Bremsmomentbeauschlagung nicht geschlossen. Durch
die zweifache Laschenbefestigung kommt es bei Bremsmomentbeauschlagung
zu einem Drehmoment, das die in Drehrichtung jeweils hinten liegenden
Lasche des Segmentes sowie die hintere Aufnahme des Trägerrings
mit einem Druckmoment beaufschlagt, die jeweils vorne liegenden
Lasche des Segmentes sowie die vordere Aufnahme des Trägerrings
mit einem Zugmoment beaufschlagt. Dieser Konstruktionsansatz führt bei
langandauernder Belastung zu einer dynamischen Verformung der Zapfen
des Trägerings und
der Bohrungen der Befestigungslaschen der Ringabschnitte. Der Inhalt
von
DE 297 13 076
U1 gehört vollumfänglich zum
Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung.
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Der
gängige
Stand der Technik bei Scheibenbremsen für Landkraftfahrzeuge beruht
auf dem Prinzip, dass der Reibring der Bremsscheibe aus einem ununterbrochenen,
radial umlaufenden Reibring besteht, an welchem per Hydraulikunterstützung durch
einen Einzel- oder Mehrkolben-Bremssattel die im Bremssattel befindlichen
Beläge über die
axial beweglichen Kolben an den Reibring der Bremsscheibe gepresst
werden. Über
diesen Druck wird ein Reibmoment zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe aufgebaut,
mittels welchem über
das physikalische Prinzip der Umwandlung von Bewegungs- in Wärmeenergie
ein negatives Beschleunigungs-Moment (Bremsmoment) erzeugt wird.
Der Reibring der Bremsscheibe ist dabei entweder mit der Radnabenaufnahme
des Innenrings (Trägerscheibe)
materialschlüssig
verbunden oder über
nietähnliche
Verbindungselemente (sogenannte „Floater") spielfrei oder mit Spiel mit dem an
der Radnabe zu befestigendem Innenring verbunden.
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Aufgrund
des ununterbrochenen Reibrings – der
bei gängigen
Bremsscheiben entweder aus einem Stahl-Grauguss-Material oder einem
geschmiedeten Stahl hergestellt wird; seit wenigen Jahren kommen
auch Kohlenstoff-Verbundmaterialien
oder Aramidfasern zum Einsatz – entstehen
bei diesen nach herkömmlichen
Prinzip konstruierten Bremsscheiben während des Bremsvorgangs unterschiedliche
Temperaturzonen entlang des Reibrings, da die Bremsbeläge während des
Bremsvorgangs nur jeweils einen Bruchteil des Reibrings beaufschlagen. Durch
die unterschiedlichen Temperaturzonen kann es zum irreversiblen
Planverzug des Reibrings kommen, da sich das Metall (oder ein anderes
zur Verwendung kommendes Material) je nach temperaturdynamischem
Ausdehnungskoeffizienten nur bis zu einem bestimmten Grad radial
und axial reversibel ausdehnen kann. Wird durch eine punktuelle
Belastungsspitze mit hoher dynamischer Temperaturänderung
oder durch eine langandauernde Belastung der temperaturdynamische
Ausdehnungskoeffizient des verwendeten Materials überschritten,
kommt es zu einem irreversiblen Planverzug des Reibrings. Je nach
Belastungsintensität
können
hiervon auch Bremsscheiben mit vergleichsweise geringer Laufleistung
betroffen sein. Der Planverzug führt
zu einer ungleichmäßigen, nicht
mehr vollständig
planen Bremsscheibe. Eine nicht mehr vollständig plane Bremsscheibe (außerhalb
des erlaubten Toleranzmaßes)
kann nicht mehr die vollständige
Bremsleistung entwickeln.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten konstruktionsbedingten
Nachteile von Bremsscheiben herkömmlicher
Bauart einerseits sowie die vorgenannten Nachteile des bereits angemeldeten
Gebrauchsmusters andererseits in der Form zu überwinden, dass einerseits
ebenfalls einer durch Kraft-/Wärmeeinwirkung
bedingten Gefüge- und
Strukturveränderung
des Materials der des Reibrings der Bremsscheibe durch die Verwendung
von Ringabschnitten (Segmenten) anstelle eines ununterbrochenen
Reibrings vorgebeugt wird und andererseits die Drehmomente der Scheibensegmente durch
eine Abstützung
a) direkt am Innen- oder Trägerring
unter Vermeidung von formschlüssigen
Verbindungen (Zapfen) und darüber
hinaus b) am jeweils nachfolgenden Segment durch eine besondere Formgebung
der Segmente aufgenommen werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Weitere
Ausbildungen finden sich in den weiteren Ansprüchen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie
der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert werden.
In dieser Zeichnung zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Segment-Bremsscheibe mit zwölf baugleichen Segmenten,
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2 eine
Draufsicht auf ein Segment der Bremsscheibe gemäß 1,
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3 eine
perspektivische Darstellung zweier Segmente ähnlich 2 zur Erläuterung
der Funktion,
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4 eine
perspektivische Darstellung einer zweiten Segment-Bremsscheibe mit
zwei abgenommenen Segmenten, einmal in der Version 1 und einmal
in der Version 2,
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5 eine
Darstellung eines Kranzes von Segmenten ohne Scheibe, zwei Segmente
sind zur besseren Erkennbarkeit der Zeichnung separat dargestellt,
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6 eine
perspektivische Darstellung ähnlich 4 einer
dritten Segment-Bremsscheibe, wiederum sind zwei Segmente zur besseren
Verständlichkeit
separat dargestellt,
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7 eine
Draufsicht auf zwei separat dargestellte Segmente in Version 1 für die Bremsscheibe gemäß 9,
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8 eine
Draufsicht wie 7, jedoch in einer Version 2,
für die
Segment-Bremsscheibe nach 9,
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9 eine
Draufsicht auf eine vierte Ausführung
einer Segment-Bremsscheibe,
bei der zwei Segmente entnommen sind,
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10 eine
Draufsicht auf eine fünfte
Ausführung
einer Segment-Bremsscheibe,
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11 eine
Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete Segmente als Detail
aus 12 und
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12 eine
Draufsicht auf eine sechste Ausführung
einer Segment-Bremsscheibe.
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1 zeigt
eine Segment-Bremsscheibe mit zwölf
baugleichen Segmenten 20.
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In 2 ist
eines der Segmente 20 (siehe Pfeil) im Einzelnen dargestellt,
wie es in 1 verwendet wird. In 2 ist
schematisch ein Bremsbelag 22 dargestellt. Die Bremsscheibendrehrichtung ist
durch den Pfeil 24 dargestellt. Das Segment 20 ist nicht
spiegelbildlich zu einer Spiegelebene 26, die durch eine
Radachse 38 und eine Radiale definiert ist, welche mittig
zwischen zwei Befestigungspunkten 28, 30 des Segments 20 verläuft. Der
in Drehrichtung 24 hinten liegende Befestigungspunkt 28 des gezeigten
Segments 20 ist im Bremsvorgang stärker belastet als der vordere
Befestigungspunkt 30.
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Jedes
Segment hat eine in Bremsscheiben-Drehrichtung 24 hinten
liegende Abstützfläche 32 an
seiner Kante und eine entsprechende Anlagefläche 34, diese Flächen sind
formmäßig aneinander angepasst.
Im Falle eines Bremsvorgangs stützen sie
sich aneinander ab. Sie sind vorzugsweise gekrümmt. Vorzugsweise verläuft die
Berührungslinie 31 nicht
durch die Radachse 38, vielmehr schneidet sie die Spiegelebene 26 zwischen
der Radachse 38 und dem Segment 20, vorzugsweise
näher am
letzteren.
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Der
in Bremsrichtung, also entgegen der Drehrichtung 24, vorn
befindliche Befestigungspunkt 28 ist ein gelagerter Drehpunkt. 36 ist
der Träger,
an dem alle Segmente 20 befestigt sind.
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3 zeigt
zwei nebeneinander angeordnete Segmente 20. Weiterhin ist
der Bremsbelag 22 gezeigt. Die 4 bis 8 zeigen
unterschiedliche Mittel, um benachbarte Segmente 20 in
derselben Radialebene zu halten. Es sind Axial-Radial-Verbinder 40 vorgesehen,
mit denen jedes Segment 20 über Niete oder Schrauben am
Träger 36 gehalten ist.
In 4, 6 und 7 ist im
linken, in Drehrichtung (vorzugsweise) vorn liegenden Segment in der
Anlagefläche 34 eine
Parallelhalte-Nut 42 vorgesehen, im rechten Segment ist
eine zugehörige
Parallelhalte-Feder. Die Befestigungspunkte werden durch Axial-Radial-Verbinder,
vernietet oder verschraubt, gehalten. Niete oder Schrauben sind
dargestellt. In der Version 2 ist Letzteres beibehalten, nunmehr
ist aber in jedem Segment ein Steg vorgesehen, in dem jeweils ein
Haltemittel in Form einer Nutrolle 44 als Axial-Halter eingreift. Ähnliches
zeigt auch 5, 8, 9.
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Gemäß 10 mund 11 haben
die Segmente 20 Nasen 46 und im Nachbarsegment
dazu passende Ausnehmungen. Dabei sind Wärmeausdehungsfugen vorgesehen.
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Segment-Bremsscheibe
für motorisierte Landkraftfahrzeuge
bestehend aus einer unterschiedlichen Anzahl und in unterschiedlicher
Formgebung befindlichen Segmenten mit sich an dem in Drehrichtung
jeweils folgenden Segment abstützenden
und dieses in Position bringenden Segmenten.
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Die
Erfindung betrifft eine Segment-Bremsscheibe für motorisierte Landkraftfahrzeuge
(innerhalb dieser Fahrzeugkategorie sollen subsumiert sein: PKW,
leichte LKW (bis 7,5 to), Motorräder,
Motorroller, Quads). Die Segment-Bremsscheibe ist dabei in ihrer
konstruktionsseitigen Ausgestaltung so aufgebaut, dass ein Segment
bei Lastaufbringung durch die Bremsbeläge des Bremssattels (Bremsmoment)
das jeweils in Bremsrichtung folgende Segment durch einen Hebelmechanismus
in Position bringt. Die einzelnen Segmente stützen sich hierbei einerseits
am Innenkranz und andererseits an dem jeweils folgenden Segment
ab und bringen dieses durch Lastaufbringung über ein Drehmoment in Position.
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Die
o.g. Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung durch zweierlei
Ansätze
erfüllt:
Einerseits der bereits bekannten Überwindung des Planverzuges
des Reibrings durch die Verwendung von Segmenten anstelle eines
umlaufenden, ununterbrochenen Reibrings. Die Segmente können sich
durch definiertes Axial- und
Radialspiel bei Kraft-/Wärmeeinwirkung
kontrolliert ausdehnen und wieder zusammenziehen, ohne dass es zu
unkontrollierten Wärmebrücken zwischen
den Segmenten kommt. Überdies
wird durch die Abstützung
eines Segmentes am in Drehrichtung jeweils folgenden Segment das
jeweils folgende Segment durch eine kontrollierte Hebelwirkung in
Position gebracht, so dass bei einer Bremsmomentbeaufschlagung ein
geschlossener, nacheinander und sich wiederholender Bewegungsablauf
aller Segmente erfolgt. Dadurch, dass das jeweils folgende Segment
von dem vorangehenden Segment in Position gebracht wird, erfolgt
die Momentübertragung
auf den Innenring mit geringeren dynamischen Lastspitzen an der
Kontaktfläche
zwischen der in Drehrichtung vorne liegenden Lasche des Segmentes
und der „Nase" des Trägerrings.
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Die
Segmente sind bei diesem Konstruktionsansatz nicht fest mit dem
Trägerring über Zapfen verbunden,
sondern liegen lediglich an innerhalb des äußeren Radius des Trägerrings
ausgebildeten „Nasen" an. Über diese
Kontaktfläche
wird das Bremsmoment übertragen.
Die besondere Formgebung der Segmente einerseits und der „Nasen" des Trägerrings
andererseits verhindern einen in radialer Richtung, durch Fliehkraft
begünstigten
Versatz der Segmente. Ein axialer Versatz der Segmente wird durch zwei
einander gegenüberliegende
Verbinder vermieden, die miteinander verschraubt sind. Die Verbinder sind
nur miteinander fest verschraubt, nicht mit den Segmenten oder dem
Trägerring.
Die Verbinder übertragen
kein Bremsmoment.
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Die
Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung einerseits durch die
Verwendung von Segmenten in unterschiedlicher Anzahl und Formgebung
erreicht, andererseits dadurch, dass das Bremsmoment von den Segmenten
auf einen größeren, dynamisch
belastbareren Querschnitt des Trägerings übertragen
wird. Durch die In-Position-Bringung eines Segmentes durch das jeweils
in Drehrichtung vorangestellte Segment werden dynamische Lastspitzen
auf dem Trägerring
vermieden bzw. deutlich reduziert. Darüber hinaus wird durch die Formgebung der
Laschen der Segmente und der „Nasen" des Trägerings
das Bremsmoment auf einen größeren Materialquerschnitt übertragen.
Ermüdungs- und Verschleißerscheinungen
wird wirksam vorgebeugt. Dieses Prinzip ist dem Konstruktionsansatz
des bereits angemeldeten Gebrauchmusters einerseits und den bei
Bremsscheiben herkömmlicher
Bauart verwendeten nietähnlichen
Verbindungselementen zwischen Reibring und Trägerring unter Langzeitbelastungsaspekten
und damit verbundenen Verschleißerscheinungen
deutlich überlegen.
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Die
Erfindung wird im folgenden noch anhand des in der/den Zeichnung(en)
auszugsweise und teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. 1 zeigt
dabei einen teilweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Segment-Bremsscheibe.
- 1. Segment-Bremsscheibe bestehend aus einem Trägerring 36,
einzelnen Segmenten 20 in unterschiedlicher Anzahl und
Verbindern 40 in gleicher Anzahl, dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmente sich einerseits am Trägering 36 und andererseits
am in Drehrichtung nachfolgenden Segment abstützen bzw. dieses durch Momentübertragung
in Position bringen, insbesondere etwas nach innen schwenken.
- 2. Segment-Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Segmente 20 unter Kraft-/Wärmeeinwirkung
kontrolliert ausdehnen und wieder zusammenziehen können, ohne
dass es zu einem Planverzug der Segmente 20 und damit des
Reibrings der Bremsscheibe kommen kann.
- 3. Segment-Bremsscheibe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmente 20 in den Trägerring 36 in der
Form eingebracht sind, dass sie in radialer Richtung nicht verschiebbar
sind.
- 4. Segment-Bremsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmente 20 innerhalb der Aussparung des Trägerrings 36 ein definiertes
(Floating-) Spiel innehaben.
- 5. Segment-Bremsscheibe nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmente mittels Verbindern 42, 44 gegen
axialen Versatz gesichert sind und diese Verbinder kein Bremsmoment übertragen.
- 6. Segment-Bremsscheibe nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,
dass ein durch Bremsmoment belastetes Segment das jeweils in Drehrichtung
nachfolgende Segment durch ein Belastungsmoment dergestalt in Position
bringt, dass die Momentübertragung
auf den Innenring 36 mit kontrollierter dynamischer Last
ohne bzw. mit geringen dynamische Lastspitzen an der Kontaktfläche zwischen
Segment und Trägerring 36 erfolgt.
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Bei
einer Bremsscheibe für
Landkraftfahrzeuge sind auf einem Innenring anstelle eines umlaufenden,
ununterbrochenen Reibrings Segmente angebracht, die eine kontrollierte
Ausdehnung des verwendeten Materials unter Kraft-/ Wärmeeinwirkung ohne
Bildung von Wärmebrücken zwischen
den Segmenten zulassen. Die Segmente stützen sich bei Krafteinwirkung
einerseits am Trägering
und andererseits am in Drehrichtung folgenden Segment ab und bringen
das jeweils folgende Segment durch ein Drehmoment in Position. Die
Segmente sind mit definiertem Spiel im Trägerring gelagert. Die Segmente übertragen
das Bremsmoment über
eine Kontaktfläche
auf den Trägerring,
weder ist eine feste Schraub- oder Niet-Verbindung zwischen den
Segmenten und dem Trägerring
gegeben, noch sind die Segmente über
Zapfen mit dem Trägerring
verbunden. Die Segmente werden durch Verbinder in Position gehalten, die
ihrerseits keine Kraftübertragung übernehmen. Bei
Demontage der Verbinder können
die Segmente axial in beide Richtungen aus der Trägerscheibe
entnommen werden.