DE102016006129B3

DE102016006129B3 - Perimeter-Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016006129B3
Application number: DE102016006129.4A
Authority: DE
Inventors: Lukas Heidrich; Peter Mäurer; Klaus Augsburg
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Perimeter-Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer mehrteiligen Bremssattelfaust und einem symmetrischen Bremssattelhalter. Der effektive Einsatz eines modularen Baukastenansatzes für Reibbremsen für Radnabenmaschinen erfordert zukünftig eine diesbezüglich optimal angepasste Bremsenkonstruktion. Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, den Bremssattelhalter und dessen Anbindung streng symmetrisch auszuführen und so die Verlagerung der beiden Bremsbeläge zu homogenisieren. Daraus ergeben sich verbesserte Anpressdruckverhältnisse auf beiden Reibringseiten und somit verbessertes Leistungs-, Verschleiß- und Geräuschverhalten. Zudem wird durch die mehrteilige (vorzugsweise zweigeteilte) Ausführung der Bremssattelfaust und den Umgriff des geteilten Faustgehäuses um den Bremssattelhalter die Steifigkeit der Bremssattelfaust deutlich erhöht und somit die Bremssattelweitung reduziert, was wiederum die Belaganpressung und die Bremsscheibenschirmung verbessert. Die Lagerung der Sattelfaust gegenüber dem Bremssattelhalter befindet sich exakt in der Bremsscheibenmittelebene, wodurch der Einfluss dynamischer Effekte während der Bremsenzustellung auf die Belaganpressung verringert bzw. ausgeschlossen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Perimeter-Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer mehrteiligen Bremssattelfaust und einem symmetrischen Bremssattelhalter.
Bei der Nutzung von elektrischen Radnabenmaschinen für den Antrieb von Kraftfahrzeugen besteht die Notwendigkeit, die Reibbremsanlage an die sich deutlich geänderten Bauraumbedingungen und Funktionsanforderungen anzupassen. Eine weitreichend einsetzbare Lösung stellen dabei die sogenannten Perimeterbremsen dar, welche als Bauart der Teilbelagscheibenbremsen im Gegensatz zu konventionellen Ausführungen einen Innenumgriff des Bremssattels aufweisen, wobei die Bremsscheibe außen angebunden wird. Bei der Ausführung derartiger Perimeter-Bremssattel treten verschiedene Auslegungskonflikte auf, welche sich durch die vorliegende Erfindung auflösen lassen. Insbesondere seien an dieser Stelle die Verringerung bzw. Harmonisierung der Bremshalterverformung, das optimierte Verlagerungsverhalten des Bremssattels und die Verringerung der Bremssattelaufweitung zu nennen.
Perimeter-Bremskonstruktionen sind bereits bekannt (z. B. DE 10 2008 023 327 A1 , US 2004/0118643 A1 ). Jedoch werden in den bisherigen Ausführungen noch nicht alle Auslegungsfreiheitsgrade ausgenutzt. Die Konstruktionen orientieren sich zumeist stark an außenumgriffenen Bremssattelkonstruktionen und berücksichtigen Spezifika des Innenumgriffs noch nicht ausreichend zur Optimierung des Funktionsverhaltens. Bisherige Lösungen ermöglichen noch nicht die Ausführung in Leichtbauwerkstoffen und lösen Funktionsprobleme häufig allein durch Sekundärmaßnahmen, anstatt dies in der elementaren Gestaltgebung zu berücksichtigen.
Zukünftig erfordert der effektive Einsatz eines modularen Baukastenansatzes für Reibbremsen für Radnabenmaschinen eine diesbezüglich optimal angepasste Bremsenkonstruktion.
Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, den Bremssattelhalter und dessen Anbindung streng symmetrisch auszuführen und so die Verlagerung der beiden Bremsbeläge zu homogenisieren. Daraus ergeben sich verbesserte Anpressdruckverhältnisse auf beiden Reibringseiten und somit verbessertes Leistungs-, Verschleiß- und Geräuschverhalten. Zudem wird durch die mehrteilige (vorzugsweise zweigeteilte) Ausführung der Bremssattelfaust und den Umgriff des geteilten Faustgehäuses um den Bremssattelhalter die Steifigkeit der Bremssattelfaust deutlich erhöht und somit die Bremssattelweitung reduziert, was wiederum die Belaganpressung und die Bremsscheibenschirmung verbessert. Die Lagerung der Sattelfaust gegenüber dem Bremssattelhalter befindet sich exakt in der Bremsscheibenmittelebene, wodurch der Einfluss dynamischer Effekte während der Bremsenzustellung auf die Belaganpressung verringert bzw. ausgeschlossen werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1a – die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung im montierten Zustand
1b – zwei Ansichten einer mehrteiligen Bremssattelfaust
2 – eine perspektivische Teilansicht eines den Bremssattelhalter aufnehmenden Bremssattelfaustfingers
3 – perspektivische Ansichten eines Ausführungsbeispiels des Bremssattelhalters
4 – eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Lagerung der Bremssattelfaust
5 – zwei Perspektivansichten eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung
6 – eine Explosionsdarstellung der mehrteiligen Bremssattelfaust mit Bremssattelhalter und Bremsbelägen
1a zeigt die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung im montierten Zustand. Sie ist als Perimeterbremse ausgeführt und umfasst eine mehrteilige Bremssattelfaust (2) und einen Bremssattelhalter (3) an den mindestens zwei Bremsbeläge (4) befestigt sind, die links- und rechtsseitig eines rotierenden Bremsscheibenreiberings (1) angeordnet sind.
In 1b sind weiter zwei Ansichten einer Ausführungsform einer zweiteiligen Bremssattelfaust (2) dargestellt. Dabei umfasst die Bremssattelfaust einen ersten und einen zweiten Teilbereich (2.1 und 2.2). An den ersten Teilbereich (2.1) (auch als Faustfinger bezeichnet) sind Brückenelemente (2.1.1 und 2.1.2) angeformt, wobei ein erstes Brückenelement (2.1.1) radial außenliegend und ein zweites Brückenelement (2.1.2) radial innenliegend zur Radnabe und senkrecht zur Drehrichtung eines Bremsscheibenrings (1) (in dieser Figur nicht dargestellt) angeordnet ist. Die zweite Teileinheit (2.2) der Bremssattelfaust (2) (auch als Hydraulikkörper bezeichnet) ist zur Aufnahme der Bremskolben (5) ausgebildet. Zwischen den an den Bremskolben (5) montierten Bremsbelägen (4) rotiert der Bremsscheibenring (1). Die Brückenelemente (2.1.1 und 2.1.2) der Bremssattelfaust (2) überspannen somit den Bremsscheibenring (1). Aus der Biegebeanspruchung, die in diesem Bereich bei herkömmlicher Bauweise vorliegt (eine Faustbrücke), wird vorteilhafterweise eine Zugbeanspruchung (radial außen liegendes Brückenelement) und eine Druckbeanspruchung (radial innen liegendes Brückenelement). Durch den Einsatz dieser Brückenelemente kann der Materialeinsatz reduziert und eine Gewichtseinsparung des Bremssattels bei gesteigerter Steifigkeit realisiert werden. Zudem erweist sich die Zweiteilung der Bremssattelfaust (2) in Hydraulikkörper (2.2) und Faustfinger (2.1) mit Brückenelementen (2.1.1 und 2.1.2) bei der Montage des Bremssattels als besonders vorteilhaft.
Der Zwischenraum zwischen den beiden Brückenelementen (2.1.1 und 2.1.2) der Bremssattelfaust (2) wird vorteilhaft für die Aufnahme des Bremssattelhalters (3) genutzt (s. 2), wobei im montierten Zustand die Brückenelemente (2.1.1 und 2.1.2) den Bremssattelhalter (3) umgreifen. Dadurch können die Hebelarme der an der Bremssattelfaust und an der Bremssattelhalterung angreifenden Kräfte konstruktiv reduziert werden. Die umgreifende Anordnung der Bremssattelfaust (2) und des Bremssattelhalters (3) ermöglicht außerdem die Lagerung der Bremssattelfaust im Bereich innerhalb des Innenradius des Bremsscheibenrings (1).
In 3 sind verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels für einen Bremssattelhalter (3) gezeigt. Er ist vollkommen symmetrisch ausgebildet und angebunden, wodurch eine identische Belagkinematik auf beiden Seiten des Bremsscheibenreibrings (1) gewährleistet wird. Der Bremssattelhalter umfasst Bremssattelhalterarme (3.1...3.4), die an eine Bremssattelhalterbrücke (3.5) beidseitig parallel und senkrecht zur Drehrichtung des Bremsscheibenreibrings (1) angeformt sind. Die Arme des Bremssattelhalters sind so gegenüber seiner Hochachse angestellt, dass die Bremsbeläge (4) während einer Bremsung eine Bewegung entlang des Bremsscheibenreibrings (1) erfahren. An den Bremssattelhalterarmen werden die Bremsbeläge (4) mit Hilfe von Bremsbelagführungsbolzen (4.1) auf beiden Seiten des Bremsscheibenreibrings (1) parallel zur Drehrichtung befestigt. Die Bremssattelhalterbrücke (3.5) ist erfindungsgemäß zwischen dem ersten und zweiten Brückenelement (2.1.1, 2.1.2) der Bremssattelfaust (2) in der Bremsscheibenreibring-Mittelebene platziert. Der Bremssattelhalter (3) verbindet mit Hilfe geeigneter Mittel die erste Teileinheit (2.1) (Faustfinger) der Bremssattelfaust (2) mechanisch lösbar mit der zweiten Teileinheit (2.2) der Bremssattelfaust (2) (Hydraulikkörper).
Auf Grund von Reibung in Führungen und Kontaktbereichen einzelner Bauteile wird bei einer Bremsung ein Teil der Bremsumfangskraft von der Bremssattelfaust aufgenommen. In der Folge verkippt diese und stützt sich über die Bremsbeläge an der Bremsscheibe ab. Dadurch kann es zu tangential ungleichmäßiger Flächenpressung der Bremsbeläge kommen. Um diese Effekte zu vermeiden, wird die Lagerung der Bremssattelfaust (2) in die Bremsscheibenreibring-Mittelebene gelegt (s. 4).
5 zeigt zwei Perspektivansichten der erfindungsgemäßen Perimeter-Bremsvorrichtung im montierten Zustand.
Zur Montage der erfindungsgemäßen Perimeter-Bremsvorrichtung werden der Faustfinger (2.1) mit den Brückenelementen (2.1.1 und 2.1.2) und der Hydraulikkörper (2.2) mittels Schrauben (8) verbunden (s. 6). Dabei umschließen die beiden Brückenelemente (2.1.1 und 2.1.2) der Bremssattelfaust (2) die Bremssattelhalterbrücke (3.5) des Bremssattelhalters (3). Bohrungen am Bremssattelhalter (3) beherbergen Elastomerelemente, die über zylindrische Führungselemente (7) die Lagerung der Bremssattelfaust (2) gewährleisten.
Die vorliegende Lösung passt sich optimal an die vorhandenen Bauraumverhältnisse an und verbessert das zu erwartende Funktionsverhalten wesentlich. Die Anpressdruckverhältnisse der beiden Bremsbeläge auf die jeweiligen Reibringseiten der Bremsscheibe werden homogenisiert und somit das Leistungs-, Verformungs- und Geräuschverhalten verbessert. Außerdem wird der Verschleiß der Bremsbeläge homogenisiert und reduziert. Durch die zweiteilige Ausführung der Bremssattelfaust entfällt die sonst typische Schwächung des Faustfingers zur Bearbeitung der Zylinderbohrung der hydraulischen Zustellung. Durch den dann möglichen Einsatz von Leichtbauwerkstoffen gelingt eine deutliche Gewichtsreduzierung des Bremssattels.
Bezugszeichenliste

1: Bremsscheibenreibring
2: Bremssattelfaust
2.1: erste Teileinheit der Bremssattelfaust (Faustfinger)
2.2: zweite Teileinheit der Bremssattelfaust (Hydarulikkörper)
2.1.1: radial außenliegendes Brückenelement
2.1.2: radial innenliegendes Brückenelement
3: Bremssattelhalter
3.1...3.4: Bremssattelhalterarme
3.5: Bremssattelhalterbrücke
4: Bremsbeläge
4.1: Bremsbelagsführungsbolzen
5: Bremskolben
6: Mittelebene des Bremsscheibenreibrings
7: Führung/Lagerung der Bremssattelfaust
8: Verbindungsschrauben

Claims

Perimeter-Bremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge umfassend eine mehrteilige Bremssattelfaust (2) und einen Bremssattelhalter (3) an den mindestens zwei Bremsbeläge (4) befestigt sind, die links- und rechtsseitig eines rotierenden Bremsscheibenreibrings (1) angeordnet sind, wobei • die Bremssattelfaust (2) eine erste und eine zweite Teileinheit (2.1, 2.2) umfasst; • die erste Teileinheit (2.1) der Bremssattelfaust (2) ein erstes und ein zweites Brückenelement (2.1.1, 2.1.2) aufweist; • der Bremssattelhalter (3) symmetrisch ausgebildet ist und im montierten Zustand zumindest teilweise von der Bremssattelfaust (2) umgriffen wird.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brückenelemente (2.1.1, 2.1.2) der ersten Teileinheit (2.1) der Bremssattelfaust (2) senkrecht zur Drehrichtung des Bremsscheibenreibrings (1) angeordnet sind.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bremssattelhalterung (3) Bremssattelhalterarme (3.1...3.4), die an eine Bremssattelhalterbrücke (3.5) beidseitig parallel und senkrecht zur Drehrichtung des Bremsscheibenreibrings (1) angeformt sind, aufweist.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Bremssattelhalterarme (3.1...3.4) zur Befestigung der Bremsbeläge (4) parallel zur Drehrichtung auf beiden Seiten des Bremsscheibenreibrings (1) ausgebildet sind.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Bremsscheibenreibring (1) zwischen den zur Drehrichtung parallelen Bremssattelhalterarmen (3.1...3.4) mit den Bremsbelägen (4) rotierend angeordnet ist.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Bremssattelhalterbrücke (3.5) in der Bremsscheibenreibring-Mittelebene zwischen dem ersten und zweiten Brückenelement (2.1.1, 2.1.2) der Bremssattelfaust (2) positioniert ist.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, wobei die Bremssattelhalterung (3) dafür ausgebildet ist, die erste Teileinheit (2.1) der Bremssattelfaust (2) mechanisch lösbar mit der zweiten Teileinheit (2.2) der Bremssattelfaust (2) zu verbinden.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, wobei die zweite Teileinheit (2.2) der Bremssattelfaust (2) zumindest einen Aktuator umfasst, mit dem zumindest einer der Bremsbeläge (4) gegen den Bremsscheibenreibring (1) anpressbar ist.
Perimeter-Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Bremssattelfaust (2) über die Bremssattelhalterung (3) elastisch gelagert ist.
Verwendung einer Perimeter-Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für den Antrieb von Kraftfahrzeugen mit Radnabenmotoren.