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Die
Erfindung betrifft eine Scheibenbremse mit einem Bremssattel, der
einen fahrzeugfesten Halter, ein Sattelgehäuse und mindestens einen Bremsbelag
umfasst. Dabei umgreifen der Halter und das Sattelgehäuse axial
mindestens eine Bremsscheibe. Weiterhin sind das Sattelgehäuse und
der Bremsbelag an dem Halter axial verschiebbar gelagert, wobei zwischen
Sattelgehäuse
und Halter mindestens eine Federanordnung wirksam vorgesehen ist,
welche zwischen Sattelgehäuse
und Halter eine elastische, resultierende Vorspannkraft erzeugt.
Eine durch einen Bremsvorgang verursachte Bremsumfangskraft wird über den
Halter abgeleitet.
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Eine
solche Scheibenbremse ist aus der
DE 41 10 850 A1 bekannt. Darin verspannt
eine Federanordnung ein Sattelgehäuse eines Bremssattels jeweils
gegenüber
einem Halter und verhindert somit ein mögliches Klappern von Bremsbelägen in der Scheibenbremse.
Solche Federanordnungen greifen in der Regel an der Außenfläche des äußeren Sattelschenkels
an und reichen unter die Arme des Halters. Da das Sattelgehäuse über die
Bremsbeläge
an dem Halter gelagert ist, unterliegt er der spielbehafteten Führung der
Bremsbeläge
in den Aufnahmeschächten
des Halters. Dies führt
bei einem Bremsvorgang dazu, dass die Bremsbeläge und das Sattelgehäuse eine
Verschiebung in Umfangsrichtung erfahren. Diese Verschiebung liegt
in Größenordnung
des tangentialen Spiels der Bremsbelag- und Sattelführung und ist,
insbesondere wegen der damit verbundenen Geräuschbildung, zu vermeiden.
Zusätzlich
begünstigt die
tangentiale Verschiebung in nachteiliger Weise eine Schräganlage
der Bremsbeläge
an der Bremsscheibe, wodurch ein ungleichmäßiges Verschleißbild hervorgerufen
wird, und Einbußen
hinsichtlich des Fahrkomforts hingenommen werden müssen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung eine Scheibenbremse anzugeben, welche
die Nachteile des Stands der Technik vermeidet und eine verbesserte
Alternative bereitstellt, insbesondere durch eine günstige Ausprägung und
Anbringung der Federanordnung an der Scheibenbremse.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst,
indem die Vorspannkraft der Federanordnung bezüglich der Bremsscheibe eine,
in einer Umfangsrichtung wirkende, Tangentialkraft und eine Radialkraft
aufweist, und indem am Sattelgehäuse
und am Halter Mittel zur Aufnahme oder zur Abstützung der Federanordnung vorgesehen
sind, welche in der Lage sind die Tangentialkraft und die Radialkraft
aufzunehmen. Dies bewirkt, dass beim Bremsen ein von der resultierenden
Bremsumfangskraft und der resultierenden Vorspannkraft aufgespannter
Winkel ungleich 90° Grad
ist. Die tangentiale Komponente der Vorspannkraft der Federanordnung
bewirkt, dass das Sattelgehäuse
und die Bremsbeläge
in den Lagerschächten des
Halters eine definierte Position in Umfangsrichtung einnehmen und
an einem tangentialen Anschlag der Lagerschächte zu jeder Zeit anliegen.
Somit wird verhindert, dass das Sattelgehäuse und die Bremsbeläge im Rahmen
des tangentialen Spiels der Bremsbelag- und Sattelgehäuseführung eine
Relativbewegung zum Halter vollführen.
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Eine
günstige
Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Mittel im Zusammenwirken
mit der Federanordnung derart ausgeprägt sind, dass die Tangentialkraft
im Wesentlichen die gleiche Orientierung wie die Bremsumfangskraft,
bei einer Bremsung der in Hauptdrehrichtung rotierenden Bremsscheibe,
aufweist. Dies hat zur Folge, dass das Sattelgehäuse und die Bremsbeläge zu jedem Zeitpunkt
an einem in Hauptdrehrichtung wirksamen Anschlag anliegen. So wird
verhindert, dass bei einer Bremsbetätigung bei Vorwärtsfahrt,
also wenn die Bremsscheibe in Hauptdrehrichtung rotiert, sich der Bremssattel
und/oder die Bremsbeläge
durch die Bremsumfangskraft im Rahmen des Lagerungsspiels, an den
Anschlag bewegen. Dies würde
zu Geräuschbildung
und einem ungleichmäßigen Verschleiß der Bremsbeläge führen. Besonders
wenn die Scheibenbremse auf der Hauptfahrtrichtung abgewandten Seite
der Drehachse eines Rades am Fahrzeug montiert ist, sind die Vorteile
der beschriebenen Erfindung besonders ausgeprägt: Bei einer derartigen Position
werden das Sattelgehäuse und/oder
die Bremsbeläge
bei jedem Bremsvorgang im Rahmen des Lagerungsspiels angehoben und
fallen nach dem Bremsenvorgang aufgrund der Schwerkraft wieder zurück. Dabei
kommt es leicht zu einer Schräganlage
der Bremsbeläge
an der Bremsscheibe, was zu einem unregelmäßigen Verscheiß führt. Die
tangentiale Kraftkomponente der Vorspannkraft hält nun das Sattelgehäuse und/oder
die Bremsbeläge
immer in der angehobenen Position, wodurch die oben genannten Nachteile
effektiv vermieden werden.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung offenbart, dass die Mittel zumindest
teilweise als Rampenanordnung mit mindestens einer Rampe ausgebildet sind,
wobei die Rampe, projiziert auf eine Drehebene der Bremsscheibe,
antiparallel zur Bremsumfangskraft verläuft. Insbesondere kann diese
Rampe derart ausgeprägt
sein, dass die Rampe, projiziert auf die Drehebene, mit der Bremsumfangskraft
bei einer Bremsung der in einer Hauptdrehrichtung rotierenden Bremsscheibe
einen Rampenwinkeln von größer als
10° einschließt. Dabei
kann es sinnvoll sein, dass die Rampe an einem Halterarm des Halters
angeordnet ist, und dass die Mittel zumindest teilweise als Aufnahme
für die
Federanordnung ausgebildet sind. Wenn die Federanordnung mittels
eines Befestigungshakens in der Aufnahme im Sattelgehäuse befestigbar
ist, und weiterhin optional an einem Ende eines Federarms der Federanordnung
ein Federkopf vorgesehen ist, welcher axial verschiebbar an den Rampen
anlegbar ist, zeigen sich die Vorteile der Erfindung besonders ausgeprägt.
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Im
Rahmen einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung sind an dem Halterarm jeweils zwei Rampen vorgesehen.
Dabei ist die Federanordnung in montiertem Zustand ausschließlich entweder
an der einen Rampe oder ausschließlich an der anderen Rampe
an einem Halterarm abstützbar.
Im verbauten Zustand der Scheibenbremse liegt die Federanordnung
ausschließlich
an der einlaufseitigen Rampe am jeweiligen Halterarm an. Die beiden
Rampen an einem Halterarm weisen eine entgegengesetzte Neigung auf,
welche aber jeweils mit der Bremsumfangskraft, die bei einer Drehung
der Bremsscheibe in einer Hauptdrehrichtung entsteht, den gleichen Winkel
einschließen.
Dadurch kann dieselbe Bauform des Halters der Scheibenbremse für beide
Fahrzeugseiten verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten
reduziert werden. Die oben genannte Hauptdrehrichtung der Bremsscheiben
zeigt, bezogen auf den verbauten Halter an den unterschiedlichen
Fahrzeugseiten in eine entgegengesetzte Richtung.
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Um
den angeführten
Vorteil vollständig
auszuschöpfen,
kann die Federanordnung mittels der Aufnahmen an zwei unterschiedlichen
Positionen im Sattelgehäuse
befestigt werden. Somit kann die gleich Federanordnung an beiden
Rampen an einem Halterarm je nach der Verbauung der Scheibenbremse
an den unterschiedlichen Fahrzeugseiten abgestützt werden, indem jeweils die
einlaufseitige Montageposition für
die Federanordnung gewählt
wird. Dabei ist ein Versatz der beiden Aufnahmen in Umfangsrichtung
im Wesentlichen gleich groß wie
ein Versatz zwischen den zwei Abstützpunkten auf einlaufseitigen
und der auslaufseitigen Rampe.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der
Beschreibung hervor.
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In
den Zeichnungen zeigt
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1 eine
axiale Ansicht auf eine Scheibenbremse mit einer Federanordnung,
welche zwischen Sattelgehäuse
und Halter wirksam ist, und
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2 eine
vergrößerte axiale
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
einer Scheibenbremse mit einem weiterentwickelten Bremssattel.
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1 zeigt
eine axiale Ansicht auf einen Bremssattel 22 einer Scheibenbremse 1 mit
einem Sattelgehäuse 2 und
einem fahrzeugfesten Halter 3. Das Sattelgehäuse 2 umfasst
dabei einen axial inneren Gehäuseschenkel,
der unter anderem eine Betätigungsvorrichtung
beinhaltet und im verbauten Zustand dem Fahrzeug zugewandt ist.
Außerdem
umfasst das Sattelgehäuse 2 eine
Gehäusebrücke 5,
die einen axial äußeren Gehäuseschenkel 6 mit
dem inneren Gehäuseschenkel
verbindet. Das Sattelgehäuse 2 umgreift
die gestrichelt dargestellte, um die Drehachse 24 drehbar
gelagerte Bremsscheibe 23 und ist über Bremsbeläge 8 auf
dem Halter 3 axial verschiebbar gelagert. Zwischen dem
Halter 3 und dem Sattelgehäuse 2 sind die Bremsbeläge 8 axial verschiebbar
vorgesehen. Eine Federanordnung 9 verspannt das Sattelgehäuse 2 über die
Bremsbeläge 8 mit
dem Halter 3. Die Federanordnung 9 ist aus einem
metallischen Werkstoff hergestellt, insbesondere wird sie aus einem
Blech ausgestanzt und gebogen, und kann grob in einen Befestigungsabschnitt 10 und
in zwei Federarme 11, 11' unterteilt werden. Denkbar ist
auch eine Ausführung
der Federanordnung aus gebogenem Federdraht. Der Befestigungsabschnitt 10 der
Federanordnung 9 steht senkrecht zu den Federarmen 11, 11' und schmiegt
sich parallel an eine Außenfläche des äußeren Gehäuseschenkels 6 an.
Im Gehäuseschenkel 6 sind
Aufnahmen 13, 13' vorgesehen,
welche von Befestigungshaken 14, 14' der Federanordnung 9 hintergriffen
werden, wodurch die Federanordnung 9 am Sattelgehäuse 2 festgelegt
ist. Die Federarme 11, 11' enden in balligen Federköpfen 12, 12' welche gegen
Halterarme 4, 4' des
Halters 3 drücken.
So wird zwischen dem Sattelgehäuse 2 und
dem Halter 3 eine Vorspannung FV erzeugt,
welche sich aus einer ein- und auslaufseitigen Vorspannkraft FV_ein, FV_aus des
jeweiligen Federarms 11, 11' zusammensetzt.
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Die
Anlageflächen
der Halterarme 4, 4' für die Federarme 11,11' sind mit je
einer Rampenanordnung 15, 15' versehen, welche wiederum je eine
einlaufseitige Rampe 16, 16' und eine auslaufseitige Rampe 17, 17' umfassen. Eine
Einlaufseite 18' und eine
Auslaufseite 18 definieren sich an einer Hauptdrehrichtung 20 der
Bremsscheibe 23. Wie 1 zeigt,
schließen
dabei die einlaufseitigen Rampen 16, 16' und die während des
Bremsvorgangs entstehende resultierende Umfangskraft FU den
Rampenwinkel δ und
den Rampenwinkel β ein.
Aufgrund dieser Neigung der Rampen 16, 16' teilen sich
die ein- und auslaufseitigen Vorspannkräfte FV_ein,
FV_aus des jeweiligen Federarms 11, 11' gemäß den Rampenwinkeln β und δ je in eine
einlaufseitige Tangential- und Radialkraft FVu_ein,
FVr_ein und in eine auslaufseitige Tangential-
und Radialkraft FVu_aus, FVr_aus auf.
Vektoriell addiert ergeben diese Teilkräfte die resultierende Vorspannkraft
FV, welche aufgrund der Rampenwinkel β und δ nicht senkrecht
zur resultierenden Bremsumfangskraft FU steht,
und mit dieser einen Winkel φ einschließt.
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In
Versuchen hat sich gezeigt, dass bereits ab einem Winkel β und δ von 15° Grad, und
folglich ab einem Winkel φ von
75° Grad,
die unerwünschte Bewegungsfreiheit
des Bremssattels 2 in Umfangsrichtung 21 erheblich
eingeschränkt
ist, und somit die Bremsbeläge 8 nach
dem Bremsvorgang, insbesondere der äußere Bremsbelag, nicht mehr
an der Bremsscheibe 23 anliegen. Dieses Phänomen verstärkt sich
kontinuierlich mit einer Steigerung der Rampenwinkel β und δ, das heißt, je steiler
die Rampen 16, 16' ausgeprägt sind,
desto größer werden
die tangentialen Kraftkomponenten FVu_ein und
FVu_aus der Vorspannkräfte FV_ein und
FV_aus. Bei einem Rampenwinkel von 25° Grad kommt
es kaum noch zu einer unerwünschten
Anlage der Bremsbeläge 8.
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Weiterhin
ist auch denkbar, dass die Rampenwinkel β und δ unterschiedlich groß ausgebildet sind,
und auf diese Weise weitere positive Effekte darstellbar sind. Beispielsweise
ließe
sich ein axiales Kippmoment, welches beim Bremsen auf den Bremsbelag 8 und
das Sattelgehäuse 2 wirkt,
ausgleichen, indem nur der auslaufseitige Halterarm 4 mit
einer Rampenanordnung 15 versehen wird.
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Weiterhin
sind am Halter 2 auslaufseitige Rampen 17, 17' an den Rampenanordnungen 15, 15' vorgesehen,
welche eine Neigung mit den Rampenwinkeln α und γ aufweisen. Diese erfüllen im
vorliegenden Beispiel jedoch keine Funktion, sondern dienen ausschließlich dafür, dass
bei einer umgekehrten Hauptdrehrichtung dieselbe Bremssattelausführung verwendet
werden kann, und nur die Position der Federanordnung 10 in
Umfangrichtung 21 verändert werden
muss. In diesem Fall, insbesondere wenn die Scheibenbremse 1 an
der gegenüberliegenden
Fahrzeugseite verbaut wird, liegen die Federköpfe 12, 12' an den Rampen 17, 17' der Rampenanordnungen 15, 15' an, und erzeugen
eine tangentiale Komponente der Vorspannkraft FVu entsprechend
der umgekehrten Hauptdrehrichtung der Bremsscheibe 23. Der
Halter 2 ist somit symmetrisch zu einer Symmetrielinie 7 ausgeführt, und
die Rampenwinkel α und γ entsprechen
den Rampenwinkeln β und δ. Da auch die
Federanordnung 9 zu einer Symmetrielinie 19 symmetrisch
ist, bestimmt die Position der Federanordnung 9 in Umfangsrichtung,
an welchen Rampen 16, 16' oder 17, 17' die Federköpfe 12, 12' anliegen, und
in welcher Richtung die tangentiale Kraftkomponente FVu wirkt.
In 1 sind die Aufnahmen 13, 13' im Sattelgehäuse 2 asymmetrisch
angebracht, so dass die Federanordnung 9 um einen Abstand
A zur Symmetrielinie 7 des Sattelgehäuses 2 verschoben ist.
Somit muss das Sattelgehäuse 2 bzw.
die Aufnahmen 13, 13' jeweils entsprechend einer vorgesehen
Hauptdrehrichtung einer Bremsscheibe 23 angepasst werden.
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2 führt ein
Ausführungsbeispiel
einer Scheibenbremse 31 an, wobei analog zu 1 eine Federanordnung 39 derart
vorgesehen ist, dass entsprechend einer Hauptdrehrichtung 20 einer
Bremsscheibe eine Vorspannkraft FV eine
tangentiale FVu und eine radiale FVr Kraftkomponente aufweist. Im Gegensatz
zu 1 sind hierbei Halter 33, Federanordnung 39 und
das Sattelgehäuse 32 symmetrisch ausgeführt, so
dass alle Bauteile für
jede Hauptdrehrichtung verwendbar sind, und keine Anpassung der Aufnahmen 43 vorgenommen
werden muss. Dafür sind
die Aufnahmen 43 für
die Federanordnung 39 mit jeweils zwei Einhängepunkten 50, 51 versehen,
in welche die Befestigungshaken 44 Federanordnung 39 je
nach Hauptdrehrichtung der Bremsscheibe, bzw. je nach gewünschter
Orientierung der tangentialen Komponente FVu der
Vorspannkraft FV, eingehängt wird. Der Versatz V der
beiden Einhängepunkte 50, 51 entspricht
dem doppelten Abstand A zwischen der Symmetrielinie 37 des
Sattelgehäuses 32 und
der Symmetrielinie 49 der Federanordnung 39.
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In
den Ausführungsbeispielen
aus 1 und 2 sind die Federanordnung 9, 39 jeweils
am Sattelgehäuse 2,32 festgelegt
und die Federarme 11, 11', 41 drücken gegen
die Halterarme 4, 4', 34 des Halters 3, 33. Äquivalent
dazu ist auch weitere Ausführungsformen
denkbar, bei welchen eine Federanordnung an einem Halter festgelegt
ist und über
mindestens einen Federarm in geeigneter Weise gegen eine Rampe an
einem Bremssattel drückt,
und so die Vorspannkraft FV mit tangentialer
und radialer Komponente erzeugt.
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Die
in den Figuren dargestellten Merkmale sind auch untereinander kombinierbar
und nicht auf die einzelnen Ausführungsbeispiele
begrenzt.
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- 1
- Scheibenbremse
- 21
- Umfangsrichtung
- 2
- Sattelgehäuse
- 22
- Bremssattel
- 3
- Halter
- 23
- Bremsscheibe
- 4
- Halterarm
- 24
- Drehachse
- 4'
- Halterarm
- 31
- Scheibenbremse
- 5
- Gehäusebrücke
- 32
- Sattelgehäuse
- 6
- Gehäuseschenkel
- 33
- Halter
- 7
- Symmetrielinie
- 34
- Halterarm
- 8
- Bremsbelag
- 35
- Gehäusebrücke
- 9
- Federanordnung
- 36
- Gehäuseschenkel
- 10
- Befestigungsabschnitt
- 37
- Symmetrielinie
- 11
- Federarm
- 38
- Bremsbelag
- 11'
- Federarm
- 39
- Federanordnung
- 12
- Federkopf
- 40
- Befestigungsabschnitt
- 12'
- Federkopf
- 41
- Federarm
- 13
- Aufnahme
- 42
- Federkopf
- 13'
- Aufnahme
- 43
- Aufnahme
- 14
- Befestigungshaken
- 44
- Befestigungshaken
- 14'
- Befestigungshaken
- 45
- Rampenanordnung
- 15
- Rampenanordnung
- 46
- Rampe
- 15'
- Rampenanordnung
- 47
- Rampe
- 16
- Rampe
- 48
- Auslaufseite
- 16'
- Rampe
- 48'
- Einlaufseite
- 17
- Rampe
- 49
- Symmetrielinie
- 17'
- Rampe
- 50
- Einhängepunkt
- 18
- Auslaufseite
- 51
- Einhängepunkt
- 18'
- Einlaufseite
- 52
- Bremssattel
- 19
- Symmetrielinie
- 20
- Hauptdrehrichtung
- A
- Abstand
- FU
- resultierende
Bremsumfangskraft
- FV
- resultierende
Vorspannkraft
- FVu
- Tangentialkraft
- FVr
- Radialkraft
- FV_ein
- Vorspannkraft
(einlaufseitig)
- FVu_ein
- Tangentialkraft
(einlaufseitig)
- FVr_ein
- Radialkraft
(einlaufseitig)
- FV_aus
- Vorspannkraft
(auslaufseitig)
- FVu_ein
- Tangentialkraft
(auslaufseitig)
- FVr_ein
- Radialkraft
(auslaufseitig)
- V
- Versatz
- α
- Rampenwinkel
- β
- Rampenwinkel
- γ
- Rampenwinkel
- δ
- Rampenwinkel
- φ
- Winkel