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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremsanordnung für ein Rad eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Scheibenbremsen sind eine der am häufigsten verwendeten Bremsenarten im Fahrzeug. Die Scheibenbremse umfasst eine Bremsscheibe, die auf der Radwelle mitläuft, und Bremsbeläge, die beidseitig an die Bremsscheibe beim Bremsvorgang gepresst werden. Bremsscheiben bestehen zum größten Teil aus Grauguss, der durch Kontakt mit Wasser und Luft korrodieren kann. Durch den vermehrten Einsatz von Rekuperation in Fahrzeugen wird ein Großteil aller Bremsvorgänge nicht mehr mit der Reibbremse durchgeführt. Vorhandene korrosive Bereiche auf der Bremsscheibe werden dadurch weniger mechanisch abgerieben und verbleiben so auf der Bremsscheibe.
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Bremsscheiben aus alternativen Materialien oder mit alternativen Beschichtungen wie Hartmetall oder Edelstahl sind meist teurer, häufig noch nicht technisch ausgereift und insbesondere bei Edelstahlbremsscheiben kann es zu einem starken Verzug der Bremsscheibe in Folge von thermischen Belastungen kommen.
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Es ist bekannt, für die häufiger eingesetzten und kostengünstigeren Graugussbremsscheiben sogenannte Opferanoden zu verwenden, die zumindest korrosionsreduzierend auf die Bremsscheiben wirken sollen. Als Opferanoden werden unedlere Materialien verwendet, die gezielt in einen elektrisch leitfähigen Kontakt mit edleren Materialien gebracht werden, um so die Korrosion des edleren Materials zu reduzieren. Die Bezeichnungen „edel“ und „unedel“ sind auf die unterschiedlichen Redoxpotentiale der beiden Materialien zurückzuführen. Typische Opferanodenmaterialien für Graugussbremsscheiben weisen Zink, Natrium, Magnesium und/oder deren Legierungen auf.
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Die WO 2013/ 132 104 A1 betrifft einen Reibbremsbelag einer Scheibenbremse, bei dem ein Opferanodenmaterial eingearbeitet ist. Beim Bremsen wird dieses Opferanodenmaterial mechanisch abgerieben und auf die Bremsscheibe als Korrosionsschutzschicht aufgetragen. Das Opferanodenmaterial kann als Streifen quer über die gesamte Breite des Reibbremsbelags oder über die gesamte Fläche als zylindrische Elemente in den Reibbremsbelag eingearbeitet sein.
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Die
DE 10 2006 043 277 A1 offenbart einen Bremsbelag und eine Bremsscheibe, bei denen Opferanodenmaterial als Korrosionsschutz durch Einschlüsse oder Einlagerungen eingebracht ist.
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Die
DE 29 33 488 A1 betrifft eine Scheibenbremsanordnung mit mindestens einer Vertiefung in einer Bremsscheibe und/oder in einem Reibbremsbelag. In dieser Vertiefung befindet sich Opferanodenmaterial, um eine Korrosion der Bremsscheibe zu vermeiden.
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Die
JP 2015 -
072 023 A offenbart eine Scheibenbremsanordnung, die eine Bremsscheibe und einen Bremssattelträger zur Aufnahme eines Bremssattels mit Reibbremsbelägen umfasst. An der Scheibenbremsanordnung ist eine Bimetallplatte vorgesehen. Diese kann in Abhängigkeit von der Temperatur zumindest teilweise an der Bremsscheibe anliegen oder einen Abstand zur Bremsscheibe aufweisen.
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Die
DE 60 2004 013 055 T2 betrifft eine Scheibenbremsanordnung eines Fahrzeugs mit einem Schmutzabkratzer. Der Schmutzabkratzer liegt an der Scheibenoberfläche so an, dass er den Schmutz abkratzt, der auf der Scheibe während des Fahrens abgeschieden werden kann. Um den Verschleiß wenigstens einer Klinge des Schmutzabkratzers zu vermeiden, hat der Schmutzabkratzer eine wärmeempfindliche Einrichtung. Diese sorgt dafür, dass ein Temperaturanstieg aufgrund des Bremsens die empfindliche Einrichtung dazu zwingt, die Klinge von der Bremsscheibe wegzubewegen.
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Der aufgeführte Stand der Technik berücksichtigt nicht, dass die Schmelztemperaturen der typischen Opferanodenmaterialien im Allgemeinen niedriger liegen als die Temperaturen, die die Bremsscheibe annehmen kann. Dadurch kann im normalen Betrieb das Opferanodenmaterial schmelzen und sich eine Schicht auf der Reibfläche bilden, welche die Bremswirkung verschlechtert und zu irreversiblen Schädigungen der Bremsscheibe führen kann. Deshalb können die Materialien in der vom Stand der Technik aufgeführten Form in der Praxis nur eingeschränkt zum Einsatz kommen.
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Darüber hinaus ist es ebenso nachteilig, dass die eingesetzten Opferanodenmaterialien nur dann für die Scheibenbremse umfänglich korrosionsreduzierend wirken, wenn mittels Reibung des Reibbremsbelags auf der Bremsscheibe gebremst wird. Bei Rekuperation findet kein Abrieb und keine mechanische Verteilung des Opferanodenmaterials auf der Bremsscheibe statt und die korrosionsreduzierende Wirkung des Opferanodenmaterials ist deutlich eingeschränkt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Scheibenbremsanordnung bereitzustellen, die zuverlässig die Korrosion der Bremsscheibe reduziert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Scheibenbremsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Scheibenbremsanordnung für ein Rad eines Fahrzeuges mit einer Bremsscheibe und einem Bremssattelträger zur Aufnahme eines Bremssattels mit Reibbremsbelägen gelöst. An der Scheibenbremsanordnung ist eine Bimetallplatte vorgesehen, an der eine Opferanode befestigt ist. Die Bimetallplatte kann in Abhängigkeit von der Temperatur der Bimetallplatte mindestens zwei Positionen einnehmen. In der ersten Position liegt die Opferanode zumindest teilweise an der Bremsscheibe an und in der zweiten Position weist die Opferanode einen Abstand zur Bremsscheibe auf.
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In der ersten Position kann die Opferanode auf die Bremsscheibe auch ohne den konventionellen Bremsvorgang korrosionsreduzierend wirken. Durch die Rotation der Bremsscheibe und der daraus folgenden Reibung der Opferanode auf der Bremsscheibe findet ein mechanischer Abrieb der Opferanode statt. Partikel aus der Opferanode verteilen sich auf der Bremsscheibe und reduzieren die Bremsscheibenkorrosion.
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In Abhängigkeit von der Temperatur der Bimetallplatte ändert diese ihre geometrische Form. Durch das Ändern der geometrischen Form der Bimetallplatte verliert die Opferanode den Kontakt zur Bremsscheibe, was vorteilhafterweise die Opferanode vor den heißen Temperaturen der Bremsscheibe schützt, die im Betrieb auftreten können.
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Die Temperatur der Bimetallplatte ändert sich dann, wenn sich die Bremsscheibe im Betrieb erhitzt und Wärme an die Umgebung abstrahlt oder über die thermisch leitfähigen Bauteile der Bremsscheibenanordnung an die Bimetallplatte überführt. Vorteilhafterweise liegt die Schmelztemperatur der Bimetallplatte über der maximal auftretenden Betriebstemperatur der Bremsscheibe.
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Die beschriebene Bimetallplatte ist ein Bauteil aus einem Bimetall mit einer im Vergleich zur Länge und Breite signifikant kleineren Tiefe. Durch diese flache Geometrie kann das Bimetall mit der Opferanode ohne größere Umbauten in jeder Scheibenbremsanordnung eingebaut werden. Die Bimetallplatte hat bezogen auf ihre Längsachse zwei Enden, die als festes Ende und als freies Ende bezeichnet werden. Das feste Ende ist der Teil der Bimetallplatte, über den die Bimetallplatte an der Schreibenbremsanordnung fixiert ist. Das freie Ende ist der Teil der Bimetallplatte, der sich bei Temperatureinfluss gegenüber der Scheibenbremsanordnung am stärksten bewegt.
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Die Form der Opferanode kann an die Form der Bimetallplatte angepasst sein. Es ist vorstellbar, dass die Opferanode über die Bimetallplatte herausragt, um so eine größere Kontaktfläche auf der Bremsscheibe abzudecken.
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Es ist von Vorteil, wenn die Opferanode in der ersten Position zumindest an der Reibfläche der Bremsscheibe teilweise anliegt. Als Reibfläche wird die Fläche auf der Bremsscheibe verstanden, die unmittelbar mit dem Bremsbelag in Berührung kommt. Durch das Anliegen der Opferanode an der Reibfläche verteilen sich Opferanodenpartikel auf der Reibfläche und reduzieren dort die Korrosion.
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Von Vorteil kann es sein, wenn die Bimetallplatte mit dem festen Ende an einer Rückenträgerplatte des Reibbremsbelags fixiert ist. Bei dieser Ausgestaltung wird die Bimetallplatte an den üblicherweise schon vorhandenen Bauteilen der Scheibenbremsanordnung fixiert. Vorteilhaft ist diese Ausgestaltung, weil die Bimetallplatte zusammen mit der Opferanode und dem Reibbremsbelag gewechselt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bimetallplatte mit einem festen Ende am Bremssattelträger fixiert. Hier wird sich ebenso die Befestigung der Bimetallplatte an üblicherweise schon vorhandenen Bauteilen der Scheibenbremsanordnung zu Nutze gemacht und es sind keine weiteren Bauteile zur Fixierung notwendig. Die Befestigung am Bremssattelträger bietet sich an, da die Opferanode und/oder die Bimetallplatte leicht zugänglich sind und so ein Austausch derselben einfach ist.
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Die Fixierung der Bimetallplatte an der Rückenträgerplatte oder am Bremssattelträger kann direkt oder über ein Halteelement realisiert sein. Ebenfalls kann die Bimetallplatte auch derart ausgestaltet sein, dass ein Halteelement zur Fixierung am festen Ende integriert ist. In dem Fall ist es möglich, dass Teile der Bimetallplatte zu diesem Halteelement geformt sind.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bimetallplatte oder das Halteelement mittels Vernietung, Verschweißung oder Verschraubung fixiert wird. Vorteil dieser Fixierarten ist die thermische Stabilität bei den hohen Betriebstemperaturen der Schei benbremsanord nu ngen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Opferanode mittels Verklebung, Verklipsung, Verschweißung oder durch Hartlöten an der Bimetallplatte befestigt. Dies ist von Vorteil, da solche Befestigungsarten bei den Temperaturen, die eine Scheibenbremsanordnung annehmen kann, thermisch stabil sind.
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Eine Befestigung der Opferanode am freien Ende der Bimetallplatte ist zu bevorzugen, da das freie Ende der Bimetallplatte beim Erwärmen die größte Auslenkung erfährt. So hat die Opferanode am freien Ende der Bimetallplatte den größtmöglichen Abstand zur heißen Bremsscheibe.
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Bevorzugt ist, dass sich die Bimetallplatte in der ersten Position befindet, wenn die Temperatur der Opferanode kleiner als die Schmelztemperatur des Opferanodenmaterials ist. Dadurch kann die Opferanode vorteilhafterweise so lange korrosionsreduzierend auf die Bremsscheibe wirken, bis sich die Bimetallplatte im Betrieb so stark erwärmt hat, dass die zweite Position eingenommen wird. In dieser Position kann die Temperatur der Opferanode annähernd gleich oder größer der Schmelztemperatur des Opferanodenmaterials sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Opferanode bei Überschreitung der Schmelztemperatur keinen Kontakt zur Bremsscheibe hat. So kann bei einer heißen Bremsscheibe das Opferanodenmaterial nicht schmelzen. Zur Verwirklichung der beiden Positionen müssen sowohl die Bimetallplatte hinsichtlich der Materialzusammensetzung, des Befestigungsortes und/oder der Geometrie als auch die Opferanode hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder ihres Befestigungsortes an der Bimetallplatte entsprechend ausgewählt sein.
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Von Vorteil kann es sein, dass sich zwischen Bimetallplatte und Opferanode ein wärmeisolierendes Material befindet. Durch einen geringen Wärmeaustausch zwischen Bimetallplatte und Opferanode ist ein Erwärmen der Opferanode durch die Bimetallplatte vernachlässigbar.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bimetallplatte mit der Opferanode derart an der restlichen Scheibenbremsanordnung verbaut, dass sie nur bei einem Bremsvorgang, d. h. beim Anpressen des Reibbremsbelags an die Bremsscheibe in Kontakt mit der Bremsscheibe steht. Dadurch werden nur bei Bremsvorgängen Opferanodenpartikel auf die Bremsscheibe gebracht und die Abnutzung der Opferanode ist im Gegensatz zu einem andauernden mechanischen Abrieb geringer.
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In einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich die Kontaktfläche der Opferanode auf der Bremsscheibe radial über die Reibfläche, vorzugsweise über die Bremsscheibe. Das heißt, dass sich die Kontaktfläche vom inneren Rand der Reibfläche bzw. der Bremsscheibe bis zum äußeren Rand erstreckt. Beim Rotieren der Bremsscheibe und beim mechanischen Abrieb der Opferanode an der Bremsscheibe bzw. an der Reibfläche der Bremsscheibe werden die korrosionsreduzierenden Partikel vorteilhafterweise auf der gesamten Fläche verteilt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Bimetallplatte und/oder die Opferanode entlang der Rotationsachse der Bremsscheibe gebogen. Die Bimetallplatte und/oder die Opferanode passen sich der runden Form der Bremsscheibe an. Dadurch kann die Bimetallplatte eine möglichst lange Form annehmen, ohne über die Bremsscheibe hinauszuragen. Die längere Form der Bimetallplatte erlaubt größere Auslenkungen des freien Endes.
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Ebenso von Vorteil ist es, wenn nicht nur eine, sondern mehrere Bimetallplatten mit Opferanoden an der Scheibenbremsanordnung vorgesehen sind und in Kontakt mit der Bremsscheibe stehen können. Zum einen wird eine größere Fläche auf der Bremsscheibe abgedeckt, auf der sich die Partikel der Opferanode durch Abrieb verteilen. Zum anderen wird der Ausfall oder die funktionelle Störung einer Bimetallplatte durch die weiteren Bimetallplatten zumindest teilweise kompensiert. Das Opferanodenmaterial als auch die Form der Opferanoden können ebenso unterschiedlich sein wie die Materialien, aus denen die Bimetallplatten bestehen. Die Form der verschiedenen Bimetallplatten muss nicht identisch sein.
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In den nachfolgenden Zeichnungen und den zugehörigen Beschreibungen wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei gleichbleibende Bezugszeichen sich auf funktionell identische oder ähnliche Komponenten beziehen.
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Es zeigen
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Scheibenbremsanordnung mit Bimetallplatten und Opferanoden auf der bremssattelabgewandten Seite der Bremsscheibe;
- 2 ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremsanordnung mit einer Bimetallplatte und einer Opferanode in der ersten Position;
- 3 das Ausführungsbeispiel aus 2 mit der Bimetallplatte in der zweiten Position;
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Scheibenbremsanordnung mit Bimetallplatten und Opferanoden auf der bremssattelzugewandten Seite der Bremsscheibe;
- 5 ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremsanordnung mit Bimetallplatten und Opferanoden auf der bremssattelabgewandten Seite der Bremsscheibe;
- 6 eine seitliche Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 3;
- 7 eine seitliche Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremsanordnung mit beidseitigen Bimetallplatten und Opferanoden in der zweiten Position.
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1 zeigt eine Scheibenbremsanordnung 1 eines Fahrzeugrads mit Bimetallplatten 7 und Opferanoden 9 auf der bremssattelabgewandten Seite. Die Scheibenbremsanordnung 1 umfasst eine Bremsscheibe 2, einen Bremssattelträger 3 und einen Bremssattel 4. Der Bremssattel 4 dient der Aufnahme von Reibbremsbelägen 5. Jeder Reibbremsbelag 5 ist über eine Rückenträgerplatte 6 an einen Bremssattel 4 befestigt. 1 zeigt die Scheibenbremsanordnung 1 bei einem Bremsvorgang, bei dem die Reibbremsbeläge 5 an die Bremsscheibe 2 gepresst sind.
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Die zwei Bimetallplatten 7 sind an der bremssattelabgewandten Rückenträgerplatte 6 fixiert. Beide Bimetallplatten 7 verfügen an den festen Enden 11 über integrierte Halteelemente 8. Diese Halteelemente sind über Vernietung an der Rückenträgerplatte 6 fixiert. Die Bimetallplatten 7 sind entlang der Rotationsachse A gebogen. Das bedeutet, dass sich die Bimetallplatten in der Länge in einem festen Radius um die Rotationsachse A ausdehnen. An den Bimetallplatten 7 sind mittels Verklebung die Opferanoden 9 an den freien Enden 12 befestigt. Die Opferanoden 9 liegen in der Darstellung gemäß 1 an der Bremsscheibe 2 an, somit befinden sich die Bimetallplatten 7 in einer ersten Position. In dieser Position liegt die Temperatur der Opferanoden 9 unterhalb der Schmelztemperatur des Opferanodenmaterials. Die Kontaktfläche der Opferanoden 9 an der Bremsscheibe 2 erstreckt sich radial über die Reibfläche der Bremsscheibe 2. Das heißt, die Opferanoden 2 erstrecken sich von einem inneren Rand ri bis zu einem äußeren Rand ra der Reibfläche. Durch die Reibung der Opferanoden 9 an der Bremsscheibe 2 gelangen kleine Partikel der Opferanoden 9 auf die Reibfläche der Bremsscheibe 2, wodurch die Korrosion der Bremsscheibe 9 reduziert wird.
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2 zeigt ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremsanordnung 1. Die Scheibenbremsanordnung 1 umfasst unter andere eine Bremsscheibe 2 und einen Bremssattelträger 3. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Bimetallplatte 7 an dem festen Ende 11 mit dem Bremssattelträger 3 verschraubt. Die Bimetallplatte 7 ist entlang der Rotationsachse A gebogen. Eine Opferanode 9 ist mittels Hartlöten an dem freien Ende 12 der Bimetallplatte 7 befestigt. Die Bimetallplatte 7 befindet sich in einer ersten Position, wodurch die Opferanode 9 an der Bremsscheibe 2 bei Rotation derselben schleift. In dieser Position liegt die Temperatur der Opferanode 9 unterhalb der Schmelztemperatur des Opferanodenmaterials. Durch das Schleifen der Opferanode 9 auf der Bremsscheibe 2 verteilen sich Opferanodenpartikel auf dieser und reduzieren so die Korrosion.
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3 zeigt das Ausführungsbeispiel aus 2, allerdings befindet sich hier die Bimetallplatte 7 in einer zweiten Position. In dieser Position hat sich die Bimetallplatte 7 durch Temperatureinfluss geometrisch so verformt, dass ein Abstand 10 zwischen der Opferanode 9 am freien Ende 12 der Bimetallplatte 7 und der Bremsscheibe 2 entsteht. Dieser Abstand 10 soll die Opferanode 9 vor den heißen Temperaturen, die die Bremsscheibe 2 im üblichen Betrieb annehmen kann, schützen.
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In 4 ist eine Scheibenbremsanordnung 1 eines Fahrzeugrads mit Bimetallplatten 7 und Opferanoden 9 auf der bremssattelzugewandten Seite bei einem Bremsvorgang dargestellt. Die Scheibenbremsanordnung 1 umfasst eine Bremsscheibe 2, einen Bremssattelträger 3 und einen Bremssattel 4. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Bimetallplatten 7 über integrierte Halteelemente 8 an den festen Enden 11 mit dem Bremssattelträger 3 am Schwenklager verschraubt. In der Darstellung gemäß 4 befinden sich die Bimetallplatten in einer ersten Position und damit die Opferanoden 9 in Kontakt zur Bremsscheibe 2. Durch die Rotation der Bremsscheibe 2 schleifen sich Partikel der Opferanoden 9 ab und legen sich auf die Bremsscheibe 2, wo sie korrosionsreduzierend wirken können. Die Kontaktfläche der jeweiligen Opferanoden 9 zur Bremsscheibe erstreckt sich radial nach außen über die Reibfläche der Bremsscheibe 2.
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In 5 und 6 sind Ausschnitte einer Scheibenbremsanordnung 1 eines Fahrzeugs mit Bimetallplatten 7 und Opferanoden 9 auf der bremssattelabgewandten Seite der Bremsscheibe dargestellt. In dieser Ausführung ist eine Anordnung aus zwei Bimetallplatten 7 über integrierte Halteelemente 8 an der Rückenträgerplatte des Bremsbelags 6 mittels Vernietung fixiert. Ein weiteres Halteelement 8 sitzt an den freien Enden 12 der Bimetallplatten 7 und stabilisiert diese vor Erschütterungen, die im Fahrbetrieb auftreten können. Alle Halteelemente 8 sind so flexibel, dass sie ein Verbiegen der Bimetallplatten 7 ermöglichen. Sowohl die Bimetallplatten 7 als auch die Opferanoden 9 haben eine längliche, streifenförmige Geometrie. Die Opferanoden 9 ragen über die Bimetallplatten 7 hinaus, um so die gesamte Reibfläche abzudecken. Die Opferanoden 9 sind an den Bimetallplatten 7 angeklebt. Die Bimetallplatten 7 befinden sich in einer ersten Position. In dieser Position stehen die Opferanoden 9 mit der Bremsscheibe 2 in Kontakt, wodurch sie korrosionsreduzierend wirken können.
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7 zeigt einen seitlichen Ausschnitt auf eine Scheibenbremsanordnung 1 eines Fahrzeugrads mit beidseitigen Bimetallplatten 7 und Opferanoden 9. In dem Ausschnitt sind eine Bremsscheibe 2 und ein Bremssattelträger 3 erkennbar. In diesem Ausführungsbeispiel sind die zwei Bimetallplatten 7 über Halteelemente 8 an dem Bremssattelträger 3 fixiert und so angeordnet, dass sich jeweils eine Bimetallplatte 7 mit einer Opferanode 9 auf jeder Seite der Bremsscheibe 2 befindet. Die Bimetallplatten 7 befinden sich in einer zweiten Position. Das heißt, sie haben sich geometrisch so verändert, dass die Opferanoden 9 nicht im Kontakt zur Bremsscheibe 2 stehen. In der Darstellung gemäß 7 liegt die Temperatur des Opferanodenmaterials 9 höher als die Schmelztemperatur des Opferanodenmaterials 9. Es ist ein Abstand 10 zwischen Opferanode 9 und Bremsscheibe 2 entstanden, der ein Schmelzen der Opferanode 9 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenbremsanordnung
- 2
- Bremsscheibe
- 3
- Bremssattelträger
- 4
- Bremssattel
- 5
- Reibbremsbelag
- 6
- Rückenträgerplatte des Reibbremsbelags
- 7
- Bimetallplatte
- 8
- Halteelement
- 9
- Opferanode
- 10
- Abstand zwischen Opferanode und Bremsscheibe
- 11
- festes Ende
- 12
- freies Ende
- A
- Rotationsachse der Bremsscheibe
- ri
- innerer Rand
- ra
- äußerer Rand
